Ученые когда-то могли реконструировать далекое прошлое человечества только по немым свидетельствам древних поселений, костей и артефактов.
Больше нет. Теперь есть мощный новый подход к освещению мира до рассвета письменной истории - чтение фактического генетического кода наших древних предков. Две статьи, опубликованные в журнале Nature 21 февраля 2018 года, более чем вдвое превышают число древних людей, чья ДНК была проанализирована и опубликована, до 1336 человек - по сравнению с 10 в 2014 году.
Новый поток генетической информации представляет собой «достижение совершеннолетия» для зарождающейся области древней ДНК, говорит ведущий автор Дэвид Райх, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Гарвардской медицинской школе, и это переворачивает заветную археологическую ортодоксальность.«Когда мы смотрим на данные, мы снова и снова видим сюрпризы», - говорит Райх.
Вместе с предыдущими работами его лаборатории и другими пионерами древней ДНК, общая картина заключается в том, что наши доисторические предки не были так привязаны к дому, как считалось раньше. «Существовало мнение, что миграция - очень редкий процесс в эволюции человека, - объясняет Райх. Это не так, говорит древняя ДНК. На самом деле, говорит Райх, «ортодоксия - предположение о том, что современные люди являются прямыми потомками людей, которые всегда жили в той же местности, - почти везде ошибочна».
Вместо этого, «появившееся мнение, красноречивым сторонником которого является Дэвид, заключается в том, что человеческие популяции постоянно перемещаются и смешиваются», - говорит Джон Новембр, вычислительный биолог из Чикагского университета.
Строители Стоунхенджа почти исчезли
В одной из новых статей Райх и десятки его сотрудников намечают распространение древней культуры, известной своими стилизованными горшками в форме колокола, так называемым феноменом колокольчиков. Эта культура впервые распространилась между Иберией и Центральной Европой примерно 4700 лет назад. Анализируя ДНК из нескольких сотен образцов человеческих костей, команда Райха показывает, что изначально движение совершали только идеи, а не люди, которые их породили. Это потому, что гены иберийского населения остаются отличными от генов центральноевропейцев, которые переняли характерные горшки и другие артефакты.
Но история меняется, когда 4500 лет назад культура колокольных кубков распространилась на Британию. Затем его завезли мигранты, которые за несколько сотен лет почти полностью вытеснили существовавших на острове жителей - загадочных людей, построивших Стоунхендж. «Население Британии резко изменилось, - говорит Райх. «Это была почти полная замена».
Для археологов эти и другие результаты изучения древней ДНК «совершенно ошеломляют», говорит археолог Барри Канлифф, почетный профессор Оксфордского университета.«Они расстроят людей, но это часть волнения».
Широкое переселение из степи
Рассмотрим неожиданное перемещение людей, изначально обитавших в степях Средней Азии, к северу от Черного и Каспийского морей. Около 5 300 лет назад местные культуры охотников-собирателей во многих местах были заменены кочевниками-скотоводами, получившими название ямных, которые смогли быстро расшириться за счет эксплуатации лошадей и нового изобретения повозки и оставили после себя большие, богатые места захоронения.
Археологам давно известно, что некоторые технологии, использовавшиеся на Ямной, позднее распространились в Европе. Но поразительное открытие древней ДНК заключалось в том, что люди тоже перемещались - вплоть до атлантического побережья Европы на западе, до Монголии на востоке и Индии на юге. Эта обширная миграция помогает объяснить распространение индоевропейских языков. И это значительно заменило местные гены охотников-собирателей по всей Европе неизгладимой печатью степной ДНК, как это произошло в Британии с миграцией на остров народа колокольных кубков.
«Весь этот феномен степной экспансии - удивительный пример того, что может показать древняя ДНК», - говорит Райх. И, добавляет Канлифф, «никто, даже археологи в своих самых смелых мечтах, не ожидал такого высокого степного генетического содержания в популяциях северной Европы в третьем тысячелетии до нашей эры».
Эта находка древней ДНК также объясняет «странный результат» генетической связи, на которую намекали в геномах современных европейцев и коренных американцев, добавляет чикагское издание Novembre. Ссылка представляет собой свидетельство людей, живших в Сибири 24 000 лет назад, чья контрольная ДНК обнаружена как у коренных американцев, так и у ямных степных популяций и их европейских потомков.
Новые взгляды из Юго-Восточной Европы
Вторая новая статья Райха в журнале Nature, посвященная геномной истории юго-восточной Европы, раскрывает дополнительную миграцию по мере распространения земледелия по Европе на основе данных 255 человек, живших между 14 000 и 2 500 лет назад. Это также добавляет интересный новый самородок - первое убедительное доказательство того, что генетическое смешение популяций в Европе было смещено в сторону одного пола.
Команда Райха обнаружила, что гены охотников-собирателей, оставшиеся у северных европейцев после притока мигрирующих фермеров, исходили больше от мужчин, чем от женщин. «Археологические данные показывают, что, когда фермеры впервые пришли в Северную Европу, они остановились на широте, где их урожай плохо рос», - говорит он. «В результате на протяжении нескольких тысяч лет между земледельцами и охотниками-собирателями существовали стойкие границы». Это дало охотникам-собирателям и фермерам много времени для взаимодействия. По словам Райха, один из предположительных сценариев заключается в том, что во время этого длительного взаимодействия существовала социальная или властная динамика, в которой женщины-фермеры, как правило, интегрировались в сообщества охотников-собирателей.
Пока это только предположение, но тот факт, что древняя ДНК дает ключи к разгадке различных социальных ролей и судеб мужчин и женщин в древнем обществе, «я думаю, еще один способ объяснить, почему эти данные настолько экстраординарны», говорит Райх.
Расширенные машины
Этому научному скачку вперед способствовали три ключевых события. Одним из них является резкое снижение стоимости (и увеличение скорости) секвенирования генов, которое стало возможным благодаря передовым машинам от Illumina и других компаний. Второе открытие принадлежит Рону Пинхази, археологу из Дублинского университетского колледжа. Его группа показала, что каменистая кость, содержащая крошечное внутреннее ухо, содержит в 100 раз больше ДНК, чем другие древние человеческие останки, что дает огромное увеличение количества генетического материала, доступного для анализа. Третий - это метод, реализованный Райхом для чтения генетических кодов 1,2 миллиона тщательно отобранных вариабельных частей ДНК (известных как полиморфизмы отдельных нуклеотидов), вместо того, чтобы секвенировать целые геномы. Это ускоряет анализ и еще больше снижает его стоимость.
Новая область произвела фурор, когда Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Макса Планка, работая с Райхом и многими другими коллегами, использовал древнюю ДНК, чтобы доказать, что неандертальцы и люди скрещивались. С тех пор число древних людей, чью ДНК проанализировал Райх, возросло в геометрической прогрессии. Его лаборатория произвела около трех четвертей опубликованных данных в мире и, включая неопубликованные данные, достигла 3700 геномов. «Каждый раз, когда мы увеличиваем количество людей на порядок, мы можем ответить на вопросы, которые раньше даже не задавали», - говорит Райх.
Теперь, когда сотни тысяч древних скелетов (и их каменистых костей) еще предстоит проанализировать, область древней ДНК готова как ответить на текущие вопросы, так и заняться новыми. Например, команда Райха работает с Канлиффом и другими над изучением более 1000 образцов из Великобритании, чтобы более точно измерить замену существующего генофонда острова степной ДНК людей из Колокольных кубков. «Доказательства, которые у нас есть для 90-процентной замены, очень и очень наводят на размышления, но нам нужно еще немного проверить их, чтобы увидеть, какая часть населения до мензурки действительно выжила», - объясняет Канлифф.
Кроме того, древняя ДНК обещает изучение не только перемещений наших далеких предков, но и эволюции черт и восприимчивости к болезням. «Это новый научный инструмент, который, подобно микроскопу, когда он был изобретен в семнадцатом веке, позволяет изучать аспекты биологии, которые раньше было просто невозможно исследовать», - объясняет Райх. В одном из примеров ученые Копенгагенского университета обнаружили ДНК чумы у степных популяций. Если группы, мигрировавшие в Британию 4500 лет назад, принесли с собой болезнь, это может объяснить, почему существующее население сократилось так быстро.
Учитывая, что впереди еще много таких открытий, «это очень захватывающее время», - говорит Канлифф. «Древняя ДНК оживит археологию так, как мало кто из нас мог предположить даже десять лет назад».