Starobylá DNA otevírá obzory historie: Co prozradila o Češích archeogenetika?

Archeogenetika je mezioborovou disciplínou, která využívá poznatky genetiky ke studiu lidské minulosti. Jde sice především o historickou disciplínu, ale při vlastních analýzách využívá poznatky a metody molekulární biologie. Zatímco archeologie se zabývá studiem starých civilizací a prostředím, ve kterém tyto civilizace žily, pomocí systematického odkrývání (vykopávek) a sběru archeologického materiálu (především různých artefaktů či kosterních pozůstatků), cílem genetiky je porozumět zákonům dědičnosti v žijících organismech. A to zejména tím, že na základě informací známých o rodičích dokáže predikovat vlastnosti potomků. Archeogenetika jde ale vlastně opačným směrem – na základě informací o potomcích se snaží odhalit vlastnosti předchůdců. Tuto vědu je tedy možné definovat i jako studium lidské minulosti za použití moderních molekulárních metod nebo jako získávání genetických důkazů o lidských dějinách.

Od bakterií moru až po stěhování národů

Tato relativně nová věda při studiu využívá především makromolekul DNA (označovaných často jako „historická“ nebo „starobylá DNA“ – z anglického aDNA neboli „ancient DNA“) z archeologicky získaných pozůstatků lidí, zvířat i rostlin (zvláště semen a tkání), případně studuje sekvence jednotlivých aminokyselin i celých proteinů. Analýza DNA zvířat a rostlin pomáhá studovat například dějiny domestikace jednotlivých druhů.

Subdisciplína zkoumající lidskou i zvířecí genetickou informaci z minulých, často velmi starých zbytků organismů se v poslední době také často označuje jako paleogenetika. Ta má kromě historie či archeologie značný přesah i do dalších přírodovědných disciplín, jako jsou evoluční antropologie a paleoantropologie (věda zkoumající vývoj anatomických a fyziologických znaků, typických pro moderního člověka – zjednodušeně řečeno vývoj moderního člověka od jeho nejstarších předchůdců).

Pomocí archeogenetiky je rovněž možné odhalit vývoj lidských i zvířecích patogenů, jako je například morová bakterie yersinia pestis. Jako celek však archeogenetika pracuje nejen s fosilní DNA, ale i s genetickými stopami v současných populacích. Tak je totiž možné lépe odhalit a pochopit pohyb skupin lidí v minulosti, včetně hlavních migrací.

Novodobá knihovna alexandrijská?

Po smrti organismu dochází sice k jeho celkové biologické degradaci, ale části DNA se mohou uchovat i po relativně dlouhé časové období (snad až déle než jeden milion let). K extrakci DNA vědci používají řadu takzvaně izolačních metod, v poslední době pak především komerčně dostupných izolačních sad (tzv. kitů). Vlastní analýza DNA je pak možná díky metodě PCR (tedy polymerázové řetězové reakce – známé v posledních letech zvláště pro testování viru SARS-CoV-2). Ta má na svědomí, že dojde ke zvýšení velmi nízké koncentrace DNA získané po izolaci do analyzovatelného množství, přičemž se amplifikuje jen konkrétní charakteristický úsek.

Z této starobylé DNA (respektive z genetické informace v ní zakódované) lze odvodit některé vlastnosti konkrétního zemřelého jedince (např. jeho pohlaví, některé typy příbuzenských vazeb nebo zdravotní stav) i populačně genetické vztahy různých lidských skupin. Vzhledem ke značné degradaci aDNA a vysokému riziku kontaminace vzorků současnou lidskou i bakteriální DNA jsou ale možnosti tohoto typu archeogenetického výzkumu stále do určité míry omezené. Revoluci přineslo teprve v nedávné době vytváření tzv. DNA knihoven.

Archeogenetika nestuduje pouze informaci uchovanou v biologickém materiálu archeologického původu, ale zabývá se i genetickou strukturou současných populací, z níž je schopna rekonstruovat vývoj osídlení větších či menších geografických celků. Tato disciplína zažívá obrovský rozvoj zejména v posledních dvaceti letech. Mezi její největší úspěchy patří především rekonstrukce genomu našich nejbližších předků a příbuzných, starobylého Homo sapiens, neandertálců i nově objevené lidské skupiny – denisovanů. U nás byla v nedávné době provedena celková analýza genomu populace naší republiky (viz Naše kotlina). Zajímavou lokální studií také bylo hledání současných potomků některých pohřbených jedinců z doby velkomoravské, tedy z 9. století, na Uherskohradišťsku.

Největší úspěchy

Pro rozvoj archeogenetiky v posledních desetiletích a lepší využití jejích výsledků v antropologii byl důležitý rozvoj nových metodologií, zejména tzv. high-throughput (vysoce úplné, skrz naskrz) sekvenování. To umožnilo vytváření stále dokonalejších a úplnějších DNA knihoven a jejich další využití v paleogenetických studiích. Mezi největší úspěchy oboru patří kompletní zmapování genomu neandertálců, denisovanů (dosud neznámé lidské formy, zjištěné teprve na počátku našeho tisíciletí) a anatomicky moderního člověka, které umožňuje porovnávání všech zkoumaných skupin z hlediska jejich hybridizace a sledování genetických příměsí u současných lidských populací.

Nejprve se podařilo izolovat první gen ze starobylé jaderné DNA neandertálců, a to gen FOXP2, kte­rý souvisí s lidskou řečí. V roce 2010 byl částečně rekonstruován neandertálský genom a v roce 2012 pak byla na základě paleogenetické analýzy zubu a koncového článku prstu z jeskyně Denisovy na Altaji iden­tifikována nová lidská forma, odlišná od moderních lidí i neandertálců, která byla podle místa nálezu označena jako denisované. Výsledky všech těchto výzkumů byly velice překvapivé. Prokázaly, že se všechny tři populace mísily a geneticky ovlivňovaly.

Analýza neandertálského genomu totiž doložila, že průměrně 2 % jejich DNA se vyskytují v genomu anatomicky moderního člověka s výjimkou subsaharské Afriky. Celkový rozsah tohoto přenosu může navíc dosahovat až 20 %. Křížení s neandertálci lidem zřejmě umožnilo snadnější adaptaci na chladnější podmínky eurasijského kontinentu, současně však bohužel přineslo i výskyt některých chorob. Ale také denisované přispěli až 6 % své DNA do genomu některých současných populací člověka (zejména v jihovýchodní Asii a Oceánii).

Zatímco genom denisovanů, a do jisté míry i genom neandertálců, ovlivnil genom asijských a austral­ských populací, evropské populace mají spíše geny neandertálského původu. Nejstarobylejší genofond byl tedy popsán u původních obyvatel Austrálie, u kterých bylo zjištěno až 6 % příměsi genomu denisovanů. Naopak genom původních Afričanů nebyl ovlivněn žádnou jinou lidskou formou. Evropané a Asiaté mají prokazatelně některé geny neandertálců.