Охотники за древними генами (начало)

Генетическая летопись населения Западной Сибири в эпоху палеометалла

Палеогенетика, родившаяся в качестве научного направления только в начале 80-х гг., в наши дни превратилась в полноценный раздел молекулярной генетики человека, с арсеналом методов, позволяющих решать практически любые задачи, связанные с достоверным анализом последовательности древней ДНК человека.

Это открыло широкие перспективы сотрудничества для специалистов в области палеогенетики, археологии и физической антропологии в решении широкого круга вопросов: от установления степени родства, пола и фенотипических характеристик отдельных представителей древнего населения до реконструкции масштабных этногенетических процессов, протекавших на территории различных регионов Сибири в голоцене

Во все времена наиболее интересным для нас, интенсивно и разносторонне изучаемым объектом был сам человек. Среди всех посвященных ему научных направлений за последние годы выделилась молекулярная генетика, исследующая генетическое разнообразие популяций человека и принципы организации и функционирования его генома, а успех международной программы «Геном человека» позволил ей стать ведущим направлением среди всех биомедицинских исследований.

Но, несмотря на все эти достижения, огромное число проблем, связанных с происхождением и эволюцией человека как вида и нашей физиологии все еще остаются не до конца решенными. Поэтому исследователи все время находятся в поиске новых методов и подходов. Так, непрерывное совершенствование методов получения и анализа структуры ДНК дало возможность проводить генетические исследования не только на ныне живущих людях, но и используя образцы из человеческих останков различного возраста, вплоть до ископаемых.

ДНК, которой тысячи лет

Палеогенетика в качестве научного направления родилась в середине 1980-х гг., когда был проведен первый анализ фрагмента митохондриальной ДНК (мтДНК), выделенной из музейных останков квагги – вымершего представителя рода лошадей/зебр возрастом около 140 лет (Higuchi et al., 1984). Уже в следующем году была опубликована первая работа по анализу ДНК из древних останков человека – египетской мумии возрастом около 2,4 тыс. лет (Pääbo, 1985).

Внедрение во второй половине 1980-х гг. в практику молекулярно-генетических исследований нового метода – полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей получать практически неограниченное число копий короткого целевого фрагмента ДНК даже при его чрезвычайно низкой концентрации, расширило спектр источников, пригодных для выделения и анализа древней ДНК. В короткий срок появились многочисленные работы, посвященные молекулярно-генетическому анализу ископаемых останков не только человека, но и животных, растений и микроорганизмов, живших сотни, тысячи и даже миллионы лет назад (Thomas et al., 1989; Golenberg et al., 1990; Cano et al., 1992).

Однако первоначальный оптимизм, вызванный очевидной перспективностью направления и кажущейся простотой методов, был быстро развеян работами по изучению процессов деградации ДНК и, особенно, контаминации (загрязнения) древних образцов современной ДНК, из-за которой исследователь может получить ложные результаты. Дальнейшие иследования биохимии процессов деградации ДНК после смерти организма, влияния различных условий среды на сохранность ДНК в останках доказали, что даже в условиях умеренного климата ДНК, пригодная для анализа, может сохраниться в останках возрастом в несколько тысяч лет (Poinar et al., 1996). С этого момента первостепенной задачей любого палеогенетического исследования стало доказательство достоверности полученных экспериментальных результатов.

Важной вехой в развитии палеогенетики стало создание методов высокопроизводительного параллельного секвенирования ДНК, позволявших получать большой объем генетической информации из минимального количества исходного ДНК-содержащего материала, что снимает проблему разрушения уникального образца при анализе. Эти методы практически уравняли потенциальную информативность образцов древней и современной ДНК.

Таким образом, в наши дни палеогенетика превратилась в полноценный раздел молекулярной генетики человека, с арсеналом методов, позволяющих решать практически любые задачи, связанные с достоверным анализом последовательности древней ДНК человека. Можно исследовать отдельную «букву» (позицию) или короткий участок в составе древней ДНК, а можно и практически полный геном древнего индивида, хотя стоимость подобного анализа для древней ДНК будет все-таки существенно выше. И, конечно, далеко не все останки могут быть исследованы методами палеогенетики, ведь в части из них ДНК слишком сильно деградирована или очень сильно загрязнена современной ДНК, что особенно часто встречается при работе с ДНК из останков людей современного анатомического типа. Большинство палеоантропологических материалов более-менее хорошей сохранности вполне подходят для такого исследования.

Все началось с «Пазырыка»

Одним из первых научных учреждений археологического профиля, включившихся в работы еще на стадии становления новой науки, стал Институт археологии и этнографии СО РАН (Новосибирск), а его партнером – Институт цитологии и генетики СО РАН, ближайший «сосед» по Новосибирскому Академгородку.

Одна из актуальных проблем палеогенетики, как и всей генетики в целом, – это трудность в выделении четких генетических маркеров, связанных с теми или иными фенотипическими характеристиками. К сожалению, за последние десять лет набор генов, которые можно использовать в палеогенетических исследованиях, практически не расширился, и даже в случае определения цвета волос, кожи и глаз древних людей мы можем говорить лишь о вероятности

Начало совместных палеогенетических работ было положено в ходе реализации Международной программы комплексных исследований «Пазырык» в середине 1990-х гг., когда по инициативе директоров ИАЭТ СО РАН и ИЦиГ СО РАН академиков А. П. Деревянко и В. К. Шумного в ИЦиГ СО РАН началось проведение молекулярно-генетических исследований мумифицированных останков носителей пазырыкской культуры из уникальных погребений с мерзлотой, обнаруженных и исследованных на плато Укок (Горный Алтай, Россия) экспедиционными отрядами ИАЭТ под руководством Н. В. Полосьмак и В. И. Молодина. Палеогенетические исследования в этот период выполнялись командой молекулярных генетиков ИЦиГ СО РАН под руководством члена-корреспондента РАМН М. И. Воеводы и к. б. н. А. Г. Ромащенко. Руководителем работ со стороны ИАЭТ СО РАН был академик В. И. Молодин.

Мумифицированное тело женщины из «замерзшего» погребения Пазырыкской культуры в Горном Алтае. Реконструкция женского костюма из кургана1 могильника Ак Алаха 3. Рис. Д.Поздняков

Уникальная сохранность палеоантропологического материала из погребений с мерзлотой позволила выполнить анализ структуры митохондриальной ДНК нескольких индивидов (Воевода и др., 1998). Исследования межинститутской команды легли в основу серии интеграционных проектов СО РАН в области палеогенетики. Интегральный анализ археологических, антропологических и палеогенетических данных позволил подготовить крупную обобщающую работу по различным аспектам истории пазырыкского населения Горного Алтая, изданную в виде коллективной монографии в 2003 году (Молодин и др., 2003).

С середины 2000-х гг. спектр палеогенетических исследований ИАЭТ СО РАН и ИЦиГ СО РАН начал существенно расширяться, в него вовлекались все новые материалы, росло число направлений исследований, возрастала и методическая сложность стоящих перед исследователями задач. В этот период руководством институтов были приняты принципиальные решения по развитию инфраструктуры для палеогенетических исследований в ИЦиГ СО РАН (под руководством академиков Н. А. Колчанова и В. И. Молодина) и формировании коллектива молодых специалистов-палеогенетиков, подготовленных специально для реализации совместных исследований ИЦиГ и ИАЭТ СО РАН в области древней ДНК. К 2009 г. были запущены экспериментальные работы в новых специально подготовленных для палеогенетических исследований помещениях ИЦиГ СО РАН. В 2010 г. было принято решение о формировании научного подразделения, направленного на проведение исключительно палеогенетических исследований. В результате в структуре ИЦиГ СО РАН был создан межинститутский сектор молекулярной палеогенетики, возглавляемый в настоящее время кандидатом биологических наук А. С. Пилипенко. Коллектив сектора состоит из молодых специалистов-палеогенетиков, подготовленных при реализации совместных исследований ИАЭТ СО РАН и ИЦиГ СО РАН.

Первый импульс внешнего влияния на население западно-сибирской лесостепи фиксируется на раннем этапе кротовской культуры (начало II тыс. до н.э.). В погребальных комплексах этого периода появляются предметы, характерные для культур Средней Азии (ножи особой формы, украшения) (Молодин, 1988). Данные физической антропологии и палеогенетики свидетельствуют о том, что это влияние не сопровождалось миграцией в Барабинскую лесостепь генетически контрастного населения

В настоящее время ИАЭТ СО РАН и ИЦиГ СО РАН продолжают развивать инфраструктурную и приборную базу для проведения совместных исследований. Построен и вводится в эксплуатацию новый лабораторный корпус, отвечающий всем современным стандартам в данной области, увеличивается творческий коллектив межинститутского сектора молекулярной палеогенетики, активно развиваются связи с заинтересованными в проведении палеогенетических исследований научными учреждениями России. Развивается и крепнет международное сотрудничество.

Бараба как палеогенетическая модель

Хронологическая шкала археологических культур Барабинской лесостепи неолита иэпохи бронзы, исследованных методами археологии, палеогенетики ифизической антропологии

Тесное сотрудничество наших специалистов в области палеогенетики, археологии и физической антропологии на всех стадиях исследований позволило получить оригинальные, максимально объективные и достоверные данные об этнической истории населения Сибири и других регионов Евразии от новокаменного века до нового и новейшего времени. Круг вопросов, решаемых с использованием методов палеогенетики, чрезвычайно широк: от установления степени родства, пола и фенотипических характеристик отдельных представителей древнего населения до реконструкции масштабных этногенетических процессов, протекавших на территории различных регионов Сибири в голоцене.

Сегодня мы можем непосредственно оценить генофонд в группах древнего населения, последовательно сменявших друг друга на протяжении большого хронологического периода, и сравнить генетический состав населения в разные исторические эпохи. Материалы для таких исследований берутся с достаточно локальных территорий, что обеспечивает репрезентативность выборок. Успех этой работы практически полностью зависит от совместных усилий разных специалистов по отбору наиболее адекватного материала и последующей интерпретации данных. Работа эта очень трудоемкая, зато в результате мы получаем довольно точную картину популяционных генетических изменений, которую можно сопоставить с данными других наук и получить представление об исторических процессах, которые могли привести к этим изменениям.

Пилотным регионом для реализации такого подхода стала Барабинская лесостепь – территория в лесостепной зоне междуречья Оби и Иртыша. Для этого региона, на протяжении более 40 лет интенсивно изучавшегося археологами ИАЭТ СО РАН, уже была разработана система классификации этнокультурных групп голоцена, в которой была отражена хронология, особенности материальной культуры, возможные направления миграций, культурные и демографические связи (Молодин, 1983). Кроме того, имелся и многочисленный антропологический материал довольно хорошей сохранности.

Схематическое изображение филогенетического дерева митохондриальной ДНК представителей населения Барабы различных периодов эпохи бронзы. Кругами обозначены отдельные структурные варианты мтДНК. Размер круга пропорционален численности обнаруженных индивидов – носителей данного структурного варианта мтДНК. Цветовые обозначения этнокультурной принадлежности образцов аналогичны обозначениям на Хронологической шкале археологических культур. Контурами выделены группы мтДНК, маркирующие генетическую преемственность между разновременными популяциями

К настоящему времени удалось проанализировать генофонд митохондриальной ДНК (которая передается только по материнской линии и отражает, в первую очередь, историю женской части популяции) для населения Барабы разных исторических эпох – неолита, эпохи бронзы, раннего железного века и средневековья, узнав много подробностей генетической истории населения этого региона.

Источник.

Buy for 10 tokens
Buy promo for minimal price.

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened