Archeologie-promovendi passen Nobelprijswinnend dna-onderzoek toe

Op 10 december krijgt de Zweedse arts en bioloog Svante Pääbo de Nobelprijs voor geneeskunde uitgereikt. Zijn onderzoek is van grote betekenis voor tal van onderzoekers, in tal van vakgebieden. Zoals voor Willemien de Kock en Jolijn Erven, die beiden promotieonderzoek doen bij het Groninger Instituut voor Archeologie van de RUG.

_{Tekst: Marjolein te Winkel}

De groene zeeschildpad, ook soepschildpad genoemd, is zeldzaam en staat op de lijst van beschermde dieren. Archeologe Willemien de Kock onderzoekt hoe de populatie groene zeeschildpadden in de Middellandse Zee nabij Turkije en Libanon er 5000 jaar geleden uitzag. Waren de aantallen ook toen al laag, of heeft de soep en de intensieve visserij zijn tol geëist?

Ondertussen, in een andere kamer van het Groningen Instituut voor Archeologie, onderzoekt Jolijn Erven het ontstaan van de veeteelt in Nederland. Wanneer zijn mensen gestart met het houden van dieren, specifiek van varkens en koeien? En hoe zijn deze dieren geëvolueerd van wilde dieren tot de dieren die er nu zijn?

Wat heeft dat met Nobelprijswinnaar Pääbo te maken?

De antwoorden op hun vragen zoeken de beide promovendi in oud genetisch materiaal: De Kock haalt DNA uit 5000 jaar oude botten van de groene zeeschildpad, Erven uit 5500 tot 7500 jaar oude botten van prehistorische varkens en koeien. Ze begeven zich daarmee op het terrein van de paleogenetica, het vakgebied waar arts en bioloog Svante Pääbo in de afgelopen vijfendertig jaar veel aan heeft bijgedragen.

Dat begon in 1985, toen Pääbo zelf promotieonderzoek deed, en het voor elkaar kreeg DNA uit een 2400 jaar oude mummie te isoleren. In de jaren erna werkte hij verder aan het ontwikkelen van technieken om genetisch materiaal van uitgestorven, prehistorische mens- en diersoorten te onderzoeken. Pääbo was de eerste die de complete genetische samenstelling van Neanderthalers in kaart bracht, en hij wist DNA van talloze uitgestorven diersoorten te isoleren. In 2010 ontdekte hij door dna-onderzoek op een opgegraven vingerkootje een heel nieuwe menssoort, die zo’n dertigduizend jaar geleden leefde in het huidige Siberië.

Heel korte stukjes DNA

Voor zijn sensationele ontdekkingen op het gebied van DNA van uitgestorven mensensoorten krijgt Pääbo dit weekend de Nobelprijs voor geneeskunde uitgereikt. “Hij heeft, samen met zijn collega’s, de basis gelegd voor wat er nu allemaal mogelijk is”, zegt De Kock.

Wat niet wil zeggen dat DNA uit oude botten halen gemakkelijk is. Erven: “Modern DNA bestaat uit twee lange strengen die met elkaar vervlochten zijn. Maar de botten die ik onderzoek zijn duizenden jaren oud, en áls er al DNA in overgebleven is, zijn dat heel korte stukjes.” Al die kleine stukjes DNA samen geven een beeld van de voorouders van de boerderijdieren van nu: de oerossen en prehistorische wilde zwijnen uit het Mesolithicum, bijvoorbeeld van de kleur hun vacht had.

Van in het wild naar in de wei

De genetische informatie helpt ook bij het bepalen wanneer mensen overgingen naar het houden van varkens en koeien. Dat was een geleidelijk, en voor beide dieren verschillend proces. “De oerossen waren prooidieren, en kwamen niet uit zichzelf naar nederzettingen van mensen toe”, vertelt Erven. “De mensen vingen de oerossen en lieten ze niet meer gaan. De wilde zwijnen daarentegen waren niet bang. Zij kwamen uit zichzelf naar de nederzettingen, want daar vonden ze afval en restjes vlees..”

Dat verschil is terug te zien in de genetische veranderingen van beide dieren, legt Erven uit. “De genetische verschillen tussen de prehistorische wilde zwijnen van toen en de varkens van nu zijn erg groot. Er zijn bij de varkens veel kruisingen met andere populaties, zowel wilde als gedomesticeerde. Dat maakt het veel moeilijker om de domesticatie en evolutie van varkens te bepalen.”

Erven kan voor haar onderzoek gebruik maken van vergelijkingsmateriaal uit andere delen van Europa. Het gehele genoom - de complete genetische samenstelling - van meerdere prehistorische varkens van verschillende gebieden helpen met het onderzoeken van waar deze eerste varkens vandaan kwamen. “Daarmee kan ik zien of er genetische overeenkomsten zijn, en dus met welke soortgenoten uit andere delen van Europa de varkenspopulaties in Nederland in aanraking zijn geweest.”

Hoe zit het met de groene zeeschildpadden?

Willemien de Kock moet het in haar onderzoek naar de groene zeeschildpad met aanzienlijk minder genetische informatie doen. “Voor zeeschildpadden was er lange tijd maar één compleet genoom in kaart gebracht. Dat begint nu langzaamaan meer te worden.”

De Kock haalt het DNA uit stukjes bot die gevonden zijn op de stranden aan de Middellandse Zee waar schildpadden altijd weer naar terugkeren, en probeert daarmee stukjes van het genoom van de zeeschildpad te construeren. Wat het niet gemakkelijker maakt, is dat in een warm klimaat, zoals het Middellandse Zeegebied, het DNA minder goed in botten bewaard blijft dan in koud klimaat. “De botten bevatten minder dan 1 procent DNA.”

Door de genetische informatie van een groene zeeschildpad uit de brons- en ijzertijd te achterhalen en die te vergelijken met die van de huidige groene zeeschildpad, krijgt De Kock inzicht in het ontstaan van de populatie in dit gebied, en de veranderingen die populaties in de afgelopen 5000 jaar hebben ondergaan. “Het laat ons zien hoeveel de schildpadpopulaties van nu lijken op die van toen. Hoe groter het verschil in DNA van een populatie, hoe groter de populatie is, en hoe beter hun vermogen was om zich aan omstandigheden aan te passen”, legt ze uit.

Allemaal dankzij Pääbo

Een van de wetenschappelijke erfenissen van Pääbo is de mogelijkheid DNA-vervuiling te checken. De Kock: “DNA-materiaal kan vervuild raken met modern DNA van de onderzoeker zelf, of met dat van anderen. Als dat gebeurt, dan zijn de resultaten van je onderzoek ook vervuild en loop je het risico om verkeerde conclusies te trekken. Tegenwoordig kunnen we dit voorkomen door in monsters te checken of DNA oud of nieuw is. Dat is dankzij het werk van Pääbo.”