Neandertal-tis kan varsle ny, gylden æra i arkæologien

I en hule i Belgien kaldet Trou Al’Wesse findes tusinder af knoglelevn, men ikke en eneste neandertalknogle. Ikke desto mindre har et hold tyske forskere netop fundet neandertaler-DNA, som er flydt ud i jorden - formentlig fordi vedkommende brugte et hjørne af hulen som toilet for 50.000 år siden.

»Jeg synes, at det er aldeles fascinerende, og det åbner mange nye muligheder i fremtiden,« siger biokemikeren Matthias Meyer, som leder Advanced DNA Sequencing Techniques på Max Planck Instituttet i Leipzig, Tyskland og står bag det nye fund.

»Matthias Meyer er kendt som lidt af troldmand i laboratoriet, og her benytter hans team alle tricks i bogen til at isolere meget små mængder fossilt DNA fra de gamle jordlag. Det er et rigtigt fint studie,« siger ekspert i fossilt DNA, adjunkt ved Center for GeoGenetik på Statens Naturhistoriske Museum i København, Morten Allentoft, som ikke selv har deltaget i forskningen.

Opdagelsen åbner på sigt for at kortlægge forhistoriske menneskers udbredelse og folkevandringer uden være afhængig af meget sjældne skeletfund.

»I princippet viser vi, at der er en næsten uendelig kilde til DNA fra forhistoriske mennesker og det giver mange nye muligheder for at studere de her gruppers genetiske historie,« siger Matthias Meyer.

Forskerne mener, at sediment-DNA, som det kaldes, har potentiale til at blive en standardteknik for arkæologer på linje med kulstof14-datering.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science.

Willerslev gjorde pionerarbejdet

Matthias Meyer er lidt af et naturtalent inden for DNA-teknologier, og i laboratoriet har han de seneste år udviklet fantastisk følsomme metoder til at finde selv ganske små spor af fossilt DNA fra uddøde dyr og mennesker.

Den mest imponerende bedrift indtil videre er kortlægningen af DNA fra 400.000 år gamle menneske-knogler, hvilket stadig er det ældste fossile menneske-DNA, man har fundet.

»For at par år siden tænkte vi: 'Oh, det ville være skægt at se, om vi også kan finde noget i sedimenter,« siger Matthias Meyer.

»Det er ikke en ny idé som sådan, og særligt Danmark med 'The Copenhagen-Lab' har været pionerer.«

Meyer henviser til professor Eske Willerslev ved Center for GeoGenetik, Københavns Universitet, som pioner inden for DNA fra jord.

»Helt tilbage i 2003 viste vi, at man kan finde DNA i jord i permafrost, men også i huler i New Zealand. Der fandt vi jo moa-fugle og alt muligt,« siger Eske Willerslev, som på den måde ikke finder studiet særligt nyt.

Men udviklingen er gået stærkt siden med langt mere følsomme teknikker, og mens Willerslev oprindeligt ikke kunne skelne forhistorisk menneske-DNA fra forurening af nutidigt menneske-DNA, er forskerne nu i stand til det.

LÆS OGSÅ: »GISP« og »sensationelt«: Mennesker kan være nået til Amerika 100.000 år før antaget

Fiskestang med den rette madding

Meyers tricks er baseret på en slags DNA-fiskestang. De fokuserer på en lille del af vores armateriale, der hedder mitokondrie-DNA (mtDNA), som er små cirkulære genomer, der findes i hundredvis i hver celle, mens kerne-DNA (kromosomerne i cellekernen) kun findes i to kopier.

Men det er ikke kun mængden, som er vigtig - mtDNA muterer meget hurtigere end kerne-DNA'et, og derfor er det ideelt til at skelne mellem forskellige arter.

For at få fat i DNA'et bruger Meyer en madding af syntetiseret mtDNA, der er specifikt for f.eks. pattedyr som okser, hjorte eller mennesker, og det fanger det fossile mtDNA.

»Det nye her er vel nok, at de identificerer DNA fra nogle af vores nærmeste uddøde slægtninge og rent faktisk har nok data til at vise, at resultaterne ikke blot afspejler DNA-forurening fra nutidige mennesker. Dette er en teknisk meget vanskelig bedrift,« siger Morten Allentoft.

LÆS OGSÅ: Verdens ældste menneske-DNA antyder, at historien skal skrives om

Forbløffende mængder DNA i jord

Men selv Meyer blev forbløffet over, hvor meget DNA der var. En lille jordprøve, mindre end en teskefuld, indeholder flere end 1.000 gange så mange DNA-stykker, som antallet af mennesker på jorden.

Og det er kun pattedyr-DNA vel at mærke, ikke bakterie- og svampe-DNA.

Så forskerne stod næsten med det omvendte problem - der var så mange milliarder stykker DNA, at de få tusinde stykker forhistorisk menneske-DNA simpelthen druknede og forsvandt i mængden.

Derfor skiftede de 'maddingen' ud, så den blev specifik for menneske mtDNA. Og det gav pote.

LÆS OGSÅ: Proteiner giver DNA tæsk – ser rekordlangt tilbage i tiden

Fandt mtDNA fra neandertalere og denisovaer

I fire ud af syv huler fra Spanien til Sibirien, hvor man allerede vidste, at forhistoriske mennesker har levet, fandt forskerne mtDNA fra neandertalere.

I denisova-hulen i Sibirien fandt de desuden mtDNA fra den gådefulde neandertal-slægtning denisovaen.

Den belgiske hule er særligt interessant, fordi den viser, at man kan finde DNA-spor, selv uden knoglelevn.

Det åbner f,eks. for at finde ud af mere om denisovaen, som indtil videre blot kendes fra to tænder og en stump af en lillefingerknogle i Denisova-hulen

»Vi breder undersøgelserne ud mod øst, og selv hvis vi ikke finder knogler, kan vi i det mindste finde denisovaens DNA,« siger Matthias Meyer.

LÆS OGSÅ: Omdiskuteret DNA-studie af menneskets evolution var forurenet

Jordlag kan løse gamle gåder

Matthias Meyer håber også, at sediment-DNA kan åbne for at opklare andre spørgsmål i fremtiden.

Hvis man f.eks. kan datere jordlagene og DNA'et, vil det blive muligt at tegne et billede af, hvornår hulerne var indtaget af forskellige forhistoriske mennesker.

»Hvis man gør det på tværs af Europa og Asien, kan man i princippet tegne et meget finkornet billede af, hvordan moderne mennesker erstattede neandertalerne,« siger Matthias Meyer.

DNA'et vil måske også kunne løse gåder, som arkæologerne har diskuteret, f.eks. hvem der stod bag redskaber og 'overgangskulturer' i huler, som først var beboet af neandertalere, og siden blev overtaget af mennesker.

Men Eske Willerslev maner til forsigtighed og peger på, at hulesedimenter er overraskende komplekse og svære at arbejde med.

»Jorden bliver rodet rundt af alt muligt, gnavere og ting, der falder ned fra loftet, som gør stratigrafien (den del af geologien, der har til formål at beskrive geologiske lags indbyrdes alder og sammenhæng, red.) enormt kompleks,« siger Eske Willerslev.

Han siger, at der måske snarere vil være en fremtid i at kortlægge DNA fra søsedimenter i nærheden af hulerne, fordi jorden fra søer har en fantastisk fin lagdeling. Hans hold har tidligere vist, at man i søvand kan finde DNA fra rådyr, som har været forbi og drikke af søen, og sidste år fandt de DNA fra selv sjældne dyr som ørne i landskabet i oldgamle sø-sedimenter i Nordamerika.

Mange aspekter skal afklares

De nye resultater er et pilotstudie, og der er mange aspekter af sediment-DNA, som forskerne skal afklare, ikke mindst hvordan DNA'et opfører sig i jorden.

Forskerne er begyndt, og de kan f.eks. vise, at når man tager en stor prøve på størrelse med en håndfuld og findeler den i mindre stykker, så er mængden af DNA nogenlunde jævnt fordelt.

Det tyder på, at DNA'et stammer fra kropsvæsker‚ som er flydt ud i jorden - med andre ord urin, blod eller meget flydende afføring.

I hvor høj grad DNA'et er bundet til mineraler i jorden eller kan bevæge sig ned gennem lagene, bliver også afgørende at opklare.

Men Matthias Meyer er optimistisk og siger, at det ser ud, som om sediment-DNA opbevares lige så stabilt som DNA i knogler eller tænder, og at det på sigt kan være et reelt alternativ til de sjældne menneskelevn.

»Vi kan måske endda kortlægge kerne-DNA, og det kan give os indsigter i den genetiske diversitet,« siger Matthias Meyer.

Med den slags data vil forskerne kunne afsløre meget mere om forhistorien og f.eks. kunne skelne klaner af neandertalere og se, hvordan de har bevæget sig rundt og blandet sig i landskabet.

LÆS OGSÅ: Én enkelt udvandringsbølge spredte mennesket på kloden

Kan måske finde nye menneskearter

Forskerne har fået den første indikation af, at det kan lade sig gøre. Én af de prøver, hvor de undersøgte DNA-fordelingen, viste nemlig pludselig et enormt spring med 100-1.000 gange så meget DNA. Det tyder på, at der skjult i sedimenterne findes DNA-guldgruber, måske i form af en lillebitte klump fossilt lort eller knogle med koncentreret DNA omkring.

»Det kan betyde, at vi endda kan kortlægge genomer fra enkelte individer med sediment-DNA,« siger Matthias Meyer og tilføjer.

»Vi leder også efter DNA fra ukendte menneskearter. Vi har ikke fundet noget endnu, men, jeg tror, chancen er god.«

LÆS OGSÅ: Udgravning afslører: Ingen hobbitter for 12.000 år siden