Как историческая генетика раскрывает тайны прошлого
Генетические исследования повсеместно используются не только в медицине или криминалистике, но и в археологии. С помощью ДНК-анализа ученые могут сказать, встречаются ли в Абхазии снежные люди, откуда пришли индейцы в Северную Америку и сколько в каждом из нас неандертальского.
В 1980-х годах стало ясно, что дезоксирибонуклеиновая кислота — уникальный источник информации для разного рода идентификаций. Применение маркеров ДНК произвело революцию в области криминалистики и медицинской генетики. Первыми разработками и внедрением ДНК-анализа в нашей стране занимался руководитель Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Евгений Рогаев.
Евгений Рогаев возглавляет Научный центр генетики и наук о жизни в Университете «Сириус»
Фото: © Алёна Енченко / пресс-служба Сириуса
«Если сначала по анализу групп крови можно было только исключать отцовство, то затем по особым вариабельным участкам ДНК стало возможным с высокой достоверностью определять отцовство. К тому же с развитием геномных технологий появилась возможность устанавливать дальнее родство — как, например, в известном историко-криминалистическом деле об идентификации останков императорской семьи Романовых. Более того, теперь стало возможным проводить анализ генетического сходства или различий целых групп людей для выяснения их происхождения и направлений миграций народов, в том числе древних культур. Эту область науки мы называем исторической генетикой», — объясняет ученый.
Трагедия семьи последнего императора России: генетический анализ
Читать«Йети» из Абхазии…
Во второй половине XIX века в одном из абхазских лесов поймали женщину, чье тело было покрыто густой шерстью. Ее звали Зана, и она поражала односельчан не только огромным ростом, но и силой. По слухам, она ходила без одежды и жила прямо на улице. При этом родила пятерых детей, последний из которых умер в 1954 году.
В начале 1960-х легенду о Зане услышал советский биолог Александр Машковцев и рассказал о ней историку Борису Поршневу, который занимался поисками гоминоидов и изучал феномен «снежного человека». Тот отправился на поиски могилы женщины и нашел ее. С тех пор найденные там останки не раз становились объектом генетических исследований. Однажды череп Заны оказался в лаборатории Евгения Рогаева, который руководит направлением «Генетика» в Научно-технологическом университете «Сириус».
Кадр из фильма Паттерсона-Гимлина, якобы запечатлевшие снежного человека, оказался фальсификацией. Йети в абхазском селении — тоже не более чем миф
Изображение: © Public domain
«Для интереса мы решили посмотреть, что же это был за человек. При анализе митохондриальной ДНК стало ясно, что она принадлежит виду Homo sapiens. Интересно было другое: череп принадлежал женщине по материнской линии родом из Центральной Африки. То есть, как ни странно, в горах Абхазии жила африканка. По всей видимости, ее наружность и привлекала внимание местных жителей», — рассказал он «Сириус(Журналу».
Некоторые историки считают, что Зана оказалась в Абхазии в числе рабов, завезенных турками-османами. По другой версии, маловероятной с научной точки зрения, она могла быть реликтовым потомком тех людей, которые вышли с Африканского континента около 100 тысяч лет назад и поселились на Кавказе.
Генетический винегрет
Существует несколько методов расшифровки генома, и все они основаны на том, что нужно извлечь информацию из образцов сильно разрушенной ДНК. Сделать это бывает непросто, поскольку со смертью организма в клетках происходят и накапливаются химические изменения. К тому же микробы и грибы не просто разрушают фрагменты цепочки, но и «загрязняют» своей ДНК дальнейший анализ.
Ученый изучает профили ДНК после аналитического тестирования в лаборатории на экране монитора
Фото: © Daily insights / Shutterstock / FOTODOM
В итоге к исследователям попадает ткань, «нафаршированная» различными генетическими материалами. Задача ученых — распознать нужный и определить аутентичные последовательности ДНК, принадлежащие данному древнему существу, а не какому-то современному человеку или микробам, загрязняющим образец. Затрудняют анализ и химические модификации ДНК, которые также накапливаются со временем. С другой стороны, такие изменения, как отмечают сами генетики, обычно свидетельствует о древности образца.
С появлением полимеразной цепной реакции ученые научились получать множество копий из одной исходной молекулы ДНК. Это позволяет копировать важные фрагменты и очищать их от примесей и загрязнений.
Как из костей выделяют ДНК?
- Костные фрагменты измельчают до порошкообразного состояния.
- Затем последовательно обрабатывают набором специальных реагентов для экстракции фрагментов геномной ДНК и отправляют в специальные микроцентрифуги для очистки от минералов, белков и прочих примесей.
- Выделенные фрагменты геномной ДНК используют для получения молекулярных библиотек, использующихся для массивного секвенирования, которое теоретически позволяет получить информацию о последовательностях миллионов фрагментов генома. Или же с помощью ПЦР отдельные участки генома анализируются прицельно.
- Далее целой серией биоинформатических компьютерных методов анализа больших данных сравнивают полученные геномные последовательности ДНК разных людей или групп людей.
Древние геномы Русской равнины
Генетический анализ позволяет не только идентифицировать конкретного человека, но и изучать ДНК целых популяций. Например, древних народов Русской равнины. Этим занимаются сотрудники Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» совместно с коллегами из МГУ, Института археологии РАН и Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН.
На территории России проживают представители более 190 национальностей
Фото: © Anton Gvozdikov / Shutterstock / FOTODOM
Больше тысячи образцов удалось собрать и проанализировать на территории Русской равнины. Она — одна из крупнейших на Земле, общая протяженность — более 4 млн км². Находки позволяют узнать, как на территории, которую сегодня занимает наша страна, расселялись люди, представлявшие разные древние культуры и народности. Можно понять, и как климат с инфекциями влияли на популяции. Обнаруженный генетический материал относится к каменному, бронзовому, железному векам и периоду Средневековья. Самые древние образцы позволяют заглянуть в геномы неандертальцев и денисовцев.
Неандертальцы и денисовцы?
Одна из первых реконструкций неандертальца по черепу, найденному в Фельдгофере, 1888 год
Изображение: © Hermann Schaaffhausen / Public domain
Неандертальцы — это вымершие или ассимилированные представители рода Homo. Были широкоплечими и низкорослыми, с большим объемом мозга. Возможно, владели речью. Последние жили около 40 тыс. лет назад. Первые останки (череп и фрагменты костей) были обнаружены в 1856 году в пещере Фельдгофер (Германия) долине Неандерталь (по интересному совпадению фамилия пастора Иоахима Неандера, в честь которого была названа эта долина, с немецкого переводится как «новый человек»).
Денисовский человек — вымерший вид или подвид людей. Известен по найденным в 2000-х годах останкам из Денисовской пещеры в Солонешенском районе Алтайского края. Анализ ДНК показал, что речь идет об особой ветви в эволюции рода Homo, отличного и от неандертальцев, и от современных людей. Позже челюсть денисовца была найдена в Китае на Тибетском плато. Считается, что 40 тыс. лет назад эти предки людей пересекались в Азии с неандертальцами и Homo sapiens.
Та самая Денисовская пещера
Фото: © Демин Алексей Барнаул / Public domain
По словам Евгения Рогаева, до 3 % неандертальского генома есть в ДНК каждого человека из евразийских популяций. Еще больше процентов денисовца могут найти у себя жители Меланезии (папуасы Новой Гвинеи) и Юго-Восточной Азии, а вот у европейцев такой примеси нет.
А в Мезмайской пещере, которая находится в Апшеронском районе Краснодарского края, в 1990-х годах были обнаружены три небольших объекта, похожих на зубы. Западные генетики смогли идентифицировать два из них. Они принадлежали неандертальцам. Евгению Рогаеву и его коллегам досталась третья находка.
«Зуб выглядел хорошо, но генетического материала там было очень мало. Нам все-таки удалось выделить достаточное количество ДНК, и мы обнаружили, что зуб принадлежал девочке из последней и самой древней группы неандертальцев, жившей около 80–100 тыс. лет назад», — отмечает Рогаев.
Изыскания российских ученых позволили разработать систему классификации типов гаплогрупп митохондриальной ДНК неандертальцев и обновить классификацию всех имеющихся на сегодняшний день образцов неандертальского генома (54 образца), в том числе и низкокачественных.
Русская равнина сохранила и один из самых древних европейских геномов. В 1954 году в Воронежской области, на территории известного археологического Костёнковско-борщёвского комплекса, был найден скелет человека. Анализ ДНК показал, что останки принадлежат представителю европеоидной расы, жившему 36–38 тыс. лет назад. Знаменитый антрополог Михаил Герасимов реконструировал облик этого мужчины по собственному уникальному методу.
Скульптурная реконструкция мужчины из погребения на стоянке «Костёнки-14»
Фото: © И. С. Суляев / Лаборатория пластической реконструкции Института этнологиии антропологии РАН
Другой показательный случай — расшифровка ДНК мальчика из Мальты. Речь не про остров в Средиземном море, а про одноименное село в Иркутской области, где располагалась одна из самых известных позднепалеолитических стоянок Сибири. Скелет нашли там в конце 1920-х годов. Исследование останков показало, что ребенку было около четырех лет, а по ДНК он на 14–38 % совпадает с современными североамериканскими индейцами.
Одной крови: коренные американцы оказались сибиряками
Читать«Мальчик оказался промежуточным звеном между Евразией и американскими индейцами. Ученые давно подозревали, что последние не совсем идентичны восточным азиатам, то есть у них есть какая-то европейская примесь. Так что предки коренных американцев попали в Америку из Сибири. И уже, видимо, после процесса метисации», — объясняет Рогаев.
