Nelle serie e nei film polizieschi, in cui i criminologi svolgono il ruolo principale nel condurre la trama, è spesso possibile vedere come la persona che ha lasciato queste tracce sia stata identificata con successo dal mozzicone di una sigaretta o da una gomma da masticare attaccata al tavolo. Nella vita reale, puoi anche imparare molto su di lui dalla gomma da masticare che è stata nella bocca di una persona. Oggi esamineremo uno studio in cui gli scienziati dell'Università di Copenaghen hanno scoperto durante gli scavi una "gomma da masticare", che ha circa 5700 anni. Quali informazioni sugli esseri umani potrebbero ottenere gli scienziati dalla loro scoperta, chi altro potrebbe raccontare l'antica gomma da masticare e in che modo questa ricerca potrebbe influenzare la lotta contro varie malattie in futuro? Le risposte a queste domande ci aspettano nel rapporto degli scienziati. Andare.
Base di ricerca
Il personaggio principale di questo studio è la resina di betulla o catrame di betulla. Questa sostanza nero-brunastra si ottiene facendo bollire lo strato superiore della corteccia di betulla (corteccia di betulla) in un contenitore chiuso. In tali condizioni, il riscaldamento avviene senza accesso all'ossigeno, ad es. distillazione a secco. Durante il processo di riscaldamento, la corteccia di betulla viene trasformata in catrame.
Anticamente questo procedimento veniva effettuato in recipienti di terracotta sul fuoco. A quei tempi, il catrame veniva solitamente utilizzato per la lavorazione di prodotti in pietra come colla universale. I primi ritrovamenti archeologici di catrame utilizzato dall'uomo risalgono al Paleolitico.
È logico che il catrame fosse usato nell '"industria", per così dire. Tuttavia, gli archeologi hanno trovato tracce di denti su molti pezzi di resina di betulla. Perché i nostri antenati masticavano catrame? Ci sono diverse teorie per spiegare questo. Innanzitutto il catrame indurisce rapidamente una volta raffreddato, quindi masticarlo potrebbe essere dovuto al desiderio di scaldarlo e renderlo più morbido per il lavoro. Esiste una teoria secondo cui il catrame veniva masticato per ridurre il dolore causato dalle malattie del cavo orale, poiché il catrame è considerato un antisettico, anche se molto debole. Inoltre, alcuni ricercatori ritengono che questi fossero gli inizi dell'igiene dentale e che il catrame fungesse da antico spazzolino da denti. E la teoria più divertente, ma per questo non priva di senso, è quella del piacere. Gli antichi potevano masticare la resina proprio così, ad es. senza alcuna buona ragione.
Realizzare la resina di betulla in pratica.
Ci sono molte speculazioni sul tema della masticazione della resina da parte degli antichi, ma nessuno ha fatto molte ricerche che diano risultati concreti. Pertanto, gli scienziati dell'Università di Copenaghen hanno deciso di analizzare un pezzo di resina masticata trovata durante gli scavi nel sud della Danimarca (1a). Uno studio del campione ha dimostrato che non conteneva solo DNA umano, ma anche DNA microbico, che potrebbe dire di più sul microbioma orale. È stato trovato anche il DNA di piante che apparentemente furono consumate dall'uomo antico prima di masticarne la resina.
Il DNA è così ben conservato che gli scienziati sono felici di essere riusciti a isolare il genoma umano completo. Questo fatto apparentemente insignificante è in realtà una svolta nell'archeologia e nella genetica. Il fatto è che il genoma completo di un uomo antico in precedenza poteva essere ottenuto esclusivamente dai suoi resti (di solito ossa).
Risultati dello studio
Dopo aver ricevuto le "prove materiali", gli archeologi hanno iniziato un'analisi passo passo per ottenere le informazioni più complete sul nostro "sospetto" che masticava resina di betulla.
Immagine n. 1
La datazione al radiocarbonio, che viene effettuata variando la quantità di isotopo radioattivo 14C in un campione rispetto agli isotopi stabili del carbonio, ha rilevato che la gomma ha un'età compresa tra 5858 e 5661 anni (1b). Ciò suggerisce che il campione risale al Neolitico antico. Questo periodo è anche chiamato la “Nuova età della pietra”, poiché i prodotti in pietra divennero più complessi e apparve la tecnologia della molatura e della perforazione.
L'analisi chimica utilizzando la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) ha prodotto uno spettro molto simile al moderno catrame di betulla. La GC/MS (gascromatografia/spettrometria di massa) ha rivelato la presenza di triterpeni betulina e lupeolo, che sono abbastanza comuni nei campioni prelevati dalla betulla (1c). Un'ulteriore conferma che il campione era di betulla sono state le tracce di acidi dicarbossilici e acidi grassi saturi identificate dalla stessa GC/MS.
Pertanto, gli scienziati hanno scoperto che il campione è resina di betulla di età compresa tra 5858 e 5661 anni (primo Neolitico).
Il passo successivo è stato il sequenziamento del DNA, che ha generato circa 360 milioni di sequenze di DNA con coppie di basi, quasi un terzo delle quali potevano essere abbinate in modo univoco al genoma umano di riferimento (hg19).
Le sequenze accoppiate di basi del DNA umano mostravano tutte le caratteristiche inerenti al DNA degli antichi: lunghezze medie dei frammenti abbastanza brevi, presenza frequente purine* alla rottura della sutura e all’aumento della frequenza delle sostituzioni visibili citosina* (C) acceso timina* (T) alle estremità 5' dei frammenti di DNA.
Purina* (C5N4H4) è il rappresentante più semplice delle imidazo[4,5-d]pirimidine.
Citosina* (C4H5N3O) è un composto organico, una base azotata, un derivato pirimidinico.
Tempi* (C5H6N2O2) è un derivato pirimidinico, una delle cinque basi azotate.
Ha inoltre generato circa 7.3 GB di dati riguardanti sequenze non umane.
Il campione conteneva circa il 30% di DNA umano endogeno. Questo è paragonabile ai denti e alle ossa ben conservati degli antichi.
Sulla base della relazione tra le sequenze di basi accoppiate corrispondenti ai cromosomi X e Y, gli scienziati sono stati in grado di determinare il sesso dell'antica amante della gomma: la femmina.
Per prevedere il colore dei capelli, degli occhi e della pelle, sono stati derivati i genotipi di quarantuno SNP*che sono inclusi nel sistema .
SNP* (polimorfismo a singolo nucleotide) - differenze nella sequenza del DNA di un nucleotide in termini di dimensioni nel genoma di rappresentanti della stessa specie o tra regioni omologhe di cromosomi omologhi.
Questa analisi ha mostrato che la donna aveva la pelle scura, capelli castano scuro e occhi azzurri.
Immagine n. 2
Gli scienziati hanno trovato 593102 SNP nel genoma in studio che erano stati precedentemente genotipizzati in un database di più di 1000 esseri umani moderni e più di 100 genomi antichi precedentemente pubblicati.
Sull'immagine 2a vengono mostrati i risultati dell'analisi delle componenti principali. Questo metodo di riduzione della dimensionalità dei dati ci ha permesso di determinare che la donna antica il cui genoma viene studiato è molto probabilmente una cacciatrice-raccoglitrice occidentale (WHG). Confronto alleli* i moderni e una donna antica confermarono la sua appartenenza ad un gruppo consolidato (2b).
Alleli* - tipi diversi dello stesso gene, localizzati nelle stesse regioni dei cromosomi omologhi. Gli alleli determinano la direzione dello sviluppo di un particolare tratto.
Questi risultati sono confermati anche dall’analisi qpAdm. Questa analisi mostra che un modello lineare semplice, che presuppone un'origine WHG al 100% per la donna antica, non può essere scartato a favore di un modello più complesso (2s).
Per caratterizzare a grandi linee la composizione tassonomica delle sequenze non umane presenti nel campione, è stato utilizzato MetaPhlan2, uno strumento specificatamente progettato per la profilazione tassonomica di brevi sequenze ottenute metodo del fucile da caccia*.
Metodo del fucile da caccia* - un metodo di sequenziamento di lunghe sezioni di DNA, quando l'ottenimento di un campione massiccio casuale di frammenti di DNA clonati consente di ripristinare la sequenza di DNA originale.
Immagine n. 3
Sugli "origami" 3a mostra i risultati di un'analisi delle componenti principali che confronta la composizione microbica del campione di studio e 689 profili di microbioma del Progetto Microbioma Umano (HMP). C'era un clustering tra i dati del campione e i dati HMP, il che significa che erano molto simili. Questo è visibile anche su 3b, che mostra la composizione microbica della resina in confronto con la stessa di due campioni di terreno (la raccolta è stata effettuata nello stesso luogo) e in confronto con la composizione microbica dell'uomo moderno.
Un'analisi più dettagliata della composizione microbica ha mostrato la presenza di batteri Neisseria subflava и Rothia mucillaginosae Porphyromonas gingivalis, Forsizia Tannerella и Treponema denticola. Inoltre sono state rilevate tracce del virus Epstein-Barr.
Diverse specie di streptococchi appartenenti al gruppo mitisCompreso Streptococco viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabella 1: Elenco di tutti i taxa non umani trovati nel campione di catrame di betulla.
Un genoma consenso è stato ricostruito da sequenze accoppiate di basi S. pneumoniae e stima del numero di siti eterozigoti. I risultati hanno mostrato la presenza di diversi ceppi (immagine n. 4).
Immagine n. 4
Per valutare la virulenza dei ceppi S. pneumoniaeestratto da un'antica resina, gli scienziati hanno abbinato i contig (un insieme di segmenti di DNA sovrapposti) con un database completo di fattori di virulenza, consentendo loro di identificare i geni noti virulenza* S.pneumoniae.
Virulenza* — il grado di capacità del ceppo di infettare l’organismo studiato.
Nel campione antico sono stati identificati ventisei fattori di virulenza di S. pneumoniae, inclusi i polisaccaridi capsulari (CPS), l'enolasi streptococcica (Eno) e l'antigene di superficie pneumococcico A (PsaA).
L'analisi dell'antico campione di resina ha rivelato anche la presenza di tracce di due specie vegetali: betulla (Betula pendula) e nocciolo (Corylus avellana). Inoltre, sono state scoperte circa 50000 sequenze legate al germano reale (Anas platyrhynchos, una specie di anatra).
Per una conoscenza più dettagliata delle sfumature dello studio, consiglio di guardare и a lui.
Finale
Questo studio può essere giustamente definito unico, data la quantità di informazioni ottenute. In precedenza, il genoma completo di un uomo antico poteva essere ripristinato esclusivamente dai suoi resti (ossa e denti), ma in questo lavoro gli scienziati sono riusciti a ottenerlo dalla resina di betulla masticata.
Hanno scoperto che l’antica gomma, vecchia di 5700 anni, è stata masticata da una donna con la pelle scura, i capelli castano scuro e gli occhi azzurri. Questa descrizione dell'aspetto conferma ancora una volta che la pigmentazione della pelle più chiara tra gli abitanti della parte occidentale dell'Eurasia cominciò ad apparire più tardi. Inoltre, tali caratteristiche esterne sono paragonabili a quelle dei rappresentanti dei cacciatori-raccoglitori occidentali, che presumibilmente includevano la donna il cui genoma è stato ottenuto dal campione.
Il vantaggio di studiare la resina masticata è che fornisce informazioni sulla composizione microbica della cavità orale di un uomo antico. Questa analisi ha evidenziato la presenza di diversi tipi di batteri (Neisseria subflava, Rothia mucillaginosa, Porphyromonas gingivalis, Forsizia Tannerella и Treponema denticola). Inoltre, sono state trovate tracce del virus Epstein-Barr, il che non sorprende, data l'elevata prevalenza di questo virus tra gli esseri umani moderni (il 90-95% della popolazione adulta ne è portatore).
Sono state trovate anche diverse specie di streptococchi del gruppo mitisCompreso Streptococco viridans и Streptococcus pneumoniae.
Per quanto riguarda le preferenze gastronomiche dell'antica donna, la valutazione di sequenze di DNA non umane, anch'esse non correlate a virus o batteri, ha trovato tracce di betulla, nocciole e germani reali. Si può presumere che queste piante e animali costituissero la base del cibo per gli antichi popoli di quel periodo. Tuttavia, ci sono buone probabilità che il DNA di queste piante e animali sia entrato nella resina perché l'antica donna li consumava poco prima di masticare la resina. In altre parole, potrebbe trattarsi di un incidente isolato.
Perché la resina è un'eccellente fonte di DNA umano antico? Il fatto è che durante il processo di masticazione, il DNA viene “sigillato” con resina e immagazzinato al suo interno grazie alle sue proprietà asettiche e idrofobiche.
In futuro, gli scienziati intendono analizzare altri campioni trovati, che aiuteranno a comprendere meglio la vita degli antichi. Inoltre, la composizione microbica di campioni antichi fornisce informazioni sull’evoluzione dei microbi orali e di alcuni agenti patogeni.
In ogni caso, raccogliere così tante informazioni su un uomo da un pezzo di resina masticata che ha sputato 5700 anni fa è un risultato incredibile. Per alcuni, le informazioni del passato, soprattutto se così lontano, non sono importanti. Tuttavia, più conosciamo i nostri antenati, più comprendiamo il nostro vero sé.
Venerdì in anteprima:
Un video su come viene prodotta la gomma da masticare nel mondo moderno.
Fuori dal mondo 2.0:
Un po' di nostalgia :)
Grazie per la visione, rimanete curiosi e buon fine settimana a tutti! 🙂
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Fonte: habr.com