Biologia

Antyczny DNA

Utworzono: niedziela, 26 maj 2019 Anna Leszkowska

Stojak JCzy potrafimy sobie wyobrazić świat, w którym znów żyją dinozaury, a na wakacje jeździlibyśmy na Syberię oglądać wolnożyjące stada mamutów? Co jakiś czas media rozgrzewają dyskusję dotyczącą możliwości odtworzenia wymarłych gatunków i tym samym naprawienia niektórych skutków działalności człowieka, ale takie wskrzeszenia jeszcze długo pozostaną w sferze powieści science fiction. Możliwości genetyki nie należy jednak bagatelizować. DNA wyizolowany ze szczątków zwierząt żyjących w odległej przeszłości stanowi cenne źródło informacji, a niektóre z takich historii są niczym kryminalne opowieści.

Czym jest aDNA?

DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, jest wspaniałym związkiem. Nie zobaczymy go gołym okiem, ale to on decyduje o naszym życiu. Determinuje, jaki będziemy mieli kolor oczu, czy na śniadanie będziemy mogli zjeść płatki kukurydziane z mlekiem, czy zachorujemy na hemofilię, lub inną chorobę genetyczną. DNA to przepis, którego nie możemy zmienić.
Modyfikacje DNA u roślin (zazwyczaj uprawnych) czy zwierząt (zazwyczaj hodowlanych) wprawdzie nie należą do rzadkości, jednak potencjalne modyfikacje w genomie człowieka pozostają w sferze tabu. Pomijając kwestię nieetyczności, należy pamiętać, że mimo olbrzymiej wiedzy, którą posiadamy, w genetyce wciąż więcej jest niewiadomych. W inżynierii genetycznej szerokie zastosowanie znajduje metoda CRISPR/Cas (ang. Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats), pozwalająca na bardzo precyzyjne edytowanie genomów różnych organizmów. Nadal jednak nie znamy jej potencjalnych, długofalowych skutków.

DNA składa się z wielu małych puzzli, tzw. nukleotydów. Każdy nukleotyd posiada cukier deoksyrybozę (składający się z pięciu cząsteczek węgla), resztę kwasu fosforanowego i jedną z czterech zasad azotowych: purynę – adeninę (A) lub guaninę (G), lub pirymidynę – tyminę (T) lub cytozynę (C). Nukleotydy są połączone liniowo wiązaniami fosfodiestrowymi, tworząc nić DNA, prezentującą się jako ciąg liter A, T, G, C.
Cząsteczka DNA składa się z dwóch takich nici, połączonych dzięki zasadzie komplementarności: znajdujące się wewnątrz zasady azotowe łączą się w ściśle określone pary. Adenina zawsze łączy się z tyminą, a guanina z cytozyną. Dzięki temu, posiadając tylko jedną nić DNA z łatwością odtworzymy drugą.
Dwuniciowa cząsteczka DNA przyjmuje kształt prawoskrętnej, podwójnej helisy. Model ten został opisany i zaprezentowany w 1953 roku przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka. Badacze za swoje odkrycie otrzymali Nagrodę Nobla, nie byłoby to jednak możliwe, gdyby nie badania Rosalind Franklin, której nazwisko nie zostało uwzględnione w werdykcie Komitetu Noblowskiego.

Gdybyśmy połączyli wszystkie ludzkie cząsteczki DNA z jednej komórki somatycznej w jedną nić, mierzyłaby ona ponad 2 metry! DNA jest zatem mistrzem kompresji danych. Jednocześnie jest bardzo podatny na niekorzystne warunki środowiskowe, które go niszczą (degradują). Podobno w odpowiednich warunkach (niskie temperatury, niska wilgotność i wysokie zasolenie) DNA potrafiłby przetrwać w dobrym stanie nawet milion lat.
DNA wyizolowany z materiału biologicznego (kości, wytwory skóry) pobranego z organizmów żyjących wieki temu nazwano antycznym DNA (aDNA). Cząsteczki aDNA wykazują znaczne zdegradowanie, jednak z każdą dekadą genetyka robi znaczne postępy metodologiczne i obecnie w większości przypadków antyczny DNA można (przynajmniej w części) wyizolować, namnożyć i odczytać sekwencję jego nukleotydów (zsekwencjonować).

Ciężki kawałek DNA

Zanim jednak dokona się przełomowego odkrycia, aDNA należy uzyskać i skutecznie (czyli również bezbłędnie) namnożyć. Antyczne cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego są znacznie pofragmentowane. Setki, a nawet tysiące lat niekorzystnego działania warunków środowiskowych doprowadzają do tego, że DNA może być pocięty na fragmenty o długości do kilkudziesięciu par zasad. Wyobraźmy sobie jak żmudną pracą jest uzyskanie wtedy sekwencji całego genomu mitochondrialnego, który liczy ponad 16 tysięcy par zasad! Co więcej, antyczny DNA izolowany z osadów lub pokładów lodowcowych jest zanieczyszczony inhibitorami, które hamują lub wręcz uniemożliwiają przeprowadzenie jego amplifikacji.
Amplifikacja DNA nie byłaby możliwa, gdyby nie opracowanie przez Kary’ego Mullisa w 1983 roku reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR, ang. polymerase chain reaction), polegającej na kopiowaniu cząsteczek DNA w warunkach laboratoryjnych. Ilość DNA uzyskanego w PCR zależy od liczby cykli reakcji (n) i wynosi 2n (zatem po 30 cyklach liczba cząsteczek DNA wynosi 230, czyli 1 073 741 824!).

Obecnie aDNA jest powielany i odczytywany z zastosowaniem sekwencjonowania nowej generacji (NGS, ang. next generation sequencing). Metoda ta tworzy sekwencję konsensusową, czyli najczęściej powtarzaną sekwencję uzyskaną po przyrównaniu wszystkich odczytów sekwenatora i obliczeniu częstości występowania nukleotydów w każdej pozycji tych odczytów. NGS eliminuje również problem ewentualnej kontaminacji innym DNA (np. bakteryjnym), jeżeli tych zanieczyszczeń jest bardzo mało w stosunku do DNA będącego obiektem badań (tzw. DNA matrycowego). Szczególnie poważnym problemem jest kontaminacja współczesnym DNA, dlatego izolacja aDNA jest prowadzona w specjalnie przygotowanym laboratorium, z osobnym wejściem, wyposażonym w śluzy, w którym nie pracuje się z DNA pozyskanym z prób współczesnych, ani z produktami uzyskanymi w PCR. Pomieszczenia są codziennie naświetlane promieniowaniem UV, a osoby pracujące w takim laboratorium noszą specjalne maski i kombinezony ochronne.

Ile Neandertalczyka w Homo sapiens?

Pierwszym sukcesem w analizach muzealnych prób było zsekwencjonowanie w 1984 roku przez zespół dr. Russella Higuchi z Uniwersytetu Kalifornijskiego mitochondrialnego genomu z zasuszonych mięśni zebry kwagga, martwej od 140 lat. Możliwość analizy antycznego DNA otworzyła przez naukowcami nowe możliwości, w tym analizę historii człowieka, obejmującą migracje populacji ludzkich i porównanie współczesnych ludzi z Neandertalczykami.
Odczytanie całego genomu mitochondrialnego Neandertalczyka przez zespół profesora Svante Pääbo z Instytutu Maxa Plancka w Lipsku ujawniło, że około 50-60 tysięcy lat temu wczesny Homo sapiens sporadycznie krzyżował się ze swoim wymarłym 24,5 tysiąca lat temu krewnym.
Geny Neandertalczyków znaleźć można u ludzi z różnych stron świata z wyjątkiem Afryki, której obszarów Homo neanderthalensis nigdy nie zamieszkiwał. Udział genów Neandertalczyka w genomie współczesnych ludzi wynosi około 1-4%.

Badania Srirama Sankararamana z Harvardu wykazały, że najwięcej znajduje się ich w regionach związanych z produkcją białka keratyny, zatem kodujących kolor skóry, oczu czy włosów oraz odpowiadających za elastyczność i wytrzymałość mechaniczną skóry. Sugeruje to, że nasi wymarli kuzyni przekazali nam zdolność w dostosowaniu się do chłodniejszego niż afrykański klimatu oraz… niebieskie oczy.
Niestety, badania Sankararamana wykazały również, że zwiększone ryzyko zachorowania na choroby takie jak toczeń rumieniowaty czy cukrzyca typu 2 również może być związane z obecnością neandertalskich wariantów genów. Na podstawie analizy genetycznej całej współczesnej populacji zamieszkującej Europę i Azję Wschodnią, Benjamin Vernot i Joshua Akey z uniwersytetu w Seattle oszacowali, że w sumie Neandertalczycy przekazali Homo sapiens aż 20% swojego genomu. Kto by pomyślał, że nasze geny skrywają takie sensacje!

Wędrówki z mamutami

Tysiące lat temu Polska wyglądała zupełnie inaczej. W 2016 roku, budowniczy drogi S3 ku swojemu zdumieniu w okolicach Gorzowa Wielkopolskiego odkryli niemal kompletny szkielet ciepłolubnego nosorożca Stephanorhinus kirchbergensis sprzed 100 tysięcy lat. Zwierzę najprawdopodobniej utonęło w jeziorze, które kiedyś zajmowało tereny gdzie teraz poprowadzono drogę ekspresową. Ale to nie koniec rewelacji. Szczątki mamutów rozsypane są dosłownie po całym kraju potwierdzając, że te włochate zwierzęta żyły w Polsce w licznych stadach. Wiek najmłodszych kości szacuje się na 13 tysięcy lat. W licznie odnajdywanych w Polsce szczątkach różnych zwierząt tkwi olbrzymi potencjał, jednak wciąż niewiele z nich analizowanych jest pod kątem zmienności antycznego DNA.

Sukces w amplifikacji aDNA zebry kwagga, wspomniany we wcześniejszym rozdziale tego artykułu, stworzył nowe możliwości w odtwarzaniu historii ewolucyjnej gatunków w oparciu nie tylko o rozmieszczenie ich szczątków kopalnych w różnych okresach, ale także o analizę ich zmienności genetycznej. Szczególnie interesujące są scenariusze poglacjalnej kolonizacji obszarów, z których wycofał się lodowiec.

Analiza danych genetycznych pozyskanych z prób współczesnych pozwala na identyfikację gwałtownych wydarzeń z przeszłości, takich jak wycofywanie i ekspansja populacji w trakcie cyklicznie występujących okresów zlodowacenia (glacjałów) i odwilży (interglacjałów). Z kolei antyczny DNA pozwala zajrzeć jeszcze głębiej, umożliwiając poznanie struktury genetycznej badanych populacji w konkretnym momencie. Często okazuje się, że przeszłość była znacznie bardziej skomplikowana niż wskazywałyby współczesne populacje.

Doskonałym przykładem jest historia ewolucyjna niedźwiedzia brunatnego. W holocenie tereny współczesnej Francji zamieszkiwane były przez populację niedźwiedzia, po której obecnie nie ma już śladu – została wytępiona przez ludzi. W tym przypadku doszło jedynie do zubożenia puli genetycznej gatunku, natomiast mamuty nie miały takiego szczęścia, dosłownie znikając z powierzchni Ziemi.

Antyczny DNA pozwala również skorelować czas wymierania różnych gatunków z pojawieniem się człowieka. Badania populacji bizonów z obszarów Azji i Ameryki Północnej ujawniły, że wprawdzie populacja tych zwierząt zaczęła zmniejszać się już około 37 tysięcy lat temu, ale dopiero 15-12 tysięcy lat temu, gdy doszło do spotkania z myśliwymi, spadek ten znacznie przyspieszył.

W przypadku gatunków wrażliwych na stan środowiska zmiany klimatyczne doprowadzają do drastycznych zmian demograficznych. Gwałtowne ocieplenie około 15-13 tysięcy lat temu spowodowało znaczne zmniejszenie zasięgu i liczebności leminga obrożego, gryzonia przystosowanego do chłodnego klimatu. Modelowanie uwzględniające prognozowane zmiany klimatyczne sugeruje, że w ciągu kolejnych 50-60 lat zniknie aż połowa obszarów odpowiednich dla leminga, doprowadzając niechybnie do jeszcze większej redukcji jego populacji.

Spośród licznych badań wykorzystujących antyczny DNA wyróżnić należy projekt, którego bohaterem był zamieszkujący Polskę żubr. Okazało się bowiem, że gatunek ten jest hybrydą! Wyniki analiz sugerują, że żubr jest wynikiem krzyżowania się około 120 tysięcy lat temu dwóch wymarłych gatunków: żubra stepowego (pierwotnego) i tura (przodek bydła domowego). I to jest dopiero historia! Antyczny DNA na pewno skrywa ich jeszcze bardzo wiele.
Joanna Stojak

Dr Joanna Stojak jest pracownikiem naukowym Instytutu Biologii Ssaków PAN

 

 

 

Historia zapisana w drewnie

Utworzono: środa, 18 lipiec 2018 Anna Leszkowska

Drewno jest niezwykłym surowcem. Należy do najstarszych materiałów używanych przez człowieka. Stanowi podstawowy składnik papieru, wykorzystywane jest jako paliwo i materiał budowlany.

A. Stojak 1Już Leonardo da Vinci zaobserwował, że słoje drzewa różnią się w zależności od panujących warunków środowiska. W latach 20. XX w. Andrew E. Douglass bardzo wnikliwie poszukiwał związku między aktywnością Słońca i jego wpływem na warunki klimatyczne a sekwencją przyrostów rocznych. Korelacji nie udało mu się wykazać, jednak zauważył, że drzewa rosnące w podobnych warunkach klimatycznych wykazują duże podobieństwo przyrostów rocznych. Jego badania stanowiły podwaliny dendrochronologii, której użyteczność udowodniono już w 1929 roku, kiedy to na podstawie analizy pochodzącego z indiańskich osad drewna budowlanego precyzyjnie określono ich powstanie na 1285 rok.

Od lat 60. XX w. konstruowane są liczne chronologie wzorcowe, będące podstawą poprawnych datowań prób drewna o zróżnicowanym pochodzeniu.
W dendrochronologii największe znaczenie mają drzewa długowieczne, takie jak sekwoja czy dąb, a opracowane dla nich skale wzorcowe umożliwiają nie tylko ustalenie roku, ale nawet sezonu ich ścięcia (jeśli nastąpiło w okresie wegetacyjnym). Obecnie jest to najdokładniejsza metoda szacowania wieku bezwzględnego, znajdująca zastosowanie w archeologii, klimatologii, leśnictwie, ekologii czy historii sztuki. Uzyskane informacje rzucają nowe światło na historię wielu budowli, a tym samym dzieje Polski.

Sekrety drzew

Dendrochronologia (gr. dendron – drzewo, chronos – czas, logos – nauka) polega na przyporządkowaniu poszczególnym przyrostom rocznym drzewa (tzw. słojom) czasu ich powstania, w odniesieniu do konkretnych lat kalendarzowych. Badania Douglasa wykazały, że drzewa tego samego gatunku, rosnące w tym samym regionie klimatycznym, reagują podobnie na zmiany warunków środowiskowych, co przekłada się na niemal identyczny przyrost kolejnych słojów (tzw. zasada współzależności dendrochronologicznej). Szerokość przyrostów uzależniona jest od zmian temperatury, wilgotności, obecności pasożytów, działalności człowieka - jeśli warunki są sprzyjające, wytworzone pierścienie są grube, natomiast zimne, suche okresy skutkują powstaniem wąskich słojów.

Niepowtarzalna sekwencja przyrostów rocznych (tzw. krzywa dendrochronologiczna) stanowi swoisty kod kreskowy, zawierający w sobie informacje o panujących w trakcie całego życia drzewa warunków środowiskowych. Krzywe te umożliwiają dokonanie porównań pomiędzy jednym i drugim drzewem. Umożliwia to datowanie prób drewna o nieznanym wieku, z dokładnością do jednego roku oraz rekonstrukcję zmian zachodzących w danym okresie.

Co roku drzewo produkuje jeden słój, u większości gatunków klimatu umiarkowanego złożony z dwóch warstw - wyprodukowanego wiosną drewna wczesnego i powstającego w lecie drewna późnego. Proces odkładania drewna zamiera na okres zimowej przerwy wegetacyjnej, by po roku cykl powtórzył się. W drewnie drzew iglastych przyrosty są zazwyczaj czytelne i dobrze widoczne. Składają się z jasnej strefy drewna wczesnego, charakteryzującego się cienkimi ścianami komórkowymi oraz ciemną strefą drewna późnego, posiadającego grubą ścianę komórkową, nadającą drewnu dużą wytrzymałość mechaniczną.

W przypadku drzew liściastych wyróżnić można dwie grupy gatunków, różniących się rozmieszczeniem i rozmiarami elementów przewodzących wodę (tzw. naczyń). Gatunki takie jak dąb, jesion czy wiąz wiosną tworzą duże naczynia, składające się na duży i wyraźny pierścień (tzw. drewno pierścieniowo-naczyniowe). Drzewa takie jak olcha czy buk produkują drewno rozpierzchło-naczyniowe, w którym naczynia są porozrzucane równomiernie wewnątrz przyrostu rocznego. Skutkuje to tworzeniem słojów trudnych do obserwowania.
Istnieją jednak sytuacje, w których proces tworzenia nowych pierścieni zostaje zakłócony, prowadząc do powstania anomalii przyrostowych. W ekstremalnie złych warunkach (np. w przypadku długotrwałego deficytu wodnego) drzewo nawet przez kilka lat może nie wytwarzać przyrostu lub wytwarzać go jedynie na części obwodu. Zdarza się również, że w rezultacie zmian gęstości drewna wewnątrz słoja wytworzy się podwójny przyrost. Identyfikacja tych anomalii stanowi bardzo ważną kwestię w poprawnej analizie dendrochronologicznej.

Analiza dendrochronologiczna

Rozszyfrowywanie historii zapisanej w słojach zaczyna się od poprawnego pobrania próby. Może mieć ona formę tzw. „plastra”, czyli wyciętego fragmentu o grubości kilku centymetrów, reprezentującego poprzeczny przekrój drzewa lub odwiertów o średnicy 5-20 mm. Czasami wykorzystuje się wysokiej jakości fotografie.

Wykonanie odwiertu nie narusza struktury czy wytrzymałości drzewa i pozostaje prawie niewidoczne, dlatego sprawdza się zarówno u drzew rosnących, jak i w zabytkach ruchomych, na przykład meblach o wartości muzealnej czy ram obrazów. Próbki drewna pobiera się specjalnym wiertłem rurowym (nazywanym też świdrem przyrostowym Presslera), od kory w kierunku rdzenia drzewa, tak aby uchwycić całą zmienność obserwowaną na przekroju poprzecznym. Po wzmocnieniu, odwiert jest szlifowany w celu uczytelnienia sekwencji przyrostów. Aby jak najskuteczniej dotrzeć do rdzenia drzewa, należy uwzględnić jego gatunek, pozycję (na przykład stopień pochylenia) oraz ogólny stan. Ważny jest również rytm powstawania przyrostów, sposób ich odkładania (u drzew iglastych i liściastych proces przebiega inaczej) oraz obecność sęków. Powodzenie analizy uzależnione jest również od stopnia zachowania przyrostu zewnętrznego i liczby wszystkich przyrostów (powinno ich być minimum 50). W przypadku prób z zachowaną kompletną zewnętrzną warstwą drewna wraz z korą (lub przynajmniej miazgą) oszacowanie jej wieku zazwyczaj nie stanowi problemu. Ostatni przyrost (pierścień podkorowy) wyznacza rok ścinki drzewa.drzewo1

Uwidocznione podczas szlifowania pierścienie są kilkakrotnie zliczane (z dokładnością 0,01 mm), a powstały wykres jest porównywany z wykresami uzyskanymi z zestawu próbek z tej samej lokalizacji. W wyniku powyższych dopasowań powstaje chronologia względna, ustalająca jedynie następstwo czasowe pomiędzy próbami (próby starsze i młodsze), bez podawania konkretnych dat.
Aby umiejscowić próby w jednostkach czasowych (tzw. chronologia bezwzględna), niezbędne jest porównanie odczytanych sekwencji przyrostów z wykresami wzorcowymi specyficznymi gatunkowo. Zazwyczaj porównania dokonuje komputer, który wybiera kilka alternatywnych, najbardziej prawdopodobnych przedziałów z wykresu wzorcowego. Jednak to naukowiec musi zdecydować, który z tych przedziałów jest właściwym. Uznaje się, że dla poprawnego oznaczenia czasu pokrycie próby z chronologią wzorcową musi wynosić minimum 50 lat.
Wykresy wzorcowe są wynikiem synchronizacji zachodzących na siebie wiekowo wykresów drzew współczesnych z drzewami coraz starszymi, pochodzącymi m.in. z budowli i odkrywek archeologicznych (zgodnie z wyżej wspomnianą już zasadą współzależności dendrochronologicznej).
Dopasowanie wielu takich wykresów skutkuje uzyskaniem dla konkretnego gatunku ostatecznego, ciągłego kalendarium zmian w sekwencji przyrostów od chwili obecnej do czasów prehistorycznych (tzw. chronologia wzorcowa, ciągła).

Chronologie ciągłe mają jednak ograniczony geograficzny zasięg stosowania i pozwalają na szacowanie wieku drzewa jedynie z obszaru spójnego klimatycznie. Dlatego właśnie w dendrochronologii wiek próby jest albo określony bezwzględnie, albo nie jest określany wcale. Próba bez możliwości oszacowania wieku zostaje odłożona do archiwum w oczekiwaniu na kolejne chronologie wzorcowe, które kiedyś pozwolą na jej rozszyfrowanie.

Chronologie wzorcowe

W całej Europie przez wieki drzewem najczęściej używanym w budownictwie był dąb. Gatunek ten charakteryzuje się dużymi i wyraźnymi przyrostami rocznymi, a w wodzie lub wilgotnym środowisku nabiera czarnej barwy (takie formy określane są mianem „czarnych dębów”). Na obszarze Niżu Europejskiego (czyli również Polski) stwierdzono u tych drzew występowanie silnego sygnału klimatycznego(współzależności dendrochronologicznej) w kierunku równoleżnikowym, zgodnie z ukształtowaniem terenu. Umożliwia to porównanie krzywych dendrochronologicznych uzyskanych z analizy polskich dębów z krzywymi wzorcowymi dębów niemieckich, jak to miało miejsce w przypadku datowania próbek drewna z osady w Biskupinie.

Jak wspomniano, warunkiem bezwzględnego określenia wieku drewna jest posiadanie dla niego chronologii ciągłej. Opracowane chronologie są dostępne między innymi na stronie Amerykańskiej Narodowej Służby Oceanicznej i Meteorologicznej (NOAA). Wyniki wieloletnich badań są imponujące. Szwajcarskie i niemieckie skale skonstruowane dla dębu obejmują okres prawie 6 tysięcy lat!

W Polsce pierwszą ciągłą chronologię dla dębu wykonał Tomasz Ważny. Dotyczy ona Pomorza Gdańskiego i obejmuje okres od 996 do 1985 roku. Następnie skonstruowano chronologie dla dębu z Pomorza Szczecińskiego (obejmującą lata 578-1393 oraz 1554-1994), Mazowsza (obejmującą lata 593-965) i Biskupina (obejmującą lata 887-772 p.n.e.).
Włączenie do analiz subfosylnych pni czarnych dębów pochodzących z osadów rzecznych Nysy Kłodzkiej, Odry, Skawy, Wisły, Wisłoki i Sanu rozszerzyło rekonstrukcję chronologii aż do 474 roku p.n.e. (chronologia obejmuje lata 474 p.n.e.-1529). Datowanie było możliwe dzięki korelacji z chronologią z Pomorza Wschodniego oraz skalą południowo-niemiecką.

Wśród drzew iglastych na uwagę zasługuje jodła pospolita, która charakteryzuje się wyjątkowo silnym sygnałem dendrochronologicznym i szerokim zasięgiem geograficznym. Chronologia ciągła tego gatunku w Polsce obejmuje południowe obszary kraju i lata 1106 – 1998. Z kolei inny gatunek drzewa iglastego, sosna zwyczajna, wykazuje dużą zmienność osobniczą, a zdolność do występowania w różnych środowiskach doprowadziła do powstania na obszarach Niżu Europejskiego licznych form i odmian. Pomimo tych trudności, skonstruowano dla tego gatunku chronologię ciągłą z obszarów Małopolski (obejmującą lata 1091-2006) oraz Kujaw i Pomorza Gdańskiego (obejmującą lata 1106-1991).

Co można wyczytać z drewna?

drzewo2Dendrochronologia jest niezastąpioną metodą szacowania wieku zabytków. W przypadku budowli datowane są jej elementy konstrukcyjne, z możliwością określenia poszczególnych faz jej powstawania. Zakłada się, że podczas prac budowlanych wykorzystywano drewno w roku jego pozyskania, bez uprzedniego suszenia. Aby określić wiek zabytków ruchomych, do analiz wykorzystuje się próby drewna pobrane na przykład z ram, mebli, elementów ołtarzy czy ikon.

Informacja niesiona przez ciąg przyrostów rocznych jest jednak znacznie szersza niż wiek drzewa i pozwala na rekonstrukcję panujących w przeszłości warunków klimatycznych i zasięgów lodowca, występowania na analizowanych obszarach leśnych powodzi, pożarów, gradacji chrząszczy, przebieg dawnych koryt rzecznych czy ruch lawin/ wydm. Co więcej, dzięki wysokiej precyzji datowań wykonanych metodami dendrochronologicznymi, mogą być one wykorzystywane jako narzędzie do kalibracji i ulepszania datowania wykonanego metodą radiowęglową (opartą na pomiarze proporcji między izotopem promieniotwórczym węgla 14C a izotopami trwałymi 12C i 13C). Pojawia się zatem pytanie: świadkami jakich zdarzeń były polskie drzewa?

Odkrycie osady w Biskupinie niewątpliwie stanowiło sensację. Bardzo długo sądzono, że powstawała ona na przestrzeni wielu pokoleń, ale dopiero analizy dendrochronologiczne rozwiały wszelkie wątpliwości. Pobrane z różnych elementów konstrukcyjnych próbki drewna wysłano do Szwecji, gdzie wykazano, że różnica między najmłodszym a najstarszym drewnem użytym podczas budowy (czyli de facto czas wznoszenia osady) wynosiła 25 lat. Wykorzystywano głównie drewno ze ścinek zimowych.
Do oszacowania precyzyjnego wieku Biskupina zastosowano informacje o warunkach klimatycznych panujących w analizowanym okresie na obszarze sąsiednich Niemiec. Czas powstania obiektu określono na 722-747 p.n.e., czyli o 200-250 lat wcześniej niż sądzono.

Analizie dendrochronologicznej poddano również zespół grodowy w Gnieźnie. Ujawniła ona, że część grodu uznawana za jego główny człon w rzeczywistości była młodsza i rekonstrukcja wczesnośredniowiecznej fortyfikacji pierwszej stolicy państwa polskiego wymagała korekty. Podobne wyniki uzyskano w przypadku analizy prób drewna z pomostu oraz konstrukcji wałów grodu w Płońsku. Ich datowanie udowodniło, że w Płońsku już w połowie IX w. istniała stabilna i dobrze rozwinięta osada, co przeczyło teorii, że Mazowsze było zapóźnione w porównaniu z ziemią gnieźnieńską.
Naukowcy wnikliwie przebadali także drewno pochodzące z grodu na Ostrowie Lednickim, największej z pięciu wysp na jeziorze Lednica, będąca prawdopodobne miejscem Chrztu Polski. Wyspa była połączona z lądem dwoma mostami: zachodnim (poznańskim) i wschodnim (gnieźnieńskim). Pobrane próby z drewnianych elementów przyczółka oraz pali mostu gnieźnieńskiego z dna jeziora wykazały, że zbudowano go zimą 963/4 roku. Most budowany był przez 70 lat (lata 961-1032) w kilku fazach konstrukcyjnych. Stwierdzono również trzy jego przebudowy lub duże naprawy (w latach 980/81, 1015 i 1032/33), a także kilka mniejszych napraw (w latach 973, 1000 i 1022).

W przypadku cerkwi w Uluczu, uznawanej za jedną z dwóch najstarszych w Polsce cerkwi szesnastowiecznych, analizy wykazały, że w rzeczywistości jest ona młodsza niż sądzono. Wiek wszystkich odwiertów, pobranych z belek zrębowych ścian budowli określono na 1658 rok. Sugeruje to, że cerkiew najprawdopodobniej została wybudowana na miejscu starej, która uległa zniszczeniu w pożarze.

Kolejnym ciekawym przykładem jest określenie wieku łodzi znalezionej wśród pozostałości średniowiecznej zabudowy na terenie Starego Miasta w Kołobrzegu. Łódź o długości 7 metrów i szerokości 1,2 metra charakteryzowała konstrukcja mieszana, dłubankowo-klepkowa. Próby pobrano z różnych jej części, wykazując, że często była naprawiana i zapewne była wykorzystywana do transportu towarów przez około 20 lat. Części kadłuba wydatowano na 1325 rok, natomiast klepki m.in. na 1311 i 1315 rok.

Podsumowanie

W niniejszym artykule przedstawiono tylko kilka przykładów na to, jak metody dendrochronologiczne pozwoliły precyzyjnie oszacować wiek niektórych budowli i tym samym skorygować powszechnie uznawane dogmaty historyczne. Zachęconych tym tematem czytelników odsyłam zatem do licznych książek i artykułów naukowych, opisujących kolejne spektakularne odkrycia. Okazuje się bowiem, że niewielki i niepozorny kawałek drewna wyłowiony z morza skrywać w sobie może nieznane historie na przykład o podbojach i wędrówkach Wikingów. Opracowane do tej pory chronologie ciągłe pozwalają na określanie wieku drewna dębowego pochodzącego z ostatnich 2 tysięcy lat oraz drewna sosnowego i jodłowego z ostatniego tysiąclecia. W dendrochronologii tkwi zatem olbrzymi potencjał badawczy i z jej pomocą naukowcy na pewno rozwiążą jeszcze niejedną zagadkę.
Joanna Stojak
Instytut Biologii Ssaków PAN w Białowieży

Literatura dodatkowa:

Schweingruber F.H. 1988. Tree rings. Basics and applications of dendrochronology. Berlin Wydawnictwo Springer.

Strona internetowa Amerykańskiej Narodowej Służby Oceanicznej i Meteorologicznej (NOAA):
https://www.ncdc.noaa.gov/data-access/paleoclimatology-data/datasets/tree-ring

DMC Firewall is developed by Dean Marshall Consultancy Ltd