"Iga inimene ning loomad laiemalt koosnevad peamiselt veest ja valkudest. Taimed koosnevad peamiselt süsivesikutest, aga neiski on palju valke. Niisiis koosneb valkudest pea kõik, mida teeme või loodusest hangime," ütleb Collins. Sõltuvalt kliimast säilivad valgud ka arheoloogilises aineses. Väga külmas kliimas on tänaseni säilinud isegi kuni 37 miljoni aasta vanused hambaemaili valgud.

Paleoproteoomikuna on vanade valkude uurimine Collinsi argitöö. Professori sõnul on valgud haprad molekulid ning tema karjääri alguspäevil polnud tehnoloogia nende uurimiseks veel küps. Michigani Osariigiülikooli professor Peggy Ostrom tutvustas talle aga 2000. aastal massispektromeetriat, mis võimaldab sorteerida molekule kaalu järgi elektromagnetväljas. "Hakkasin kohe Peggyga koostööd tegema ning mõistsime, et valke on üsna lihtne kivistiseproovidest kätte saada. Sealt sai alguse paleoproteoomika," meenutab ta. 

Nüüd on Collinsi osalusel välja töötatud ning kasutusel eraldi meetod ZooMS (Zooarchaeology by mass spectrometry) ehk massispektromeetriale tuginev zooareholoogia. See võimaldab odavalt analüüsida hapraid valke mõne sekundiga väikese koguse põhjal. "Oleme 24 aastat sellega tegelenud ning jõudnud faasi, kus valdkond on küps," tõdeb professor.

Valgud vs DNA 

Võrreldes vana-DNA uuringutega on paleoproteoomika Matthew Collinsi sõnul arengus 15 aastat maas. Valgu-uuringud pole tema sõnul tulnud midagi asendama, vaid lisavad olemasolevale täiendava infokihi. "Kui leiad savinõust tükikese DNA-d, saad öelda, et potis oli lehm. Muud sa öelda ei saa, sest kõik lehma rakud ning koed sisaldavad sama DNA-d. Kui aga leiad lihaskoe, vere- või piimavalke, saaksid aimu, mida need inimesed täpselt tarvitasid," võrdleb ta.

Lehma näitega jätkates osutab Collins, et paljud inimesed ei suuda seedida toorpiima. Seetõttu võisid muistsed inimesed töödelda piima bakterite või ensüümidega, et saada juustu või jogurtit. Töötluse mõjul muutub valkude ülesehitus. "Teisisõnu talletavad valgud kogu enda ajaloo. Valgud ei ütle sulle üksnes, mis koest need pärinevad, vaid ka seda, kuidas inimesed neid muutsid," osutab professor.

Valgud erinevad vanast-DNA-st selle poolest, et neid leidub arheoloogilises aineses palju rohkem. See tähendab, et neid on lihtsam hankida ning teadlastel pole vaja teha uurimiseks algsest räsitud molekulist ilusat koopiat. "DNA puhul ei uuri sa muistset proovi ennast vaid selle uusi koopiaid. Valkude puhul analüüsime olemasolevat materjali. Saame teada, mis sellega selle sünteesimisest saati juhtus ning mida inimesed tegid – kõik on tallel," kirjeldab Collins. Samuti peavad valgud tema sõnul ajahambale vastu umbes kümme korda kauem kui DNA.

Pärgamendist hüljesteni

Millest kõigest võivad valgud kõneleda? Matthew Collinsi sõnul selgub nende põhjal näiteks looma sugu. "Hambaemaili peamist valku kodeeritakse X- ja Y-kromosoomi põhjal erinevalt," täpsustab ta. Soo eristamine valkude põhjal on tema sõnul kasulik liikide puhul, kelle emas- ja isasisend on erineva kehasuurusega. Kuulsaim näide pärineb Uus-Meremaalt, kus teadlased arvasid elavat kuus liiki kohalikke linde moasid: kolm liiki olid suured ja kolm väikesed. "DNA-järjendamisega tuli välja, et moasid oli ainult kolm liiki. Väikesed moad olid isased ning suuremad moad olid emased," sõnab Collins.

Kuna valgud ei kõnele üksnes loomadest vaid ka nende kasvatamisest ja kasutamisest, saab paleoproteoomika vastata inimajalooga seonduvatele küsimustele. Näiteks osaleb Colins Euroopa Teadusnõukoja toetatud projektis, kus on luubi alla võetud kõik keskaegsed loomanahast pärgamenditükid Soomest Islandini. "Üritame mõista, kus pärgamenti tehti ning millised olid valmistamise erinevused. Kui kuhugi, näiteks Lundi, rajati uus tsistertslaste klooster, siis millisest kloostrist nad tehnoloogia üle võtsid?" arutleb ta.

Collinsile meeldib otsida setetest väikesi teokarpe. "Kui valgud on teokarbi sees kristallides lõksus, sõltub nende lagunemisaste otseselt proovi vanusest ja leiukoha temperatuurist," põhjendab ta. Teisisõnu käituvad teokarbid, aga ka munakoored omamoodi väikese molekulaarse kellana, mis ütleb ära proovi vanuse. Kui praegu määratakse leiude vanust radiosüsiniku meetodil, siis sellega võrreldes vajab ZooMS-i meetod imeväikest proovikogust.

Meetod on Collinsi sõnul suisa nii tundlik, et leiab vajaliku valguinfo üles ka näiteks tühjast tuubist või kotist, mille sees hoiti arheoloogilisi proove. "Näiteks töötasime projektis, kus Britanniast leiti mesoliitikumi inimesi, kes saabusid sinna jää taandudes. Nad olid põnevad, sest nad saabusid väga vara ning sõid ainult kala," meenutab ta. Radiosüsiniku meetodil dateerimise järel olid luud ise purustatud ning alles olid vaid tühjad tuubid. Siiski oli tuubi seintel silmale nähtamatuid valgukoguseid. "ZooMS-iga analüüsisime neid ning võime öelda, et see väga varajane kalatoiduline mesoliitikumi kütt-korilane... oli tegelikult hüljes," muigab professor.

Paleoproteoomikas on kõnekad varem väärtusetuks peetud munakooretükid ja luukillud, mis ei ütle palja silmaga vaadates mitte midagi. Collinsi sõnul on leiukohti, kust on välja tulnud terved luud ning luukillukesed lanevad loomaliigiti kokku. Valgud saavad anda aga uut teadmist kohtade kohta, kus need kokku ei lange. "Inimesed kasutasid seal üksikuid liike sõna otseses mõttes üdini ära. Luud murti katki, üdi võeti välja ning järele jäid vaid tillukesed killud. Inimestele kõige olulisemate liikide luid pole sel juhul koopas alles," kirjeldab ta.

Munakoored annavad seevastu paremat aimdust omaaegsest linnupidamisest. Enamasti on Euroopa keskaegsetes leiukohtades valdavalt kanaluud. Suurbritanniast põhja poole jääval Orkney saarel täheldasid Collins ja kolleegid aga raua-aegsete asukate ja äsja saabunud viikingite käitumises erinevusi. "Rauaaegsed asukad sõid merelindude mune ning nende leiukohas oli vaid üks kanamuna kooretükk. Viikingite leiukohas on seevastu ainult üks kanaluu ning kõik munakoored on kanalt. Järelikult viikingitele meeldis kana," võrdleb ta.

Alati saaks täpsemini

Nagu öeldud, ei hakka ZooMS ühtki teist meetodit välja tõrjuma. "ZooMS ei ole zooareholoogia, kui liigi tuvastamise osa välja arvata. Zooarheoloogias vaadatakse tafonoomiat: kuidas luid töödeldi ning kas luudel on lõikejälgi?" kõrvutab Matthew Collins. Näiteks vaatavad zooarheoloogid, kas mõnda looma on naha pärast nülitud, kui kiiresti kulusid looma hambad ning mida iga loom sõi. "ZooMS ei saa siin midagi asendada," märgib Collins.

Küll saab ZooMS-i võtta täiendava uurimismeetodina appi nii zooarheoloogias kui ka muudes valdkondades. Näiteks kasutavad zooarheoloogid oma töös võrdluskatalooge. Igalt väljakaevamiselt leitud luid võrreldakse liigi kindlakstegemiseks kohaliku kataloogi luudega. Collinsi sõnul on Eestis kliima muutunud ajas piisavalt, et meil võiks leiduda näiteks muistseid lumekaku-luid. "Praegu lumekakke Eestist ei leia ning siinses võrdluskollektsioonis neid pole, kuigi näiteks Soomes on. Sul peab praegu vedama, et lähed õigesse laborisse ning oletad õigesti, et see on lumekakk. ZooMS-i valguanalüüs ütleb sulle kohe, et tegu on lumekakuga," arutleb ta.

Siiski möönab professor, et ZooMS ei erista liike väga täpselt. "Kui analüüsime näiteks luud Rooma-aegsest Londonist ning ütleme, et see on hobuseluu, siis tegelikult võis see olla nii sebra kui ka hobune," selgitab ta. Teadlased lihtsalt eeldavad sel juhul aega ja kohta arvestades, et loom polnud sebra. Ometi ei saa seda varianti lõplikult välistada. "Nii ZooMS-i kui ka zooarheoloogiaga laiemalt on oht, et võid midagi tähelepanuta jätta, sest see annab sulle madalama resolutsiooni, kui enamik arheolooge tahaks," tõdeb Collins.

Meetodist võib tema sõnul kasu olla ka tänapäeva meditsiinis. Näiteks on vanade hammaste põhjal näha, kuidas igemepõletiku põhjustav Porphyromonas gingivalis takistab kaudselt igemeid kaitsvate valkude tööd. Vanadel hammastel on näha sellega seoses kahjustusemustrit. Samas on reumatoidartriidiga inimeste veres selliste kahjustatud valkude vastu antikehad. "Kui sul on olnud igemehaigus, on su keha aru saanud, et need valgud on halvad. Nüüd, kus need on sul liigestes, ründab su enda immuunsüsteem su liigeseid? See on muidugi ainult teooria," toob ta näite.

Edaspidi loodab Collins paleoproteoomikaga vana DNA uuringutele järele jõuda. Selleks tuleks tema hinnangul toetada rohkem avatud teadust ehk jagada teadlaste keskis andmeid. Ta tegeleb ise uue ja täpsema analüüsitarkvara loomisega. "Suurim katsumus on praegu ehtsuse tõestamine. Svante [Pääbo, toim] sai Nobeli, sest ta suutis hästi eristada vana ja uut DNA-d, analüüsida ainult vana ja teha seda väga elegantselt. Meil sellist elegantset töömeetodit veel pole ning peame selle leidma," sõnab ta.

Matthew Collins on Tartu Ülikooli veetava ja Euroopa Komisjoni rahastatava projekti "PALEOMIX: Kultuuripärandi uurimise hüpe innovaatiliste bioarheoloogiliste meetodite rakendamise kaudu Baltikumis" üks partneritest. Koos Kopenhaageni, Yorki ja Burgose Ülikooliga võetakse Eestis kasutusele meetodid, mis võimaldavad ainelist pärandit uurida minimaalsete kadudega, saades samas maksimaalset teavet. Projekti eesmärk on tagada pärandi pikaajaline säilimine.