Как из костяного украшения вытащили ДНК его владелицы, жившей в Сибири 20 тысяч лет назад.
Кости и зубы древних людей, а точнее извлеченная из них ДНК, помогли нам обнаружить, что кроме наших прямых предков и неандертальцев в среднем палеолите на земле существовала как минимум и третья ветвь людей — денисовцы. Возможно, это не последнее такое открытие, и теперь наши шансы на такие находки сильно увеличились: кроме костей, зубов и мумифицированных тканей, у нас появился еще один источник генетической информации — артефакты.
Матиас Мейер из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка много лет занимается поисками новых «хранилищ» древних генетических данных. Недавно он и его коллеги смогли найти ДНК в новом резервуаре — в грунте из алтайских пещер: Денисовой и Чагырской. Затем другой группе удалось отсеквенировать древнюю ДНК из натечного камня, образовавшегося на костях европейца эпохи бронзы.
Теперь группа Мейера, опираясь на опыт современных криминалистов, решила проверить еще один потенциальный источник древней ДНК — личные вещи.
Вид на вход в Денисову пещеру
Richard Roberts
Маловероятно, что она может сохраняться на каменных орудиях, но предметы из костей или зубов животных — другое дело. В их пористую структуру могли попадать кровь, слюна или пот людей, которые их изготовили, носили или трогали, — и сохраниться там на тысячи лет. Мейер полагал, что больше всего шансов найти ДНК в украшениях, которые находились в постоянном контакте с телом человека. Более того, как выяснил Мейер и его коллеги, содержащийся в костях и зубах гидроксиапатит адсорбирует попавшую туда ДНК и препятствует ее деградации.
Только не сломай
Чтобы проверить эту идею на практике, палеогенетикам необходимо было получить добро от археологов, которые вряд ли захотят, чтобы их находки были уничтожены — традиционные способы извлечения генетической информации предполагают, что часть артефакта должна быть буквально стерта в порошок — иначе получить ДНК не получится.
Поэтому группе Майера пришлось разработать метод, с помощью которого древнюю человеческую ДНК можно извлечь из артефактов, изготовленных из костей или зубов животных, и при этом не разрушить их. В статье, опубликованной в журнале Nature, он и его коллеги из девяти стран описали все этапы этого процесса.
Сначала исследователи отобрали 11 фрагментов костей и зубов животных, найденных в отложениях возрастом от 35 до 55 тысяч лет в двух французских пещерах: Кенсе и Ле-Котт. Эти остатки не представляли особой ценности, поскольку на них нет следов обработки, зато они похожи по размеру и форме на сырье, из которого древние люди могли сделать орудия или украшения.
Схема выделения древней ДНК из артефактов, изготовленных из костей или зубов животных
Elena Essel et al. / Nature, 2023
На этих материалах палеогенетики испытали разные реагенты и обнаружили, что под воздействием температуры натрий-фосфатный буфер вместе с моющим средством позволяет вытянуть ДНК из находок, не разрушая их.
Но старые находки, которые много лет лежат в хранилищах или музеях, для проверки нового метода не подходят — во время раскопок и последующего изучения древних артефактов исследователи давно загрязнили их современной ДНК.
Поэтому палеогенетики обратились к археологам, которые сейчас ведут раскопки на двух палеолитических памятниках: в пещере Бачо-Киро в Болгарии и Денисовой пещере на Алтае.
Болгарские медведи
Пещера Бачо-Киро расположена недалеко от болгарского города Дряново. Хотя на этом памятнике есть культурные остатки эпохи среднего палеолита, особую известность он приобрел благодаря находкам, относящимся к начальному этапу верхнего палеолита — времени, когда Европу окончательно заселили люди современного анатомического типа, которые за несколько тысяч лет вытеснили и/или ассимилировали неандертальцев.
Местоположение пещеры Бачо-Киро
Sarah Pederzani et al. / Science Advances, 2021
Помимо останков животных и многочисленных артефактов, археологи обнаружили в этой пещере зубы и фрагменты скелетов нескольких людей, в которых сохранилась ДНК. Возраст самой древней из них — больше 40 тысяч лет.
Для проверки своего метода ученые отобрали три подвески из пещеры Бачо-Киро, найденные в 2018–2019 годах. Сперва археологи в масках и перчатках аккуратно извлекли их из культурного слоя вместе с окружающими их отложениями. Два артефакта (BKP2 и BKP3) были изготовлены из медвежьих зубов, а третий (BKP1) — из зуба какого-то млекопитающего. Все они происходят из слоев, возраст которых превышает 40 тысяч лет.
Однако с находками из Бачо-Киро ученых ждал только ограниченный успех. Им удалось «вытянуть» фрагменты медвежьей митохондриальной ДНК из подвесок BKP2 и BKP3, а также кусочки древней ДНК представителя семейства оленевых из артефакта BKP1. Генетический материал древних людей сохранился лишь в грунте, прилипшем к одной из подвесок.
Сибирская евразийка
Главный результат группе Мейера принесла находка из Денисовой пещеры. Этот памятник находится в Солонешенском районе Алтайского края, и это самая древняя пещера в Сибири, которую заселил человек. Хотя раскопки здесь начались еще в 1980-х годах, знаменитой она стала в 2010 году, когда палеогенетики во главе со Сванте Паабо установили, что останки из Денисовой пещеры принадлежали человеку из ранее неизвестной популяции древних людей — денисовцев, поселившихся на Алтае около 300 тысяч лет назад (Паабо за разработку методов палеогеномики присудили Нобелевскую премию, подробнее о его работе вы можете прочесть в материале «Человек, который собрал древних»).
Местоположение Денисовой пещеры
Mike Morley et al. / Scientific Reports, 2019
В общей сложности здесь обнаружили больше двух десятков человеческих костей, включая останки неандертальцев и девочки-гибрида первого поколения, прозванной Денни. Более того, фрагменты митохондриальной ДНК из слоев эпохи верхнего палеолита указали на то, что с глубокой древности пещеру посещали и люди современного анатомического типа.
Находки из Денисовой пещеры продолжают поступать, и только за последний полевой сезон коллекция, среди прочего, приросла двумя человеческими зубами (1, 2), подвеской из зуба горного козла, а также бусинами из бивня мамонта и скорлупы страусиного яйца.
Еще один артефакт (DCP1), который изучала группа Мейера, нашли в 2019 году в южной галерее Денисовой пещеры, когда раскапывали отложения 11-го слоя. Это отлично сохранившаяся подвеска, изготовленную из оленьего клыка. Из этого же слоя ученые извлекли древесный уголь и отправили его на радиоуглеродный анализ.
Подвеска, найденная в Денисовой пещере
Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology
Две полученные датировки заметно отличаются друг от друга. Первая по калибровочной кривой IntCal20 соответствует времени 24200–23830 лет назад, а вторая — 39180–37560 лет назад.
И с подвеской из Денисовой пещеры палеогенетиков, наконец, ждал успех. Сначала из нее удалось выделить древнюю митохондриальную ДНК, большая часть которой принадлежала одному человеку.
Прочитав митохондриальный геном со средним покрытием 62 раза, ученые пришли к выводу, что человек, который, вероятно, носил или изготовил это украшение, принадлежал к митохондриальной гаплогруппе U. Судя по молекулярным часам, он жил около 18,5 тысячи лет назад (между 31,6 и 4,6 тысячи лет назад).
Филогенетическое дерево, построенное по митохондриальным геномам древних и современных людей
Elena Essel et al. / Nature, 2023
Более того, ученым даже удалось прочитать часть ядерного генома хозяина украшения. Оказалось, что украшение сохранило генетическую информацию женщины, которая принадлежала к условно выделяемой популяции древних северных евразийцев (Ancient North Eurasian).
К ней, в частности, также относятся индивиды со стоянок Мальта (Иркутская область) и Афонтова Гора (Красноярск), жившие около 24 и 17 тысяч лет назад соответственно. Более поздние потомки этой популяции известны как из Сибири, так и, например, из Синьцзяня (подробнее об этом в материале «Культура фаллосов и вульв»).
Геном женщины из Денисовой пещеры (обозначен красной точкой) разместился рядом с геномами людей со стоянки Мальта (зеленый квадратик, MA1), Афонтова Гора (зеленый треугольник, AG3), а также западно-сибирскими охотниками-собирателями (сиреневый кружок, WSHG) и представителями ботайской археологической культуры (оранжевый треугольник, Botai).
График, построенный с помощью метода главных компонент
Геном женщины из Денисовой пещеры (обозначен красной точкой) разместился рядом с геномами людей со стоянки Мальта (зеленый квадратик, MA1), Афонтова Гора (зеленый треугольник, AG3), а также западно-сибирскими охотниками-собирателями (сиреневый кружок, WSHG) и представителями ботайской археологической культуры (оранжевый треугольник, Botai)
Elena Essel et al. / Nature, 2023
Из артефакта также выделили митохондриальную ДНК животного, которому принадлежал зуб. Им оказался один из подвидов благородного оленя (Cervus elaphus / canadensis), — который жил, по молекулярной оценке, примерно 24,7 тысячи лет назад.
Рассчитанное по молекулярным часам приблизительное время жизни женщины и оленя согласуется друг с другом, а также с одной из двух радиоуглеродных дат (более молодой), поэтому прямое датирование находки ученые делать не стали.
Так ученым удалось впервые прочитать ДНК древнего человека из украшения, изготовленного из зуба животного, причем для этого даже не потребовалось в буквальном смысле стирать часть находки в порошок. Более того, это первый ядерный геном человека современного анатомического типа из Денисовой пещеры, а также первый ядерный геном человека эпохи верхнего палеолита, жившего на территории Алтая.
Теперь исследователи планируют выяснить, как часто в личных вещах сохраняется ДНК древних людей, прикасавшихся к ним. Более того, разработанный неразрушающий метод можно применять и для человеческих костей и зубов, особенно если он будет обеспечивать достаточное для анализа покрытие геномов.
Михаил Подрезов
Добавить комментарий