Gammelt DNA hjælper videnskabsmænd med at studere menneskets evolution:Det er som en tidskapsel

Arkæologer lærer om fortiden ved at sammensætte artefakter fra materiel kultur:værktøjerne, efterladte kunstværker og arkitektur, der fortæller os, hvordan oldtidens mennesker levede. Men forestil dig at kunne studere deres DNA, at lære om, hvordan forskellige grupper af mennesker var relateret til hinanden, hvor de kom fra eller endda hvilke slags sygdomme de havde?

Konceptet med at genvinde DNA fra gamle knogler, især menneskers og vores evolutionære slægtninge, er stadig forholdsvis ny. Forskere kan studere genomet af moderne befolkninger af mennesker og ekstrapolere ting om fortiden ved at sammenligne dem med genomer fra andre grupper. For eksempel, hvis genomet af en gruppe adskiller sig fra en nært beslægtet gruppe med en vis procentdel, videnskabsmænd kunne arbejde baglæns for at beregne, hvor længe siden de to grupper deltes, at kende den gennemsnitlige tid, det tager mutationer, eller tilfældige ændringer i gener, at akkumulere.

Men denne tilgang kræver en masse antagelser om hastigheden af ​​genetiske ændringer, og hvordan disse grupper faktisk levede og interagerede med hinanden. Asst. Prof. Maanasa Raghavan, en genetiker, der for nylig sluttede sig til University of Chicagos fakultet for at bygge et gammelt DNA-laboratorium, ønsker at forfine nogle af disse antagelser og modeller ved at gå direkte til kilden.

"Nu har vi værktøjerne, hvormed vi faktisk kan udtrække og sekventere hele genomer direkte fra skeletrester af gamle individer, " sagde hun. "Det er ligesom en tidskapsel fra dengang, disse mennesker levede. Pludselig har vi et forankringspunkt i fortiden, så du behøver ikke antage tingene længere."

At være i stand til at sekvensere gammelt DNA giver et øjebliksbillede af disse mennesker på et bestemt tidspunkt. Udvinding af dette DNA starter med at finde de rigtige slags knogler, som tænder eller de små, tætte knogler i det indre øre (petrusknogle), der bevarer nok DNA indeni. Forskere maler derefter en sektion eller borer ind i knoglen og forbereder det resulterende pulver til DNA-ekstraktion og sekventering. Det er en delikat, nøje kontrolleret proces. Raghavans nye laboratorium er placeret i underetagen af ​​Gordon Center for Integrative Science, målrettet adskilt fra andre genetiske laboratorier for at undgå at kontaminere prøverne med moderne DNA.

Der er adskillige gamle DNA-laboratorier rundt om i verden nu, og jo flere prøver Raghavan og hendes kolleger kan analysere i en etisk, informeret og bæredygtig måde, det højere opløsningsbillede, de kan skabe om, hvordan individer og befolkninger udviklede sig over tid. De kan så lægge på, hvad vi kender fra andre områder som antropologi, arkæologi, lingvistik og økologi for at se, hvad der påvirker kulturelle praksisser, befolkningsbevægelser og sammenblanding, og ændringer i miljøet havde på menneskets genetiske historie.

For eksempel, et af Raghavans første projekter er at analysere gamle DNA-prøver fra Sydasien. Dette arbejde udføres i tæt samarbejde med indiske forskere og arkæologer. Regionen er blevet undersøgt, fordi DNA generelt ikke bevarer godt i tropiske miljøer. Men som prøveudtagning og genetiske sekventeringsværktøjer er blevet forbedret, forskere er i stand til at finde flere og flere brugbare gamle biologiske materialer.

Sydasiatiske kulturer har en historie med kastesystemer og indgifte mellem nære slægtninge, hvilket fører til højere frekvenser af sygdomme forårsaget af mutationer i recessive gener. Ved at studere gammelt DNA fra mennesker, der levede på forskellige tidspunkter, Raghavan og hendes team kan sammenligne de ældgamle genomiske data med moderne prøver og udlede, hvor meget blandede ægteskaber foregik i fortiden, og hvilke effekter det kan have haft på sygdomsraterne over tid.

Ligeledes, de kan bruge gamle data til at forstå, hvordan forskellige populationer af mennesker udvikler modtagelighed for visse sygdomme. Hvis genomiske data fra moderne mennesker viser os, at specifikke genetiske ændringer gør folk modtagelige for visse sygdomme, de kan lede efter de samme ændringer i det gamle DNA for at se, hvornår og hvordan denne modtagelighed kunne have udviklet sig.

Raghavans gruppe arbejder også på projekter for at rekonstruere den menneskelige befolkningshistorie i Amerika. En region i fokus er Chile, hvor medlemmer af gruppen vil studere gammelt menneskeligt DNA fra tidligere kulturer for at forstå, om kulturel evolution korrelerede med menneskelig genetik. For eksempel, blev nye kulturer ledsaget af nye mennesker, der migrerede ind i regionen og bragte nye livsstile og teknologi med sig? Hvordan interagerede disse forskellige populationer, hvis overhovedet, og bidrog de med gener til nutidens befolkninger, der bor i denne region i Sydamerika?

Raghavan sagde, at denne form for detektivarbejde hjælper med at opbygge en bedre forståelse af, hvordan nutidens befolkninger er struktureret. Visse populationer af mennesker danner undergrupper, fordi folk har tendens til at gifte sig og formere sig inden for de samme grupper eller kulturer. Over tid, dette begynder at skabe forskelle i genomet, hvilket kan betyde, at en af ​​disse grupper er mere udsat for sygdomme (eller beskyttet mod forskellige sygdomme) end en anden. Disse fine sondringer kan gøre en stor forskel ved at designe genom-dækkende associationsstudier, der sammenligner forskellige populationer og leder efter genetiske ændringer, der kan forklare sygdom.

Ved at se ind i fortiden, Raghavan ønsker at lære oprindelsen af ​​sygdomme. Igen, ved at anvende lektioner fra andre områder af menneskelig undersøgelse:Var der noget ved miljøet, der gjorde oldtidens mennesker modtagelige for sygdomme? Eller var der en dramatisk ændring i deres livsstil?

"Med evnen til at få DNA fra fortiden, vi kan faktisk begynde direkte at se på ændringer i genomet over tid og korrelere dem med miljø- eller livsstilsændringer i fortiden, " sagde Raghavan. "Vi kan begynde bedre at lægge sammen, ikke kun hvordan mennesker udviklede sig, men hvordan de udviklede sig i det miljø, de levede i på en bestemt tidsperiode, og hvordan det påvirkede sygdomshistorien i vores art."