Een oeroud stukje kauwgom lag duizend jaren onopgemerkt op de bodem van een fjord – tot het in 2015 werd ontdekt.
Het kleine klompje berkenteer, dat gevonden werd op het Deense eiland Lolland tijdens opgravingen in verband met de aanleg van een tunnel tussen Duitsland en Denemarken, werd grondig geanalyseerd, en in 2019 wisten onderzoekers zo veel DNA aan het pek te onttrekken dat ze het volledige erfelijke materiaal – het genoom – konden reconstrueren.
Zo bleek dat een meisje, of een vrouw, op het stukje pek heeft gekauwd alvorens het uit te spugen in de lagune. De archeologen hebben haar Lola gedoopt, en ze weten al genoeg over haar om een schets van haar te kunnen maken.
Lola had blauwe ogen en bruin haar, at wilde eend en hazelnoten, en haar huid was donkerder dan die van de moderne Denen. Waar ze vandaan kwam is ook bekend, en uit een koolstof 14-datering bleek dat ze 5700 jaar geleden leefde.
Het meisje stamde af van immigranten uit het zuiden, en onderzoekers vragen zich al jaren af hoe de overgang naar een boerengemeenschap precies verliep. Uit Lola’s kauwgom blijkt dat er mogelijk nog kleine groepjes jager-verzamelaars overbleven terwijl om hen heen de eerste landbouwers de grond begonnen te bewerken.
Kauwgom biedt kijkje in verleden
Berkenpek was de superlijm van de steentijd en werd gebruikt om pijlpunten vast te maken, maar ook om boten waterdicht mee te maken en dierenhuiden mee te impregneren.
Onder meer daardoor kwam bioarcheoloog Theis Jensen, postdoc aan het Globe Institute van de universiteit van Kopenhagen, op het idee om klompjes berkenpek op DNA te testen. Hij was eerder al op dergelijke stukjes ‘kauwgom’ gestuit bij opgravingen in Zweden en Denemarken en vermoedde dat ze weleens DNA konden bevatten, maar hij had de kans niet gehad om in de materie te duiken. Later bleek dat het pek meer informatie bevat dan de onderzoekers hadden durven dromen.
Ongeveer gelijktijdig met de vondst op Lolland waren Zweedse en Noorse wetenschappers van de universiteiten van Uppsala en Oslo op hetzelfde idee gekomen. Vorig jaar publiceerden ze hun DNA-analyse van drie stukjes 10.000 jaar oud pek. Er kon echter geen heel genoom worden achterhaald.
Volgens de onderzoekers kauwden onze voorouders op berkenpek om het zachter te maken vóór gebruik, maar mogelijk ook om hun gebit te reinigen en kiespijn te bestrijden, want het goedje bevat een ontstekingsremmer. Veel klompjes hebben afdrukken van kindertanden, waaruit blijkt dat kinderen mogelijk hielpen het zachter te kauwen.
Een stukje kauwgom uit Denemarken leverde een volledig menselijk genoom en sporen van mondbacteriën, virussen en voedselresten op. Dat er zo veel informatie uit fossiele kauwgom te halen is, danken we aan de vooruitgang binnen de archeo- en paleogenetica, die steeds betere en goedkopere methoden tot hun beschikking hebben.
Het kleverige spul wordt gewonnen door berkenbast te verhitten. Wanneer het gestold is, kun je het in je mond stoppen. In het geval van Lola zijn er niet alleen DNA-fragmenten van haarzelf bewaard gebleven, maar ook van bacteriën en virussen, die een beeld van haar gezondheid schetsen, en van het voedsel dat ze had gegeten voordat ze de kauwgom uitspuugde.
Nu weten archeologen dat ze voortkwam uit de oorspronkelijke bevolking van jager-verzamelaars, en het is voor het eerst dat het erfelijk materiaal in kaart is gebracht van iemand die leefde ten tijde van de komst van de landbouw naar Scandinavië.
Oude DNA-fragmenten liggen min of meer voor het oprapen, maar het valt niet mee om genoeg te verzamelen voor een heel genoom: doorgaans zijn daar botten of tanden voor nodig.
Het is dan ook bijzonder dat de Deense wetenschappers als eersten DNA hebben onttrokken én een genoom hebben gereconstrueerd op basis van niet-menselijk materiaal.
Berkenpek blijft droog
Het pek is gevonden bij Syltholm, een drooggelegde fjord die archeologen mochten uitkammen tijdens de aanleg van de grootste zinktunnel ter wereld, de Fehmarnbelttunnel, die Denemarken met Duitsland moet verbinden. Er zijn veel vondsten uit de steentijd gedaan, maar daar waren geen menselijke resten bij.
Na de vondst van de kauwgom hopen onderzoekers dan ook menselijk DNA aan te treffen op plaatsen waar geen botten, haren of tanden liggen, en mogelijk in andere materialen waarop mensen sporen hebben achtergelaten. Een interessant materiaal uit een latere periode is bijenwas, waar sjablonen voor munten, beelden en middeleeuwse zegels van werden gemaakt.
De verwachtingen zijn hooggespannen, want bijenwas én berkenpek worden volop gevonden. Volgens Theis Jensen moeten er duizenden klompjes pek liggen op plekken waar in de steentijd mensen woonden, en die zijn het nu waard om te onderzoeken.
‘Het materiaal is hydrofoob, waardoor er geen vocht in doordringt, en het is antiseptisch en doodt bacteriën die van buitenaf komen. De omstandigheden in Syltholm waren bovendien ideaal. Het berkenpek was min of meer verzegeld in de koude modder,’ aldus Jensen.
Een stukje kauwgom uit Denemarken leverde een volledig menselijk genoom en sporen van mondbacteriën, virussen en voedselresten op. Dat er zo veel informatie uit fossiele kauwgom te halen is, danken we aan de vooruitgang binnen de archeo- en paleogenetica, die steeds betere en goedkopere methoden tot hun beschikking hebben. Met behulp van next-generation sequencing (NGS), die 15 jaar geleden opkwam, kunnen wetenschappers snel, goedkoop en nauwkeurig veel informatie onttrekken aan kleine DNA-fragmenten, terwijl ze voorheen minder informatie uit grotere fragmenten konden halen.
Blauwe ogen
Uit het DNA blijkt dat het stukje kauwgom van een meisje was, dat hoogstwaarschijnlijk blauwe ogen, een donkere huid en bruin haar had. Ze was afkomstig van een Centraal-Europese familie van jager-verzamelaars. Het is voor het eerst dat er een genoom is onttrokken aan iets anders dan menselijke resten.
Lola at eend
Tussen Lola’s tanden en in haar speeksel bevonden zich sporen van een maaltijd, en die zijn als DNA in de kauwgom achtergebleven. Hierdoor weten we nu voor het eerst wat een steentijdmens zoal at.
Kauwgom bevat sporen van mondmicroben
Er zijn sporen aangetroffen van 40 microben uit haar mond. Wetenschappers hebben nooit eerder zo’n mooi ‘snapshot’ in handen gehad van het microbioom uit de mond van een van onze voorouders.
Het berkenpek heeft daardoor buitengewoon veel DNA van verschillende organismen bewaard: 40 in totaal. De meeste daarvan zijn bekende en onschuldige bacteriën die in mond en luchtwegen voorkomen, maar enkele kunnen in combinatie met een aangetaste afweer schadelijk zijn.
In het pek zaten onder meer een streptokok die nu in verband gebracht wordt met longontsteking, een herpesvirus van het type Epstein-Barr, dat de ziekte van Pfeiffer kan veroorzaken, en een bacterie die tot tandvleesontsteking kan leiden.
Tandsteen is microbenarchief
Omdat microben een belangrijke rol spelen bij gezondheid en ziekte, willen wetenschappers graag weten hoe de interactie tussen mens, voedsel en microben zich in de loop der tijden heeft ontwikkeld.
Een van hen is professor Christina Warinner van de afdeling Archeogenetica aan een Max Planck Instituut in Duitsland. Zij bestudeert microscopische, biomoleculaire sporen van voedsel en microben in gefossiliseerd tandsteen, feces en potscherven.
Een stukje kauwgom van berkenpek bevat volgens Warinner een willekeurige selectie van mondbacteriën, net als een monster dat met een wattenstaafje wordt genomen.
Tandsteen vormt een soort register van de microben in de mond, maar we kunnen er niet uit afleiden welke microben er tegelijkertijd in de mond leefden. Daarom kon er eerder geen snapshot worden gemaakt, zoals dat nu met het pek wel gelukt is.
Het stukje kauwgom levert kennis op over de interactie tussen de microben die onze voorouders in hun mond droegen, en volgens Warinner is het vooral interessant dat er sporen van virussen zijn aangetroffen. Die zijn meestal moeilijk aan te tonen, want ze worden snel afgebroken.
Onlangs probeerde ze DNA-sporen te onttrekken aan gefossiliseerde plantenstengels waarop prehistorische mensen in Noord-Amerika kauwden, maar vergeefs. Er zijn echter andere opties. Wereldwijd kauwden onze voorouders op plantaardig materiaal, en dat biedt moleculair biologen nieuwe kansen.
IJs trok zich terug
Circa 12.000 jaar geleden begon het ijs zich terug te trekken. De eerste sporen van mensen in Scandinavië zijn 11.700 jaar oud. Op dat moment was de Noorse westkust ijsvrij.
Immigranten uit het zuiden
De eerste jager-verzamelaars kwamen uit het zuiden en trokken door het huidige Denemarken naar Zweden en Noorwegen. Die immigratie vanuit het zuiden is lange tijd doorgegaan, en de mensen drongen helemaal door tot de Noorse westkust. Lola was een van die immigranten.
‘Russen’ kwamen uit het noorden
Later werd Scandinavië vanuit het huidige Rusland bevolkt via een noordoostelijke route langs de ijskap. Dat blijkt uit de vondst van werktuigen en DNA-analyses van zeven Scandinavische jager-verzamelaars uit Noorwegen, Zweden, Litouwen en Rusland.
Genen uit oost en west werden vermengd
De diagrammen tonen de verdeling van genetische varianten op basis van fossielen. DNA van jager-verzamelaars uit West- en Centraal-Europa is geel, dat van mensen uit Rusland is rood. Lola had alleen zuidelijke genen. De speld op de kaart geeft aan waar het stukje berkenpek is gevonden.
Was Lola de laatste jager-verzamelaar?
Ook voor genetici die zich bezighouden met de overdracht van genen in grote bevolkingsgroepen is Lola’s kauwgom interessant. Uit een studie uit 2018 van genomen van jager-verzamelaars in Noorwegen en Zweden blijkt dat Scandinavië na de laatste ijstijd, zo’n 12.000 jaar geleden, mogelijk via twee routes werd bevolkt.
Mensen die naar het Scandinavisch schiereiland trokken kwamen uit het zuiden via Denemarken of uit het noordoosten via Finland. Deze twee routes zijn af te lezen uit verschillende genetische varianten die deze groepen jager-verzamelaars kenmerken: WHG (Western Hunter-Gatherer) en EHG (Eastern Hunter-Gatherer).
Lola had geen EHG en was dus verwant aan de zuidelijke jager-verzamelaars uit Centraal-Europa.
Haar DNA is interessant omdat het nieuwe kennis oplevert over de manier waarop de overgang tussen een gemeenschap van jager-verzamelaars naar een landbouwsamenleving plaatsvond. Het meisje uit Lolland droeg geen genen van de eerste boeren in zich, hoewel er al zo’n 300 jaar landbouw bedreven werd in Denemarken toen zij leefde.
Dat strookt met nieuwe ideeën dat de overgang naar een boerengemeenschap langer duurde dan eerder aangenomen. Uit vondsten elders in Europa blijkt dat groepen jager-verzamelaars nog honderden jaren na de komst van de landbouw in stand bleven. Mogelijk was Lola een van de laatste jager-verzamelaars.
Haar genen verraden ook dat ze lactose-intolerant was; ze kon dus niet tegen zuivelproducten. Dat is in lijn met de theorie dat onze voorouders pas later tolerantie voor lactose ontwikkelden, namelijk toen ze vee gingen houden.
Andere vondsten van fossiel DNA
Amerikaanse pijp: nieuwe kennis over slavernij
Een ruim 200 jaar oude aardewerken pijp uit Maryland in de VS bevatte DNA waaruit bleek dat een vrouw van Afrikaanse herkomst eraan had gelurkt. Haar genen kwamen uit het huidige Sierra Leone. Dat strookt met het gegeven dat er slavenroutes bestonden tussen Annapolis in Maryland en Sierra Leone in West-Afrika. De pijp kan zo een beeld schetsen van een familie én van de geschiedenis van de slavernij.
Grond: nieuwe kennis over menselijke evolutie
Hoogleraar en paleogeneticus Eske Willerslev van het Globe Institute in Kopenhagen toonde in 2003 aan dat er DNA van honderdduizenden jaren oud in de grond zit. In 2017 vonden Duitse wetenschappers van het Max Planck Instituut voor evolutionaire antropologie DNA van Neanderthalers en Denisovamensen in aarde uit Europese en Aziatische grotten.
Tandsteen: nieuwe kennis over ziekte en gezondheid
De wortelkanalen van tanden staan al langer bekend als uitstekende plaatsen om naar DNA te zoeken. Maar ook tandsteen – gemineraliseerde tandplak die zich op de tanden heeft afgezet – bevat DNA. Daarnaast bevatten tanden sporen van voedselresten en organismen in de mond. Een gebit kan dus veel zeggen over de verwantschappen en de gezondheidstoestand van zijn eigenaar.
Eiwit kan ook uit de school klappen
Uit één stukje kauwgom kunnen we niet afleiden wanneer de laatste jager-verzamelaars in Denemarken leefden of waarom de landbouw opkwam. Maar Lola’s DNA draagt bij aan de beantwoording van meerdere vragen.
Theis Jensen is dan ook op zoek naar meer berkenpek met DNA. Hij heeft inmiddels 40 stukjes uit Denemarken, Zweden, Duitsland, Zwitserland en Frankrijk, waarvan die uit Scandinavië het oudst zijn.
De klompjes zijn tot 11.000 jaar oud en stammen dus uit de vroegste steentijd in Scandinavië, waar bijna geen botten van gevonden zijn. Het pek is mogelijk goud waard en kan meer verhalen als dat van Lola aan het licht brengen.
Daarnaast richten wetenschappers zich ook op andere biologische sporen dan DNA. Zo zijn moleculair biologen volop bezig met het analyseren van eiwitten. Die blijven namelijk langer in stand dan DNA en zijn te gebruiken om materialen, soorten en ziekten te identificeren.
Eiwitten uit berkenpek kunnen wellicht de resultaten van het DNA-onderzoek bevestigen en een meer genuanceerd beeld opleveren van de omvang van potentiële ziekten. Wetenschappers hebben deze methode onlangs toegepast op een fragment van een ring uit Syltholm. Uit de structuur van het materiaal blijkt dat het om bot gaat, maar de eiwitten verraden dat dat afkomstig is van een edelhert.
Op het Deense eiland Lolland is veel meer opgegraven dan kauwgom alleen. Er zijn duizenden archeologische vondsten gedaan, waaronder een grote hoeveelheid bijlen, die tentoongesteld zullen worden in het plaatselijke Museum Lolland-Falster.
Naar aanleiding van al deze vondsten duiden de onderzoekers Lolland inmiddels aan als ‘de poort tot Europa’, waar het oosten van Denemarken verbonden werd met de rest van het continent. Op deze plek maakten plaatselijke bewoners kennis met buitenstaanders, want het eiland was zichtbaar vanaf het vasteland in het zuiden. Lola bevond zich dus niet in een uithoek van Denemarken, zoals Lolland nu is, maar in een zeer centraal gebied.