چگونه DNA باستان تاریخچه ذرت را با ذرت آشکار می کند

در اوایل دهه 2000 ، باستان شناسان شروع به کاوش در یک پناهگاه سنگی در ارتفاعات جنوب غربی هندوراس کردند که هزاران لپه ذرت و باقی مانده گیاهان از 11000 سال پیش را در آن نگهداری می کند. دانشمندان از این گیاهان خشک شده برای یادگیری در مورد رژیم های غذایی ، کاربری زمین و الگوی تجارت جوامع باستانی استفاده می کنند.

محققان پس از سالها کاوش ، قدمت رادیوکربن و تحقیقات سنتی بیشتر باستان شناسی ، به DNA باستان روی آورده اند تا جزئیات بیشتری از بینش آنها را از هر زمان دیگری فراهم کنند.

در مقاله ای که امروز در مجموعه مقالات آكادمی ملی علوم منتشر شد ، دانشمندان با استفاده از DNA لپه های ذرت 2000 ساله كشف كردند كه بشر هزاران سال پیش انواع مختلف ذرت خانگی را از آمریك جنوبی به آمریكای مرکزی وارد كرده است. باستان شناسان می دانستند که ذرت اهلی به جنوب سفر می کند ، اما این ژنوم ها اولین شواهد تجارت در هر دو جهت را ارائه می دهند.

محققان از اسمیتسونیان و سراسر جهان تازه شروع به استفاده از پتانسیل DNA باستان کرده اند. این مطالعه نشان می دهد که چگونه توانایی نسبتاً اخیر استخراج کل ژنوم ها از مواد باستانی در را برای انواع جدیدی از س researchالات تحقیق باز می کند و به نمونه های قدیمی ، اعم از کارهای میدانی یا گوشه های فراموش شده مجموعه موزه ها ، روح تازه می بخشد.

مونتاژ DNA

DNA ، بسته بندی شده محکم در هر سلول ما ، حاوی کد زندگی است. مولکول پیچیده مانند نردبان پیچشی شکل گرفته است. هر مرحله از دو مولکول مکمل به نام یک جفت باز تشکیل شده است. ما به عنوان انسان ، حدود سه میلیارد جفت باز داریم که DNA ما را تشکیل می دهند. ترتیب این جفت بازها ژن های ما را تعیین می کند و توالی DNA به طور کلی ، با تمام مولکول ها در موقعیت صحیح ، ژنوم نامیده می شود. ژنوم های کامل اطلاعات دقیق موجودات را در اختیار دانشمندان قرار می دهند ، اما روند بدست آوردن این اطلاعات به زمان حساس است.

لوگان کیستلر ، سرپرست نویسنده ارشد باستان شناسی و باستان شناسی در موزه ملی تاریخ طبیعی اسمیتسونیان ، گفت: “در هر سلول ، DNA همیشه با آسیب های شیمیایی و فیزیکی بمباران می شود.” “در سلولهای زنده به راحتی ترمیم می شود. اما پس از مرگ بدن ، این فرایندهایی که وصله را مرتب می کنند کار نمی کنند. “در نتیجه ، DNA شروع به تجزیه به قطعات کوچکتر می کند تا زمانی که کاملاً از بین برود. این تجزیه بزرگترین چالش برای دانشمندانی است که سعی می کنند کل ژنومها را از بافتهای قدیمی یا ضعیف حفظ شوند.

ملیسا هاوکینز ، متصدی پستانداران در اسمیتسونیان گفت: “شما باید این قطعات DNA واقعاً کوچک را – طول حروف الفبا در برخی موارد – گرفته و سعی کنید آنها را کنار هم قرار دهید تا حتی یک قطعه 1000 تکه ای را نیز بسازید.” با DNA باستان کار می کند. “این مانند این است که بخواهید یک کتاب را کنار هم قرار دهید ، همزمان 5 کلمه داشته باشید و سعی کنید دریابید که این کلمات با هم همپوشانی دارند.”

این فرایند زمان بر ، از تعیین توالی ژنوم های کل DNA از DNA باستان تا حدود سال 2008 که راهی جدید برای تعیین توالی DNA در دسترس بود ، از محققان جلوگیری کرد. از آن زمان ، تکنولوژی و توانایی بازیابی توالی های DNA باستان به سرعت رشد کرده است.

با این وجود DNA باستان هنوز هم کار با آن چالش برانگیز است. کیستلر و همکارانش 30 لپه ذرت را در پناهگاه صخره ای ال گیگانته در هندوراس جمع آوری کردند. سن ماده از حدود 2000 تا حدود 4000 سال است. از 30 لپه ای که محققان سعی در استخراج DNA از آن داشتند ، فقط سه نمونه از نمونه های 2000 ساله به اندازه کافی برای مطابقت با کل ژنوم ها فراهم کردند. چندین نفر دیگر قطعات DNA کوتاهتری را فراهم کردند ، اما بیشتر لپه ها پس از هزاران سال هیچ ماده ژنتیکی قابل استفاده نداشتند.

دومین مشکلی که محققان هنگام کار با DNA باستان با آن روبرو هستند آلودگی است. کیستلر گفت: “همه چیز زنده یک کارخانه DNA است.” محققان هنگام کار با نمونه هایی با قدمت هزاران سال ، اقدامات احتیاطی بیشتری انجام می دهند تا از مخلوط شدن DNA مدرن در نمونه های خود جلوگیری کنند. آنها لباسهای ضدعفونی می کنند و در آزمایشگاهی با فشار مثبت ضد هوای مخصوص برای کار با DNA باستان کار می کنند.

فرصت های ذرت

توانایی تعیین توالی کامل ژنوم ها از هزاران سال پیش به محققان اجازه داده است س questionsالاتی را بپرسند که فکر نمی کردند با ژن های جداگانه یا قطعات کوچکتر از DNA بتوانند به آنها پاسخ دهند.

کیستلر گفت: “کل ژنوم از چند صد ژنوم اجدادی تشکیل شده است ، بنابراین به نوعی یک کپسول زمانی برای کل جمعیت است.” برای محصولات اساسی مهم مانند ذرت ، این بدان معناست که محققان می توانند ژن های مرتبط با اهلی سازی را مطالعه کرده و تعیین کنند که انسان چه زمانی و چگونه آن را تغییر داده است. و دانستن اینکه جوامع با محصولات زراعی چه می کنند ، ایده دیگری از بخشهای زندگی مانند کاربری زمین و تجارت را در اختیار شما قرار می دهد.

داگلاس کنت ، نویسنده اصلی ، از دانشگاه کالیفرنیا ، سانتا باربارا ، گفت: “کل توالی یابی ژنتیکی مواد باستانی انقلابی در درک ما از گذشته است.” نویسندگان برای یافتن اطلاعات در مورد نحوه اهلی شدن ذرت و محل انتشار آن به کل ژنوم پرداختند.

قبل از نتایج ، جریان ذرت به سمت جنوب در نظر گرفته می شد. آنها تعجب کردند که انواع ذرت اصلاح شده در شمال آمریکای جنوبی نیز معرفی شده است. کنت گفت: “ما فقط می توانستیم از طریق توالی کل ژنوم بدانیم.” دانشمندان سپس قصد دارند تاریخ های مشخص تری را برای جنبش ذرت مشخص کنند و تاریخ آن را به تغییرات گسترده تر جامعه در آمریکای قبل از استعمار پیوند دهند.

برنامه های در حال رشد

همان پیشرفت های فنی که امکان مطالعه ذرت کیستلر و کنت را فراهم کرد ، کاربردهای جدیدی را نیز برای نمونه های موزه ایجاد کرد. دانشمندان از ژنوم های باستانی برای بررسی چگونگی تأثیر انسان بر اندازه جمعیت گیاهان و حیوانات در طول زمان ، تنوع گونه ها و ارتباط نزدیک ارگانیسم ها استفاده می کنند. آنها حتی انتظار دارند گونه های جدیدی را کشف کنند که در مکانی برجسته پنهان می شوند.

هاوکینز گفت: “گاهی اوقات واقعاً دشوار است که گونه ها را فقط با دیدن آنها جدا کرد.” “موارد بسیار بیشتری وجود دارد که ما نمی دانیم.” برای تسهیل استخراج و تعیین توالی DNA از نمونه های قدیمی موزه ، اسمیتسونیان در حال ساخت آزمایشگاه تاریخی DNA است. این فضا ، جدا از آزمایشگاه DNA باستان ، به محققان اجازه می دهد تا روی مجموعه های قدیمی کیفیت بافت ، که بین نمونه های باستانی مکان های باستان شناسی و مواد تازه منجمد قرار دارند ، تمرکز کنند.

هاوكینز گفت: “واقعاً شگفت آور است كه ما این فرصت را داریم كه از نمونه هایی كه 100 سال در اینجا بوده اند بیاموزیم.” “ما تمام این مجموعه های موزه را باز کرده ایم و اکنون می توانیم کارهای بسیار بیشتری نسبت به هر کسی که حتی در 15 سال پیش مظنون بوده است انجام دهیم.”

داستان های مرتبط:
منوی شکرگذاری فرهنگهای مختلفی را از دست داده است
دانشمندان می توانند DNA تمام یوکاریوت ها را در 10 سال بخوانند
لباس ایمنی: یک اتاق تمیز جدید به دانشمندان امکان می دهد DNA باستانی شکننده را مطالعه کنند