«Фантастический шаг в изучении прошлого». Что значит выделение ДНК из зуба в Денисовой пещере

Из подвески из зуба оленя, которую нашли в знаменитой Денисовой пещере на Алтае, ученые впервые смогли выделить человеческую ДНК. Она принадлежала женщине, жившей примерно 20 тысяч лет назад. О значении этого прорывного открытия RTVI рассказал доцент кафедры археологии исторического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, специалист по искусству палеолита Владислав Житенёв.

В чем суть открытия, сделанного в Денисовой пещере российскими археологами из Института археологии и этнографии СО РАН с европейскими коллегами?

Мы знаем, что извлечение ДНК из культурных слоев это достаточно недавняя история. Если говорить про выделение палеоДНК из костных останков, то группа исследователя Виллерслева с коллегами ранее смогла выделить палеоДНК из кости лошади, которая датируется временем около 1 миллиона лет назад. Это один самых древних результатов, которые существуют.

Результаты использования методики секвенирования ДНК из пещерных осадочных пород (рыхлых отложений) впервые опубликованы в 2017 г. Эта методика хорошо разработана, высоко оценена международным научным сообществом, и Сванте Паабе в том числе за это получил в прошлом году Нобелевскую премию.

На сегодняшний день определить популяционную принадлежность создателей той или иной культуры, людей, которые жили на той или иной стоянке, именно с точки зрения молекулярной биологии мы можем по нескольким направлениям. Во-первых, если мы находим их костные останки, что бывает достаточно редко, и извлекаем из них ДНК. Это получается, если позволяет их сохранность.

Второй путь, относительно недавно апробированный, это получить материалы ДНК из культурного слоя. Ранее именно впервые по материалам Денисовой пещеры в результате работы наших новосибирских коллег и команды Сванте Паабо из рыхлых отложений были извлечены не только палеоДНК животных, которые там жили, но и людей, причем из разных культурных слоев, которые достаточно древние — около 200 тысяч лет. И мы достаточно хорошо видим, что этот метод работает не только в Денисовой пещере, но и на других памятниках.

Итак, палеоДНК, который смогли выделить специалисты из подвески, сделанной из зуба оленя (изюбра), принадлежала женщине или была ею сделана. И с точки зрения генетического определения возраста, эта женщина жила около 19 000 лет назад (точнее, в интервале 19-25 тыс. л.н.). При этом сам культурный слой датируется другими естественнонаучными методами временем чуть более ранним. Но мы видим, что это время условной середины верхнего палеолита.

Теперь мы получаем уникальные возможности, о которых раньше могли только мечтать и то только в самых смелых мечтах — получать ДНК из предмета, сделанного из органических материалов, кости, рога либо бивня, которые обрабатывал человек, и на нем осталась его ДНК. Это действительно прорывной шаг, потому что ДНК не всегда сохраняется в культурных слоях. И то, что ДНК можно получить неразрушающим способом из предмета, которым пользовался человек или который сделал человек, это феноменальное открытие.

Оно позволяет нам с одной стороны, сказать больше о тех людях, о популяционной принадлежности тех, кто оставлял те или иные остатки, создавал те или иные культурные общности. И с другой стороны, проследить передвижение людей по просторам нашей планеты — мы можем говорить о родстве тех или иных крупных групп, коллективов палеолитического человека, что перед нами открывает совершенно новые горизонты. И плюс, конечно, очень интересно это то, что когда мы накопим нужное количество знаний, мы поймем, люди какого пола пользовались теми или иными предметами.

Эта женщина — Homo Sapiens, потому вопрос о принадлежности подвески денисовцам не cтоит?

Научный вопрос о том, кто первый использовал украшения на территории Алтая, денисовцы или Homo sapiens, относится к слоям, имеющим возраст около 45 тыс. лет, то есть к гораздо более древним. Уже 40 тыс. лет назад денисовцев в пещере не было, поэтому зуб точно относится к эпохе Homo sapiens.

Где-то 70-60 тыс. лет назад, не позже, Homo Sapiens начинает последнее успешное и активное расселение из Африки и Ближнего Востока. И эта волна миграции была не первая. Мы видим, что были отдельные группы, которые выходили раньше, но они не оставили генетический след и в верхнепалеолитическом, и в современном человечестве. То есть, по всей видимости, они не смогли закрепиться и исчезли как популяционные единицы. Но после того, как Homo Sapiens начал заселять территорию Евразии, достаточно быстро, в течение пары десятков тыс. лет, сформировались очень крупные, географически различные популяции, проживавшие на разных территориях, между которыми, безусловно, происходил дрейф генов. И эта женщина относится как раз к такой крупной, хорошо нам известной популяции, которая связана с тем сибирским населением, существовавшим на определенной географической евразийской территории, и с первыми американскими первопроходцами.

В чем прелесть зубов или кости, в которых, как выяснилось, может сохраняются палеоДНК человека?

Дело в том, что один из самых главных плюсов этого метода — его неразрушающей характер. Мы привыкли к тому, что для того чтобы получить палеогенетическую информацию фрагмент человеческой кости должен быть разрушен. То есть больше мы его не увидим. Прелесть нового метода заключается в том, что мы можем взять любой уникальный, только что найденный предмет — и очень важно, не музейный экспонат, а только что выкопанный. Авторы статьи убедительно, к сожалению, показали, что давно найденные вещи, хранящиеся в музеях, на сегодняшний день из-за загрязнения не могут быть успешно подвергнуты подобному анализу. Авторы сразу подчеркивают, что наша задача, как только предмет показывается из культурного слоя — немедленно предпринять необходимые меры — надеть маску и перчатки.

Вообще для извлечения ДНК лучше всего подходят зубы и слуховые кости. Но в данном случае наши коллеги взяли украшение, чтобы выделить не только и не столько ДНК носителя этого зуба, у которого он рос, а древние человеческие ДНК, которые условно впитались внутрь.

И пока мы не знаем, насколько зуб, пористая кость, рог или бивень лучше сохраняют чужую ДНК. Мы в принципе не подозревали, что все настолько хорошо, что в некоторых случаях мы можем вычленить человеческую ДНК. И кстати мы видим, что зубы, найденные в болгарской пещере Бачо Киро, по целому ряду причин не дали аналогичный результат.

Ответы на какие вопросы дает, и возможно, ставит новые, эта находка с точки зрения распространения палеолитических украшений?

Украшения — один из немногих предметов эпохи палеолита, которые, как мы считаем, могли передаваться на огромные расстояния по тем социальным сетям людей, которые между собой общались. И это — наши археологические предположения, гипотезы, которые до определенного момента было невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть комплексными естественнонаучными методами . Мы считали, что одни люди украшения делают, и потом по цепочке они передаются на расстояния в многие сотни, а иногда и тысячи километров.

Тут, безусловно, встает ряд вопросов методических, потому что, как правильно говорят авторы статьи, мы не очень понимаем, чью ДНК выделили — того человека, который делал украшение, или который носил. Так, исследования предметов из костей, найденных, например, в Восточной Европе, часто говорят о том, что, например, олень, из рога которого сделан определенный предмет, жил вовсе не в Восточной Европе, а в Центральной.

То есть мы видим путешествия предметов, и по целому ряду анализов можем их проследить. А когда мы говорим о выделении ДНК человека на них, есть большая надежда, что мы сможем прослеживать передвижения крупных коллективов людей и видеть, какое взаимодействие между популяциями людей в тех или иных частях мира было в такое раннее время. Это для нас имеет достаточно большое значение, чтобы понять историю людей и историю развития общества в Ледниковую эпоху.

А подобные подвески встречались на других памятниках ранее?

Это одна из наиболее типичных подвесок из зубов животных. И с самого начала появления украшений из зубов на территории Европы такие подвески начинают встречаться на территории всей Евразии — и по всей Европе, и на Кавказе, на Урале, и в Сибири. В этом был какой-то очень глубокий символический смысл. Мы его, естественно, не понимаем, но видим, что это один из основных типов украшений именно из зубов животных, которые нам известны.

Если подвески настолько типичны, то разные популяции одновременно к ним пришли? Или это было распространение из какого-то очага по Европе, по Кавказу, дальше в Сибири?

Это вопрос один из наиболее сложных и проблематичных, над ним бьются все. Практически одновременно эти подвески и целый комплекс украшений появляются действительно на очень широкой, географически огромной площади от Западной Европы до Алтая.

Но, тем не менее, есть две версии. Первая абсолютно согласуется с тем, что все происходит из какого-то единого центра и потом очень быстро распространяется по Евразии. Эта точка зрения имеет право на существование, ее отстаивает достаточное количество специалистов. Вторая точка зрения заключается в другой идее, прямо противоположной, что сапиенcы сначала расселяются, потом, доходя до определенного уровня символического развития в своих представлениях, начинают использовать одни и те же зубы животных, одни и те же орнаменты, но на разных географически очень удаленных друг от друга территориях.

В чем заключается новый метод выделения ДНК из предметов и почему его сравнивают со стиральной машиной?

Авторы очень четко пишут — чтобы не загрязнять современными ДНК предмет, который мы хотим исследовать, как только подобные вещи появляются при расчистке культурного слоя, необходимо немедленно надеть перчатки, маску и после этого уже производить дальнейшую расчистку предмета. После чего не очищать его от налипших комочков грунта, а как можно быстрее отправить в соответствующую лабораторию, где уже при помощи разных манипуляций будет произведена экстракция ДНК из кусочков земли и поверхности предмета.

Сравнение со стиральной машиной образное, потому что, чтобы получить вот эти необходимые для анализа материалы ДНК, необходимо полностью очистить внешнюю поверхность предмета и первые внутренние слои.

Интересно, что при достаточно серьезном нагреве, образец не разрушается, и это очень важно. Метод действительно революционный именно благодаря тому, что впервые получилось извлечь материалы, необходимые для анализа палеоДНК без разрушения предмета. Это, конечно, совершенно фантастический шаг в изучении древнего прошлого человечества.

Метод освоила пока одна лишь европейская лаборатория?

Если я правильно понимаю, имеющийся метод совершенствуется в одной лаборатории. Дальше, я думаю, что ведущие генетические центры мира, безусловно, постараются попробовать и получить аналогичный результат, потому что в науке, как мы прекрасно знаем, любой эксперимент должен быть воспроизводим, и поэтому из него не делается секрета.

У наших новосибирских коллег очень хорошая методика исследований и замечательное умение выстраивать международную команду. Они привлекают специалистов из самых разных университетов, институтов как отечественных, так и зарубежных, чтобы максимально широко и глубоко исследовать те материалы, которые получены при археологических полевых работах.

Для Сванте Паабо и других наших коллег, молекулярных биологов, новый метод — это развитие их идей, возможностей и тех инструментов, которые сейчас у палеогенетики есть. Безусловно, это очередной методический прорыв, что подтверждает ту заслуженную награду, которую в лице Паабо получили в прошлом году от всего научного сообщества.

Действительно ли мы стоим на пороге мини-революции в археологии? Ведь отныне мы можем выделять ДНК предков людей не только из их останков, из грунта, по которому они ходили, но и фактически из предметов, которыми они пользовались? Могут ДНК выделяться из орудий труда, или предметов, найденных в захоронениях?

С предметами, найденными в захоронениях, я думаю, что будет очень интересно провести подобные исследования. И здесь встанет очень серьезный вопрос. В любом захоронении основное количество ДНК будет связано с тем, кого похоронили, а не с теми, кто, например, делал предметы или кто ими пользовался. Мы знаем по верхнепалеолитическим захоронениям, что в захоронения очень часто кладут предметы труда, украшения, которые использовались совсем другими людьми. И я думаю, что, безусловно, будут пытаться решить эту проблему.

Орудия труда в данном случае будут наиболее интересным и важным материалом. Во-первых, это массовый материал. Во-вторых, мы видим очень большой набор орудий труда из кости, рога и бивня, которые люди делали самостоятельно для себя и порой для не очень длительного использования. И массовость этих орудий труда, в отличие от украшений, даст необходимый нам масштаб накопленных выводов о том, что это были за люди, насколько труд был диверсифицирован в половом плане, что делали больше женщины, что делали больше мужчины, а что делали и те, и другие вне зависимости от половой принадлежности.

Поэтому именно орудия труда принесут нам не меньшее количество информации об организации первобытного общества, палеолитического общества, чем украшения.

Выявление ролей в первобытном коллективе, и выявление длительных связей на больших расстояниях между популяциями, передач каких-то предметов — наиболее явные, яркие и очень неожиданные перспективы, о которых еще недавно мы могли только мечтать. Поэтому новое открытие, мало того, что прорывное, оно вселяет надежду, желание как можно быстрее посмотреть результаты новых исследований, которые будут проведены с помощью этой методики