Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом

Сейчас применяются различные методы снижения риска загрязнений при исследовании древней ДНК, они уже были в ходу и в 2006 году, но после этого значительно усовершенствовались, вобрав набор крайних мер гигиенической предосторожности. К 2010 году команда Пэабо успешно отсеквенировала неандертальский геном без загрязнений, и для этого с каждым образцом они работали в “чистой комнате”, устроенной по образу чистых помещений в производстве микрочипов в компьютерной индустрии. В таком помещении на потолке ультрафиолетовая (УФ) лампа наподобие тех, что имеются в операционных, которая включается, как только оттуда выходит исследователь; ультрафиолет превращает ДНК в форму, которую невозможно отсеквенировать. Естественно, при этом разрушается и древняя ДНК, находящаяся на поверхности образца, но ученые высверливают образцы, беря пробы из-под поверхности, а там ДНК не разрушена. Воздух в помещении очищен ультрафильтрацией, убирающей мельчайшие частички пыли – меньше одной тысячной толщины волоса, – ведь и на пыли может быть ДНК. А чтобы защитить помещение от проникновения ДНК извне, воздух принудительно гонится наружу из помещения, а не наоборот.

В таком помещении три комнаты. В первой исследователь облачается в специальный чистый костюм, перчатки и маску. Во второй образец кости, предназначенный для взятия пробы, отправляется в камеру с высоким УФ-излучением, чтобы преобразовать поверхностные ДНК-загрязнения в нечитаемую форму. Затем исследователь с помощью зубного бура высверливает из костного образца от десятков до сотен миллиграммов материала, собирая его в алюминиевую фольгу, предварительно обработанную УФ, и ссыпает оттуда в пробирку, естественно тоже обработанную УФ. В третьей камере порошок погружается в жидкость с веществами, растворяющими кости и белки, а потом этот раствор пропускается через чистый песок (оксид кремния); при правильных условиях оксид кремния связывает молекулы ДНК, а остальные вещества, мешающие реакциям секвенирования, удаляются.

После этого полученные фрагменты ДНК преобразуют для секвенирования. Для этого сначала удаляют поврежденные концы фрагментов: за десятки тысяч лет “хранения” под землей цепочки с концов сильно разрушаются. Потом в качестве меры для распознания загрязнений к уже очищенным концам прицепляют специально синтезированные последовательности букв, своего рода химический штрихкод древних фрагментов – этот метод был опробован в 2006 году группой Пэабо. Любое загрязнение, появившееся в образце после присоединения такого штрихкода, можно будет отличить от древних фрагментов. И наконец, к одному из концов ДНК присоединяют молекулы-адаптеры, и они позволяют запустить секвенирование на тех самых новых машинах, что сделали этот процесс в десятки тысяч раз дешевле.

Лучше всего ДНК сохранилась, как выяснилось, в трех неандертальских образцах из пещеры Виндия в высокогорной Хорватии – это остатки костей рук и ног, датированных примерно 40 тысячами лет. Отсеквенировав экстракты ДНК из них, группа Пэабо выяснила, что подавляющая часть этой ДНК принадлежит поселившимся в костях бактериям и грибам. Однако после сравнения миллионов фрагментов с геномами шимпанзе и человека Пэабо в тоннах пустой “молекулярной” породы удалось найти золото. Референсные геномы человека и шимпанзе послужили своего рода картинкой на коробке с пазлом, подсказкой, как собирать крошечные отсеквенированные кусочки неандертальской ДНК в одну цепь. В итоге в тех костях оказалось около 4 % древней ДНК неандертальцев.

И когда в 2007 году Пэабо понял, что смог бы в принципе отсеквенировать полный геном неандертальца, он собрал международную команду специалистов, которая как раз и должна была работать с данными секвенирования. Вот так я и мой старший научный наставник, математик Ник Паттерсон, попали в этот проект. Пэабо пригласил нас, потому что в предыдущие пять лет мы зарекомендовали себя новаторами в области изучения популяционных перемешиваний. Я много раз ездил в Германию, немало сделал для обработки и анализа данных, доказавших скрещивание между неандертальцами и какими-то ранними современными людьми.

Как неандертальцы породнились с неафриканским населением