За тысячи лет до того, как Чёрная смерть в XIV веке унесла жизни трети населения Европы, по всей Евразии распространилась загадочная доисторическая форма чумы. Этот доисторический патоген, известный только по образцам древней ДНК, свирепствовал около 5 тысяч лет назад, а затем, примерно через 2 тысячи лет, исчез из археологических записей. Учёные давно пытаются выяснить, откуда взялся этот штамм. Теперь мы близки к ответу.
Открытие в древних останках
Впервые археологи и антропологи обнаружили эту древнюю чуму у животного: у одомашненной овцы, которой около 4 тысяч лет, при раскопках на территории современной России. Чума, по-видимому, поражала и людей, и овец, распространяясь от диких животных, как и бубонная чума. Увеличение поголовья овец в этом районе в эпоху бронзы привело к более тесному контакту людей с животными и могло стать причиной распространения болезни.
Результаты исследования опубликованы 11 августа в журнале Cell. Они показывают, что овцы играли роль в передаче этой болезни.
Происхождение чумы
Большинство болезней, поражающих людей сегодня, имеют зоонозное происхождение. В какой-то момент они передались от животных к человеку в процессе, называемом событием передачи. Например, перелётные птицы были первоначальным резервуаром для гриппа и вируса Эбола, которые передались от летучих мышей.
Многие инфекционные заболевания, вызванные этими патогенами, возникли в течение последних 10 тысяч лет. Это время совпадает с одомашниванием скота и домашних животных. Изучение патогенов, возникших у древних животных, с использованием оставшейся ДНК даёт учёным возможность исследовать возникновение инфекционных заболеваний у человека в прошлом и может помочь в изучении современных случаев передачи.
Чума — одно из самых смертоносных зоонозных заболеваний в истории. Она распространяется через блох, живущих на крысах, и унесла жизни миллионов людей на протяжении всей истории. Однако более старая линия LNBA, которая начала распространяться 5 тысяч лет назад, генетически отличается от более известной Чёрной смерти XIV века. Она поражала человеческие популяции почти 3 тысячи лет, прежде чем исчезла.
Интересно, что линия LNBA не имеет ключевой генетики для передачи чумной бактерии Yersinia pestis через блох, которая обнаружена в других исторических и современных штаммах чумы. Поскольку она не распространяется через блох, как бубонная чума, вероятно, было задействовано другое животное. Но какое?
«Один из первых шагов в понимании того, как болезнь распространяется и развивается, — это выяснить, где она прячется, но мы ещё не сделали этого в области древней ДНК», — говорится в заявлении соавтора исследования и докторанта Яна Лайт-Мака. «У нас более 200 геномов Y. pestis от древних людей, но человек не является естественным хозяином чумы».
Древние зубы и домашний скот
Чтобы выяснить, как инфекция сохранялась и распространялась в Евразии в течение тысяч лет, международная группа исследователей изучила кости и зубы домашнего скота бронзового века, обнаруженные на археологическом объекте под названием Аркаим. Этот объект на территории современной России был когда-то населён синташтинской-петровской культурой, известной инновациями в животноводстве. На этом объекте они обнаружили овцу возрастом 4 тысячи лет, инфицированную той же линией LNBA Y. pestis, которая поражала людей в то время.
«Аркаим был частью синташтинского культурного комплекса, и он предоставил нам прекрасную возможность поиска улик чумы: это были ранние скотоводческие общества без такого хранения зерна, которое могло бы привлечь крыс и их блох — и ранее у представителей синташтинской культуры были обнаружены инфекции Y. pestis. Могли ли их домашние животные быть недостающим звеном?» — добавил соавтор исследования и антрополог из Университета Арканзаса Тейлор Гермес.
Геном Y. pestis из зуба овцы
Вернувшись в лабораторию, команда сравнила древний геном Y. pestis из овцы с другими древними и современными геномами. Геном Y. pestis овцы очень близко совпадал с геномом, который поразил человека на соседнем участке примерно в то же время.
«Если бы мы не знали, что это от овцы, все бы решили, что это просто ещё одна человеческая инфекция — их почти не различить», — сказала соавтор исследования и археолог из Гарварда Кристина Вариннер.
Согласно команде, это указывает на то, что и люди, и овцы были инфицированы одной и той же популяцией Y. pestis. Но овцы заражали людей каким-то образом или наоборот? Археологические и сравнительные подходы могут дать ответы на этот вопрос.
В тех частях мира, где Y. pestis всё ещё является эндемичным, овцы могут заразиться, если они вступают в прямой контакт с тушами инфицированных животных, включая грызунов. Крысы и мыши являются естественными резервуарами патогена, и местные вспышки чумы могут возникать у людей, если инфицированные овцы не были должным образом разделаны или приготовлены. Этот сценарий мог распространить чуму LNBA в доисторические времена, связав инфекции у людей и овец.
«Синташтинская-петровская культура известна своим обширным скотоводством на обширных пастбищах, чему способствовали инновационные технологии верховой езды, и это давало домашним животным множество возможностей для контакта с дикими животными, инфицированными Y. pestis», — добавила Вариннер. «С этого момента это всего лишь ещё один короткий прыжок к человеку».
Скорость распространения
Несмотря на новые открытия, некоторые важные вопросы остаются без ответа. До сих пор неясно, как патоген преодолел сотни миль за относительно короткие промежутки времени, поскольку это расстояние было слишком большим для больных людей или наземных животных того времени. Также неясно, от какого дикого животного одомашненная овца заразилась бактерией.
«Мы можем показать, что древний штамм эволюционировал под повышенным давлением, что контрастирует с Y. pestis, всё ещё встречающейся сегодня», — сказал Феликс М. Кей, соавтор исследования и геномист из Института эволюционной антропологии Макса Планка. «Более того, инфекции древних овец, как и человеческие, вероятно, были изолированными случаями передачи от неизвестного резервуара, который всё ещё существует. Поиск этого резервуара стал бы следующим шагом».
Однако поиск патогенов в останках древних животных только начинается. Археологические раскопки как в прошлом, так и в настоящем могут дать десятки тысяч костей животных. Археологи потенциально могут изучить кости из прошлых раскопок, чтобы выяснить, какие древние патогены скрываются внутри.
«Я думаю, что будет всё больше и больше интереса к анализу этих коллекций», — сказал Кей. «Они дают нам идеи, которые не может дать ни один человеческий образец».