ДНК из отложений помогает раскрыть древнюю историю человечества

Поле древней ДНК выявило важные аспекты нашего эволюционного прошлого, включая наши отношения с нашими дальними родственниками, денисовцами и неандертальцами. В этих исследованиях использовалась ДНК костей и зубов, которая хранит ДНК и защищает ее от окружающей среды. Но такие скелетные останки крайне редки, поэтому значительная часть истории человечества остается недоступной для генетического анализа.

Чтобы заполнить эти пробелы, исследователи из Института эволюционной антропологии Макса Планка разработали новые методы обогащения и анализа ДНК человека из отложений, которые в изобилии доступны почти на каждом археологическом участке. До сих пор из археологических отложений была извлечена только митохондриальная ДНК, но это имеет ограниченную ценность для изучения взаимоотношений между популяциями. Появление анализов ДНК отложений открывает новые возможности для исследования глубокого человеческого прошлого.

При извлечении ДНК древнего человека из отложений ученым приходилось соблюдать осторожность, чтобы не допустить попадания большого количества ДНК других млекопитающих, таких как медведи и гиены. «В геноме человека есть много мест, которые очень похожи, например, на ДНК медведя», – сказал Бенджамин Верно, первый автор исследования. Исследователи специально определили области в геноме, где они могут быть уверены в выделении только ДНК человека, а также разработали методы для измерения своего успеха в удалении нечеловеческой ДНК. «Мы хотели быть уверены, что не случайно наблюдаем за неизвестными видами гиен», – сказал Верно.

Ученые применили свои методы для изучения более 150 образцов донных отложений из трех пещер. В двух из этих пещер – Чагырской и Денисовой в Горном Алтае на юге Сибири – предыдущие исследования анализировали ДНК костей. Таким образом, авторы смогли сравнить ДНК осадка с ДНК кости. «Технологии, которые мы разработали, являются очень новыми, и мы хотели иметь возможность протестировать их в местах, где мы знали, чего ожидать», – сказал Маттиас Мейер, ведущий автор исследования. Исследователи обнаружили, что ДНК из отложений больше связана с геномами, извлеченными из костей с этих участков, что вселяет уверенность в надежности их методов.

Раскопки на третьем месте, Galería de las Estatuas на севере Испании, во главе с Хуаном Луисом Арсуагой из Университета Комплутенсе де Мадрид, обнаружили каменные орудия труда, которые были обнаружены между 70 и 115 тысячами лет назад. Но у неандертальца была найдена только одна кость пальца ноги, и она была слишком молодой, чтобы брать образцы ДНК. «Не было возможности изучить генетику неандертальцев, живших в Estatuas», – сказал Асьер Гомес-Оливенсия, ученый группы Estatuas из Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea. ДНК, извлеченная из отложений, показала, что жила не одна пещера, а две группы неандертальцев, причем первоначальная группа была заменена более поздней около 100000 лет назад.

Когда ученые сравнили ДНК осадка с другими образцами скелета, они заметили удивительную тенденцию – у неандертальцев, по-видимому, было два «излучения», причем более старые Estatuas произошли от одного излучения, а более молодые популяции – от второго. Джоан сказала: «Мы задавались вопросом, могут ли эти излучения, наряду с замещением популяций в Estatuas, быть связаны с изменениями климата или с изменениями в морфологии неандертальцев, которые произошли в этот период времени – хотя нам потребуется больше данных, чтобы сказать об этом. Лицо уверенности “. Луис Арсуага.

Даже в тех местах, где ранее исследователи анализировали ДНК костей, новые идеи можно почерпнуть из отложений. В пещере Чгрская предыдущие археологические исследования показали, что жители неандертальцев принадлежат к одной группе населения и жили там недолго. Но поскольку предыдущая работа восстановила только один геном из одной из костей на этом месте, невозможно узнать, представляет ли он все население, живущее вокруг Чагарской пещеры. Осадок ДНК смог подтвердить эту гипотезу. «Мы взяли образцы донных отложений со всех слоев земли, и все они были очень похожи на ДНК от костей, хотя ДНК отложений была получена от нескольких человек», – сказала Ксения Колобова из Института археологии и этнографии РАН. . Главный археолог Чагырской пещеры.

«Начало анализа осадочной ДНК значительно расширило диапазон возможностей экстраполяции эволюционной истории древних людей», – сказал Верно. Освободив древний домен ДНК от ограничений поиска человеческих останков и увеличив количество участков, потенциально подходящих для исследования, «теперь мы можем изучать ДНК многих человеческих популяций и из многих мест, чем считалось ранее возможным», – сказал Мейер.

###

Бенджамин Верно и др.

Раскрытие истории неандертальцев с использованием нуклеиновой кислоты и митохондрий из пещерных отложений

Наука15 апреля 2021 г.

Доктор Бенджамин Верно

Институт эволюционной антропологии Макса Планка, Лейпциг

+49 341 3550-787

[email protected]

Д-р Матиас Майер

Институт эволюционной антропологии Макса Планка, Лейпциг

+49 341 3550-509

[email protected]