DNA-tutkimus Kivikausi Luonnontieteelliset analyysit ja menetelmät Neoliittinen kivikausi Opinnäytteet Peltola Sanni Pohjois-Amerikka Rautakausi Ristiretkiaika Suomi

Muinaista DNA:ta maaperästä

Sanni Peltola

DNA-menetelmät ovat saaneet viimeisen kahden vuosikymmenen aikana tukevan jalansijan muinaisuuden tutkijoiden työkalupakissa. DNA-analyysit ovat yhä useammin tutkijan mielessä, kun tutkitaan arkeologista luuaineistoa. Muinaisten yksilöiden perimän analyysit eivät kuitenkaan ole muinais-DNA:n ainoa sovellutus, eikä luuaineisto ole ainoa mahdollinen DNA:n lähde. Molekulaaristen menetelmien kehittyessä satoja tai tuhansia vuosia vanhaa DNA:ta saadaan eristetyksi yhä uusista materiaaleista – esimerkiksi maaperästä.

Maaperän ja sedimenttien sisältämää muinaista DNA:ta on hyödynnetty jo pitkään erilaisissa paleoekologisissa tutkimuksissa. Esimerkiksi Alaskan sedimenteissä säilynyt hevosen ja mammutin DNA on osoittanut lajien säilyneen alueella luultua kauemmin (Haile ym. 2009). Grönlannin jäätiköiden kerrostumia puolestaan on käytetty saaren muinaisen kasvillisuuden rekonstruoimiseen (Willerslev ym. 2007) ja järvisedimenttien perusteella on voitu ajoittaa eläinten ja kasvien leviämistä Euraasiasta Amerikkaan (Pedersen ym. 2016). Arkeologisessa tutkimuksessa maaperä-DNA on kuitenkin melko tuore tulokas.

Vuonna 2017 tiedelehti Science julkaisi artikkelin Neandertal and Denisovan DNA from Pleistocene sediments (Slon ym. 2017). Tulokset olivat vaikuttavia: tutkimusryhmä oli onnistunut eristämään kymmeniä tuhansia vuosia vanhaa DNA:ta kalkkikiviluolien maaperän sedimenteistä. Eristetyt molekyylit olivat peräisin Eurooppaa jääkaudella asuttaneista nisäkäslajeista, kuten mammuteista ja luolahyeenoista. Eläinten DNA:n joukossa oli kuitenkin myös jotain ihmisperäistä: neandertalinihmisen ja sen sisarlajin, denisovanihmisen, perimää.

Näytteenottoa Virolahden Karpankankaan kivikautisella asuinpaikalla Kuva: Petro Pesonen.

Suomalaisen muinais-DNA-tutkimuksen kannalta ihmis-DNA:n löytyminen sedimenteistä oli kiehtovaa. Suomessa arkeologisen luuaineiston säilyvyys on tunnetusti huono, sillä hapan maaperä hajottaa luut nopeasti (Ks. myös Mikä säilyttää luita maaperässä?). Siksi suomalainen muinais-DNA-tutkimus on keskittynyt pitkälti myöhäisrautakauteen ja sen jälkeisiin ajanjaksoihin. Juuri esihistoria olisi kuitenkin väestögeneettisestä näkökulmasta erityisen mielenkiintoinen: suomalaiset, saamelaiset ja monet muut uralilaisia kieliä puhuvat väestöt kantavat siperialaistyyppistä perimää, jota ei esiinny muilla eurooppalaisilla (Lazaridis ym. 2014). Keskeinen kysymys onkin, milloin, mistä ja keiden mukana siperialainen perimä saapui Itämeren rannoille. Ennen rautakautta eläneiden ihmisten DNA voisi tarjota vastauksia näihin ja moniin muihin kysymyksiin, mutta luuaineiston puuttuessa Suomen alueen kivikautisten ja pronssikautisten asukkaiden perimästä on voitu vain haaveilla.

Voisiko maaperä tarjota vaihtoehtoisen tavan päästä käsiksi Suomen muinaisten asukkaiden perimään? Jos DNA saattoi säilyä kalkkikiviluolan tasaisessa viileydessä kymmeniä tuhansia vuosia, kenties jonkinlainen säilyvyys olisi mahdollista myös vähemmän otollisissa olosuhteissa. Suomen maaperä on DNA:lle kaikkea muuta kuin otollinen ympäristö, mutta pienikin mahdollisuus oli tutkimisen arvoinen.

Pieni kokeellinen pilottiprojekti oli juuri sopivan kokoinen geneetikon gradutyöksi (Peltola 2019). Arkeologien ehdotuksesta valitsimme tutkimuskohteeksi kivikautisen asuinpainanteen, joita on Suomessa runsaasti. Niiden yhteydessä esiintyy usein erilaisia likakuoppia, joihin olisi toivon mukaan voinut kyllästyä niin paljon ihmisperäistä jätettä, että myös DNA:ta voisi vielä olla jäljellä.

Taipalsaari Taipaleenranta 2. Kairauskuopista nousi välillä myös palanutta luuta ja keramiikkaa. Kuva: Petro Pesonen.

Heinäkuisena viikonloppuna 2018 suuntasimme siis yhdessä arkeologien kanssa kohti maanteitä. Käsikäyttöisellä maakairalla, hengityssuojaimilla, kumihanskoilla ja ämpärillisellä valkaisuainetta varustautuneina keräsimme maanäytteitä yhteensä viideltä kivikautiselta asuinpaikalta. Suoraviivaisesta lähestymistavasta huolimatta työ oli hidasta: kaira täytyi puhdistaa huolellisesti valkaisuaineella ennen näytteenottoa kontaminaation välttämiseksi, ja työskentely kasvosuojassa oli hikistä ja tukalaa. Kaivannot porattiin maanpinnalta käsin kaivamattomilta kohteilta, joten sopivaan likamaahan osuminen oli tuurista kiinni. Sokkokairauksesta huolimatta muutamasta painanteesta nousi lupaavan tummaa kulttuurikerrosta, ja näytteet varastoitiin pakastimeen odottamaan kuljetusta DNA-laboratorioon.

Asuinpainanteista kerättyjen näytteiden lisäksi mukaan saatiin vielä näyte Saimaan pohjasta löytyneeltä kivikautiselta asuinpaikalta. Laboratorioon lähti myös aiemmin kerätty maanäyte ristiretkiaikaisesta ruumishautauksesta Valkeakosken Toppolanmäeltä. Näyte toimi eräänlaisena positiivisena kontrollina: Hauta oli avattu muinais-DNA-tutkimusta varten, joten jo kaivausvaiheessa näytteitä oli suojattu kontaminaatiolta (Ks. myös Yksi Valkeakosken Toppolanmäen rautakautisista haudoista avataan uudelleen). Haudan vainajan luusto oli Suomen mittakaavassa hyvin säilynyt, ja luista oli saatu eristettyä DNA:ta onnistuneesti. Jos DNA oli lainkaan säilyäkseen Suomen maaperässä, tästä haudasta sitä voisi kuvitella löytyvän.

Ristiretkiaikaisen ruumishaudan kaivamista. Kuva: Ulla Moilanen.

Laboratorioanalyysit tein Zürichin yliopiston pienessä muinais-DNA-laboratoriossa, jonne matkustin näytteineni tammikuussa 2019. Jo analyysien alkuvaiheessa kävi selväksi, että nämä maanäytteet olivat hankalia tapauksia – tummaksi värjäytynyt neste koeputkissa vihjasi maaperän sisältävän runsaasti humushappoja, jotka häiritsevät DNA-molekyylien kanssa työskentelyä. En siis yllättynyt, kun sekvensoinnin ja laskennallisen analyysin päätteeksi kävi ilmeiseksi, ettei kivikautisten asuinpaikkojen näytteissä ollut käytännössä lainkaan ihmisperäistä DNA:ta. Sen sijaan negatiivinen tulos myös Toppolanmäen ruumishaudasta oli hienoinen pettymys, sillä se viittasi siihen, ettei DNA yksinkertaisesti säily Suomen maaperässä – tai ainakin se tarvitsee säilyäkseen hyvin poikkeukselliset olosuhteet.

Vaikka maaperä-DNA ei avannut Suomen väestön esihistoriaa geneettisille tutkimuksille, arkeologisilla sedimenteillä voi silti olla monenlaista käyttöä muinais-DNA-tutkimuksissa. Erilaisista likakuopista ja käymälöistä on muualla maailmassa etsitty esimerkiksi sisäloisten DNA:ta (Søe ym. 2018; Tams ym. 2018). Loisten munat ovat luonnostaan kestäviä, joten DNA:lla on paremmat mahdollisuudet säilyä niiden suojissa kuin vapaana maaperässä.  Loiset kertovat paitsi muinaisten ihmisten terveydentilasta, myös ravinnosta ja elinkeinoista: tietylle isäntälajille, vaikkapa sialle, ominainen loislaji kertoo ihmisen ja eläinlajin läheisestä yhteiselosta. Ihmistoiminnasta kertovat myös viljelykasvien DNA:n jäänteet sedimenteissä: esimerkiksi merenpinnan alle jääneen kivikautisen asuinpaikan kerrostumista löytyi merkkejä vehnästä Iso-Britanniassa 2000 vuotta oletettua aiemmin (Smith ym. 2015).

Maaperässä piilee siis yhä potentiaalia monenlaiseen muinaisuuden tutkimukseen. Menetelmien kehittyessä sedimenttien laajempi käyttö ihmis-DNA:n lähteenä on vain ajan kysymys niillä alueilla, joissa DNA säilyy maaperässä hyvin. Suomenkin olosuhteissa sedimenttien sisältämä muinainen DNA – ihmisistä tai muista lajeista – voi vielä tulevaisuudessa vastata monenlaisiin kysymyksiin muinaisten ihmisyhteisöjen elämästä.

———

Kirjoittaja on Helsingin yliopiston väitöskirjatutkija, joka työskentelee laskennallisen genetiikan parissa SUGRIGE-projektissa.

Lähteet:

Haile, J., Froese, D.G., MacPhee, R.D.E., Roberts, R.G., Arnold, L.J., Reyes, A. V., Rasmussen, M., Nielsen, R., Brook, B.W., Robinson, S., et al. (2009). Ancient DNA reveals late survival of mammoth and horse in interior Alaska. Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 22352–22357.

Lazaridis, I., Patterson, N., Mittnik, A., Renaud, G., Mallick, S., Kirsanow, K., Sudmant, P.H., Schraiber, J.G., Castellano, S., Lipson, M., et al. (2014). Ancient human genomes suggest three ancestral populations for present-day Europeans. Nature 513, 409–413.

Pedersen, M.W., Ruter, A., Schweger, C., Friebe, H., Staff, R.A., Kjeldsen, K.K., Mendoza, M.L.Z., Beaudoin, A.B., Zutter, C., Larsen, N.K., et al. (2016). Postglacial viability and colonization in North America’s ice-free corridor. Nature 537, 45–49.

Peltola, S. (2019). Ancient DNA screening from Finnish Stone Age sediments. University of Helsinki.

Slon, V., Hopfe, C., Weiß, C.L., Mafessoni, F., de la Rasilla, M., Lalueza-Fox, C., Rosas, A., Soressi, M., Knul, M. V., Miller, R., et al. (2017). Neandertal and Denisovan DNA from Pleistocene sediments. Science. 356, 605–608.

Smith, O., Momber, G., Bates, R., Garwood, P., Fitch, S., Pallen, M., Gaffney, V., and Allaby, R.G. (2015). Sedimentary DNA from a submerged site reveals wheat in the British Isles 8000 years ago. Science. 347, 998–1001.

Søe, M.J., Nejsum, P., Seersholm, F.V., Fredensborg, B.L., Habraken, R., Haase, K., Hald, M.M., Simonsen, R., Højlund, F., Blanke, L., et al. (2018). Ancient DNA from latrines in Northern Europe and the Middle East (500 BC–1700 AD) reveals past parasites and diet. PLoS One 13, e0195481.

Tams, K.W., Jensen Søe, M., Merkyte, I., Valeur Seersholm, F., Henriksen, P.S., Klingenberg, S., Willerslev, E., Kjær, K.H., Hansen, A.J., and Kapel, C.M.O. (2018). Parasitic infections and resource economy of Danish Iron Age settlement through ancient DNA sequencing. PLoS One 13, e0197399.

Willerslev, E., Cappellini, E., Boomsma, W., Nielsen, R., Hebsgaard, M.B., Brand, T.B., Hofreiter, M., Bunce, M., Poinar, H.N., Dahl-Jensen, D., et al. (2007). Ancient Biomolecules from Deep Ice Cores Reveal a Forested Southern Greenland. Science. 317, 111–114.

Kommentoi

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google photo

Olet kommentoimassa Google -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.