ДНК из почвы может вскоре рассказать нам, кто жил в пещерах ледникового периода.

Революция в науке о прошлом

За последние два десятилетия учёные совершили прорыв в реконструкции прошлого. Это стало возможным благодаря технологическим достижениям в области извлечения и анализа ДНК из древних костей.

Эти достижения показали, что неандертальцы и современные люди скрещивались — то, что ранее считалось невозможным. Исследования позволили разобраться в различных миграциях, которые сформировали современных людей. Также стало возможным секвенировать геномы вымерших животных, таких как мамонт, и вымерших возбудителей болезней, например, угасших штаммов чумы.

Извлечение ДНК из пещерных отложений

Хотя большая часть этой работы была выполнена путём анализа физических останков людей или животных, существует и другой способ получения древней ДНК из окружающей среды. Исследователи теперь могут извлекать и секвенировать ДНК непосредственно из пещерных отложений, а не полагаться только на кости. Это преобразует область, известную как палеогенетика.

Пещеры могут сохранять генетическую историю десятков тысяч лет, предоставляя идеальные архивы для изучения долгосрочного взаимодействия человека и экосистем. Отложения под нашими ногами становятся биологическими капсулами времени.

Мы исследуем это здесь, в Geogenomic Archaeology Campus Tübingen (GACT) в Германии. Анализ ДНК из пещерных отложений позволяет нам реконструировать, кто жил в Европе ледникового периода, как менялись экосистемы и какую роль играли люди. Например, жили ли современные люди и неандертальцы в одних и тех же пещерах? Также возможно получить генетический материал из фекалий, оставленных в пещерах. В настоящее время мы анализируем ДНК из помёта пещерной гиены, которая жила в Европе около 40 000 лет назад.

Самая старая ДНК из отложений, обнаруженная на данный момент, происходит из Гренландии и имеет возраст 2 миллиона лет.

Палеогенетика: от хрупкого любопытства к научному инструменту

Палеогенетика прошла долгий путь с момента секвенирования первого генома вымершего животного — квагги, близкого родственника современных зебр, в 1984 году. За последние два десятилетия машины для генетического секвенирования следующего поколения, лабораторная робототехника и биоинформатика превратили древнюю ДНК из хрупкого любопытства в высокопроизводительный научный инструмент.

Сегодня секвенаторы могут расшифровать в сто миллионов раз больше ДНК, чем их ранние предшественники. Если на расшифровку первого генома человека уходило более десяти лет, то современные лаборатории могут секвенировать сотни полных геномов человека за один день.

В 2022 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получил Сванте Паабо, ведущий специалист в этой области. Это подчеркнуло глобальное значение этих исследований. Древняя ДНК теперь регулярно попадает в заголовки новостей — от попыток воссоздания слонов, похожих на мамонтов, до отслеживания сотен тысяч лет присутствия человека в разных частях мира.

GACT: сотрудничество для раскрытия тайн

GACT — это растущая исследовательская сеть, базирующаяся в Тюбингене, Германия, где три учреждения сотрудничают в разных дисциплинах для разработки новых методов поиска ДНК в отложениях. Археологи, геологи, биоинформатики, микробиологи и специалисты по древней ДНК объединяют свои знания, чтобы раскрыть идеи, которые ни одна отдельная область не смогла бы достичь в одиночку.

Сеть простирается далеко за пределы Германии. Международные партнёры обеспечивают полевые работы в археологических пещерных объектах и природных пещерах по всему миру. Этим летом команда исследовала пещерные объекты в Сербии, собрав несколько сотен образцов отложений для древней ДНК и связанных с ними экологических анализов. Планируются будущие работы в Южной Африке и на западе Соединённых Штатов, чтобы проверить пределы сохранения древней ДНК в отложениях из разных сред и периодов времени.

Сложности извлечения ДНК из отложений

Извлечение ДНК из отложений звучит просто: взять совок, извлечь, секвенировать. На самом деле это гораздо сложнее. Молекулы редки, деградированы и фрагментированы, а также смешаны с современными загрязнителями от посетителей пещер и диких животных. Обнаружение подлинных молекул ледникового периода зависит от тонких химических повреждений ДНК, ультрачистых лабораторий, роботизированного извлечения и специализированной биоинформатики. Каждая положительная идентификация — это небольшой триумф, раскрывающий закономерности, невидимые для традиционной археологии.

Исследование ДНК из отложений: новые горизонты

Исследование ДНК из отложений позволяет обнаруживать давно исчезнувшие виды, даже когда нет костей или артефактов. Особое внимание уделяется людям: кто жил в пещере и когда? Как современные люди и неандертальцы использовали пещеры, и были ли они там в одно и то же время? Соревновались ли пещерные медведи и люди за убежище и ресурсы? И что могут рассказать микробы, жившие вместе с ними, о влиянии человека на прошлые экосистемы?

ДНК из отложений также отслеживает жизнь за пределами пещеры. Хищники тащили добычу в защищённые камеры, люди оставляли отходы. Следуя изменениям в ДНК человека, животных и микробов с течением времени, исследователи могут изучить древние вымирания и сдвиги в экосистемах, предлагая идеи, актуальные для сегодняшнего кризиса биоразнообразия.

Работа амбициозная: используя ДНК из отложений, реконструировать экосистемы ледникового периода и понять экологические последствия присутствия человека. Всего два года работы в GACT, и каждый набор данных порождает новые вопросы. Каждый пещерный слой добавляет ещё один поворот в историю.

С сотнями образцов, которые сейчас обрабатываются, впереди нас ждут крупные открытия. Исследователи ожидают вскоре обнаружить первые геномы пещерного медведя, самые ранние следы человека и сложные микробные сообщества, которые когда-то процветали в темноте. Раскроют ли отложения все свои секреты? Время покажет, но перспективы воодушевляют.

Источник