W serialach i filmach detektywistycznych, w których główną rolę w napędzie fabuły odgrywają naukowcy kryminalistyczni, często można zobaczyć, jak osoba, która zostawiła te ślady, została pomyślnie zidentyfikowana na podstawie niedopałka papierosa lub kawałka gumy do żucia przyklejonego do stołu. W prawdziwym życiu można również dowiedzieć się wiele o osobie z gumy, którą miała w ustach. Dzisiaj przyjrzymy się badaniu, w którym naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego odkryli podczas wykopalisk kawałek „gumy do żucia” mający około 5700 lat. Jakie informacje o tej osobie naukowcy byli w stanie uzyskać ze swojego znaleziska, o kim jeszcze mogła nam powiedzieć starożytna guma i jak to badanie może wpłynąć na walkę z różnymi chorobami w przyszłości? Odpowiedzi na te pytania czekają na nas w raporcie naukowców. Zaczynajmy.
Baza badawcza
Głównym bohaterem tego opracowania jest żywica brzozowa lub smoła brzozowa. Ta brązowoczarna substancja jest uzyskiwana przez gotowanie górnej warstwy kory brzozowej w zamkniętym pojemniku. W takich warunkach ogrzewanie odbywa się bez dostępu tlenu, tj. sucha destylacja. Podczas procesu ogrzewania kora brzozowa jest przekształcana w smołę.
W starożytności proces ten przeprowadzano w glinianych pojemnikach nad ogniem. Smoła była zwykle używana w tamtych czasach do obróbki wyrobów kamiennych jako uniwersalny klej. Pierwsze archeologiczne znaleziska smoły używanej przez ludzi pochodzą z okresu paleolitu.
Logiczne jest, że smoła była używana w „przemyśle”, że tak powiem. Archeolodzy znaleźli jednak ślady zębów na wielu kawałkach żywicy brzozowej. Dlaczego nasi przodkowie żuli smołę? Istnieje kilka teorii wyjaśniających to zjawisko. Po pierwsze, smoła szybko twardnieje po schłodzeniu, więc żucie jej może być związane z chęcią jej ogrzania i zmiękczenia do pracy. Istnieje teoria, że smołę żuto w celu zmniejszenia bólu spowodowanego chorobami jamy ustnej, ponieważ smoła jest uważana za środek antyseptyczny, choć bardzo słaby. Niektórzy badacze uważają również, że były to początki higieny jamy ustnej, a smoła pełniła funkcję starożytnej szczoteczki do zębów. A najzabawniejsza, ale nie pozbawiona znaczenia, teoria to przyjemność. Starożytni ludzie mogli żuć żywicę po prostu tak, tj. bez żadnego dobrego powodu.
Wytwarzanie żywicy brzozowej w praktyce.
Istnieje wiele spekulacji na temat żucia żywicy przez starożytnych ludzi, ale nikt nie przeprowadził żadnych badań, które dałyby konkretne wyniki. Dlatego naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego postanowili przeanalizować kawałek żutej żywicy znaleziony podczas wykopalisk w południowej Danii (1a). Badanie próbki wykazało, że zawierała ona nie tylko ludzkie DNA, ale także DNA mikrobiologiczne, co może ujawnić więcej informacji o mikrobiomie jamy ustnej. Znaleziono również DNA z roślin, które prawdopodobnie były spożywane przez starożytnych ludzi przed żuciem żywicy.
DNA jest tak dobrze zachowane, że naukowcy są zadowoleni, że udało im się wyizolować cały ludzki genom. Ten pozornie nieistotny fakt jest w rzeczywistości przełomem w archeologii i genetyce. Faktem jest, że cały genom starożytnej osoby można było wcześniej uzyskać wyłącznie z jej szczątków (zwykle kości).
Wyniki badania
Po otrzymaniu „dowodów materialnych” archeolodzy rozpoczęli ich szczegółową analizę, aby uzyskać jak najpełniejsze informacje o naszym „podejrzanym”, który żuł żywicę brzozową.
Obraz nr 1
Datowanie radiowęglowe, które wykonuje się poprzez zmianę zawartości radioaktywnego izotopu 14C w próbce w stosunku do stabilnych izotopów węgla, wykazało, że wiek gumy wynosi od 5858 do 5661 lat (1b). Sugeruje to, że próbka pochodzi z wczesnego okresu neolitu. Okres ten nazywany jest również „nową epoką kamienia”, ponieważ wyroby kamienne stały się bardziej złożone, a technologia szlifowania i wiercenia otworów pojawiła się.
Analiza chemiczna przeprowadzona metodą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) wykazała widmo bardzo podobne do widma współczesnej smoły brzozowej. Analiza metodą GC/MS (chromatografia gazowa ze spektrometrią mas) wykazała obecność triterpenów betuliny i lupeolu, które są dość powszechne w próbkach pobranych z brzozy (1c). Dodatkowym potwierdzeniem, że próbka była brzozą, były ślady kwasów dikarboksylowych i nasyconych kwasów tłuszczowych wykryte przez ten sam GC/MS.
Naukowcy ustalili, że próbka to żywica brzozowa mająca od 5858 do 5661 lat (wczesny neolit).
Następnym krokiem było sekwencjonowanie DNA, w wyniku którego uzyskano około 360 milionów par zasadowych sekwencji DNA, z czego prawie jedną trzecią udało się jednoznacznie dopasować do ludzkiego genomu referencyjnego (hg19).
Sekwencje parzystych zasad ludzkiego DNA wykazały wszystkie cechy charakterystyczne dla DNA starożytnych ludzi: dość krótkie średnie długości fragmentów, częste występowanie puryny* do zerwania gwintu i zwiększonej częstotliwości widocznych wymian cytozyna* (C) na tymina* (T) na końcach 5' fragmentów DNA.
Puryna* (C5N4H4) jest najprostszym przedstawicielem imidazo[4,5-d]pirymidyn.
Cytozyna* (C4H5N3O) jest związkiem organicznym, zasadą azotową, pochodną pirymidyny.
Czas* (C5H6N2O2) jest pochodną pirymidyny, jednej z pięciu zasad azotowych.
Wygenerowano również około 7.3 GB danych dotyczących sekwencji niepochodzących od człowieka.
Próbka zawierała około 30% endogennego ludzkiego DNA, co jest porównywalne z dobrze zachowanymi zębami i kośćmi starożytnych ludzi.
Na podstawie zależności pomiędzy sekwencjami parzystych zasad odpowiadających chromosomom X i Y naukowcy byli w stanie określić płeć starożytnego żucia gumy - była to kobieta.
Aby przewidzieć kolor włosów, oczu i skóry, opracowano genotypy dla czterdziestu jeden ODP*, które są zawarte w systemie .
ODP* (polimorfizm pojedynczego nukleotydu) – różnice w sekwencji DNA jednego nukleotydu pod względem wielkości w genomie przedstawicieli tego samego gatunku lub między homologicznymi rejonami homologicznych chromosomów.
Analiza wykazała, że kobieta miała ciemną skórę, ciemnobrązowe włosy i niebieskie oczy.
Obraz nr 2
Naukowcy odkryli 593102 1000 SNP w badanym genomie, które zostały wcześniej genotypowane w bazie danych obejmującej ponad 100 współczesnych ludzi i ponad XNUMX wcześniej opublikowanych starożytnych genomów.
Na obrazie 2a Przedstawiono wyniki analizy głównych składowych. Ta metoda redukcji wymiarowości danych pozwoliła nam ustalić, że starożytna kobieta, której genom jest badany, jest najprawdopodobniej zachodnim łowcą-zbieraczem (W.H.G.). Porównanie allele* współcześni ludzie i starożytna kobieta potwierdzili swoją przynależność do ustalonej grupy (2b).
Allele* — różne typy tego samego genu, zlokalizowane w tych samych obszarach homologicznych chromosomów. Allele determinują kierunek rozwoju danej cechy.
Wyniki te są dodatkowo wspierane przez analizę qpAdm. Analiza ta pokazuje, że prosty model liniowy, zakładający 100% pochodzenie WHG starożytnej kobiety, nie może zostać odrzucony na rzecz bardziej złożonego modelu (2s).
Aby ogólnie scharakteryzować skład taksonomiczny sekwencji innych niż ludzkie w próbce, MetaPhlan2, narzędzie specjalnie zaprojektowane do profilowania taksonomicznego krótkich sekwencji uzyskanych metoda strzelby*.
Metoda strzelby* — metoda sekwencjonowania długich odcinków DNA, w której uzyskanie losowej, masowej próbki sklonowanych fragmentów DNA pozwala na przywrócenie oryginalnej sekwencji DNA.
Obraz nr 3
O „origami” 3a pokazuje wyniki analizy głównych składowych, która porównywała skład mikrobiologiczny próbki i 689 profili mikrobiomu z Human Microbiome Project (HMP). Występowało grupowanie między danymi próbki i HMP, co oznacza, że były one podobne pod wieloma względami. Jest to również widoczne w 3b, który przedstawia skład mikrobiologiczny żywicy w porównaniu ze składem mikrobiologicznym dwóch próbek gleby (próbka została pobrana z jednego miejsca) oraz w porównaniu ze składem mikrobiologicznym współczesnego człowieka.
Bardziej szczegółowa analiza składu mikrobiologicznego wykazała obecność bakterii Neisseria subflava и Rothia mucilaginosaa także Porphyromonas gingivalis, forsycja Tannerella и Treponema denticolaPonadto wykryto ślady wirusa Epsteina-Barr.
Zidentyfikowano również kilka gatunków paciorkowców należących do tej grupy. MitozaŁącznie z Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabela 1: Lista wszystkich taksonów innych niż ludzkie znalezionych w próbce żywicy brzozowej.
Zrekonstruowano genom konsensusowy na podstawie sekwencji par zasad. S. pneumoniae i ocena liczby regionów heterozygotycznych. Wyniki wykazały obecność kilku szczepów (rysunek 4).
Obraz nr 4
Aby ocenić wirulencję szczepów S. pneumoniae, wyekstrahowanych ze starożytnej żywicy, naukowcy porównali kontigi (zestawy nakładających się segmentów DNA) z pełną bazą danych czynników wirulencji, co pozwoliło im zidentyfikować znane geny zjadliwość* Pałeczka zapalenia płuc.
Zjadliwość* — stopień zdolności szczepu do zakażania badanego organizmu.
W pobranej próbce zidentyfikowano dwadzieścia sześć czynników wirulencji S. pneumoniae, w tym polisacharydy otoczkowe (CPS), enolazę paciorkowcową (Eno) i antygen powierzchniowy pneumokoka A (PsaA).
Analiza starożytnej próbki żywicy ujawniła również ślady dwóch gatunków roślin: brzozy (Betula pendula) i orzecha laskowego (Corylus avellana). Ponadto znaleziono około 50000 XNUMX sekwencji należących do krzyżówki (Anas platyrhynchos, gatunek kaczki).
Aby uzyskać bardziej szczegółową znajomość niuansów badania, polecam przyjrzeć się и do niego.
Epilog
To badanie można słusznie nazwać wyjątkowym, biorąc pod uwagę ilość uzyskanych informacji. Wcześniej kompletny genom starożytnego człowieka można było odtworzyć wyłącznie z jego szczątków (kości i zębów), ale w tej pracy naukowcom udało się uzyskać go z przeżutej żywicy brzozowej.
Odkryli, że starożytną gumę, liczącą 5700 lat, żuła kobieta o ciemnej skórze, ciemnobrązowych włosach i niebieskich oczach. Ten opis jej wyglądu po raz kolejny potwierdza, że jaśniejsza pigmentacja skóry wśród mieszkańców zachodniej części Eurazji zaczęła pojawiać się później. Ponadto takie zewnętrzne cechy są porównywalne z cechami przedstawicieli zachodnich łowców-zbieraczy, do których prawdopodobnie należała kobieta, której genom uzyskano z próbki.
Zaletą badania przeżutej żywicy jest to, że dostarcza informacji o składzie mikrobiologicznym starożytnej ludzkiej jamy ustnej. Analiza ta wykazała obecność kilku rodzajów bakterii (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, forsycja Tannerella и Treponema denticola). Ponadto znaleziono ślady wirusa Epsteina-Barr, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę wysoką częstość występowania tego wirusa wśród współczesnych ludzi (nosicielami jest 90-95% populacji dorosłych).
Znaleziono również kilka gatunków paciorkowców z tej grupy. MitozaŁącznie z Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Jeśli chodzi o preferencje gastronomiczne starożytnej kobiety, sekwencje DNA niebędące ludzkimi, które również nie były powiązane z wirusami ani bakteriami, wykazały ślady brzozy, orzechów laskowych i kaczek krzyżówek. Można założyć, że te rośliny i zwierzęta stanowiły podstawę diety starożytnych ludzi w tym okresie. Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo, że DNA tych roślin i zwierząt dostało się do żywicy, ponieważ starożytna kobieta zjadła je na krótko przed przeżuciem żywicy. Innymi słowy, mógł to być incydent odosobniony.
Dlaczego żywica jest doskonałym źródłem starożytnego ludzkiego DNA? Chodzi o to, że podczas procesu żucia DNA jest „zapieczętowywane” przez żywicę i konserwowane w niej, ze względu na jej aseptyczne i hydrofobowe właściwości.
W przyszłości naukowcy planują przeanalizować inne znalezione próbki, co pomoże lepiej zrozumieć życie starożytnych ludzi. Ponadto skład mikrobiologiczny starożytnych próbek pozwala nam zrozumieć ewolucję specyficznych dla jamy ustnej mikrobów i niektórych patogennych mikroorganizmów.
Niezależnie od tego, wyciągnięcie tak wielu informacji o osobie z kawałka przeżutej żywicy, którą wypluł 5700 lat temu, jest niewiarygodnym osiągnięciem. Dla niektórych informacje z przeszłości, zwłaszcza tak odległej, są nieistotne. Jednak im więcej wiemy o naszych przodkach, tym lepiej rozumiemy siebie w teraźniejszości.
Piątek poza szczytem:
Film pokazujący, jak obecnie produkuje się gumę do żucia.
Poza górą 2.0:
Trochę nostalgii 🙂
Dziękuję za przeczytanie, bądźcie ciekawi i miłego weekendu, chłopaki! 🙂
Kilka reklam 🙂
Dziękujemy za pobyt z nami. Podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz zobaczyć więcej ciekawych treści? Wesprzyj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, , unikalny odpowiednik serwerów klasy podstawowej, który został przez nas wymyślony dla Ciebie: (dostępne z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 razy taniej w centrum danych Equinix Tier IV w Amsterdamie? Tylko tutaj w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB — od 99 USD! Czytać o
Źródło: www.habr.com
