Tracking Viking-assisted dispersal of biodiversity using ancient DNA

Menneskene i vikingtidens Skandinavia er kjent for sine oversjøiske reiser over store avstander gjennom hele Nord-Atlanteren og utover. Gjennom handelen og landbruk praksis må disse menneskene ha hatt en sterk innflytelse på det biologiske mangfoldet i de områdene der de bodde og reiste. Hovedmålet med prosjektet vårt var å undersøke effekten av Viking handel og landbruk på den genetiske sammensetningen av dyr og planter ved hjelp av de nyeste teknologiske fremskritt i genetisk forskning. Å ekstrahere DNA fra arkeologiske planterester er en stor utfordring, fordi materialet er vanligvis forkullet og dette er skadelig for DNA-konservering. Vi brukte den nyeste high throughput sekvenseringsteknologi og optimaliserte metoder for å hente DNA fra svært dårlig bevarte prøver, men alle testene viste ingen DNA ble bevart i de forkullede byggkorn fra vikingtiden. En slik mangel på DNA bevaring er et viktig funn, fordi flertallet av de arkeologiske planterestene er bevart i forkullet tilstand. Vi har kombinert våre funn med resultater på drue, ris og mais fra andre laboratorier og alle analysene resulterte i samme konklusjon: selv den nyeste teknologien ikke gir tilstrekkelig genetiske data fra forkullete planterester (publisert i Scientific Reports 2017). For hovedmålet av vårt prosjekt betydde dette at å undersøke arven av vikingene på plante mangfold ved hjelp av gammel DNA er begrenset av mangel på godt bevart materialet, og vi fortsetter vår søken etter andre kilder enn forkullet frø. I arkeologiske utgravinger er dyr restene vanligvis til stede i form av ben, og laboratoria protokoller for å ekstrahere DNA fra slike ben er under stadig utvikling. I løpet av dette prosjektet har vi utviklet et nytt verktøy for å knuse beinrester, og en ny DNA-ekstraksjon protokoll for å maksimalisere DNA-innhold som kan hentes ut (publisert i Biotechniques i 2018 og i Molecular Ecology Resources i 2017). Av mangfoldet av dyr som ble brukt av vikingene, var hestene visst en av veldig stor betydning og deres ben har blitt funnet gjennom Vikingenes territorier. Vi hentet DNA fra over 100 hestebein og funnet DNA bevaring varierte fra 0 til ~ 70% med svært mange som var dårlig bevart. Vi utviklet en capture array å øke informasjonsinnholdet som vi kan hente fra prøvene. Ved hjelp av disse dataene kan vi vise hvordan Viking Age hester er relatert til de moderne rasene vi ser i dag, og formulere hypoteser om etablering av hest bestander i de forskjellige stedene hvor vikingene slo seg ned. Ved å analysere spesifikke genetiske varianter, kan vi også få mer innsikt i visse morfologiske (f.eks størrelse) eller fysiologiske trekk av hester begravd i høyt profilerte steder som Oseberg- og Gokstadskipet, og med det forbedre vår forståelse av den kulturelle bakgrunn av slike steder. Dette arbeidet pågår fortsatt, og forventes å bli publisert i den vitenskapelige litteraturen senere i år. Til slutt har vi utvidet en enkel og kostnadseffektiv metode for å kjønnsbestemme biologiske rester, og brukte denne metoden til å kjønnsbestemme den største samlingen av gravlagte hester i Island studert hittil. Hester er det vanligste gravgave i islandske begravelser fra vikingenes tid, og våre resultater viste en signifikant skjevhet mot bruk av mannlige hester i gravplasser i forhold til ikke-gravplasser. Denne enkle, kostnadseffektive metode for å kjønnsbestemme dyrerester selv med dårlig DNA bevaring er allment gjeldende for andre arter også, og studien ble publisert i Journal of Archaeological Science. I tillegg til jordbruk, var handel en sentral del av Vikingenes kultur. Graden av historiske handel av naturressurser er vanskelig å vurdere ved bruk av arkeologiske metoder alene. I dette prosjektet har vi brukt gamle DNA-metoder for å undersøke to marine arter: torsk og Atlantic hvalross. I den første studien brukte vi gamle DNA for å identifisere den biologiske kilden til gamle fiskebein fra flere arkeologiske utgravninger, blant annet den verdenskjente vikingtid stedet Haithabu. Våre resultater viste at disse fiskene ikke var lokalt fanget, men i stedet ble oppnådd fra Nord-Norge og transportert over lange avstander. Disse funnene tyder på at de eksterne ressursene i polhavet ble allerede utnyttet i vikingtiden (publisert i PNAS i 2017). I den andre studien, brukte vi lignende metoder for å spore det biologiske opphavet av hvalrossbein fra Europa, Svalbard og Grønland, som dekker hele perioden av den norrøne bosetningen på Grønland. Resultatene viste en signifikant endring i hvalross handel fra en tidlig, overveiende østlig kilde mot en nesten eksklusiv representasjon av Grønland elfenben (publisert i Proceedings of the Royal Society of London: Biological Sciences i 2018). Denne studien er et viktig bidrag til den høyprofilerte debatt om historien til Atlantic hvalross utnyttelse i viking og tidlig middelalder.

-

Humans have affected global biodiversity since prehistoric times, greatly altering landscapes and species compositions in areas where they settled. Nevertheless, it is difficult to directly assess the evolutionary impacts of past modifications, as traditi onal archeological approaches are limited in scope for a thorough understanding of biological processes. Here, we investigate the effects of human-driven modification during the Viking Age, a period in which the highly mobile people of Scandinavia coloniz ed regions throughout the North Atlantic, and when extensive trade and agricultural practices promoted the transport and exchange of many species. Specifically, we exploit the latest technological advances in ancient DNA research and high throughput seque ncing to directly investigate relatedness and patterns of functional genomic variation in unique archeological material. We focus on species of great agricultural, cultural and industrial importance (horse, flax and barley) for which excellent genomic too ls have recently been developed. The analysis of whole genome variation will enable us to elucidate demographic processes, characterize the distribution of functional biological variation in the Viking Age, and identify their evolutionary heritage in cont emporary populations. This approach allows us to answer specific archeological questions related to the cultural use of plants and animals, and provides an understanding of the evolutionary processes that accompany human-driven dispersal and domestication . Overall, the combination of the latest genomic technology and material of distinctive cultural and historical value will yield unparalleled insights in Viking archaeology while simultaneously assessing the impact of these people on biodiversity in Scand inavia and surrounding territories.