روشی برای استخراج DNA انسان از خاک

غار دنیسووا در صربستان از ده‌ها هزار سال پیش محل سکونت انسان‌ها بوده است، انسان‌هایی که گنجینه‌ای غنی از مصنوعات باستانی آنها بر جا مانده است. این غار نام خود را از یکی از تبارهای انسان به نام دنیسووا برگرفته است. انسان‌های دنیسووا از خویشاوندان نزدیک نژاد نئاندرتال‌ها (انسان‌های غارنشین) هستند. حتی نشانه‌هایی از حضور نئاندرتال‌ها در این غار به دست آمده است.

در راهروی اصلی غار، ابزار سنگی متعددی کشف شده است که به متعلق به انسان‌هایی است که در هزاران سال پیش در این جا زندگی می‌کرده‌اند. آن طور که در مقاله‌ای در ژورنال ساینس آمده است دانشمندان از طریق مطالعه‌ی خاک و رسوبات این غار متوجه شده‌اند که این انسان‌ها از نژاد نئاندرتال‌ها بوده‌اند. با این که در غار دنیسووا هیچ گونه استخوان متعلق به نئاندرتال‌ها کشف نشده است؛ اما دیرین‌شناسانی که در آن جا مشغول تحقیق هستند، توانستند دی‌ان‌‌ای انسان را در نبود استخوان از خاک بگیرند. این قابلیت به آنها اجازه می‌دهد تا تصویر دقیق‌تری از گذشته‌ی انسان‌ها در غار دنیسووا و دیگر سایت‌های باستان‌شناسی ترسیم کنند. کریستین هوگارد، باستان‌شناس از دانشگاه آرهوس، که در این تحقیق مشارکت نداشته است، می‌گوید:

این دستاورد تاثیر زیادی بر فعالیت دانشمندانی که در حال مطالعه‌ی تبار انسان هستند، دارد.

سخنان هوگارد از طرف باستان‌شناسان بی‌شماری تایید شده است، کسانی که با هیجان در مورد این مقاله توییت کردند. راب اسکات، انسان‌شناس تکاملی می‌گوید که این تحقیق واقعا حیرت‌انگیز است. تام هیگام، پروفسور دیرین‌شناس که در تخمین تاریخ استخوان‌ها تخصص دارد در مورد این کشف چنین گفته است:

آغاز عصری جدید در باستان‌شناسی پارینه سنگی.

نادر بودن استخوان‌های باستانی همواره به عنوان مانعی بر سر راه باستان‌شناسان قرار داشته است. ابزارآلات باستانی به نسبت کم‌تر نادر هستند، اما بدون داشتن استخوان‌ها، فهمیدن این که کدام ابزار‌ها متعلق به کدام گروه از تبار انسان‌ها هستند، کار مشکلی است. به همین دلیل است که شناسایی دی‌ان‌ای انسان‌ها بدون نیاز به استخوان آنها دستاورد بزرگی در این حوزه محسوب می‌شود.

ویویان اِسلان، محققی از دپارتمان مردم‌شناسی تکاملی از موسسه‌ی مکس پلانک با همکاری تیم بزرگی از محققان در حال استخراج مواد ژنتیکی از نمونه‌های رسوب موجود در چهار غار در سرتاسر اروپا هستند. تمرکز آنها روی دی‌ان‌ای میتوکندری معطوف شده است، ماده‌ای ژنتیکی که جدا از دی‌ان‌ای اصلی یک سلول است. اسلان در این مورد توضیح می‌دهد:

دی‌ان‌ای میتوکندری سریع‌تر تکامل می‌یابد و رونوشت‌های بیشتری از آن در هر سلول وجود دارد. به همین دلیل ما شانس بیشتری در استخراج آن از رسوبات و راه بهتری برای تشخیص تفاوت بین گونه‌های مختلف داریم.

اما شما چگونه می‌توانید بفهمید که در خاک یک غار دی‌ان‌ای میتوکندری متعلق به یک نئاندرتال وجود دارد؟ آن طور که اسلان می‌گوید، شما باید نمونه‌ای از خاک را بردارید، به اندازه‌ی نصف قاشق و در آزمایشگاه با استفاده از مواد شیمیایی، مواد ژنتیکی موجود در آن را بازیابی کنید. بعد از رسیدن به این مرحله می‌توانید دی‌ان‌ای را استخراج کنید و با استفاده از یک ماشین خواندن توالی دی‌ان‌ای کار خود را در خواندن دی‌ان‌ای تکمیل کنید.‌

اسلان و همکاران او اولین کسانی هستند که با استفاده از یک روش نوآورانه، توانستند دی‌ان‌ای میتوکندری را به دست آورند. کارکرد دی‌ان‌ای شبیه یک زیپ و همین طور یک پازل است، هر دندانه از زیپ تنها با دندانه‌ی خاصی از طرف مقابل جفت می‌شود. از آن جایی که ما داد‌ه‌های مربوط به چند گونه باستانی را در دسترس داریم، بنابرین می‌توانیم با انجام سنتز، نیمی از زیپ را به عنوان نوعی طعمه‌ی ژنتیکی برای تعیین توالی دی‌ان‌ای بسازیم. زمانی که طعمه حاضر شد، نصف دیگر زیپ به آن متصل می‌شود و به این ترتیب کل توالی دی‌ان‌ای مشخص می‌شود.

اسلان و همکارانش با استفاده از این تکنیک توانستند دی‌ان‌ای پستانداران کهن از جمله ماموت‌های پشمالو، کرگدن‌های پشمالو و همچنین دی‌ان‌ای متعلق به نئاندرتال‌ها و انسان‌های دنیسووا را کشف کنند. آنها با مطالعه‌ی صدمات وارده به دی‌ان‌ای باستانی در پی یافتن آلودگی ژنتیکی رخ داده در عصر حاضر بر آمدند. محققان همچنین دریافتند که کدام دی‌ان‌ای متعلق به کدام یک از گونه‌های پستانداران کهن بوده است. آنها باید مطمئن می‌شدند که دی‌ان‌ای کشف شده متعلق به دوران کهن است نه متعلق به گونه‌های جدید جانوری.

محققان همچنین باید اطمینان حاصل می‌کردند که یافته‌های آنها با داده‌های باستان شناسی موجود مطابقت دارد. دانشمندان موفق شدند در سه غار مختلف، دی‌ان‌ای متعلق به نئاندرتال‌ها را کشف کنند، غارهایی که در گذشته‌ی استخوان‌های این نژاد انسان نیز یافت شده بود.

محققان پس از اطمینان از این که روش جدید آنها به خوبی جواب داده و قابلیت اطمینان بالایی دارد، کار خود را به سایر سایت‌های باستان‌شناسی که هیچ استخوانی در آن جا کشف نشده بود، گسترش دادند. در ادامه‌ی این تحقیق، دی‌ان‌ای نئاندرتال‌ها به همراه ابزار‌آلات متعلق به آنها در غار دنیسووا کشف شد. دی‌ان‌ای نئاندرتال‌ها همچنین در تروآلوسه در بلژیک نیز یافت شد. در این محل ابزارآلات و استخوان حیوانات نیز یافت شده است که نشان از حضور نئاندرتال‌ها دارد؛ اما هیچ استخوان متعلق به آنها کشف نشده است. میکل پدرسون، محقق باستان‌شناس که در زمینه‌ی دی‌ان‌ای باستانی تخصص دارد و البته در این تحقیق نقشی نداشته است، می‌گوید:

اساس روش آنها بر مطالعات معتبر قبلی استوار شده است و از این رو یافته‌های این تحقیق بسیار مهم هستند؛ نه تنها یافته‌ها مهم هستند، بلکه خود روش استفاده شده نیز اهمیت زیادی برای علم باستان‌شناسی دارد. این تحقیق به خوبی اجرا شده است. باستان‌شناسان معمولا گل و لای را دور می‌ریزند، اما آنها از همین گل و لای در تحقیق خود استفاده کرده‌اند. پس گل و لای را نگه دارید.

هوگارد نیز با این گفته موافق است و می‌گوید که این تحقیق روش مطالعه‌ی سایت‌های باستان شناسی را در آینده تغییر خواهد داد. محققان شاید در آینده بیشتر به سراغ سایت‌هایی بروند که به جای داشتن ابزارآلات دست‌ساز انسانی، رسوبات بهتری در آن جا وجود داشته باشد. او ادامه می‌دهد:

ما از این به بعد نگاهمان را به رسوبات و گل و لای تغییر خواهیم داد و آنها را با روش دیگری نگه‌داری خواهیم کرد. همچنین این موضوع باعث افزایش آگاهی از آلودگی‌های ژنتیکی خواهد شد.

روش جدیدی که در مجله‌ی ساینس به توصیف آن پرداخته شده است، به معنای گشودن تمام قفل‌های علم باستان‌شناسی نیست. آن طور که اسلان می‌گوید، قدیمی‌ترین توالی ‌ژنتیکی آنالیز شده مربوط به ۷۰۰ هزار سال پیش است. این دی‌ان‌ای به دلیل دمای پایین محیط به خوبی محافظت شده بود. البته توالی‌های قدیمی‌تر را نیز می‌توان تعیین کرد؛ اما در حال حاضر نمی‌توان شواهد دی‌ان‌ای برای پاسخ دادن به سوالات مربوط به گونه‌های انسانی را به دست آورد. همچنین این امکان وجود دارد که دی‌ان‌ای توسط جریان‌های آب شسته شده و از یک غار به غار دیگری منتقل شده باشد، و در نتیجه کار تفسیر یافته‌ها پیچیده‌تر شود.

اسلان می‌گوید که قدم بعدی مطالعه‌ی سایت‌های باستان‌شناسی خواهد بود که در آنجا ابزارآلاتی به دست آمده است ولی مشخص نیست که کدام گونه‌های بشری آنها را ساخته است. او ادامه می‌دهد:

ما می‌توانیم با به دست آوردن دی‌ان‌ای از خاک مشخص کنیم که کدام گونه‌ها در آن جا حضور داشته‌اند.

هوگارد نیز معتقد است که راه هیجان‌انگیزی پیش روی باستان‌شناسان قرار دارد:

ما باید ببینیم که آیا می‌توانیم دی‌ان‌ای نئاندرتال‌ها را در سایت‌هایی که انسان‌های مدرن در آن جا حضور دارند، شناسایی کنیم یا خیر. همچنین این روش می‌تواند به ما در مطالعه‌ی بیشتر پیرامون نشانه‌های جدید مربوط به حضور انسان در قاره‌ی آمریکا در ۱۳۰ هزار سال پیش کمک کند.