Daugelyje archeologinių vietovių randama įrankių ir artefaktų, kurie pasakoja apie žmonių gyvenamąją vietą – tačiau tik nedaugeliu atvejų randama kaulų ar dantų, kuriuose vis dar gali būti žmogaus sDNR. Net jei tokių liekanų yra, tikimybė, kad jose išliks genetinė medžiaga, yra maža – nes DNR pažeidžia karštis, drėgmė ir rūgštingumas. Taigi, atradus kitą sDNR šaltinį – patį dirvožemį – žaidimas pasikeitė. „Tai atvėrė šimtus priešistorinių vietovių, su kuriomis anksčiau negalėjome dirbti“, – sako V. Slon.
Be to, kukli žemė gali daug ką papasakoti apie mūsų tolimą praeitį. Jei fosilijos yra priešistorės, tai nuosėdos yra DNR šaltinis, kuris teoriškai gali sukurti vientisą pasakojimą. Mokslininkai gali tyrinėti homininus, gyvenusius iki to kol atsirado laidojimo praktikos. Jie gali išsiaiškinti, kurios grupės kūrė tam tikrus įrankius ir kitus artefaktus, sužinoti daugiau apie jų kognityvinius ir meninius gebėjimus. Kadangi homininų DNR yra kartu su senovės augalų, gyvūnų ir mikrobų DNR, analizuojant nuosėdų sDNR galima atkurti, koks buvo priešistorinių žmonių gyvenimas. „Tai didžiulė pažanga“, – sako Chrisas Stringeris iš Gamtos istorijos muziejaus Londone.
Kaip ir kai kurie geriausi mokslo atradimai, V. Slon atradimas buvo atsitiktinis. Dabar dirbanti Tel Avivo universitete Izraelyje, 2015 m. ji buvo viena iš jaunų tyrėjų, dirbusių Matthiaso Meyerio laboratorijoje Maxo Plancko evoliucinės antropologijos institute Leipcige (Vokietija), kurie bandė patobulinti sDNR išskyrimo ir analizės metodus. Suakmenėjusios homininų liekanos yra retos, o genetinės medžiagos tyrimai jas pažeidžia. Taigi, ji manė, kad prieš manipuliuojant vertinga relikvija ir bandant išgauti DNR grynuolį, būtų naudinga žinoti, ar ji išliko.
V. Slon įkvėpimo sėmėsi iš Kopenhagos universiteto (Danija) genetikės Eske Willerslev vadovaujamos grupės, kuri 2003 m. įrodė, kad DNR nuosėdose gali išlikti šimtus tūkstančių metų. Pirminė mintis buvo ta, kad jei kitų žinduolių sDNR išliko ir buvo aptikta dirvožemyje aplink homininų palaikus, galbūt ir šiuose palaikų liekanose greičiausiai bus aptikta sDNR. Tyrimai parodė, kad ji buvo teisi.
Tačiau staigmena įvyko, kai ji pritaikė šį metodą dirvožemiui iš Ispanijos El Sidrono urvo, kuriame prieš 49 000 metų buvo palaidota 13 neandertaliečių. 2017 m. V. Slon ir jos komanda pranešė, kad urvo grindyse rasta neandertaliečių DNR. Tai buvo pirmasis nuosėdinės DNR (sedaDNR) atvejis – tačiau tai buvo tik pradžia.
Komanda nustatė mitochondrinę DNR (mtDNR) – genetinės medžiagos rūšį, kuri perduodama iš motinos vaikui. Ląstelėse yra daug mitochondrijų, todėl teoriškai mtDNR yra gausesnė nei ląstelių branduolių DNR, todėl žemės mėginiuose jos bus daugiau. Tačiau pastarieji yra informatyvesni, nes branduolio genomas yra didesnis ir jame yra abiejų tėvų pėdsakai. Kitas iššūkis būtų rasti branduolio DNR nuosėdose. 2021 m. Benjaminas Vernotas, tuo metu dirbęs M. Meyerio laboratorijoje, o dabar priklausantis savo grupei Maxo Plancko evoliucinės antropologijos institute, būtent tai ir padarė. Šį kartą rezultatai buvo ne tik principinis įrodymas – jie taip pat papasakojo istoriją.
Neandertaliečių pėdsakai
B. Vernotas ištyrė dirvožemį iš trijų urvų – dviejų Sibire ir trečiojo Ispanijoje, vadinamo Galería de las Estatuas – ir visuose trijuose urvuose rado senovės žmogaus branduolio DNR. Kadangi dviejuose Sibiro urvuose jau anksčiau buvo rasta homininų kaulų, jis galėjo įrodyti, kad dirvožemio mėginiuose esanti sedaDNR patvirtina tai, kas jau buvo žinoma. Tačiau būtent Ispanijos urve naujasis metodas pasiteisino. Nors jau buvo nustatyta, kad šioje vietoje neandertaliečiai gyveno 40 000 metų, čia buvo rastas tik vienas mažas neandertaliečio kaulas. Nuosėdų analizė atskleidė kur kas daugiau: ji parodė, kad Estatuaso urve gyveno dvi skirtingos neandertaliečių populiacijos, kurių viena pakeitė kitą maždaug prieš 100 000 metų.
Ir tai – dar ne viskas. Palyginęs nuosėdinę DNR su kitų neandertaliečių populiacijų visoje Eurazijoje sDNR, B. Vernotas sugebėjo susieti šias dvi populiacijas su dviem neandertaliečių arealo ekspansijomis. Jie įvyko abipus datos, kai viena grupė pakeitė kitą Estatuoje – galbūt šiltesniais laikotarpiais. „Tai neandertaliečių pasaulio populiacijų pokytis toje teritorijoje, apie kurį anksčiau neturėjome nė menkiausio supratimo“, – sako V. Slon. Staiga išryškėjo didysis žmonijos istorijos pėdsakas, vingiuojantis ir besidriekiantis per visą Euraziją.
Atsižvelgiant į tai, kad ji gali padėti atskleisti tokius dalykus, nenuostabu, kad daugelis paleoantropologų ir genetikų imasi nuosėdų analizės. Vyšnaitė ant torto yra ta, kad šaltinių medžiagos pasiūla yra beveik neribota. Tai palengvina kai kuriuos sDNR srities atvejus, kurie dėl kaulų stygiaus garsėja kaip itin sunkūs atvejai. „Pasaulyje yra pakankamai žemės“, – sako Diyendo Massilani iš Jeilio universiteto, anksčiau taip pat dirbęs M. Meyerio laboratorijoje. Iššūkis – surasti DNR visoje toje žemėje ir atskirti homininų sDNR nuo kitų ten slypinčių rūšių DNR.
Jei pasiseka, homininų sDNR sudaro 0,001 proc. sedaDNR, sako D. Massilani. Tai prasminga, nes gilioje praeityje žmonių buvo gerokai mažiau nei kitų gyvūnų, taip pat augalų ir mikrobų. Tačiau tai taip pat komplikuoja situaciją. „Tai tarsi ieškoti adatos šieno kupetoje“, – sako jis.
Iki šiol geriausios vietos, kuriose buvo galima rasti nuosėdinės DNR, yra sausieji urvai. Tokiais atvejais genetikai glaudžiai bendradarbiauja su archeologais ir jei įmanoma, aktyvių kasinėjimų metu ima nuosėdų mėginius, o gautus duomenis susieja su stratigrafija – geologiškai išskiriamais sluoksniais.
Vėlyvesni šių sluoksnių pažeidimai – pavyzdžiui, suardymai, sukelti gyvūnų arba išplovus vandeniui – gali apsunkinti situaciją, tačiau archeologai gali tai atpažinti ir į tai atsižvelgti nustatydami chronologinę seką. Jie taip pat gali nustatyti sluoksnių datas pagal juose esančius artefaktus, kuriuos galima datuoti radiokarbono metodu, taip pat pagal žiedadulkes ir išnykusių rūšių kaulų fragmentus.
Daroma prielaida, kad bet kokios nuosėdinės DNR amžius bus toks pat, kaip ir sluoksnio, kuriame ji rasta, amžius. Tačiau, jei jos yra pakankamai, ji netgi gali būti datuojama – atsižvelgiant į mutacijas, kurias DNR sukaupė evoliucijos metu, lyginant su žinomais senesniais ar jaunesniais tos pačios rūšies pavyzdžiais.
Pavyzdžiui, tyrimai, atlikti Denisovo urve Sibire, kuriame daugiau nei 200 000 metų gyveno įvairios žmonių grupės. Dar vienos M. Meyerio laboratorijos absolventės Elenos Zavalos iš Kopenhagos universiteto vadovaujama komanda, siekdama atkurti žmonių buvimo šioje vietoje laiko linijas, naudojo nuosėdinę DNR. Be to, pirmą kartą tyrėjai taip pat sugebėjo nustatyti, kokios grupės sukūrė tūkstančius artefaktų, aptiktų įvairiuose urvo dugno sluoksniuose.
Jų atlikta mtDNR iš 175 nuosėdų mėginių analizė atskleidė, kad pirmieji Denisovo oloje – maždaug prieš 250 000 metų – apsigyvenę homininai ir buvo denisoviečiai. Jie tikriausiai pasigamino seniausius čia rastus akmeninius įrankius. Vėliau bent dvi skirtingos denisoviečių ir dar viena neandertaliečių populiacijos su pertraukomis keitėsi iki maždaug prieš 45 000 metų, kai šiuose urvuose pasirodė šiuolaikiniai žmonės.
„Viršutiniuose sluoksniuose žmonės rado šių gražių dirbinių, apyrankių ir pakabukų, kurie paprastai siejami su Homo sapiens, – sako E. Zavala, – tačiau nebuvo jokių įrodymų, kad urve būtų buvę sapiens.“ Archeologai svarstė, ar šiuos daiktus pagamino denisoviečiai arba neandertaliečiai – jei tai būtų tiesa, tai būtų nuostabu. Tačiau E. Zavalos urve aptikta H. sapiens genetinė medžiaga padidina tikimybę, kad juos sukūrė būtent jie.
Tyrėjai taip pat rado gyvūnų DNR, išlikusią šimtuose kitų nuosėdų mėginių – todėl jie daro prielaidą, kad archajiniai žmonės tikriausiai sekė paskui žinduolius, kuriuos medžiojo, į Altajaus kalnus, kur ir yra Denisovo urvas. Pavyzdžiui, žinoma, kad jakai ir arkliai ten migravo iš Pietryčių Azijos per Himalajų priekalnes, kai tai leido klimatas.
Žinome, kad kartais denisoviečiai ir neandertaliečiai tarpusavyje kryžmindavosi ir kad bent vienas Denisovo urve rastas individas turėjo mišrią neandertaliečio ir denisoviečio kilmę. Deja, iš sedaDNR sunku pasakyti, ar urve susitiko skirtingos denisoviečių, neandertaliečių ir žmonių linijos: vienas iš metodo trūkumų yra tas, kad tame pačiame sluoksnyje rastų DNR pėdsakų negalima atskirti laike. Nepaisant to, naudodami nuosėdinę DNR galime pradėti tikrinti prognozes apie šių homininų paplitimo arealus ir galimą sąveiką.
Daugelį metų denisoviečiai buvo neabejotinai siejami tik su Denisovo urvu. Dar vieneri ar dveji palaikų fragmentai buvo aptikti kitur, tačiau jų buvo itin nedaug. Tuomet 2020 m. Dongju Zhang vadovaujama komanda iš Lanzhou universiteto (Kinija) Tibeto plynaukštėje esančių urvų nuosėdose rado DNR, kuri parodė, kad denisoviečiai čia gyveno prieš 100 000, 60 000 ir galbūt 45 000 metų. Tai atitinka naujausias klimato mokslo ir paleobiologijos duomenimis pagrįstas prognozes, kad šie žmonių protėviai gyveno didžiulėje ir vėsioje šiaurinės Eurazijos dalyje ir kad kartais jų teritorijos galėjo sutapti su neandertaliečių, kurie mėgo vidutinio klimato kraštus, teritorijomis.
„Remdamiesi urvų nuosėdines DNR, galime iš tikrųjų pradėti aiškintis neandertaliečių ir denisoviečių gyvenamąjį arealą“, – sako Ch. Stringeris. Taip pat galime daugiau sužinoti apie tai, kaip jų užimtos teritorijos sutapo su ankstyvųjų šiuolaikinių žmonių gyvenamomis teritorijomis. Pavyzdžiui, D. Massilani kartu su Mongolijos ir JAV archeologais bando identifikuoti homininų grupę, kuri paliko artefaktus Mongolijoje prieš 45 000 metų. „Įtariame, kad tai yra pirmųjų regione gyvenusių Homo sapiens, kurie, plėsdamiesi į rytus, galėjo susitikti su denisoviečiais, kultūrinės liekanos“, – sako Nicolasas Zwynsas iš Kalifornijos universiteto JAV.
Užuominos iš šunų DNR
Neabejotina, kad sedaDNR gali atskleisti daug daugiau informacijos apie žmogaus evoliuciją. Tačiau vis dar yra keletas didelių neatsakytų klausimų – įskaitant klausimą, iš kur tiksliai nuosėdose atsirado bet kokia homininų DNR.
Akivaizdūs kandidatai būtų mirusiųjų kūnai, tačiau tokie palaikai galėtų atsidurti ten natūraliai arba būti palaidoti – arba net būti pašalinti su plėšrūno išmatomis.
Kiti galimi šaltiniai – suakmenėjusios homininų išmatos ir kraujas. Genetikai iš pirmo žvilgsnio taip pat negali žinoti, ar jie turi reikalų su vienu, ar su keliais individais. Tačiau išradingas B. Vernoto eksperimentas padeda susiaurinti galimybes. Jis paprašė savo studentų visame Maxo Plancko evoliucinės antropologijos instituto pastate paieškoti šunų DNR. Šunys, kuriuos leidžiama įsivesti į vidų, turi praeiti pro liftus ir koridorius, kad patektų į savo šeimininkų kabinetus. Tačiau studentai šunų DNR aptiko tik pačiuose kabinetuose. Tai įrodė, kad idant susidarytų aptinkamas DNR kiekis, reikia ilgo buvimo arba koncentruoto nusėdimo, net jei neatsižvelgiama į tūkstančius metų trunkantį laikotarpį.
Per tūkstantmečius DNR palaipsniui nyksta, o išgauti informatyvius homininų įvairovės kiekius yra dar viena problema. Tačiau paėmęs nuosėdų blokus iš 13 priešistorinių vietovių penkiuose žemynuose D. Massilani nustatė, kad bet kurios rūšies nuosėdinė DNR turi tendenciją grupuotis. Šie telkiniai dažnai buvo susiję su kaulų fragmentais arba suakmenėjusiomis išmatomis – o tai leido suprasti, iš kur dirvožemyje atsirado DNR. Vėliau, analizuodamas blokus, kuriuose buvo koncentruotas homininų sDNR kiekis daug smulkesne raiška, jis galėjo gauti kur kas daugiau informacijos apie DNR išskyrusius individus, įskaitant jų lytį.
Kadangi šios srities pradininkai tobulina savo metodą, vienas iš įdomiausių jo taikymo būdų galėtų būti tose pasaulio dalyse, kuriose iki šiol sDNR buvo rasta nedaug arba jos iš viso nerasta – ypač tose vietose, kur vyrauja karštis ir didelė drėgmė. D. Massilani šiuo metu bando savo metodą savo gimtojo Gabono urvų vietose, o V. Slon jau pranešė, kad Izraelio urve rado iki 70 000 metų senumo žinduolių sDNR.
Yra ir kitų galimybių. Ežerų nuosėdos galėtų papasakoti apie pasaulį, kai jūros lygis buvo žemesnis. Tokios vietovės kaip Tibeto urvas, kuriame rasta denisoviečių sedaDNR, galėtų atskleisti, kaip žmonės prisitaikė prie gyvenimo dideliame aukštyje.
Remdamiesi archajinių žmonių rūšių sankaupomis, mokslininkai tikisi atsekti augalų ir gyvūnų domestikavimą, taip pat žmonių mitybos ir sveikatos pokyčius bei su jais susijusius genetinius prisitaikymus.
Pirmykštėse gyvenvietėse jie galėtų įžvelgti skirtingų lyčių ar protėvių žmonių segregaciją. D. Massilani netgi įsivaizduoja ateitį, kai bus galima nustatyti senovės žmonių buvimą ten, kur nerasta žmogaus sedaDNR – vien iš susijusių mikrobų bendruomenės pokyčių.
Galimybės, jei ne tokios beribės kaip žemės atsargos, yra didžiulės – ir vis dar dažniausiai neištirtos. Kaip sako Slon – „mes dar toli gražu neišnaudojome visų galimybių“.
Parengta pagal „New Scientist“.
