DNA-tutkimus

Näkökulmia ruumishautatutkimukseen

Maija Lehikoinen, Turun yliopisto

Tavallista röntgenkuvausta on käytetty arkeologiassa apuna jo noin sadan vuoden ajan. Jos esimerkiksi ruumishauta tai sen osa halutaan röntgenkuvata, täytyy se ensin irrottaa maasta kipsillä tuettuna ja toimittaa sitten laboratorioon kuvattavaksi ja kaivettavaksi. Tällaisten ”kipsikakkujen” tekeminen sekä laboratiivinen tutkiminen on kuitenkin harvinaista, sillä se vaatii enemmän aikaa ja arkeologin lisäksi toisen asiantuntijan, konservaattorin, palkkaamista. Hautojen röntgenkuvaamisessa on kuitenkin tutkimukselliset etunsa. Kun tiedetään etukäteen, mitä löytöjä kipsikakusta on tulossa vastaan ja missä kunnossa, voidaan niiden kaivaminen suunnitella huolellisesti. Röntgenkuvissa voi myös näkyä ehjinä metalliesineitä, jotka kaivaessa tuhoutuvat kokonaan. Yksi röntgenkuvauksen puute on kuitenkin juuri se, ettei siinä tule ilmi kipsikakun koko sisältöä, vaan pelkästään metalliesineet. Laboratiivisessa kaivamisessa voidaan keskittyä myös pieniin mikroskoopilla nähtäviin ”tiedonjyviin”, kuten kasvinjäänteisiin. Esimerkkejä arkeologisista kaivauksista Suomessa, joissa hautoja on tutkittu laboratiivisesti, ovat Kaarinan Kirkkomäen kaivaukset vuonna 1991–1992 ja Mikkelin Tuukkalan kaivaukset vuonna 2009.

Uusi, vähitellen arkeologienkin käyttöön tullut kuvantamismenetelmä on tietokonetomografia (TT, engl. Computed Tomography, CT). Tietokonetomografialaitteet kehittyvät nykyään nopeasti. Vanhoiksi jääneet laitteet eivät enää kelpaa lääketieteelle, mutta ovat tervetullut lisä arkeologiseen tutkimukseen. Tietokonetomografia on röntgenmenetelmä, jossa kohteesta otetaan useasta eri suunnasta tähdätyillä röntgensäteillä satoja projektiokuvia, joista muodostetaan ns. leike, eli tietyn levyinen poikkileikkaus kohteesta. Kohteesta voidaan kuvankäsittelyn avulla muodostaa kolmiulotteinen kuva, toisin kuin perinteisessä röntgenkuvaamisessa. TT-kuvaus myös näyttää metalliesineiden lisäksi kaikki haudassa olevat muut materiaalit, kuten luut ja tekstiilit. Kohteesta saatu tarkka, kolmiulotteinen kuva voi vastata moniin eri kysymyksiin, kuin vain siihen miltä kohde kokonaisuudessaan näyttää.

Tanskalainen tutkija Lise Harvig on TT-kuvannut kokonaisia uurnahautoja ja saanut näin selityksiä ilmiöille, joita on havaittu uurnahautoja perinteisesti kaivettaessa. Aikaisemmin tutkijat uskoivat, että kaivaessa esiin tulleet täysin hajonneet luut olivat surijoiden rituaalisesti hajottamia. TT-kuvaus kuitenkin paljasti luiden olevan ehjiä uurnien sisällä, joten luut olivat hajonneet vasta kaivamisen yhteydessä. Tietokonetomografia voi siis esimerkiksi korjata tietoa muinaisista hautausrituaaleista ja uskomuksista. TT-kuvaus on myös hyödyllinen silloin, kun kohteeseen ei haluta kajota lainkaan. Tällaisesta tutkimuskohteesta varmaankin tunnetuin esimerkki on jäämies Ötzi, jota on tutkittu sekä perinteisellä röntgenkuvaamisella, että tietokonetomografialla. Röntgenkuvat paljastivat Ötzin olkapäänalueelle jääneen nuolenkärjen. Myöhemmin TT-kuvaus paljasti nuolenkärjen Ötzin kuolinsyyksi selvittämällä nuolenkärjen tarkan koon, tulosuunnan ja osuman vaikutuksen ympäröiviin pehmeisiin kudoksiin ja luihin.

Saksasta Lauchheimin varhaiskeskiaikaiselta hautausmaalta kaivetun 600-luvun naisenhaudan esineistöä TT-kuvassa.

Varsinaisessa ruumishautatutkimuksessa tietokonetomografiaa on käytetty taidokkaasti Saksan Lauchheimin varhaiskeskiaikaisen kalmiston kaivauksissa. Kaivaukset ovat suoritettu vuosien 1986 ja 2005 välillä ja alueelta on löydetty n. 1300 hautaa. Kipsattuja hautoja on jälkeenpäin tutkittu tietokonetomografian avulla eräänlaisena pilottiprojektina Freiburgin yliopiston ja Saksan ”museoviraston” DFG:n yhteistyönä. Pilottiprojektin tavoitteena on kehittää alan metodeja ja tutkia tietokonetomografian hyötyjä ja etuja arkeologisessa tutkimuksessa. Tietokonetomografian hyödyiksi luetellaan sen kyky näyttää kaikki haudan materiaalit, sekä mahdollisuus kolmiulotteisen mallin luomiseen, mutta myös sen tarkkuus tekstiilien kuvaamisessa. Toisiinsa, tai muihin esineisiin takertuneita tekstiilejä voi läpileikkauskuvien avulla tarkastella kerros kerrokselta. Lisäksi 3D-mallin avulla haudassa olevia hajonneita esineitä voi rekonstruoida virtuaalisesti, ennen kuin niitä on edes kaivettu esiin. Tietokonetomografialla on myös pystytty rekonstruoimaan roomalaisesta haudasta löytynyttä pirstaleista lasiaineistoa. TT-kuvista kyettiin päättelemään lasiastioiden sijainti, lukumäärä ja muoto. Myös itse haudan rekonstruoiminen kaikkine esineineen tehtiin tietokonetomografian avulla. Haudan sisällön tietäminen etukäteen antaa arkeologille enemmän mahdollisuuksia miettiä kohteen kaivamistapaa ja konservaattorille mahdollisuuden varautua tarvittaviin konservointimenetelmiin.

Kaivettiinpa haudat sitten kentällä tai laboratoriossa, on hautatutkimuksessa nykyään kiinnitetty yhä enemmän huomiota muinais-DNA:n kontaminoitumiseen. Ohjeita oikeanlaisesta DNA-materiaalin käsittelystä on olemassa laboratoriotyöskentelijöille ja nykyään erillisiä kentällä noudatettavia ohjeita on alettu laatia myös arkeologeille, jotka tutkimusmateriaalin laboratorioihin etupäässä tuottavat. Kenttäolosuhteissa ei tietenkään saa aikaiseksi yhtä kliinisiä olosuhteita kuin laboratorioissa, mutta on joitakin keinoja, joilla arkeologi voi edesauttaa muinais-DNA:n säilymistä ja etenkin sen säilymistä puhtaana. DNA-tutkimukseen valittuja näytteitä ei pidä puhdistaa millään tavalla, sillä lika suojaa niitä kontaminaatiolta. Esimerkiksi vedellä huuhteleminen voi viedä nyky-DNA:ta syvemmälle näytteeseen sekä vaurioittaa hydrolyysin kautta muinais-DNA:ta. Näytteitä ei myöskään pidä käsitellä minkäänlaisilla säilymistä edesauttavilla aineilla, koska ne voivat haitata DNA:n ”monistamiseen” käytettävää PCR-menetelmää. Näytteet pitää säilyttää kylmässä ja kuivassa, sekä erillään vertailunäytteistä, jotta ne eivät kontaminoi toisiaan. Jokaista näytettä käsiteltäessä tulee vaihtaa käsineet ja pestä tai vaihtaa kaikki käytettävät työkalut. Arkeologin kenttävarusteisiin onkin suunniteltu erillinen ”DNA-työkalupaketti”, johon kuuluu kertakäyttöhansikkaita, puhtaita paperipusseja, alumiinifoliota, hengityssuojia, hiusverkkoja, suljettavia muovipusseja, kloriittiliuosta työkalujen puhdistukseen ja puhtaita kertakäyttötyökaluja kuten hammastikkuja. Kenttäolosuhteissa on kuitenkaan tuskin mahdollista, että kaikki kaivajat pukeutuvat hengityssuojaimiin, kertakäyttökäsineisiin ja hiusverkkoihin, joten helpompaa on että vain muutama kaivaja noudattaa varotoimenpiteitä valittujen näytteiden kaivamisen ajan.

Paras kohde DNA-näytteen ottamiseen on hammas ja muusta luumateriaalista näytteeksi kannattaa valita tiivistä luuta, sillä huokoinen luu kontaminoituu helpommin ja DNA:n säilymisen todennäköisyys on siinä huonompi. Näytteitä on tarpeellista ottaa kaksi erää, jotta mahdolliset tulokset voidaan varmentaa. Koska DNA-analyysi tuhoaa näytteet, tulisi myös yrittää valita luita, joilla ei ole muuten erityistä tutkimusarvoa. Maanäytteet haudasta ja sen ympäristöstä voivat paljastaa DNA:n säilymiseen vaikuttaneita tekijöitä. Myös eläimistä otetut DNA-näytteet voivat omalla tavallaan kertoa DNA:n säilymisestä. Jos eläimestä otetusta luunäytteestä ei pystytä eristämään DNA:ta, mutta vainajan jäänteistä pystytään, kyseessä on todennäköisesti vainajan muinais-DNA:n kontaminoituminen nyky-DNA:lla. Arkeologi voi myös edesauttaa DNA:n kontaminoitumisen tutkimista ns. sokkotestillä, jossa kaivausten varsinaisten DNA-analyysiin lähtevien näytteiden joukkoon lisätään valenäytteitä, esimerkiksi kalmistoon kuulumatonta luuaineistoa. Oikeita näytteitä ja valenäytteitä sisältävä aineisto numeroidaan uudelleen ja lähetetään DNA-analyysiin ilman näytteisiin kuuluvia muita tietoja. Vain arkeologi tietää, mitkä näytteistä on aitoja ja mistä lajista näyte on peräisin. Sokkotestillä saadaan selville kontaminoitumista estävien keinojen tehokkuus, sekä yleensäkin muinais-DNA -analyysin luotettavuus. Muun kontaminoitumisen toteamiseksi saatetaan myös tarvita DNA-näytteet kaikista näytteitä käsitelleistä ihmisistä. Ennen suurien DNA-näytemäärien keräämistä kannattaa laboratorioon lähettää muutamia testinäytteitä DNA:n säilymisasteen arvioimiseksi. On myös hyvä muistaa, että huolellinen muinais-DNA:n tutkiminen vaatii myös erillisen muinais-DNA:ta tutkivan laboratorion olemassaolon.

Painetut lähteet:

Cooper, Alan & Poinar, Hendrik N. 2000. Ancient DNA: Do It Right or Not at All. Science 289, 5482, s. 1139.

Gostner P. & Vigl E. 2002. Insight: Report of Radiological-Forensic Findings on the Iceman. Journal of Archaeological Science 29 (2002), s. 323–326.

Riikonen, Jaana 2003. Kalmistotutkimusta Koroisten kupeessa. Koroinen eläväksi, Korois till liv. Koroinen seminaari 7.-8.4.2001. Turun maakuntamuseo, raportteja. Turun maakuntamuseo, Turku, s. 10–45.

Vuorinen, Heikki S. 2003. He elivät ruttoisina aikoina – lääketieteen keinot tunnistaa tauteja arkeologisista luista. Arkeologipäivät 2003. Helsinki, Suomen arkeologinen seura, s. 17–21.

Yang, Dongya Y. & Watt, Kathy 2005. Contamination controls when preparing archaeological remains for ancient DNA analysis. Journal of Archaeological Science 32 (2005), s. 331–336.

Painamattomat lähteet:

Arponen, Aki. Ruumishautojen kipsaaminen. Sähköposti 2.3.2010.

Riikonen, Jaana. Laboratoriokaivaus ja siihen liittyvä röntgenkuvaaminen. Sähköposti 4.2.2010.

Salo, Kati. Ruumishautausten tutkiminen. Sähköposti 3.2.2010.

Arponen, Aki. Konservointi ja laboratiivinen arkeologia -luento 25.2.2010. Turun yliopiston arkeologian oppiaineen Luonnontieteet arkeologian apuna – kurssi.

Asplund, Henrik & Riikonen, Jaana. Arkeologiaa laboratoriossa. Tutkimuskohteena myöhäisrautakautiset haudat. http://vanha.hum.utu.fi/arkeologia/tutkimus/labark/labark.htm

Ebinger-Rist, Nicole & Peek, Christina & Gauß, Florian & Stelzner, Jörg 2009. Dreidimensionale Computertomographie und frühmittelalterliche Grabfunde. http://www.denkmalpflege-bw.de/denkmale/projekte/archaeologische-denkmalpflege/dreidimensionale-computertomographie-und-fruehmittelalterliche-grabfunde.html

Harvig, Lise 2009. Danish Bronze Age cremations seen from a bioarchaeological perspective. The Changing Bronze Age In Fennoscandia And Around The Baltic Sea. The 11th Nordic (& the 1st Nordic & Baltic) Bronze Age Symposium abstracts. http://www.helsinki.fi/arkeologia/bronzeagesymposium2009/abstracts.pdf

Harvig, Lise 2009. Cremation in a bio-archaeological perspective – from excavation and analysis to concepts of death, rite and praxis. http://www.hum.au.dk/klasark/daf/Lise%20Harvig%20-%20engelsk.pdf

Jansen, Roel J. et al. 2006.CT: A New Nondestructive Method for Visualizing and Characterizing Ancient Roman Glass Fragments in Situ in Blocks of Soil. RadioGraphics 26 (2006), s. 1837–1844. http://radiographics.rsna.org/content/26/6/1837.full.pdf

Jauhiainen, Jukka 2003. Röntgenkuvaus, digitaalinen kuvaus ja tietokonetomografia. http://www.oamk.fi/~jjauhiai/opetus/mittalaitteet/mittalaitteet-v11.pdf

Rundkvist, Martin 2009. Danes Run Entire Urn Burials Through CT Scanner. http://scienceblogs.com/aardvarchaeology/2009/10/danes_run_entire_urn_burials_t.php

Muuta luettavaa:

Lynnerup, Niels et al. 1998. Non-invasive Archaeology of Skeletal Material by CT Scanning and Three-dimensional Reconstruction. International Journal of Osteoarchaeology 7 (1998), s. 91–94.

Jauhiainen, Jukka & Kiviniemi, Vesa & Oikarinen, Jarkko 1998.  Applications of 3D-visualization methods in functional magnetic resonance imaging. Proceedings of the First Finnish Anti-Aliasing Symposium : September 12, 1998, Helsinki, s. 33-37.

Lambert, Joseph B. & Shawl, Catherine E. & Stearns, Jaime A. 2000. Nuclear magnetic resonance in archaeology. Chemical Society Rewievs 29 (2000), s. 175–182. http://www.rsc.org/delivery/_ArticleLinking/DisplayArticleForFree.cfm?doi=a908378b&JournalCode=CS

Kommentoi

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s