Arkeologer lär sig om det förflutna genom att sätta ihop artefakter från materiell kultur:verktygen, kvarlämnade konstverk och arkitektur som berättar hur forntida människor levde. Men tänk dig att kunna studera deras DNA, att lära sig om hur olika grupper av människor var släkt med varandra, var de kom ifrån eller till och med vilka typer av sjukdomar de hade?

Konceptet att återvinna DNA från gamla ben, särskilt människors och våra evolutionära släktingar, är fortfarande relativt ny. Forskare kan studera genomet hos moderna populationer av människor och extrapolera saker om det förflutna genom att jämföra dem med genom från andra grupper. Till exempel, om genomet för en grupp skiljer sig från en närbesläktad grupp med en viss procent, forskare kunde arbeta baklänges för att beräkna hur länge sedan de två grupperna splittrades, att veta den genomsnittliga tid det tar mutationer, eller slumpmässiga förändringar av gener, att ackumulera.

Men detta tillvägagångssätt kräver att man gör många antaganden om graden av genetisk förändring och hur dessa grupper faktiskt levde och interagerade med varandra. Asst. Prof. Maanasa Raghavan, en genetiker som nyligen började på University of Chicagos fakultet för att bygga ett gammalt DNA-labb, vill förfina några av dessa antaganden och modeller genom att gå direkt till källan.

"Nu har vi verktygen med vilka vi faktiskt kan extrahera och sekvensera hela genom direkt från skelettrester av forntida individer, " sa hon. "Det är som en tidskapsel från den tid dessa människor levde. Plötsligt har vi en förankringspunkt i det förflutna, så du behöver inte anta saker längre."

Att kunna sekvensera gammalt DNA ger en ögonblicksbild av dessa människor vid en specifik tidpunkt. Att extrahera detta DNA börjar med att hitta rätt sorts ben, som tänder eller små, täta ben i innerörat (petrusben), som bevarar tillräckligt med DNA inuti. Forskare maler sedan en sektion eller borrar in i benet och förbereder det resulterande pulvret för DNA-extraktion och sekvensering. Det är en delikat, noggrant kontrollerad process. Raghavans nya labb ligger i källaren till Gordon Center for Integrative Science, målmedvetet separerat från andra genetiska labb för att undvika att kontaminera proverna med modernt DNA.

Det finns flera gamla DNA-labb runt om i världen nu, och ju fler prover Raghavan och hennes kollegor kan analysera i en etisk, informerat och hållbart sätt, den högre upplösningsbilden de kan skapa om hur individer och populationer utvecklats över tiden. De kan sedan lägga in det vi känner till från andra områden som antropologi, arkeologi, lingvistik och ekologi för att se vad som påverkar kulturella metoder, befolkningsrörelser och blandning, och förändringar i miljön hade på människans genetiska historia.

Till exempel, ett av Raghavans första projekt är att analysera gamla DNA-prover från Sydasien. Detta arbete sker i nära samarbete med indiska forskare och arkeologer. Regionen har understuderats eftersom DNA i allmänhet inte bevaras bra i tropiska miljöer. Men eftersom verktygen för provtagning och genetisk sekvensering har förbättrats, forskare kan hitta fler och fler användbara gamla biologiska material.

Sydasiatiska kulturer har en historia av kastsystem och blandäktenskap mellan nära släktingar, vilket leder till högre frekvens av sjukdomar orsakade av mutationer i recessiva gener. Genom att studera forntida DNA från människor som levde under olika tidpunkter, Raghavan och hennes team kan jämföra den gamla genomiska data med moderna prover och sluta sig till hur mycket blandäktenskap som hände tidigare, och vilka effekter det kan ha haft på sjukdomsfrekvensen över tid.

Likaså, de kan använda gamla data för att förstå hur olika populationer av människor utvecklar mottaglighet för vissa sjukdomar. Om genomiska data från moderna människor visar oss att specifika genetiska förändringar gör människor mottagliga för vissa sjukdomar, de kan leta efter samma förändringar i det gamla DNA för att se när och hur denna mottaglighet kan ha utvecklats.

Raghavans grupp arbetar också med projekt för att rekonstruera den mänskliga befolkningens historia i Amerika. En region i fokus är Chile, där medlemmar i gruppen kommer att studera forntida mänskligt DNA från tidigare kulturer för att förstå om kulturell evolution korrelerade med mänsklig genetik. Till exempel, åtföljdes nya kulturer av att nya människor migrerade in i regionen och förde med sig nya livsstilar och teknik? Hur interagerade dessa olika populationer, Om överhuvudtaget, och bidrog de med gener till dagens befolkningar som bor i denna region i Sydamerika?

Raghavan sa att den här typen av detektivarbete hjälper till att bygga en bättre förståelse för hur dagens befolkningar är strukturerade. Vissa populationer av människor bildar undergrupper eftersom människor tenderar att gifta sig och föröka sig inom samma grupper eller kulturer. Över tid, detta börjar skapa skillnader i arvsmassan som kan innebära att en av dessa grupper är mer benägna att drabbas av sjukdomar (eller skyddas från olika sjukdomar) än en annan. Dessa fina distinktioner kan göra stor skillnad i utformningen av genomomfattande associationsstudier som jämför olika populationer och letar efter genetiska förändringar som kan förklara sjukdomar.

Genom att se in i det förflutna, Raghavan vill lära sig ursprunget till sjukdomar. På nytt, tillämpa lärdomar från andra områden av mänskliga studier:Var det något med miljön som gjorde forntida människor mottagliga för sjukdomar? Eller var det en dramatisk förändring i deras livsstil?

"Med förmågan att få DNA från det förflutna, vi kan faktiskt börja direkt titta på förändringar i arvsmassan över tid och korrelera dem med miljö- eller livsstilsförändringar i det förflutna, ", sa Raghavan. "Vi kan börja bättre sammanföra inte bara hur människor utvecklades, men hur de utvecklades inom miljön de levde i vid en viss tidsperiod och hur det påverkade sjukdomshistorien i vår art."