© Copyright Menno Schilthuizen Op jacht naar oer-DNA in museumstukken In barnsteen en botten worden soms miljoenen jaren oude DNA-fragmenten gevonden. Althans dat wordt beweerd. Maar kan DNA wel zo lang overleven, vragen critici zich af. In Engeland wordt de proef op de som genomen. MENNO SCHILTHUIZEN (Oorspronkelijk verschenen in de Volkskrant.) Ergens in het Oligoceen (zo'n dertig miljoen jaar geleden) landde een bijtje op een Algarroba-boom. De bij en haar soortgenoten bezochten deze bomen vanwege de overvloedige hars die uit de schors stroomde, en die de diertjes gebruikten voor liet bouwen van hun nesten. Van tijd tot tijd raakte een bij in de hars verstrikt en kwam om. Hetzelfde lot wachtte ook dit bijtje. Het raakte ingesloten in een druppel kleverige hars, die van de boom afdroop en op de grond terechtkwam. Hier begon de hars uit te harden, terwijl de druppel langzaam werd bedekt door gevallen blad en aarde. Later spoelden regens de bodem los en de bij in haar druppeltje hars werd via rivieren meegevoerd naar de zeebodem, waar ze miljoenen jaren sedimentatie over zich heen kreeg. Inmiddels verhard tot barnsteen, werd de hars uit zee opgeheven tijdens de vorming van de bergen van de Dominicaanse Republiek, waar de druppel uiteindelijk door een hamerslag van de Amerikaanse entomoloog George Poinar weer aan het daglicht werd blootgesteld. Poinar en zijn vrouw Roberta, beiden werkzaam aan de Universiteit van Californië in Berkeley, waren wat je zou kunnen noemen barnsteen-freaks. Hun hele leven al reisden ze de wereld af op zoek naar barnsteen met insekten. Ze waren in 1982 de eersten die aantoonden dat in die insekten nog intact weefsel aanwezig is. Door die resultaten aangemoedigd, probeerden ze in het midden van de jaren tachtig een paar keer om DNA te isoleren uit barnsteen, maar zonder succes, en teleurgesteld lieten ze de zaak voor wat hij was. Tot in 1991 hun zoon Hendrik (toen bezig met zijn afstudeeronderzoek in de moleculaire biologie) zijn ouders vroeg of hij het mocht proberen. Zijn ouders stemden toe en Hendrik vertrok met vijf stukjes Dominicaans barnsteen met bijtjes. En toen ging het opeens heel snel. Meteen het eerste stuk dat Hendrik en zijn begeleider Raul Cano onder handen namen, bleek DNA te bevatten. Binnen een paar maanden lukte het hun een deel van de genetische code te achterhalen. Omdat de mogelijkheid bestond dat het DNA een vervuiling van recente oorsprong was, vergeleken ze de code met die van verwante hedendaagse bijensoorten, en tot hun stomme verbazing bleek het DNA daar sterk op te lijken: ze hadden dus daadwerkelijk het oudste DNA ter wereld in handen. Op 1 september 1992 maakten ze hun resultaten bekend. En dat bleef niet onopgemerkt, vooral niet omdat amper drie weken later andere onderzoekers meldden hoe ook zij DNA hadden geëxtraheerd uit Dominicaans barnsteen. En alsof dat nog niet overtuigend genoeg was, deden Cano en vader en zoon Poinar het jaar daarop hun huzarenstukje nog eens over met DNA van zowel de Algarroba-boom (die verantwoordelijk was voor het Dominicaanse barnsteen) als van een 125 miljoen jaar oude snuitkever uit Libanees barnsteen. Beide studies werden gepubliceerd in Nature in de zomer van 1993. De wetenschappelijke wereld was een jaar lang in de ban van ancient DNA, of aDNA, zoals het ook wel wordt aangeduid. De ontdekking van het 125 miljoen jaar oude erfelijk materiaal van de snuitkever was zelfs voorpaginanieuws in de hele wereld. Voor een deel kwam dit natuurlijk door het spectaculaire karakter van de vondst, en het uitkomen, een dag later, van de film Jurassic Park (waarin dinosauriërs worden gekloneerd uit barnsteen-DNA). Maar behalve de filmindustrie had ook de wetenschap baat bij het onderzoek. Het gebruik van DNA voor het achterhalen van de evolutie was namelijk altijd belemmerd door het ontbreken van het genetische equivalent van fossielen. Met behulp van DNA is het vaak veel beter mogelijk de verwantschap tussen soorten te bepalen dan aan de hand van hun uiterlijk. aDNA zou het nu mogelijk maken om in deze analyses ook uitgestorven organismen te betrekken. En ook de evolutie van DNA kon nu onderzocht gaan worden: door het DNA van bijvoorbeeld een uitgestorven snuitkever te vergelijken met dat van zijn hedendaagse afstammelingen, kan bepaald worden hoe en met welke snelheid genen veranderen. Maar de euforie werd al snel getemperd door kritische geluiden. Complexe biomoleculen die zo lang de tand des tijds hadden weten te doorstaan? Het was eigenlijk te mooi om waar te zijn. Dat vond vooral biochemicus Tomas Lindahl van het Britse Imperial Cancer Research Fund, die aan iedereen die het horen wilde, voorrekende dat het eenvoudigweg niet kon: zelfs onder de gunstigste omstandigheden zou een DNA-molecuul na zo'n tienduizend jaar volledig zijn gedegradeerd door chemische processen. In een polemiek tussen Lindahl en Poinar laat Lindahl er geen twijfel over bestaan: het zogenaamde fossiele DNA is gewoon vervuiling van buitenaf, opgepikt door de gevoelige techniek die de onderzoekers gebruikten. Met deze polymerasekettingreactie (PCR) kunnen spoortjes DNA miljoenen malen worden vermenigvuldigd. In sommige gevallen kan zelfs verontreiniging door lichaamscellen van onderzoekers roet in het eten gooien. Deze week werd bijvoorbeeld bekend dat analyses van DNA dat vorig jaar werd geïsoleerd uit 80 miljoen jaar oude dinosauriërbotten, uitwijzen dat het waarschijnlijk menselijk DNA is. Dat zou op de resten terecht zijn gekomen tijdens de opgraving in een steenkoolmijn in Utah. 'Het hoeft nauwelijks verbazing te wekken', zo zegt Lindahl in Nature, 'dat insekten-DNA met PCR kan worden aangetoond in een entomologisch laboratorium'. Een nogal onbesuisde uitspraak, want, zoals pa Poinar corrigeert, geen van de experimenten werd uitgevoerd in een entomologisch laboratorium. Poinar gaat echter niet in op Lindahls voorstel om hun resultaten door anderen te laten reproduceren, en evenmin reageert hij op Lindahls idee om ook barnsteen-insekten van minder hoge ouderdom te onderzoeken. Dat is nu precies waar een vijfkoppig team van het Londense Natural History Museum zich mee bezighoudt. Op kosten van de Britse Natural Environment Research Council zijn ze begonnen met een reeks nauwkeurig opgezette controle-experimenten om de controverse op te lossen. 'Ons museum bezit een grote collectie barnsteeninsekten, variërend van veertig miljoen jaar oude Baltische exemplaren tot stukken hars van een paar honderd jaar oud. We hebben een team samengesteld van moleculair biologen en paleontologen dat op een systematische manier het overleven van DNA in barnsteen gaat onderzoeken', aldus Richard Thomas, één van de initiatiefnemers, in een bericht op Internet vorig jaar. Jeremy Austin is degene die in het museumteam het meeste werk voor zijn rekening neemt. Om vervuiling met ander museum-DNA te voorkomen, is een compleet nieuw lab aangelegd. Alle apparatuur en chemicaliën zijn nieuw aangeschaft en de ruimte wordt voortdurend ontsmet met bleekwater en UV-straling (beide bijzonder effectief in het afbreken van DNA). Austins eerste doel is het herhalen van de DNA-extractie uit Dominicaanse bijtjes. 'Voor ik een stuk onder handen neem, gaat het eerst naar Andrew Ross, een promovendus in ons team die alle barnsteen-insekten determineert en documenteert. Vervolgens ga ik aan het werk op ons steriele lab. Allereerst steriliseer ik de buitenkant met bleekwater. Daarna dompel ik het barnsteen in vloeibare stikstof van min 180 graden Celsius. Als ik er dan wat heet water op druppel, barst het in stukjes, waarbij het ingesloten insekt bloot komt te liggen.' Ook Austin maakt gebruik van de PCR-techniek. Het heeft nog geen positieve resultaten bereikt bij de weinige museumstukken die hij tot nu toe heeft mogen openbreken. Maar, zo zegt hij, het kan best zijn dat hij naar te grote stukken DNA op zoek is. Als er DNA in zijn barnsteen aanwezig is, dan is dat waarschijnlijk kapot gebroken tot korte fragmentjes, en zal hij zijn proeven moeten veranderen om die te kunnen opsporen. Mocht het het Londense team lukken om de claims van miljoenen jaren oud DNA te bevestigen, hoe zit het dan met de kritiek van Lindahl die beweerde dat DNA gewoon niet zo onverwoestbaar is? Volgens Austin gaat Lindahl voorbij aan de speciale eigenschappen van barnsteen. Chemische afbraak van DNA is namelijk onder te verdelen in twee processen: oxydatie en hydrolyse. Voor het eerste is zuurstof nodig en voor het tweede water. Allebei componenten die in barnsteen ontbreken; het insekt wordt luchtdicht ingepakt in de hars, die bovendien sterk hygroscopisch is: het zuigt het vocht als het ware uit het diertje. Wat volgens Austin het geval kan zijn, is dat, naarmate de tijd verstrijkt, er steeds minder barnsteen nog goed DNA bevat. Om DNA te isoleren uit extreem oude stukken, zou het wel eens nodig kunnen zijn een hele serie te vergruizen. En dat brengt ons direct op een ander probleem: hoe zit het met de schade aan de collectie? Hoe ver kunnen de onderzoekers gaan met het verpulveren van unieke museumstukken op jacht naar spoortjes DNA? 'Een gevoelige vraag', antwoordt Austin. Maar gelukkig zijn hier duidelijke afspraken over gemaakt. 'Er is een groot deel van de collectie waar we nooit aan zullen komen. We concentreren ons op materiaal waar veel exemplaren van beschikbaar zijn. Rouwmugjes bijvoorbeeld, maar ook de Dominicaanse bijtjes zijn zo algemeen in barnsteen, dat we er daar wel wat van kunnen opofferen.'