Tarton yliopiston äärimmäisen puhtaassa laboratoriossa selvitetään ihmisten menneisyyttä hammas hampaalta ja geeni geeniltä

Tarton yliopistossa Virossa on poikkeuksellisen suuri geenipankki: tiedot joka viidennen aikuisen virolaisen perimästä. Se antaa mahdollisuuden jäljittää sairauksien perinnöllisyyttä. Geenipankin rinnalle yliopisto sai viisi vuotta sitten laboratorion, jossa vastaavaa tietoa voidaan etsiä arkeologisista ihmislöydöistä.

Muinais-DNA-laboratoriossa olennaisinta on äärimmäinen puhtaus. Sen vuoksi alipaineistettu ilmanvaihto olikin koko projektin kallein osa, kertoo Tarton yliopiston arkeogenetiikan professori Kristiina Tambets EU:n tuella rakennetusta laboratoriosta.

Tarton yliopiston geneettinen tutkimus on saanut siitä tuulta siipien alle, Tambets kiittää.

– Tämän päivän luonnontieteelliset menetelmät mahdollistavat sen, että arkeologisista löydöistä pystytään selvittämään paljon sellaista, mitä arkeologian tieteenala ei ole osannut sanoa yksin. Uutta informaatiota kertyy nyt hyvin paljon nimenomaan tieteenalojen yhteistyöllä.

Laboratorion puhtautta vaalitaan myös muuan muassa ultaviolettipuhdistuksella ja perusteellisella suojavaatetuksella. Karkaamaan päässyt nykypäivän ihmisen DNA on muinaisgenetiikalle saastetta.

– Arkeologisilla kaivauksilla ympäristö ei tietenkään ole kovin steriiliä, mutta meillä on keinot, joilla löydön päällimmäinen kerros pystytään puhdistamaan. Kaikki materiaali dekontaminoidaan ensin, Tambets kertoo.

Esihistoriallisella ajalla eläneistä ihmisistä on jäänyt yleensä vain vähän löydettävää. Virossakaan kivikautiset luut eivät ole arkeologeille tuiki tavallisia löytöjä, Suomessa niistä ei ole maaperän happamuuden takia toivoakaan. Suosta orgaanista ainetta voi hyvinkin löytää, mutta DNA:n säilymiselle suo on huono paikka.

Tambetsin mukaan arkeologeille ja arkeogeneetikoille on kehittynyt toimiva yhteistyö sen arvioimiseksi, onko löytö sitä lajia, että tutkimuskelpoista materiaalia on todennäköisesti jäjellä. Jos muinainen hammas näyttää rumalta, DNA:ta ei yleensä enää löydy, Tambets kertoo.

– Hampaat ja tiheät kalloluut ovat yleensä niitä osia, joissa DNA säilyy parhaiten. Ehjässä hampaassa DNA:ta saattaa olla, joskaan ei välttämättä.

Muinais-DNA:n vihollisia on paljon: väärä lämpötila, kosteus, hapettuminen, happamuuden vaihtelu. Solut tuhoutuvat myös omien prosessiensa vuoksi, kun aikaa kuluu satoja, tuhansia ja jopa kymmeniätuhansia vuosia ennen kuin löytö on tutkijan sekvensoitavana.

Mutta jos sekvensointi onnistuu, genomin eri osat antavat erilaista tietoa nyansseista: mitokondrio äitilinjasta, Y-kromosomi isälinjasta.

– Kun tutkimme koko genomin, saamme läpileikkauksen koko populaatiosta vain muutaman ihmisen perusteella, Kristiina Tambets kertoo.

Sen lisäksi, että esihistoriasta saatu uusi tieto antaa meille ihmisille juuria, muinais-DNA:n tutkimuksella on monia käytännön merkityksiä.

– Evoluution ja populaation historian tunteminen on usein hyödyllinen sen ymmärtämiseksi, miksi tämän päivän populaatioissa on tietynlaisia sairauksia. Se on käytännöllisin syy tälle tutkimukselle, sanoo Kristiina Tambets.

Usein on tullut osoitetuksi, että monien meidän nykyisten sairauksiemme syyt piilevätkin populaatiohistoriassa. Kun kalastajista ja keräilijöistä on tullut viljelijöitä tai ravintonsa perässä liikkuneet ovat asettuneet aloilleen, perimämme ei välttämättä ole pysynyt muutoksessa mukana.

Yhdeksi hyväksi esimerkiksi Kristiina Tambets ottaa sen, että aikoinaan meidän nykyihmisten esivanhemmat kohtasivat neandertalilaisia ja saivat yhteisiä jälkeläisiä.

Esimerkki onkin hyvin ajankohtainen: ruotsalainen paleogeneetikko Svante Pääbo vastaanottaa Nobel-mitalin lauantaina Tukholmassa juuri ansioistaan neandertalilaisten perimän avaajana.

Neandertalilaiset kuolivat sukupuuttoon kymmeniätuhansia vuosia sitten, mutta kun heidän geeninsä tunnetaan, tiedetään myös, että heidän perimäänsä elää meissä edelleen.

– Sen on havaittu selittävän monenlaisia sairauksia tai sitä, millainen vastususkyky meillä on tietyille asioille, niin hyvässä kuin pahassa. Sen historian tunteminen on erittäin tärkeää, sanoo Tambets.

Vaikutuksia on todettu allergioista masennukseen, ylipainosta tupakointiin.

Makrofossiilien – kuten hampaiden tai luiden – tutkimisen lisäksi muinais-DNA-tutkimukselle on kehittymässä muitakin lupaavia tutkimussuuntia, kun menetelmät tästä edelleen kehittyvät.

Paleoekologit ovat jo varsin pitkään jäljittäneet maanäytteistä ja vesistöjen sedimenteistä esimerkiksi sitä, miten kasvit ovat historiansa varrella levinneet maapallolla. Vastaavaa tutkimusta voidaan tulevaisuudessa ehkä soveltaa myös arkeogenomiikkaan.

Hyvällä onnella muinaisten ihmisten asuinluolan pohjasta saattaisi löytyä vaikkapa virtsan DNA:ta, joka on jäänyt sopivasti suojaan jonkin hiukkasen sisään. Luun pienikin sirpale vastaavissa olosuhteissa olisi jo huippulöytö.

Yhtä tutkimuskohdetta ei tarvitse enää odottaa. Tarton yliopistossa alkaa ensi vuonna purupihkan tutkimusprojekti. Sen pilottitutkimus on jo antanut lupaavia tuloksia.

Koivuntuohesta tislattu terva, josta ihmisen suussa tuli purupihkaa, on todella jännittävä materiaali ja kompensoi sitä, että ihmisjäänteitä on kivikaudelta varsin vähän, sanoo Kristiina Tambert.

Kun ihmiset jauhoivat purupihkaa suussaan tehdäkseen siitä liimaa työkaluihinsa, he jättivät tutkijoille informaatioita sekä omasta geneettisestä perimästään että suunsa mikrobiomista.

– Jännittävää on vielä sekin, että löydettyjä luita ei yleensä voi yhdistää mihinkään työkaluun. Samasta aikakerroksessa voi olla niin luita kuin työkaluja, mutta läheskään aina ei ole varmaa, onko niillä yhteys. Purupihkaa työkalussa käyttäneestä ihmisestä tiedämme, että hän on työkalun tekijä.

Moinen yhteys työkalun ja ihmisen tai laajemmin hänen edustamansa kulttuurin kanssa on tutkijoille aivan uusi nyanssi, Tambets sanoo.

– Vielä yksi peruste muinais-DNA:n tutkimukselle: Historiallisella kehityksellä on taipumus olla spiraalin muotoinen. Asiat, joka tapahtuivat joskus, palaavat uudelleen. Jos tunnemme menneisyyttä hyvin, osaamme varautua tuleviin muutoksiin.

arkeogenetiikan professori Kristiina Tambets

Tarton yliopistossa perustettiin joitakin vuosia sitten näiden kollegio, joka tutkii esihistoriaa kolmesta näkökulmasta: arkeologisesta, geneettisestä ja kielitieteellisestä.

– Muinais-DNA:sta ei ole kertomaan meille mitään siitä, mitä kieliä puhuttiin. Meidän pitää perustaa geneetikan, arkeologian ja kielentutkimuksen yhteinen tietokanta nähdäksemme, kertovatko ne samaa tarinaa.

Tambert ottaa esimerkiksi pronssi- ja rautakauden siirtymäajan. Kun katsotaan arkeologisia löytöjä ennen sitä ja sen jälkeen, niiden geneettinen kuva todellakin muuttuu, Tambert kertoo.

– Tiedämme, että sekä suomalaisilla että virolaisilla on itäeuraasialaisia geenejä, ja on nähtävissä, että ainakin Viroon ja muualla Baltiassa itäinen vaikutus heijastuu varhaisen rautakauden materiaalissa, noin 2 500 vuoden takaa. Voi siis olla, että samaan aikaan tänne tulivat myös suomalaisugrilaiset kielet.

Ylen vierailu Tarton yliopistossa jatkuu sunnuntaina. Silloin kysytään, oliko Suomella ja Virolla esihistorian mittaan useaan otteeseen sama kansa. Muinaisen DNA:n tutkimus avaa mahdollisuuksia uusille tulkinnoille.

Voit keskustella aiheesta 10.12. kello 23:een saakka.