Международная группа ученых при сотрудничестве специалистов из Института археологии и этнографии СО РАН идентифицировала пять костных ископаемых остатков человека при помощи нового бимолекулярного метода ZooMC. Образцы, полученные из самого нижнего культуросодержащего слоя восточной галереи Денисовой пещеры, датируются возрастом около 200 тысяч лет. Результаты опубликованы в журнале Nature Ecology and Evolution.
Денисова пещера — один из ключевых объектов для изучения древнейшей культуры на территории Северной Евразии и проблем антропогенеза. Однако даже здесь антропологические остатки — большая редкость. Ископаемые кости животных исчисляются тысячами, поскольку в разные времена пещера служила не только человеческим жилищем, но и убежищем для хищных зверей (гиены, медведи, волки), которые, в свою очередь, приносили сюда добычу.
Обитатели пещеры полностью утилизировали костные остатки: если люди или животные приносили сюда тушу на съедение, то после отделения мягких тканей и сухожилий кости разламывались для получения костного мозга. Сотни тысяч мельчайших костяных осколков — самый массовый материал, с которым работают археологи, исследующие Денисову пещеру. Тем не менее даже из этих фрагментарных находок ученые способны извлечь ископаемые белки. Кость позволяет установить конкретный вид животного, так как протеиновый профиль у всех млекопитающих различен. Высокоточный анализ возможен благодаря уникальной сохранности ископаемых останков в Денисовой пещере. Температурные и влажностные условия позволили генетическим материалам сохраниться не только в костях, но и в отложениях возрастом сотни тысяч лет.
Неидентифицированные фрагменты костей для анализа
Комплексным исследованием редчайших ископаемых занялась международная группа археологов, палеозоологов и палеогенетиков из ИАЭТ СО РАН, Оксфордского и Венского университетов, а также двух немецких институтов Общества Макса Планка: в Лейпциге и Йене. Первый этап работы с находками начался в 2015 году, когда ученые проанализировали выборку из 12 тысяч костей и обнаружили в ней осколок косточки (она получила обозначение Denisova 11). Последовательность пептидов ее ДНК указывала на принадлежность к человеку, а датировка отмечалась возрастом около 130 тысяч лет. Чтобы выяснить его вид, образец передали на палеогенетическое исследование для извлечения митохондриальной ДНК. В митохондриях клеток содержится лишь часть генетической информации, передаваемой по материнской линии.
Секвенирование показало, что найденная кость принадлежала девочке-подростку 10—13 лет, чьей матерью была неандерталка. Затем ученые выделили ядерную ДНК, несущую наиболее полную генетическую информацию. Выяснилось, что она соответствовала денисовскому человеку — так был открыт гибрид в первом поколении, родителями которого были денисовец и неандерталка. Причем у отца в 13-м поколении предки также включали неандертальцев, что говорит о длительном процессе гибридизации. Опираясь на это, ученые пришли к выводу, что денисовцы и неандертальцы долгое время тесно сосуществовали вместе в Денисовой пещере и обменивались генным материалом (в биологии это называется инбридингом) и давали потомство.
Исследование новых находок прольет свет на раннюю историю древних поселенцев Горного Алтая. «Мы отобрали серию выборок из самых нижних слоев Денисовой пещеры, то есть времен, когда там впервые появился человек, — рассказал заведующий отделом археологии каменного века ИАЭТ СО РАН член-корреспондент РАН Михаил Васильевич Шуньков. — Среди 3 800 костных останков было выделено пять косточек, которые по своей пептидной последовательности принадлежали человеку. Среди пяти образцов из четырех удалось выделить митохондриальную ДНК. Три, взятые из самого древнего, 15-го слоя восточной галереи пещеры, принадлежали денисовцам, и одна, из средней части отложений (12-й слой), — неандертальцу. Именно в этом слое несколько лет назад была найдена кость девочки-гибрида».
Полный анализ 3 800 образцов, включающий проведение дактилоскопии коллагена и секвенирование ДНК, занял около четырех лет. «Это огромный массив костных останков из сотен тысяч образцов, который сортируется на месте после раскопок, — объяснил старший научный сотрудник ИАЭТ СО РАН кандидат исторических наук Максим Борисович Козликин. — Наиболее крупные кости, более пяти сантиметров — суставы, позвонки, челюсти и зубы, — анализируют палеонтологи, которые определяют их морфологию с точностью до семейства или вида. Подобные находки составляют только 1,5—2 % от общего объема. Остальная коллекция — это мелкораздробленные кости, преобладающая часть которых меньше двух сантиметров. До недавнего времени по таким осколками таксономически идентифицировать животное было невозможно».
Для видовой идентификации находок ученые использовали новейший биомолекулярный метод дактилоскопирования ZooMC (зоо-масс-спектрометрия). Он основан на анализе коллагена, который может сохраняться в древнейших останках и является уникальным для каждого вида. Реконструируя пептидную последовательность, биологи устанавливают вид млекопитающего даже по очень малому костному фрагменту. Аналогичным образом удалось определить одного неандертальца и трех денисовцев по их пептидному профилю. Опыт применения этого метода открыл новые горизонты перед мировой археологией.
Планшет для ZooMS
«Сейчас мы можем достаточно уверенно сказать, что первыми людьми, заселившими Денисову пещеру, были денисовцы, — отметил Михаил Шуньков. — Образцы, полученные из самого нижнего слоя восточной галереи, датируются возрастом около 200 тысяч лет. Опираясь на самый первый образец ДНК этого вида, который был получен из отложений культуры начала верхнего палеолита возрастом около 50 тысяч лет, мы также видим, что денисовцы обитали здесь очень длительное время. Как минимум с 200 до 50 тысяч лет назад».
При этом, как отметил археолог, косвенные данные указывают на то, что они поселились там еще раньше — около 280 тысяч лет, а в центральном зале пещеры есть культурные отложения, датируемые возрастом старше 300 тысяч лет. В начале 1980-х годов здесь был найден молочный зуб, определить морфологию которого в то время ученые затруднялись. О существовании денисовского человека антропологи тогда еще не знали, поэтому точно систематизировать находку не смогли. Несколько лет назад этот зуб отдали на генетический анализ, который подтвердил его принадлежность к денисовцу. Однако из-за сложного стратиграфического положения до сих пор точно неизвестно, на каком уровне он был обнаружен — возраст этих отложений варьирует от 250 до 280 тысяч лет. Таковы косвенные данные, допускающие более древний возраст. Кроме того, в центральном зале также были найдены каменные орудия, схожие с орудиями в слое 15 восточной галереи, что доказывает их явную принадлежность к одной индустрии, оставленной денисовцами.
Результаты работы археологов в очередной раз дополнили динамичную и сложную картину развития древней человеческой культуры на Алтае. Неандертальцы приходили на южносибирские территории несколькими волнами и, судя по выявленным остаткам девочки-гибрида, обитали здесь совместно с денисовцами, осуществляя как культурный, так и генетический обмен. В древности юг Сибири был одним из центров, где шло формирование современного человека и его культуры, и в настоящее время Денисова пещера — единственное место в мире, где подобный процесс представлен как денисовцами, так и неандертальцами.
Основные археологические работы в восточной галерее и центральном зале закончены. В ближайшее время продолжатся раскопки в южной галерее, которая, несомненно, еще многое поведает о новых эпизодах из палеолитической истории древнего человека.
Глеб Сегеда
Фото предоставлены ИАЭТ СО РАН (анонс) и Max Planck Society (1, 2)
