Kopalny DNA (aDNA) to materiał genetyczny pochodzący m.in. z ludzkich szczątków kostnych, które mogą być datowane na kilkaset lub kilka tysięcy lat. Stanowi on niezwykle frapujący przedmiot badań zespołu kierowanego przez dr Annę Juras i dr. Macieja Chyleńskiego z laboratorium kopalnego DNA w Instytucie Biologii i Ewolucji Człowieka na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Co można wyczytać z aDNA?

Jak wyjaśnia dr Anna Juras, specyfiką kopalnego DNA jest to, że ulega degradacji, ale może się zachować w kościach w postaci krótkich fragmentów, które posiadają charakterystyczne zmiany (mutacje). Powstają one głównie na skutek działania środowiska, w którym zdeponowane były szczątki.

– Sam proces izolacji materiału genetycznego nie jest łatwy i wymaga pracy w specjalnym sterylnym laboratorium oraz zastosowania określonych procedur, które wyeliminują możliwość zanieczyszczenia badanych prób współczesnym materiałem genetycznym – wyjaśnia dr Juras.

Analizy aDNA pozwalają na rekonstrukcję historii genetycznej naszych przodków, a zatem na ustalenie, skąd pochodzili oraz jakie jest ich powiązanie z innymi kopalnymi populacjami.

– Współczesne techniki pracy z DNA, w tym sekwencjonowanie nowej generacji, pozwalają nie tylko rekonstruować pełne genomy mitochondrialne, które są dziedziczone w liniach żeńskich, ale także genomy jądrowe, które pochodzą od obojga rodziców, oraz chromosom Y przekazywany w linii męskiej – wskazuje dr Chyleński, biolog molekularny i archeolog. – Na ich podstawie możemy też badać pokrewieństwo między osobnikami, które są pochowane w obrębie jednego cmentarzyska lub grobu, co dostarcza nowych informacji na temat struktury społecznej dawnych populacji.

Pod koniec 2022 r. badania aDNA zostały docenione przez środowisko naukowców. Profesor Svante Pääbo otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii za analizy aDNA neandertalczyków. Czego dowodzą wyniki tych badań? Jak wskazują nasi rozmówcy, pozwoliły one m.in. na ustalenie, że neandertalczycy krzyżowali się z ludźmi anatomicznie współczesnymi. – Potwierdza to fakt, że kilka procent naszego genomu jest pochodzenia neandertalskiego – mówi dr Juras.

W ostatnim czasie został pobity rekord dotyczący wieku prób, z których jesteśmy w stanie wyizolować DNA. Obecnie najstarszy aDNA, datowany na ok. 2 mln lat, pochodzi z materiałów środowiskowych z Grenlandii. – Dzięki tym badaniom, prowadzonym przez prof. Eske Willersleva z Danii, możliwa była rekonstrukcja nieznanego dotąd paleoekosystemu – tłumaczy dr Juras.

Pradziejowi mieszkańcy Polski

Badania prowadzone przez naszych rozmówców dotyczące neolitu – czyli okresu, w którym rozprzestrzeniało się rolnictwo i osiadły tryb życia – wykazały, że po początkowym okresie braku przepływu genów między napływowymi rolniczymi grupami, zaliczanymi do kultury ceramiki wstęgowej rytej (KCWR) a lokalnymi mezolitycznymi łowcami-zbieraczami, we wczesnym neolicie, nastąpił okres sporadycznego przypływu genów.

To właśnie rewolucja rolnicza uważana jest przez biologów ewolucyjnych, antropologów i archeologów za jedną z najważniejszych w historii naszego gatunku oraz całej planety. Wraz z wielką migracją ludności – rolników z Bliskiego Wschodu do Europy – przybyły także nowe geny, które znacząco zmieniły dotychczasową strukturę genetyczną.

– Zjawisko to było widoczne m.in. w postaci pojawiających się typowo wczesnoneolitycznych haplogrup mitochondrialnego DNA, tj. H, J, K czy T. Jednakże wraz z upływem czasu w populacjach neolitycznych pojawiły się łowiecko-zbierackie haplogrupy mitochondrialnego DNA, co może świadczyć o tym, że populacje wczesnoneolityczne, które przywędrowały z Bliskiego Wschodu, w pewnym stopniu krzyżowały się z wcześniejszymi mezolitycznymi populacjami – mówi dr Chyleński.

Równolegle zrekonstruowane zostały struktury pokrewieństwa jednego z badanych stanowisk wczesnoneolitycznych, które wykazały brak bezpośredniego pokrewieństwa między osobami pochowanymi obok siebie. – Może to wskazywać na złożoną strukturę społeczną, nieopartą w pierwszej kolejności na więzach pokrewieństwa biologicznego – uważa dr Chyleński.

Naukowcy z UAM analizowali także materiały szkieletowe ludzi pochodzących z przełomu neolitu i epoki brązu.

– Wyniki potwierdziły, że tak jak cała Europa, także tereny Polski zostały w tym okresie dotknięte masową migracją z terenów Stepu Pontyjsko-Kaspijskiego. Zważywszy na bezpośrednie sąsiedztwo stepu, efekt tej migracji w porównaniu z resztą kontynentu był w naszym kraju porównywalnie większy – akcentuje nasz rozmówca.

Wkrótce pojawią się także wyniki badań dotyczących populacji zamieszkujących tereny dzisiejszej Polski w epoce brązu. Ilustrują one istotne zmiany zarówno w strukturze genetycznej, jak i społecznej, które dokonały się w tej epoce w naszej części Europy.

Ukryte w kopalnym DNA

Jak wskazują pracownicy naukowi UAM, badania kopalnego DNA pomagają zrozumieć, które przemiany w kulturze towarzyszyły przemieszczaniu się grup ludzkich, a które rozprzestrzeniały się jako widoczne wyłącznie na poziomie genetycznym.

– Możemy także zrekonstruować charakter migracji, a więc to, czy brali w niej udział przedstawiciele obu płci, jak np. w migracji z Anatolii u zarania neolitu, czy dominowali w niej mężczyźni, jak w migracji ze stepów na początku epoki brązu – mówi dr Juras. Zespół naukowy z Instytutu Biologii i Ewolucji Człowieka na Wydziale Biologii UAM zajmuje się także analizą chorobotwórczych bakterii kopalnych, których genomy można wykryć w ludzkich szczątkach.

Trzeba też zauważyć, że analizy genetyczne szczątków ludzkich dostarczają informacji nie tylko na temat samych procesów migracji, ale – jak wskazują naukowcy z UAM – również selekcji i pochodzenia pewnych cech biologicznych istotnych dla przystosowywania się do zmieniających się warunków środowiskowych. Co ciekawe, przykładami takich cech są zdolność trawienia laktozy w wieku dorosłym czy odporność lub podatność na niektóre choroby. Ta pierwsza pojawiła się w Europie najprawdopodobniej na początku epoki brązu, ale jak pokazały m.in. badania naukowców z Poznania, zaczęła na naszym kontynencie dominować dopiero po wczesnym średniowieczu.