Революция в науке: неандертальская ДНК у нас под ногами

Представьте себе: в незапамятные времена неандерталец справил нужду в пещере. Спустя десятки тысяч лет следы ДНК по-прежнему находятся под полом пещеры, надо только прочитать их.

Идея генетического анализа древних отложений возникла не вчера. Впервые такой эксперимент провели в 2003 году — тогда генетику Эске Виллерслеву (Eske Willerslev) из Университета Копенгагена удалось выделить ДНК из образцов сибирской вечной мерзлоты, а также пещерных отложений, где обнаружились следы мамонта, лошади и 19 видов растений. Но в то время методика ещё не позволяла отличить древнюю человеческую ДНК от современной. Наконец, спустя 13 лет, время пришло. О сенсационных результатах сообщает статья в Science, среди авторов которой, помимо известных палеогенетиков Сванте Паабо (Svante ??bo) и Маттиаса Мейера (Matthias Meyer), есть наши археологи Анатолий Деревянко и Михаил Шуньков, а также выдающийся французский палеоантрополог Анри де Люмле (Henry de Lumley).

Главная трудность, которую предстояло преодолеть специалистам: даже если в земле осталась человеческая ДНК, она представлена короткими фрагментами, которые предстоит найти среди огромного количества ДНК микроорганизмов, а также отличить от геномов других млекопитающих. Чтобы показать трудность задачи, авторы уточняют: в образце грунта объёмом в чайную ложку находятся триллионы фрагментов ДНК.

Для исследования учёные получили 85 проб отложений с археологических памятников, населяемых людьми в разные эпохи, от 14 тыс. до более 550 тыс. лет назад.

Многие образцы были взяты специально для этого исследования — в том числе из знаменитых местонахождений Эль Сидрон (Испания), Виндия (Хорватия), Денисовой пещеры (Россия) и Араго (Франция). Кроме того, использовались образцы из Денисовой и Чагырской пещер, ранее отобранные для люминисцентного датирования.

ДНК выделялось из проб размером от 38 до 160 мг. Учёные решили искать митохондриальную ДНК — она содержится в тканях в большем количестве, чем ядерная, а потому имеет больше шансов сохраниться в земле.

79-96% найденной ДНК идентифицировать не удалось, а в оставшейся части, как и ожидалось, доминировали микроорганизмы. Однако среди них специалисты обнаружили фрагменты геномов 12 семейств млекопитающих — в том числе гиеновых, бычьих, лошадиных, оленьих, псовых. Нашлась и ДНК мамонта, и шерстистого носорога, и генетические следы медведя, причём не современного, а пещерного — что подтверждало: в руках учёных не современный, а действительно древний материал.

А что с главной целью исследования? Где следы человека? Как уже говорилось, трудность заключалась в том, чтобы найти фрагменты человеческого генома среди ДНК других млекопитающих. Поначалу следы гоминид обнаружились только в Эль Сидроне — дело в том, что в пробах из этой пещеры отсутствовала ДНК других животных. Кстати, это совпало с археологической картиной — в слоях Эль Сидрона не найдено почти никаких останков, кроме человеческих.

Тогда специалисты повторили поиск, используя методику, направленную на выявление фрагментов человеческой мтДНК. И вот тогда пробы дали положительный результат — в 15 образцах с 4-х памятников нашлись следы человека. Оставалось выяснить — каким видам древних людей принадлежали следы. Для этого учёные искали в мтДНК позиции, содержащие мутации, специфические для сапиенсов, неандертальцев, денисовцев и гейдельбергского человека из Сима де лос Уэсос.

Что получилось? 8 образцов из Эль Сидрона, Тру Аль’Весс, Чагырской и Денисовой пещер оказались неандертальскими. В 9-м образце из Денисовой пещеры (слой 15 Восточной галереи) 84% последовательностей совпали с денисовскими.

Материала нашлось много: из фрагментов человеческой ДНК в образцах удалось собрать от 8 до 99% полной последовательности мтДНК человека.

Авторы решили проверить, ДНК скольких человек содержится в отдельном образце. Оказалось, что в одном образце из Денисовой пещеры все фрагменты принадлежали одному индивиду. В другой пробе из этого же памятника нашлась ДНК двух человек — как и в образце из Эль Сидрон.

Затем исследователи сравнили количество фрагментов ДНК млекопитающих, извлечённых из миллиграмма отложений, и из такого же объёма костных останков, найденных в тех же слоях.

Получилось: от 28 до 9142 фрагментов ДНК на миллиграмм кости. И от 34 до 4490 на миллиграмм отложений. Неожиданно много! Стало быть, можно надеяться в будущем найти таким образом и достаточное количество ядерной ДНК.

Другая особенность — более-менее равномерное распределение ДНК в образцах. Это логично, если предположить, что эта ДНК осталась от испражнений или разложившихся мягких тканей. Исключение составил один крошечный образец из Денисовой пещеры — в нем генетических фрагментов было в 500 раз больше, чем в других, причём все фрагменты принадлежали одному неандертальцу. Возможно, здесь когда-то находился маленький кусочек кости или зуба.

Ещё один момент, который нужно было исследовать: а перемещается ли ДНК из слоя в слой? Ведь такое вполне может происходить за тысячелетия. Тогда хронология заселения пещеры, составленная на основании генетических данных, может не отражать реальной картины.

Однако исследование показало: в Чагырской пещере ДНК древних млекопитающих есть в отложениях, где найдены кости и орудия, но отсутствует в находящихся ниже стерильных слоях, где археологи ничего не нашли. Кроме того, ДНК мамонтов и шерстистых носорогов встречается в слоях позднего плейстоцена, но пропадает выше — в отложениях той эпохи, когда эти животные уже вымерли. Значит, по крайней мере в Чагырской пещере, заметных перемещений ДНК в верхние или нижние слои не произошло.

Авторы отмечают:

1. ДНК удалось извлечь и из образцов, хранившихся ряд лет при комнатной температуре. Значит, для анализа можно использовать старые образцы, когда-то собранные с памятников, на которых уже не ведутся раскопки;
2. В Денисовой пещере ДНК неандертальцев и денисовцев нашли в слоях более древних, чем те, где раньше обнаружили их костные останки. Таким образом, специалисты уточнили время заселения стоянки;
3. Фрагменты ДНК нашлись и в Тру Аль’Весс — памятнике, где были орудия, характерные для неандертальцев, но вообще отсутствовали человеческие кости.

Открываются невероятные перспективы. Ведь таких памятников, как Тру Аль’Весс — большинство! Например, на Русской равнине много стоянок среднего палеолита, а из антропологических находок — один-единственный зуб. Вот где помогли бы генетические тесты. Фактически, новый подход позволит преодолеть проблему «неполноты палеонтологической летописи» последних нескольких десятков тысяч лет. А это значит — прояснить пути миграций. Очертить границы расселения древнего человека. Выяснить, где встречались и как взаимодействовали разные виды гоминид. Закрыть вопрос ряда спорных памятников. Свежий пример: сенсационные находки в Черутти Мастодонт (Калифорния). Археологи утверждают, что на этой стоянке люди разделали скелет мастодонта 130 тыс. лет назад. Правда, человеческих костей нет, только сомнительные орудия. Ну, так давайте проверим, есть ли тут человеческая ДНК!

Ещё одна проклятая проблема, которую, кажется, получится окончательно закрыть — спорные индустрии. Вот культура шательперрон — переходная между средним и верхним палеолитом. Кто её создатели — неандертальцы или кроманьонцы? Споры идут десятилетиями. Взять пробы ДНК из отложений, где найдены орудия шательперрона. Поставить точку.

А вдруг удастся найти неизвестные науке виды животных? А то и новый вид человека, ускользавший от палеоантропологов и палеогенетиков до сих пор?

Конечно, не на всех выбранных памятниках генетикам улыбнулась удача. Так, ничего не удалось найти в пробах из французской пещеры Араго. Неудивительно — ведь этим образцам более 300 тыс. лет. Видимо, пока что до такой «древнятины» метод не дотягивается. Но это только пока.

Сами исследователи предполагают, что в ближайшем будущем генетический анализ отложений станет такой же стандартной процедурой в археологии, как радиоуглеродное датирование. Что же, хочется надеяться, что методика будет недорогой и доступной российским учёным.

Автор — Александр Соколов.