SVEUČILIŠTE U ZADRUODJEL ZA ARHEOLOGIJU

DNA ANALIZE U ARHEOLOGIJISeminarski rad iz kolegija Metodologija arheoloških

istraživanja

Studentica: Tena FestiniMentor: doc. dr. sc. Dario Vujević

Sadržaj:

1. Uvod............................................................3

2. Biološke osnove ................................................43. Povijest istraživanja...........................................5

3.1 Drevna DNA...................................................54. DNA analize u arheologiji.......................................7

4.1 Područja interesa............................................74.2 Proučavani segmenti..........................................7

4.2.1 Mitohondrijska DNA........................................74.2.2 DNA iz y kromosoma........................................8

4.3 Problemi rada s drevnom DNA..................................84.4 Proces istraživanja..........................................9

5. Najpoznatija istraživanja......................................105.1 Mitohondrijska Eva..........................................10

5.2 Haplogrupe..................................................115.3 Ötzi........................................................13

5.4 Neandertalci................................................136. Zaključak......................................................15

7. Popis literature...............................................177.1 Internet izvori.............................................17

1. Uvod

DNA analize općenito pripadaju domeni molekularne genetike,

što znači da se koriste pri istraživanju molekularnih temelja

nasljeđivanja.1 U arheologiji one imaju široku primjenu,

počevši od naizgled jednostavnih postupaka, kao što je

određivanje spola pojedinca, pa preko analize rodne pripadnosti

i migracija pa sve do formiranja određenih povijesnih ili

suvremenih populacija. DNA analize su također važne u

bioarheologiji, budući se uz pomoć njih može odrediti vrsta i

podrijetlo određenih biljaka i životinja, što može pomoći pri

rasvjetljenju problema domestifikacije. U novije vrijeme vrše

se i analize koprolita i zidnih slika.2

Sama skraćenica DNA stoji za „deoxyribonucleic acid“, što

je u biti engleski naziv za molekulu koja u sebi nosi sve1 V. ANIĆ - I. GOLDSTEIN, 2000., 875.2 K. GREENE, 2003., 154.

nasljedne osobine biološke jedinke. Hrvatski je naziv

deoksiribonukleinska kiselina, skraćeno DNK, ali budući se u

nas kolokvijalno uvriježila engleska skraćenica, u daljnjem će

tekstu ona biti i upotrebljavana. U drugoj polovici rada će

najviše govora biti o drevnoj DNA, što je bilo koja DNA

izvučena iz mrtvog organizma ili iz njegovih dijelova te

također iz živućeg organizma, ukoliko ne dolazi izravno iz

njegova tijela.3

Cilj ovog rada jest ukratko odgovoriti na pitanje što je

uopće DNA, predstaviti povijest upotrebe DNA analiza, cilj

njihove primjene te proces kojim se one odvijaju, a na kraju će

biti ukratko predstavljena najzanimljivija istraživanja na tu

temu. Rad neće ulaziti u brojne probleme i rasprave koje su još

uvijek u tijeku, a vezane su uz različite kemijske procese

kojima se DNA analizira, budući oni ne pripadaju domeni

arheologije, koja se samo koristi njihovim rezultatima. Takve

rasprave uzele su maha tek zadnjih par desetljeća, potaknute

razvitkom novih tehnologija.

2. Biološke osnove 4

Sav život na Zemlji počinje od jedne komponente: stanice.

Životinjska (eukariotska) stanica sastoji se od unutarstaničnih

dijelova od kojih svaki ima svoju funkciju za održavanje3 HERRMANN, 1994., 2.4 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl1.html (05. 01. 2015.)

organizma na životu. U središtu stanice nalazi se stanična

jezgra, ovijena dvostrukom membranom, a unutar nje je još manja

komponenta, jezgrica. Između membrane i jezgrice nalazimo

kromatin, koji sadrži DNA, proteine i RNA (ribonuleinsku

kiselinu). Osim u jezgri, DNA nalazimo i u mitohondrijima, koji

su centri aerobne respiracije, a smješteni su u citoplazmi,

tekućoj tvari koja sadrži stanične organele. O takozvanoj

mitohondrijskoj DNA biti će riječi kasnije.

DNA je molekula koja sadrži genetske instrukcije koje se

upotrebljavaju u razvoju i funkcioniranju svih živih

organizama. Ona je dvostruki polinukleotid formiran u oblik

dvostruke zavojnice. Polinukleotidi se sastoje od manjih

jedinica, nukleotida, koji se pak sastoje od jedne molekule

ugljikohidrata, fosfatne grupe te jedne od četiri dušikove baze

(adenin, gvanin, citozin ili timin). Dušikove baze spajanjem sa

svojim parom na drugom polinukleotidu drže zavojnice zajedno te

njihov slijed odlučuje o nekoj određenoj osobini organizma.

Kromosomi su kondenzirane jedinice kromatida, a sastoje se

od proteina i jedne molekule DNA. Oni su posebno bitni prilikom

staničnih dioba (mitoze i mejoze), te samim time i za

prenošenje nasljednih osobina na potomke.

Sve ljudske stanice, osim spolnih, su diploidne (2n), što

znači da sadrže 46 kromosoma, strukturiranih u 23 homologna

(slična) para. Spolne stanice su haploidne (n), što znači da

imaju samo 23 kromosoma. To je važno jer se tijekom oplodnje

stapanjem muške i ženske spolne stanice broj kromosoma

izjednači s onima u tjelesnim stanicama.

Mitozom se iz jedne stanice majke stvaraju dvije identične

stanice kćeri, a mejozom iz jedne spolne stanice nastaju četiri

nove spolne stanice. Ono što je bitno pri toj diobi jest da se

tu događa takozvani crossingover ili rekombinacija pri čemu se

nasumično izmjenjuju homologni dijelovi homolognih kromosoma.

Zbog toga nastaju različite nove kombinacije gena koje se kao

takve prenose na potomstvo.

3. Povijest istraživanja

Ideja o nasljeđivanju osobina nastala je još u vrijeme

antičke Grčke. Tako Hipokrat smatra da se nasljednje čestice

oblikuju iskustvom, a Aristotel smatra da se nasljedna osobina

prenosi u gametama, koje smatra jako pročišćenom krvlju, zbog

čega se još i danas govori o „krvnim linijama“. Sve do 1900.

godine vlada mišljenje o miješanom nasljeđivanju, što znači da

u nasljeđivanju jednak udio imaju i majka i otac.5

Prave promjene u razvoju genetike uvodi tek Gregor Mendel,

koji 1857. godine radi istraživanja na vrtnom grašku, čime je

dokazao da je nasljeđivanje određene značajke pod kontrolom

staničnih elemenata koji se prenose s roditelja na potomke, a

ti elementi nazivaju se genima. Oni se sastoje od dva

nasuprotna oblika kromosoma koje nazivamo alelima. Sveukupnost

gena u haploidnom sustavu naziva se genom. Par alela se

razdvaja prilikom mejoze i svaki odlazi u jednu gametu. Aleli

mogu biti dominantani (vidljivi) ili recesivani (ne vide se) i

o njihovoj kombinaciji ovisi koliko će osobina biti izražena u

5 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl1.html (05. 01. 2015.)

fenotipu tj. u svakoj oku vidljivoj morfološkoj značajki

organizma.6

1944. otkriveno je da je nasljedni materijal sadržan u DNA

i od tada počinje era molekularne genetike. Od tada pa nadalje

otkrića se samo nižu: sredinom šezdesetih je otkriven genski

kod, 1972. započinje genetičko inženjerstvo, a 1986. se počinje

kartirati humani genom. Od 2000. pa nadalje kompletirani su

genomi mnogih jednostavnijih organizama: vinske mušice, miša,

pčele, psa, čimpanze i drugih.7 Ljudski genom napokon je u

potpunosti sekvencioniran 2003., a objavljen 2007. godine.8

3.1 Drevna DNA

Sedamdesetih i osamdesetih godina 20. stoljeća u Engleskoj

su vršena mikroskopska istraživanja na sjemenkama biljaka, koja

su ustvrdila da je dosta stanične organizacije preživjelo do

danas. To su bili počeci bioarheologije, ali i počeci

proučavanja drevnih molekularnih struktura.9

Prvi veliki pomak napravljen je 1981., kada su dva kineska

znanstvenika, G. Wang i C. Lu, izolirala DNA iz jetre dvije

tisuće godina starog trupla dinastije Han. U isto vrijeme

Russell Higuchi i suradnici s Berkeley sveučilišta proučavaju

DNA izumrle vrste afričke zebre. Prava je prekretnica nastala

kada je Svante Pääbo, sa sveučilišta u Uppsali, uspio klonirati

DNA jedne mumije egipatskog dječaka. Takva istraživanja su se u

to vrijeme radila na način da se drevna DNA stavljala u6 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl2.html (05. 01. 2015.)7 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl1.html (05. 01. 2015.)8 http://www.eupedia.com/genetics/human_genome_and_genetics.shtml (05. 01. 2015.)9 M. JONES, 2002., 7.

laboratorijskog miša ili mikrob, gdje bi se dalje sama

replicirala.10

Kako je takva metoda podrazumijevala različite

komplikacije, bilo je potrebno naći nova rješenja. Tako Kary

Mullis 1983. godine dolazi do otkrića reakcije lančanog

umnožavanja (PCR – polymerase chain reaction). To je metoda kojom se

u DNA ubacuje enzim bakterije koji tada kontroliranom promjenom

temperature replicira dušikove baze, umnažajući na taj način

genetski kod. Sada su se mogli proučavati i jako mali uzorci

drevne DNA, što prije toga nije bilo moguće.11

1990. je pokrenut „Human Genom Diversity Project“, kojemu

je cilj sakupiti uzorke genetičkog materijala svih danas

relevantnih etničkih grupa. Zbog različitih problema, napose

financijskih i etičkih, ovaj projekt još uvijek nije završen,

iako je do 2005. godine sakupljena kolekcija od 1064 stanica iz

52 populacije i danas se čuva u Centru za proučavanje ljudskih

polimorfizama u Parizu. 2005. godine je National Geographic

pokrenuo „Genographic Project“ koji ima isti cilj. 2008. se

počelo upotrebljavati takozvano sekvencioniranje nove

generacije u koje se polaže nade da će ukloniti nedostatke PCR

tehnike.12

U novije su se vrijeme razvili brojni projekti koji uz

pomoć drevne DNA žele rasvijetliti ljudsku prošlost. Neki od

najpoznatijih i najzanimljivijih su otkrivanje genoma

10 M. JONES, 2002., 14-16.11 B. HERRMANN, 1994., 1-2.12 L. MATISOO-SMITH – K. A. HORSBURGH, 2012., 17-20.

neandertalaca, otkriće „Mitohondrijske Eve“, uobličavanje

haplogrupa itd. O tome će biti više riječi u daljnjem tekstu.

4. DNA analize u arheologiji

U ovome poglavlju će se raspravljati o samome procesu koji

se upotrebljava prilikom istraživanja drevne DNA, kao i o

problemima s kojima se istraživači susreću tijekom istih.

4.1 Područja interesa

Bernd Herrmann i Susanne Hummel u knjizi „Ancient DNA“,

objavljenoj 1994. godine izdvajaju tri područja interesa u

kojima nam analiza drevne DNA može pomoći:13

1. Pristup genetskim informacijama na individualnoj razini. DNA individue

je, osim što nam može dati podatke o istoj, preduvjet za

sva ostala istraživanja.

2. Pristup genetskim informacijama na infrapopulacijskoj razini. Vrši se

usporedba genetskog materijala dvije ili više individue

da bi se utvrdila njihova genetska veza u smislu

biološke distance.

13 B. HERRMANN, 1994., 2.

3. Pristup genetskim informacijama na interpopulacijskoj razini. Usporedba

profila različitih populacija otkriva stupanj

evolucijske veze. Rezultati dopuštaju rekonstrukciju

populacijske povijesti i stvaranje evolucijskih stabala.

Nešto jednostavniju verziju iste podjele donio je i Colin

Renfrew u svojoj knjizi „Archaeology: Theories, Methods and

Practice“.14

4.2 Proučavani segmenti

Od posebnog interesa pri proučavanju drevne DNA su nam

mitohondrijska DNA (mtDNA) i DNA iz y kromosoma. Kod analize

biljaka se umjesto mtDNA proučava kloroplastna DNA, a budući su

one veoma slične, o njoj neće biti dodatne rasprave.

4.2.1 Mitohondrijska DNA

Mitohondriji se nalaze u citoplazmi stanice i služe pri

odvijanju procesa staničnog disanja. Predak mitohondrija je

vjerojatno bio neki oblik anaerobne bakterije koji je živio u

simbiozi s drevnim prokariotskim stanicama. U prilog tome

govori činjenica da je DNA u mitohondrijima kružna, kao i u

bakterijama. Oni imaju svoju samostalnu diobu, neovisnu od

ostatka stanice, što je izuzetno važno jer mitohondriji koji se

nalaze u jajnoj stanici ne prolaze kroz proces rekombinacije sa

spermalnim stanicama. Na taj način se majčin mitohondrijski DNA

prenosi izravno s majke na dijete i ostaje generacijama

nepromijenjen.15

14 C. RENFREW – P. BAHN, 2004., 228.15 L. L. CAVALLI-SFORZA – P. MENOZZI – A. PIAZZA, 1994., 83-88.

Način na koji se iz mtDNA može dobiti informacije jest

promatranje stope mutacija u genetskom zapisu. Mutacije su,

naime, nasumične promjene nastale u genetskom kodu, koje se

kasnije kao takve prenose na potomstvo. Otkriveno je da oko 2-

4% mtDNA mutira jednom u milijun godina, što znači da veća

stopa mutacije izražava veću genetsku udaljenost dvije jedinke

od istoga pretka.16

4.2.2 DNA iz y kromosoma

Y kromosom je dio zadnjeg kromosomskog para u stanicama

muškaraca. Kako je on na neki način biološki degradirana

verzija uobičajenog kromosoma, on ne prolazi kroz rekombinaciju

sa svojim x parom te, kao i u slučaju mtDNA, njegova DNA ostaje

nepromijenjena. Nedostatak je jedino taj što se promjene mogu

pratiti samo patrilinearno.

Način na koji se iz DNA y kromosoma može dobiti informacije

jest proučavanje specifičnih polimorfizama. Polimorfizam je

pojava više vrsta alela na istome mjestu u kromosomu. Njih nema

puno i nisu još uvijek u potpunosti istraženi. Oni se koriste

za praćenje etničkih promjena, i to najčešće u kombinaciji s

mtDNA. Naime, sličnosti u polimorfizmima upućuju na sličnosti

među populacijama.

4.3 Problemi rada s drevnom DNA

Glavni problem s kojim se istraživači susreću je

dijageneza, tj, proces uskog vezivanja dušikovih baza prilikom

organskog raspada. Njega mogu izazvati: radijacija, razlika u

16 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl18.html (05. 01. 2015.)

temperaturi, vlaga, razlika u razini kiselosti, mehanički stres

i razni oksidativni agensi. Zbog toga pri analizama može doći

do slučaja da se ne može sa sigurnošću utvrditi je li do

promjene došlo na ovaj način, prirodnom mutacijom ili lošim

rukovanjem u laboratoriju. Dijagenezom se također znatno smanji

uzorak koji se može proučavati. 17 Ukoliko uzmemo u obzir da

ljudski genom ima otprilike 3,2 bilijuna nukleotida, a veći

uzorci drevne DNA ih sadrže tek nekoliko stotina, to je

ozbiljan nedostatak.18

Drugi problem su naravno moderne kontaminacije uzrokovane

nestručnim rukovanjem prilikom uzimanja uzoraka. Osim na taj

način, najčešće se javljaju i pri uzorcima koji se već dugi niz

godina nalaze u muzejima.

Treći su problem supstance koje se upotrebljavaju u

kemijskom istraživanju, a sprječavaju rad enzima koji umnaža

DNA.

Također je važno voditi računa o etičkim pitanjima koja se

postavljaju prilikom manipulacije s DNA, a ona napose

predstavljaju unošenje drevne DNA u danas živuće organizme.19

4.4 Proces istraživanja20

Da bi se dobio kôd koji predstavlja genom proučavanog

subjekta, prvo je potrebno izvuči DNA iz proučavanog uzorka.

Ona se uzima iz stanica solidnih organa. U nekim je slučajevima17 B. HERRMANN, 1994., 3.18 L. L. CAVALLI-SFORZA – P. MENOZZI – A. PIAZZA, 1994., 83.19 B. HERRMANN, 1994., 62.20 op. a. Opisani proces je krajnje simplificiran jer uključuje komplicirane kemijske procese koji ne pripadaju domeni arheologije već molekularne genetike.

prije daljnjih postupaka potrebna purifikacija koja se najčešće

provodi jednostavnim prokuhavanjem uzoraka.21

Nakon toga se DNA tretira enzimima koji prepoznaju

nukleotidne sekvence od četiri baze. Daljnja ekstrakcija se

odvija tretiranjem uzorka različitim kemijskim otopinama, od

kojih je bitno spomenuti fenol, kloroform i etanol.22

Na kraju se provodi dodatna purifikacija, nakon čega se u

uzorak stavlja enzim Taq polimeraza, koja imitira prirodni

postupak replikacije DNA i tako stvara nove bazne parove koji

se nakon toga mogu proučavati.23

5. Najpoznatija istraživanja

Ovo poglavlje će dati kratki pregled najpoznatijih

istraživanja koja su provedena i još se uvijek provode uz pomoć

analiza drevne DNA. Osim ovdje navedenih istraživanja, u

današnje se vrijeme provode mnoga druga, a s razvojem tehnike

povećava se i njihov broj i opseg.

21 B. HERRMANN, 1994., 14.22 B. HERRMANN, 1994., 65-67.23 B. HERRMANN, 1994., 66.

Većina takvih istraživanja pripada domeni populacijske

genetike. Ona proučava genetičku strukturu populacija, tj.

analizira učestalost određenih gena i čimbenike koji određuju

tu učestalost.24

Genetičku strukturu populacije određuje nekoliko

čimbenika:25

1. Prirodni odabir. Definirao ga je još Charles Darwin u svojem

kapitalnom djelu „O evoluciji vrsta“, a podrazumijeva

tvrdnju da u prirodi uvijek opstaju najjače i najbolje

prilagođene jedinke.

2. Seksualna selekcija. Podrazumijeva činjenicu da se više

razmnožavaju one jedinke koje su bolje u osiguravanju

partnera.

3. Mutacije

4. Genetički drift. Određuje slučajnu promjenu u frekvenciji

alela.

5. Genski tok. Događa se kada jedinka s drukčijim genetskim

materijalom dođe u do tada nepromijenjenu populaciju.

Kod ljudi je najbolje vidljiv u migracijama.

Pri istraživanju populacija je također važno uzeti u obzir

Hardy – Weinbergov zakon koji glasi: u velikoj populaciji u

kojoj dolazi do slučajnog parenja frekvencije gena i genotipova

su stalne. On se, znači, odnosi na populacije za koje ne

vrijede prethodno navedene točke.

24 http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/pogl19.html (06. 01. 2015.)25 https://www.youtube.com/watch?v=WhFKPaRnTdQ (06. 01. 2015.)

5.1 Mitohondrijska Eva26

Jedno od najvažnijih istraživanja provedenih analizom mtDNA

jest ono objavljeno 1985. u časopisu „Nature“, a proveli su ga

Rebecca Cann, Mark Stoneking i Allan Wilson. Oni su, naime,

analizirali mtDNA iz uzorka uzetog od 147 žena raspoređenih na

područjima Afrike, Azije, Europe, Australije i Nove Gvineje.

Rezultati istraživanja su pokazali da se genetsko stablo

nastalo iz uzorka može pratiti sve do jednog zajedničkog

pretka, žene koja je živjela prije 200 000 godina. Kako geni

žena iz Subsaharske Afrike pokazuju najviše razlika u

genetičkom materijalu, zaključeno je da je ta žena od tuda i

potjecala. Dobila je naziv „Mitohondrijska Eva“ i postala

temelj za takozvani „Out of Africa“ model, po kojem svi ljudi

potječu od jednog pretka koji je živio u Africi.

Ipak je naglašeno kako ona nije bila jedina žena koja je

tada živjela te da usporedba s mitološkom Evom nije realna. Ona

je, naime, jedina jedinka iz svojega kolektiva čiji se

genetički materijal zadržao do danas. To bi značilo da druge

žene ili nisu uopće imale potomaka ili su imale samo muške

potomke. Renfrew u svojem radu navodi kako se slična situacija

može vidjeti i u modernoj povijesti, gdje od francuske

populacije koja je živjela 1789. danas samo 14% ima potomke.

Ne slažu se svi s tvrdnjom koju iznosi ovo istraživanje.

Alan Templeton tvrdi da je Homo erectus prilikom izlaska iz

Afrike evoluirao zasebno u zasebnim područjima zemaljske kugle

te on zastupa takozvanu multiregionalnu hipotezu. Podupire ju26 C. RENFREW – P. BAHN, 2004., 465-466.

tvrdnjom da statistički testovi R. Cann i suradnika nisu

ispravno provedeni i da su unaprijed rađeni dajući prednost

afričkom uzorku. Također navodi da su vršene manipulacije u

redoslijedu kojim su podaci unošeni u računalo te je to

utjecalo na konačne rezultate.

5.2 Haplogrupe

Haplotip je skraćenica za haploidni genotip. To je

kolekcija specifičnih alela koje će se vjerojatno naslijediti

skupa jer su usko povezane. Haplogrupa je grupa sličnih

haplotipova koji dijele istog pretka tj. imaju istu mutaciju u

svim haplotipovima. Za imenovanje haplogrupa koriste se slova

abecede, a dodatno se razlikuju dodavanjem broja i kombinacije

slova iza njega. Postoje posebne podjele za mtDNA i DNA y

kromosoma, a danas u svijetu razlikujemo nekoliko stotina

haplogrupa.27

Određivanjem haplotipova unutar drevne DNA te usporedbom

iste s modernim uzorkom razvile su se brojne teorije o

porijeklu današnjih ljudi te o njihovim migracijama. Za Europu

je tu važniji y kromosom jer njegova DNA mutira puno brže od

mtDNA, koja je slična kod svih Europljana.28

Po takvim se teorijama29 nakon zadnjeg ledenog doba, prije

otprilike 12 000 godina, počinje razvijati rekolonizacija

europskog kontinenta iz područja koja su za vrijeme glacijala

bila pogodna za život. Potomci tih ljudi nose haplogrupu I, i27C. RENFREW – P. BAHN, 2004., 476-477.28 http://www.eupedia.com/europe/origins_haplogroups_europe.shtml (06. 01. 2015.)29 http://www.eupedia.com/europe/origins_haplogroups_europe.shtml (07. 01. 2015.)

to najviše I2a1. Ona je danas najviše raširena na području

Dalmacije te zapadne Bosne i Hercegovine. U prijelazu s

paleolitika na mezolitik se u Europi počinje pojavljivati i

zapadnoafrička A1a grupa, koju nalazimo u Španjolskoj.

Sa širenjem neolitičkog paketa se povezuju grupe E1b1b i

G2a, od kojih je prva danas najviše zastupljena na području

Makedonije, a druga na području Sardinije i središnje Italije.

Najveću promjenu unose Indoeuropljani donoseći u Europu R1a

haplogrupu. Ona je danas najviše raširena u središnjoj i

istočnoj Europi. Pronalazimo i grupu N, najviše u Finskoj i C,

za koju se vjeruje da je jedna od najstarijih, pa je tako i

zabilježena u samo nekoliko slučajeva.

Ono što označava ovu metodu prilično nepouzdanom jest

činjenica da uzorak drevne DNA nije niti približno dovoljan da

bi se takve analize mogle uzimati kao neki izuzetan znanstveni

podatak, barem za sada i u današnjem stanju istraženosti.

Također je problem u tome što se na ovakav način može

promatrati samo kretanje drevnih populacija čiji je genetski

kôd vidljiv i danas, a ne uključuje one koje su jednim od

načina iznesenim u točki pet ovog rada nestale iz genetike

današnjih populacija.30

Ipak, ovakve analize mogu biti korisne ako se

upotrebljavaju induktivno, tj. ako želimo vidjeti koliko je

neki pojedinac iz prošlosti prenio svojeg genetskog materijala

na današnje ljude, što se lijepo može vidjeti pri analizi

Ötzija, iznesenoj u sljedećem potpoglavlju, a ne deduktivno,

30 C. RENFREW – P. BAHN, 2004., 468.

gdje se sav današnji genetski materijal pokušava povezati s

jednim izoliranim slučajem koji je slijedom okolnosti bio

sretan da ga se analizira na ovaj način. Takav je na primjer

ostatak „Mal'ta dječaka“ iz Altai regije u Sibiru koji se

smatra potomkom cijele haplogrupe R, koja danas dominira

velikim dijelom Europe.31

Usporedbe haplogrupa mogle bi ipak biti korisne u

budućnosti, kada će analize DNA na arheološkim ostacima postati

pravilo, a ne izuzetak.

5.3 Ötzi

Ötzi je prirodno mumificirano tijelo čovjeka koji je živio

između 3350. i 3100. godine prije Krista, a nađeno je u

talijanskim Alpama, na granici s Austrijom, u dijelu koji se

naziva Ötztaler, odkuda mu i ime. Osim izvrsne sačuvanosti,

koju duguje snijegu i ledu, Ötzi je važan jer je najstariji

prirodno mumificiran primjerak do sada nađen u Europi. Budući

je nađen 1991., bio je u savršenoj poziciji da se na njemu

provedu sva moderna istraživanja, pa tako i analize DNA.32

Handt, Richards i suradnici uspjeli su 1994. godine

izdvojiti sekvencu od 354 bazna para mtDNA. Usporedbom s bazom

DNA današnjih Europljana, zaključili su da je genom sličan

njegovom danas najrašireniji u sjevernoj Europi, a jedan sličan

je uočen u modernih Švicaraca te tri u mediteranskim

populacijama. Također su uzeti uzorci šesnaest ljudi iz Ötzaler31 http://www.eupedia.com/europe/Haplogroup_R1a_Y-DNA.shtml (06. 01. 2015.)32 http://www.iceman.it/en/oetzi-the-iceman (06. 01. 2015.)

doline i drugi, iz graničnog područja Alpa te je zanimljivo je

da je upravo s potonjima i imao najviše sličnosti. 2008. su

Ermini i suradnici uspjeli dobiti kompletni mtDNA, čime su

zaključili da je pripadao haplogrupi K. Također su uočili dvije

mutacije kojih više nema među danas živućim Europljanima.33

2012. su Keller i suradnici proizveli cijeli Ötzijev genom

te su na temelju njega došli do brojnih zaključaka. Ötzi je

najsličniji današnjim žiteljima Sardinije, bio je netolerantan

na laktozu, imao je krvnu grupu 0, tamnu kosu i genetsku

predispoziciju za kardiovaskularne bolesti. Također su otkrili

i DNA koju su povezali s bakterijom koja izaziva lajmsku

boreliozu, od koje je vjerojatno bolovao.34

Analize su vršene i na Ötzijevom želucu, čime je otkriveno

da je prije smrti jeo običnog jelena, kozoroga, žitarice i

dvosupnice. Po analizama polena četinarki ustvrđeno je da je

umro u proljeće ili rano ljeto.35

5.4 Neandertalci

Prva studija mtDNA neandertalca je provedena 1997. godine,

i to iz nalaza pronađenih u Feldhofer špilji u Neanderu.

Usporedbom s modernim ljudima nađeno je 27 razlika u DNA

sekvenci. Određen je datum između 550 000 i 650 000 godina

starosti za zadnjeg zajedničkog pretka, što je otprilike četiri

puta stariji datum od ljudskog DNA, iz čega je zaključeno da se

vrste nisu mogle miješati.36 Takvu tezu potvrdile su i analize

33 L. MATISOO-SMITH – K. A. HORSBURGH, 2012., 166-167.34 L. MATISOO-SMITH – K. A. HORSBURGH, 2012., 166.35 http://www.iceman.it/en/when-oetzi-died (06. 01. 2015.)36 C. RENFREW – P. BAHN, 2004., 468.

iz 2000. godine, iz Mezmaiskaya špilje u Rusiji. Analize dvije

jedinke homo sapiensa stare 23 do 25 tisuća godina iz Pagliacci

špilje u Italiji su pokazale da su drukčije od neandertalaca,

ali su slične modernim ljudima, što također podupire tu tezu.

Razlike potvrđuje i senkvencioniranje prvog potpunog genoma

neandertalca 2008. godine, od strane Svante Pääba s Max Planck

instituta za evolucionarnu antropologiju u Njemačkoj.

Analize pet neandertalskih jedinki starih 38 000 godina iz

Neandera, Mezmaiskaya špilje u Rusiji, El Sidrón špilje u

Španjolskoj i Vindije pokazale su da se međusobno nisu puno

razlikovale, što je objašnjeno s malim brojem jedinki u

populaciji. Jedna trećina genoma im je drukčija od homo

sapiensove.37

2006. godine je Lawrence Berkeley iz Natural Laboratory u

Kaliforniji uspio sakupiti 65 tisuća parova DNA y kromosoma

neandertalca iz špilje Vindije, starog 38 000 godina. Time je

odredio odvajanje neandertalca i modernog čovjeka prije 370 000

godina, čime je definitivno odbacio pretpostavku o njihovom

miješanju.

Smatrajući da je pri prijašnjim istraživanjima došlo do

kontaminacije drevne DNA s onom modernom, Svante Pääbo radi

nacrtni slijed neandertalskog genoma y kromosoma,

upotrebljavajući tri uzorka iz Vindije. Usporedbom s modernim

ljudima iz Francuske, Kine, Papue Nove Gvineje i Afrike, došao

je do zaključka da više genetske sličnosti ima u neafričkom

37 http://humanorigins.si.edu/evidence/genetics/ancient-dna-and-neanderthals/neanderthal-mitochondrial-dna (07. 01. 2015.)

genetskom materijalu te je zaključio da su neandertalci

kontribuirali genomu homo sapiensa u iznosu od 1 do 4%. 38

Daljnjim istraživanjima je dokazano da su neandertalci

imali mutaciju u genu za melanokortin, što znači da su imali

crvenu kosu i svijetlu put. Imali su također i mutacije na genu

FOXP2, koje su im omogućavale govor, imali su osjet za gorko i

krvnu grupu 0. Mutacije u mikrocefalinu danas prisutne u

haplogrupi D koje izazivaju velik volumen mozga nisu pronađene

u neandertalaca.39

6. Zaključak

DNA je najvažnija molekula u ljudskom organizmu jer je ona

nositelj gena koji kontroliraju razvoj i funkcioniranje svih

živih organizama. Za potrebe arheologije se ona izvlači iz

davno preminulih organizama da bi nam otkrila njihove

međuodnose i osobine. Takva DNA naziva se drevna DNA, a

istražuje ju molekularna genetika.

Za razvoj genetike kao znanstvene discipline najzaslužniji

je Grego Mendel koji je prvi uveo zakone nasljeđivanja. Dokazao

je da je ono pod kontrolom staničnih elemenata koji se nazivaju

geni, a sadržani su u kromosomima. Određeni dijelovi genetskog

zapisa, to jest kôda, određuju kakve će osobine imati jedinka u

pitanju. Sveukupnost gena naziva se genom, a nasuprotni krajevi

38 http://humanorigins.si.edu/evidence/genetics/ancient-dna-and-neanderthals/sequencing-neanderthal-dna (06. 07. 2015.)39 http://humanorigins.si.edu/evidence/genetics/ancient-dna-and-neanderthals/neanderthal-genes-red-hair-and-more (07. 01. 2015.)

gena su aleli, čija zastupljenost određuje na koji će se način

određena osobina ogledati u fenotipu, tj. vidljivim značajkama

organizma.

Prva drevna DNA izvučena je 1981. godine u Kini, a

slijedile su je brojne druge. Najveći je pomak nastao 1983.

kada je Kary Mullis izmislio reakciju lančanog umnažanja (PCR),

tehniku koja je olakšala i ubrzala rad s drevnim sekvencama

DNA. Prvi kompletni ljudski genom je sekvencioniran 2003.

godine.

Analize drevne DNA vrše se na mitohondrijskoj DNA, koju

žene prenose nepromijenjenu na svoje potomke te na DNA y

kromosoma koji je prisutan kod muškaraca, a ne prolazi kroz

rekombinaciju, tako da također ostaje velikim dijelom

nepromijenjen prilikom procesa nasljeđivanja. Proučavanjem

mutacija na tim genima mogu se pratiti promjene u populacijama.

Disciplina koja to proučava zove se populacijska genetika.

Od otkrića PCR pa nadalje vršila su se brojna ispitivanja

na arheološki značajnim otkrićima, s ciljem boljeg

razumijevanja prošlosti i porijekla ljudske vrste.

Najznačajnija su istraživanja koja se temelje na haplogrupama,

tj. na grupama sličnih haploidnih genotipa koje će se

vjerojatno naslijediti zajedno. Usporedbom drevne DNA s

modernom pokušava se otkriti odakle dolaze određene populacije.

Na taj se način došlo do otkrića takozvane Mitohondrijske Eve,

jedne žene koja je preteča svih ljudi danas živućih na zemlji.

Drugo važno istraživanje jest sekvencioniranje genoma

neandertalca i njegovo proučavanje koje još uvijek traje, a

pomoglo nam je rasvijetliti, i još će u budućnosti, brojne

nedoumice vezane uz odnos homo sapiensa i neandertalca. Od

pojedinačnih analiza je najvažnije izdvojiti onu Ötzija,

najstarijeg iznimno sačuvanog mumificiranog tijela u Europi.

Analize drevne DNA na svojoj su važnosti dobile tek u

zadnja tri desetljeća te su još na samome početku svoga

razvitka. Ipak, s izuzetno brzim napretkom tehnologije, i

napredak u proučavanju ljudskih gena je golem, tako da nam uz

sve što se već na taj način otkrilo preostaje još samo s

nestrpljenjem čekati nova otkrića i zaključke koji će

nesumnjivo doći na vidjelo u budućnosti, kada DNA analize

postanu češće i šire dostupne.

7. Popis literature

ANIĆ, V. – GOLDSTEIN, I., 2000. – Rječnik stranih riječi, Novi

Liber, Zagreb

CAVALLI-SFORZA, L. L. – MENOZZI, P. – PIAZZA, A., 1994. – The

History and Geography of Human Genes, Princeton University

Press, Princeton

GREENE, K., 2003. – Archaeology: An Introduction, Taylor &

Francis e-Library

HERRMANN, B. et alii, 1994. – Ancient DNA, Springer-Verlag, New

York

JONES, M., 2002. – The Molecule Hunt: Archeology and the Search

for Ancient DNA, Arcade Publishing, Inc., New York

MATISOO-SMITH, L. – HORSBURGH K. A., 2012. – DNA for

Archaeologists, Left Coast Press, Inc., Walnut Creek

RENFREW, C. – BAHN, P., 2004. – Archaeology: Theories, Methods

and Practice, Thames & Hudson Ltd, London

7.1 Internet izvori

http://www.eupedia.com/genetics/ (06. siječnja 2015)

http://www.genetika.biol.pmf.unizg.hr/index.html (05. siječnja

2015)

http://humanorigins.si.edu/evidence/genetics/ancient-dna-and-

neanderthals (07. siječnja 2015)

http://www.iceman.it/en/oetzi-the-iceman (06. siječnja 2015)

https://www.youtube.com/user/crashcourse (06. siječnja 2015)