Muinais-DNA –tutkimus Suomessa

Kalmistopiirille esitetyssä kysymyksessä tiedustellaan sitä, miten Suomessa on saatu tutkittua muinais-DNA:ta arkeologisista ihmisluista.

Muinais-DNA:lla (joskus myös aDNA) tarkoitetaan arkeologisessa tai paleontologisessa aineistossa säilynyttä geneettistä materiaalia. Maailmalla muinais-DNA –näytteitä on otettu jopa kymmeniä tai satoja tuhansia vuosia vanhoista aineistoista, mutta Suomessa luiden huono säilyvyys vaikeuttaa tutkimusmateriaalin hankkimista. Palaneista luista DNA-analyysiä ei voi tehdä.

Muinais-DNA:n tutkimus ei ole heppoa. Arkeologisessa materiaalissa DNA:ta on jäljellä vain vähän ja pieniksi paloiksi pilkkoutuneena. Mitä vanhempaa muinais-DNA on, sitä suuremmaksi kasvaa mahdollisten mutaatioiden riski. Tutkimuksen ongelmana on lisäksi kontaminaatio eli saastuminen modernilla DNA:lla, sillä kaikki luita käsitelleet henkilöt ovat todennäköisesti siirtäneet niihin omaa DNA:taan. Muinais-DNA:n kontaminoitumista on tutkittu Ruotsissa ottamalla näytteitä arkeologisista koirien luista (Malmström et al. 2005). Varotoimenpiteistä huolimatta kaikki 29 näytettä sisälsivät kuitenkin ihmisen DNA:ta, osittain jopa enemmän kuin muinaista koiran DNA:ta.

Kaikki aikojen kuluessa luita käsitelleet henkilöt ovat todennäköisesti siirtäneet niihin omaa DNA:taan, mikä hankaloittaa muinais-DNA:n erottamista luista. Kuva: Kringla.nu

Muinais-DNA –tutkimuksissa on hyödynnetty suoraan äitilinjassa (äidiltä jälkeläiselle) peritytyvää mitokondriaalista DNA:ta (mtDNA), sillä solut sisältävät sitä runsaasti. Äitilinjassa periytyvä haploryhmä löytyy sekä naisilta että miehiltä, mutta isälinjassa (Y-kromosomissa) periytyvä haploryhmä vain miehiltä. Tietyt haploryhmät kertovat laajoista populaatioiden muuttoreiteistä ja sukulaisuussuhteista, ja siten hieman yleistävällä tavalla kansojen alkuperästä. Muinais-DNA:n pilkkoutumisen vuoksi voi kuitenkin olla hankala tutkia arkeologisesta aineistosta muita geenien määräämiä ominaisuuksia, kuten biologista sukupuolta.

Ihmisten perimän lisäksi arkeologisesta aineistosta voidaan myös tutkia eläinten, kasvien ja taudinaiheuttajien DNA:ta. Muualla Euroopassa DNA-analytiikan avulla on voitu tutkia mm. 1300-luvulla epidemiana levinneen mustan surman esiintyvyyttä ja aiheuttajaa (Heikura 2003: 44). Uudempi tutkimus selvittää parhaillaan tuberkuloosibakteerin evoluutiota arkeologisesta materiaalista saatavan muinais-DNA:n avulla (Salo 2013).

Kalmistopiiri_Bartonella — Muinais-DNA -näyte kannattaa ottaa kokonaisesta hampaasta. Hampaissa DNA:ta on runsaasti (Adler et al. 2011), minkä lisäksi hammaskiille suojaa muinais-DNA:ta kontaminoitumiselta. Kuvan 4000 vuotta vanhoista ranskalaisista hampaista on pystytty eristämään kuumetauteja aiheuttavien bakteerien DNA:ta. Kuva: Drancourt et al. 2005, Fig. 1a.

Kalkkeutunutta keuhkopussia Helsingin Senaatintori kaivauksilta. Kalkkeutuma kertoo tuberkuloosin kaltaisesta keuhkosairaudesta, ja siitä on myös mahdollista eristää taudinaiheuttajan DNA:ta. Kuva: Kati Salo / Helsingin kaupunginmuseo.

Suomessa arkeologisen aineiston muinais-DNA –tutkimus on vasta alussa, mutta sitä tehdään Helsingin yliopiston Hjelt-instituutin muinais-DNA –laboratoriossa, Oulun yliopistossa sekä MTK:ssa Jokioisten tutkimuskeskuksessa. Muinais-DNA –tutkimuksia on yritetty tehdä mm. Isonkyrön Levänluhdan lähteestä löytyneistä keskisen rautakauden vainajista. Vaikka suo-olosuhteet säilyttävät luita hyvin, säilyy DNA soissa huonosti (Brothwell & Gill-Robinson 2002: 120). Mikkelin Tuukkalan varhaiskeskiaikaisen kalmiston kaivausten yhteydessä 2009 otetut DNA-näytteet ovat olleet lupaavia (Mikkola 2009: 183), mutta tuloksia ei ole vielä julkaistu.

(Kuva: Wikimedia Commons) — Vaikka luut olisivatkin säilyneet, ei niissä ole välttämättä jäljellä muinaisDNA:ta. DNA:n säilymiseen vaikuttavat mm. lämpötila, hapettuminen, kosteus, pH:n vaihtelut, mekaaninen kuluminen sekä monet solun kuoleman jälkeiset sisäiset prosessit (Herrmann & Hummel 1994). Kuvassa Levänluhdan kalloja. Suo-olosuhteet ovat orgaanisen aineksen säilyvyyden kannalta erittäin hyvät, mutta DNA:n kannalta huonot. Kuva: Wikimedia Commons.

Mikko Putkonen ottaa DNA-näytettä haudasta 1 Mikkelin Tuukkalan kaivauksilla 2009. Kuva: Esa Mikkola/Museovirasto Finna.fi

Muinais-DNA –tutkimuksia ollaan parhaillaan myös tekemässä Turun tuomiokirkon reliikeistä, mm. Pyhän Gertrudin ja Pyhän Henrikin oletetuista jäännöksistä (Taavitsainen 2011). Monitieteisessä Argeopop-projektissa on tutkittu suomalaista väestöhistoriaa, esihistoriallisia populaatiopullonkauloja ja 1500-luvun savolaisekspansiota nykyDNA:n ja simulaatioiden avulla (Sundell et al. 2010; Sundell & Onkamo 2011). Populaatiopullonkauloilla tarkoitetaan väestön pienenemisestä johtuvaa geneettisen monimuotoisuuden vähenemistä, mikä saattaa pahimmassa tapauksessa johtaa esimerkiksi perinnöllisten tautien lisääntymiseen.

Arkeologisista eläinten luista tehdyt muinais-DNA –tutkimukset ovat puolestaan valottaneet suomalaisten lampaiden ja nautojen geneettistä historiaa (Tourunen & Niemi 2011; Niemi et al. 2013). Oulun yliopistossa on DNA-analyysien avulla tutkittu saamelaisyhteisöjen ja eläinten välisiä suhteita 1000-1800-lukujen Suomessa, ja sitä vaihteleeko eri eläinten merkitys saamelaisten rituaaleissa ajallisesti ja paikallisesti (Heino 2011).

Turun tuomiokirkossa säilytettyä pääkalloa on perinteisesti pidetty Pyhälle Henrikille kuuluneena. Radiohiiliajoituksen mukaan kallo on 1100-luvulta, mutta DNA-tutkimuksn toivotaan tuovan lisätietoa siitä, kenelle kallo on saattanut kuulua. Kuva: Turun ja Kaarinan seurakuntayhtymä. — Turun tuomiokirkossa säilytettyä pääkalloa on perinteisesti pidetty Pyhälle Henrikille kuuluneena. Radiohiiliajoituksen mukaan kallo ajoittuu 1100-luvulle, mutta DNA-tutkimuksen toivotaan tuovan lisätietoa siitä, kenelle kallo on saattanut kuulua. Kuva: Turun ja Kaarinan seurakuntayhtymä.

Kuva;: Jukka Palo (Sundell & Putkonen kuva 2). — Muinais-DNA:n käsittelyä Helsingin yliopiston Hjelt-instituutissa. Kuva: Jukka Palo (Sundell & Putkonen 2011, kuva 2).

Tutkimusten mukaan suomalaiset lampaat ovat pysyneet geneettisesti melko muuttumattomina rautakaudelta saakka. Kuva: Anssi Koskinen/Flickr CC. — Tutkimusten mukaan suomalaiset lampaat ovat pysyneet geneettisesti melko muuttumattomina rautakaudelta saakka (Niemi et al. 2013). Kuva: Anssi Koskinen/Flickr CC.

Yhteenvetona voi siis todeta, että vaikka muinais-DNA –tutkimus on Suomessa vasta alussa, tutkimusta tehdään koko ajan. Luonnontieteelliset analyysit ovat kalliita ja aikaavieviä, ja pelkkä tieteellinen julkaisuprosessi saattaa kestää kauan. Viimeisimpien tutkimusten tuloksia voi kuitenkin odottaa lähiaikoina, ja myös uusia muinais-DNA:han liittyviä tutkimusprojekteja nähtäneen lisää tulevaisuudessa. – Ulla Moilanen/Turun yliopisto

Lähetä oma kysymyksesi tästä

Käytetyt lähteet:

Adler, C.J., Haak, W., Donlon, D. & Cooper, A. 2011. Survival and recovery of DNA from ancient teeth and bones. Journal of Archaeological Science, Vol. 38, Issue 5, May 2011: 956–964.

Brothwell, D. & Gill-Robinson, H. 2002. Taphonomic and Forensic Aspects of Bog Bodies. Haglund, W.D. & Sorg, M.H. (eds.) Advances in Forensic Taphonomy: Method, Theory, and Archaeological Perspectives: 119-132.

Drancourt, M. Tran-Hung, L., Courtin, J., de Lumley, H., Raoult, D. 2005. Bartonella quintana in a 4000-Year-Old Human Tooth. The Journal of Infectious Diseases (2005) 191 (4): 607-611

Heikura, P. T. 2003. Musta surma. Tieteessä tapahtuu 8/2003: 36–46.

Heino, M. 2011. Suomen saamelaisyhteisöjen suhde eläimiin 1000–1800-luvulla: DNA-analyysejä seitojen luista. Arkeologipäivät 2010: 23-27.

Herrmann, B. & Hummel, S. 1994. Introduction. Herrmann, B. & Hummel, S. (eds.) Ancient DNA: Recovery and Analysis of Genetic Material from Paleontological, Archaeological, Museum, Medical, and Forensic Specimens: 1-12. New York.

Malmström, H., Storå, J., Dalén, L., Holmlund, G. & Götherström, A. 2005. Extensive Human DNA Contamination in Extracts from Ancient Dog Bones and Teeth. Molecular Biology and Evolution (Oct 2005) 22 (10): 2040-2047.

Mikkola, E. 2009. The Mikkeli Tuukkala Cemetery – The 2009 Excavations and New Interpretations. Fennoscandia archaeologica XXVI (2009): 177-185.

Niemi, M., Bläuer, A., Iso-Touru, T., Nyström, V., Harjula, J., Taavitsainen, J-P., Storå, J., Lidén, K. & Kantanen, J. 2013 Mitochondrial DNA and Y-chromosomal diversity in ancient populations of domestic sheep (Ovis aries) in Finland: comparison with contemporary sheep breeds. Genetics Selection Evolution 2013, 45:2.

Paavola, A-L. 2010. Luut kertovat. Analytiikka arkeologien apuna. Kemia 2/2010: 12-15.

Salo, K. 2013. Vanhat luut kertovat. Sofia – Helsingin kaupunginmuseon asiakaslehti 1/2013: 12-14.

Sundell, T., Heger, M., Kammonen, J. & Onkamo, P. 2010. Modelling a Neolithic Population Bottleneck in Finland: A Genetic Simulation. Fennoscandia archaeologica XXVII (2010): 3-19

Sundell, T. & Onkamo, P. 2011. Simuloitua geenihistoriaa. Arkeologipäivät 2010: 28-33.

Sundell, T. & Putkonen, M. 2011. DNA-tutkimuksen huomioiminen arkeologisella kaivauksella ja jälkitöissä. Salo, K. & Niukkanen, M. (toim.) Arkeologisten hautakaivausten tutkimusmenetelmät. Museoviraston rakennushistorian osaston raportteja 22: 57-60.

Taavitsainen, J-P. 2011. Interdisciplinary Perspectives on the Medieval Relics and Reliquaries of Turku Cathedral, Finland. Material Religion: The Journal of Objects, Art and Belief, Vol. 7, Nr 3, Nov. 2011: 447-447(1).

Tourunen, A. & Niemi, M. 2011. Arkeologiset eläinluuaineistot ja muinais-DNA – näytteistä populaatiotutkimukseen. Arkeologipäivät 2010: 34-38

Tuomiokirkon reliikkien tutkimus etenee. Turun ja Kaarinan seurakuntayhtymän tiedotus 15.3.2012 / PH.