20 января в «Актру Огненной Пицце» прошёл лекционный митап «Отголоски прошлого: о чём может рассказать древняя ДНК».
Степан Черданцев – младший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН. Он предложил слушателям взглянуть на прошлое через призму науки и рассказал удивительный факт: даже спустя сотни и тысячи лет после смерти организма молекулы ДНК могут сохраняться. Исследованием таких фрагментов ДНК занимается палеогенетика.
– Древняя ДНК – это объект наших исследований. Прежде всего важно понять, что такое ДНК? ДНК – это молекула, в которой зашифрована наследственная информация любого живого организма. Она состоит из повторяющихся элементов – нуклеотидов, всего их четыре: A (аденин), T (тимин), G (гуанин), C (цитозин). ДНК располагается в разных частях клетки, но её основная часть сосредоточена в ядре, и там находится 3.2 миллиарда пар нуклеотидов. Нам интересны митохондриальные ДНК и отдельные фрагменты ДНК ядра. Древняя ДНК – это частично деградированная молекула, которая длительное время сохранялась в организме после его смерти, – рассказывает Степан Черданцев.
Палеогенетика – сравнительно молодая наука: ей всего 42 года. Первые попытки выделить древнюю ДНК были связаны с изучением квагги – вымершего подвида зебры, исчезнувшего в конце XIX века. Шведский учёный Сванте Паабо – лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2022 года, одним из первых попытался извлечь и прочитать фрагменты древней ДНК из останков человека – египетской мумии.
– В палеогенетике при работе с древними образцами есть три главных врага. Враг № 1 – контаминация, или загрязнение. Древняя ДНК существует в виде коротких фрагментов, тогда как современная ДНК представляет собой длинные, почти не повреждённые молекулы. Если хотя бы небольшое количество современной ДНК попадёт в пробирку, именно она будет вступать в химические реакции. Это явление и называется контаминацией, – говорит Степан.
История палеогенетики знает и курьёзные случаи: в ранних экспериментах по «расшифровке генома динозавров» учёные получили результаты, которые указывали на сходство с птицами. Позже выяснилось, что анализировали не древние кости, а фрагменты ДНК индейки, попавшие в образцы. Сегодня работа с древней ДНК ведётся в стерильных боксах, в защитной одежде, и по строгим протоколам проверки достоверности данных.
По словам лектора, учёные выделяют наиболее информативные участки ДНК, каждый из которых отражает свой тип наследования. Для получения полной картины генетики часто обращаются к митохондриальной ДНК: в каждой клетке содержатся сотни и тысячи митохондрий, и все они наследуются по материнской линии. Это позволяет прослеживать происхождение и эволюционные связи именно через матерей. В отличие от неё, ядерная ДНК передаётся от обоих родителей – матери и отца. При каждом новом поколении генетическая информация перемешивается, и этот процесс называется рекомбинацией.
Враг № 2 – попытки жёстко привязать генетические данные к конкретным народам и их потомкам. Важно помнить, что выводы в палеонтологических исследованиях не являются окончательными, они отражают лишь текущий уровень изученности материала. Враг № 3 – поспешная интерпретация результатов.
Одним из ключевых вопросов палеогенетики остаётся происхождение человека. Долгое время соперничали две концепции: полицентризм, согласно которому Homo sapiens сформировался в результате смешения древних человеческих популяций Африки и Евразии и моноцентризм, утверждающий, что современный человек возник в одном регионе – на юге Африки.
Особую роль в этом споре сыграли исследования древней ДНК неандертальцев. Неандерталец рассматривался либо как полностью вымерший вид, либо как ассимилированный предок современного человека. Первые исследования митохондриальной ДНК неандертальцев выявили, что неандертальцы и люди современного типа – это разные виды и признаков их генетического смешения не обнаружено.
В Горном Алтае, в пещере Окладникова, археолог академик Анатолий Деревянко обнаружил останки неандертальцев. Уникальные климатические условия региона обеспечили хорошую сохранность ДНК. Генетический анализ показал: у неандертальцев и современных людей есть общие варианты генов, связанные со структурой волос, пигментацией кожи, адаптацией к ультрафиолету, иммунитетом и липидным обменом. При этом различия затрагивают работу мозга и нервной системы, зрение, физиологию кожи, а также форму черепа и зубов.
Первые неандертальцы возникли примерно 600 тысяч лет назад. Современные люди и неандертальцы начали сосуществовать примерно 100 тысяч лет назад, а последние представители неандертальцев исчезли около 30 тысяч лет назад. Климатические и экологические изменения со временем оказали значительное влияние на их выживание.
– В Денисовой пещере были найдены необычные останки – фаланга пальца пятилетней девочки и фрагменты зубов аномально крупного размера. Постоянная температура и влажность в пещере способствовали сохранности органических веществ. Наши коллеги из Германии, среди которых был и знаменитый палеогенетик Сванте Паабо, выделили ДНК и узнали, что денисовцы – это отдельная группа древних людей, непохожая на других. При этом часть их генов сохранилась у современных людей: они связаны с особенностями иммунитета у меланезийцев и с адаптацией к жизни в высокогорье у тибетцев, – продолжает Степан Черданцев.
Определение пола важно для интерпретации погребального ритуала и культуры в целом. По мнению антропологов, определение пола не является достоверным, пока человек не достиг 18-летнего возраста. В археологической практике это нередко приводило к ошибочным выводам. Так, при изучении памятников Пазырыкской культуры кочевого общества, существовавшего на территории Алтая около трёх тысяч лет назад, были обнаружены два захоронения, которые интерпретировали как мужское и женское. В одном из них рядом с предполагаемой женщиной нашли украшения – раковины каури и серьги, а также меч и кольчугу. Эти находки породили сенсационные публикации о «российских амазонках». Однако генетический анализ показал, что «алтайская амазонка» на самом деле была юношей.
По словам Степана Черданцева, их исследования сосредоточены в Барабинской лесостепи на западе Новосибирской области. Здесь изучались курганы Саргатской культуры (конец I тыс. до н. э. – начало I тыс. н. э.), где наблюдается чёткая структура захоронений: в центре располагался мужчина, а вокруг – люди, погребённые позднее. Генетический анализ показал, что среди индивидов из одного кургана не обнаружено прямого родства «родитель – потомок», но выявлены случаи близкого родства по материнской и отцовской линиям. Эти данные позволяют предположить общий принцип погребения в одном кургане, при котором решающую роль, по-видимому, играло родство по отцовской линии.
– Наша лаборатория также помогает в установлении захоронений, а именно в восстановлении семейного склепа генерала-губернатора Кавказа – Алексея Петровича Ермолова: во время революции его склеп был разграблен, кости оказались разбросаны, и задача заключалась в том, чтобы определить, кто есть кто. Также интересен анализ императорской семьи Романовых. Так, для идентификации останков Николая II учёные использовали рубашку, залитую кровью после покушения на него в Японии: из пятен крови выделили ДНК и подтвердили принадлежность останков императору. Возвращаясь к археологии, многие знают о знаменитой «Алтайской принцессе», чьи останки находятся в Горно-Алтайске, а рядом, на соседней горе, был похоронен воин. Эта находка вызвала большой резонанс в прессе. Анализ ДНК показал, что оба индивида генетически ближе к древним индо-европейским популяциям, – говорит лектор.
В завершение встречи Степан Черданцев ответил на вопросы аудитории.
В общем, из лекции стало понятно: история человечества хранится не только в книгах и артефактах, но и в молекулах, переживших века.
Любовь Шигарова
Фото автора
Обратная связь