Двадцать тысяч лет назад кто-то уронил кулон в виде оленьего зуба в пещеру на юго-западе Сибири, где он лежал до тех пор, пока археологи не раскопали его в 2019 году. Теперь исследователи мельком увидели его последнего владельца. После многих лет усилий Елена Эссель, аспирантка Института эволюционной антропологии им. Макса Планка (EVA), разработала способ извлечения ДНК, встроенной в пористую поверхность артефакта, с помощью клеток пота и кожи. Ее команда анализ орнамента, опубликованный на этой неделе в Природапоказывает, что когда-то он украшал женщину, чьи предки лежали далеко к востоку от пещеры.
«Насколько мне известно, у нас впервые появился неразрушающий способ извлечения ДНК из палеолитических артефактов», — говорит соавтор Мари Соресси, археолог из Лейденского университета. Эта техника открывает окно в то, как и кем использовались древние украшения и инструменты. Человеческая ДНК, полученная с их поверхности, может дать «новое представление о культурных практиках и социальной структуре древних популяций», — говорит биолог-эволюционист Бет Шапиро из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Генетики уже 20 лет пытаются извлечь ДНК человека из инструментов, украшений и других артефактов каменного века. Но хотя они могут получить древнюю человеческую ДНК из костей, зубов, волос и даже из отложений, им не удалось получить артефакты возрастом более нескольких сотен лет.
Работая в лаборатории биохимика EVA Матиаса Мейера, Эссель приняла вызов в 2017 году в рамках своей диссертации. Она и Мейер пришли к выводу, что древнюю человеческую ДНК можно извлечь из инструментов, сделанных из пористой кости или зубов. (Поверхности каменных орудий слишком гладкие, чтобы связываться с ДНК.)
После 5 лет проб и ошибок с различными химическими веществами и методами команда EVA обнаружила, что погружение всего артефакта в мягкую буферную ванну с фосфатом натрия при медленном нагревании от комнатной температуры до более чем 90 ° C работает лучше всего. Это постепенно высвобождало древнюю ДНК, застрявшую в кости, начиная с ДНК на поверхности и заканчивая ДНК из более глубоких слоев костной матрицы, оставляя при этом текстуру поверхности артефакта неповрежденной. Как и в стиральной машине, вы используете более высокие температуры для больших пятен, — говорит Эссель.
Метод работал на тестовых материалах, предоставленных Соресси с участков во Франции. Но это не удалось, когда Эссель применил его к инструментам из мест в Европе, где жили древние люди и неандертальцы. Она надеялась узнать, кто из людей изготовил сложные артефакты, но инструменты были либо загрязнены ДНК современного человека, либо взяты из почвы, содержащей вещества, подавляющие ферменты, используемые для извлечения ДНК.
Однако в 2019 году лабораторию посетил археолог Максим Козликин из Сибирского отделения Российской академии наук. Он вытащил из кармана пластиковый пакет, полный грязи, сказал, что в нем артефакт, и спросил, не хочет ли команда Мейера попытать счастья. Образец был взят из знаменитого места под названием Денисова пещера, где в окаменелостях и отложениях была обнаружена древняя ДНК современных людей, неандертальцев и денисовцев, сохранившаяся благодаря прохладным и постоянным условиям пещеры.
Когда Эссель открыла сумку в чистой комнате, она увидела кончик кулона из оленьего зуба, заключенный в осадок. По ее словам, это оказался ее счастливый кусок, в результате которого было получено «удивительно большое» количество митохондриальной и ядерной ДНК. Два фактора могли быть ключевыми: археологи были в перчатках, масках и комбинезонах, когда раскапывали кулон, и они поместили его в пластиковый пакет, не удаляя прилипший к нему осадок, что уменьшило загрязнение.
Команда EVA обнаружила, что часть древней ДНК произошла от изюбря, вида лося, чей зуб был использован для его создания. Но некоторая часть ДНК принадлежала женщине современного человека; его последовательность показала, что она была наиболее тесно связана с людьми мальтинско-бурецкой культуры, которые, как известно, жили на 2000 километров дальше на восток у озера Байкал и являются одними из предков сибиряков, коренных американцев и степных пастухов бронзового века. Сравнив ДНК женщины и лося с другими древними образцами, исследователи датировали подвеску от 19 000 до 25 000 лет назад.
Этот метод является «действительно важным вкладом в эту область», — говорит археолог Рон Пинхази из Венского университета, который недавно использовал минимально инвазивный метод извлечения ДНК, чтобы определить, рога каких млекопитающих использовались для изготовления костяных орудий. Археолог Соланж Риго из CNRS и Университета Бордо говорит, что человеческая ДНК из артефактов может показать, использовали ли мужчины или женщины инструменты или украшения, или проследить торговлю между популяциями.
Однако Риго предупреждает, что ДНК на поверхности артефакта указывает только на последнего человека, который носил его или обращался с ним, а не на его создателя, потому что украшения продаются и передаются из поколения в поколение. «Вам понадобится ДНК многих инструментов в инструментальной мастерской», — говорит она. В конечном счете, такие исследования могут помочь ответить на вопросы, которые исследователи обсуждали на протяжении десятилетий, например, неандертальцы или современные люди изготавливали знаменитые шательперронские украшения во Франции.
Газета вышла как раз к новому полевому сезону, говорит Эссель. У нее есть просьба к коллегам, которые раскапывают новые артефакты: «Пожалуйста, пожалуйста, наденьте перчатки и маски, если вы хотите посмотреть на ДНК людей, которые делали эти вещи и использовали их».