Hammaslääkäri

Perjantai 22.09.2017

Neandertalilaisten hampaat kertovat

Sukupuuttoon kuollut neandertalinihminen (Homo neanderthalensis) on nykyihmisen geneettisesti läheisin sisaruslaji.

Tiedot neandertalilaisen elintavoista ovat tähän mennessä perustuneet arkeologisiin löytöihin, joiden perusteella on piirtynyt kuva rotevasta, lihaa syövästä, suurnisäkkäiden metsästykseen erikoistuneesta lajista. Nyt tämä kuva on kuitenkin muuttumassa, sillä neandertalinihmisten ruokavaliosta ja muista elintavoista on pystytty tekemään uusia päätelmiä analysoimalla heidän hammaskiveään.

Hammaskivestä löytyvien orgaanisten jäämien DNA-tutkimukset ovat paljastaneet muun muassa, että neandertalinihmisten ruokavalio riippui pitkälti siitä, mitä elinympäristö tarjosi: jotkut populaatiot olivat lihansyöjiä, toiset taas kasvissyöjiä.

On saatu viitteitä jopa siitä, että neandertalilaiset osasivat käyttää kasveja lääkinnällisiin tarkoituksiin. Lisäksi nykyihmiset ja neandertalinihmiset ovat vaihtaneet suun mikrobeja keskenään. Tapahtuiko tämä sitten jaetun ruuan välityksellä vai suudellessa, sitä voimme vain arvailla. Joka tapauksessa sisaruslajien kanssakäyminen näyttää olleen varsin läheistä.

Neandertalinihmisten hampaat kertovat heidän elintavoistaan

Äskettäin julkaistu tutkimus muuttaa käsityksemme neandertalinihmisten ruokavaliosta ja muista elintavoista.

istock_neandertal.jpg

(Kuva: iStockphoto)

Geeniteknologian uudet menetelmät ovat tehneet mahdolliseksi jopa sukupuuttoon kuolleiden muinaisten lajien molekyyligeneettiset tutkimukset. Niiden ansiosta tietomme muun muassa neander talinihmisestä (Homo neanderthalensis) ovat aivan ratkaisevalla tavalla uudistuneet. Lajin perimä onnistuttiin analysoimaan kokonaan vuonna 2010 (1, 2).

Aivan äskettäin on julkaistu tutkimus, joka muuttaa käsityksemme neandertalinihmisten ruokavaliosta ja muista elin- tavoista (3). Aiemmat tiedot tämän sisaruslajimme elämästä ovat perustuneet arkeologisiin kaivauksiin, mutta nyt on tutkittu neandertalilaisten hammaskiveä – siis mineralisoitunutta hammasplakkia – ja saatu aivan uutta informaatiota muun muassa heidän ruokavaliostaan. Hammaskivi nimittäin sisältää pieniä jäämiä ravinnoksi käytetyistä kasveista, eläimistä sekä sienistä, ja uusimmat DNA-tutkimusmenetelmät paljastavat ne usein jopa lajin tarkkuudella (4).

Nämä tutkimukset antavat viitteitä myös esimerkiksi siitä, että neandertalilaiset osasivat käyttää kasveja lääkinnällisiin tarkoituksiin (3). Lisäksi DNA-menetelmillä saadaan tietoa suun mikrobiomista, mikä on paljastanut hyvin jännittäviä seikkoja oman lajimme ja neandertalinihmisten suhteesta (3).

Nykyihmisen ja neandertalilaisen yhteinen historia

Me nykyihmiset (Homo sapiens) emme polveudu neandertalinihmisestä, vaan sillä ja meillä on yhteinen kantalaji, joka hyvin todennäköisesti oli heidelberginihminen (H. heidelbergiensis). eandertalinihminen kehittyi heidelberginihmisestä Euroopassa ja nykyihminen Afrikassa.

Fossiililöytöjen perusteella on päätelty, että neandertalinihminen kuoli sukupuuttoon noin 30 000 vuotta sitten, ja lajin viimeiset populaatiot elivät Iberian niemimaalla. Sitä ennen laji eli Euraasiassa vähintään 200 000, kenties jopa 500 000 vuotta, ja se oli levittäytynyt Eurooppaan ja Keski-Aasiaan.

Nykyihminen puolestaan syntyi noin 190 000 vuotta sitten Itä-Afrikassa. Afrikasta käsin lajimme on vähitellen levittäytynyt kaikkialle maapallolla. Euraasiaan nykyihminen saapui noin 50 000 vuotta sitten. Vanhimmat Euroopasta löydetyt nykyihmisen jäänteet ovat 41 000–45 000 vuoden takaa.

Nykyihminen ja neandertalinihminen ovat siis eläneet vanhalla mantereella samanaikaisesti ja rinnakkain. Näiden lajien tiedetään myös risteytyneen ja tuottaneen keskenään elin- ja lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä (1). Tämä on johtanut siihen, että afrikkalaisia lukuun ottamatta kaikkien nykyihmisten geneettisestä materiaalista 1–4 prosenttia on peräisin neandertalinihmisestä. Yhteensä noin 20 prosenttia neandertalinihmisen DNA:sta on edelleen tallella nykyään elävissä ihmisissä (5, 6).

Perinteinen käsitys neandertalilaisten ruokavaliosta

Pitkään vallinnut ja osittain yhä vallitseva perinteinen käsitys neandertalinihmisistä on, että he olivat rotevia ja taitavia suurriistan metsästäjiä, jotka kävivät saaliseläintensä kimppuun joukolla ja työntökeihäin. On oletettu, että heidän ruokavalionsa koostui pääasiassa lihasta, joka paistettiin kuumien nuotiokivien päällä. Samalla kypsennettiin syötäviä juuria, maavarsia ja mukuloita sekä paahdettiin ehkä tammenterhoja tai pähkinöitä (6).

Neandertalilaisten hampaisto, samoin kuin meidän hampaistomme, onkin tyypillinen sekaravintoa syövän eläimen hampaisto. Pelkästään raakaa lihaa syöville eläimille ominaiset, terävät etu- ja kulmahampaat puuttuvat, eivätkä väli- tai poskihampaat liioin ole raateluhampaita. Hampaisto ei myöskään sovellu kovan kasviaineksen syömiseen, kuten esimerkiksi märehtijöillä.

Hammaskiven DNA-tutkimuksilla tarkkaa tietoa ruokavaliosta

Uusimmat DNA:n sekvensointimenetelmät mahdollistavat DNA-analyysien tekemisen hyvin pienistäkin ainemääristä, ja nykyään pystytään sekvensoimaan myös fossiileista peräisin olevaa DNA:ta. DNA:n avulla voidaan tehdä luotettavia lajimäärityksiä. Erityisesti mikrobien lajimääritys on helpottunut, koska DNAanalyysia varten soluja ei tarvitse viljellä – mikä useissa tapauksissa on vaikeaa, ellei mahdotonta. Riittää, että soluista eristetään DNA, sillä sitä voidaan helposti monistaa polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla.

Kansainvälinen tutkijaryhmä teki DNA-tutkimuksia yhteensä viiden eurooppalaisen neandertalilaisen hammaskivestä (3). Nämä yksilöt olivat eläneet kolmessa eri populaatiossa. Kaksi oli peräisin El Sidrón luolasta Espanjasta, kaksi muuta Spyn luolasta Belgiasta ja yksi DE
Breuil Grotta -nimisestä luolasta Italiasta. Kuitenkin vain El Sidrón yksilöistä ja yhdestä Spyn yksilöstä saatiin käyttökelpoiset näytteet, joten DNA-analyysiin kelpuutettiin vain kolme neandertalilaisfossiilia.

Näiden yksilöiden hammaskiven DNA:ta verrattiin muihin vastaavanlaisiin näytteisiin. Nämä näytteet olivat peräisin yhdestä konservoidusta simpanssista, joka oli ammuttu luonnossa vuonna 1948, yhdestä afrikkalaisesta, historiallisesta ihmisluurangosta sekä joukosta muinaisia nykyihmisiä.

Osoittautui ensinnäkin, että El Sidrón ja Spyn populaatioiden ruokavaliot poikkesivat suuresti toisistaan. Spyn luolassa oli syöty pääasiassa liharuokaa. Sieltä peräisin olleen yksilön hammaskivestä löytyi paljon DNA:ta, joka muistutti suuresti isosarvikuonon (Ceratotherium simum) DNA:ta. Isosarvikuonoa ei kuitenkaan ole koskaan esiintynyt Euroopassa, joten tämän löydön täytynee viitata sukupuuttoon kuolleeseen villasarvikuonoon (Coelodonta antiquitatis). Hypoteesin vahvistaa se, että Spyn luolasta löytyi villasarvikuonon luita. Hammaskivinäytteessä havaittiin runsaasti myös villilampaan (Ovis aries) sekä erään syötävän mustesienen (Coprinopsis cinerea) DNA:ta. Nämäkin lajit ovat siis kuuluneet Spyn neandertalilaisyksilön ruokavalioon.

Sen sijaan El Sidrón neandertalilaisten ruokavalioon ei näytä kuuluneen lainkaan suurriistaa. He söivät muun muassa sieniä, kuten esimerkiksi halkihelttaa (Schizophyllum commune), koreansembran (Pinus koraiensis) siemeniä ja nuppusammalta (Physcomitrella patens). Lisäksi heidän hammaskivestään löytyi erään poppelilajin (Populus trichocarpa) DNA:ta, mihin palataan vielä myöhemmin. El Sidrón neandertalilaisten hammaskivi sisälsi myös useiden kasvipatogeenisienten DNA:ta, mikä merkinnee sitä, että he ovat käyttäneet ravintonaan homehtunutta kasvismateriaalia.

Tutkimus siis viittaa siihen, että neandertalinihmiset sovelsivat asuinpaikasta riippuen erilaisia selviytymisstrategioita, ja ruokavalio määräytyi pitkälti sen mukaan, mitä missäkin paikassa oli saatavilla.

Hammaskivi tarjoaa tietoa myös suun mikrobiomista

Jotta saataisiin selville, miten neandertalinihmisten suun mikro-organismit heijastavat heidän ruokavaliotaan, fossiileista saadun hammaskiven mikrobiomia verrattiin suureen määrään muiden muinaisten ja modernien ihmisten vastaavia näytteitä.

Neandertalinihmisten suista löytyi keskimäärin 222 bakteerilajia yksilöä kohti. Yleisimmät bakteeriryhmät olivat samat kuin nykyihmisellä: Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes, Fusobacteria, Proteobacteria ja Spirochaetes. Suun mikrobiomin analyysi vahvisti aiemman havainnon, jonka mukaan metsästäjä-keräilijöiden ja maanviljelijöiden mikrobiomissa ja ruokavaliossa on ollut selvä ero (7). Lisäksi analyysi osoitti, että ruokaa etsivien keräilijöiden ja metsästävien keräilijöiden mikrobiomit erosivat toisistaan, mikä ilmeisesti johtui heidän kuluttamansa ruuan määrästä.

Tutkimuksessa havaittiin myös, että neandertalilaisten suun mikrobiomi muistutti enemmän simpanssin kuin modernien ihmisten mikrobiomia ja sisälsi vähemmän erilaisia hammassairauksia sekä plakin muodostumista aiheuttavia patogeenejä kuin modernien ihmisten mikrobiomi (3).
Neandertalinihmisten suusta löytyi kuitenkin kariesta aiheuttavaa Streptococcus mutans -bakteerilajia sekä kolmea ientulehdusta aiheuttavaa bakteerilajia – Porphyromonas gingivalista, Tannerella forsythiaa ja Treponema denticolaa (3). Löydökset ovat sopusoinnussa sen kanssa, mitä karieksen ja ientulehduksen esiintymisestä neandertalilaisilla tiedetään ennestään (8).

Tutkijaryhmä pystyi myös sekvensoimaan yhdestä El Sidrón luolan yksilöstä kaikkiaan kahdeksan runsaimpina määrinä esiintyneen bakteerilajin genomit. Kenties mielenkiintoisin havainto koski Methanobrevibacter oralis -bakteeria, jonka nykyihmisessä ja neandertalinihmisessä eläviä kantoja pystyttiin vertailemaan.

Molekyylikellon perusteella niiden kehityslinjat ovat erkaantuneet toisistaan vain noin 112 000–143 000 vuotta sitten – siis huomattavasti myöhemmin kuin nykyihmisen ja neandertalinihmisen kehityslinjat, jotka erosivat jo 450 000–750 000 vuotta sitten. Tämän täytynee merkitä sitä, että nämä kaksi ihmislajia ovat kehityslinjojen erkanemisen jälkeenkin vaihtaneet suun mikrobeja keskenään (3). Onko tämä tapahtunut ravinnon jakamisen vai läheisemmän kanssakäymisen – kenties suutelemisen – kautta (9)? Sitä voimme vain arvailla, mutta joka tapauksessa sisaruslajit näyttävät olleen varsin tiiviissä kanssakäymisessä.

Saman asian tietysti todistaa se nykyään varmuudella osoitettu seikka, että nykyihminen ja neandertalinihminen risteytyivät keskenään (1).

Neandertalinihmiset hallitsivat ehkä myös luonnonlääkinnän

Edellä mainitulla, El Sidrón luolasta löydetyllä neandertalilaisyksilöllä näyttää selvästi olleen hampaassa märkäpesäke, jota on mahdollisesti hoidettu luonnonlääkkeillä. Tähän viittaa se, että tämä yksilö oli ainoa, jonka hammaskivestä löytyi erään poppelilajin (Populus trichocarpa) DNA:ta. Kyseinen poppelilaji sisältää kipua lievittävää salisyylihappoa – joka tunnetaan mm. aspiriinin vaikuttavana ainesosana.

El Sidrón neandertalilaisen hammaskivestä löytyi myös antibioottia tuottavan Penicillium-homeen DNA:ta (3). Hometta on saatettu käyttää lääkkeenä akuuttiin ripuliin, jonka aiheuttaja on ehkä ollut solunsisäinen, alkueläimiin kuuluva Enterocytozoon bieneusi -niminen patogeeni; niin ikään tämän patogeenin DNA:ta löytyi kyseisen yksilön hammaskivestä.

Lopuksi

Tässä kirjoituksessa selostettu tutkimus (3) on herättänyt paljon mielenkiintoa paitsi tiedelehdissä (9), myös muussa mediassa. Tutkimus onkin hyvä esimerkki siitä, miten tuoreimmat DNA:n sekvensointimenetelmät tarjoavat aivan uudenlaisen tavan hankkia tietoa oman lajimme sekä lähimpien sukulaislajiemme esihistoriasta. Tämän tiedon ytimessä on selkärankaisten eläinten ja niiden kommensaalisten mikroorganismien välinen vuorovaikutus.

Tutkimusta voidaan kritisoida aineiston suppeudesta, joka on fossiilitutkimuksissa lähes aina väistämätön tosiasia. On esimerkiksi syytä kysyä, miten luotettavasti yhden yksilön käyttäytymisen perusteella voi tehdä johtopäätöksiä koko populaation käyttäytymisestä.

Joka tapauksessa kyseessä on uraauurtava työ, joka yhdistää arkeologian ja molekyyligenetiikan ja näin ollen ohjaa tulevaa tutkimusta. Tämä on osa sitä uutta, vasta muutaman vuoden vanhaa tutkimussuuntaa, jossa esimerkiksi ihminen biologisena olentona nähdään paitsi yksilönä, myös ekosysteeminä (10, 11).

Kiitokset

Dosentti Timo Vuorisalo luki käsikirjoituksen ja teki sitä koskevia hyödyllisiä ehdotuksia, mistä kiitän häntä.

What the teeth of Neanderthal man tell us about their living habits

The extinct Neanderthal man (Homo neanderthalensis) is our genetically closest sibling species. Until now, our comprehension about the living habits of this species has been grounded on archeological findings. Based on these, a picture of a robust people, nourishing itself with meat and being specialized in the hunting of large mammals, has emerged.

Now, however, this picture is changing, as new conclusions concerning the diet and other living habits of these people have become possible, thanks to studies dealing with their dental calculus. The DNA analyses of the organic remnants present in the calculus have revealed, among other things, that the diet of the Neanderthals was largely dependent on what could be found in the habitat of the population in question. One population could consist of carnivorous individuals, while the members of some other population were vegetarians.

The new observations also suggest that Neanderthals were familiar with the medical use of plants. There is also evidence that the interchange of the oral microbiome between the Neanderthals and the members of our own species has occurred. Whether it was the question of sharing food, or a more intimate interaction, such as, perhaps, kissing, can only be imagined. In every case, however, it seems evident that the relations of the sibling species in question have been more intimate than previously thought.

Kirjallisuus

  1. Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M. ym. A draft sequence of the Neanderthal genome. Science 2010; 328(5979): 710–22.
  2. Portin P. Uusin tieto neandertalinihmisen ja nykyihmisen suhteesta. Tieteessä tapahtuu 2010; 28 (7): 3–8.
  3. Weyrich LS, Duchene S, Soubrier J, Arriola L, Llamas B, Breen J. ym. Neanderthal behaviour, diet, and disease inferred from ancient DNA in dental calculus. Nature 2017; 544(7650): 357–61. doi:10.1038/nature21674.
  4. Mardis ER. Next-generation DNA sequencing methods. Annu Rev Genomics Hum Genet 2008; 9: 387–402.
  5. Yong E. Surprise! 20 percent of Neanderthal genome lives on in modern humans, scientists find. National Geographic 29.1.2014. [http://news.nationalgeographic. com/news/2014/01/140129-neanderthalgenes-genetics-migration-africa-eurasianscience/]. Haettu 15.3.2017.
  6. Valste J. Neandertalinihminen – kadonnut lajitoveri. Helsinki: SKS; 2015. s. 185–90, 113–40.
  7. Adler CJ, Dobney K, Weyrich LS, Kaidonis J, Walker AW, Haak W. ym. Sequencing ancient calcified dental plaque shows changes in oral microbiota with dietary shifts of the Neolithic and Industrial revolutions. Nat Genet 2013; 45 (4): 450–5.
  8. Topić B, Raščić-Konjhodžić H, Čižek Sajko M. Periodontal disease and dental caries from Krapina neanderthal to contemporary man – skeletal studies. Acta Med Acad 2012; 41(2): 119–30.
  9. Callaway E. Plaque DNA hints at Neanderthal lifestyle. Nature 2017; 543: 163.
  10. Cho I, Blaser M.J. The human microbiome: at the interface of health and disease. Nat Rev Genet 2012; 13(4): 260–70.
  11. Heintz C, Mair W. You are what you host: Microbiome modulation of the aging process. Cell 2014; 156(3): 408–11.


Petter Portin
, FT, Perinnöllisyystieteen emeritusprofessori
Turun yliopisto

Kirjoittaja on Suomen Hammaslääkäriseura Apollonian kirjeenvaihtajajäsen. Kirjoittajalla ei ole taloudellisia sidonnaisuuksia.