Ancient DNA: a multifunctional tool for resolving anthropological questions

Abstract

En aquesta tesis hem analitzat diferents qüestions antropològiques usant l’ADN de poblacions antigues de Catalunya i Balears. Primer, hem intentat millorar la nostra metodologia aplicant un protocol diferent en l’estudi d’un jaciment que inesperadament havia proporcionat resultats escassos. Hem vist que sota algunes circumstàncies el canvi del nostre protocol usant fenol-cloroform pel del kit QIAamp DNA investigator que usa l’afinitat de les partícules de silica és positiu i millora significativament els resultats, encara que sembla que el mètode òptim pot variar en cada cas i que s’hauria de fer una valoració específica per decidir el protocol més adeqüat. Seguidament, hem volgut anar fer l’anàlisi de les relacions intrapoblacionals en grups enterrats en comú per a examinar el paper de les famílies nuclears en l’antiguitat. Vam examinar una cova sepulcral amb múltiples individus de Catalunya de finals de l’Edat del Bronze, i vam comprovar que la hipòtesis que considerava als individus trobats en aquesta cova sepulcral catalana una família nuclear era errònia. L’alta variabilitat de l’ADNmt dins del grup i el fet que l’únic haplogrup compartit (4 individus) fos infreqüent en aquell moment en la regió, suggerien l’existència d’un grup patrilocal amb la integració de dones forànies i d’un possible parentiu entre alguns dels individus. Vam concloure que possiblement els llaços genètics no eren l’únic factor determinant en els grups de finals del Bronze contrastant amb la situació de les famílies nuclears actuals en la societat Occidental, i que possiblement hi havia grups familiars estesos amb lligams culturals. Pel què fa a les poblacions Balears antigues, vam fer l’anàlisi de les seves relacions intra e interpoblacionals. En general la freqüència amb què presenten l’haplogrup H ha estat important almenys des de l’Edat del Ferro, amb l’excepció de la necròpolis de Son Real que presenta unes característiques molt particulars. Això encaixa amb els valors alts de les poblacions contemporànies de l’Oest Mediterrani així com amb les actuals, amb l’excepció de Menorca actual que pot estar influenciada per la colonització anglesa durant el segle XVIII. Els nostres resultas en les necròpolis menorquines van demostrar l’absència de biaix respecte al sexe en els enterraments i suggerien un estil de vida diferent entre les poblacions que vivien en la zona plana i les que vivien en l’accidentada costa sud pel què fa a la reproducció. A Mallorca vam provar l’ús diferencial de les necròpolis. Exceptuant Son Real, totes les necròpolis Balears antigues semblen mostrar una dotació d’haplogrups Europea homogènia, així que trobar aquestes diferències evidencia el sentit de tractar individualment cada necròpolis perquè totes presenten les seves especificitats pròpies. El seu anàlisis haplotípic mostra que ja es troben dins de la variabilitat genètica Europea i mostren un pool genètic molt similar a la població Catalana antiga, reafirmant les seves interaccions històriques documentades, i descarta una relació directa entre els membres de les cultures Nuràgica i Talaiòtica pel què fa als llinatges femenins. Finalment, hem fet una primera aproximació a les malalties que acompanyaven a aquestes poblacions estudiant una infecció altament estesa com la càries. Estudiant el factor de virulència dextranasa de l’agent cariogènic Streptococcus mutans hem pogut usar dades directes des de l’Edat del Bronze a l’actualitat per proposar que ha estat evolucionant neutralment almenys des de llavors i que una tensió de la pressió selectiva en aquest segment sembla l’explicació més plausible per entendre els seus canvis al llarg del temps.

In the current thesis we have examined anthropological questions of ancient Catalonian and Balearic populations using DNA. First, we have tried to improve our methodology applying a different protocol in the study of a site which had provided unexpected poor results. We have seen that under some circumstances the change of our protocol using phenol-clorophorm for the kit QIAamp DNA investigator which uses DNA affinity to silica particles is positive and delivers significantly better results, although it seems that the optimal method can vary at any given site and a consideration on a site by site basis should be made when deciding the most suitable protocol. Next, we have aimed to go into the analysis of intrapopulation relationships in groups buried in close association to analyze the role of nuclear families in the antiquity. We examined a common burial cave from Catalonia in the Late Bronze Age, and proved that the hypothesis considering the individuals found in Catalonia’s burial cave a nuclear family was erroneous. The high mtDNA variability inside the group and the fact that the only shared haplogroup (4 individuals) was uncommon in the region at that time, suggested the existence of a patrilocal mating system with the integration of foreign women and pointed to the kinship of some of the individuals. Our conclusion is that possibly the genetic ties were not the only determinant factor in close groups in the Late Bronze Age in contrast to the situation in current nuclear families in Western society, with cultural issues also playing an important role in what could possibly seen as an extended family structure. Concerning ancient Balearic populations, we analyzed intra and interpopulational relationships. In general their frequency of haplogroup H was very important since at least the Iron Age, with the exception of one necropolis, Son Real, which has very particular characteristics. This fits with the high values from their contemporary populations from the Western Mediterranean as well as with the current ones, exception made of Current Minorca which may be influenced by the English colonization during the XVIIIth century. Our results in the Minorcan necropolises proved the lack of sex bias in the interments and suggested different lifestyles between the populations living in the plain and those living in the rugged southern coast regarding inbreeding. In Majorca we proved a differential use of the necropolises. With the exception of Son Real, all the ancient Balearic necropolises seem to have an homogeneous European haplogroup pool so these differences evidence that the individual treatment of each necropolis makes sense as they all have their own uniqueness. The haplotipic analysis confirms that they already belong to the European genetic variability and show a very similar genetic pool to the ancient Catalan population, reaffirming their already documented historic interactions, and rules out a direct relationship between the members of the Nuragic and the Talaiotic cultures regarding the feminine lineages. Finally, we have made a first approach to the illnesses which accompanied these populations studying a widespread infection as caries. Studying the virulence factor dextranase of the cariogenic agent Streptococcus mutans we have been able to use direct data from the Bronze Age to the current era to propose that it has been evolving under neutral evolution at least since then and that a constraint of the selective pressure in this segment seems the most plausible explanation to understand its changes over time.