In detectiveseries en films, waarin criminologen de hoofdrol spelen bij het aansturen van de plot, kun je vaak zien hoe de persoon die deze sporen achterliet met succes werd geïdentificeerd door de peuk van een sigaret of door kauwgom die aan de tafel was geplakt. In het echte leven kun je ook veel over hem leren van kauwgom die in iemands mond heeft gezeten. Vandaag zullen we kijken naar een onderzoek waarin wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen tijdens opgravingen ‘kauwgom’ ontdekten, die ongeveer 5700 jaar oud is. Welke informatie over mensen kunnen wetenschappers uit hun vondst halen, over wie kan oude kauwgom nog meer vertellen, en hoe kan dit onderzoek de strijd tegen verschillende ziekten in de toekomst beïnvloeden? Antwoorden op deze vragen wachten op ons in het rapport van de wetenschappers. Gaan.
Onderzoeksbasis
De hoofdpersoon van deze studie is berkenhars of berkenteer. Deze bruinzwarte substantie wordt verkregen door de bovenste laag berkenschors (berkenbast) in een gesloten bak te koken. Onder dergelijke omstandigheden vindt verwarming plaats zonder toegang tot zuurstof, d.w.z. droge destillatie. Tijdens het verhittingsproces wordt berkenschors omgezet in teer.
In de oudheid werd dit proces uitgevoerd in kleicontainers boven een vuur. Teer werd in die tijd meestal gebruikt voor de verwerking van steenproducten als universele lijm. De eerste archeologische vondsten van door mensen gebruikt teer dateren uit het Paleolithicum.
Het is logisch dat teer als het ware in de ‘industrie’ werd gebruikt. Archeologen hebben echter op veel stukken berkenhars sporen van tanden gevonden. Waarom kauwden onze voorouders op teer? Er zijn verschillende theorieën om dit te verklaren. Ten eerste hardt teer snel uit als het wordt afgekoeld, dus het kauwen ervan kan te wijten zijn aan de wens om het op te warmen en zachter te maken voor werk. Er is een theorie die stelt dat teer werd gekauwd om pijn veroorzaakt door ziekten van de mondholte te verminderen, aangezien teer als een antisepticum wordt beschouwd, zij het als een zeer zwak middel. Sommige onderzoekers geloven ook dat dit het begin was van de mondhygiëne, en dat de teer fungeerde als een oude tandenborstel. En de grappigste theorie, maar daarom niet betekenisloos, is plezier. Oude mensen konden de hars zomaar kauwen, d.w.z. zonder enige goede reden.
Berkenhars maken in de praktijk.
Er wordt veel gespeculeerd over het onderwerp kauwhars door oude mensen, maar niemand heeft veel onderzoek gedaan dat concrete resultaten oplevert. Daarom besloten wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen een stuk gekauwde hars te analyseren, gevonden tijdens opgravingen in Zuid-Denemarken (1a). Uit onderzoek van het monster bleek dat het niet alleen menselijk DNA bevatte, maar ook microbieel DNA, dat meer zou kunnen vertellen over het orale microbioom. Er werd ook DNA gevonden van planten die blijkbaar door de oude mens werden geconsumeerd voordat hij op de hars kauwde.
Het DNA is zo goed bewaard gebleven dat wetenschappers blij zijn dat ze het volledige menselijke genoom hebben kunnen isoleren. Dit ogenschijnlijk onbelangrijke feit is feitelijk een doorbraak in de archeologie en genetica. Feit is dat het volledige genoom van een oud persoon voorheen uitsluitend uit zijn overblijfselen (meestal botten) kon worden verkregen.
Onderzoeksresultaten
Nadat ze het ‘materiële bewijsmateriaal’ hadden ontvangen, begonnen archeologen met een stapsgewijze analyse ervan om de meest volledige informatie te verkrijgen over onze ‘verdachte’, die berkenhars kauwde.
Afbeelding #1
Radiokoolstofdatering, waarbij de hoeveelheid radioactieve isotoop 14C in een monster wordt gevarieerd ten opzichte van stabiele isotopen van koolstof, heeft uitgewezen dat de gom tussen de 5858 en 5661 jaar oud was.1b). Dit suggereert dat het monster dateert uit de vroege neolithische periode. Deze periode wordt ook wel het 'nieuwe steentijdperk' genoemd, omdat steenproducten complexer werden en de technologie van het slijpen en boren van gaten verscheen.
Chemische analyse met behulp van Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR) leverde een spectrum op dat sterk leek op dat van moderne berkenteer. GC/MS (gaschromatografie/massaspectrometrie) onthulde de aanwezigheid van triterpenen betuline en lupeol, wat vrij gebruikelijk is in monsters genomen van berk (1c). Een aanvullende bevestiging dat het monster berk was, waren de sporen van dicarbonzuren en verzadigde vetzuren, geïdentificeerd door dezelfde GC/MS.
Zo hebben wetenschappers ontdekt dat het monster berkenhars is, verouderd tussen 5858 en 5661 jaar (vroeg-neolithicum).
De volgende stap was DNA-sequencing, die ongeveer 360 miljoen basenparen DNA-sequenties genereerde, waarvan bijna een derde op unieke wijze kon worden gekoppeld aan het menselijke referentiegenoom (hg19).
De basenparensequenties van menselijk DNA vertoonden alle kenmerken die inherent zijn aan het DNA van oude mensen: vrij korte gemiddelde lengtes van fragmenten, frequente aanwezigheid purines* hechtingsscheuring en verhoogde frequentie van zichtbare vervangingen cytosine* (C) aan thymine* (T) aan de 5'-uiteinden van DNA-fragmenten.
Purine* (C5N4H4) is de eenvoudigste vertegenwoordiger van imidazo[4,5-d]pyrimidines.
Cytosine* (C4H5N3O) is een organische verbinding, een stikstofbase, een pyrimidinederivaat.
Timin* (C5H6N2O2) is een pyrimidinederivaat, een van de vijf stikstofbasen.
Het genereerde ook ongeveer 7.3 GB aan gegevens over niet-menselijke sequenties.
Het monster bevatte ongeveer 30% endogeen menselijk DNA. Dit is vergelijkbaar met de goed bewaarde tanden en botten van oude mensen.
Gebaseerd op de relatie tussen de sequenties van gepaarde basen die overeenkomen met de X- en Y-chromosomen, konden wetenschappers het geslacht van de oude kauwgomliefhebber bepalen: vrouw.
Om de kleur van haar, ogen en huid te voorspellen, werden voor 41 genotypen afgeleid SNP*die in het systeem zijn opgenomen .
SNP* (single nucleotide polymorphism) - verschillen in de DNA-sequentie van één nucleotide in grootte in het genoom van vertegenwoordigers van dezelfde soort of tussen homologe gebieden van homologe chromosomen.
Uit deze analyse bleek dat de vrouw een donkere huidskleur had, donkerbruin haar en blauwe ogen had.
Afbeelding #2
De wetenschappers vonden 593102 SNP's in het onderzochte genoom die eerder waren gegenotypeerd in een database van> 1000 moderne mensen en> 100 eerder gepubliceerde oude genomen.
Op de afbeelding 2a de resultaten van de hoofdcomponentenanalyse worden getoond. Deze methode van data-dimensionaliteitsreductie stelde ons in staat vast te stellen dat de oude vrouw wiens genoom wordt bestudeerd hoogstwaarschijnlijk een westerse jager-verzamelaar is.W.H.G.). Vergelijking allelen* moderne mensen en een oude vrouw bevestigden haar lidmaatschap van een gevestigde groep (2b).
Allelen* - verschillende typen van hetzelfde gen, gelokaliseerd in dezelfde gebieden van homologe chromosomen. Allelen bepalen de ontwikkelingsrichting van een bepaalde eigenschap.
Deze resultaten worden ook bevestigd door qpAdm-analyse. Deze analyse laat zien dat een eenvoudig lineair model, dat uitgaat van een 100% WHG-oorsprong voor de oude vrouw, niet kan worden verworpen ten gunste van een complexer model (2s).
Om de taxonomische samenstelling van niet-menselijke sequenties in het monster in grote lijnen te karakteriseren, werd MetaPhlan2 gebruikt, een hulpmiddel dat specifiek is ontworpen voor taxonomische profilering van korte sequenties die zijn verkregen shotgun-methode*.
Shotgun-methode* - een methode voor het sequencen van lange stukken DNA, waarbij u door het verkrijgen van een willekeurig groot monster van gekloonde DNA-fragmenten de oorspronkelijke DNA-sequentie kunt herstellen.
Afbeelding #3
Over "origami" 3a toont de resultaten van een hoofdcomponentenanalyse waarbij de microbiële samenstelling van het onderzoeksmonster wordt vergeleken met 689 microbioomprofielen van het Human Microbiome Project (HMP). Er was clustering tussen de voorbeeldgegevens en de HMP-gegevens, wat betekent dat ze erg op elkaar leken. Dit is ook zichtbaar op 3b, die de microbiële samenstelling van de hars laat zien in vergelijking met dezelfde van twee grondmonsters (de verzameling is op dezelfde plaats gemaakt) en in vergelijking met de microbiële samenstelling van moderne mensen.
Een meer gedetailleerde analyse van de microbiële samenstelling toonde de aanwezigheid van bacteriën aan Neisseria-subflava и Rothia mucilaginosaEn Porphyromonas gingivalis, Tannerella-forsythia и Treponema denticola. Bovendien werden sporen van het Epstein-Barr-virus gedetecteerd.
Verschillende soorten streptokokken die tot de groep behoren mitisInclusief Streptokokken viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabel 1: Lijst van alle niet-menselijke taxa gevonden in het berkenteermonster.
Een consensusgenoom werd gereconstrueerd uit basenpaarsequenties S. pneumoniae en schatting van het aantal heterozygote locaties. De resultaten toonden de aanwezigheid van verschillende stammen aan (afbeelding #4).
Afbeelding #4
Om de virulentie van stammen te beoordelen S. pneumoniaegeëxtraheerd uit oude hars, hebben wetenschappers contigs (een reeks overlappende DNA-segmenten) gematcht met een complete database van virulentiefactoren, waardoor ze bekende genen konden identificeren virulentie* S. longontsteking.
Virulentie* — de mate waarin de stam in staat is het onderzochte organisme te infecteren.
In het oude monster werden zesentwintig virulentiefactoren van S. pneumoniae geïdentificeerd, waaronder kapselpolysachariden (CPS), streptokokkenenolase (Eno) en pneumokokkenoppervlakteantigeen A (PsaA).
Analyse van het oude harsmonster toonde ook de aanwezigheid aan van sporen van twee plantensoorten: berk (Betula pendula) en hazelnoot (Corylus avellana). Bovendien werden ongeveer 50000 sequenties ontdekt die verband hielden met wilde eenden (Anas platyrhynchos, een eendensoort).
Voor een meer gedetailleerde kennismaking met de nuances van de studie raad ik aan om naar te kijken и naar hem.
epiloog
Dit onderzoek is met recht uniek te noemen, gezien de hoeveelheid verkregen informatie. Vroeger kon het volledige genoom van een oud persoon uitsluitend worden hersteld uit zijn overblijfselen (botten en tanden), maar in dit werk konden wetenschappers het verkrijgen uit gekauwde berkenhars.
Ze ontdekten dat de oude kauwgom, 5700 jaar oud, werd gekauwd door een vrouw met een donkere huid, donkerbruin haar en blauwe ogen. Deze beschrijving van het uiterlijk bevestigt nogmaals dat lichtere huidpigmentatie onder de inwoners van het westelijke deel van Eurazië later begon te verschijnen. Bovendien zijn dergelijke uiterlijke kenmerken vergelijkbaar met die van vertegenwoordigers van westerse jager-verzamelaars, waaronder vermoedelijk de vrouw wier genoom uit het monster werd verkregen.
Het voordeel van het bestuderen van gekauwde hars is dat het informatie oplevert over de microbiële samenstelling van de mondholte van een oud persoon. Uit deze analyse bleek de aanwezigheid van verschillende soorten bacteriën (Neisseria-subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Tannerella-forsythia и Treponema denticola). Bovendien werden sporen van het Epstein-Barr-virus gevonden, wat niet verrassend is gezien de hoge prevalentie van dit virus onder moderne mensen (90-95% van de volwassen bevolking is drager).
Er werden ook verschillende soorten streptokokken uit de groep aangetroffen mitisInclusief Streptokokken viridans и Streptococcus pneumoniae.
Wat de gastronomische voorkeuren van de oude vrouw betreft, werden bij de beoordeling van niet-menselijke DNA-sequenties, die ook geen verband hielden met virussen of bacteriën, sporen gevonden van berken, hazelnoten en wilde eenden. Er kan worden aangenomen dat deze planten en dieren de basis vormden van voedsel voor de oude mensen uit die periode. De kans is echter groot dat het DNA van deze planten en dieren in de hars is terechtgekomen, omdat de oude vrouw ze heeft geconsumeerd kort voordat ze op de hars kauwde. Met andere woorden: dit kan een geïsoleerd incident zijn.
Waarom is hars een uitstekende bron van oud menselijk DNA? Het punt is dat DNA tijdens het kauwproces wordt “verzegeld” met hars en daarin wordt opgeslagen vanwege de aseptische en hydrofobe eigenschappen.
In de toekomst zijn wetenschappers van plan andere gevonden monsters te analyseren, wat zal helpen het leven van oude mensen verder te begrijpen. Bovendien geeft de microbiële samenstelling van oude monsters inzicht in de evolutie van orale microben en sommige pathogenen.
Hoe dan ook, het is een ongelooflijke prestatie om zoveel informatie over een man te verzamelen uit een stuk gekauwde hars dat hij 5700 jaar geleden uitspuugde. Voor sommigen is informatie uit het verleden, vooral als het zo ver weg is, niet belangrijk. Maar in feite geldt dat hoe meer we over onze voorouders weten, hoe beter we ons ware zelf begrijpen.
Vrijdag off-top:
Een video over hoe kauwgom in de moderne wereld wordt geproduceerd.
Off-top 2.0:
Een beetje nostalgie :)
Bedankt voor het lezen, blijf nieuwsgierig en een fijn weekend jongens! 🙂
Sommige advertenties 🙂
Bedankt dat je bij ons bent gebleven. Vind je onze artikelen leuk? Wil je meer interessante inhoud zien? Steun ons door een bestelling te plaatsen of door vrienden aan te bevelen, , een unieke analoog van servers op instapniveau, die door ons voor u is uitgevonden: (beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x goedkoper in Equinix Tier IV datacenter in Amsterdam? Alleen hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees over
Bron: www.habr.com