Ідентифікація нової кістки гомініну з печери Денисова, Сибір з використанням колагенових відбитків пальців та
Саманта Браун
1 RLAHA, Оксфордський університет, OX1 3QY, Великобританія
Томас Хігем
1 RLAHA, Оксфордський університет, OX1 3QY, Великобританія
Вівіан Слон
2 MPI-EVA, Лейпциг, 04103, Німеччина
Сванте Пябо
2 MPI-EVA, Лейпциг, 04103, Німеччина
Маттіас Мейєр
2 MPI-EVA, Лейпциг, 04103, Німеччина
Катерина Дука
1 RLAHA, Оксфордський університет, OX1 3QY, Великобританія
Фіона Брок
3 Кренфілдський криміналістичний інститут, Університет Кренфілда, SN6 8LA, Великобританія
Даніель Комескі
1 RLAHA, Оксфордський університет, OX1 3QY, Великобританія
Ноемі Прокопіо
4 Факультет наук про життя Манчестерського університету, M13 9PL, Великобританія
Михайло Шунков
5 Інститут археології та етнографії, Новосибірськ, 630090, Росія
Анатолій Деревянко
5 Інститут археології та етнографії, Новосибірськ, 630090, Росія
Майкл Баклі
4 Факультет наук про життя Манчестерського університету, M13 9PL, Великобританія
Пов’язані дані
Анотація
Секвенування ДНК революціонізувало наше розуміння архаїчних людей у середній і верхній палеоліт. На жаль, хоча багато пам’ятки палеоліту містять велику кількість кісток, більшість із них не мають діагностичних характеристик, необхідних для традиційної морфологічної ідентифікації. В результаті відновлення останків людини плейстоценового віку надзвичайно рідко. Щоб обійти цю проблему, ми застосували метод колагенових відбитків пальців на більш ніж 2000 фрагментованих кістках з місця Денисової печери, Росія, з метою сприяння виявленню людських останків. В результаті нашого аналізу була ідентифікована одна гомінінова кістка (Денисова 11), підтримана за допомогою глибокого аналізу послідовності пептидів, і виявлено, що вона несе мітохондріальну ДНК неандертальського типу. Подальше радіовуглецеве датування виявило, що кістці було> 50000 років. Тут ми демонструємо величезний потенціал відбитків пальців колагену для виявлення залишків гомініну у дуже фрагментарних археологічних колективах, покращуючи ресурси, доступні для більш широких досліджень еволюції людини.
Таким чином, скам'янілості гомінінів з печери Денисова виявились надзвичайно цінними для нашого розуміння архаїчних популяцій гомінінів. Це підкреслюється винятковим станом збереження стародавніх молекул ДНК у деяких кістках, відновлених на цьому місці. Наприклад, денисованська фаланга (Денисова 3) містила> 70% ендогенної ДНК, що дає геном із високим охопленням (30x) 7. Однак, незважаючи на інтенсивні розкопки в Денисовій печері, серед тисяч виявлених кісток виявлено лише кілька решток гомінінів. Виявлені або зуби, або невеликі за розміром, як правило, фаланги, які рідше страждають фрагментацією, що призводить до втрати діагностичних характеристик. Така фрагментація, яка зумовлена як екологічною тафономією, так і діяльністю м’ясоїдів чи людини, призводить до високого відсотка костей, викопаних з цього та багатьох інших археологічних пам’яток, які неможливо ідентифікувати на основі їх морфології 3, 8. Тільки в Східній галереї Денисової печери під час розкопок між 2005 і 2013 роками було отримано приблизно 135 600 кісток; проте 128 591 не вдалося ідентифікувати 8 .
Тут ми застосовуємо метод ідентифікації видів за допомогою масових відбитків пальців пептидного колагену, відомий як Зооархеологія за допомогою мас-спектрометрії (ZooMS), до 2315 архівованих неідентифікованих фрагментів кісток з печери Денисова. Ці недіагностичні кістки були відібрані серед матеріалів, видобутих із Східної галереї печери в 2014 році. Залишки варіювались за розмірами, як правило, від 3 до 5 см, з кістками, які були досить великими, щоб бути корисними для додаткових аналізів (наприклад, радіовуглецю та ДНК аналіз), переважно вибраний. В недалекому минулому аналіз ZooMS успішно розрізнив різноманітний спектр ссавців, включаючи одомашнених таксонів 9, 10, диких наземних таксонів 11, 12 та морської фауни 13, а також деяких таксонів не ссавців 13, 14 . Для досягнення цього ZooMS використовує відбитки пальців з пептидної маси для аналізу домінуючого білка в кістці, колагену типу 1 (COL1), який відомий своєю довговічністю, особливо в прохолодному кліматі. Цей метод дав відбитки пальців колагену у зразках, що датуються
Результати
Залишається скринінг ZooMS на наявність гомініну
Раніше опубліковані маркери людини позначаються як A – G. Всі пронумеровані піки представляють підтверджені пептиди, що відповідають послідовності, що спостерігаються в людському колагені (крім Е, який відомий лише через схожість з гомологічними маркерами у інших видів 9).
Зразок, ідентифікований як той, що походить з гомініну, DC1227, був вийнятий з квадрата А-2, шар 12 Східної галереї. До відбору проб кістка важила 1,68 г, максимальна довжина - 24,7 мм, ширина - 8,39 мм. Для аналізу ZooMS було взято близько 36 мг (рис. 2). Кістка видається досить нічим не примітною, без будь-яких морфологічних ознак або доказів цілеспрямованої модифікації, тому її легко пропустити під час остеологічного аналізу.
Мікро-КТ DC1227
До подальшого руйнівного відбору проб для радіовуглецевого та мітохондріального ДНК-аналізу проводили мікро-комп’ютерну томографію (мікро-КТ). Враховуючи рідкість такого відкриття, мікро-КТ було визнано доцільним для того, щоб визначити райони, які зазнали видимої деградації, і тому їх слід уникати в майбутньому аналізі. Результати показали, що зразок дуже щільний, без ознак деградації кісток, незважаючи на низку діагенетичних мікротріщин, що проходять по всій довжині. Три з цих субмікронних тріщин проходять в безпосередній близькості одна від одної через кістку, однак вони не утворюють тріщини і, здається, не порушили структуру кістки. Сканування також підкреслило ступінь кислотного травлення та кісточок на поверхні кісток, що може бути результатом проходження через травну систему м’ясоїда (рис. 3). На місці виявлено низку м’ясоїдних тварин; враховуючи поширеність гієн у печері Денисова, представляється ймовірним, що кістка піддавалась кислотному травленню через шлункові кислоти гієни 8, 20 .
Радіовуглецевий аналіз DC1227
До нашої роботи всі виявлені на цьому місці кістки гомінінів були занадто малі для прямого радіовуглецевого датування, що означає, що визначення віку для цих людей визначалося виключно їхнім становищем щодо інших датованих матеріалів, фауни та відкладень 4. Цей метод передбачає, що залишки гомініну не зазнавали руху після осадження через біотурбацію або інші тафономічні впливи. Це особливо проблематично при розгляді обмежених хронологічних даних, які до цього часу були опубліковані для сайту. Визначення віку для Східної галереї обмежується одним шаром (шар 11) із низкою радіовуглецевих фініків на кістках, які мають сліди порізів або інші людські модифікації, і потенційно можуть виявити певний ступінь змішування в цьому шарі 4. Тому був проведений радіовуглецевий аналіз DC1227 для того, щоб визначити, що зразок не був перероблений або вторгнутий вище від послідовності. Хоча дотепер жодного наукового датування не було опубліковано для старішого шару 12 Східної галереї, дослідження фауни ссавців свідчать про те, що цей шар асоціюється з видами степових мешканців, можливо, представляючи стадію ізотопу кисню (OIS) 4, яка закінчилася