Od identyfikacji nowych gatunków ludzkich po rozszyfrowanie ewolucji chorób – możliwość odtworzenia starożytnych genomów stanowi rewolucyjną zmianę dla naukowców, którzy potrafią ominąć zagrożenia etyczne.
W 2010 r. genetycy z Danii osiągnęli znaczący przełom. Wyodrębniając fragmenty DNA z 4000-letnich kosmyków włosów z Grenlandii, które przez dziesięciolecia były przechowywane w muzeum w Kopenhadze, zrekonstruowali pierwszy kompletny genom starożytnego człowieka.
Badanie było zwieńczeniem dziesięcioleci pracy naukowców z całego świata, która rozpoczęła się od nieudanych prób uzyskania materiału genetycznego z mumii egipskich w latach 80. XX wieku. W 2013 r. liczbę starożytnych genomów ludzkich nadal można było policzyć na palcach jednej ręki. W ostatnich latach liczba ta wzrosła wykładniczo: w kwietniu 2023 r. opublikowano 10 000. starożytny genom ludzki, a kolejne tysiące są w przygotowaniu.
Znaczący rozwój badań nad DNA starożytnym, będącym przedmiotem zupełnie nowej dyscypliny zwanej paleogenomiką, może być największym postępem w archeologii od czasu opracowania datowania radiowęglowego w latach 50. XX wieku.
W 2022 r. pionier badań, Svante Pääbo, genetyk z Instytutu Maxa Plancka ds. Ewolucji Człowieka w Lipsku (Niemcy), otrzymał Nagrodę Nobla za swoje prace nad genami wymarłych neandertalczyków. Obecnie starożytne DNA stało się narzędziem pozwalającym lepiej zrozumieć, skąd pochodzimy, oraz sposobem na dostrzeżenie, dokąd zmierzamy.
Udoskonalenie procesu odzyskiwania starożytnego DNA
Aby odzyskać starożytne DNA ze starych próbek, naukowcy pobierają niewielką próbkę kości, zęba lub włosów ze szkieletu za pomocą wiertła dentystycznego lub podobnego narzędzia, a następnie wyodrębniają z nich fragmenty DNA. Powielając fragmenty DNA wiele razy, a następnie wykorzystując komputery do dopasowania i ponownego złożenia tych maleńkich łańcuchów, jakby były to puzzle składające się z miliarda elementów, genetycy mogą odtworzyć całe genomy.
Udoskonalenie tego procesu zajęło dziesiątki lat. Pierwsze próby uzyskania DNA ze starych kości w latach 80. XX wieku były pełne problemów. Największym z nich było zanieczyszczenie: wszystkie żywe organizmy mają DNA, a pierwsze badania napotykały trudności w oddzieleniu starego materiału genetycznego od współczesnego DNA.
Próbki mogły zostać zanieczyszczone wszystkim, od bakterii glebowych, które przedostały się do zakopanych kości, po łupież technika laboratoryjnego. Pierwsze twierdzenia, że można odzyskać DNA dinozaurów z bursztynu z okresu kredowego, okazały się zbyt optymistyczne i były w większości wynikiem zanieczyszczenia, co podważyło całą dziedzinę.
Pääbo i inni nie poddali się, opracowując sposoby eliminowania zanieczyszczeń i wykazując, że badane przez nich DNA rzeczywiście pochodziło od starożytnych okazów. W rezultacie obecnie próbki starożytnego DNA pobierane są w ściśle kontrolowanych warunkach, w czystych pomieszczeniach zalanych światłem ultrafioletowym, które niszczy bakterie i ich DNA. Wyniki są porównywane z bazami danych DNA współczesnych gatunków lub innych starożytnych próbek, co pomaga klasyfikować i izolować materiał genetyczny z różnych źródeł.
Początkowo procedury te były również niezwykle kosztowne, znacznie bardziej niż większość archeologów i paleontologów mogła sobie pozwolić. Jednak wraz ze spadkiem kosztów i wzrostem liczby próbek metoda ta stała się potężnym narzędziem służącym zrozumieniu przeszłości.
Badania starożytnego DNA przechodzą od pojedynczych przypadków, które trafiają na pierwsze strony gazet, do stałego elementu standardowego zestawu narzędzi archeologów. Pozwoliło to już na lepsze zrozumienie starożytnych migracji i funkcjonowania społeczeństw w odległej przeszłości.
Co ujawniła analiza starożytnego DNA
Porównując DNA osób pochowanych w różnych okresach, ale w tym samym regionie geograficznym, na przykład, genetycy i archeolodzy mogą zidentyfikować zmiany w populacjach. Dziesiątki badań przeprowadzonych w ostatnim dziesięcioleciu na całym świecie pokazują, że migracja i przemieszczanie się zawsze były częścią historii ludzkości.
Obecnie wiemy, że populacja Europy była dynamiczna przez wiele tysiącleci, a bardzo zróżnicowane grupy ludności przybywały na kontynent, mieszając się i krzyżując wielokrotnie od czasu pojawienia się pierwszych współczesnych ludzi około 50 000 lat temu. Starożytne DNA pomogło ustalić, kiedy pierwsi osadnicy przybyli do Ameryki, i powiązać ich z przodkami zamieszkującymi Azję.
Niektóre odkrycia sięgają jeszcze dalej w przeszłość. Porównując DNA neandertalczyków z DNA współczesnych ludzi, Pääbo i jego zespół byli w stanie wykazać, że współcześni Europejczycy i Azjaci mają niewielką część (do 5%) swojego pochodzenia neandertalskiego, co sugeruje, że nasi odlegli przodkowie spotkali się i połączyli z neandertalczykami w odległej przeszłości.
DNA pozwala nawet ustalić, kiedy: geny osób obecnie mieszkających w Afryce Subsaharyjskiej nie zawierają DNA neandertalczyków. Sugeruje to, że współcześni ludzie spotkali naszych kuzynów neandertalczyków po wyemigrowaniu z Afryki 50 000 lat temu.
Starożytne DNA ujawniło nawet istnienie zupełnie nowych gatunków przodków człowieka. W 2008 roku archeolodzy odnaleźli fragment kości palca w jaskini w zachodniej Syberii. Oszacowali, że ma on ponad 50 000 lat, ale fragment był zbyt mały, aby można było dowiedzieć się czegoś więcej przy użyciu tradycyjnych metod archeologicznych.
Dzięki chłodnym warunkom panującym w syberyjskiej jaskini naukowcy byli w stanie wyodrębnić DNA z kości, ujawniając, że nie należała ona ani do neandertalczyka, ani do współczesnego człowieka, ale do czegoś zupełnie innego: do nieznanego dotąd gatunku ludzkiego, znanego obecnie jako denisowianie, od jaskini, w której po raz pierwszy odkryto ich szczątki.
DNA człowieka to tylko wierzchołek góry lodowej. Te same techniki, które wykorzystuje się do badania dawno wymarłych ludzi, pozwoliły naukowcom zsekwencjonować DNA wymarłych gatunków. Geny mamutów włochatych, niedźwiedzi jaskiniowych i ptaków dodo dały bezprecedensowy wgląd w przeszłość i lepsze zrozumienie biologii ich żyjących krewnych.
Z drugiej strony, tysiącletnie DNA bakterii pozwala prześledzić pochodzenie i ewolucję chorób, takich jak gruźlica i Yersinia pestis, lepiej znana jako czarna śmierć. Ponadto naukowcy wyizolowali i zidentyfikowali bakterie uwięzione w płytce nazębnej starożytnych szkieletów, co pozwala ustalić, czym żywili się ludzie, na jakie choroby cierpieli i czym różni się współczesny mikrobiom od mikrobiomu naszych przodków.
Nowe granice i kwestie etyczne
Następna granica? Wydobywanie DNA z ziemi. W niedawnym badaniu naukowcom udało się odtworzyć środowisko Grenlandii przed pokryciem jej lodem, identyfikując DNA mamutów, reniferów i gęsi, które wędrowały po wyspie ponad dwa miliony lat temu.
Naukowcy mają nadzieję, że wkrótce ziemia będzie mogła dostarczyć również informacji o ludziach. Na przykład gleba z jaskiń zamieszkałych w przeszłości może zawierać wystarczającą ilość DNA, aby zidentyfikować ich dawno zaginionych mieszkańców.
Jeśli chodzi o DNA ludzkie, badania koncentrują się głównie na Europie i Rosji, które stanowią dwie trzecie opublikowanych dotychczas próbek. Wynika to częściowo z faktu, że pierwsze badania skupiały się na miejscach, w których niskie temperatury dobrze konserwowały DNA. Dziesięć lat temu wielu badaczy wątpiło, czy możliwe jest odzyskanie starożytnego DNA z Afryki, a nawet z wybrzeży Morza Śródziemnego. Jednak wraz z udoskonalaniem technik badacze coraz częściej sięgają po stanowiska archeologiczne w Afryce i Azji, aby odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące pochodzenia i historii ludzkości.
Postępy w dziedzinie genetyki i archeologii wywołały również nowe kwestie etyczne i sprzeciw. Podczas gdy żyjące osoby mogą dobrowolnie oddać próbkę śliny lub krwi zawierającą ich DNA, analiza genów zmarłych wymaga zaledwie kilku setnych uncji sproszkowanej kości lub zęba. Ta „destrukcyjna” analiza szczątków ludzkich narusza przekonania religijne niektórych grup. Niszczy również część starożytnego szkieletu, który jest zasobem nieodnawialnym par excellence.
Genetycy, archeolodzy i społeczności potomków nie zawsze są zgodni co do tego, kto może wyrazić zgodę na badanie takich szczątków.
W ciągu ostatniej dekady krytycy naciskali na genetyków, aby bardziej angażowali się w sprawy społeczności, z których pochodzą ich próbki. Twierdzą oni, że przed rozpoczęciem badań należy uzyskać zgodę potomków zmarłych osób, aby pobrać próbki i opublikować geny osób, które zmarły dawno temu. Tymczasem wiele szkieletów znajdujących się w zbiorach muzealnych zostało pozyskanych w okolicznościach, które obecnie nie byłyby uznane za etyczne.
Archeolodzy twierdzą, że opieranie się na starożytnym DNA niesie ze sobą ryzyko nadmiernego uproszczenia prehistorii: geny nie mogą nam powiedzieć, jakim językiem mówili ludzie, jakich bogów czcili lub jak postrzegali samych siebie, a jedynie kim byli ich rodzice, dziadkowie i dalsi przodkowie. Jednak w połączeniu z bardziej tradycyjnymi technikami archeologicznymi DNA ze starych szkieletów stanowi potężne narzędzie do badania przeszłości.
