Genetyka i izotopy w archeologii

O zastosowaniu stabilnych izotopów tlenu i strontu w badaniach migracji pradziejowych populacji ludzkich i o archeologii biomolekularnej i jej zastosowaniu oraz aspektach metodycznych analiz kopalnego DNA dyskutowali 11 czerwca naukowcy w Muzeum Archeologicznym w Poznaniu w ramach posiedzenia poznańskiej Komisji Archeologicznej PAN.

Zęby świetnie nadają się do badań izotopowych oraz jako źródło antycznego DNA. Na zdjęciu trzonowiec hominina Paranthropus robustus. Badania izotopowe zębów tych istot pozwoliły obalić błędne przekonania o ich diecie. Autor: Didier Descouens. Licencja Creative Commons

Inicjatorem spotkania był prof. Arkadiusz Marciniak z Instytutu Prahistorii UAM.

Pierwsze wystąpienie na temat izotopów tlenu i strontu stosowanych na potrzeby badań archeologicznych wygłosił dr hab. Krzysztof Szostek z Zakładu Antropologii Instytutu Zoologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

Naukowiec nakreślił podstawy metodyczne związane z analizami chemicznymi stosowanymi w badaniach izotopowych. Wyjaśniał, że efekt końcowy poznania izotopowego to proces skomplikowany, kosztowny i długi. Do badań wybiera się trwałe izotopy skrajne pod względem występowania w przyrodzie – te, które występują w największym natężeniu. Podstawą metody jest zróżnicowanie występowania w przyrodzie izotopów strontu i tlenu.

- To zróżnicowanie jest dobrze zmapowane na świecie, niestety nie w Polsce, co powoduje pewne trudności w badaniach na potrzeby archeologii – mówił badacz.

Stront pochodzi z geosfery – jest wychwytywany ze skał macierzystych przez rośliny, następnie przez zwierzęta. Widoczne jest frakcjonowanie pierwiastkowe – stront zmniejsza swoją ilość w łańcuchach pokarmowych, natomiast nie zachodzi frakcjonowanie izotopów, więc stosunek izotopowy zawsze pozostaje taki sam w takim samym środowisku życia.

- To jest o tyle ważne, że w momencie, gdy człowiek rodzi się w danym miejscu i niezależnie od tego, czy je rośliny czy mięso, to jest mapą, obrazem tego środowiska, w którym żyje. Porównując dane pozyskane ze środowiska i ze szczątków ludzkich można odpowiedzieć czy osobnik jest podobny do otoczenia czy różny – mówił.

Antropolog przekonywał, że badania izotopów pomagają ustalić pochodzenie dawnych populacji ludzkich. Jednak badane pod tym kątem kości odzwierciedlają tylko fragment życia osobnika. W przypadku kości – jest to ostatnie 10 lat życia. Dodatkowe dane można uzyskać badając izotopy zgromadzone w zębach – kilka etapów aż do 20. roku życia.

Podstawowym problemem w badaniach izotopowych w Polsce jest brak tła – czyli brak mapy izotopowej całego kraju. Dlatego pojedyncze próbki pobrane z materiału pozyskanego w czasie wykopalisk trudno jest osadzić w kontekście i wyciągnąć szersze wnioski.

Do takich porównań dobre są próbki ze zwierząt, które nie przemieszczają się na duże odległości, np. ślimaków. – Mamy wtedy pewność, że pochodzą z tego środowiska, okolicy, co może być dobrym punktem odniesienia przy badaniach szczątków ludzkich – mówił prof. Szostek.

Naukowiec zaprezentował kilka praktycznych zastosowań metody. Pierwsza to analiza szkieletu pochodzącego z cmentarzyska społeczności kultury ceramiki sznurowej sprzed 4500 lat z okolic Pińczowa. Badacz przeanalizował dla porównania również znalezioną w pobliżu kość jelenia. W oparciu o te dane prof. Szostek spróbował dokonać rekonstrukcji mobilności zmarłego w wieku ok. 45 lat mężczyzny. Okazało się, że poziom izotopowy szczątków jelenia był niższy niż człowieka.

- Być może osobnik urodził się w tym samym miejscu, co zmarł, ale w międzyczasie przemieszczał się po większym terenie. Moim zdaniem analizy wskazują, że nie przybył tutaj z zewnątrz – przekonywał. Podobne badania izotopowe populacji przedlokacyjnych mieszkańców Krakowa przeprowadziła również, wspomniana w czasie wykładu dr Beata Stepańczak. Na podstawie analiz zębiny i kości udowych naukowcy udowodnili, że część pochowanych na badanym cmentarzysku w Krakowie nie była jego rodowitymi mieszkańcami, tylko przybyli z zewnątrz. Skąd? Tego nie wiadomo, gdyż brak jest większej liczby próbek z Małopolski.

- Od dwóch dekad w literaturze bioarcheologicznej pojawiają się próby odpowiedzi na podobne pytania: skąd pochodzimy, jakie są szlaki wędrówek, co ówcześni jedli i pili. To pytanie proste, ale odpowiedź na nie nadal nastręcza trudności – wyjaśniał prof. Szostek.

Drugie wystąpienie pt. „Archeologia biomolekularna: zastosowania i aspekty metodyczne analiz kopalnego DNA” wygłosiła mgr Anna Juras z Zakładu Biologii Ewolucyjnej Człowieka Instytutu Antropologii Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Badaczka nakreśliła na wstępie podstawowe informacje na temat DNA, wyjaśniła, gdzie umiejscowione jest w komórce. – DNA składa się z nukleotydów; kolejność ułożenia czterech rodzajów nukleotydów definiuje łańcuch DNA, który jest nośnikiem informacji genetycznej – mówiła.

Jednak, jak wyjaśniała biolog, w przypadku analiz na potrzeby archeologii mamy do czynienia wyłącznie z kopalnym DNA (aDNA), który w przeciwieństwie do współczesnego jest trudniejszy w badaniach chociażby ze względu na fragmentacje i uszkodzenia oraz dużą podatność na zanieczyszczenia „współczesnym DNA”. To głównie czynniki środowiska takie jak woda, tlen czy wysoka temperatura uszkadzają i degradują DNA. Za to korzystnie na jakość DNA wpływa niska temperatura.

- Znamy przykłady dobrze zachowanego aDNA owadów i roślin sprzed 450-800 tys. lat wydobytych z wiecznej zmarzliny na Grenlandii czy też datowane na 400 tys. lat szczątki niedźwiedzi z jaskini Atapuerca w Hiszpanii. Naukowcy potrafią pozyskiwać aDNA z wielu źródeł takich jak zęby, kości, włosy czy koprolity (skamieniałe odchody) – przekonywała.

Badaczka instruowała archeologów, w jaki sposób należy pobierać próby dla laboratorium. Powinny robić to osoby przeszkolone, ubrane w kombinezon, maseczkę i jednorazowe rękawice, zmieniane po każdej pobranej próbie. Próby przeznaczone do badań DNA powinny być przechowywane w temperaturze minus 20 lub nawet minus 80 stopni st. C , w celu zabezpieczenia materiału genetycznego przed dalszą degradacją, a jeśli nie ma takiej możliwości, to powinny być przechowywane przynajmniej w chłodnym i suchym miejscu.

Kolejnym etapem badań jest oczyszczanie materiałów kostnych (przykładowo kwasem solnym) już w specjalistycznym laboratorium przeznaczonym tylko do pracy z kopalnym DNA.

- W laboratorium używamy precyzyjnych narzędzi. Zęby są nawiercane od strony korzenia w celu uzyskania proszku do izolacji DNA. Z wyjątkiem małego otworu od korzenia, ząb w większości przypadków pozostaje nienaruszony – wyjaśniała biolog.

Do proszku zębnego dodawany jest tzw. bufor ekstrakcyjny, którego celem jest uwolnienie DNA z komórek kostnych. Następnie DNA zatęża się na specjalnych filtrach i oczyszcza. W ten sposób uzyskany materiał genetyczny, można przechowywać w stanie zamrożonym przez wiele lat. W kolejnych etapach analiz można namnażać określone fragmenty DNA, np. mitochondrialnego czy chromosomu Y i poddawać je sekwencjonowaniu.

- Wynikiem jest ciąg nukleotydów DNA, czyli tzw. sekwencja DNA – mówiła Juras.

Badania markerów genetycznych pozwalają śledzić między innymi migracje populacji ludzkich, określać pokrewieństwo między osobnikami czy też oznaczać płeć. Analizy aDNA wykorzystywane są nie tylko w antropologii molekularnej, ale także w paleozoologii, paleobotanice, czy paleoepidemiologii.

Jednak podobnie jak w przypadku badań izotopowych brak jest materiałów porównawczych, a próbki aDNA z terenu Polski są nadal rzadkością. Dlatego w czasie żywej dyskusji po referatach archeolodzy i biolodzy zauważyli ten problem i zastanawiali nad jego systemowym rozwiązaniem.

Tekst pochodzi z serwisu Nauka w Polsce.

NędzaUjdzie w tłumieŚrednieDobreBardzo dobreRewelacja (Oddanych głosów: 13, średnia ocen: 4,92 na 6)
Loading ... Loading ...