У детективних серіалах і фільмах, де криміналісти грають головну роль двигуна сюжету, частенько можна зустріти, як по недопалку від сигарети або по жуйці, приліпленої до столу, успішно визначалася людина, яка залишила ці сліди. У реальному житті з жуйки, яка побувала в роті людини, також можна про нього багато дізнатися. Сьогодні ми з вами розглянемо дослідження, в якому вчені з Копенгагенського університету виявили під час розкопок жуйку, вік якої становить приблизно 5700 років. Яку інформацію про людину змогли отримати вчені зі своєї знахідки, про кого ще змогла розповісти давня жуйка і як це дослідження може вплинути на боротьбу з різними захворюваннями в майбутньому? Відповіді на ці питання чекають на нас у доповіді вчених. Поїхали.
Основа дослідження
Головним героєм цього дослідження є березова смола або березовий дьоготь. Ця коричнево-чорна субстанція виходить шляхом варіння верхнього шару кори берези (берести) у закритому контейнері. У разі відбувається нагрівання без доступу кисню, тобто. суха перегонка. У процесі нагрівання береста перетворюється на дьоготь.
У давнину цей процес виробляли у глиняних ємностях на багатті. Застосовувався дьоготь на той час зазвичай обробки каменних виробів як універсального клею. Перші археологічні знахідки дьогтю, що застосовується людиною, датуються періодом палеоліту.
Логічно, що дьоготь застосовували у «промисловості», так би мовити. Однак на багатьох шматочках березової смоли археологи знаходили сліди зубів. Чому наші предки жували дьоготь? Є кілька теорій, які це пояснюють. По-перше, дьоготь швидко твердне при охолодженні, тому його пережовування могло бути пов'язане з бажанням розігріти його і зробити більш м'яким для роботи. Є теорія, яка стверджує, що дьоготь жували для зниження больових відчуттів, викликаних захворюваннями ротової порожнини, оскільки дьоготь вважається антисептиком, хоч і дуже слабким. Також деякі дослідники вважають, що це були зачатки зубної гігієни, а дьоготь виступав у ролі давньої зубної щітки. І найкумедніша теорія, але через це не позбавлена сенсу, це задоволення. Стародавні люди могли жувати смолу просто так, тобто. без будь-яких вагомих причин.
Виготовлення березової смоли на практиці.
Спекуляцій на тему жування смоли древніми людьми досить багато, а ось дослідження, що дають конкретні результати, ніхто не проводив. Тому вчені з Копенгагенського університету вирішили проаналізувати шматочок пережованої смоли, знайдений під час розкопок на півдні Данії.1а). Вивчення зразка показало, що у ньому міститься як ДНК людини, а й мікробна ДНК, яка може більше розповісти про мікробіомі ротової порожнини. Також були знайдені ДНК рослин, які, мабуть, були вжиті давньою людиною перед жуванням смоли.
ДНК настільки добре збереглися, радіють вчені, що їм удалося виділити повний геном людини. Цей незначний на перший погляд факт насправді є проривом в археології та генетиці. Справа в тому, що повний геном стародавньої людини раніше могли отримати виключно з його останків (як правило кісток).
Результати дослідження
Отримавши «речовий доказ» археологи розпочали його поетапний аналіз для отримання максимально повної інформації про нашого «підозрюваного», який жував березову смолу.
Зображення №1
Радіовуглецеве датування, яке проводиться за рахунок зміни вмісту у зразку радіоактивного ізотопу 14C по відношенню до стабільних ізотопів вуглецю, розповіло, що вік жуйки становить від 5858 до 5661 років (1b). Це свідчить, що зразок належить до періоду раннього неоліту. Цей період також називають «новокам'яний вік», оскільки вироби з каменю стали складнішими, з'явилася технологія шліфування та просвердлювання отворів.
Хімічний аналіз за допомогою інфрачервоної спектроскопії з Фур'є-перетворенням (FTIR) дав спектр дуже схожий на сучасну березову смолу. ГХ/МС (газова хроматографія/мас-спектрометрія) виявила наявність тритерпенів бетуліну та люпеолу, що цілком звично для зразків, взятих з берези (1c). Додатковим підтвердженням того, що березовий зразок, стали виявлені тієї ж ГХ/МС сліди дикарбонових кислот і насичених жирних кислот.
Таким чином, вчені з'ясували, що зразок – це березова смола у віці від 5858 до 5661 років (ранній неоліт).
На наступному етапі проводилося секвенування ДНК, під час якого було згенеровано близько 360 мільйонів послідовностей спарених основ ДНК, майже третина з яких може бути однозначно зіставлена з еталонним геномом людини (hg19).
Послідовності спарених основ ДНК людини показали всі ознаки, властиві ДНК древніх людей: досить короткі середні довжини фрагментів, часте наявність пуринів* до розриву ниток та збільшена частота видимих замін цитозину* (С) на тімін* (Т) на 5′-кінцях фрагментів ДНК.
Пурін* (C5N4H4) - найпростіший представник імідазо[4,5-d]піримідинів.
Цитозин* (C4H5N3O) — органічна сполука, азотна основа, похідна піримідину.
Тімін* (C5H6N2O2) - похідне піримідину, одна з п'яти азотистих основ.
Також було згенеровано близько 7.3 Гб даних щодо послідовностей, які не належать до людських.
У прикладі було приблизно 30% ендогенної ДНК людини. Це можна порівняти з зубами і кістками стародавніх людей, що добре збереглися.
Виходячи із співвідношення між послідовностями спарених основ, що відповідають хромосомами X і Y, вчені змогли визначити стать стародавнього любителя жуйки — жіночу.
Щоб передбачити колір волосся, очей та шкіри, були виведені генотипи для сорока одного ВІН П*, які включені до системи .
ВІН П* (однонуклеотидний поліморфізм) - відмінності послідовності ДНК розміром один нуклеотид в геномі представників одного виду або між гомологічними ділянками гомологічних хромосом.
Даний аналіз показав, що жінка була темношкірою з темно-коричневим волоссям та блакитними очима.
Зображення №2
Вчені виявили 593102 ОНП у досліджуваному геномі, які раніше були генотиповані в базі даних з >1000 сучасних людей та >100 раніше опублікованих стародавніх геномів.
На зображенні 2а показані результати способу основних компонентів. Даний метод зменшення розмірності даних дозволив визначити, що давня жінка, чий геном вивчається, швидше за все відноситься до західних мисливців-збирачів (WHG). Порівняння алелей* сучасних людей та давньої жінки підтвердили її приналежність до встановленої групи (2b).
Алелі* - Різні види одного і того ж гена, розташовані в однакових ділянках гомологічних хромосом. Алелі визначають напрямок розвитку певної ознаки.
Ці результати підтверджуються ще й qpAdm аналізом. Даний аналіз показує, що не можна відкидати просту лінійну модель, що передбачає 100% походження древньої жінки з групи WHG, для більш складної моделі (2с).
Щоб загалом охарактеризувати таксономічний склад нелюдських послідовностей у зразку, був використаний MetaPhlan2 — інструмент, спеціально розроблений для таксономічного профілювання коротких послідовностей, отриманих методом дробовика*.
Метод дробовика* метод секвенування довгих ділянок ДНК, коли отримання випадкової масованої вибірки клонованих фрагментів ДНК дозволяє відновити вихідну послідовність ДНК.
Зображення №3
На «орігамі» 3а показано результати методу головних компонентів, в якому було проведено порівняння мікробного складу зразка, що вивчається, і 689 профілів мікробіомів з проекту «Мікробіом людини» (HMP). Між даними зі зразка і HMP даними виявилася кластеризація, тобто вони багато в чому схожі. Це видно і на 3b, де показаний мікробний склад смоли у порівнянні з аналогічним з двох образів ґрунту (забір був зроблений в одному місці) та в порівнянні з мікробним складом сучасної людини.
Більш детальний аналіз мікробного складу показав наявність бактерій Neisseria subflava и Rothia mucilaginosa, а також Porphyromonas gingivalis, Таннерела форзиція и Трепонема зубчаста. Крім цього, були виявлені сліди вірусу Епштейна-Барр.
Також було ідентифіковано декілька видів стрептококів, що належать до групи Мітіт, В тому числі Streptococcus viridans и Пневмокок.
Таблиця №1: список всіх нелюдських таксонів, виявлених у зразку березової смоли.
Було проведено реконструкцію консенсусного геному з послідовностей спарених основ S. pneumoniae та оцінка числа гетерозиготних ділянок. Результати показали наявність кількох штамів (зображення №4).
Зображення №4
Щоб оцінити вірулентність штамів S. pneumoniae, вилучених з древньої смоли, вчені зіставили контиги (набір сегментів ДНК, що перекриваються) з повною базою даних фактора вірулентності, що дозволяє ідентифікувати відомі гени вірулентності* S.pneumoniae.
Вірулентність* - Ступінь здатності штаму заражати досліджуваний організм.
Було ідентифіковано 26 факторів вірулентності S. pneumoniae у стародавньому зразку, включаючи капсульні полісахариди (CPS), стрептококову єнолазу (Eno) та пневмококовий поверхневий антиген A (PsaA).
Аналіз зразка стародавньої смоли також показав наявність у ньому слідів двох видів рослин: берези (Betula pendula) та фундуку (Corylus avellana). Крім того, було виявлено близько 50000 послідовностей, які належали до крякви (Anas platyrhynchos, вид качок).
Для більш детального ознайомлення з нюансами дослідження рекомендую заглянути у и до нього.
Епілог
Дане дослідження можна по праву назвати унікальним з огляду на обсяг отриманої інформації. Раніше повний геном стародавньої людини вдавалося відновити виключно з його останків (кісток і зубів), проте в даній праці вченим вдалося отримати його з березової смоли, що пережувала.
Вони з'ясували, що стародавню жуйку віком 5700 років жувала жінка з темною шкірою, темно-коричневим волоссям та блакитними очима. Такий опис зовнішності зайвий раз підтверджує, що світліша пігментація шкіри серед жителів західної частини Євразії почала проявлятися пізніше. Крім того, подібні зовнішні характеристики можна порівняти з такими у представників західних мисливців-збирачів, до яких, імовірно, і належала жінка, чий геном був отриманий зі зразка.
Плюс вивчення пережованої смоли полягає в тому, що вона дозволяє отримати інформацію щодо мікробного складу ротової порожнини древньої людини. Даний аналіз показав наявність кількох видів бактерій (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Таннерела форзиція и Трепонема зубчаста). Крім цього, були виявлені сліди вірусу Епштейна-Барр, що не дивно, враховуючи високий ступінь поширеності цього вірусу серед сучасних людей (90-95% дорослого населення є його носіями).
Також було знайдено кілька видів стрептококів із групи Мітіт, В тому числі Streptococcus viridans и Пневмокок.
Що стосується гастрономічних переваг стародавньої жінки, то за оцінкою нелюдських послідовностей ДНК, які також не належали до вірусів або бактерій, були знайдені сліди берези, фундуку та качок виду кряква. Можна припустити, що саме ці рослини та тварини були основою їжі стародавніх людей того періоду. Однак є велика ймовірність, що ДНК цих рослин і тварин потрапили в смолу, тому що давня жінка вживала їх у їжу незадовго до пережовування смоли. Інакше кажучи, це міг бути одиничний випадок.
Чому ж смола є чудовим джерелом ДНК стародавньої людини? Вся справа в тому, що в процесі жування ДНК «запечатується» смолою і зберігається в ній через асептичні та гідрофобні властивості.
Надалі вчені планують провести аналіз інших знайдених зразків, що допоможе краще зрозуміти життя стародавніх людей. Крім того, мікробний склад древніх зразків дозволяє зрозуміти еволюцію специфічних для ротової порожнини мікробів та деяких патогенних мікроорганізмів.
Як би там не було, зібрати стільки інформації про людину зі шматочка пережованої смоли, яку він виплюнув 5700 років тому, це неймовірне досягнення. Для когось інформація з минулого, особливо такого далекого, не є важливою. Однак, насправді чим більше ми знаємо про наших предків, тим більше ми розуміємо себе справжніх.
П'ятничний офф-топ:
Ролик у тому, як виробляють жувальну гумку у світі.
Офф-топ 2.0:
Небагато ностальгії 🙂
Дякую за увагу, залишайтесь цікавими та відмінними всім вихідними, хлопці! 🙂
Небагато реклами 🙂
Дякую, що залишаєтеся з нами. Вам подобаються наші статті? Бажаєте бачити більше цікавих матеріалів? Підтримайте нас, оформивши замовлення або порекомендувавши знайомим, , унікальний аналог entry-level серверів, який був винайдений нами для Вас: (Доступні варіанти з RAID1 і RAID10, до 24 ядер і до 40GB DDR4).
Dell R730xd вдвічі дешевше в дата-центрі Equinix Tier IV в Амстердамі? Тільки в нас у Нідерландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – від $99! Читайте про те
Джерело: habr.com