Meest recent

    DNA van oermensen gevonden in stof uit grotten, zelfs zonder beenderen

    Hoewel er in Europa en Azië veel prehistorische vindplaatsen zijn van werktuigen en andere door oermensen gebruikte voorwerpen, worden resten van de skeletten van hun makers veel minder vaak gevonden. Onderzoekers zochten daarom een andere manier om DNA van prehistorische mensen te vinden, en ze hebben die nu gevonden. Uit stalen klei en zand van zeven vindplaatsen wisten ze kleine DNA-fragmenten te vissen van verschillende zoogdieren, ook van mensachtigen. Paleontologen spreken van een enorme wetenschappelijke doorbraak die nieuw licht kan werpen op de menselijke geschiedenis en evolutie.
    Een onderzoekster neemt een sediment-staal in de Trou Al'Wesse-grot.

    Vijftigduizend jaar geleden ontlastte een neanderthaler zich in de Trou Al'Wesse-grot in de provincie Luik, en hij liet daarbij, onder meer, een staal van zijn DNA achter. Zijn urine verbond zich met mineralen in de grond, en zijn ontlasting desintegreerde uiteindelijk, maar sporen van zijn DNA bleven achter, ingebed in de grond van de grot.

    Nu heeft een internationaal team van onderzoekers van het Max-Planck-Institut fur evolutionäre Anthropologie in Leipzig aangetoond dat ze die genetische sporen van zowel neanderthalers als denisova-mensen kunnen terugvinden in de grond en identificeren. Dat laat hen toe grotten te testen op de aanwezigheid van oermensen, zelfs grotten en vindplaatsen waar nooit beenderen gevonden zijn, zoals de Trou Al'Wesse-grot. Daar zijn wel werktuigen en beenderen van uitgestorven dieren gevonden, maar nooit menselijke beenderen.

    Tot nu toe was de enige manier om de genen van oude mensensoorten als de neanderthalers en de mysterieuze denisova-mensen te onderzoeken, DNA te onttrekken aan fossiele beenderen. Nu kan dat dus ook met DNA uit de grond. 

    Onderzoekers zeggen dat het oude DNA uit de sedimenten hen zal helpen om de kaart van de oude menselijke bewoning te vervolledigen, en hen toe zal laten om te zien waar mensensoorten overlappende leefgebieden hadden, en met elkaar in contact kwamen en interacties hadden met elkaar.

    Veel onderzoekers denken dat de nieuwe techniek in de toekomst een standaardinstrument zal worden in de paleo-archeologie, net zoals de radiokoolstofdatering of C14-methode dat nu al is.

    De ingang van de Vindija-grot in Kroatië, een van de vindplaatsen waar sediment-stalen genomen werden (Foto: Max-Planck-Institut fur evolutionäre Anthropologie/J.Krause).

    85 stalen uit 7 vindplaatsen

    De onderzoekers verzamelden 85 stalen van sedimenten uit zeven grotten in Europa en Azië waarvan geweten is dat mensen er zijn binnengegaan, of zelfs geleefd hebben, in het pleistoceen, tussen 14.000 en 550.000 jaar geleden.

    Het team van het Max-Planck-Institut onder leiding van Matthias Meyer was in staat om specifiek op zoek te gaan naar genetisch materiaal van oude mensensoorten en andere zoogdieren, door een methode te verfijnen die tot dan toe gebruikt werd om DNA van planten en dieren te vinden.

    Hoewel DNA zich vasthecht aan mineralen en vergane planten in de grond, wisten de onderzoekers niet of het ooit mogelijk zou zijn om fragmenten van genen op te vissen die tienduizenden jaren oud zijn, en die diep begraven liggen tussen ander genetisch afval. De stukjes genen van oude mensensoorten maken immers slechts een miniem deel uit van het DNA dat in de natuurlijke wereld rondhangt.

    Onderzoekers maken zich klaar om stalen te nemen in de Denisova-grot in Siberië (Foto: Max-Planck-Institut fur evolutionäre Anthropologie/J.Krause).

    "Moleculaire haak"

    Maar het team van Meyer heeft jarenlang methoden ontwikkeld om DNA te vinden, zelfs daar waar het onmogelijk leek omdat het zo schaars en gedegradeerd was.

    Doctor Meyer en zijn team zocht eerst uit welk DNA in het sediment uit de grotten prehistorisch was, door te kijken naar kenmerkende tekenen van degradatie aan het uiteinde van de moleculen.

    Vervolgens plukten ze uit dat prehistorische DNA het DNA van neanderthalers en denisova-mensen met een moleculaire haak om genen te vangen van de mitochondriën die uniek zijn voor deze mensensoorten. Mitochondriën zijn de "energiefabriekjes" van de cellen, ze worden alleen via de moeder doorgegeven, en ze komen alleen in het cytoplasma voor, het deel van de cel buiten de celkern. Mitochondriaal DNA is heel geschikt voor wat de onderzoekers zochten, omdat nauw verwante soorten er toch mee van elkaar kunnen onderscheiden worden.

    De onderzoekers bouwden ook een geautomatiseerd systeem om de stalen snel te kunnen onderzoeken. Op de klassieke manier, met de hand en met pipetten, zou het verschillende dagen duren om nog maar een fractie van het aantal stalen te analyseren.

    De groep had die efficiëntie nodig. Uit de verschillende stalen aarde haalden ze tussen 5.000 en 2,8 miljoen DNA-fragmenten. Het aantal DNA-fragmenten dat afkomstig was van oude mensensoorten daarin was minuscuul en varieerde van 0 tot 8.822.

    De zeven grotten waar sedimentstalen genomen werden, en welk DNA er gevonden werd (Illustratie: Science). 

    12 zoogdierfamilies

    Het team van Meyer was in staat om het DNA te identificeren van verschillende dieren die tot 12 families van zoogdieren behoren, waaronder ook uitgestorven soorten als de wolharige mammoet, de wolharige neushoorn, de holenbeer en de grottenhyena.

    In de sedimenten van vier archeologische sites vonden ze DNA van neanderthalers, en dat ook in lagen waar nooit menselijke beenderen gevonden zijn. Zoals gezegd was dat onder meer het geval in de Belgische Trou Al'Wesse-grot.

    Daarnaast vonden ze ook nieuwe stalen van DNA van de mysterieuze denisova-mens in de Denisova-grot in Siberië.

    Volgens de onderzoekers moet het met de techniek ook mogelijk zijn om niet alleen mitochondriaal DNA te vinden, maar ook "aanzienlijke delen van het genoom van de celkern".  

    Voorstelling van een holenbeer (Illustratie: Sergiodlarosa via Wikimedia).

    Enthousiasme

    Het enthousiasme bij paleontologen en genetici over de nieuwe techniek is groot. "Het is een beetje als ontdekken dat je goudstof kunt onttrekken aan de lucht", zei populatie-geneticus Adam Siepel van Cold Spring Harbor University aan de "New York Times".

    "De ontdekking dat het nu mogelijk is om dit allemaal te doen, is verbazingwekkend", zei professor genetica David Reich van Harvard, eveneens aan de New York Times. Volgens hem zijn de vragen die nu aangepakt kunnen worden, bijna eindeloos.

    Zo zou het logisch zijn dat onderzoekers beginnen te zoeken naar beenderen in grotten waar DNA in het sediment aantoont dat er ooit oermensen hebben gewoond.

    En het lijkt waarschijnlijk dat de onderzoekers veel meer te weten zullen komen over de menselijke prehistorie, onder meer over de denisova-mensen. Die kennen we nu alleen door hun DNA dat uit een beperkt aantal beenderen is gehaald die in één grot in Siberië zijn gevonden. Maar kleine delen van hun genen worden wel aangetroffen bij moderne mensen in Papoea-Nieuw Guinea, Melanesië en bij de aboriginals in Australië. Mogelijk kan de nieuwe techniek een antwoord geven op de vraag hoe die genen daar geraakt zijn, en waarom ze bij die mensen worden aangetroffen en niet bij mensen dichter in de buurt van Siberië.

    Een andere mogelijke toepassing van de techniek is volgens professor Reich dat men kan beginnen zoeken naar DNA van oermensen in sites in openlucht, in plaats van naar beenderen te zoeken in grotten.

    "Als dat werkt, zou het een veel rijker beeld opleveren van de geografische verdeling en de migratiepatronen van de oermensen, een beeld dat niet beperkt wordt door het kleine aantal beenderen dat gevonden wordt", zo zei Reich. "Dat zou werkelijk magisch zijn."

    Zelfs uit sedimenten die jarenlang op kamertemperatuur bewaard werden, kon nog DNA gehaald worden (Foto: Max-Planck-Institut fur evolutionäre Anthropologie/J.Krause).

    Moeilijk te dateren

    Wel kan er een probleem zijn met de datering van de DNA-vondsten in de sedimenten. Eske Willerslev, een van de pioniers in de zoektocht naar DNA in sedimenten, die niet betrokken was bij deze studie, zei aan "The Telegraph" dat de nieuwe studie interessant was, maar hij waarschuwde er voor dat het moeilijk is om vast te stellen hoe oud stalen van sedimenten uit grotten zijn.

    "Over het algemeen zijn de sedimenten erg verstoord, en als je niet kan aantonen dat dat niet het geval is, heb je geen idee van de ouderdom van de vondsten", zei Willerslev, een evolutionair geneticus aan de Universiteit van Kopenhagen.

    Dat neemt niet weg dat de nieuwe techniek veel mogelijkheden biedt. "In principe biedt elke grot waar er aanwijzingen zijn van menselijke activiteit nu de mogelijkheid om de nieuwe procedure te gebruiken", zei projectleider Meyer aan het persagentschap AP. 

    De studie van Meyer en zijn team is gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift "Science".