‘Биолошке временске капсуле’: Како ДНК из пећинске прљавштине открива трагове о раним људима и неандерталцима
У последње две деценије дошло је до револуције у способности научника да реконструишу прошлост. Ово је омогућено технолошким напретком на начин ДНК се издваја из древних костију и анализира.
Овај напредак је то открио Неандерталци и савремени људи су се укрштали – нешто за шта се раније није мислило да се догодило. То је омогућило истраживачима да раздвоје различите миграције које су обликовале модерне људе. Такође је омогућио тимовима да секвенцирају геноме изумрлих животиња, као што је мамут, и изумрлих узрочника болести, као што су изумрли сојеви куге.
Пећине могу да сачувају десетине хиљада година генетске историје, пружајући идеалне архиве за проучавање дугорочних интеракција човека и екосистема. Наслаге испод наших ногу постају биолошке временске капсуле.
То је нешто што истражујемо овде у Геогеномском археолошком кампусу Тибинген (ГАЦТ) у Немачкој. Анализа ДНК из пећинских седимената нам омогућава да реконструишемо ко је живео у Европи леденог доба, како су се мењали екосистеми и какву су улогу играли људи. На пример, да ли су се савремени људи и неандерталци преклапали у истим пећинама? Такође је могуће добити генетски материјал из фекалија остављених у пећинама. Тренутно анализирамо ДНК из измета пећинске хијене која је живела у Европи пре око 40.000 година.
Тхе најстарији седимент ДНК до сада откривена долази са Гренланда и стара је 2 милиона година.
Палеогенетика је прешла дуг пут откако је први геном изумрле животиње, кваге, блиског рођака модерних зебри, секвенциониран 1984. Током протекле две деценије, машине за генетско секвенцирање следеће генерације, лабораторијска роботика и биоинформатика (способност анализе великих, сложених биолошких скупова ДНА података) претвориле су се у фрагменте древних научних скупова података. алат.
Данас машине за секвенцирање могу декодирати до сто милиона пута више ДНК од својих раних претходника. Тамо где је првом људском геному требало више од деценије да се заврши, модерне лабораторије сада могу секвенцирати стотине пуних људских генома у једном дану.
2022. године, Нобелова награда за физиологију или медицину додељена је Свантеу Паабоу, водећем светлу у овој области. Нагласио је глобални значај овог истраживања. Древни ДНК сада редовно излази на насловнице, од покушаја да се реконструишу слонови слични мамуту, до праћења стотина хиљада година људског присуства у деловима света. Оно што је најважније, напредак у роботици и рачунарству нам је омогућио да повратимо ДНК из седимената, као и из костију.
ГАЦТ је растућа истраживачка мрежа са седиштем у Тибингену, Немачка, где три институције сарађују у различитим дисциплинама како би успоставиле нове методе за проналажење ДНК у седиментима. Археолози, геонаучници, биоинформатичари, микробиолози и специјалисти за древну ДНК комбинују своју стручност како би открили увиде које ниједно поље не би могло постићи сам — сарадња у којој целина заиста постаје већа од збира њених делова.
Мрежа се протеже далеко изван Немачке. Међународни партнери омогућавају теренски рад на археолошким пећинским налазиштима и природним пећинама широм света. Овог лета, на пример, тим је истраживао пећинске локалитете у Србији, прикупљајући неколико стотина узорака седимента за древну ДНК и сродне еколошке анализе. Планиран је будући рад у Јужној Африци и западним Сједињеним Државама на тестирању граница очувања древне ДНК у седиментима из различитих средина и временских периода.
Игла у пласту сена
Обнављање ДНК из седимената звучи једноставно: узмите мерицу, екстракт, секвенцу. У стварности, то је далеко сложеније. Молекули су ретки, деградирани и фрагментисани, и помешани са модерном контаминацијом од посетилаца пећине и дивљих животиња. Откривање аутентичних молекула леденог доба ослања се на суптилне обрасце хемијског оштећења саме ДНК, ултра чисте лабораторије, роботску екстракцију и специјализовану биоинформатику. Свака позитивна идентификација је мали тријумф, који открива обрасце невидљиве конвенционалној археологији.
Велики део ГАЦТ-овог рада одвија се у пећинама швапске Јуре у оквиру УНЕСЦО-вих локација светске баштине као што је Хохле Фелс, дом најстаријих музичких инструмената и фигуративне уметности на свету. Неандерталци и Хомо сапиенс оставили су за собом камене артефакте, кости, слоновачу и седименте који су се акумулирали десетинама миленијума. Пећине су природне ДНК архиве, где стабилни услови чувају крхке биомолекуле, омогућавајући истраживачима да изграде генетску историју Европе леденог доба.
Један од најузбудљивијих аспеката истраживања ДНК седимента је његова способност да открије врсте које су одавно нестале, чак и када нема костију или артефаката. Посебан фокус је на људима: ко је живео у пећини и када? Како савремени људи и Неандерталци користити пећине и, као што је поменуто, да ли су биле тамо у исто време? Да ли су се пећински медведи и људи такмичили за склониште и ресурсе? И шта би микроби који су живели поред њих могли да открију о утицају који су људи имали на прошле екосистеме?
ДНК седимента такође прати живот изван пећине. Предатори су одвлачили плен у заклоњене одаје, људи су остављали отпад. Пратећи промене у ДНК људи, животиња и микроба током времена, истраживачи могу да испитају древна изумирања и промене екосистема, нудећи увиде релевантне за данашњу кризу биодиверзитета.
Посао је амбициозан: коришћење седиментне ДНК за реконструкцију екосистема леденог доба и за разумевање еколошких последица људског присуства. Само две године након ГАЦТ-а, сваки скуп података генерише нова питања. Сваки пећински слој додаје још један обрт причи.
Са стотинама узорака који се сада обрађују, велика открића су пред нама. Истраживачи очекују да ће ускоро открити прве геноме пећинског медведа, најраније људске трагове и сложене микробне заједнице које су некада успевале у мраку. Хоће ли седименти открити све своје тајне? Време ће показати – али изгледи су узбудљиви.
Овај уређени чланак је поново објављен од Тхе Цонверсатион под лиценцом Цреативе Цоммонс. Прочитајте оригинални чланак.
