大约 9,700 年前的一个秋日,一群人在斯堪的纳维亚半岛西海岸露营。 他们是狩猎采集者,一直在该地区捕鱼、狩猎和收集资源。
一些青少年,无论男孩还是女孩,在吃完鳟鱼、鹿和榛子后,都会咀嚼树脂来生产胶水。 由于严重的牙龈感染(牙周炎),其中一名青少年在吃耐嚼的鹿肉以及通过咀嚼制备树脂时遇到了问题。
这张中石器时代的快照,就在欧洲人开始农耕之前,来自我们现在对咀嚼过的树脂中留下的 DNA 进行的分析发表于科学报告。
该位置现在被称为胡斯比·克莱夫,位于瑞典哥德堡(Göteborg)北部。被挖掘出来了考古学家于 20 世纪 90 年代初进行了考古发掘,出土了约 1,849 件燧石文物和 115 件树脂(乳香)。
该遗址的放射性碳年代测定可追溯到 10,200 至 9,400 年前,其中一块树脂的年代可追溯到 9,700 年前。
一些树脂上有牙齿印记,表明儿童(实际上是青少年)曾咀嚼过它们。 咀嚼过的肿块通常带有牙齿印记、指纹或两者兼而有之,在中石器时代遗址中并不罕见。
我们分析的树脂片是由白桦树皮沥青,已知它被用作石器技术中的粘合剂从旧石器时代中期开始。 然而,在传统社会中,它们也被咀嚼用于娱乐或药用目的。
众所周知,世界许多地方都以类似的方式使用具有相似特性的各种物质,例如来自针叶树的树脂、天然沥青和其他植物胶。
DNA的力量
在一些树脂中,一半提取DNA是人类起源的。 与我们在古代骨骼和牙齿中经常发现的相比,这要多得多。
它代表了斯堪的纳维亚半岛一些最古老的人类基因组。 它具有在曾经居住在那里的中石器时代狩猎采集者中常见的特殊血统特征。
一些树脂含有男性人类 DNA,而另一些则含有女性 DNA。 我们认为,男女青少年都在准备用于制造工具的胶水,例如将石斧固定在木柄上。
但另一半非人类来源的 DNA 又如何呢? 这些 DNA 大部分来自细菌和真菌等生物,自从 9,700 年前乳香被丢弃以来,这些生物就一直生活在乳香中。 但其中一些来自人类咀嚼过的细菌,以及人类在将白桦树皮沥青放入口中之前咀嚼过的物质。
分析所有这些 DNA 是一项艰巨的任务,而且是一个新领域。 我们必须适应现有的计算工具,并开发一些新的分析策略。 因此,这项工作已成为开发此类分析的新工作流程的起点。
这包括使用不同的策略来挖掘 DNA 来表征它,尝试将短的 DNA 片段拼凑成更长的片段并使用确定哪些 DNA 片段属于病原体(有害微生物)的技术。 它还涉及将数据与我们在现代人口中看到的数据进行比较蛀牙(龋齿)和牙周炎。
高等生物
自然地,我们发现了口腔微生物组中预期存在的细菌类型,即口腔中自然存在的微生物范围。 我们还发现了与蛀牙或龋齿等疾病有关的细菌痕迹(变形链球菌),以及 Hib 病和心内膜炎等全身性疾病。 还有可能引起脓肿的细菌。
尽管这些病原微生物的出现频率较高,但它们并未明显高于健康口腔微生物组的预期水平。 因此,没有确凿的证据表明该群体的成员患有与这些微生物相关的疾病。
然而,我们确实发现了大量与严重牙龈疾病相关的细菌——牙周炎。 当我们应用一个机器学习策略(在本例中,一种称为随机森林建模)我们得出的结论是,咀嚼其中一块树脂的女孩可能患有牙周炎——可能性超过 75%。
我们还发现了来自比细菌更大的生物体的 DNA。 我们发现了马鹿、褐鳟和榛子的 DNA。 这种 DNA 可能来自青少年在将桦树沥青放入口中之前咀嚼过的材料。
然而,我们需要谨慎一点,因为我们的发现也取决于我们拥有的比较数据。 作为来自真核生物(包括植物和动物)的基因组更大更复杂与来自微生物的基因组相比,组装高质量的真核基因组更为复杂。
树脂样品中真核基因组较少,质量较低。 例如,这意味着我们的褐鳟鱼实际上可能不是褐鳟鱼,但我们至少确信它来自鲑鱼家族。
我们还发现了很多狐狸的 DNA,但这很难解释。 狐狸肉可能是饮食的一部分,但这些青少年也可能咀嚼狐狸的肌腱和皮毛以用于纺织品。 或者,狐狸的 DNA 甚至可能来自领地标记,并在树脂被吐出来后进入树脂中。
然而,我们所学到的知识无疑代表了理解这些令人着迷的石器时代人类文化记录的一大进步。 当我们分析更多这些内容时,可能会出现更多惊喜。