DNA-tutkimus

Muinaissuomalaisten DNA:ta metsästämässä

Kerttu Majander

Nykysuomalaiset ovat eräs geneettisesti tutkituimmista kansoista. Suomalainen tautiperintö ja kansainvälisesti aktiivinen perinnöllisyystieteen tutkijayhteisö ovat osaltaan varmistaneet suomalaisten maailmanmaineen erityislaatuisena väestönä eurooppalaisen lännen ja arktisen idän välimaastossa. Kielitieteilijät puolestaan ovat luoneet teorioita siitä, kuinka ugrilaisperäinen kielemme on alkuaan saapunut tälle puhuma-alueensa läntiselle laidalle. Vanhat teoriat kertovat Volgan mutkasta vaelluksensa aloittaneesta ryhmästä, joka ammoisina aikoina asettui Kalevan maille. Siitä pitäen se on sinnitellyt karussa maisemassa, kylväen kyiset pellot ja kehittäen hiljalleen asuinalueensa tuntemaksemme pieneksi mutta menestyväksi, teknologiavetoiseksi teollisuusmaaksi.

Jo varhain muinaisiin kulttuureihin hurahtaneena historianharrastajana tiedustelin perusopintojeni aikana Helsingissä mahdollisuuksia yhdistää pääainettani genetiikkaa paleontologiaan tai arkeologiaan. Saamani vastaukset tuntuivat aina johtavan tieni ulkomaille. Tämä ei pahemmin haitannut, koska olin joka tapauksessa suunnitellut ennen pitkää tutustuvani kotimaan ulkopuolella avautuvaan tutkimusmaailmaan. Lopulta kiinnostus geneettistä evoluutiota ja muinaisaikojen ihmiselämää kohtaan houkutti lähtemään Erasmus-vaihtoon Bonnin yliopistoon, jossa tarjolla oli kursseja paleobiologian tutkimusohjelmassa.

Kirjoittaja roomalais-germaanisen arkeologian museossa Kölnissä. Kuva: Päivi Mäkilä.

Saksassa luonto ja ilmasto olivat leudompia, mutta tiede kyllä otettiin tosissaan; yhdistelmä puhutteli. Erasmus-vuoden aikana syntyi suunnitelma hakea harjoitteluun, ja innostavan projektin osuessa kohdalle harkita myös väitöskirjan tekemistä. Saksassa oli muutama nimenomaan paleo- ja arkeogenetiikkaan keskittynyt tutkimusryhmä. Niistä nimekkäin toimi evolutiivisen antropologian Max Planck –instituutissa Leipzigissa, johtajanaan professori Svante Pääbo. Vuosittaiset rekrytoinnit Leipzigiin olivat jo käynnissä kun tein päätöksiäni, ja totesin itsekin että puolivalmis hakemukseni tuskin tekisi riittävää vaikutusta. Instituutti vetää puoleensa satoja kunnianhimoisia tutkijanalkuja, jotka minun laillani ovat vuosien varrella seuranneet Pääbon ryhmän julkaisemia hämmästyttäviä tutkimustuloksia. Niitä ovat mm. neandertalinihmisistä ja omasta genomistamme löytyvät  todisteet siitä, että nykyihminen on risteytynyt sisarlajiensa kanssa useaan kertaan ja tuottanut lisääntymiskelpoisia jälkeläisiä – tulos, jota pitkään pidettiin epätodennäköisenä, ellei suorastaan mahdottomana.

Seuraavasta hakemuksestani tuli viimeistellympi ja päädyinkin pieneen, muutaman vuoden toimineeseen paleo- ja arkeogenetiikan tutkimusryhmään Tübingenin yliopistossa. Se vaikutti itse asiassa erinomaiselta vaihtoehdolta: väitöskirjantekijöitä ei ollut suurta joukkoa, ja jokainen opiskelija sai tilaisuuden tutustua projektinsa kaikkiin osuuksiin, näytteenotosta laboratoriotöiden kautta aina bioinformaattisiin analyyseihin. Tätä ryhmää johti varsin nuori mutta jo maineikas professori, Johannes Krause. Hän oli itse työskennellyt väitöskirjavaiheessaan Leipzigin kuuluisassa Max Planck –Instituutissa, ja tutkimuksissaan valottanut Altain vuoristosta löydetyn, denisovanihmiseksi ristityn ihmislajin genetiikkaa. Denisovanihminen oli osoittautunut anatomisesti modernien ihmisten sisarlajiksi, joka tosin oli vieläkin läheisempää sukua neandertalinihmiselle. Krausen ryhmällä oli ihmisen evoluution ja populaatiogenetiikan lisäksi toinenkin fokus: paleopatogeenien tutkimus. Ryhmä oli aiempina vuosina niittänyt kunniaa korkeatasoisissa tieteellisissä julkaisuissa uusilla tutkimusmenetelmillään, joilla oli mahdollista tunnistaa historiallisen ajan taudinaiheuttajia ennennäkemättömällä tarkkuudella. Esimerkiksi Mustaksi Surmaksi kutsutun ruttoepidemian Euroopassa aiheuttaneen bakteerin genomi oli ryhmän tutkijoiden toimesta onnistuttu kokoamaan uudelleen keskiaikaisista hautauksista löytynyttä luumateriaalia analysoimalla.

Modernin ihmisen, neandertalinihmisen ja denisovanihmisen menneisyydestä on selvinnyt uusia asioita muinais-DNA-tutkimuksilla. Kuva: justscience.in.

Tämä 1800-luvulla tehty kuva esittää ruttoepidemiaa Elliantissa, Bretagnessa. Tarinoiden mukaan tauti pyyhkäisi Elliantin yli 500-luvulla ja surmasi kaikki muut, paitsi yhden miehen ja tämän äidin. Ruttoepidemioita voidaan nykyisin tutkia genetiikan avulla. Kuva: Wellcome Collection gallery (CC BY 4.0).

Suomalaisten yliopistojen arkeologisilla osastoilla ja muinaislöytöjä hallinnoivalla kattojärjestöllä, Museovirastolla, on hallussaan arkeologisten kaivausten yhteydessä säilytettyjä ihmisluista suomalaisilta hautapaikoilta. Kun harjoittelun myötä saamani kokemus muinais-DNA-menetelmistä alkoi karttua, lähdimme väitöskirjani toiseksi ohjaajaksi lupautuneen Päivi Onkamon kanssa kartoittamaan ihmisperäistä materiaalia, jota olisi mahdollista saada Tübingenin laboratorioon työstettäväksi. Metodologiset mahdollisuudet, joihin olin tutustunut Saksassa, kirvoittivat useita tutkimuskysymyksiä, joihin saattaisimme saada vastauksen: olisivatko suomalais-ugrilaisten kielten puhujaväestöt lähimpänä toisiaan myös geneettisesti? Minkälaisia reittejä suomalaisten esivanhemmat olivat nykyisille kotikonnuilleen päätyneet, keitä he olivat kohdanneet ja keiden kanssa risteytyneet matkallaan? Ja millaiset taudit heitä olivat koetelleet muinaisina aikoina?

Geneettiseen bioinformatiikkaan erikoistuneena opiskelijana en ollut odottanut koskaan päätyväni laboratorioon, saati sitten hikoilemaan päivittäin koko vartalon peittävässä suojapuvussa, kaksinkertaisissa kumikäsineissä ja hengityssuojassa. Varmistelun tarkoituksena oli suojella arvokkaita muinaisnäytteitä tutkijoiden omalta DNA:lta, joka helposti kulkeutuu näytteiden sekaan ja vaikeuttaa siten merkittävästi myöhempiä analyyseja. Pian erikoislaatuisista laboratoriovaatimuksista ja tulosten jännittämisestä tuli kuitenkin arkipäivää. Oli totuttava pitkiin protokolliin ja kontaminaatioiden välttelyyn puhdastiloissa, kärsivällisyyttä ja käsityötaitoja koettelevaan hampaiden ja luiden poraamiseen, sekä laadultaan vaihtelevaan dataan, jonka käsittelyyn ei ole olemassa standardoituja menetelmiä, toisin kuin on laita nyky-DNA:lla tehtävissä analyyseissä. Näytteistä monet näyttävät huonokuntoisilta, mutta päältä katsomalla on kuitenkin mahdotonta sanoa, mitkä luista lopulta toimivat analyysissa, ja mistä lähes kaikki DNA-molekyylit ovat hajonneet vuosisatojen saatossa.

Työasu laboratoriossa. Kuva: Sanni Översti.

Olimme arkeologi Kati Salon kanssa valinneet ensimmäisen vaiheen tutkimuksiin useita historiallisen ajan vainajia, joiden luissa saattoi havaita merkkejä mahdollisista tartuntataudeista. Tunnettujen epidemioiden aiheuttajia ei kuitenkaan toistaiseksi ole löydetty edes laboratorion erikoistuneilla menetelmillä. Ehkä syynä on taudinaiheuttajien DNA:n verrattain vähäinen määrä, tai kenties taudit olivat alkuaankin virusten aiheuttamia. Virusten DNA:lla ei ole suojaavaa solua hidastamassa molekyylin hajoamista, ja viruksista monet perustavat rakenteensa RNA:han, joka hajoaa DNA:ta paljon nopeammin, eikä säily vuosisatojen ajan maatuvissa luissa. Siksi viruksia on edelleen erittäin vaikea havaita muinais-DNA -tutkimuksissa, vaikka uusia herkempiä menetelmiä jatkuvasti kehitetäänkin.

Historiallisten suomalaisten oma DNA oli kaikesta huolimatta säilynyt varsin kohtuullisesti, ja sekä mitokondriaalisesta DNA:sta (mtDNA) analysoitavia äitilinjoja, että genominlaajuisia, molempien vanhempien perimää kartoittavia analyysimenetelmiä olisi siten mahdollista käyttää ihmisten väestöhistorian selvittelyssä. Vuosina 2014-2015 otettiin muinais-DNA:n alalla suuria edistysaskeleita. Euroopan esihistoriaa valottavaa populaatiogeneettistä dataa julkaistiin usean eri laboratorion taholta ennennäkemättömällä volyymilla, ja kansainvaellusten historiaa mullistavat muinais-DNA-tutkimukset tulivat myös suuren yleisön tietoisuuteen.

Muinais-DNA-näytettä otetaan Valkeakosken Toppolanmäen vainajan hampaasta. Kuva: Kerttu Majander.

Olin sekä kuvainnollisesti että konkreettisesti pääkallopaikalla, mitä tuli verrattain uuden tieteenalan vakiintumiseen osaksi yleistä tietoisuutta ihmisyhteisöjen menneisyydestä. Patogeenitutkimusten sijasta keskityin siis väestötieteellisen genetiikan osuuteen. Päivi Onkamon ja Kati Salon asiantuntemuksen ja kontaktien kautta hankimme uusia, ajallisesti vanhempia kohteita sekä suuremman otoksen ihmisyksilöitä tutkittavaksemme, jotta väestölliset eroavaisuudet näkyisivät aineistossa luotettavammin.

Vuonna 2016 Päivi Onkamon luotsaama SUGRIGE (suomalais-ugrilainen muinais-genomi) –projekti sai ensimmäisen vaiheen rahoituksensa, ja muinaisgenetiikan parissa Suomessa aloitti uusi työryhmä, johon kuuluivat post doc –vaiheen tutkija Elina Salmela, vastikään väitellyt Jaana Oikkonen, sekä bioinformatiikan alan väitöskirjantekijä Sanni Översti. Pienimuotoisena väitöskirjatyönä alkanut, enimmäkseen lähihistoriallisia kohteita alkuaan kattanut tutkimus onkin sittemmin laajentunut usean ulkoisen sidosryhmän sisältäväksi kunnianhimoiseksi kokonaisuudeksi. Projekti selvittää Suomen sisäisiä geneettisiä aikajatkumoja sekä kerää näytteitä muiden suomalais-ugrilaisten kansojen parista, joista osa on jo peruuttamattomasti kadonneita paikallisväestöjä nykyisen Venäjän alueella.

Levänluhdan kalloja Kansallismuseon vanhassa perusnäyttelyssä. Kuva: Wikimedia Commons.

Varhaisimmat suomalaiset hautaukset joissa luumateriaalia on säilynyt, ajoittuvat 1000-luvun tuntumaan rautakaudelle, sillä tätä vanhempi orgaaninen materiaali on lähes aina kadonnut happaman maaperän liuottamana. Laajamittaisesta raudankäsittelyn omaksumisesta nimensä saanut aikakausi kattaa nykyisen Suomen alueella monimutkaisen sarjan kansojen kohtaamisia, arkeologian määrittelemiä teknologisia edistysaskeleita ja puhuttujen kielten kehitystä. Rautakauden Suomi ei ollut yhtenäinen kansallinen yhteisö, vaan heimojen ja kauppakylien mosaiikki. Idän puolella esineitä ja taitoja vaihdettiin enimmäkseen Novgorodin kaupungin ja Venäjällä vaikuttavien kansojen kanssa, Lounais-Suomessa puolestaan toivat skandinaaviset kulttuurit omia vaikutteitaan kaupan ja kielellisten kontaktien kautta. Maata oli alettu viljellä, mutta vaihtelevat sadot pohjoisessa ilmastossa pitivät ihmiset yhä osittain metsästys- ja keräilytaidoista riippuvaisina. Saamen kielen puhuja-alue ulottui Etelä-Suomeen asti, joskaan luotettavia lähteitä varhaisten saamenpuhujien kulttuurisista erikoispiirteistä ei ole, sillä he elivät aikana ennen kirjallisen dokumentaation yleistymistä Suomessa. Mitkä näistä kulttuurisista ulottuvuuksista sitten välittyivät ihmisten perimään, ja mitä nykyisten suomalaisten perimässä puolestaan on jäljellä esi-isistään?

Vuosien työstä ammentavat vastaukset antavat vielä hetken odottaa itseään. Sen verran parhaillaan julkaisuprosessissa olevien arvoitusten verhoa voidaan raottaa, että kysymyksiä käsitellään vertailemalla muilta nykykansoilta kerättyä geneettistä dataa muinaisiin suomalaisiin, ja tietysti myös saatavilla olevaan tietoon toisista muinoin eläneistä populaatioista. Ensimmäiset tulokset suomalaisten muinais-DNAsta ovat vastikään ilmestyneet esijulkaisun (preprint) muodossa, jossa Levänluhdan rautakautisen yhteisön jäseniä on verrattu läntisen Venäjän pohjoisella äärialueella huomattavasti aiemmin eläneisiin ihmisiin, vastaavaan myöhäishistorialliseen materiaaliin sekä maailmanlaajuiseen nykydataan. Kansainvälinen ja kotimainen mielenkiinto jota muinaissuomalaisten vaiheisiin kohdistuu, rohkaisee jatkamaan yhteistä matkaa varhaisten sukulaistemme kanssa. Onnistumiset, joita tutkimuksen eri vaiheissa olen kokenut yhdessä kollegojen kanssa, sekä Suomessa että Saksassa, rohkaisevat uskomaan että uusia arvoituksia avautuu, kun laajempi otoksemme Suomen rautakautisia paikkakuntia asuttaneista ihmisistä pian näkee päivänvalon sekä äitilinjojen että kokogenomisten analyysien muodossa.

———

Kirjoittaja on viimeisen vuoden väitöskirjatyöntekijä ja tutkija SUGRIGE-projektissa. Hän viimeistelee projektiaan vierailevana tutkijana arkeogenetiikan osastolla Max Planck–Instituutissa (Max Planck Institute for the Science of Human History), Jenassa, jonka johtajana prof. Johannes Krause nykyisin toimii.