Ученые-историки для своих исследований используют информацию в основном из сохранившихся до наших дней документов, предметов быта, биологических останков, обнаруженных в ходе археологических раскопок. Но в последние годы в изучении истории был сделан подлинный рывок благодаря новым методам генетики. Впрочем, еще в середине XX века возникло научное направление под названием археогенетика, или палеогенетика — исследование человеческой истории с помощью методов молекулярной генетики.
Эти методы позволяют заглянуть в историю на 20–30 веков назад и получить совершенно новую информацию о жизни, быте и культуре наших предков. С помощью инструментов популяционной генетики становится возможным изучить происходившие в далеком прошлом перемещения и взаимодействия народов во времени и пространстве. Подобные исследования способны отследить историческое влияние на формирование человеческого генофонда самых разных факторов: ландшафта, климатических условий, практик ведения хозяйства, бытовых обычаев и традиций, появления новых технологий, идеологии, религии, культуры, языка, экономики…
Археогенетика изучает временной отрезок от 100 тыс. до 1–2 тыс. лет назад. В более глубокое прошлое археогенетики заглянуть не могут, поскольку столь древние пробы ДНК не удалось пока обнаружить. Историческая же генетика изучает более близкие к нам по времени периоды, о которых, как правило, сохранились письменные свидетельства — от рукописей до печатных книг. Тем не менее даже в этом довольно хорошо изученном периоде генетика может обнаружить совершенно неожиданные и очень ценные для историков явления и факты.
Довольно часто в исследованиях, связанных с археогенетикой, фигурирует территория России. Очень многое в истории первобытного человека происходило на землях Евразии, половину которых сейчас занимает наша страна. Кроме того, благодаря холодному климату на этих землях сложились благоприятные условия для сохранения генетического материала в биологических останках, С советских времен сохранилось много данных об этих местах благодаря отечественным археологам. Археогенетические исследования проводятся в России не только нашими учеными, но и зарубежными группами.
Однако российские исследователи долгое время испытывали острую проблему нехватки необходимого оборудования. Исследования добытых образцов приходилось заказывать в других странах.
Археологические образцы на этапе пробоподготовки для исследования ДНК
Физики — генетикам
Хотя археогенетика как отдельная дисциплина существует уже больше полувека, по меркам естественных наук это достаточно молодое направление. И первая проблема, с которой столкнулись его первопроходцы, — большие технические сложности при проведении анализа сильно деградированного образца ДНК. На помощь археогенетикам пришли физики.
Традиционно анализ ДНК археогенетиками происводился в системе чистых комнат с каскадом вентиляционных фильтров. В этих помещениях сотрудники работали с археологическими образцами, находясь в специальных скафандрах, защищающих образцы от человека. Такая сложная процедура объясняется тем, что при анализе археологических останков ученым приходится иметь дело с сильно деградированной ДНК. Фрагменты ДНК образцов очень малы. При этом каждый живой человек даже в состоянии покоя оставляет вокруг себя в миллион раз больше частиц ДНК, сопоставимых по размеру с фрагментами археологической ДНК. Даже лучшие существующие системы фильтрации, используемые в стандартных чистых зонах, не могут полностью улавливать и отфильтровывать эти частицы.
«Это сложно и неэффективно. Как бы ни очищали помещение, в него все равно попадали фрагменты современной ДНК, и происходило образование смеси с ДНК образца. Внутри обязательно должен находиться оператор в скафандре, но зачем загонять туда исследователя? Мы решили пойти другим путем: сделали систему небольших перчаточных боксов, отделили внешнюю атмосферу от внутренней. Воздух в боксе полностью откачивается, и под давлением туда подается особо чистый озон без каких-либо включений, в котором смело можно проводить работы», — рассказывает Харис Мустафин.
Ирина Альборова, старший научный сотрудник лаборатории, за работой на стенде пробоподготовки и выделения древней ДНК
Генетики — историкам
Созданные таким образом условия позволяют уверенно работать с древними, сильно деградированными образцами. В лаборатории изучают останки из разных эпох: из Древнего Ярославля начала XIII века, раннего Скифского периода, эпох Хуннов и Тюрков. Это возможность заглянуть на десятки веков назад и наблюдать преемственность поколений или смену генетического профиля.
Иногда исследования сопровождаются неожиданными результатами. Например, в Древнем Ярославле археологи обнаружили останки некоторых индивидов. У них были костные аномалии, природу которых антропологи определить не могли. Считав информацию из митохондриальной ДНК, в лаборатории исторической генетики смогли определить мутации, позволившие сделать вывод о том, что у этих людей была предрасположенностью к раку.
Другой пример — история скифской амазонки. Еще в 1988 году археологи ИИМК РАН обнаружили уникальный скифский могильник, относящийся к VII в. до н. э. В одной из колод было мумифицированное тело подростка, погребенного вместе с оружием и амуницией. Из-за этих атрибутов археологи сочли, что тело принадлежит юноше. Но генетические исследования, проведенные лабораторией исторической генетики МФТИ в этом году, показали, что на самом деле это была девушка.
Историки — физикам
Методы исторической генетики не всегда позволяют получить достоверную информацию из найденных археологами образцов. За десятки веков останки сильно деградируют, и выделить необходимую для анализа концентрацию оказывается чрезвычайно сложно.
Поэтому ученые используют методы целевого извлечения ДНК, в частности, ПЦР (метод молекулярной биологии, благодаря которому можно значительно повысить концентрации определенных фрагментов ДНК в пробе). Очень эффективным оказывается новый метод высокопроизводительного секвенирования NGS. Вместе с тем, совокупность использования современных биоинформационных и статистических методов обработки данных открывает новые перспективы.
Харис Мустафин, заведующий лабораторией исторической генетики МФТИ:
— Надеемся что нам удастся создать эффективную кооперацию с археологами, чтобы данных становилось больше и они находили своего адресата. А когда информации будет много, создание большой базы данных позволит с высокой достоверностью интерпретировать результаты. Уже сейчас мы работаем с сериями образцов, чтобы определять закономерности. И очень важно, что государство обратило внимание на эту область фундаментальных исследований: прошли первые конкурсы РФФИ по исследованию древней ДНК, и я надеюсь, это будет способствовать интересу и активизации работ отечественных специалистов.
