Artefakty wykonane z kamienia, kości lub zębów dostarczają ważnych informacji na temat strategii przetrwania wczesnych ludzi, ich zachowania i kultury. Jednak do tej pory trudno było przypisać te artefakty do konkretnych osób, ponieważ pochówki i wyposażenie grobowe były w paleolicie bardzo rzadkie. Ograniczyło to możliwości wyciągania wniosków na temat np. podziału pracy czy ról społecznych jednostek w tym okresie.
Aby bezpośrednio powiązać obiekty kulturowe z określonymi osobami, a tym samym uzyskać głębszy wgląd w społeczeństwa paleolityczne, międzynarodowy, interdyscyplinarny zespół badawczy, kierowany przez Instytut Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka w Lipsku, opracował nowatorską, nieniszczącą metodę izolacji DNA z kości i zębów. Chociaż generalnie są one rzadsze niż narzędzia kamienne, naukowcy skupili się szczególnie na artefaktach wykonanych z elementów szkieletowych, ponieważ są one bardziej porowate, a zatem istnieje większe prawdopodobieństwo zatrzymania DNA obecnego w komórkach skóry, pocie i innych płynach ustrojowych.
Nowa metoda ekstrakcji DNA
Zanim zespół mógł pracować z prawdziwymi artefaktami, musiał najpierw upewnić się, że cenne przedmioty nie zostaną uszkodzone. „Struktura powierzchni artefaktów kości i zębów z okresu paleolitu dostarcza ważnych informacji na temat ich produkcji i wykorzystania. Dlatego też zachowanie integralności artefaktów, w tym mikrostruktur na ich powierzchni, było najwyższym priorytetem” – mówi Marie Soressi, archeolog z Uniwersytetu w Leiden który nadzorował pracę razem z Matthiasem Meyerem, genetykiem Maxa Plancka.
Zespół zbadał wpływ różnych chemikaliów na strukturę powierzchni archeologicznych fragmentów kości i zębów oraz opracował nieniszczącą metodę ekstrakcji DNA opartą na fosforanach. „Można powiedzieć, że stworzyliśmy pralkę do starożytnych artefaktów w naszym czystym laboratorium” – wyjaśnia Elena Essel, główna autorka badania, która opracowała tę metodę. „Przemywając artefakty w temperaturze do 90°C, jesteśmy w stanie wydobyć DNA z popłuczyn, zachowując artefakty w nienaruszonym stanie”.
Wczesne niepowodzenia
Zespół po raz pierwszy zastosował tę metodę do zestawu artefaktów z francuskiej jaskini Quinçay, wykopanej w latach 70. i 90. XX wieku. Chociaż w niektórych przypadkach udało się zidentyfikować DNA zwierząt, z których wykonano artefakty, zdecydowana większość uzyskanego DNA pochodziła od osób, które miały kontakt z artefaktami podczas wykopalisk lub po ich zakończeniu. Utrudniło to identyfikację starożytnego ludzkiego DNA.
Aby przezwyciężyć problem zanieczyszczenia współczesnego człowieka, naukowcy skupili się następnie na materiale, który został świeżo wydobyty przy użyciu rękawiczek i masek na twarz i umieszczony w czystych plastikowych torebkach z osadem. Trzy wisiorki z zębami z jaskini Bacho Kiro w Bułgarii, w której mieszkają najstarsi, bezpiecznie datowani współcześni ludzie w Europie, wykazały znacznie niższy poziom współczesnego zanieczyszczenia DNA; jednakże w tych próbkach nie można było zidentyfikować żadnego starożytnego ludzkiego DNA.
Wisiorek z Jaskini Denisowej
Przełomu w końcu dokonali Maxim Kozlikin i Michael Shunkov, archeolodzy prowadzący wykopaliska w słynnej Jaskini Denisowej w Rosji. W 2019 roku, nieświadomi nowej metody opracowywanej w Lipsku, dokładnie wykopali i odłożyli wisiorek z zębami jelenia z górnego paleolitu. Z tego genetycy w Lipsku wyizolowali nie tylko DNA samego zwierzęcia, jelenia wapiti, ale także duże ilości starożytnego ludzkiego DNA. „Ilość ludzkiego DNA, którą odzyskaliśmy z wisiorka, była niezwykła” – mówi Elena Essel – „prawie tak, jakbyśmy pobrali próbkę ludzkiego zęba”.
Na podstawie analizy mitochondrialnego DNA, niewielkiej części genomu, która jest dziedziczona wyłącznie od matki do ich dzieci, naukowcy doszli do wniosku, że większość DNA prawdopodobnie pochodzi od jednego osobnika ludzkiego. Korzystając z genomów wapiti i ludzkich mitochondriów, byli w stanie oszacować wiek wisiorka na 19 000 do 25 000 lat, bez pobierania próbek cennego obiektu do datowania C14.
Oprócz mitochondrialnego DNA naukowcy odzyskali również znaczną część genomu jądrowego jego ludzkiego właściciela. Na podstawie liczby chromosomów X ustalili, że wisiorek został wykonany, używany lub noszony przez kobietę. Odkryli również, że ta kobieta była genetycznie blisko spokrewniona ze współczesnymi starożytnymi osobnikami z dalszej wschodniej Syberii, tzw. „Naukowcy medycyny sądowej nie będą zaskoczeni, że ludzkie DNA można wyizolować z przedmiotu, z którym często się obchodziło” – mówi Matthias Meyer – „ale to niesamowite, że po 20 000 lat jest to nadal możliwe”.
Naukowcy mają teraz nadzieję zastosować swoją metodę do wielu innych przedmiotów wykonanych z kości i zębów w epoce kamiennej, aby dowiedzieć się więcej o genetycznym pochodzeniu i płci osób, które je wykonały, używały lub nosiły.