Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу археолога Тома Хайэма «Мир до нас. Новый взгляд на происхождение человека» (перевод Андрея Гришина).
«Я, наверняка, не единственный задавался вопросом, может ли кто-то из моих знакомых или случайных встречных быть немного большим неандертальцем, чем все остальные», — иронизирует Том Хайэм в своей книге. Иронизирует, чтобы затем дать убедительное научное обоснование тому, что это действительно возможно.
В легкой и увлекательной форме новозеландский ученый из Оксфорда от главы к главе рассказывает о древних человеческих видах, включая недавно открытые археологами. Неандертальцы, денисовцы, люди с Лусона и даже «хоббиты» — какой след они оставили в каждом из нас? Кем они приходятся нам и друг другу? Хайэм не только дает ответы, но и иллюстрирует их картами археологических стоянок и фотографиями находок.
Книга повествует и о том, как совершаются революционные научные открытия, что изменилось в генетике и археологии за последние годы и почему порой единственный способ выудить из разнородных останков человеческие — это взять целый мешок найденных в пещере костей и проанализировать их одну за другой.
Предлагаем прочитать начало одной из глав книги.
ДНК из земли
В 2001 г. весенним пятничным вечером, когда я в компании нескольких генетиков из Центра биомолекулярной археологии сидел в оксфордском пабе, к нам присоединился человек, которого я никогда прежде не видел. Незнакомец, оказавшийся молодым ученым из Дании, походил на бас-гитариста хеви-метал-группы. У него были ковбойские сапоги, длинные волосы и голос с хрипотцой. Позже я узнал, что еще в ранней молодости он суровой зимой заблудился в Сибири, заработал обморожение (не чего-нибудь, а тестикул!) и выжил лишь благодаря тому, что сумел развести костер и поддерживал его всю ночь. Этот носитель авантюрного духа викингов по имени Эске Виллерслев со временем станет одним из мировых лидеров в области изучения древней ДНК.
В 1999 г. Эске первым восстановил древнюю ДНК из ледникового льда . Он вознамерился узнать, нельзя ли в холодных регионах мира и, может быть, в каких-то других местах извлечь ДНК из почвы и отложений. Передо мной стояла задача помочь ему с радиоуглеродным датированием стоянок, которыми он занимался во время работы в Оксфорде и позднее.
Идея Эске насчет ДНК в отложениях показалась мне чудаческой. Разве не должна ДНК уходить в толщу почвы с просачивающейся водой? Несомненно, этот метод может сработать лишь там, где такое явление исключено, например в зоне вечной мерзлоты. Разве ДНК не разрушается в почве, не подвергается постседиментационным процессам разложения? И как быть с загрязнением, скажем, фекалиями животных и побочными продуктами сельскохозяйственной деятельности человека?
В дальнейшем Эске и его сотрудники доказали, что извлечь ДНК из отложений, секвенировать ее и установить, действительно ли она является древней, вполне реально. Наиболее ярким примером стала работа с образцами, извлеченными с самого дна Гренландского ледяного щита, с глубины более 2000 м. В основании одного из кернов команда Эске отыскала ДНК растений, которые росли более 400 000 лет назад: ели, ольхи, сосны, березы и множества трав, типичных для приполярной лесотундры, — а также ДНК жуков и бабочек. Эске удалось наглядно продемонстрировать, что когда-то Гренландия была совсем не такой, какой мы знаем ее сегодня.
В 2003 г. в Сибири его группа выявила в осадочном керне ДНК 19 видов растений. В Новой Зеландии те же ученые отыскали в пещерных отложениях ДНК вымершей гигантской птицы моа. Эске утверждал, что, если из отложений на таких археологических объектах удастся регулярно извлекать подобные генетические сигналы растений и животных, это будет иметь далекоидущие последствия. Например, проделав буровой шурф сквозь толщу отложений, можно будет связать последовательность культурных слоев с различными группами людей на основе их ДНК. Эта методика исключает деструктивный забор препаратов из человеческих костей и позволяет избежать загрязнения древних костных образцов биологическими веществами людей, живущих ныне.
На первых порах это казалось мне не столько наукой, сколько научной фантастикой, но заявления Эске были пророческими.
Другие ученые также исследовали отложения в пещерах, где велись археологические раскопки, желая выяснить, могла ли где-нибудь уцелеть человеческая ДНК. Сухая пещера в Аризоне, в которой на удивление хорошо сохранились некоторые органические останки, была идеальным местом для проверки этого метода. Увы, результаты никого не впечатлили. Выделить удалось лишь очень короткие последовательности ДНК, да и те оказались сильно загрязненными. Датирование отложений и содержащейся в них ДНК стало сложнейшей задачей, поскольку и то и другое вполне могло перемещаться в пределах стоянки.
Оксфордское исследование других образцов ДНК из отложений подтвердило мои пессимистические ожидания. Если анализ ДНК из сибирской вечной мерзлоты вроде бы давал достоверные результаты, то в ходе работы с доевропейскими слоями нескольких новозеландских стоянок была обнаружена ДНК овец. Напрашивался вывод о том, что эта ДНК просочилась сквозь отложения на уровни, предшествовавшие появлению на островах европейцев — уровни тех лет, когда овец не могло быть там в принципе. Прогнозы по анализу ДНК в отложениях пещер и иных мест, где ранее жили люди, сводились к чему-то среднему между «почти невозможно» и «вероятно, никогда». Но, как мы уже видели в этой книге, когда дело касается генетики, невозможное сплошь и рядом оказывается возможным. В последние 10 лет анализ осадочной и восстановление человеческой ДНК постепенно превращаются в реальность.
В 2014 г. Маттиас Майер, ученый из лейпцигского Института Макса Планка, приступил к экспериментам по извлечению ДНК из отложений на археологических стоянках. Можно ли извлечь из земли ДНК неандертальцев и людей других, давно исчезнувших видов? Развитие методов, позволяющих исключить загрязнение современными веществами и выделить неопровержимо древнюю ДНК, наводило на мысль, что пора вернуться к работе с осадочной ДНК.
В 2015 г. я в обществе Сванте Паабо и Вивиан Слон оказался на юге Франции, в Тотавеле, что близ Перпиньяна. Мы нанесли визит старейшине французской археологии палеолита профессору Анри де Люмле и его супруге Марии-Антуанетте, чтобы узнать, можно ли нам будет получить доступ к их коллекции окаменелых человеческих останков для датирования и генетического анализа. Переговоры были непростыми, ведь супругам де Люмле , разумеется, совсем не нравилась мысль о том, что в их драгоценных окаменелостях будут сверлить дырки. Даже для того, чтобы просто организовать эту встречу, пришлось немало потрудиться. К счастью, один из моих молодых сотрудников, Тибо Девьез, работал с Анри на раскопках тотавельской стоянки Кон-де-л’Араго и хорошо знал дело изнутри. Он и помог нам устроить посещение. Встретившись в аэропорту Тулузы, я, Сванте и Вивиан на машине поехали на юг, к Средиземному морю.
Коллекция супругов де Люмле находится в помещении наподобие защищенного банковского хранилища в глубине здания их института, который расположен в очаровательном сельском регионе Франции. Экспонаты хранятся в запертых сейфах, и мало кому удавалось их лицезреть. Надев белые перчатки, де Люмле с видом фокусников медленно извлекают свои сокровища, каждое из которых лежит в отдельной коробке, демонстрируют их вам, рассказывают, как они были обнаружены, и отмечают интересные детали. Все это вполне можно назвать научным представлением.
За 50 с лишним лет раскопок в этих местах они отыскали почти 150 костей, принадлежавших 30 человеческим особям, но величайшим из их открытий стала «Араго XXI» — почти полная лицевая часть черепа, которую принято относить к Homo erectus, жившему 460 000 лет назад. Анри и Мария-Антуанетта откровенно гордились найденными останками давно исчезнувших людей различных видов.
Каждая окаменелость — это веха в дневнике работы всей их жизни, и прикосновение к ней влечет за собой поток воспоминаний о людях, датах и даже времени суток. Чем ярче в их глазах светилась любовь, тем яснее становилось, насколько тяжкой будет для них просьба позволить насверлить в экспонатах дырок, чтобы взять из зуба или ушной косточки чуть-чуть вещества на анализ ДНК или датирование.
Поначалу они упорно сопротивлялись любым попыткам взять препараты из «Араго XXI». На наши просьбы Анри отвечал встречным предложением: пока что не трогать человеческие останки и для начала попробовать восстановить ДНК из менее ценных костей животных с тех же стоянок. Нам ничего не оставалось, кроме как согласиться. А вот когда Сванте попросил выделить нам немного грунта из отложений в Кон-де-л’Араго, чтобы попробовать восстановить ДНК из него, хозяева коллекции оказались куда более уступчивыми. В конце концов, земля — это всего лишь земля, верно? В тот же день Вивиан и Сванте получили небольшие образцы отложений из пещеры и вместе с окаменелостями костей животных доставили их в лабораторию для дальнейшей работы.
Насчет сохранности ДНК в этом месте я был настроен скептически; здесь было слишком сухо и жарко, да и стоянка была очень уж древней, но попробовать, конечно, стоило. Как ни печально, я оказался прав: в образцах отложений не нашли пригодной для восстановления ДНК.
Но ведь раскопки велись и в других местах. Нашим интересам соответствовали шесть из них, включая Денисову пещеру . Может быть, где-то повезет больше…
Пожалуй, здесь следует рассказать, каким образом ДНК может сохраняться в отложениях пещер и многих других мест. Во многом это объясняется ее способностью химически связываться с минералами в отложениях, особенно в глине и иле. Важную роль играет и температура — точно такую же, какую мы отмечали в разговоре о сохранности костей. Почему в одних отложениях ДНК сохраняется, а в других — нет, еще предстоит разобраться. Чтобы выяснить, могла ли ДНК просачиваться вглубь, необходимо исследовать каждую археологическую стоянку и узнать, не выявляется ли там ДНК видов, присутствие которых невозможно априори, а кроме того, не встречается ли ДНК в «стерильных», то есть не содержащих археологических находок отложениях. Пробы из этих стерильных слоев следует брать не менее активно, чем из археологических уровней, — это позволит проверять целостность отложений на предмет движения ДНК. Хорошо, если в стерильных слоях не найдется ДНК, спустившейся сверху, и очень плохо, если она там обнаружится.
Отыскать ДНК в Араго нам не удалось, но оказалось, что на других разбросанных по Евразии стоянках, где имеются плейстоценовые отложения, картина совсем иная. Одним из проявлений научного прогресса стала разработка комплекса методов, именуемого секвенированием нового поколения (NGS). В частности, NGS позволяет идентифицировать поврежденную (а значит, и древнюю) ДНК и восстанавливать древнюю ДНК из отложений. Стало известно, что в Лейпциге из отложений палеолитического городища сумели выделить настоящую древнюю ДНК.
В ходе первоначальной работы по отбору проб ученые получали с раскопок отложения возрастом от 14 000 до 550 000 лет. Из 85 проанализированных образцов 61 содержал ДНК, которая оказалась доподлинно древней и была пригодна для сравнения с известными генетическими последовательностями различных животных. Исследователям удалось идентифицировать ДНК 12 видов млекопитающих, в том числе гиены , лошади, мамонта, быка и волка. Данные соответствовали находкам окаменевших останков животных, сделанным археологами.
Но все удивительное было еще впереди: девять образцов содержали древнюю человеческую ДНК. У восьми из этих девяти препаратов извлеченная ДНК примерно на 95 % совпадала с частями генома неандертальца. Впервые ДНК вымерших людей была найдена в отложениях, причем не в каком-то отдельном месте, а сразу в четырех.
На раскопках в Тру-Аль’Вессе (Бельгия) лейпцигская группа обнаружила неандертальскую ДНК там, где ранее не было выявлено никаких человеческих останков. В Эль-Сидроне (Испания ) они выделили только неандертальскую ДНК там, где при раскопках были найдены костные останки одних лишь неандертальцев — тех самых, о которых мы говорили в главе 3 (разведанная спелеологами пещера, где сохранились останки, по-видимому, 13 убитых людей, рядом с которыми не было обнаружено никаких костей животных).
Девятый образец отложений с древней человеческой ДНК явил ученым нечто совсем другое. Извлеченные последовательности на 84 % совпадали с денисовским геномом. Этот образец был взят в слое 15 восточного зала Денисовой пещеры . Очередное открытие на том же месте.
Другие фрагменты ДНК из Денисовой пещеры , связанные с неандертальским геномом, почти наверняка принадлежали одной особи. Один из препаратов данного образца содержал большое количество ДНК, вероятно благодаря обнаруженному в отложениях маленькому осколку кости неандертальца, которую даже не удалось опознать анатомически.
Как количество мтДНК гоминин, сохранившееся в обломках костей, соотносится с тем, что обнаруживается в отложениях? Из миллиграмма массы костей, найденных в Денисовой пещере , извлекали от 28 до 9142 фрагментов ДНК, а в таком же объеме отложений оказалось от 34 до 4490 фрагментов мтДНК млекопитающих. Как ни удивительно, в пещерных отложениях действительно может сохраниться значительное количество ДНК. Это повышает шансы того, что мы сможем выявить присутствие людей в тех местах, где никогда не находили скелетных останков.
Похоже, что теперь археологам вовсе не обязательно будут нужны кости — во многих случаях хватит и отложений. В это трудно поверить, но можно смело сказать, что, даже если бы не было найдено никаких материальных останков денисовцев — ни костей, ни зубов , осадочной ДНК вполне хватило бы для того, чтобы получить представление об этом виде людей. И это — поистине блестящее научное достижение.
