Исследователи из Института Макса Планка успешно выделили ДНК древнего человека из подвески на зубе палеолитического оленя, что позволяет напрямую идентифицировать пользователей артефактов из глубокого прошлого и получить более глубокое представление о палеолитических обществах.
Международная исследовательская группа под руководством Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге (Германия) впервые успешно выделила ДНК древнего человека из палеолитического артефакта — проколотого зуба оленя, обнаруженного в Денисовой пещере на юге Сибири. Чтобы сохранить целостность артефакта, они разработали новый неразрушающий метод выделения ДНК из древних костей и зубов. По полученной ДНК удалось восстановить точный генетический профиль женщины, которая использовала или носила кулон, а также оленя, из которого был извлечен зуб. Генетические даты, полученные для ДНК женщины и оленя, показывают, что кулон был изготовлен в период между 19 и 25 тыс. лет назад. Зуб остался полностью целым после анализа, что свидетельствует о новой эре в исследовании древней ДНК, когда станет возможным напрямую идентифицировать пользователей украшений и орудий труда, изготовленных в глубоком прошлом.
Вход в Денисову пещеру. Credit: © Richard G. Roberts
Артефакты из камня, костей или зубов позволяют получить важные сведения о стратегиях жизнеобеспечения ранних людей, их поведении и культуре. Однако до сих пор было трудно отнести эти артефакты к конкретным людям, поскольку в палеолите захоронения и погребения были очень редки. Это ограничивает возможность сделать выводы, например, о разделении труда или социальных ролях людей в этот период.
Для того чтобы напрямую связать культурные объекты с конкретными людьми и таким образом получить более глубокое представление о палеолитических обществах, международная междисциплинарная исследовательская группа под руководством Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге разработала новый, неразрушающий метод выделения ДНК из костей и зубов. Несмотря на то, что они встречаются реже, чем каменные орудия, ученые сосредоточили свое внимание именно на артефактах, изготовленных из скелетных элементов, поскольку они более пористые и, следовательно, с большей вероятностью сохраняют ДНК, присутствующую в клетках кожи, пота и других жидкостях организма.
Новый метод выделения ДНК
Прежде чем приступить к работе с реальными артефактами, команда должна была убедиться, что ценные предметы не будут повреждены. «Структура поверхности костных и зубных артефактов эпохи палеолита дает важную информацию об их изготовлении и использовании. Поэтому сохранение целостности артефактов, включая микроструктуры на их поверхности, было первоочередной задачей», — говорит Мари Соресси, археолог из Лейденского университета, которая руководила работой вместе с Маттиасом Мейером, генетиком из Института Макса Планка.
Группа исследователей проверила влияние различных химических веществ на структуру поверхности археологических костей и зубов и разработала неразрушающий метод выделения ДНК на основе фосфатов. «Можно сказать, что мы создали стиральную машину для древних артефактов в нашей чистой лаборатории», — объясняет Елена Эссель, ведущий автор исследования, разработавшая метод. «Промывая артефакты при температуре до 90°C, мы можем извлекать ДНК из промывных вод, сохраняя артефакты в целости и сохранности».
Проколотый зуб оленя, обнаруженный в Денисовой пещере, до выделения ДНК. Credit: © Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology
Первые неудачи
Команда впервые применила этот метод к набору артефактов из французской пещеры Quinçay, раскопанных в 1970-1990-х годах. Хотя в некоторых случаях удалось идентифицировать ДНК животных, из которых были сделаны артефакты, подавляющее большинство полученных ДНК принадлежали людям, которые работали с артефактами во время или после раскопок. Это затрудняет идентификацию ДНК древнего человека.
Чтобы преодолеть проблему загрязнения современными людьми, исследователи сосредоточились на материалах, которые были только что раскопаны в перчатках и масках и помещены в чистые пластиковые пакеты с еще не осевшим осадком. Три зубные подвески из пещеры Бачо Киро в Болгарии, где обитают самые древние надежно датированные современные люди в Европе, показали значительно более низкий уровень загрязнения современной ДНК, однако идентифицировать ДНК древнего человека в этих образцах не удалось.
Проколотый зуб оленя из Денисовой пещеры после выделения ДНК. Credit: © Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology
Подвеска из Денисовой пещеры
Окончательно совершить прорыв удалось археологам Максиму Козликину и Михаилу Шунькову, ведущим раскопки в знаменитой Денисовой пещере в России. В 2019 году, не зная о новом методе, разрабатываемом в Лейпциге, они чисто выкопали и отложили в сторону подвеску из зуба верхнепалеолитического оленя. Из нее лейпцигские генетики выделили не только ДНК самого животного — оленя вапити, но и большое количество ДНК древнего человека. «Количество человеческой ДНК, которое мы извлекли из подвески, было необычайно велико, — говорит Елена Эссель, — почти как если бы мы взяли образец человеческого зуба».
Раскопки в Южной камере Денисовой пещеры в 2019 году. Credit: © Sergey Zelensky
На основании анализа митохондриальной ДНК — небольшой части генома, которая наследуется исключительно от матери к детям, — исследователи пришли к выводу, что большая часть ДНК, скорее всего, произошла от одного человека. Используя митохондриальные геномы вапити и человека, они смогли оценить возраст кулона в 19-25 тыс. лет, не беря при этом образец драгоценного предмета для C14-датирования.
Помимо митохондриальной ДНК, исследователи обнаружили значительную часть ядерного генома владельца кулона. По количеству Х-хромосом они определили, что кулон был изготовлен, использовался или носился женщиной. Кроме того, было установлено, что эта женщина генетически тесно связана с современными ей древними людьми из более восточных районов Сибири, так называемыми «древними северными евразийцами», скелетные останки которых были проанализированы ранее. «Криминалисты не удивятся тому, что человеческая ДНК может быть выделена из предмета, с которым много обращались, — говорит Маттиас Мейер, — но удивительно, что это все еще возможно спустя 20 000 лет».
Вид сверху на проколотый зуб оленя, обнаруженный в Денисовой пещере на юге Сибири. Credit: © Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology
Теперь ученые надеются применить свой метод ко многим другим предметам, сделанным из костей и зубов в каменном веке, чтобы узнать больше о генетическом происхождении и поле людей, которые их делали, использовали или носили.
Ссылка: «ДНК древнего человека, извлеченная из палеолитической подвески» Елена Эссель, Елена И. Завала, Эллен Шульц-Корнас, Максим Б. Козликин, Хелен Фьюласс, Бенджамин Верно, Михаил В. Шуньков, Анатолий П. Derevianko, Katerina Douka, Ian Barnes, Marie-Cécile Soulier, Anna Schmidt, Merlin Szymanski, Tsenka Tsanova, Nikolay Sirakov, Elena Endarova, Shannon P. McPherron, Jean-Jacques Hublin, Janet Kelso, Svante Pääbo, Mateja Hajdinjak, Marie Soressi and Matthias Meyer, 3 May 2023, Nature . DOI: 10.1038/s41586-023-06035-2
Финансирование: Max-Planck-Gesellschaft, Министерство культуры Франции, Российский научный фонд, NWO VICI award, H2020 European Research Council, Adolph C. and Mary Sprague Miller Institute for Basic Research in Science
