Alte DNA: Verborgene Welten / ancient DNA: Hidden Frontiers
Mit Hilfe alter DNA die Geschichte des Ackerbaus in Pfahlbauten erforschen. / Using ancient DNA to investigate the crop histories of pile dwellings.
Verborgene Welten
In Sedimentschichten unter Wasser sind die Überreste der prähistorischen Pfahlbauten in den Alpen seit Jahrtausenden erhalten geblieben. Normalerweise verrotten organische Materialien (wie Holz, Textilien und Pflanzen) mit der Zeit schnell, aber Staunässe verlangsamt die Zersetzung, indem sie die Sauerstoffzufuhr unterbricht. Dank dieser Umstände sind die Pfahlbauten über Jahrtausende sehr gut erhalten geblieben und liefern Archäologen und anderen Wissenschaftlern eine Fülle von Informationen darüber, wie die Menschen in der Vergangenheit lebten und mit ihrer Umwelt interagierten.
Tausende von Samen und andere Pflanzenteile können in den Fundstellen konserviert werden und geben Aufschluss darüber, was prähistorische Gemeinschaften angebaut und gegessen haben. Aber nicht nur die Pflanzen selbst sind haltbar, auch der genetische Code, aus dem diese Pflanzen bestehen, kann an diesen Orten überleben. Das ist es, was uns an der University of York interessiert. Im Rahmen des Projekts „Hidden Frontiers” extrahieren wir alte DNA (aDNA) aus prähistorischen, wassergesättigten Pflanzen aus den Alpen und untersuchen, wie sich die Nutzpflanzen vom Neolithikum bis zur Eisenzeit verändert haben.
Abb. 01: Extrahiert wird alte DNA aus kleinen Leinsamen und Fragmenten von Weizenkleie
Da die Pflanzen so alt sind (zwischen 3000 und 6000 Jahre), ist nicht viel DNA erhalten geblieben, und die vorhandene aDNA ist in kleine, beschädigte Fragmente zerfallen. Wir extrahieren die aDNA mit Chemikalien in einem „Reinraumlabor” unter strengen Kontaminationsvorschriften, um sicherzustellen, dass wir die Proben nicht versehentlich mit moderner DNA kontaminieren. Unsere ersten Ergebnisse zeigen, dass wir aDNA erfolgreich aus Weizenkleie (der Spreu) gewinnen und die genetischen Daten zur Identifizierung verschiedener Arten verwenden können. Unser nächster Schritt ist die weitere Analyse der DNA-Sequenzierungsdaten, um bestimmte Gene, die mit der Anpassung dieser Pflanzen an ihre Umgebung zusammenhängen, genauer zu untersuchen.
Abb. 02: Amy trägt einen Ganzkörperanzug im Reinraum für alte DNA an der Universität York.
In Zusammenarbeit mit dem Kuratorium Pfahlbauten und dem Österreichischen Archäologischen Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften werden wir alte DNA aus Pflanzenmaterial analysieren, das an den Fundstätten Mooswinkel (Mondsee) und Weyregg II (Attersee) im Projekt Zeitensprung ausgegraben wurde, um unser Verständnis der frühen Landwirtschaft im österreichischen Salzkammergut zu verbessern.
Abb. 03: Ein wassergesättigter Leinsamen von vor über 5000 Jahren.
Durch die Analyse von aDNA aus Nutzpflanzen lernen wir nicht nur etwas über das prähistorische Leben, sondern entdecken auch, wie Nutzpflanzen in sich verändernden Welten überleben und gedeihen. Wir können aufdecken, wie sich Nutzpflanzen an vergangene Klimaveränderungen und menschliche Aktivitäten angepasst haben, und so vorhersagen, wie Pflanzen auf aktuelle Krisen reagieren könnten.
Hidden Frontiers
Underneath water and layers of sediment, the remains of the prehistoric Alpine pile dwellings or Pfahlbauten have been preserved for millennia. Typically, organic materials (like wood, textiles, and plants) rapidly decay with time, but waterlogging slows down decomposition by cutting off oxygen. Thanks to this, the pile dwellings are very well preserved and offer a huge amount of information to archaeologists and other scientists about how people in the past lived their lives and interacted with their environments.
Thousands of seeds and other plant parts can be preserved at pile dwellings telling us about what prehistoric communities were growing and eating. But it is not just the plants themselves that last; the genetic code that makes up these plants can also survive at these sites. This is what we are interested in at the University of York. As part of the Hidden Frontiers project, we are extracting ancient DNA (aDNA) from prehistoric waterlogged plants from across the Alps, investigating how crops changed from the Neolithic to the Iron Age.
Fig. 01: We extract ancient DNA from small flax seeds and fragments of wheat chaff.
Because the plants are so old (from between 3000 and 6000 years ago), not much DNA survives and the aDNA that does is broken into small, damaged fragments. We extract the aDNA using chemicals in a “clean lab” with strict contamination protocols to ensure that we don’t accidentally contaminate the samples with modern DNA. Our early results show that we can successfully recover aDNA from wheat chaff (the husk) and use the genetic data to identify different species. Our next step is to analyse the DNA sequencing data further to take a closer look at specific genes related to how these plants adapted to their environments.
Fig. 02: Amy wearing a full body suit in the ancient DNA clean lab at the University of York.
In collaboration with the Kuratorium Pfahlbauten and the Austrian Archaeological Institute of the Austrian Academy of Sciences, we will analyse ancient DNA extracted from plant material excavated during the Zeitensprung project at the Mooswinkel (Mondsee) and Weyregg II (Attersee) sites. This will enhance our understanding of the origins of farming in Austria's Salzkammergut region.
Fig. 03: A waterlogged flax seed from over 5000 years ago
By analysing aDNA from crops, we aren’t just learning about prehistoric life, we are also discovering how crops survive and thrive in changing worlds. We can uncover how crops adapt to past climate change and human activities, allowing us to predict how plants might respond to present day crises.
