Antik DNA, Mısırın İlginç Tarihini Açığa Çıkarıyor

2.000 yıllık üç koçan, insanların mısır çeşitlerini Mezoamerika’ya geri getirdiklerini ve muhtemelen medeniyeti şekillendirdiğini gösteriyor.

2000’lerin başında arkeologlar, Güneybatı Honduras’ın dağlık bölgelerinde yer alan ve en eskisi 11.000 yıl önceye tarihlenen binlerce mısır koçanı ile diğer bitki kalıntılarını içeren bir kaya sığınağını kazmaya başladılar. Şimdi bilim insanları, bu kurumuş bitkileri; antik toplulukların beslenme düzenlerini, arazi kullanımlarını ve ticaret modellerini anlayabilmek amacıyla kullanıyorlar.

Yıllarca süren kazılardan, radyokarbon tarihlemelerden ve daha geleneksel arkeolojik çalışmalardan sonra araştırmacılar, daha önce hiç elde etmedikleri kadar detay sağlamak adına, antik DNA’yı ele alıyorlar.

(İnsanlar Tarafından Yetiştirilmeden Önce Altı Meyvenin Yabani Hali)

Proceedings of the National Academy of Sciences adlı dergide yayımlanan bir rapora göre bilim insanları; binlerce yıl önce insanların evcilleştirilmiş mısırın ıslah edilmiş çeşitlerini Güney Amerika’dan Orta Amerika’ya getirerek yeniden tanıttıklarını ortaya çıkarabilmek amacıyla 2.000 yıllık mısır koçanlarındaki DNA’yı kullandı. Arkeologlar, evcilleştirilmiş mısırın güneye taşındığını biliyorlardı fakat bu genomlar, çift yönlü ticarete dair ilk kanıtları sağlıyor.

Hem Smithsonian Enstitüsü’nden hem de dünyanın diğer yerlerinden araştırmacılar, antik DNA’nın potansiyelinden faydalanmaya henüz başladılar. Bu çalışma; antik materyaldeki genomları bir bütün halinde çıkarmayı sağlayan nispeten yeni becerilerin, yeni araştırma sorularına kapıları nasıl açtığını ve saha çalışmasından veya müze koleksiyonlarının unutulmuş köşelerinden elde edilen eski numulere nasıl yeniden can verdiğini gösteriyor.

DNA’yı Birleştirmek 

Hücrelerimizin her birinde sıkıca paketlenmiş şekilde tutulan DNA, yaşamın kodunu barındırıyor. Bu karmaşık molekül, kıvrılan bir merdiven görünümüne sahip. Her basamak, baz çifti adı verilen iki adet tamamlayıcı molekülden oluşuyor. Biz insanlar, DNA’mızı oluşturan yaklaşık üç milyon baz çiftine sahibiz. Bu baz çiftlerinin sırası, genlerimizi belirliyor; tüm moleküllerin doğru pozisyonda bulunması ile birlikte bir DNA, genom olarak adlandırılıyor. Genomların bütünü, bilim insanları için organizmalar hakkında detaylı veri sağlar fakat bu bilgiyi elde etme süreci zamansal açıdan hassastır.

“DNA, her bir hücrede, kimyasal ve fiziksel zarar bombardımanına tutulur.” diyor Smithsonian Ulusal Doğa Tarihi Müzesi Arkeobotanik ve Arkeogenomik Bölümü küratörü olan, çalışmanın başyazarı Logan Kistler. “Zarar gören DNA, canlı hücrelerde kolayca onarılabilir. Fakat organizma öldükten sonra, bir şeyleri onaran bu süreçler de işlevini yitirir.” Sonuç olarak DNA, tamamen yok olana dek, gittikçe daha küçük parçalara ayrılır. İşte bu dağılma, eski ve kötü korunmuş dokulardaki tüm genomları dizilemeye çalışan bilim insanları için oldukça büyük bir engel oluşturuyor.

“DNA’nın gerçekten çok ama çok küçük parçalarını alıp, bu parçaları birbirine dikerek 1000 parça uzunluğunda bir bölüm oluşturmaya çalıştığınızı düşünün!” diyor Smithsonian Müzesi Memeliler Koleksiyonu küratörü, antik DNA üzerinde çalışan Melissa Hawkins. “Bu, size verilen sadece beş kelime ile kocaman bir kitabı bir araya getirmek ve bu kelimelerin kesiştiği yerleri bulmaya çalışmak gibi bir şey.”

Bu zahmetli süreç; 2008 yılı civarında yeni bir DNA dizileme yöntemi kullanılabilir hale gelene kadar, arkeologların antik DNA’dan elde edilen tüm genomları dizilemelerini engelledi. O zamandan itibaren, antik DNA’yı eski haline döndürme becerisi ve teknolojisi hızla gelişmeye başladı.

Yine de antik DNA üzerinde çalışmak hala zor. Kistler ve çalışma arkadaşları, Honduras’taki El Gigante adlı kaya sığınağında bulunan binlerce mısır koçanından 30 tanesini topladılar. Materyallerin yaşları, yaklaşık 2.000 ila 4.000 yıl arasında değişiklik gösteriyordu. Araştırmacıların DNA elde etmeye çalıştığı 30 mısır içinde 2.000 yıllık olanlardan sadece üç numune, genomları bir araya getirebilmek için gerekenlere sahipti. Diğer birkaçı, daha kısa DNA parçaları sağlıyordu ama mısırların çoğu, binlerce yıl sonraya kalan ve hala kullanılabilir olan hiçbir genetik materyale sahip değildi.

Araştırmacıların çalışırken yüzleştiği en büyük ikinci problem ise kirlenmeydi. “Yaşayan her şey, potansiyel bir DNA fabrikası.” diyor Kistler. Araştırmacılar; binlerce yıllık numunelerle çalışırken, modern DNA’nın numunelerle karışmasından kaçınmak için ekstra önlemler alıyorlar. Sterilize edilmiş giysiler giyiyorlar ve özel olarak antik DNA ile çalışmak için tasarlanmış hava geçirmez, pozitif basınçlı laboratuvarlarda çalışıyorlar.

İlginç Olasılıklar  

Binlerce yıl önceden kalma tüm genomları dizileme becerisi, araştırmacıların tek bir geni veya küçük DNA parçalarını kullanarak cevaplandırmayı hayal dahi edemeyecekleri soruları sormalarını sağladı.

“Bütün halindeki bir genom, birkaç bin atasal genomdan oluşur; dolayısıyla aslında tüm popülasyona ait bir tür zaman kapsülüdür.” diyor Kistler. Mısır gibi önemli temel gıda ürünleri için bu durum, araştırmacıların evcilleştirilme ile ilgili olan genler üzerinde çalışabileceği ve insanların bu genleri zaman içinde ne zaman ve nasıl değiştirdiğini belirleyebileceği anlamına gelir. Toplulukların mısırı nasıl kullandıklarını bilmek, yaşamın -arazi kullanımı ve ticaret gibi- diğer alanlarına da ışık tutar.

“Antik materyalleri kullanarak tüm genomları dizileme, geçmişe dair anlayışımızda devrim yaratıyor.” diyor California Üniversitesi’nden raporun yardımcı başyazarı Douglas Kennett. Yazarlar, mısırın evcilleştirilmesinin nasıl gerçekleştiğini ve nerelere yayıldığını anlayabilmek için tüm genomları derinlemesine incelediler.

Sonuçların elde edilmesinden önce, geniş çevrelerce mısırın güneye doğru yayıldığı varsayılıyordu. Sonuçlar elde edildiğinde evcilleştirilmiş mısır çeşitlerinin Güney Amerika’dan kuzeye doğru götürülerek yeniden tanıtıldığını öğrenen araştırmacılar, şaşkına döndüler. “Bunu yalnızca tüm genom dizileme yöntemi sayesinde öğrenebildik.” diyor Kennett. Bundan sonrası için bilim insanları, mısırın hareketine dair daha belirli tarihler saptamayı ve mısırın tarihini sömürge öncesi dönemdeki Amerika kıtasında yaşanan daha geniş toplumsal değişikliklerle bağdaştırmayı planlıyor.

Gelişen Uygulamalar

Kistler ve Kennett’ın mısıra dair çalışmasını mümkün kılan teknolojik gelişmelerin aynısı, müzelerdeki numuneler için yeni kullanım alanları da yarattı. Bilim insanları; insanların zaman içerisinde bitki ve hayvan popülasyonlarını nasıl etkilediğini, türlerin çeşitliliğini ve organizmaların birbirleriyle ne derece ilişkili olduklarını anlamak için antik genomları kullanıyorlar. Hatta gözümüzün önünde gizlenen yeni türleri de keşfetmeyi umuyorlar.

“Bazen türleri onlara sadece bakarak birbirlerinden ayırma konusunda zorlanabiliyoruz.” diyor Hawkins. “Bilmediğimiz çok daha fazla şey var.” Müzelerde yer alan eski türlerden DNA elde etmek ve dizilemek daha kolay; Smithsonian Enstitüsü, tarihi bir DNA laboratuvarı inşa etme süreci içinde bulunuyor. Antik DNA laboratuvarından ayrı konumlandırılan bu alan, araştırmacıların arkeolojik alanlardan alınan antik numuneler ile henüz donmuş materyaller arasında kalan doku kalitesine sahip daha eski koleksiyonlara odaklanmasına olanak sağlayacak.

“100 yıldır elimizde olan numunelerden bir şeyler öğrenme fırsatına sahip olmamız gerçekten inanılmaz!” diyor Hawkins. “Müze koleksiyonlarının hepsinin kilitlerini açtık ve bu koleksiyonlarla 15 yıl önce kimsenin tahmin bile edemeyeceği çok daha fazla şey yapabiliriz.”

Smithsonian Magazine. 14 Aralık 2020.

Makale: Kistler, L., Thakar, H. B., VanDerwarker, A. M., Domic, A., Bergström, A., George, R. J., … & Kennett, D. J. (2020). Archaeological Central American maize genomes suggest ancient gene flow from South America. Proceedings of the National Academy of Sciences.