Как древната ДНК, от неандерталците до чумата, трансформира археологията?

През 2010 г. генетиците в Дания успяват да извлекат фрагменти от ДНК от 4000-годишни нишки коса от Гренландия, съхранявани в музей в Копенхаген в продължение на десетилетия, реконструирайки първия пълен древен човешки геном.

Изследването е кулминацията на десетилетия работа на изследователи от цял свят, започваща с неуспешните опити да се извлече генетичен материал от египетски мумии през 80-те години на миналия век. През 2013 г. броят на древните човешки геноми все още може се преброи на пръстите на двете ръце. През последните пет години обаче числата се увеличават експоненциално: през април 2023 г. е публикуван 10 000-ият древен човешки геном, с хиляди други на път.

Забележителният растеж на древните ДНК изследвания - фокусът на изцяло нова дисциплина, наречена палеогеномика - може да е най-значимото събитие за археологията след развитието на радиовъглеродното датиране през 50-те години на миналия век. Миналата година пионерът изследовател Сванте Паабо, генетик от Департамента за човешка еволюция към Института за еволюционна антропология ”Макс Планк” в Лайпциг, Германия, печели Нобелова награда за работата си върху гените на изчезнали неандерталци. Сега древната ДНК е инструмент за по-добро разбиране на това откъде идваме – и начин да надникнем накъде отиваме.

За да възстановят древна ДНК от древни проби, изследователите вземат малко парченце кост, зъб или коса от скелет с помощта на зъболекарска бормашина или подобен инструмент и извличат ДНК фрагменти от тях. Чрез дублиране на ДНК фрагментите многократно и след това използване на компютри за съпоставяне и повторно сглобяване на малките нишки, като в пъзел от милиард парчета, генетиците могат да реконструират цели геноми.

Усъвършенстването на процеса отнема десетилетия. Първите опити да се извлече ДНК от древни кости през 80-те години на миналия срещат много проблеми. И най-големият е замърсяването: ранните изследвания се борят да отделят древния генетичен материал от съвременната ДНК. А пробите могат да бъдат замърсени със всичко - от почвени бактерии, които проникват в заровени кости, до пърхота на лаборанта.

Паабо и други негови колеги проявяват упорство, разработвайки начини за премахване на замърсяването и доказване, че тази ДНК, която наблюдават, наистина принадлежи на древни образци. В резултат на това днес древни ДНК проби се вземат при строго контролирани условия, в чисти стаи, потопени в ултравиолетова светлина, която е в състояние да унищожава бактериите и тяхното ДНК. Резултатите се сравняват с бази данни на ДНК от съвременни видове или други древни проби, което помага за сортирането и изолирането на генетичния материал от различни източници.

Освен това в началото процедурите са изключително скъпи - много повече, отколкото повечето археолози и палеонтолози могат да си позволят. Но с намаляването на разходите и увеличаването на броя на пробите, сега методът е мощен инструмент за разбиране на миналото. Изследванията на древна ДНК вече са стандартна част от инструментариума на археолога. Това води до по-добро разбиране на древните миграции и как са функционирали обществата в далечното минало.

Чрез сравняване на ДНК на хора, погребани в различни периоди от време, но в един и същ географски регион, например, генетиците и археолозите могат да идентифицират променящите се популации. Десетки проучвания през последното десетилетие от цял свят показват, че миграцията и движението винаги са били част от човешката история. Сега знаем, че населението на Европа е динамично в продължение на много хилядолетия, като в континента навлизат драматично различни популации, които се смесват и смесват многократно от пристигането на първите съвременни хора преди около 50 000 години. Древната ДНК е помогнала да се разбере и кога първите хора са пристигнали в Америка и връзката им с популациите на предците в Азия.

Някои открития се връщат още по-назад. Чрез сравняване на ДНК на неандерталец с това на съвременните хора, например, Паабо и неговият екип успяват да покажат, че съвременните европейци и азиатци получават малка част - до 5% - от своя произход от неандерталците, което предполага, че нашите далечни предци са срещали и са се чифтосвали с неандерталците в някакъв момент от далечното минало.

ДНК дори позволява да се разбере кога: Гените на хората в Субсахарска Африка днес не съдържат неандерталска ДНК. Това предполага, че съвременните хора са се срещнали с нашите братовчеди неандерталци, след като са мигрирали от Африка преди 50 000 години.

Древната ДНК разкрива дори съществуването на изцяло нови за науката видове човешки предци. През 2008 г. археолозите откриват фрагмент от кост в пещера в Западен Сибир. Те изчисляват, че е на повече от 50 000 години, но фрагментът е твърде малък, за да се каже нещо повече с помощта на традиционните археологически методи.

Благодарение на хладните условия в сибирската пещера, изследователите успяват да извлекат ДНК от костта - разкривайки, че тя не е нито на неандерталци, нито на съвременния човек, а на нещо съвсем друго: неизвестни досега прародители на човешкия вид, сега наричани денисовци, по името на пещерата, в която първоначално са открити останките им.

Човешката ДНК е само върхът на айсберга. Същите техники, използвани за изследване на отдавна изчезнали хора, позволяват на изследователите да секвенират ДНК на изчезнали видове. Гените на вълнестите мамути, пещерните мечки и птиците додо предлагат безпрецедентен поглед към миналото и по-добро разбиране на биологията на техните живи роднини.

Междувременно хилядолетна бактериална ДНК дава възможност да се проследи произходът и еволюцията на болести като туберкулозата и чумата. И още: Учените са изолирали и идентифицирали бактерии, уловени в плака върху зъбите на древни скелети, показвайки какво са яли хората, какви болести са имали и по какво съвременният микробиом се различава от този на нашите предци.

Следващата граница? Извличане на ДНК от... мръсотия. В скорошно проучване учените успяват да реконструират околната среда на Гренландия, преди да бъде покрита с лед, идентифицирайки ДНК на мамути, северни елени и гъски, които са бродили на острова преди повече от два милиона години. Изследователите се надяват, че мръсотията скоро може да предостави информация и за хората. Подът на пещерите, обитавани в миналото, например, може да съдържа достатъчно ДНК, за да бъдат идентифицирани техните отдавна изчезнали обитатели.

Особено когато става въпрос за човешка ДНК, изследванията са съсредоточени върху Европа и Русия, които представляват две трети от публикуваните досега проби. Това отчасти се дължи на факта, че ранните проучвания са фокусирани върху места, където хладните условия запазват добре ДНК. Преди десетилетие много изследователи се съмнявали, че древна ДНК някога ще бъде възстановена от Африка или дори от бреговете на Средиземно море. Но с подобряването на техниките изследователите все повече се обръщат към места в Африка и Азия, за да отговорят на важни въпроси за човешкия произход и история.

Този напредък в генетичните и археологическите познания повдигна нови етични въпроси и среща неодобрение. Докато живи хора могат доброволно да предоставят тампон със слюнката си или кръвна проба, съдържаща тяхното ДНК, анализирането на гените на мъртвите изисква няколко десетки от грам прахообразна кост или зъб. Такъв „разрушителен“ анализ на човешки останки нарушава религиозните вярвания на някои общности. Той също така унищожава част от древен скелет, най-добрият невъзобновяем ресурс.

Генетици, археолози и потомствени общности не винаги постигат разбирателство по отношение на това кой може да даде разрешение за изследване на такива останки. През последното десетилетие критиците принуждават генетиците да се ангажират повече с общностите, от които идват техните проби. Според тях вземането на проби и публикуването на гените на отдавна починали хора трябва да получи разрешение от техните потомци, преди да започне изследването. Междувременно много скелети в музейни колекции са придобити при обстоятелства, които днес не биха се считали за етични.

Археолозите казват, че разчитането на древна ДНК крие риск от прекалено опростяване на праисторията: гените не могат да ви кажат на какъв език са говорили хората, на какви богове са се покланяли или как са се възприемали – само кои са били техните родители, баби и дядовци и по-далечни предци. Но в комбинация с по-традиционни археологически техники, ДНК от древни скелети е мощен начин за изучаване на миналото.