W serialach i filmach detektywistycznych, w których główną rolę w prowadzeniu fabuły odgrywają kryminolodzy, często można zobaczyć, jak osobę, która pozostawiła te ślady, udało się rozpoznać po niedopałku papierosa lub po przyklejonej do stołu gumie do żucia. W prawdziwym życiu można się wiele o nim dowiedzieć także z gumy do żucia, która znalazła się w ustach danej osoby. Dzisiaj przyjrzymy się badaniu, w którym naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze odkryli podczas wykopalisk „gumę do żucia”, która ma około 5700 lat. Jakie informacje o człowieku mogliby uzyskać naukowcy ze swojego znaleziska, o kim jeszcze mogła opowiedzieć starożytna guma do żucia i jak te badania mogą wpłynąć na walkę z różnymi chorobami w przyszłości? Odpowiedzi na te pytania czekają na nas w raporcie naukowców. Iść.
Baza badawcza
Głównym bohaterem tego opracowania jest żywica brzozowa lub smoła brzozowa. Tę brązowo-czarną substancję otrzymuje się poprzez gotowanie wierzchniej warstwy kory brzozy (kory brzozy) w zamkniętym pojemniku. W takich warunkach ogrzewanie następuje bez dostępu tlenu, tj. sucha destylacja. Podczas procesu ogrzewania kora brzozy przekształca się w smołę.
W starożytności proces ten odbywał się w glinianych naczyniach nad ogniem. W tamtych czasach smołę powszechnie stosowano do obróbki wyrobów kamiennych jako uniwersalny klej. Pierwsze znaleziska archeologiczne dotyczące smoły wykorzystywanej przez człowieka pochodzą z okresu paleolitu.
Logiczne jest, że smołę używano, że tak powiem, w „przemyśle”. Archeolodzy znaleźli jednak ślady zębów na wielu kawałkach żywicy brzozowej. Dlaczego nasi przodkowie żuli smołę? Istnieje kilka teorii wyjaśniających to. Po pierwsze, smoła po ochłodzeniu szybko twardnieje, więc jej żucie może wynikać z chęci jej ogrzania i zmiękczenia do pracy. Istnieje teoria, że smołę żuto w celu złagodzenia bólu spowodowanego chorobami jamy ustnej, gdyż smoła jest uważana za środek antyseptyczny, choć bardzo słaby. Niektórzy badacze uważają też, że były to początki higieny jamy ustnej, a smoła pełniła funkcję starożytnej szczoteczki do zębów. A najzabawniejszą teorią, choć nie pozbawioną sensu, jest przyjemność. Starożytni ludzie potrafili żuć żywicę właśnie w ten sposób, tj. bez żadnego dobrego powodu.
Wytwarzanie żywicy brzozowej w praktyce.
Istnieje wiele spekulacji na temat żucia żywicy przez starożytnych ludzi, jednak nikt nie przeprowadził wielu badań, które dawałyby konkretne wyniki. Dlatego naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze postanowili zbadać kawałek przeżutej żywicy znaleziony podczas wykopalisk na południu Danii (1a). Badanie próbki wykazało, że zawierało ono nie tylko ludzkie DNA, ale także DNA drobnoustrojów, które mogło powiedzieć więcej o mikrobiomie jamy ustnej. Znaleziono także DNA roślin, które najwyraźniej spożył starożytny człowiek przed przeżuciem żywicy.
DNA jest tak dobrze zachowane, że naukowcy są szczęśliwi, że udało im się wyizolować cały ludzki genom. Ten pozornie nieistotny fakt jest w rzeczywistości przełomem w archeologii i genetyce. Faktem jest, że wcześniej pełny genom starożytnej osoby można było uzyskać wyłącznie z jego szczątków (zwykle kości).
Wyniki badania
Po otrzymaniu „dowodu materialnego” archeolodzy przystąpili do jego szczegółowej analizy, aby uzyskać jak najpełniejsze informacje na temat naszego „podejrzanego”, który żuł żywicę brzozową.
Obraz nr 1
Datowanie radiowęglowe, które przeprowadza się poprzez zmianę ilości radioaktywnego izotopu 14C w próbce w stosunku do stabilnych izotopów węgla, wykazało, że guma ma wiek od 5858 do 5661 lat (1b). Sugeruje to, że próbka pochodzi z okresu wczesnego neolitu. Okres ten nazywany jest także „nową epoką kamienia”, ponieważ wyroby kamienne stały się bardziej złożone i pojawiła się technologia szlifowania i wiercenia otworów.
Analiza chemiczna przy użyciu spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) dała widmo bardzo podobne do widma współczesnej smoły brzozowej. GC/MS (chromatografia gazowa/spektrometria mas) wykazała obecność triterpenów, betuliny i lupeolu, która jest dość powszechna w próbkach pobranych z brzozy (1c). Dodatkowym potwierdzeniem, że próbką była brzoza, były ślady kwasów dikarboksylowych i nasyconych kwasów tłuszczowych zidentyfikowane za pomocą tego samego GC/MS.
Tym samym naukowcy odkryli, że próbką jest żywica brzozowa starzona od 5858 do 5661 lat (wczesny neolit).
Kolejnym krokiem było sekwencjonowanie DNA, w wyniku którego uzyskano około 360 milionów sekwencji DNA opartych na parach zasad, z których prawie jedną trzecią można było jednoznacznie dopasować do ludzkiego genomu referencyjnego (hg19).
Sekwencje ludzkiego DNA zawierające pary zasad wykazywały wszystkie cechy właściwe DNA starożytnych ludzi: dość krótkie, średnie długości fragmentów, częstą obecność puryny* do pękania szwów i zwiększonej częstotliwości widocznych wymian cytozyna* (C) włączone 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.
Timin* (C5H6N2O2) jest pochodną pirymidyny, jednej z pięciu zasad azotowych.
Wygenerowano także około 7.3 GB danych dotyczących sekwencji innych niż ludzkie.
Próbka zawierała około 30% endogennego ludzkiego DNA. Można to porównać do dobrze zachowanych zębów i kości starożytnych ludzi.
Na podstawie związku między sekwencjami sparowanych zasad odpowiadających chromosomom X i Y naukowcom udało się określić płeć starożytnego miłośnika gumy - kobiety.
Aby przewidzieć kolor włosów, oczu i skóry, wyprowadzono genotypy dla czterdziestu jeden osobników SNP*które są zawarte w systemie .
SNP* (polimorfizm pojedynczego nukleotydu) - różnice w sekwencji DNA o wielkości jednego nukleotydu w genomie przedstawicieli tego samego gatunku lub między homologicznymi regionami homologicznych chromosomów.
Analiza wykazała, że kobieta była ciemnoskóra, miała ciemnobrązowe włosy i niebieskie oczy.
Obraz nr 2
Naukowcy odkryli 593102 1000 SNP w badanym genomie, które wcześniej genotypowano w bazie danych obejmującej > 100 współczesnych ludzi i > XNUMX wcześniej opublikowanych starożytnych genomów.
Na obrazie 2a pokazane są wyniki analizy głównych składowych. Ta metoda redukcji wymiarów danych pozwoliła nam ustalić, że starożytna kobieta, której genom jest badany, najprawdopodobniej jest zachodnią łowczynią-zbieraczką (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 regionach homologicznych chromosomów. Allele określają kierunek rozwoju danej cechy.
Wyniki te potwierdza także analiza qpAdm. Analiza ta pokazuje, że prostego modelu liniowego, który zakłada w 100% pochodzenie WHG dla starożytnej kobiety, nie można odrzucić na rzecz bardziej złożonego modelu (2s).
Aby ogólnie scharakteryzować skład taksonomiczny sekwencji innych niż ludzkie w próbce, zastosowano MetaPhlan2, narzędzie zaprojektowane specjalnie do profilowania taksonomicznego uzyskanych krótkich sekwencji metoda strzelbowa*.
Metoda strzelbowa* - metoda sekwencjonowania długich odcinków DNA, gdzie uzyskanie losowej, masowej próbki sklonowanych fragmentów DNA pozwala na przywrócenie pierwotnej sekwencji DNA.
Obraz nr 3
Na „origami” 3a przedstawia wyniki analizy głównych składowych porównującej skład mikrobiologiczny badanej próbki z 689 profilami mikrobiomów z projektu Human Microbiome Project (HMP). Pomiędzy danymi próbki a danymi HMP występowało skupienie, co oznacza, że były one bardzo podobne. Jest to również widoczne na 3b, która przedstawia skład mikrobiologiczny żywicy w porównaniu ze składem mikrobiologicznym żywicy z dwóch próbek gleby (pobranie wykonano w tym samym miejscu) 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 denticola. Ponadto wykryto ślady wirusa Epsteina-Barra.
Do tej grupy należy kilka gatunków paciorkowców MitisŁącznie z Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabela 1: Lista wszystkich taksonów innych niż człowiek znalezionych w próbce smoły brzozowej.
Genom konsensusowy zrekonstruowano z sekwencji sparowanych zasad S. pneumoniae i oszacowanie liczby miejsc heterozygotycznych. Wyniki wykazały obecność kilku szczepów (zdjęcie nr 4).
Obraz nr 4
Aby ocenić zjadliwość szczepów S. pneumoniaewyekstrahowanych ze starożytnej żywicy, naukowcy dopasowali kontigi (zestaw nakładających się segmentów DNA) do pełnej bazy danych czynników zjadliwości, co pozwoliło im zidentyfikować znane geny zjadliwość* S. zapalenie płuc.
Zjadliwość* — stopień zdolności szczepu do zakażania badanego organizmu.
W starożytnej próbce zidentyfikowano dwadzieścia sześć czynników zjadliwości S. pneumoniae, w tym polisacharydy otoczkowe (CPS), enolazę paciorkowcową (Eno) i pneumokokowy antygen powierzchniowy A (PsaA).
Analiza próbki starożytnej żywicy wykazała także obecność śladów dwóch gatunków roślin: brzozy (Betula pendula) i orzecha laskowego (Corylus avellana). Ponadto odkryto około 50000 XNUMX sekwencji powiązanych z krzyżówką (Anas platyrhynchos, gatunek kaczki).
Aby uzyskać bardziej szczegółową znajomość niuansów badania, polecam przyjrzeć się и do niego.
Epilog
Badanie to można słusznie nazwać wyjątkowym, biorąc pod uwagę ilość uzyskanych informacji. Wcześniej pełny genom starożytnej osoby 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 wyglądu po raz kolejny potwierdza, że jaśniejsza pigmentacja skóry wśród mieszkańców zachodniej części Eurazji zaczęła pojawiać się później. Ponadto takie cechy zewnętrzne są porównywalne z przedstawicielami zachodnich łowców-zbieraczy, do których prawdopodobnie zaliczała się kobieta, której genom pobrano z próbki.
Zaletą badania przeżutej żywicy jest to, że dostarcza informacji na temat składu mikrobiologicznego jamy ustnej osoby starszej. Analiza ta wykazała obecność kilku rodzajów bakterii (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, forsycja Tannerella и Treponema denticola). Ponadto odkryto ślady wirusa Epsteina-Barra, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę wysoką częstość występowania tego wirusa wśród współczesnych ludzi (90-95% dorosłej populacji jest jego nosicielami).
Znaleziono także kilka gatunków paciorkowców z tej grupy MitisŁącznie z Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Jeśli chodzi o preferencje kulinarne starożytnej kobiety, ocena sekwencji DNA innych niż ludzkie, które również nie były powiązane z wirusami ani bakteriami, wykazała ślady brzozy, orzechów laskowych i kaczek krzyżówek. Można przypuszczać, że te rośliny i zwierzęta były podstawą pożywienia starożytnych ludzi tamtego okresu. Istnieje jednak duża szansa, że DNA tych roślin i zwierząt dostało się do żywicy, ponieważ starożytna kobieta spożyła je na krótko przed przeżuciem żywicy. Innymi słowy, może to być odosobniony przypadek.
Dlaczego żywica jest doskonałym źródłem starożytnego ludzkiego DNA? Rzecz w tym, że podczas procesu żucia DNA zostaje „zamykane” żywicą i przechowywane w niej ze względu na swoje właściwości aseptyczne i hydrofobowe.
W przyszłości naukowcy planują przeanalizować inne znalezione próbki, które pomogą lepiej zrozumieć życie starożytnych ludzi. Ponadto skład mikrobiologiczny starożytnych próbek zapewnia wgląd w ewolucję drobnoustrojów jamy ustnej i niektórych patogenów.
Tak czy inaczej, zebranie tak wielu informacji o człowieku z kawałka przeżutej żywicy, który wypluł 5700 lat temu, jest niesamowitym osiągnięciem. Dla niektórych informacje z przeszłości, zwłaszcza tak odległej, nie są istotne. Jednak w rzeczywistości im więcej wiemy o naszych przodkach, tym lepiej rozumiemy nasze prawdziwe ja.
Piątek poza szczytem:
Film o tym jak we współczesnym świecie 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