Tuhansia vuosia menneisyyteen katsovat muinaisuuden tutkijat saivat käyttöönsä uusia menetelmiä: Vanhaa dna:ta voidaan erotella jopa suoraan maaperästä

Arkeologista ja paleontologista tutkimusta jarruttaa varsinkin ihmisten luujäännösten vähäinen määrä. Näytteiden saaminen maaperästä tuo lisää mahdollisuuksia selvittää nykyihmisen ja muinaisten ihmislajien evoluutiota, elintapoja ja muuttoliikkeitä.

Maaperän sisältämää dna:ta on hyödynnetty jo pidempään paleoekologisissa tutkimuksissa, kertoo geneetikko ja väitöskirjatutkija Sanni Peltola, joka on mukana Sugrige-muinaisgenomihankkeessa. Esimerkiksi Grönlannin ikiroudasta on jäljitetty muinaista kasvillisuutta. Järvisedimenteistä on myös ajoitettu eläinten ja kasvien leviämistä Euraasiasta Amerikkaan.

Suurta kiinnostusta maaperä-dna:ta kohtaan herätti vuonna 2017 Science-lehdessä julkaistu tutkimus, jossa oli eristetty nisäkkäiden perimää luolien sedimenteistä Euroopasta ja Venäjältä. Muun muassa mammutin ja luolahyeenan lisäksi löytyi kahden varhaisen ihmislajin eli neandertalin- ja denisovanihmisen perimää.

Tutkimuksesta vastasi saksalaisen Max Planck -instituutin evoluutioantropologian yksikkö. Sen johtaja Svante Pääbo arvioi julkistamisen yhteydessä, että maaperä-dna:n analysoiminen on hyödyllinen arkeologinen menetelmä, josta voi tulla jatkossa rutiinia.

Molekyylit voivat säilyä kauan

Miten on mahdollista ylipäätään löytää dna:ta maasta ja tunnistaa se jollekin tietylle eliölle kuuluvaksi?

– Muinaisista eläimistä ja ihmisistä jää luolien pohjiin esimerkiksi virtsaa ja muita jäämiä. Jos olosuhteet ovat otolliset, maakerroksiin jää kiinni solujen sisältämiä dna-molekyylejä. Ne voivat säilyä hyvinkin kauan jonkin partikkelin sisällä, taustoittaa Sugrige-hanketta johtava genetiikan professori Päivi Onkamo.

Maanäytteen sisältämä dna sekvensoidaan eli sen emäsjärjestys luetaan. Emäsjärjestyksen pienten erojen perusteella voidaan tunnistaa sen jättänyt laji, kuten luolakarhu tai vaikka ihminen. Sekvensointiin käytetään menetelmää, joka mahdollistaa miljoonien dna-molekyylien nopean analysoinnin.

– Vanha dna tunnistetaan sille tyypillisten ominaisuuksien avulla. Yleensä dna-jaksot ovat lyhentyneet ja niiden häntiin on kertynyt vaurioita, Peltola sanoo.

Dna:n löytymiselle otollisia ovat mikroskooppiset luunsirut, joissa perimä säilyy paremmin kuin pelkässä maaperässä.

Lupaavat likakuopat

Suomessa vanhojen näytteiden löytymistä haittaa hapan maaperä, joka hajottaa luita ja dna:ta varsin nopeasti. Siksi kivi- ja pronssikautisten jäämien löytäminen on vaikeaa. Peltola tutki gradussaan ihmis-dna:n säilymistä kuudella kivikautisella asuinpaikalla sekä ristiretkiaikaisen haudan maanäytteestä, mutta perimäainesta ei löytynyt. Hänen mukaansa maa-aineksissa piilee silti potentiaalia moneen lähtöön.

– Esimerkiksi järvien sedimenttien siitepölyanalyyseillä on tutkittu muinaista kasvillisuutta. Tätä voi hyvin täydentää dna-analyysilla. Ihmisten puuhista nämä tutkimukset voivat kertoa epäsuorasti, jos havaitaan esimerkiksi merkkejä uusista viljelykasveista.

Myös keskiajan likakuopista ja käymäläkerroksista voi löytyä muun muassa loisten ja ruuanjäämien dna:ta, joka kertoisi ihmisten terveydestä ja ruokavaliosta.

– Esimerkiksi sisäloisten perimän löytymistä helpottaa se, että niiden munat kestävät ympäristön rasitusta paremmin kuin maaperään vapaasti jääneet molekyylit.

Onkamon mukaan paleogenomiikan menetelmien ja algoritmien kehittyessä maaperä-dna:n tutkimus lisääntyy. Vielä tässä vaiheessa joudutaan ensin määrittelemään, mitä lajeja ollaan etsimässä. Jatkossa voidaan ottaa niin sanottuja metagenominäytteitä, joista ei tarvitse tietää etukäteen, mitä haetaan. Niiden avulla lajien tunnistus automatisoituu ja monipuolistuu.

– Esimerkiksi Sanni etsi kaivauksissaan nimenomaan nisäkkäitä. Metagenomitekniikan avulla näytteistä olisi hyvinkin voinut löytyä muiden eliöiden perimää.

Perimä selvitettiin tökötistä

Muinaista ihmis-dna:ta on useimmiten saatu luista ja hampaista. Peltolan mukaan kuitenkin mikä tahansa biologinen materiaali saattaa sisältää dna:ta. Lähteitä voivat olla esimerkiksi lääketieteellisten kokoelmien kudosnäytteet ja kirkolliset pyhäinjäännökset.

Lupaava vanhan perimän lähde on purupihka eli koivuntuohiterva, jota on pehmitetty suussa paikkaus- ja liima-aineeksi sekä käytetty purukumin tavoin. Tanskassa tökötistä eristettiin 5  700 vuotta sitten eläneen naisen koko perimä. Lisäksi saatiin tietoa kivikauden ruokavaliosta, johon kuului sorsaa ja hasselpähkinöitä.

Peltolan mukaan purupihkaa löytyy melko yleisesti kivikautisilta asuinpaikoilta.

– Jäännökset ovat kuitenkin arkeologisesti arvokkaita, ja niiden poraamiseen on vaikea saada tutkimuslupia. Odotamme vielä lisää tuloksia purupihkan dna-tutkimuksesta, jotta tutkimuslupien myöntäjätkin vakuuttuisivat sen hyödyistä.

Dna:ta voi löytyä myös hiuksista, hammaskivestä ja liitupiipuista, joiden huokoiseen materiaaliin on imeytynyt ihmisen sylkeä.