Исследование ДНК древних людей стало возможным без самих останков

Биологи из института эволюционной антропологии Лейпцига и их российские, европейские и австралийские коллеги выяснили, что ДНК неандертальцев и денисовских людей можно успешно идентифицировать в образцах, взятых из осадочных пород археологических локаций. Для этого метода не требуются, собственно, сами древние останки, достаточно небольшого количества митохондриальной ДНК, содержащегося в таких образцах. Статья опубликована в Science.

Минеральные и органические компоненты образцов, взятых из глубоких слоев геологических отложений, могут хранить фрагменты ДНК, которые вполне успешно поддаются выделению и дальнейшему анализу. Подобные работы уже проводились для исследования древних растений и животных. Важным фактором «древности» исследуемой ДНК является замена некоторых ее цитозинов на тимины — это происходит благодаря реакции деаминизации и служит индикатором возраста молекулы.

Ученые проанализировали 85 образцов из семи археологических локаций, включая пещеру Денисова и Чагырскую пещеру, расположенных в алтайских горах. Возраст отложений составлял от 14 до свыше 550 тысяч лет и соответствовал позднему или среднему плейстоцену. Некоторые из образцов собирали специально для данного проекта, а другие уже несколько лет хранились при комнатной температуре, что не помешало успешно проанализировать содержащуюся в них митохондриальную ДНК.

Митохондриальная ДНК содержится в клетках в большем количестве копий, нежели ядерная, поэтому с ней удобнее работать в случаях, когда количество нуклеиновых кислот в образцах очень мало. Выделив ДНК, ученые методом гибридизации сравнивали ее с 242 пробами митохондриальной ДНК разных млекопитающих. Более двух третей секвенированной ДНК идентифицировать не удалось, однако среди остальной части было показано наличие древних нуклеиновых кислот, соответствующих ДНК слоновых, гиеновидных, полорогих, непарнокопытных, оленевых, псовых и других видов животных. Исследование генетических вариаций показало, что ДНК слоновых, в основном, принадлежали вымершим в голоцене шерстистым мамонтам, ДНК носороговых — вымершим в позднем плейстоцене шерстистым носорогам, ДНК гиеновидных — вымершим пещерным гиенам или ныне живущим пятнистым гиенам, и, наконец, ДНК медвежьих, обнаруженная в хорватской пещере Виндии, принадежала, в основном, вымершему 25 тысяч лет назад медведю Ursus ingressus. Метод успешно позволял отделять древнюю ДНК от более современной, а данные по ДНК животных соотвествовали представлениям ученых о проживающих на этих территориях в те временные периоды видах.

Вначале ДНК гоминид (семейства приматов, включающего людей и человекообразных обезьян) была обнаружена всего лишь в одной локации.  ДНК животных в образцах оказалось слишком много, и ученые повторили эксперимент, теперь гибридизуя ДНК только с пробами мДНК известных гоминид. В результате присутствие гоминид обнаружилось в 15 образцах из четырех локаций, и в девяти из них оказалось достаточное количество фрагментов митохондриальной ДНК для проведения дальнейшего анализа. Сравнив последовательности этих фрагментов с известными последовательностями неандертальцев, денисовских людей и гейдельберовского человека из испанской пещеры Сима-де-лос-Уэсос, ученые убедились, что ДНК восьми образцов соответствуют неандертальцам на 87-98 процентов (при этом соответствие с современным человеком составило 4-11 процентов, а с денисовским и с гейдельберовским человеком —  по 0-2 процента). Эти образцы были взяты из испанской локации El Sidrón, бельгийской локации Trou Al’Wesse, а также пещеры Денисова и Чагырской пещеры. В девятом образце, взятом также из пещеры Денисова, 84 процента ДНК совпало с денисовским человеком.

Интересно, что в плейстоценовых отложениях бельгийской локации останков гоминид пока что еще не находили, хотя обнаруженные в тех местах обработанные кости животных и другие артефакты свидетельствуют о том, что неандертальцы там, скорее всего, действительно жили. В пещере Денисова ДНК неандертальцев также была идентифицирована, в частности, в образцах из слоев, в которых обнаруживали каменные инструменты среднего палеолита, но самих останков неандеральцев еще не находили. В ее Восточной Галерее следы ДНК неандертальцев и денисовцев нашлись в более низких слоях, чем сами останки древних людей, что указывает на совместное существование этих двух видов в течение долгого времени.

В образцах среднего плейстоцена Чагырской пещеры и французской Caune de l’Arago присутствия ДНК гоминид показать не удалось, что неудивительно, учитывая их возраст - более 300 тысяч лет. Ученые надеются, однако, что более масштабный анализ с большим количеством образцов позволит исследовать и такие древние отложения, а также обнаружить присутствие ДНК гоминид в тех образцах позднего плейстоцена, где пока этого сделать тоже не удалось.

Построенные на основе полученных данных филогенетические деревья показали, что генетические вариации исследуемых ДНК находятся в пределах нормы для известных митохондриальных геномов неандертальцев и денисовских людей. Удалось также показать, в каких образцах ДНК принадлежало одной особи, а в каких — разным. Используя метод максимального правдопобия ученым также удалось исследовать четыре дополнительных образца из пещеры Денисова и Чагырской пещеры, и обнаружить в них присутствие ДНК древних гоминид, причем в одном из образцов пещеры Денисова обнаружилось ДНК двух разных особей.

На один миллиграм кости человеческих останков удается получить от 28 до 9142 фрагмента митохондриальной ДНК, а на один миллиграм породы — от 34 до 4490 фрагментов (включающих, однако, мДНК всех млекопитающих). Это удивительно много, и открывает множество перспектив для подобных исследований. Кроме того, дополнительные исследования показали, что ДНК обычно распределена в древнем слое породы достаточно ровно и не перемешивается с более нижними или верхними слоями.

Изучение древних организмов часто затруднено из-за малого количества археологических и палеонтологических материалов. Для многих методик хватило бы и одного потерянного каким-нибудь денисовским человеком зуба, но даже такая находка — большая редкость. Новые цифры и факты обнадеживают — по-видимому, для исследования ДНК древних людей теперь не обязательно будет находить их захоронения, останки или даже части тела.

Анна Казнадзей