The past hidden in our genes : Combining archaeological and genetic methodology : Prehistoric population bottlenecks in Finland

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9867-3
Title: The past hidden in our genes : Combining archaeological and genetic methodology : Prehistoric population bottlenecks in Finland
Author: Sundell, Tarja
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Arts, Department of Philosophy, History, Culture and Art Studies
University of Helsinki, Department of Biosciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2014-05-10
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9867-3
http://hdl.handle.net/10138/44954
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: This doctoral dissertation combines archaeological and genetic methodology to find evidence of prehistoric population bottleneck(s) in Finland. This was performed by applying forward-time population genetic simulations with archaeologically justified development of population size. We ran different simulation scenarios to evaluate genetic effects of past demographic events and the results were compared with the known population genetic features of the current gene pool. In this thesis the focus in the simulations was on uniparental markers, the mitochondrion and the Y chromosome. The simulations were carried out in the forward time population genetic simulation environment simuPOP. The prehistoric Finnish population has not been previously simulated to this extent with population genetic simulations. In addition to genetic simulations, we performed analyses of the Stone and Ceramic Artefact Database as well as the radiocarbon date database to find out temporal differences in the intensity of the archaeological signal. We found similar evidence for a marked increase in the archaeological signal 4000-3500 cal BC followed by a distinct weakening. Previously, the Stone Artefact Database has been used to study singular artefacts and a few artefact types exclusively. This is the first time the Database including thousands of objects belonging to several Mesolithic and Neolithic time periods has been data mined to a large extent. Furthermore, we carried out a Bayesian spatial analysis of radiocarbon datings and archaeological finds from Finland and ceded Karelia, to better understand the overall geographical distribution of human activity through time. The analyses were carried out within the framework of Bayesian spatial modelling, using the Besag-York-Mollie (BYM) model to build spatial distributions of various archaeological datasets in Finland. This model is based on image analysis and assumes similarity of neighbouring areas in geospatial applications. The methodology presented here is one of the first efforts of applying Bayesian spatial analysis with different types of archaeological data in Finland. The main results of the study are: Archaeological and genetic evidence, together with the Stone Artefact Analysis, indicate that there has been at least one Neolithic bottleneck in Finland. Moreover, we show that immigration from neighbouring populations, even if very limited but constant over prolonged time periods, can have drastic effects on a population s genetic composition. Furthermore, our simulations showed that a tight prehistoric bottleneck can still have an effect on genetic diversity, even after thousands of years. With this kind of approach, we can evaluate the evidence in a more detailed fashion compared to solely an archeological or genetic approach.Tässä väitöskirjassa yhdistetään arkeologisia ja geneettisiä menetelmiä Suomen esihistoriallisten populaatiopullonkaulojen todentamiseen. Yhdistimme geneettisiä simulaatioita ja arkeologiseen todistusaineistoon perustuvia väestömäärän arvioita. Kokeilimme erilaisia simulaatioskenaarioita arvioidaksemme demografisten tapahtumien geneettisisiä vaikutuksia ja vertasimme tuloksia nykyisen geenipoolimme tunnettujen geneettisten piirteiden kanssa. Tässä väitöskirjassa keskityimme mitokondriaaliseen ja Y-kromosomaaliseen tutkimukseen. Simulaatiot tehtiin simuPOP -nimisessä eteenpäin ajassa kulkevassa populaatiosimulaatioympäristössä. Suomen esihistoriallista väestöä ei ole aikaisemmin näin laajasti simuloitu geneettisin simulaatiomenetelmin. Geneettisten simulaatioiden lisäksi analysoimme kivi- ja keramiikkatietokantaa sekä radiohiiliajoitusten tietokantaa selvittääksemme arkeologisen signaalin vahvuutta eri aikoina. Löysimme todistusaineistoa arkeologisen signaalin voimistumisesta 4000-3500 cal BC jota seurasi signaalin selvä heikentyminen. Kiviesinetietokantaa on aikaisemmin käytetty ainoastaan yksittäisten esineiden ja harvojen esinetyyppien tutkimiseen. Tämä on ensimmäinen kerta kun tuhansia mesoliittiselle ja neoliittiselle kivikaudelle kuuluvia esineitä sisältävää tietokantaa on tutkittu laajemmassa mittakaavassa. Teimme bayesilaisen spatiaalisen analyysin radiohiiliajoituksista sekä arkeologisista löydöistä, jotka on löydetty Suomesta ja luovutetusta Karjalasta ymmärtääksemme paremmin ihmisaktiviteetin maantieteellistä jakaumaa eri aikoina. Analyysit tehtiin bayesilaisen spatiaalisen mallin viitekehyksessä käyttäen Besag-York-Mollie (BYM) -mallia jolla analysoitiin erilaisten arkeologisten aineistojen jakautumista Suomessa. Tämä malli perustuu kuva-analyysiin ja olettaa naapurialueiden muistuttavan toisiaan maantieteellis-spatiaalisesti. Bayesilaista spatiaalista analyysiä käytetään tässä tutkimuksessa ensimmäisiä kertoja erilaisten arkeologisten aineistojen tutkimiseen Suomessa. Tutkimuksen päätulokset ovat: arkeologinen ja geneettinen todistusaineisto yhdessä kiviesinetietokanta-analyysin kanssa viittaa siihen, että Suomessa on ollut ainakin yksi neoliittinen populaatiopullonkaula. Tutkimuksemme mukaan naapuripopulaatioista tullut migraatio, vaikkakin rajallinen mutta pitkäaikainen, voi merkittävästi vaikuttaa populaation geneettiseen rakenteeseen. Simulaatiomme osoittivat, että ahdas esihistoriallinen pullonkaula voi vieläkin vaikuttaa geneettiseen diversiteettiin, jopa tuhansien vuosien päähän. Tällä lähestymistavalla on mahdollista arvioida tuloksia perusteellisemmin kuin yksinomaan arkeologisella tai geneettisellä lähestymistavalla.
Subject: arkeologia
perinnöllisyystiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
sundell_dissertation.pdf 1.181Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record