Біологічні капсули часу: що розповідає пил з давніх печер про історію людства

Сучасні технології дозволяють науковцям реконструювати минуле, використовуючи ДНК, вилучену не з кісток, а безпосередньо з печерного ґрунту. Такі відкладення перетворилися на справжні біологічні часові капсули, що зберігають генетичну історію протягом десятків тисяч років.

Це відкриття допомагає зрозуміти міграції людей, їхні стосунки з неандертальцями та розвиток давніх екосистем, розповідає Live Science.

Як саме вчені зчитують історію зі звичайного печерного бруду?

Протягом останніх двох десятиліть у методах реконструкції минулого стався справжній переворот завдяки технологічному прогресу у вилученні та аналізі ДНК зі стародавніх решток. Ці досягнення спростували попередні теорії, довівши, що неандертальці та сучасні люди насправді схрещувалися між собою.

Такий підхід дозволив дослідникам розплутати складні маршрути міграцій, що сформували сучасне населення, а також секвенувати геноми вимерлих видів, як-от мамонтів, чи збудників давніх хвороб, наприклад, штамів чуми.

Хоча раніше палеогенетики працювали переважно з кістками, сьогодні вони навчилися вилучати генетичний матеріал безпосередньо з печерних відкладень. Печери є ідеальними архівами, що десятиліттями зберігають генетичну історію та взаємодію людей з екосистемами, перетворюючи звичайний пил під ногами на біологічні часові капсули.

У Тюбінгенському університеті (Німеччина) вчені використовують цей метод, щоб з’ясувати, хто населяв Європу під час льодовикового періоду та чи ділили люди й неандертальці одні й ті самі печери.

Окрім ґрунту, джерелом інформації стають навіть фекалії давніх тварин: зараз дослідники вивчають послід печерної гієни, яка жила близько 40 000 років тому.

Найдавніша ДНК з відкладень, знайдена в Гренландії, має вік 2 мільйони років, як стало відомо з роботи опублікованої в журналі Nature. З моменту першого секвенування геному вимерлої зебри квагги у 1984 році палеогенетика пройшла величезний шлях.

Як використовують аналіз ДНК сьогодні?

Завдяки робототехніці та біоінформатиці аналіз ДНК перетворився з наукової цікавинки на потужний інструмент. Сучасні машини здатні декодувати у 100 мільйонів разів більше генетичного матеріалу, ніж їхні попередники: якщо перший геном людини розшифровували понад десять років, то сучасна лабораторія може обробити сотні повних геномів за один день.

Важливість цих досліджень підтвердила Нобелівська премія 2022 року, яку отримав Сванте Пяабо за вивчення еволюції людини. Зараз вчені працюють над відтворенням мамонтоподібних слонів та відстеженням присутності людей у різних куточках світу протягом сотень тисяч років.

Процес вилучення ДНК із ґрунту нагадує пошук голки в сіні, оскільки молекули дуже фрагментовані та змішані з сучасним забрудненням від відвідувачів печер. Для виявлення справжніх молекул льодовикового періоду використовують ультрачисті лабораторії та роботів, що реагують на специфічні хімічні пошкодження стародавньої ДНК.

Основна робота ведеться в печерах Швабського Альбу (об’єкти ЮНЕСКО), де в стабільних умовах зберігаються найдавніші музичні інструменти, фігурне мистецтво та ДНК Homo sapiens і неандертальців. Це дозволяє виявити види, від яких не залишилося навіть кісток, і зрозуміти, чи конкурували люди з печерними ведмедями за ресурси.

Печерна ДНК також відображає життя поза межами печери, оскільки хижаки приносили туди здобич, а люди залишали відходи. Відстежуючи зміни в ДНК людей, тварин і мікробів, вчені вивчають давні вимирання, що допомагає краще розуміти сучасну кризу біорізноманіття.

Попереду на дослідників чекають нові відкриття: очікується розшифровка перших геномів печерних ведмедів та виявлення складних мікробних спільнот, що колись процвітали в темряві.