Wetenschappers konden ooit het verre verleden van de mensheid alleen reconstrueren op basis van de stomme getuigenissen van oude nederzettingen, botten, en artefacten.

Niet langer. Nu is er een krachtige nieuwe benadering voor het verlichten van de wereld vóór het begin van de geschreven geschiedenis - het lezen van de feitelijke genetische code van onze oude voorouders. Twee artikelen gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op 21 februari, 2018, meer dan het dubbele van het aantal oude mensen wiens DNA is geanalyseerd en gepubliceerd tot 1, 336 personen, vergeleken met slechts 10 in 2014.

De nieuwe stroom van genetische informatie vertegenwoordigt een "coming of age" voor het ontluikende veld van oud DNA, zegt hoofdauteur David Reich, een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute aan de Harvard Medical School - en het zet de gekoesterde archeologische orthodoxie op zijn kop. "Als we naar de gegevens kijken, we zien steeds weer verrassingen, " zegt Rijk.

Samen met het eerdere werk van zijn lab en dat van andere pioniers van oud DNA, de Big Picture-boodschap is dat onze prehistorische voorouders lang niet zo aan huis gebonden waren als ooit werd gedacht. "Er was een mening dat migratie een zeer zeldzaam proces is in de menselijke evolutie, " legt Reich uit. Niet zo, zegt het oude DNA. Werkelijk, Rijk zegt, "de orthodoxie - de veronderstelling dat de huidige mensen rechtstreeks afstammen van de mensen die altijd in datzelfde gebied hebben gewoond - is bijna overal verkeerd."

In plaats daarvan, "de opvatting die naar voren komt - waarvoor David een welsprekend pleitbezorger is - is dat menselijke populaties voortdurend in beweging zijn en zich vermengen, " zegt John Novembre, een computationeel bioloog aan de Universiteit van Chicago.

De bouwers van Stonehenge verdwijnen grotendeels

In een van de nieuwe kranten Reich en een cast van tientallen medewerkers brengen de verspreiding in kaart van een oude cultuur die bekend staat door zijn gestileerde klokvormige potten, het zogenaamde Bell Beaker-fenomeen. Deze cultuur verspreidde zich voor het eerst tussen Iberia en Midden-Europa vanaf ongeveer 4, 700 jaar geleden. Door DNA te analyseren van honderden monsters van menselijke botten, Reichs team laat zien dat alleen de ideeën - niet de mensen die ze hebben bedacht - aanvankelijk de overstap maakten. Dat komt omdat de genen van de Iberische bevolking verschillend blijven van die van de Midden-Europeanen die de karakteristieke potten en andere artefacten hebben overgenomen.

Maar het verhaal verandert toen de Bell Beaker-cultuur zich na 4 uitbreidde naar Groot-Brittannië, 500 jaar geleden. Vervolgens, het werd gebracht door migranten die de bestaande bewoners van het eiland - de mysterieuze mensen die Stonehenge hadden gebouwd - binnen een paar honderd jaar bijna volledig verdrongen. "Er was een plotselinge verandering in de bevolking van Groot-Brittannië, "zegt Reich. "Het was een bijna volledige vervanging."

Voor archeologen, deze en andere bevindingen uit de studie van oud DNA zijn "absoluut geestverruimend, " zegt archeoloog Barry Cunliffe, emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Oxford. "Ze gaan mensen van streek maken, maar dat is een deel van de opwinding ervan."

Grote migratie vanaf de steppe

Denk aan de onverwachte beweging van mensen die oorspronkelijk op de steppen van Centraal-Azië woonden, ten noorden van de Zwarte en de Kaspische Zee. Ongeveer 5, 300 jaar geleden, de lokale jager-verzamelaarculturen werden op veel plaatsen vervangen door nomadische herders, genaamd de Yamnaya, die snel konden uitbreiden door paarden te exploiteren en de nieuwe uitvinding van de kar, en die grote achterliet, rijke begraafplaatsen.

Archeologen weten al lang dat sommige van de door de Yamnaya gebruikte technologieën zich later naar Europa hebben verspreid. Maar de verrassende onthulling van het oude DNA was dat de mensen bewogen, ook - helemaal tot aan de Atlantische kust van Europa in het westen tot Mongolië in het oosten en India in het zuiden. Deze enorme migratie helpt de verspreiding van Indo-Europese talen te verklaren. En het verving de lokale jager-verzamelaar-genen in heel Europa aanzienlijk door de onuitwisbare stempel van steppe-DNA, zoals gebeurde in Groot-Brittannië met de migratie van het Bell Beaker-volk naar het eiland.

"Dit hele fenomeen van de steppe-expansie is een verbazingwekkend voorbeeld van wat oud DNA kan laten zien, "zegt Reich. En, voegt Cunliffe toe, "niemand, zelfs archeologen niet in hun wildste dromen, had in het derde millennium voor Christus zo'n hoog genetisch gehalte aan steppen verwacht in de populaties van Noord-Europa."

Deze oude DNA-bevinding verklaart ook het "vreemde resultaat" van een genetische verbinding waarnaar werd gesuggereerd in het genoom van hedendaagse Europeanen en indianen, voegt Chicago's Novembre toe. De link is bewijs van mensen die in Siberië 24 woonden, 000 jaar geleden, wiens veelbetekenende DNA zowel bij indianen, en in de steppepopulaties van Yamnaya en hun Europese nakomelingen.

Nieuwe inzichten uit Zuidoost-Europa

Reich's tweede nieuwe Natuur papier, over de genomische geschiedenis van Zuidoost-Europa, onthult een extra migratie naarmate de landbouw zich over Europa verspreidde, gebaseerd op gegevens van 255 personen die tussen de 14 jaar leefden, 000 en 2, 500 jaar geleden. Het voegt ook een fascinerende nieuwe goudklomp toe - het eerste overtuigende bewijs dat de genetische vermenging van populaties in Europa gericht was op één geslacht.

Jager-verzamelaargenen die in Noord-Europeanen achterbleven na de toestroom van migrerende boeren, kwamen meer van mannen dan van vrouwen, Reichs team gevonden. "Archeologisch bewijs toont aan dat toen boeren zich voor het eerst verspreidden in Noord-Europa, ze stopten op een breedtegraad waar hun gewassen niet goed groeiden, "zegt hij. "Als gevolg hiervan, er waren een paar duizend jaar aanhoudende grenzen tussen de boeren en de jager-verzamelaars." Dit gaf de jager-verzamelaars en boeren een lange tijd om met elkaar om te gaan. Volgens Reich, een speculatief scenario is dat gedurende deze lange, uitgesponnen interactie, er was een sociale of machtsdynamiek waarin boerenvrouwen de neiging hadden om te worden geïntegreerd in gemeenschappen van jagers-verzamelaars.

Tot nu toe is dat slechts een gok, maar het feit dat oud DNA aanwijzingen geeft over de verschillende sociale rollen en het lot van mannen en vrouwen in de oude samenleving "is een andere manier, I denk, dat deze gegevens zo buitengewoon zijn, " zegt Rijk.

Geavanceerde machines

Deze wetenschappelijke sprongen voorwaarts zijn gevoed door drie belangrijke ontwikkelingen. Een daarvan is de drastische kostenverlaging (en snelheidsverhoging) in gen-sequencing die mogelijk wordt gemaakt door geavanceerde machines van Illumina en andere bedrijven. De tweede is een ontdekking onder leiding van Ron Pinhasi, een archeoloog aan het University College Dublin. Zijn groep toonde aan dat het rotsbeen, met daarin het kleine binnenoor, herbergt 100 keer meer DNA dan andere oude menselijke resten, biedt een enorme toename van de hoeveelheid genetisch materiaal die beschikbaar is voor analyse. De derde is een methode die door Reich is geïmplementeerd om de genetische codes van 1,2 miljoen zorgvuldig gekozen variabele delen van DNA te lezen (bekend als polymorfismen van één nucleotide) in plaats van hele genomen te moeten sequensen. Dat versnelt de analyse en verlaagt de kosten nog verder.

Het nieuwe veld maakte indruk toen Svante Pääbo van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie, werken met Reich en vele andere collega's, gebruikt oud DNA om te bewijzen dat Neanderthalers en mensen met elkaar kruisten. Vanaf dat moment, het aantal oude mensen wiens DNA Reich heeft geanalyseerd, is exponentieel gestegen. Zijn lab heeft ongeveer driekwart van 's werelds gepubliceerde gegevens gegenereerd en, bevatte niet-gepubliceerde gegevens, heeft nu 3 bereikt, 700 genomen. "Elke keer dat we een orde van grootte springen in het aantal individuen, we kunnen vragen beantwoorden die we eerder niet eens hadden kunnen stellen, " zegt Rijk.

Nutsvoorzieningen, met honderdduizenden oude skeletten (en hun rotsbeenderen) die nog moeten worden geanalyseerd, het veld van het oude DNA staat klaar om zowel actuele vragen vast te stellen als nieuwe aan te pakken. Bijvoorbeeld, Reichs team werkt samen met Cunliffe en anderen om meer dan 1 000 monsters uit Groot-Brittannië om de vervanging van de bestaande genenpool van het eiland door het steppe-gerelateerde DNA van de Bell Beaker-bevolking nauwkeuriger te meten. "Het bewijs dat we hebben voor een vervanging van 90 procent is zeer, zeer suggestief, maar we moeten het een beetje meer testen om te zien hoeveel van de pre-Beaker populatie echt overleefde, " legt Cunliffe uit.

Verder dan dat, oud DNA biedt de belofte om niet alleen de bewegingen van onze verre voorouders te bestuderen, maar ook de evolutie van eigenschappen en vatbaarheden voor ziekten. "Dit is een nieuw wetenschappelijk instrument dat, zoals de microscoop toen die in de zeventiende eeuw werd uitgevonden, maakt het mogelijk om aspecten van de biologie te bestuderen die voorheen gewoon niet te onderzoeken waren, " legt Reich uit. In een voorbeeld, wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen vonden DNA van de pest in de steppepopulaties. Als de groepen die na 4 naar Groot-Brittannië migreerden, 500 jaar geleden bracht de ziekte met zich mee, dat zou kunnen helpen verklaren waarom de bestaande bevolking zo snel kromp.

Met de mogelijkheid van veel van dergelijke ontdekkingen die nog in het verschiet liggen, "Het is een heel spannende tijd, "zegt Cunliffe. "Oud DNA zal de archeologie nieuw leven inblazen op een manier die maar weinigen van ons zelfs tien jaar geleden hadden kunnen vermoeden."