Dynastia i społeczeństwo państwa Piastów w świetle zintegrowanych badań historycznych, antropologicznych i genomicznych

Dynastia i społeczeństwo państwa Piastów w świetle zintegrowanych badań historycznych, antropologicznych i genomicznych

  • Kierownik projektu: prof. dr hab. Marek Figlerowicz, Instytut Chemii Bioorganicznej PAN
  • Tytuł projektu: Dynastia i społeczeństwo państwa Piastów w świetle zintegrowanych badań historycznych, antropologicznych i genomicznych
  • Konkurs: SYMFONIA 2, ogłoszony 16 grudnia 2013 r.
  • Panel: NZ2

W opinii większości historyków proces tworzenia się państwa Piastów uznać należy za wstępną fazę formowania państwowości polskiej. Powszechnie akceptowany jest również pogląd, iż nasza wiedza o tym procesie jest niezwykle skromna, głównie z powodu braku wiarygodnych źródeł historycznych i archeologicznych. Wydaje się, że obserwowany w ostatnich latach rozwój technik pozyskiwania, sekwencjonowania i analizy kopalnego DNA (aDNA, ancient DNA) stwarza unikatową szansę przezwyciężenia istniejących problemów. Zaplanowane w projekcie badania dostarczą bowiem całkowicie nowych, niezależnych informacji, pozwalających zweryfikować istniejące poglądy oraz w niestereotypowy sposób spojrzeć na historię Europy centralnej, w tym szczególnie na szereg istotnych zjawisk związanych z powstawaniem i funkcjonowaniem państwa Piastów. Podobne projekty inicjowane są obecnie także w kilku innych państwach europejskich. Realizacja postulowanych badań pozwoli więc polskim naukowcom włączyć się do ogólnoeuropejskiej debaty na temat naszej przeszłości. Projekt ten w sposób istotny wzbogaci również nauki o życiu. Stworzona interdyscyplinarna baza danych będzie swego rodzaju biologiczną dokumentacją minionych czasów, ponadto stanowić będzie źródło danych do testowania nowych hipotez oraz inicjowania nowych badań.

Podstawowym celem proponowanych badań jest znalezienie odpowiedzi na szereg pytań, istotnych z punktu widzenia historii Polski oraz Europy i odnoszących się do następujących zagadnień: (i) pochodzenie populacji zamieszkującej region pomiędzy Odrą a Wisłą w okresie formowania się państwa Piastów – weryfikacja hipotez dotyczących kontynuacji/dyskontynuacji osadnictwa na tych terenach w okresie od czasów rzymskich do XII wieku; (ii) genetyczna, morfologiczna oraz kulturowa homogenność X-XII-wiecznej populacji zamieszkującej region obecnej Wielkopolski – weryfikacja hipotez dotyczących związków historycznej ludności Wielkopolski z sąsiednimi populacjami; (iii) pochodzenie dynastii Piastów – weryfikacja hipotez dotyczących lokalnego lub obcego pochodzenia Piastów; (iv) pochodzenie elit państwa piastowskiego – weryfikacja hipotez dotyczących udziału imigrantów w procesie powstawania elit wczesnego państwa Piastów. Dodatkowo, w ramach projektu planujemy: (i) opracowanie i zastosowanie nowych strategii analizy aDNA, między innymi przy użyciu sekwencjonowania nowej generacji; (ii) stworzenie tzw. referencyjnych genomów Piastów oraz typowych przedstawicieli społeczeństwa państwa Piastów; (iii) utworzenie interdyscyplinarnej bazy danych genomicznych, genetycznych, antropologicznych, archeologicznych i historycznych uzyskanych w wyniku realizacji tego projektu.

Projekt realizowany będzie przez Poznańskie Centrum Archeogenomiki tworzone przez trzy jednostki badawcze: (i) Wydział Historyczny Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza (UAM), (ii) Wydział Biologii UAM oraz (iii) Instytut Chemii Bioorganicznej PAN. Dodatkowo w badaniach, w roli partnera, udział weźmie grupa niemieckich historyków z uniwersytetu w Münster. Na czele tej grupy stoi Prof. Eduard Mühle, znany specjalista w zakresie historii centralnej i środkowo-wschodniej Europy. Aby osiągnąć przedstawione powyżej cele zaplanowaliśmy wielokierunkowe interdyscyplinarne badania (historyczne, archeologiczne, antropologiczne, genetyczne i genomiczne) populacji zamieszkującej region obecnej Wielkopolski w okresie pomiędzy czasami rzymskimi a wczesnym średniowieczem. W swoich badaniach pragniemy wykorzystać standardowe metody antropologiczne oraz nowoczesne podejścia bioarcheologiczne i bioinformatyczne, w tym sekwencjonowanie nowej generacji.

Mapy obrazujące złożoną sytuację geo-polityczną Europy Środkowej w okresie pierwszego tysiąclecia. W górnym lewym rogu mapa Europy Środkowej w czasie największych wpływów Cesarstwa Rzymskiego (98-117 r.). W górnym prawym rogu mapa Europy Środkowej w 486 r. W dolnym lewym rogu mapa Europy Środkowej około 1000 r.
Podział próbek materiału biologicznego z wybranych cmentarzy. Próbki zebrane na dziesięciu zidentyfikowanych i scharakteryzowanych cmentarzach na obszarach wiejskich tworzą Grupę NE - osoby spoza elit. Próbki zebrane na pięciu zidentyfikowanych i scharakteryzowanych cmentarzach w zamkach i grodach tworzą Grupę E - elity państwa Piastów. Próbki zebrane w trzystu czterdziestu zidentyfikowanych miejscach pochówku osób z dynastii Piastów tworzą Grupę P - dynastię Piastów. Próbki pochodzące z pięciu zidentyfikowanych i scharakteryzowanych cmentarzy z okresu wpływów rzymskich tworzą Grupę R - osoby zamieszkujące teren obecnej Wielkopolski w okresie wpływów rzymskich.

Pozyskanie kopalnego materiału biologicznego z wybranych cmentarzy oraz z miejsc pochówku Piastów. Zebrane próbki zostaną podzielone na cztery grupy: (i) grupa NE – obejmująca przedstawicieli państwa Piastów niebędących członkami elity społecznej, (ii) grupa E – obejmująca członków elity społecznej państwa Piastów, (iii) grupa P – obejmująca członków dynastii Piastów; oraz (iv) grupa R obejmująca przedstawicieli społeczności zamieszkującej dorzecza Wisły i Odry w okresie wpływów rzymskich.

Wykres ilustrujący przebieg badań. Zastosowanie sekwencjonowania nowej generacji (NGS; ang. Next Generation Sequencing) w badaniach przesiewowych próbek aDNA. Zanieczyszczenie obcym materiałem genetycznym oraz degradacja to dwa główne problemy napotykane podczas analizy aDNA. Dla ich zminimalizowania wszystkie uzyskane próbki DNA poddane zostaną wstępnej analizie, w wyniku której zidentyfikowane będą te o najwyższej zawartości endogennego, ludzkiego aDNA. W tym celu poszczególne próbki DNA wyizolowanego z kości lub zębów zostaną oznaczone unikatowymi znacznikami (DNA-barcode). Stosowany przez nas system NGS Illumina GAIIx pozwala wymieszać i równocześnie analizować około 200 próbek w jednej reakcji sekwencjonowania. Z uwagi na obecność znaczników, każda odczytana sekwencja będzie mogła być jednoznacznie przyporządkowana danej próbce. W ten sposób w zaledwie czterech reakcjach sekwencjonowania będziemy mogli przebadać około 800 próbek. Do dalszych badań wybranych zostanie około 200 próbek (50 z każdej grupy).

Zastosowanie sekwencjonowania nowej generacji (NGS; ang. Next Generation Sequencing) w badaniach przesiewowych próbek aDNA. Zanieczyszczenie obcym materiałem genetycznym oraz degradacja to dwa główne problemy napotykane podczas analizy aDNA. Dla ich zminimalizowania wszystkie uzyskane próbki DNA poddane zostaną wstępnej analizie, w wyniku której zidentyfikowane będą te o najwyższej zawartości endogennego, ludzkiego aDNA. W tym celu poszczególne próbki DNA wyizolowanego z kości lub zębów zostaną oznaczone unikatowymi znacznikami (DNA-barcode). Stosowany przez nas system NGS Illumina GAIIx pozwala wymieszać i równocześnie analizować około 200 próbek w jednej reakcji sekwencjonowania. Z uwagi na obecność znaczników, każda odczytana sekwencja będzie mogła być jednoznacznie przyporządkowana danej próbce. W ten sposób w zaledwie czterech reakcjach sekwencjonowania będziemy mogli przebadać około 800 próbek. Do dalszych badań wybranych zostanie około 200 próbek (50 z każdej grupy).

Selektywne wyodrębnienie całego genomu (ang. whole genome capture; Carpenter i inni, 2013). Próbki DNA wyizolowane z kopalnego materiału biologicznego (zębów lub kości) zwykle zawierają bardzo niewielką ilość endogennego, ludzkiego aDNA. Pozostały DNA pochodzi głównie z zanieczyszczających badany materiał mikroorganizmów. W rezultacie, sekwencjonowanie próbek DNA bezpośrednio po ich wyizolowaniu jest nieefektywne, gdyż poddawane sekwencjonowaniu biblioteki DNA zawierają najczęściej mniej niż 1% endogennego, ludzkiego aDNA. Problem ten można w dużym stopniu przezwyciężyć poprzez zastosowanie nowo opracowanej procedury zwanej selektywnym wyodrębnianiem całego genomu. Najnowsze badania wykazały, że przy użyciu tej metody można zwiększyć zawartość endogennego, ludzkiego aDNA w sekwencjonowanej bibliotece z 1 aż do 50%.

Selektywne wyodrębnienie całego genomu (ang. whole genome capture; Carpenter i inni, 2013). Próbki DNA wyizolowane z kopalnego materiału biologicznego (zębów lub kości) zwykle zawierają bardzo niewielką ilość endogennego, ludzkiego aDNA. Pozostały DNA pochodzi głównie z zanieczyszczających badany materiał mikroorganizmów. W rezultacie, sekwencjonowanie próbek DNA bezpośrednio po ich wyizolowaniu jest nieefektywne, gdyż poddawane sekwencjonowaniu biblioteki DNA zawierają najczęściej mniej niż 1% endogennego, ludzkiego aDNA. Problem ten można w dużym stopniu przezwyciężyć poprzez zastosowanie nowo opracowanej procedury zwanej selektywnym wyodrębnianiem całego genomu. Najnowsze badania wykazały, że przy użyciu tej metody można zwiększyć zawartość endogennego, ludzkiego aDNA w sekwencjonowanej bibliotece z 1 aż do 50%.


Prof. dr hab. Marek Figlerowicz

Marek Figlerowicz przy biurku

Profesor w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN, kierownik Zakładu Biologii Molekularnej i Systemowej. Od 2011 r. dyrektor ICHB PAN. Dodatkowo profesor Wydziału Informatyki Politechniki Poznańskiej. Współtwórca Poznańskiego Centrum Archeogenomiki oraz Europejskiego Centrum Bioinformatyki i Genomiki w Poznaniu. Problematyka badawcza, którą się zajmuje, to mechanizmy molekularne procesów generujących zmienność genetyczną oraz udział RNA w regulacji ekspresji genów. Zainteresowania: filozofia, historia, malarstwo.