✍ منشاٴ انسان های امروزی ؛ آرکئوژنتیک، استفاده از DNA برای مطالعه ی تاریخ اولیه ی انسان ها

با بررسی DNA می توان جنسیت افراد را تشخیص داد. وجود کروموزوم Y در مردان مبنای اختلاف ژنتیکی بین دو جنس می باشد. بنابراین با تشخیص توالی از DNA که مختص کروموزوم Y باشد، می توان مردان را از زنان تفکیک کرد. دانشمندان علوم جنایی، گاهی اوقات با اجسادی رو به رو می شوند که آن قدر آسیب دیده هستند که بررسی DNA تنها راه  شناسایی جنسیت آن ها می باشد.

همچنین با بررسی DNA می توان جنسیت جنین متولد نشده را نیز تعیین کرد. پی بردن به اینکه جنین پسر یا دختر است معمولا تا زمانی که تفاوت های آناتومیکی آنان تشکیل شود و جنسیت آنان به کمک اسکن تعیین شود، طول می کشد؛ اما تحت بعضی شرایط جنسیت جنین باید زودتر مشخص شود. به طور مثال وقتی که شجره نامه ی یک خانواده نشان دهنده ی این باشد که جنین موجود اگر پسر باشد ممکن است دارای یک بیماری ارثی باشد و در این صورت پدر و مادر باید هرچه زودتر درباره ی ادامه یا قطع بارداری تصمیم بگیرند.

سومین کاربرد تعیین جنسیت به کمک آنالیز DNA، بررسی نمونه های باستانی می باشد که این روش باعث پیشرفت های بسیاری در این زمینه شده است. اسکلت های مردان و زنان از روی برخی از استخوان های کلیدی مانند جمجمه یا لگن قابل تمایز خواهند بود اما شناسایی جنسیت چند تکه استخوان باقیمانده و یا تعیین جنسیت اسکلت کودکان، از روی ساختار آناتومیکی آن ها امکان پذیر نخواهد بود؛ اما اگر DNA موجود استخوان ها حفظ شده باشد، به کمک آن به راحتی می توان جنسیت اسکلت مورد نظر را تعیین کرد.

انجام PCR روی توالی های مختص کروموزوم Y

آسان ترین روش آنالیز DNA به منظور تعیین جنسیت، طراحی یک فرایند PCR است که مختص نواحی خاصی از کروموزوم Y باشد. PCR باید بسیار با دقت طراحی شود زیرا کروموزوم X  و Y زیاد با هم تفاوت ندارند، بلکه حتی قطعاتی از آن ها با هم مشترک است. با این حال نواحی منحصر به فردی هم روی کروموزوم Y وجود دارد. بالاخص چند توالی تکراری روی آن وجود دارد که فقط مختص کروموزوم Y می باشد که از این ها می توان به عنوان هدف PCR چندگانه استفاده کرد به این ترتیب حساسیت روش بالاتر می رود. این شیوه به ویژه وقتی که با اجساد بسیار آسیب دیده و یا یک تکه استخوان باستانی مواجه می باشیم، اهمیت خود را بیشتر نشان خواهد داد.

فرایند PCR مختص کروموزوم Y در مورد نمونه ی DNA مردان محصول ایجاد می کند اما در مورد نمونه ی خانم ها، هیچ محصولی به وجود نمی آورد. بنابراین این روش با تمایز دو جنس از هم در بسیاری از موارد کاملا رضایت بخش خواهد بود؛ اما اگر نمونه حاوی DNA نباشد، یا اینکه DNA آن قدر خرد شده باشد که قابلیت PCR نداشته باشد و یا اینکه نمونه حاوی مهار کننده ی آنزیم Taq پلیمراز باشد، چه خواهد شد؟

امکان وجود تمام این احتمالات در مورد نمونه های باستان شناسی وجود دارد خصوصا آن هایی که دفن شده اند و  با هیومیک اسیدو سایر ترکیبات ناشناخته ی مهار کننده ی آنزیم های مورد استفاده در زیست شناسی آلوده شده باشند. بنابراین انجام این آزمایش می تواند همراه با این ابهام باشد که نمونه ای که هیچ باندی ایجاد نکرده است، ممکن است فقط به معنای خانم بودن اسکلت نباشد بلکه در هر دو مورد خانم بودن یا موارد گفته شده در بالا هیچ باندی روی ژل دیده نمی شود.

انجام PCR روی ژن آملوژنین

عدم قابلیت ایجاد تمایز بین نمونه های خانم و یک PCR ناموفق محققین را به این فکر واداشت تا روش های پیچیده تری برای تشخیص جنسیت به کمک DNA پیدا کنند. روش هایی که نتایجی بدون هیچ ابهام برای هر دو جنس زن و مرد ایجاد کند. متداول ترین روش مورد استفاده PCR ژن آملوژنین است.

ژن آملوژنین پروتئینی را کد می کند که در مینای دندان دیده می شود. این ژن یکی از معدود ژن هایی است که روی کروموزوم Y وجود دارد و مانند بسیاری از همین ژن ها، یک کپی از آن روی کروموزوم X دیده می شود؛ اما توالی این دو کپی اصلا مشابه هم نیستند و وقتی که نوکلئوتیدهای دو کپی را روبروی هم به صف کنیم؛ چندین ایندل(Indel) دیده می شود. ایندل ها جایگاه هایی هستند که از یک قطعه DNA حذف شده اند یا به آن اضافه شده اند. اگر پرایمرهایی را برای دو طرف یک ایندل طراحی کنیم محصولات آن برای کروموزوم X و Y با همان نظر اندازه تفاوت خواهند داشت.

DNA یک خانم فقط یک باند ایجاد می کند، زیرا فقط دارای کروموزوم X هستند و نمونه ی آقایی که دارای هر دو کروموزوم X و Y هستند، دارای دو باند خواهد بود. اگر نمونه PCR فاقد DNA باشد و یا به دلایلی ناموفق باشد، هیچ باندی دیده نخواهد شد. بنابراین هیچ ابهامی بین نمونه ی مردان و زنان و یک نمونه ی PCR ناموفق دیده نخواهد شد.

ایجاد روشی برای تشخیص جنسیت بر پایه ی ژن آملوژنین، تاثیر بسیار مهمی در باستان شناسی گذاشته است. دیگر نیازی به حدس جنسیت اسکلت ها بر اساس ساختار استخوان ها نخواهد بود. مهم تر اینکه تشخیص جنسیت بر اساس DNA، منجر به کشفیات غیر قابل انتظاری شده است. زیرا باستان شناسان، پیش فرض های گذشته ی خود را بر مبنای به همراه داشتن اشیایی که با اجساد دفن شده اند، دوباره مورد بررسی قرار دادند.

آرکئوژنتیک : استفاده از DNA برای مطالعه ی تاریخ اولیه ی انسان ها

تعیین جنسیت و مطالعات خویشاوندی تنها روش هایی نیستند که در آن ها از کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA برای مطالعات باستان شناسی استفاده می شود. باستان شناسان با بررسی توالی های DNA در انسان های زنده ی امروزی و افراد مرده به دنبال کشف منشاٴ تکاملی انسان های امروزی و فهم مسیر طی شده توسط انسان های اولیه از زمانی که روی زمین مستقر شده اند تا به امروز هستند. این زمینه ی تحقیقاتی آرکئوژنتیک نام دارد.

منشاٴ انسان های امروزی

دیرین شناسان اعتقاد دارند که منشاٴ انسان های امروزی از آفریقاست؛ زیرا تمام قدیمی ترین فسیل های انسان های اولیه در این ناحیه کشف شده اند. شواهد حاصل از فسیل ها نشان می دهد که انسان نماهای اولیه حدود یک میلیون سال پیش در ابتدا شروع به مهاجرت به خارج از آفریقا کرده اند اما این ها منشا انسان های مدرن امروزی نبودند. در عوض گونه های اولیه دیگری به نام Homo erectus وجود داشته اند که انسان نماهایی بودند که در پهنه ی جغرافیایی پراکنده شدند و در سرتاسر جهان قدیم گسترده شدند.

بررسی DNA نظریه ی تکامل چند ناحیه ای را به چالش کشیده است

شک تردید در مورد نظریه ی تکامل چند ناحیه ای وقتی برای اولین بار در سال ۱۹۸۷ شروع شد که ژنتیک دانان شروع به استفاده از آنالیز DNA برای پاسخ به سوالات پیرامون تکامل انسانی کردند. در یکی از این اولین پروژه های دیرینه شناسی، پلی مورفیزم طول قطعات حاصل از آنزیم های محدودالاثر(RFLP) در نمونه های DNA  میتوکندری ۱۴۷ انسان، که از سرتاسر جهان بودند، بررسی شد. با استفاده از نتایج حاصل، درخت فیلوژنتیکی را که نشان دهنده ی روابط تکاملی بین جمعیت های انسانی مختلف بود رسم کردند. با استفاده از این درخت چندین استنتاج بدست آمد :

• ریشه ی درخت نماینده ی یک زن بود که ژنوم میتوکندری آن، جد تمام ۱۴۷ نمونه ی میتوکندریایی مورد بررسی بوده است (به خاطر بیاورید که DNA میتوکندری فقط از مادر به ارث می رسد) این ژن را حوای میتوکندریایی نامیدند.
• حوای میتوکندریایی در آفریقا زندگی می کرد. این نتیجه از آنجا حاصل شده بود که توالی اولیه در درخت تکاملی به دو بخش تقسیم شده است که یکی از آن ها کاملا از DNA میتوکنریایی آفریقایی ها تشکیل شده است. به خاطر این تقسیم بندی حدس زده می شود که جد اولیه نیز در ابتدا در آفریقا زندگی می کرده است.
• حوای میتوکندریایی بین ۱۴۰۰۰۰ تا ۲۹۰۰۰۰ سال پیش زندگی می کرده است. این تخمین با استفاده از ساعت مولکولی در درخت فیلوژنتیکی بدست آمده است. ساعت مولکولی مقیاسی برای سنجش ساعت در زمانی است که در آن تغییرات تکاملی در توالی DNA میتوکندری رخ داده است و با استفاده از سرعتی که در آن موتاسیون ها در DNA میتوکندری تجمع یافته اند، کالیبر می شود. با مقایسه توالی DNAمیتوکندری حوا با توالی DNA147 امروزی، تعدادسال هایی که برای اتفاق افتادن همه ی تغییرات تکاملی نیاز بوده است، محاسبه شده است.

کلونینگ ژن و بررسی DNA در علوم جنایی و باستان شناسی – بخش اول(اثر انگشت ژنتیکی/ DNA fingerprinting)

کلونینگ ژن و بررسی DNA در علوم جنایی و باستان شناسی – بخش دوم(بررسی STR استخوان های خانواده ی سلطنتی رومانوف)

کلونینگ ژن و بررسی DNA در علوم جنایی و باستان شناسی – بخش سوم(آرکئو ژنتیک)