Madoc. Jaargang 2003

[p. 76]

• Nico Arts
DNA als archeologische en historische bron
De Catharinakerk in Eindhoven

Deoxyribonucleic acid is de Engelse naam voor een chemische stof die vooral bekend staat onder de afkorting dna. dna is de drager van erfelijke informatie. Het bestaan van deze stof is in 1953 ontdekt en sindsdien wordt de complexe structuur ervan steeds verder in kaart gebracht. Vooral het afgelopen decennium is veel vooruitgang geboekt. In de genetische, medische en forensische wetenschappen wordt de nieuwe kennis al volop toegepast. Ook archeologen en historici kunnen er een graantje van meepikken, maar in Nederland gebeurt dat nog nauwelijks. Misschien komt daar binnenkort verandering in door de opgraving van het hoogkoor van de middeleeuwse Catharinakerk in Eindhoven.

DNA

Bij alle levende wezens bestaat het erfelijk materiaal uit dna. dna is moleculair klein, het bevindt zich in elke lichaamscel. dna heeft voor elk levend wezen een andere samenstelling; elk dna is dus uniek en in elk onderdeel van het lichaam bevindt zich hetzelfde unieke dna. De enige uitzondering bij mensen geldt voor eeneiige tweelingen, die precies hetzelfde dna hebben. dna bestaat uit vier ‘basen’: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). A gaat altijd gepaard met T en G gaat altijd gepaard met C, beide combinaties hechten zich in een lange reeks aaneen in de vorm van twee spiralen die om elkaar heen zijn gewikkeld. De volgorde van de basen in de beide spiralen is de erfelijke code.

De kenmerken van dna worden weergegeven in zogenaamde dna-profielen die min of meer vergelijkbaar zijn met een streepjescode. Elk streepje in het dna-profiel stelt een deel van het dna voor dat via erfelijkheid van de moeder of de vader wordt verkregen. De helft van deze strepen is afkomstig van de moeder en de andere helft van de vader.

In 2001 is de complete dna-structuur van de mens in kaart gebracht. Het is een formule die ruim drie miljard combinaties van AT en GC bevat. Op papier beslaat deze code van de mens een stapel telefoonboeken van één meter dik. De

[p. 77]

code bevat alle menselijke eigenschappen, zoals bijvoorbeeld het geslacht, de kleur van ogen en haren, gegevens over verwantschap, genetisch bepaalde ziekten en de herkomst van de (verre) voorouders van een bepaalde mens. Van de meeste combinaties van basen is het echter nog niet bekend welke verantwoordelijk zijn voor welke eigenschappen.

Er bestaan twee soorten dna: nucleair dna (dat bevindt zich in de celkern) en mitochondriaal dna (dat bevindt zich elders in de cel). Nucleair dna is voor elk persoon verschillend terwijl mitochondriaal dna in principe onveranderd blijft bij de overerving van moeder op kind. Een grootmoeder, haar kinderen en de kinderen van haar dochters hebben dus allen hetzelfde mitochondriaal dna-profiel. In elke cel is de hoeveelheid mitochondriaal dna honderden keren groter dan de hoeveelheid nucleair dna, maar nucleair dna bevat veel meer genetische gegevens dan mitochondriaal dna.

Oud DNA

Onder bepaalde omstandigheden kan dna eeuwen, millennia of zelfs miljoenen jaren bewaard blijven in de overblijfselen van dode organismen. dna breekt echter af onder invloed van zuur, vocht en warmte. Die afbraak kan reeds binnen enkele uren of dagen na de dood beginnen. In de bodem lost dna na verloop van tijd grotendeels of geheel op. Indien oud menselijk dna geconserveerd blijft, is dat, vooral in het geval van eeuwenoude begravingen, slechts fragmentarisch. Bovendien kan oud dna door langdurig verblijf in de bodem chemisch veranderen. Een ander probleem is dat dna gemakkelijk kan worden besmet met dat van andere organismen of met modern dna, bijvoorbeeld via een minieme huidschilfer van een archeoloog of laboratoriummedewerker. In het geval van onzorgvuldige bemonstering of een niet-steriel laboratorium kan het onderzoek van oud dna een dubieuze uitkomst krijgen.

Bij het onderzoek van oud dna richt men zich vrijwel uitsluitend op mitochondriaal dna. Dit is immers honderden keren zo vaak aanwezig in een cel als nucleair dna en dus gemakkelijker te vinden. Bovendien is mitochondriaal dna in de bodem resistenter voor degradatie dan nucleair dna.

In 1988 werd voor het eerst een nieuwe techniek toegepast op oud dna, waarmee minieme sporen dna kunnen worden gekloond zodat deze beter zijn te onderzoeken. Deze, in 1983 ontwikkelde techniek heet de Polymerase Chain Reaction (pcr). Op dit ogenblik kan aan de hand van het onderzoek van oud dna in elk geval het geslacht worden bepaald. Dat is bijvoorbeeld interessant bij kinderen, waar het geslacht niet kan worden bepaald aan de hand van kenmerken in het onvolgroeide skelet. Ook verwantschapsrelaties kunnen aan de hand van oud dna worden bepaald, maar vooral in vrouwelijke lijn. Verder is het mogelijk om aan de hand van dna-onderzoek uitspraken te doen over de herkomst van de voorouders van individuen. De kans is groot dat in de nabije toekomst meer genetisch bepaalde kenmerken kunnen worden vastgesteld aan de hand van onderzoek van mitochondriaal dna.

Indien eveneens dna is geconserveerd van niet-menselijke organismen, dan kan ook dat waardevolle gegevens verschaffen. Er is zelfs gesuggereerd dat het oud dna van parasieten en virussen die verantwoordelijk zijn voor dodelijke ziek-

[p. 78]

Afb. 1. Enkele jaren geleden werd in Northrants (Northampshire, Engeland) het skelet gevonden van een twaalfjarig kind, dat omstreeks het jaar 1000 is begraven. In het skelet bleek nog oud dna bewaard te zijn. Op grond daarvan kon het geslacht worden bepaald; het was een meisje. Op deze foto de gezichtsreconstructie. Reconstructie en foto: dr. Caroline Wilkinson (Unit of Art in Medicine, Faculty of Medicine, University of Manchester, U.K.).

ten zoals de pest, malaria en cholera in principe reeds kan worden gevonden. Deze ziekten kunnen niet worden afgeleid uit de uiterlijke kenmerken van skeletresten.

Het bestaan van oud menselijk dna werd in 1981 ontdekt in een tweeduizend jaar oud skelet uit Ch'ang-sha in China. Hierover werd in het Chinees gepubliceerd, in een vakblad dat in het westen nauwelijks bekend was. Deze ontdekking werd daardoor slechts in kleine kring bekend. In het westen werd in 1984 voor het eerst oud dna gevonden. Dit werd ontdekt door de in Leipzig werkzame Zweed Svante Pääbo in de bijna 4500 jaar oude mummie van een Egyptisch kind. Dezelfde onderzoeker paste de PCR voor het eerst toe op een archeologische vondst, namelijk een stukje menselijke hersenen van zeven jaar oud uit een opgraving in Little Salt Spring in Florida. Sindsdien wordt oud dna op veel plaatsen in de wereld onderzocht, en met succes.

Identificeren met oud DNA, enkele voorbeelden

De toepassingsmogelijkheden van onderzoek van oud dna lijken haast onbeperkt.¹ Op 15 april 1912 verging de Titanic. Slechts eenderde van de 2209 mensen aan boord van het schip overleefde deze ramp. Zes dagen later werd het lichaam van een klein jongetje in zee gevonden. Hij werd begraven op het kerkhof van Fairview Lawn in Halifax (Nova Scotia, Canada) met op zijn grafsteen de mededeling an unknown child. Op verzoek van een familie die van mening was dat dit kind dat van hun voorouders zou kunnen zijn, werd het graf in mei 2001 opgegraven. In het graf bevonden zich slechts drie tanden en zes gram bot, de rest van het skelet was reeds vergaan. Met als doel genetische informatie te vinden is op deze skeletresten onderzoek uitgevoerd naar de aanwezigheid van oud dna. Een jaar na de opgraving (en negentig jaar na het zinken van de Titanic) werd de uitkomst van het onderzoek bekend gemaakt. Het oud dna uit het kindgraf was vergeleken met het dna van de veronderstelde familie. Het kind kon worden geïdentificeerd als de dertien maanden oude zoon van een naar Pittsburg geëmigreerde Finse mijnwerker, wiens vrouw en vijf zonen onderweg waren naar Amerika voor een gezinshereniging.

1 Zie bijvoorbeeld: E. Hagelberg, Genetics in the Study of Human History: problems and opportunities (Amsterdam 2001); C. Roberts en K. Manchester, The Archeology of Disease. Second Edition (Phoenix Mill 2001) en K. Davies, De code van het leven. De ontdekking van de menselijke dna-structuur (Amsterdam 2001).

[p. 79]

Afb. 2. Tijdens een opgraving in het hoogkoor van de middeleeuwse Catharinakerk te Eindhoven is in maart 2002 het skelet gevonden van een tienjarig kind, dat omstreeks het jaar 1300 is gestorven. Na onderzoek van oud dna, dat nog in de tanden geconserveerd bleek te zijn, bleek het om een jongetje te gaan. Gezichtsreconstructie door Maja d'Hollosy, (Amsterdam). Foto: Ruud Balk (Eindhoven).

In 1979 werd in Brazilië een verdronken man begraven die zich Wolfgang Gerhard noemde. Het vermoeden bestond dat deze man in werkelijkheid de sinds 1945 gezochte Nazi-oorlogsmisdadiger Jozef Mengele was. In 1985 werden zijn reeds grotendeels tot skelet geworden overblijfselen opgegraven voor identificatie. Van een monster uit het dijbeen werd een dna-profiel gemaakt, dat werd vergeleken met het dna van Mengeles zoon en dat van zijn vroegere echtgenote. Op grond van deze vergelijking kon definitief worden bepaald dat de in 1979 verdronken man daadwerkelijk Jozef Mengele was.

Er zijn nog veel meer recente voorbeelden van de identificatie van historische figuren, zoals dat van de in 1918 gedode tsarenfamilie Romanov, waarvan het veronderstelde graf in 1989 werd ontdekt. Aan de hand van het onderzoek van oud dna konden de skeletten inderdaad worden geïdentificeerd als die van de Romanovs. Daarbij werd onder meer het dna vergeleken uit een van de skeletresten, namelijk die van tsarina Alexandra, met dat van haar achterneef, de hertog van Edinburgh.

Een laatste voorbeeld van de historische toepassing van oud dna betreft de geslachtsbepaling van het skelet van een middeleeuws kind, dat enkele jaren geleden tijdens een opgraving op het kerkhof van Northrants (Northampshire, Engeland) werd gevonden. Tijdens die opgraving is ook een muntje gevonden van koning Ethelred II (circa 968-1016, koning van 979-1016), hetgeen een datering van het kindgraf omstreeks het jaar 1000 aannemelijk maakt. Aan de hand van de gebitsontwikkeling kon de leeftijd van het kind worden bepaald op elf tot twaalf jaar. In het oppervlak van het glazuur van de tanden bleken zich minieme ribbeltjes te bevinden, de zogenaamde ‘glazuurhypoplaciën’. Dergelijke ribbeltjes zijn ontstaan tijdens herhaalde stoornissen in de vorming van het tandglazuur, bijvoorbeeld door problemen met de stofwisseling of door ondervoeding. In het skelet bleek nog dna geconserveerd te zijn; op grond daarvan kon het geslacht worden bepaald: het was een meisje. Vervolgens is op basis van forensische gegevens op een kopie van de schedel het gezicht gereconstrueerd (afb. 1).

[p. 80]

Het onderzoek van oud DNA in Nederland

In Nederland zijn de mogelijkheden van de toepassing van het onderzoek van oud dna bij historici en archeologen nog nauwelijks bekend, dna-onderzoek werd tot dusver slechts drie keer uitgevoerd.² Het eerste onderzoek van oud dna gebeurde aan enkele laat-Romeinse en vroegmiddeleeuwse skeletresten uit de terp van Wijnaldum (Friesland). Onderzoek van dit dna heeft overigens hoofdzakelijk gegevens opgeleverd over bevolkingsgroepen.

Het tweede voorbeeld betreft een hoeveelheid menselijk haar dat afkomstig is uit een veen in het noorden van Drenthe. Dit haar werd in 1980 aan het Drents Museum in Assen geschonken, maar de precieze vindplaats was onbekend. Een C14-datering wijst erop dat het haar uit het begin van onze jaartelling dateert. De mogelijkheid bestond dat het afkomstig was van het eveneens in het noorden van Drenthe gevonden veenlijk, dat als het ‘meisje van Yde’ bekend staat. Afgelopen jaar zijn de in 1980 aan het Drents Museum geschonken haren onderzocht op dna. De resultaten waren niet bevredigend omdat er waarschijnlijk verschillende contaminaties (van modern dna) in de haarmonsters aanwezig zijn.

Het derde en vooralsnog laatste voorbeeld van het onderzoek van oud dna in Nederland leidde tot een concreter resultaat. Het heeft treffende overeenkomsten met het hiervoor genoemde middeleeuwse kind uit Northrants. Het betreft het in maart 2002 gevonden skelet van een kind, dat tijdens een kleinschalige proefopgraving werd gevonden in het hoogkoor van de middeleeuwse Catharinakerk in de stadskern van Eindhoven. Op grond van de gebitsontwikkeling kon de leeftijd van dit kind worden bepaald op tien jaar. Ook in dit geval bevonden zich in het oppervlak van het tandglazuur minieme ribbeltjes, die in dit geval vermoedelijk ontstaan zijn door ziekte. Boven in de enige complete oogkas bevindt zich sponsachtig bot, de zogenaamde cribra orbitalia, dat ontstaan is door bloedarmoede en dat uiteindelijk tot de dood zal hebben geleid. Evenals te Northrants is in het graf van het Eindhovense kind een muntje gevonden, in dit geval een afgesleten zilveren grosso uit Venetië, daterend uit de periode 1202-1342. Andere archeologische gegevens wijzen op een datering van het Eindhovense kindgraf omstreeks 1300. Het geslacht is bepaald op grond van het in een van de melktanden geconserveerde dna: het is een jongen. Dit kind kreeg de naam ‘Marcus van Eindhoven’ naar de afbeelding van Sint-Marcus op het Venetiaanse muntje. Ook van Marcus is het gezicht gereconstrueerd. Hij is het jongste kind ter wereld dat tijdens een archeologisch onderzoek is gevonden en dat een gezichtsreconstructie heeft gekregen (afb. 2). Marcus wordt eigenlijk pas echt interessant wanneer ook andere skeletten in Eindhoven worden onderzocht op dna. De kans bestaat dat dan, indien ze ook in de Catharinakerk zijn begraven, bijvoorbeeld zijn moeder, zijn eventuele broers of zussen of hun nazaten tot in lengte van eeuwen worden geïdentificeerd. Voorlopig is dat onderzoek echter nog een utopie. Bijna alle skeletten liggen immers nog opgeborgen in de bodem.

2 M.B. Richards, I.B. Colson, J.F. Bailey, R.E.M. Hedges en B.C. Sykes, ‘dna analysis of the human remains’, in J.C. Besteman, J.M. Bos, D.A. Gerrets, H.A. Heidinga en J. de Koning (red.), The Excavations at Wijnaldum. Reports on Frisia in Roman and Medieval times (Rotterdam 1999) 323-330; W.A.B. van der Sanden, ‘Mens en moeras 3: nieuwe veenlijkvondsten in Noord-Nederland’, Nieuwe Drentse Volksalmanak 119 (2002) 168-185 (in het bijzonder 174); N. Arts, Marcus van Eindhoven. Een archeologische biografie van een middeleeuws kind (Utrecht 2002). Hier kan nog bij worden vermeld dat in 1996 de skeletten in de middeleeuwse grafkamer van de Nassaus in de Grote Kerk te Breda zijn bemonsterd op dna. Om ethische redenen zijn deze monsters nog niet onderzocht: G.J.R. Maat en R.W. Mastwijk, ‘Het fysisch-anthropologisch onderzoek. Identificatieonderzoek van de grafkelder bij het Nassaumonument’, in G. van den Eynde en F. de Roode (red.), Het onderzoek van de grafkelder onder het Nassaumonument in de Grote of O.L.V. Kerk te Breda (Archeologie en Bouwhistorie. Interne rapporten Gemeente Breda deel 32, Breda 1996) 39-55.

Problemen met oud DNA in Eindhoven

Het voorgaande zou het vermoeden kunnen wekken dat het onderzoek van oud dna (bijna) altijd succes heeft. Dat is echter lang niet zeker. In de eerste

[p. 81]

plaats is het nog een vraag wanneer dna in de bodem kan zijn geconserveerd. Volgens sommigen kan dat alleen op plaatsen met uitermate gunstige condities. In de tweede plaats kunnen oude menselijke overblijfselen vermengd zijn met modern dna. Dit geldt vooral voor overblijfselen die al lang geleden zijn gevonden en waarbij geen maatregelen zijn getroffen tegen vermenging met modern dna.

De ontdekking van het bestaan van oud dna in de overblijfselen van de middeleeuwse Catharinakerk in de stadskern van Eindhoven is voor de Nederlandse archeologie spectaculair te noemen. Het heeft eveneens een curieus probleem aan het licht gebracht. Het Nederlandse archeologische beleid richt zich op het behoud van archeologische vindplaatsen in de bodem. Indien het niet noodzakelijk is een opgraving uit te voeren, dan dienen maatregelen te worden genomen om vindplaatsen te conserveren. De aanwezigheid van oud menselijk dna maakt het conserveren van de archeologische ondergrond van Eindhoven bijzonder complex, misschien zelfs wel onmogelijk. De vindplaats van oud dna ligt onder een pleintje in het uitgaanscentrum van Eindhoven. Een acute bedreiging voor het nog in de bodem aanwezige middeleeuwse menselijke dna bestaat uit de vanaf het maaiveld in de bodem dringende vloeistoffen zoals urine van mensen en honden, speeksel, gemorste drank, regenwater en lekkende olie van geparkeerde auto's. Ook de wisselingen in de grondwaterspiegel, die de afgelopen jaren veelvuldig hebben plaatsgevonden vanwege de nabijheid van in uitvoering zijnde bouwprojecten, zijn catastrofaal voor de kwaliteit van de archeologische ondergrond. dna is immers een chemische stof die gemakkelijk oplost in water.

Het is echter de vraag of het technisch wel mogelijk is om maatregelen te treffen die alle invloeden vanaf het maaiveld stoppen en de grondwaterspiegel op een bepaald niveau consolideren. Daartoe zouden onder meer damwanden moeten worden geplaatst en daarbinnen zou de grondwaterspiegel voortdurend kunstmatig op een bepaald peil moeten worden gehouden. Dit maakt het conserveren van oud dna in de bodem een kostbare aangelegenheid, waarbij het niet eens zeker is of dergelijke maatregelen wel voldoende zijn. Er bestaat helaas nog geen expertise, in Nederland noch in de rest van de wereld, voor het behoud van oud dna in de bodem.

Wilde plannen met de middeleeuwse Catharinakerk

Het Eindhovense bodemarchief met het daarin aanwezige dna kan ook worden behouden door de hele archeologische ondergrond gedocumenteerd te verwijderen. Dat zou inhouden dat alle niet bebouwde overblijfselen van de middeleeuwse Catharinakerk volledig opgegraven zouden moeten worden. Een opgraving heeft echter twee nadelen. Ten eerste zal veel informatie definitief verloren gaan. Ten tweede zal een opgraving van dit complexe archeologische terrein bijzonder tijdrovend zijn: alleen al het veldwerk zal ongeveer achttien maanden in beslag nemen. Inclusief het onderzoek van oud dna is zo'n archeologisch onderzoek bovendien kostbaar.

Aangezien conserveren in de bodem in de praktijk onmogelijk zal zijn, is afgelopen maanden toch een plan van aanpak gemaakt voor de volledige opgra-

[p. 82]

Afb. 3. In Eindhoven worden in het hoogkoor van de middeleeuwse Catharinakerk en in het aangrenzende kerkhof nog vele honderden begravingen bewaard, daterend uit de jaren omstreeks 1250-1830. In de skeletten van vele van deze begravingen zal oud dna zijn geconserveerd. Het koor van de kerk en delen van het kerkhof bevinden zich sinds 1860 onder een pleintje voor de huidige kerk. Op deze afbeelding een prent van de middeleeuwse kerk in de achttiende eeuw (Verzameling Museum Kempenland Eindhoven).

ving. Momenteel wordt geprobeerd de daartoe benodigde financiën (2,5 miljoen Euro) bijeen te sprokkelen. Indien die opgraving zal gaan plaatsvinden, dan dienen maximale voorzieningen getroffen te worden voor het zorgvuldig nemen van dna-monsters. Eigenlijk dient herhaaldelijk onder forensische omstandigheden te worden gegraven. Dat wil zeggen dat tijdens het nemen van dna-monsters telkens nieuwe steriele materialen moeten worden gebruikt zoals handschoenen, maskers, overalls, monsterbuizen en graafgereedschap. Het plan is om in elk geval een deel van de dna-monsters dubbel en onafhankelijk van elkaar te laten onderzoeken in verschillende laboratoria. De bedoeling is dit onderzoek te laten doen in laboratoria in Leiden, Leuven en Sheffield. De dna-monsters zullen bij alle begravingen bestaan uit een drietal kiezen. Door de sterke glazuurlaag is de grootste kans op het vinden van oud dna het grootst in de tanden. In de rest van het skelet zal de kans op het vinden van oud dna door uitspoeling extreem klein zijn.

Het plan is alle begravingen op dna te onderzoeken. Vermoedelijk zijn dat er wel vijfhonderd of misschien zelfs duizend. Ze dateren uit de periode omstreeks 1250-1830. Het doel van het dna-onderzoek zal zijn geslachtsbepalingen uit te voeren, verwantschapsrelaties te onderzoeken, sommige (zowel genetisch bepaalde als andere) ziekten vast te stellen, en te bepalen uit welke delen van Europa de voorouders van de doden afkomstig zijn. Tevens zal worden getracht

[p. 83]

begravingen te identificeren aan de hand van archivalische bronnen. Deze bronnen zijn in Eindhoven echter schaars. Indien identificatie mogelijk zou zijn, dan wordt verwacht dat dit uitsluitend zal lukken met begravingen in het hoogkoor van de kerk waar de elite van de Eindhovense samenleving begraven ligt.³

Uiteraard zal het bij deze opgraving niet gaan om het nemen van dna-monsters alleen. Ook de context van de begravingen zal worden onderzocht: liggen ze bijvoorbeeld in of buiten de kerk, wat kan worden afgeleid uit de eventuele bijgiften en kunnen de skeletten archeologisch globaal worden gedateerd? Ook zullen alle skeletten worden onderzocht door een fysisch antropoloog. Eveneens zal bouwhistorisch onderzoek worden verricht naar de in de bodem bewaard gebleven kerkfundamenten. Wanneer deze opgraving zal beginnen staat momenteel nog niet vast, maar er is wel haast mee gemoeid aangezien de in de bodem opgeslagen informatie jaarlijks kleiner wordt.⁴

3 Over de elite van de samenleving bestaan immers de beste bronnen; zie bijvoorbeeld K. Goudriaan ‘Ownership of Graves in Medieval Parish Churches in Holland’, in W. Blockmans en A. Janse (red.), Showing Status: Representations of Social Positions in the Late Middle Ages 197-223 (Turnhout 1999), 197-223.

4 Met dank aan dr. Caroline Wilkinson (Unit of Art in Medicine, Faculty of Medicine, University of Manchester, U.K.) voor het beschikbaar stellen van de nog niet eerder gepubliceerde foto van de door haar vervaardigde gezichtsreconstructie van Northrants en ook aan Bert Korendijk (Groningen) die mij in november 2002 attenteerde op het bestaan van het kind van Northrants.