5700岁的“口香糖”会告诉咀嚼它的人吗？

在侦探系列和电影中，法医在情节引擎中起着主要作用，人们经常可以看到，通过烟蒂或粘在桌子上的口香糖如何成功地识别出留下这些痕迹的人。 在现实生活中，您还可以从一个人的嘴中学到很多有关口香糖的知识。 今天，我们将考虑一项研究，哥本哈根大学的科学家在挖掘过程中发现了“口香糖”，其年龄约为5700年。 科学家可以从他们的发现中获得关于一个人的哪些信息，古老的口香糖可以告诉谁，以及这项研究将来如何影响与各种疾病的斗争？ 这些问题的答案在科学家的报告中等待着我们。 走吧

学习基础

这项研究的主角是桦木焦油或桦木焦油。 这种棕黑色物质是通过在密闭容器中蒸煮白桦树皮（白桦树皮）的顶层而获得的。 在这样的条件下，在没有氧气进入的情况下发生加热，即没有氧气。 干馏。 在加热过程中，树皮会转化为焦油。



在远古时代，这个过程是在黏土桩处进行的。 那时，焦油通常用于加工石材产品，作为通用胶。 人类最早使用的焦油考古发现可以追溯到旧石器时代。

可以这么说，在“工业”中使用tar是合乎逻辑的。 但是，考古学家发现了许多桦木树脂，以发现牙齿痕迹。 为什么我们的祖先咀嚼焦油？ 有几种理论可以解释这一点。 首先，焦油在冷却后会迅速变硬；因此，它的咀嚼可能与对其加热并使其更柔软以进行工作的渴望有关。 有一种理论认为，焦油可减轻口腔疾病引起的疼痛，因为焦油被认为是防腐剂，尽管它很弱。 另外，一些研究人员认为这是牙齿卫生的开端，焦油起着古老的牙刷的作用。 而最有趣但又并非毫无意义的理论就是乐趣。 古代人可以这样咀嚼树脂，即 没有任何正当理由。


在实践中制作桦木树脂。

古代人们对咀嚼树脂的话题有很多猜测，但是没有人进行过具体的研究。 因此，哥本哈根大学的科学家决定分析在丹麦南部（ 1a ）的挖掘过程中发现的一种咀嚼的树脂。 对样品的研究表明，它不仅包含人的DNA，而且还包含微生物的DNA，这可以进一步说明口腔的微生物组。 还发现了植物DNA，显然是古代人在咀嚼树脂之前消耗掉的。

DNA保存得很好，科学家们为他们成功地分离出完整的人类基因组而高兴。 这个看似微不足道的事实实际上是考古学和遗传学的突破。 事实是，一个古代人的完整基因组以前只能从他的遗体（通常是骨头）中获得。

研究成果

收到“重要证据”后，考古学家开始进行分阶段分析，以获取有关咀嚼桦木树脂的“嫌疑人”的最完整信息。


图片编号1

通过改变样品中14C放射性同位素相对于稳定碳同位素的含量来进行放射性碳定年，结果表明，口香糖的年龄为5858至5661年（ 1b ）。 这表明该样品属于新石器时代早期。 这个时期也被称为“新石材时代”，因为石材产品变得更加复杂，并且出现了打磨和钻孔技术。

使用具有傅里叶变换（FTIR）的红外光谱进行的化学分析得出的光谱与现代桦树树脂非常相似。 GC / MS（气相色谱/质谱法）显示，存在桦木酚和三萜烯三萜烯，这对于从桦木（ 1c ）中提取的样品来说是很常见的。 进一步确认样品为桦木，是通过同一GC / MS检测到的痕量二羧酸和饱和脂肪酸。

因此，科学家发现样品是桦木树脂，年龄为5858至5661年（新石器时代早期）。

在下一阶段，进行了DNA测序，在此过程中，产生了约3.6亿对配对的DNA碱基序列，其中近三分之一可与参考人类基因组（hg19）进行明确比较。

人类DNA的配对碱基序列​​显示出古代人DNA固有的所有体征：片段的平均长度相当短， 嘌呤*在链断裂之前频繁出现，并且在DNA片段的5'端可见的胞嘧啶* （C）被胸腺嘧啶* （T）替换的频率增加。 。

嘌呤* （C ₅ N ₄ H ₄ ）是咪唑并[4,5-d]嘧啶的最简单代表。

胞嘧啶* （C ₄ H ₅ N ₃ O）是一种有机化合物，一种含氮碱，一种嘧啶衍生物。

胸腺嘧啶* （C ₅ H ₆ N ₂ O ₂ ）是嘧啶衍生物，是五个含氮碱之一。

还产生了有关非人类序列的约7.3 GB数据。

样品包含约30％的内源性人类DNA。 这可与古代人们保存完好的牙齿和骨头相提并论。

根据与X和Y染色体相对应的成对碱基序列​​之间的关系，科学家能够确定一位古老的口香糖爱好者-女性的性别。

为了预测头发，眼睛和皮肤的颜色，派生了HIrisPlex-S系统中包含的41 个SNP *的基因型。

SNP * （单核苷酸多态性）-同一物种代表的基因组中或同源染色体的同源区域之间单核苷酸DNA序列的差异。

分析表明，该名女子是黑色，黑褐色头发，蓝眼睛。


图片编号2

科学家在所研究的基因组中发现了593,102个SNP，这些SNP先前已在一个数据库中进行了分型，该数据库包含1000多个现代人和100多个先前已发表的古代基因组。

图2a显示了主成分法的结果。 这种减少数据量纲的方法使得确定正在研究其基因组的古代女性最有可能是西方的狩猎采集者（ WHG ）成为可能。 对现代人和古代女人的等位基因*的比较证实了她属于既定群体（ 2b ）。

等位基因*是位于同源染色体相同区域的同一基因的不同物种。 等位基因决定特定性状的发展方向。

qpAdm分析也证实了这些结果。 该分析表明，为了建立一个更复杂的模型（ 2c ），不可能舍弃一个简单的线性模型，该模型假定WHG集团的一位古代妇女是100％起源的。

为了广泛地表征样品中非人类序列的分类学组成，使用了MetaPhlan2-一种专门开发的工具，用于通过gun弹枪法*对短序列进行分类。

gun弹枪法* -一种对DNA长片段进行测序的方法，当获得大量克隆的DNA片段的随机样本时，您可以恢复原始DNA序列。

图片编号3

折纸3a显示了主要成分方法的结果，其中将所研究样品的微生物组成与来自人类微生物组计划（HMP）的689个微生物组进行了比较。 在样本数据和HMP数据之间检测到聚类，也就是说，它们在许多方面非常相似。 在3b中也可以看到这一点，与两个土壤图像（栅栏在一个地方拍摄）的相似之处以及与现代人的微生物成分相比，该树脂的微生物成分得以显示。

对微生物组成进行的更详细的分析显示，细菌中的奈瑟氏菌（ Neisseria subflava）和粘菌Rothia mucilaginosa以及牙龈卟啉菌 （ Porphyromonas gingivalis） ， 连翘 藻 （ Tannerella forsythia）和密螺旋体密螺旋体（Treponema denticola）的存在 。 此外，还检测到了爱泼斯坦-巴尔病毒的痕迹。

还鉴定了属于Mitis组的几种链球菌，包括绿色链球菌和肺炎链球菌 。


表1：桦树树脂样品中发现的所有非人类分类单元的列表。

从肺炎链球菌配对的碱基序列重建共有基因组，并估计杂合位点的数量。 结果表明存在几种菌株（图4）。


图片编号4

为了评估从古老树脂中提取的肺炎链球菌菌株的毒力，科学家将重叠群（一组重叠的DNA片段）与完整的毒力因子数据库进行了比较，从而可以鉴定已知的毒力基因* 肺炎链球菌 。

毒力* -菌株感染被研究生物的能力的程度。

在一个古老的样本中鉴定出26种肺炎链球菌的毒力因子，包括荚膜多糖（CPS），链球菌烯醇酶（Eno）和肺炎球菌表面抗原A（PsaA）。

对古代树脂样品的分析还显示其中存在两种植物物种的痕迹：桦木（Betula pendula）和榛子（Corylus avellana）。 另外，发现了约50,000个属于野鸭（鸭嘴鸭，鸭物种）的序列。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

鉴于收到的信息量大，这项研究可以正确地称为独特的。 以前，一个古代人的完整基因组只能从他的遗骸（骨头和牙齿）中恢复出来，但是在这项工作中，科学家设法从咀嚼的桦树脂中获得了它。

他们发现，一个皮肤黝黑，头发黑褐色，蓝眼睛的女人嚼着5700岁的古老口香糖。 这种外观描述再次证实，欧亚大陆西部居民中较浅的皮肤色素沉着后来开始出现。 另外，这种外部特征与西方猎人-采集者的代表的特征相当，该代表大概是从样本中获得基因组的女性。

研究咀嚼型树脂的一个好处是，它可以提供有关古代人口腔微生物组成的信息。 该分析表明存在几种类型的细菌（ 亚细叶 奈瑟氏菌 ， 粘菌Rothia mucilaginosa ， 牙龈卟啉单胞菌 ， 连翘 坦 氏菌和密螺旋体 ）。 此外，发现了爱泼斯坦-巴尔病毒的痕迹，这并不奇怪，因为该病毒在现代人群中普遍流行（90-95％的成年人口是该病毒的携带者）。

还发现了来自Mitis组的几种链球菌，包括绿色链球菌和肺炎链球菌 。

关于古代女人的美食偏好，通过评估也不属于病毒或细菌的非人类DNA序列，发现了野鸭物种的桦树，榛子和鸭子的痕迹。 可以假设这些植物和动物是那个时代古代人的食物的基础。 但是，这些植物和动物的DNA很有可能进入树脂中，因为一位古代妇女在咀嚼树脂之前不久就食用了它们。 换句话说，这可能是一个孤立的情况。

为什么树脂是古代人类DNA的极佳来源？ 问题是在咀嚼过程中，由于无菌和疏水特性，DNA被树脂“密封”并存储在其中。

将来，科学家计划分析其他发现的样本，这将有助于更好地了解古代人的生活。 此外，古代样本的微生物组成使我们能够了解口腔特异性微生物和某些病原微生物的进化。

即便如此，从一块咀嚼的树脂中收集有关一个人的大量信息，以至于他在5700年前吐口水是一个了不起的成就。 对于某些人来说，过去的信息（尤其是到目前为止）并不重要。 但是，实际上，我们对祖先了解的越多，我们对自己的了解就越多。



谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家周末愉快！ :)

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