​​​​В палеогенетике принята презумпция виновности: сначала гарантируем достоверность полученных данных, а уж затем обсуждаем результаты​​.

Последние несколько лет у археологов появилась возможность получать новую информацию о древних популяциях по ДНК, выделенной из найденных скелетов или фрагментов костей. Корреспондент «Чердака» посетил единственную в России палеогенетическую лабораторию в Новосибирском Академгородке и поговорил с заведующим межинститутским сектором молекулярной палеогенетики Института цитологии и генетики и Института археологии и этнографии СО РАН Александром Пилипенко.

Не снимая скафандра

Почти все научные институты в Новосибирском Академгородке расположены на проспекте академика Лаврентьева. За институтами первой линии утопают в зелени деревьев и тополином пухе их дополнительные корпуса, а за ними — совсем приземистые конструкторские бюро. Мимо них в высокой траве змеятся узенькие потрескавшиеся тротуары, тут и там насквозь пронзенные жизнелюбивыми одуванчиками и утыкающиеся в самую кромку леса.

В стенах одного из таких зданий, предназначавшегося для селекционно-генетического корпуса Института цитологии и генетики СО РАН, практически с нуля построена настоящая палеогенетическая лаборатория. На соседнем корпусе с тех времен еще висит синяя табличка «СГК ИЦиГ СО АН СССР», а в здании лаборатории, внешне практически неотличимом, уже давно XXI век и технологии почти космические. На входе мои ноги крепко прилипают к синему одноразовому коврику. Снять обувь уже не получится — она приклеена, то есть «задержана» у входа вместе с частичками пыли. Покидаю свои растерявшиеся от неожиданности кроссовки и надеваю высокие тканевые сапоги на молнии. Для съемок в чистой лаборатории мне выдают «гостевой» скафандр из очень плотной «не дышащей» ткани, медицинскую маску, очки, латексные перчатки и хирургическую шапочку. С третьего раза я надеваю их в правильном порядке, вынимаю камеру, руками в латексных перчатках снимаю крышку с объектива и подношу видоискатель к уже успевшим запотеть очкам. Протереть их, не снимая скафандра, невозможно. Опытные палеогенетики умеют в них дышать так, чтобы те не запотевали. А мне остается лишь надеяться на автофокус.

Древняя ДНК1.jpg 

Александр Пилипенко и Йоханесс Краузе на симпозиуме 2015 года в Новосибирске. Фото предоставлено ИАЭТ СО РАН

Сверхчистота и презумпция виновности

Палеогенетика как метод изучения древней ДНК появилась в 1980-х годах. Впервые древнюю человеческую ДНК выделили в лаборатории под руководством профессора Сванте Паабо, который сегодня возглавляет Институт эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге и до сих пор остается мировым лидером в этом направлении науки. Объектом исследования была египетская мумия возрастом около 2400 лет. Первые работы показали, что одна из основных проблем в анализе останков древнего человека — это крайне низкая концентрация древней ДНК в тканях. Тем не менее в конце 1980-х и начале 1990-х появилось множество публикаций по всему миру, где исследовалась ДНК древних растений, микроорганизмов, животных и человека. Возраст материалов варьировался от нескольких веков до миллионов лет. Спустя несколько лет оптимизм, возникший в связи с кажущейся простотой и доступностью таких исследований, был развеян целой серией работ, в которых была продемонстрирована степень деградации древней ДНК. А в конце 1990-х экспериментально доказали высокую частоту загрязнения древних образцов современной ДНК (контаминация), которая сильно искажала результаты.

С этого момента первоочередной задачей любого палеогенетического исследования стало доказательство достоверности результатов — один образец тестируется многократно. По сути, в палеогенетике принята презумпция виновности: сначала исследователи обязаны гарантировать достоверность полученных данных, а уже затем обсуждать результаты. Для генетического анализа древних материалов нужны более строгие условия, чем в обычной генетической лаборатории. Это и другая степень очистки воздуха, и стерильное оборудование, которое не может быть вынесено из помещения или использовано для каких-то других работ, и специальная экипировка сотрудников, и сверхчистые боксы, а также соблюдение целого списка специальных мер, предотвращающих загрязнение при сборе, хранении, доставке и подготовке материала к исследованию. Для организации работы палеогенетической лаборатории в России есть и другие препятствия. В первую очередь, это серьезные вложения на начальной стадии в оснащение лаборатории оборудованием и качественными реактивами. При этом новой лаборатории нужно время на освоение технологий и накопление результатов, которые могут быть опубликованы только по окончании всего цикла исследования. Этот процесс занимает годы.

Древняя ДНК2.jpg 

Аспирант-биолог Александр Пилипенко, Антон Нас (Немецкий археологический институт) и академик В.И. Молодин на раскопках пазырыкских курганов в Монгольском Алтае, 2006 год. Фото Владимира Мыльникова, предоставлено ИАЭТ СО РАН

От мумий — к скелетам

Фамилия российского палеогенетика, руководителя межинститутского сектора молекулярной палеогенетики Института археологии и этнографии и Института цитологии и генетики СО РАН Александра Пилипенко появилась в числе основных авторов статьи «Происхождение, демография и генетическое наследие кочевников евразийских степей периода раннего железного века» в журнале Nature Communication весной прошлого года. Это произошло в связи с тем, что существенная часть палеогенетических работ в рамках большого международного проекта была впервые выполнена в России. Новосибирская лаборатория проанализировала материалы, собранные археологами ИАЭТ СО РАН на юге Сибири, — более трети образцов всей изученной коллекции относится к генофонду представителей скифского мира с разных участков Евразийского степного пояса. Международную группу ученых интересовало происхождение скифов и степень генетического родства кочевого населения Евразии в скифское время. Для генетического анализа были выбраны классические скифы из Волго-Донского региона (III в. до н.э.), сарматы с Южного Урала (V в. до н.э.), древние кочевники Восточного Казахстана (IХ—VII в. до н.э.), материалы из Тывы (VI в. до н.э.), а также носители тагарской культуры из Минусинского бассейна (V в. до н.э.).

Более половины материала для исследования получено из погребений пазырыкской культуры, расположенных в горах российского, казахстанского и монгольского Алтая. Исследования показали независимое происхождение древних кочевников скифской эпохи в западной и восточной частях степей Евразии (мультирегиональное происхождение). При этом, несмотря на большое расстояние, между ними происходили многочисленные генетические контакты, объясняющие появление в генофонде западных кочевников I тыс. до н.э. генетических компонентов, характерных для населения Восточной Евразии. Тесными контактами степных кочевников объясняется универсальность их материальной культуры в скифскую эпоху на всей территории их распространения.

Практически сразу после статьи о скифах в журнале Archaeological and Anthropological Sciences вышла еще одна статья сибирских ученых, которые исследовали митохондриальную ДНК представителей хунну (древних центральноазиатских кочевников, от которых предположительно произошли гунны) и обнаружили большое сходство их женского генофонда с современным монголоязычным населением Центральной Азии. Несмотря на огромное этническое разнообразие в степях Евразии в гунно-сарматское время и позже, за две тысячи лет структура женского генофонда населения забайкальских степей изменилась слабо, сохранив многие генетические черты древнейшего племени хунну. Это уникальное открытие представляет большую ценность для всех специалистов, генетиков, археологов, историков и этнографов, изучающих хунну. Ведь на близлежащих территориях наблюдается противоположная картина: в Синьцзяне и в Алтае-Саянском регионе племена и народы стремительно сменяли друг друга.

Древняя ДНК3.jpg 

Мужская мумия, найденная в мерзлотном пазырыкском погребении на плато Укок. Фото: Мария Роговая

Александр Пилипенко считает, что межинститутский сектор молекулярной палеогенетики в Новосибирском Академгородке состоялся во многом благодаря археологам — их большому желанию сотрудничать, терпению и пониманию всех рисков. Впервые идея попробовать выделить древнюю ДНК из останков представителей древних сибирских популяций возникла, когда сотрудники Института археологии и этнографии СО РАН нашли на Укоке пазырыкские мумии в погребениях с мерзлотой. Со стороны Института археологии и этнографии СО РАН эти работы возглавлял заведующий отделом археологии палеометалла академик Вячеслав Молодин.

В середине 1990-х мумии доставили в Академгородок на вертолете и некоторое время хранили как раз в холодильных помещениях Института цитологии и генетики СО РАН. Руководители институтов, академики Анатолий Деревянко (ИАЭТ СО РАН) и Владимир Шумный (ИЦиГ СО РАН), решили использовать этот уникальный шанс, так как мумии тысячелетия находились в ледяных линзах и сохранность их ДНК была настолько высокая, что можно считать ее промежуточной между древней и современной. Тогда в ИЦиГе СО РАН была впервые выделена митохондриальная ДНК представителей пазырыкской культуры. Уже в те годы была очевидна необходимость освоения технологии выделения древней ДНК из костей, которые являются более массовым археологическим материалом, а не из мягких тканей, находки которых единичны. На эту работу ушло много лет. Попытки увенчались успехом: появилась возможность выполнять анализ больших серий древних образцов. Тогда и было организовано специализированное научное подразделение — межинститутский сектор молекулярной палеогенетики, который сейчас располагается в отдельном здании, оборудованном системами очистки и оснащенном специальным приборным парком. Опыт многих лабораторий показал, что главная ошибка при организации палеогенетических работ — это попытка совместить их с другими работами в области генетики, сделать их лишь одним из направлений работы лаборатории. Но палеогенетика несовместима с другими молекулярно-генетическими работами. Это обстоятельство послужило главной причиной многочисленных неудач при попытках организовать палеогенетические лаборатории в России.

— Проведение полноценного палеогенетического исследования высокого уровня требует не только условий чистоты, но и полной отдачи от экспериментатора, — объясняет Александр Пилипенко. — Стандарты и требования к условиям проведения работ у палеогенетиков не сопоставимы с другими направлениями. Когда палеогенетическое исследование лишь одна из многих задач группы, хороших результатов ждать не приходится. На стадии организации нашу лабораторию посещал Сванте Паабо, который был в то время регулярным гостем в Новосибирском Академгородке после его открытия денисовского человека вместе с ИАЭТ СО РАН, а также его ученик Йоханесс Краузе, который сейчас возглавляет Институт истории человека им. Макса Планка в Йене. Наш сектор сотрудничает с этим институтом и лабораторией палеогенетики Университета Майнца.

Палеогенетика в мире существует уже более 30 лет, но настоящий бум исследований древней ДНК начался в последние 10 лет. Высокая стоимость этих работ не позволяет им стать массовыми и общедоступными в России. Даже самое скромное палеогенетическое исследование, которое в итоге отражается в паре-тройке абзацев в контексте большой археологической статьи, имеет себестоимость в сотни тысяч рублей, так что украсить текст публикации палеогенетическими данными позволяют очень немногие гранты. 80% средств грантов у палеогенетиков уходит на закупку реактивов и обновление приборного парка. За годы существования лаборатории в Академгородке анализу подверглись более 2 тысяч образцов по митохондриальной ДНК и более двухсот — по мужской Y-хромосоме — абсолютно уникальная коллекция для небольшой лаборатории со штатом всего в несколько сотрудников.

С 2017 года коллектив межинститутского сектора молекулярной палеогенетики в Новосибирском Академгородке работает по проекту «Роль миграционных процессов эпохи бронзы и железного века в генетической истории популяций Южной Сибири по данным палеогенетики» (в рамках Президентской программы РНФ). В различных районах Южной Сибири археологи ведут раскопки уже многие десятилетия. За годы палеогенетических исследований археологических материалов из Барабинской лесостепи, Горного и предгорного Алтая, Хакасии, Тывы и других регионов накоплен огромный объем информации — целая матрица, которая позволяет сделать достоверную реконструкцию многих генетических процессов, происходивших на юге Сибири последние несколько тысячелетий. Ежегодно эта база пополняется генетическими данными о сотнях представителей древних популяций.

Древняя ДНК4.jpg 

В палеогенетической лаборатории в Новосибирском Академгородке. Фото: Мария Роговая

Генетикой — по национализму

Одной из особенностей Президентской программы РНФ является ориентированность исследований на важные для развития страны, чаще всего прикладные задачи. Казалось бы, при чем здесь палеогенетика? Но в изучении глубокой древности, на удивление, обнаружился очевидный прикладной аспект, причем государственного значения. Палеогенетика — единственная наука, способная наглядно продемонстрировать и обосновать бездоказательность экстремистских теорий о превосходстве одних народов над другими. Объективная реконструкция генетической истории древних популяций — это мощное оружие против радикального национализма и этнического экстремизма, в основе которых всегда лежит мифотворчество. Анализ большого количества генетического материала с ограниченной территории за долгий период называется диахронным подходом. Вы словно переноситесь на тысячи лет назад и ставите в нескольких точках камеры, вокруг которых кипела бурная, в том числе и личная, жизнь, и каждое событие оставило свой след.

Обо всех этих событиях и полученных результатах наш герой Александр Пилипенко постоянно рассказывает на институтских научных сессиях, на конференциях и на популярных лекциях, не злоупотребляя генетическими терминами, которые для специалистов гуманитарных направлений обычно не только пустой звук, но и повод для сомнений в истинности слов говорящего.

— Генетики могут реконструировать историю, анализируя генофонд современных популяций и выдвигая гипотезы о том, каким образом сформировалось такое генетическое разнообразие. Когда мы анализируем древнюю ДНК, то получаем возможность проверить правильность выдвинутых нами гипотез. Этот тандем генетики и палеогенетики — золотой стандарт реконструкции генетической истории человека, — рассказывает Александр Пилипенко на одном из своих популярных выступлений. — При изучении генетической истории голоценового периода (последние 10 тысяч лет) мы исследуем костные останки большого количества представителей разных популяций, обитавших в одних и тех же регионах, и подробно изучаем их взаимодействие на протяжении нескольких тысяч лет. Мы видим, как менялся генетический состав населения вплоть до формирования современных коренных этнических групп. Такие исследования в совокупности с археологическими дают очень интересные результаты. В частности, на материале захоронений в Барабинской лесостепи мы выяснили, что изменение культуры внутри какой-либо популяции не всегда сопровождалось появлением «пришельцев» или чужаков. Развитие и видоизменение культуры населения происходило и при сохранении генетической преемственности.

Переводчик на стыке наук

На последних курсах отделения биологии факультета естественных наук НГУ Александр начал параллельно изучать археологию населения Сибири эпохи бронзы, по палеогенетике которого он выполнял дипломную работу. Понимать все, о чем говорят археологи, свободно оперировать их понятиями и доступно излагать на их языке естественно-научную информацию он учился потом еще много лет, за которые освоил большой объем литературы по археологии и не раз побывал на раскопках. В том числе и на раскопках пазырыкских комплексов с мерзлотой в составе крупной международной экспедиции в Монгольском Алтае в 2006 году, где впервые, сразу после защиты диплома, увидел, какими усилиями добывается тот материал, который затем попадает в палеогенетическую лабораторию.

— Если до этого палеогенетика привлекала меня как нечто экзотическое по сравнению с другими направлениями генетики, то за два месяца работы в поле с археологами я заболел ею окончательно, — вспоминает Александр. — С одной стороны, я постоянно чувствую себя переводчиком, работающим на стыке наук, не имеющих между собой практически ничего общего, кроме объекта изучения. Но без глубокого погружения в оба научных направления наша лаборатория так бы и не состоялась. Для успеха общего дела мы просто обязаны понимать специфику работы друг друга. Впрочем, археологи оказались способны на неменьшие жертвы — работают под палящим солнцем в медицинских масках и стерильных латексных перчатках, чтобы отобрать материалы для генетического анализа и не загрязнить их современной ДНК, извлекают и упаковывают образцы прямо в полевых условиях с соблюдением всех необходимых требований.

Дьявол кроется в деталях

Самые громкие международные палеогенетические исследования имеют большой масштаб. На небольшом числе образцов с обширной территории исследователи пытаются реконструировать исторические процессы хотя бы в самых общих чертах. В итоге появляется обобщенная картина, подтверждающая либо опровергающая какую-нибудь известную теорию.

Глобальный подход — это обязательное требование для публикации в наиболее высокорейтинговых научных журналах общего профиля. За бортом остаются локальные явления. Ведущие мировые палеогенетические лаборатории сегодня заняты написанием глобальной генетической истории территорий нашей планеты. В таком исследовании по генетике кочевников скифского времени на материале, собранном с разных участков евразийской степи, приняла участие и лаборатория из Новосибирского Академгородка. Эти работы были выполнены вместе с международной командой палеогенетиков из Университета г. Майнц (Германия), департамента генетики Гарвардской медицинской школы (США) и ряда других зарубежных лабораторий и напечатаны в Nature Communications.

— В процессе работы над итоговой статьей по скифским материалам я убедился, что даже в крупных международных работах можно принимать полноправное участие. Это был первый раз, когда именно в международном сотрудничестве мы добились той роли, которую и должны занимать, — рассказывает Александр Пилипенко. —  На другие варианты сотрудничества мы не шли сознательно. Все мои замечания, дотошно изложенные на шести страницах, получили живой отклик зарубежных коллег.

Александр Пилипенко не считает нашумевшую статью по скифам важнейшей работой своего сектора. По его мнению, такой масштабный подход, при котором анализируют ДНК единичных представителей многих популяций с огромной территории за несколько тысяч лет, можно сравнить с демонстрацией картины после нанесения первых слоев краски на холст, где художник только наметил отдельные цветовые пятна. В дальнейшем эти пятна поменяются местами, кардинально изменят оттенок или вовсе исчезнут. Большое количество лабораторий по всему миру заняты как раз выполнением локальных палеогенетических исследований. К их числу относится и межинститутский сектор молекулярной палеогенетики в Новосибирском Академгородке, скрупулезно проводящий реконструкцию генетической истории популяций южных районов Сибири и соседних с ней регионов. При этом история популяций обрастает массой любопытных деталей. Статьи по ним выходят в узкоспециализированных журналах и становятся известны в первую очередь интересующимся специалистам. И в этом нет никакого противоречия. Наука одна, но читательские аудитории разные. Широкой общественности интереснее предварительные исследования, а дьявол кроется в деталях. И мало кто из читателей видел законченный вариант картины, которую показали всему миру, когда под краской еще проглядывал холст.

***

Пока мы с Александром были в лаборатории, за окном прошел настоящий летний ливень с громом и молнией. Теперь на небе — ни облака, зато дороги Новосибирского научного центра на полчаса превратились в непроходимые бурлящие реки. Перепрыгивая через лужи, на прощание оглядываюсь на мокрое здание за забором. Археологи из разных частей России привозят сюда черепа, зубы и кости людей, живших многие тысячи лет назад, и узнают о них что-то новое. Почти как у Стругацких: снаружи — серая обыденность, внутри — технологии будущего. Только все настоящее: и скафандр, и секвенатор, и древняя ДНК.

Мария Роговая

Источники

Древняя ДНК: место сборки
Новости Казахстана (aqparat.info), 12/07/2018
Древняя ДНК: место сборки
Nomad.su, 11/07/2018
Древняя ДНК: место сборки
Чердак (chrdk.ru), 11/07/2018
Древняя ДНК: место сборки
Новости@Rambler.ru, 11/07/2018

Похожие новости

  • 09/02/2017

    Вячеслав Молодин: каждый год приносит нам удивительные открытия

    Присуждение Демидовской премии за 2016 год выдающемуся археологу, заместителю директора Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН академику Вячеславу Молодину (Новосибирск) можно считать вполне закономерным: будущие лауреаты выбираются коллегами-экспертами по совокупности достижений, а у Вячеслава Ивановича только научных работ более 1400, в том числе 62 монографии (включая коллективные), опубликованные не только в России - добрая сотня трудов переведена и издана в 20 странах Европы, Азии и Америки.
    1243
  • 21/02/2018

    Основные итоги исследований ИАЭТ СО РАН в 2017 году

    На прошедшей неделе российской науки ученые Института археологии и этнографии СО РАН представили самые яркие научные результаты 2017 года. Подробнее о главных работах ИАЭТ СО РАН рассказал его директор, член-корреспондент РАН Михаил Шуньков.
    445
  • 14/04/2017

    Вячеслав Молодин о загадках древней погремушки

    ​Лауреат Демидовской премии 2016 года академик РАН, профессор, доктор исторических наук, заместитель директора Института археологии и этнографии СО РАН Вячеслав МОЛОДИН о том, какие тайны хранит древняя история Новосибирской области, как в их раскрытии могут помочь археологам физики-ядерщики и как рассказать школьникам об истории современной.
    883
  • 19/02/2018

    Основные итоги исследований ИАЭТ СО РАН в 2017 году

    На прошедшей неделе российской науки ученые Института археологии и этнографии СО РАН представили самые яркие научные результаты 2017 года. Подробнее о главных работах ИАЭТ СО РАН рассказал его директор, член-корреспондент РАН Михаил Шуньков.
    348
  • 12/03/2017

    Палеогенетики исследовали генофонд представителей скифского мира

    Впервые ученые сделали попытку провести широкомасштабное исследование генофонда представителей скифского мира из разных участков Евразийского степного пояса. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале «Nature Communication».
    1844
  • 04/04/2017

    Кочующие гены: Александр Пилипенко об изучении генофонда кочевников Евразии

    ​Недавно в Nature Communication были опубликованы результаты масштабной работы по исследованию генофонда древних кочевников Евразии скифской эпохи. Мы поговорили о них с одним из соавторов статьи, руководителем межинститутского сектора молекулярной палеогенетики ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН, научным сотрудником Института археологии и этнографии СО РАН и Новосибирского государственного университета кандидатом биологических наук Александр Сергеевич Пилипенко.
    3066
  • 14/08/2017

    Мультидисциплинарные исследования воссоздают среду обитания и культуру первобытных людей

    Есть открытия, меняющие привычную картину мира. В XXI веке к таковым относят полное секвенирование генома, лишение Плутона статуса планеты Солнечной системы и открытие денисовца - человека неизвестного ранее вида.
    761
  • 10/02/2017

    Археология – это огромные кубометры земли..

    Вячеслав Иванович Молодин – действительный член РАН, профессор, доктор исторических наук, заместитель директора Института археологии и этнографии СО РАН в 2016 г. стал лауреатом Демидовской премии – официальное награждение состоится 10 февраля 2017 г.
    1356
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    1824
  • 23/01/2018

    Академик Анатолий Деревянко отметил юбилей

    ​Научная карьера известного во всем мире археолога – академика Анатолия Пантелеевича Деревянко, который 9 января 2018 года отметил 75-летний юбилей, развивалась стремительно. Экстерном закончив институт, в 22 года он защитил кандидатскую диссертацию, в 28 лет – докторскую, и стал самым молодым доктором наук среди гуманитариев нашей страны.
    677