„Biologické časové kapsle“: Jak DNA z jeskynní špíny odhaluje vodítka o raných lidech a neandrtálcích
V posledních dvou desetiletích došlo k revoluci ve schopnosti vědců rekonstruovat minulost. To bylo možné díky technologickému pokroku DNA je extrahován ze starých kostí a analyzován.
Tyto pokroky to odhalily Neandrtálci a moderní lidé se křížili – něco, co se dříve nepředpokládalo, že se stalo. Umožnil výzkumníkům rozluštit různé migrace, které formovaly moderní lidi. Týmům to také umožnilo sekvenovat genomy vyhynulých zvířat, jako je mamut, a vyhynulých původců nemocí, jako jsou zaniklé kmeny moru.
Jeskyně mohou uchovat desítky tisíc let genetické historie a poskytují ideální archivy pro studium dlouhodobých interakcí mezi člověkem a ekosystémem. Usazeniny pod našima nohama se stávají biologickými časovými kapslemi.
Je to něco, co zkoumáme zde v Geogenomic Archeology Campus Tübingen (GACT) v Německu. Analýza DNA z jeskynních sedimentů nám umožňuje rekonstruovat, kdo žil v Evropě v době ledové, jak se měnily ekosystémy a jakou roli hráli lidé. Překrývali se například moderní lidé a neandrtálci ve stejných jeskyních? Je také možné získat genetický materiál z výkalů ponechaných v jeskyních. V tuto chvíli analyzujeme DNA z trusu jeskynní hyeny, která žila v Evropě asi před 40 000 lety.
The nejstarší sedimentová DNA dosud objevený pochází z Grónska a je starý 2 miliony let.
Paleogenetika ušla dlouhou cestu od doby, kdy byl v roce 1984 sekvenován první genom vyhynulého zvířete, kvagy, blízkého příbuzného moderních zeber. Během posledních dvou desetiletí genetické sekvenační stroje nové generace, laboratorní robotika a bioinformatika (schopnost analyzovat velké, složité biologické soubory dat) proměnily starou DNA z křehkého vědeckého nástroje.
Sekvenační stroje dnes dokážou dekódovat až stomilionkrát více DNA než jejich raní předchůdci. Tam, kde dokončení prvního lidského genomu trvalo více než deset let, mohou moderní laboratoře nyní sekvenovat stovky úplných lidských genomů za jediný den.
V roce 2022, Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu byla udělena Svante Pääbo, přednímu světlu v této oblasti. Zdůraznil globální význam tohoto výzkumu. Starověká DNA se nyní pravidelně dostává na titulní stránky, od pokusů znovu vytvořit slony podobné mamutům až po sledování stovek tisíc let lidské přítomnosti v některých částech světa. Zásadní je, že pokroky v robotice a výpočetní technice nám umožnily získat DNA ze sedimentů i z kostí.
GACT je rostoucí výzkumná síť se sídlem v Tübingenu v Německu, kde tři instituce spolupracují napříč obory na vytvoření nových metod pro hledání DNA v sedimentech. Archeologové, geovědci, bioinformatici, mikrobiologové a specialisté na starověkou DNA spojují své odborné znalosti, aby odhalili poznatky, kterých by žádná jednotlivá oblast nemohla dosáhnout sama – spolupráce, ve které se celek skutečně stává větším než součet jeho částí.
Síť sahá daleko za hranice Německa. Mezinárodní partneři umožňují terénní práce v archeologických jeskyních a přírodních jeskyních po celém světě. Například letos v létě tým zkoumal jeskynní místa v Srbsku a shromáždil několik stovek vzorků sedimentů pro starověkou DNA a související ekologické analýzy. Budoucí práce jsou plánovány v Jižní Africe a na západě Spojených států, aby otestovaly limity starověkého uchování DNA v sedimentech z různých prostředí a časových období.
Jehla v kupce sena
Obnova DNA ze sedimentů zní jednoduše: vezměte naběračku, extrahujte, sekvenujte. Ve skutečnosti je to mnohem složitější. Molekuly jsou vzácné, degradované a fragmentované a smíšené s moderní kontaminací od návštěvníků jeskyní a divoké zvěře. Detekce autentických molekul doby ledové se opírá o jemné vzorce chemického poškození samotné DNA, ultračisté laboratoře, robotickou extrakci a specializovanou bioinformatiku. Každá pozitivní identifikace je malým triumfem, odhalujícím vzorce neviditelné pro konvenční archeologii.
Velká část práce GACT se odehrává v jeskyních Švábské Jury v lokalitách světového dědictví UNESCO, jako je Hohle Fels, domov nejstarších hudebních nástrojů a figurativního umění na světě. Neandrtálci a Homo sapiens po sobě zanechali kamenné artefakty, kosti, slonovinu a usazeniny, které se nahromadily po desítky tisíciletí. Jeskyně jsou přírodní archivy DNA, kde stabilní podmínky uchovávají křehké biomolekuly, což umožňuje výzkumníkům sestavit genetickou historii Evropy doby ledové.
Jedním z nejvíce vzrušujících aspektů výzkumu sedimentové DNA je jeho schopnost detekovat druhy dávno pryč, i když nezůstaly žádné kosti ani artefakty. Zvláštní pozornost je věnována lidem: kdo žil v jeskyni a kdy? Jak moderní lidé a neandrtálci používat jeskyně a jak bylo zmíněno, byly tam ve stejnou dobu? Soutěžili jeskynní medvědi a lidé o úkryt a zdroje? A co mohou mikrobi, kteří žili vedle nich, prozradit o vlivu lidí na minulé ekosystémy?
Sedimentová DNA také sleduje život mimo jeskyni. Dravci zavlekli kořist do chráněných komnat, lidé za sebou zanechávali odpad. Sledováním změn v lidské, zvířecí a mikrobiální DNA v průběhu času mohou vědci zkoumat starověká vymírání a posuny ekosystémů a nabízet vhledy relevantní pro dnešní krizi biologické rozmanitosti.
Práce je ambiciózní: pomocí sedimentární DNA rekonstruovat ekosystémy doby ledové a pochopit ekologické důsledky lidské přítomnosti. Pouhé dva roky po GACT generuje každá datová sada nové otázky. Každá vrstva jeskyně dodává příběhu další zvrat.
Se stovkami vzorků, které jsou nyní zpracovávány, jsou před námi velké objevy. Vědci očekávají, že brzy odhalí první genomy jeskynních medvědů, nejranější lidské stopy a komplexní mikrobiální komunity, kterým se kdysi dařilo ve tmě. Odhalí sedimenty všechna svá tajemství? Čas ukáže – ale vyhlídky jsou vzrušující.
Tento upravený článek je znovu publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.
