Arkeolojik ve paleontolojik örneklerden elde edilen nükleer ve mitokondriyal DNA’ya antik DNA (aDNA) denir. Bu DNA, kemikler, dişler, fosilleşmiş dışkılar, mumyalanmış dokular ve saçlar gibi farklı kökenlere, korunma durumlarına göre çeşitli biyolojik materyallerden çıkarılabilir.[1]
Antik DNA araştırmalarının ilk günlerinde bilim insanları, DNA’nın ölümden sonra hızla parçalandığını ve milyonlarca yıl boyunca bozulmadan kalamayacağını düşünüyordu. Ayrıca, eski numunelerden DNA elde etmek oldukça zordu. Çünkü DNA molekülleri genellikle çevresel etkilere maruz kaldığında yapısının bozulduğunu biliyorlardı. Bu durum, analiz edilen DNA’nın çoğunlukla diğer organizmalardan gelen kontaminasyonla[2] karışmasına neden olur. Fakat 1984 yılında[3] California Üniversitesi Berkeley’de Allan Wilson’ın laboratuvarında yapılan bir çalışma, nesli 1883’te tükenmiş olan quagga (Equus quagga) isimli bir zebra akrabasını inceledi. Quaggalar, Güney Afrika’da yaşayan, diğer zebralardan daha az çizgiye sahip, vücutlarında ve bacaklarında kahverengimsi bir renk tonu bulunan, midilli boyutlarında zarif hayvanlardı. Ayrıca, yerel halk tarafından avlanmış, kaya sanatına resmedilmiş ve hikayelere konu olmuşlardı. Bu çalışmada, 140 yıllık bir müze örneğinden alınan kuru kas dokusundan mitokondriyal DNA (mtDNA) parçalarının klonlanması başarıldı. Mitokondriyal DNA, mitokondri adı verilen hücresel organelin içinde bulunan dairesel bir kromozomdur. Hücrenin enerji üretiminin ve diğer metabolik fonksiyonlarının gerçekleştiği yer olan mitokondri, sitoplazmada bulunur. Yavrular, mitokondriyi ve dolayısıyla mitokondriyal DNA’yı annelerinden miras alır. Bu, cansız dokularda korunmuş DNA’nın, bilimsel bir dergide ilk kez tanımlandığı çalışma olarak tarihe geçti. Aynı dönemde, Çin ve Almanya’da mumyalanmış insan dokularından DNA elde edildiğini raporlayan yayınlarla birlikte bu alan büyük ilgi gördü. Quagga çalışması, korunmuş dokuların analiz edilebilir DNA barındırdığını kanıtlayarak uluslararası dikkat çekerken, antik DNA araştırmalarındaki en büyük sorun olan “ölüm sonrası DNA’nın çok az miktarda hayatta kalması” problemini de vurguladı. Bu araştırma, nesli tükenmiş organizmaların DNA’sını inceleme yarışını başlatan önemli bir adım oldu.
Equus quagga antiquorum, Naturalist
Günümüze baktığımızda ise polimeraz zincir reaksiyonu (PCR)[4] gibi moleküler biyoloji tekniklerinin gelişmesi ve daha sonra yeni nesil dizileme (NGS)[5] teknolojilerinin kullanılmaya başlanması, bu sorunları büyük ölçüde aştı. Yeni nesil dizileme, antik DNA araştırmalarında devrim yarattı. Geleneksel yöntemler, sadece birkaç yüz baz çifti uzunluğundaki DNA dizilerini analiz edebilirken, yeni nesil dizileme teknolojileri milyonlarca kısa DNA fragmanını aynı anda inceleyebiliyor. Bu, oldukça eski organizmalardan elde edilen genetik bilgilerin titizlikle incelenmesini sağlıyor.
Antik DNA’nın Evrimsel Keşiflere Katkısı
Antik DNA sadece bireysel hikayeleri çözmekle kalmaz, aynı zamanda türlerin evrimsel geçmişini de aydınlatır. Örneğin, 700 bin yıl önce yaşamış bir atın DNA’sının dizilenmesi, atların evrimsel tarihine dair yeni bilgiler sunmuştur. Aynı şekilde, Neandertallerin DNA analizleri, onların modern insanlarla genetik olarak ilişkili olduğunu, ancak farklı bir tür olduklarını ortaya koydu.
Denisovan adı verilen bir başka arkaik insan türünün genomunun tamamen dizilenmesi, insan evrimindeki karmaşıklığı daha da netleştirdi. Bu çalışmalar, modern insan genetik mirasının sadece Afrika’dan gelen göçlerle şekillenmediğini, aynı zamanda diğer arkaik insan türlerinden alınan genetik katkılarla da zenginleştiğini gösterdi.
İlk Neandertal mtDNA’nın elde edilmesi ,insanlık tarihini anlamada bir dönüm noktasıydı çünkü genetik analizlerin zaman aralığını yaklaşık 560.000 ila 780.000 yıl öncesine kadar genişletti. Bu, insanlığın evrimsel geçmişine dair çok eski dönemlerden bilgi edinmeyi mümkün kıldı. Örneğin, mamutlar, mağara ayıları gibi soyu tükenmiş canlıların genomlarının tamamı dizilerek onların yaşam biçimleri ve çevreye adaptasyonları anlaşılmaya başlandı. Aynı şekilde, geçmişte yaşamış Vikingler ve Neandertaller gibi insan popülasyonlarına dair genomlar da analiz edildi.
Bu genetik çalışmalar, fosil kanıtlarının sınırlı olduğu durumlarda bile insan soy ağacına yeni dallar eklenmesine olanak sağladı. Örneğin, Neandertallerin yakın akrabaları olan Denisovanlar bu çalışmalar sayesinde keşfedildi. Araştırmacılar, sadece fosillerle sınırlı kalmayıp kemik ve diş parçaları, toprak örnekleri gibi materyalleri analiz ederek Denisovanların çevreyle etkileşimlerini ve hangi bitki ve hayvan kaynaklarını kullandıklarını da ortaya çıkardı.
Modern insanın genomunu inceleyerek, günümüzde yaşayan insanların genetik yapısında arkaik insan türlerinden miras kalan DNA’ların oranını tespit etmek mümkün oldu. Bu analizler, Afrika dışındaki insanların genomlarının yaklaşık %1 ila %5’inin Neandertaller ve Denisovanlardan geldiğini gösteriyor.[6] Ancak bu genetik mirasın oranı ve dağılımı coğrafyaya göre değişiklik gösteriyor. Örneğin, Güneydoğu Asya ve Avustralya’daki adalarda yaşayan topluluklar, Avrupa’dakilere kıyasla Denisovanlardan daha fazla genetik miras taşıyor. Bu arkaik genlerin bazıları oldukça faydalı. Örneğin, bağışıklık sistemi, cilt pigmentasyonu ve yüksek rakımlara adaptasyon gibi özelliklerle ilişkilendirilmiş genler bu eski türlerden günümüze aktarılmış durumda.
Genetik kanıtlar ayrıca modern insan ve Neandertaller arasında karışım olduğunu gösteriyor. Bu karışım, modern insanın Afrika’dan büyük bir göçle dünyanın diğer bölgelerine yayılmasından önce, yaklaşık 70.000 ila 50.000 yıl önce gerçekleşmiş olabilir. Daha da geriye gidersek, yaklaşık 120.000 yıl önceki bir dönemde, Sahra Çölü’nün daha yeşil ve yaşanabilir olduğu bir iklim döneminde, Orta Doğu’da bu iki tür arasında etkileşimler yaşandığını görebiliriz.
Tarihi daha iyi anlamak için genetik çalışmalar büyük bir rol oynuyor. Harvard Üniversitesi’nden genetikçi David Reich, bu alanda öncü bir bilim insanı. Reich’ın araştırmaları, antik DNA teknolojilerinin gelişimiyle insanlık tarihine dair ezber bozan bilgiler sunuyor. Örneğin, 2007’de Leipzig’de Svante Pääbo’nun laboratuvarında çalıştıktan sonra, 2013 yılında Harvard’da kendi laboratuvarını kurdu. Burada, yüzlerce örneği aynı anda analiz edebilen endüstriyel bir genom işleme sistemi geliştirdi. Reich’ın 2018’de yayımlanan Who We Are and How We Got Here [Biz Kimiz ve Buraya Nasıl Geldik?] adlı kitabı, insanın evrimi üzerine oldukça çarpıcı bulguları bir araya getiriyor ve genetik biliminin tarihsel anlayışımıza nasıl katkıda bulunduğunu açıklıyor.
Pompeii’deki İnsanlara Dair Hikaye DNA Kanıtlarıyla Yeniden Yazılıyor
Yeni bir çalışma, Pompeii’deki insanların kökeni ve yaşamları hakkında uzun süredir kabul edilen varsayımları değiştirdi. Floransa Üniversitesi, Harvard Üniversitesi ve Leipzig’deki Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, antik DNA analizleriyle, 79 yılında Vezüv Yanardağı’nın patlamasında hayatını kaybeden Pompeii sakinlerinin genetik kökenlerini ve akrabalık ilişkilerini inceledi.[7] Çalışma, fiziksel görünüme dayalı eski tahminleri reddederek, Pompeii’deki insanların çoğunlukla Doğu Akdeniz’den gelen göçmenlerin torunları olduğunu ortaya koydu. Bu durum, Roma İmparatorluğu’nun ne kadar kozmopolit bir yapıya sahip olduğunu gösteriyor.
M.S. 79 yılında gerçekleşen Vezüv Yanardağı’nın büyük patlaması, Pompeii şehrini kalın bir kül ve taş tabakasıyla kapladı. Şehrin sakinlerinin bir kısmı çöken evlerin enkazında, bir kısmı ise patlamadan sonra hızla yayılan sıcak gaz ve lav akıntılarında hayatını kaybetti. Bu felaket, kurbanların vücutlarını kül içinde koruyarak günümüze kadar neredeyse bozulmadan ulaşmalarını sağladı. 1800’lerden itibaren, bu insanların bıraktığı boşluklara alçı dökülerek vücut kalıpları oluşturuldu. Araştırmacılar, bu kalıplardan alınan kemik örneklerinden DNA çıkararak, bireylerin cinsiyetlerini, genetik akrabalıklarını ve kökenlerini inceledi. Analizler, eski varsayımların çoğunu çürüttü. Çalışma, fiziksel yakınlığın her zaman genetik akrabalığı göstermediğini ortaya koydu. Örneğin, Altın Bilezik Evi’ndeki dört kişinin ebeveyn ve çocuklar olduğu düşünülüyordu, ancak DNA analizleri bu bireylerin birbirleriyle genetik bir bağ taşımadığını gösterdi. Benzer şekilde, bir altın bilezik takan ve çocuk taşıyan yetişkinin kadın olduğu sanılırken, aslında bu kişinin bir erkek olduğu belirlendi. Bu bulgular, arkeolojik yorumların genellikle modern varsayımlar üzerine kurulu olduğunu ve DNA analizlerinin hikayeleri daha doğru bir şekilde aydınlatabileceğini gösteriyor.
DNA analizleri, Pompeii sakinlerinin Doğu Akdeniz’den göç etmiş insanların soyundan geldiklerini ve Roma İmparatorluğu’nun kültürel çeşitliliğini yansıttığını ortaya koydu. Araştırmacılar, Pompeii halkının farklı genomik kökenlere sahip olduğunu ve bu durumun Roma İmparatorluğu’ndaki geniş çaplı hareketlilik ve kültürel alışverişin bir göstergesi olduğunu vurguladı.
Pompeii Parkı yöneticisi Gabriel Zuchtriegel, antik DNA analizlerinin yalnızca insan kalıntıları için değil, aynı zamanda hayvanlar için de uygulandığını belirtti. Bu çabalar, Pompeii’yi sadece arkeolojik bir alan değil, aynı zamanda bilimsel yeniliklerin geliştirildiği bir merkez haline getiriyor ayrıca, arkeolojiye genetik verilerin dahil edilmesiyle, geçmiş toplumların daha derinlemesine anlaşılmasını sağlıyor ve eski varsayımları yeniden değerlendirme fırsatı sunuyor.
The House of the Golden Bracelet, Archaeological Park of Pompeii
Hastalıkların Genetik İzleri
Antik DNA’nın bir diğer önemli uygulama alanı, eski hastalıkların genetik izlerini sürmektir. Örneğin, tüberküloz ve veba gibi hastalıklara neden olan patojenlerin DNA’sı incelenerek bu hastalıkların evrimsel geçmişi ve yayılma dinamikleri hakkında bilgi edinilmektedir.[8] Bu çalışmalar, modern hastalıkların kökenlerini anlamamıza ve gelecekte benzer salgınların nasıl önlenebileceğine dair ipuçları sunar.
Ayrıca, antik DNA araştırmaları sayesinde eski toplumların diyet alışkanlıkları, yaşam biçimleri ve çevresel değişikliklerle nasıl başa çıktıkları gibi bilgiler de elde edilebilir. Örneğin, diş taşında bulunan bakteri DNA’sı, eski insanların beslenme düzenlerini ve ağız sağlığını anlamamıza yardımcı olmuştur.
Antik DNA’nın Geleceği
Bugün antik DNA araştırmaları, geçmişin derinliklerinden bugüne uzanan bir köprü işlevi görmektedir. Yeni teknolojiler sayesinde, DNA analizleri yalnızca bireylerin veya türlerin tarihini değil, aynı zamanda çevresel değişimlerin ekosistemler üzerindeki etkilerini de inceleyebilir. Örneğin, buzullardan alınan örnekler, eski iklimlerin biyolojik çeşitliliği nasıl etkilediğini ve türlerin bu değişimlere nasıl uyum sağladığını ortaya koyabilir.
Ancak, antik DNA araştırmalarının hala çeşitli zorlukları vardır. Özellikle sıcak ve nemli iklimlerde DNA’nın korunması zordur ve bu da analiz edilebilecek numune sayısını sınırlar. Buna rağmen, yeni teknolojiler ve yöntemler, daha önce mümkün olmayan keşiflere olanak tanımaktadır.
Sonuç olarak antik DNA çalışmaları, geçmiş toplumların yaşam biçimlerini, genetik çeşitliliklerini ve kültürel etkileşimlerini anlamada bir araç haline gelmiştir. Bu alandaki araştırmalar, yalnızca tarihsel bilgilerimizi yeniden şekillendirmekle kalmayıp aynı zamanda modern insanın genetik ve kültürel mirasını daha derinlemesine kavramamıza da olanak tanımaktadır. Gelecekte, antik DNA’nın daha geniş çapta uygulanmasıyla, tarih ve genetik arasındaki bağları daha kapsamlı bir seviyeye getireceğini umuyorum.
Bu konuda daha fazla derinlemesine bilgi edinmek isterseniz, Ginko Bilim’den çıkan Antik DNA – Geçmişin Yankılarında DNA’nın İzini Sürmek adlı kitabını öneririm. Ayrıca fosillerin detaylı üç boyutlu modellerini inceleme imkanı sunan bir platform, insan evrimi sürecini interaktif bir şekilde keşfetmenizi sağlayan zaman çizelgesi ve Australian Museum tarafından hazırlanan kapsamlı insan evrimi kronolojisi, bu alanda derinlemesine bilgi edinmek isteyenler için etkileyici birer başlangıç noktası olacaktır.
KAYNAKÇA
1. Hagelberg, E., Hofreiter, M., & Keyser, C. (2015). Ancient DNA: the first three decades. In Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences (Vol. 370, Issue 1660, p. 20130371). The Royal Society. https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0371
2. Orlando, L., Allaby, R., Skoglund, P., Der Sarkissian, C., Stockhammer, P. W., Ávila-Arcos, M. C., Fu, Q., Krause, J., Willerslev, E., Stone, A. C., & Warinner, C. (2021). Ancient DNA analysis. In Nature Reviews Methods Primers (Vol. 1, Issue 1). Springer Science and Business Media LLC. https://doi.org/10.1038/s43586-020-00011-0
3. What does an anthropologist do?,Arizona State University
REFERANSLAR
[1] Gaeta, R. (2021). Ancient DNA and paleogenetics: risks and potentiality. In Pathologica (Vol. 113, Issue 2, pp. 141–146). Siapec Servizi Srl. https://doi.org/10.32074/1591-951x-146
[2] Kontaminasyon, bir madde veya ortamın istenmeyen ve genellikle zararlı olan unsurlarla kirlenmesi.
[3] Higuchi, R., Bowman, B., Freiberger, M., Ryder, O. A., & Wilson, A. C. (1984). DNA sequences from the quagga, an extinct member of the horse family. In Nature (Vol. 312, Issue 5991, pp. 282–284). Springer Science and Business Media LLC. https://doi.org/10.1038/312282a0
[4] Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), DNA’nın küçük bölümlerini “çoğaltmak” için kullanılan bir tekniktir.
[5] Tüm genomdaki veya DNA veya RNA’nın hedeflenen bölgelerindeki nükleotidlerin sırasını belirlemek için kullanılır.
[6] https://newhumanist.org.uk/articles/5335/what-ancient-dna-says-about-us
[7] DNA evidence rewrites story of people buried in Pompeii eruption, Max Planck Instute
[8] Kerner, G., Choin, J., & Quintana-Murci, L. (2023). Ancient DNA as a tool for medical research. In Nature Medicine (Vol. 29, Issue 5, pp. 1048–1051). Springer Science and Business Media LLC. https://doi.org/10.1038/s41591-023-02244-4
