Мир до нас: Новый взгляд на происхождение человека

Хайэм Том

8

Поиск иголок в стоге сена

Пожалуй, я при всем желании не смог бы отрешиться от постоянных раздумий о том, как и где искать останки денисовцев. В июле 2014 г. я со своей сотрудницей по исследованиям (и женой) Катериной Дукой прибыл в Денисову пещеру на встречу. Как обычно, я испытал радость и восторг, снова оказавшись в Алтайских горах. Я ощущал единение с природой и наслаждался прекрасными пейзажами этих мест, умиротворяющим журчанием вод Ануя, чистым и свежим воздухом и, прежде всего, уникальной, несравненной археологией и товарищеской обстановкой в экспедиции. На эти мини-конференции, проводимые через каждые три-четыре года, всегда съезжался весь цвет мировой палеоантропологии: Анатолий Деревянко, Михаил Шуньков,

Сванте Паабо, Бенце Виола и другие, – а также весьма интересные, работающие в различных областях археологии и генетики студенты и исследователи, с которыми я прежде не встречался.

Мы с Катериной поселились в одном из уютных шале базового лагеря. Через несколько дней, заполненных докладами, разговорами за стаканчиком спиртного и спорами до глубокой ночи, в наших головах начала зарождаться прекрасная идея.

Мы сообразили, что главная проблема исследования Денисовой пещеры состоит в том, что 95 % костей, обнаруживаемых в ходе раскопок, раздроблены на мелкие кусочки, вероятно зубами зверей-падальщиков. Это означает, что почти в каждом случае невозможно определить не то что род или вид хозяина кости, но даже и принадлежность ее человеку или животному. Вот и лежат эти раскопанные и очищенные косточки в пыльных кладовых, сваленные в большие пластиковые мешки, и не представляют для археологии никакой ценности. И все же среди этого крошева наверняка должны иметься человеческие кости. Возможно, как это было с «Денисова 3» (фаланга мизинца) или «Денисова 5» (так называемый алтайский неандерталец), они всего лишь несколько сантиметров длиной, но они насыщены ДНК и, следовательно, важнейшей информацией о древних обитателях пещеры. Нам же остается только отобрать их. Но как это сделать?

Ответ дает новейшая, совсем недавно разработанная технология ZooMS – масс-спектрометрическая зооархеология. У разных видов животных костный коллаген немного различается последовательностью белков (или пептидов). При анализе с помощью масс-спектрометра эти пептидные последовательности представляются чем-то вроде молекулярных отпечатков пальцев, которые позволяют идентифицировать останки до уровня рода или вида путем сравнения этих «отпечатков» с другими, содержащимися в библиотеке костей известных видов. Изобретателями методики являются Мэттью Коллинз из Йоркского университета и его студент Майкл Бакли^{151}. Мы с Катериной поняли, что, используя этот метод, можно провести скрининг тысяч костей, выбрать только те из них, которые содержат пептидные последовательности человека, и тем самым, если повезет, расширить удручающе маленькую коллекцию человеческих костей из денисовских раскопок.

Мы не были оптимистично настроены. Отыскать человеческие кости эпохи палеолита случается очень редко; почти все найденные кости принадлежали животным. Время от времени попадаются скелетные обломки или отдельные зубы, но этого крайне мало по сравнению с останками животных, которых люди-охотники и хищные звери заносили в пещеры. Принесет ли пользу просеивание всех этих бесчисленных осколков костей? В конце концов, в ходе небольшого застолья, которое организовал Анатолий Деревянко, когда все немного разгорячились от водки, мы завели разговор на эту тему. Анатолий и Михаил Шуньков сочли идею разумной. Сванте Паабо также был очень заинтересован ею; он сразу понял, что, учитывая высокий уровень биомолекулярной сохранности находок в Денисовой пещере, таким способом можно будет раздобыть значительно больше человеческих костей, пригодных для генетического секвенирования. Итак, нам дали зеленый свет. Анатолий заверил нас, что к следующей встрече, которая должна была состояться на конференции в Бургосе (Испания) в том же году, они с Михаилом приготовят для нас мешок костей, чтобы мы могли приступить к работе.

Что касается гоминин, то ZooMS могла рассказать нам, принадлежал ли обладатель кости к семейству гоминидов, и ничего больше^[36]. Иными словами, масс-спектрометр выявит у гориллы, неандертальца, денисовца, орангутана и у нас с вами одинаковую последовательность пептидов. Для дальнейшего обнаружения различий и верной идентификации образца необходимо извлечь и секвенировать ДНК. Этот этап работы должен был обеспечить Сванте со своей прославленной исследовательской группой.

Рис. 16.

Сванте Паабо (слева) и автор у входа в Денисову пещеру в 2014 г.

В тот приезд в Денисову пещеру я впервые смог обстоятельно пообщаться со Сванте. Прежде мы лишь однажды пересекались – в начале 2000-х гг., в оксфордском пабе среди большой толпы. То ли дело в Денисовой пещере, на небольших встречах участников исследования, где действительно знакомишься с коллегами и общаешься с ними. Почти 10 лет я разъезжал по раскопкам и музеям, откуда доставлял в лабораторию многочисленные образцы для датировки. Каждый раз, забирая кость неандертальца для радиоуглеродного исследования, я спрашивал у хранителей, не произвести ли им заодно и секвенирование ДНК образца, на что неизменно получал ответ: «Этим уже занимается Сванте, в Лейпциге». Я привык к подобным разочарованиям. Конечно же, дело в том, что Паабо и его группа являются специалистами по неандертальцам, а теперь еще и по денисовцам. К тому же самыми лучшими.

Сванте начал исследовать древнюю ДНК практически в одиночку, в 1980-х гг., в лаборатории Аллана Уилсона в Беркли. А сейчас возглавляемый им лейпцигский отдел Института Макса Планка является мировым лидером в области древней геномики. У этого рослого и немного неуклюжего шведа, то и дело повторяющего: «Очень круто!», замечательное чувство юмора. Мы с ним хорошо поладили и теперь приходимся друг другу не только коллегами, но и добрыми друзьями. У него блестящий ум, и все же он немного не от мира сего^[37].

Отдел Сванте ежегодно устраивает семинары для обсуждения своих исследований. Однажды и я стал гостем такого семинара, проходившего в хорватском городе Пула. Было крайне поучительно наблюдать, как личные научные интересы Сванте сочетаются с устремлениями его сотрудников. Он возглавляет группу из очень талантливых, сложившихся ученых и многообещающих студентов.

Мысль об испытании ZooMS на денисовских образцах удачно совпала с получением мною крупного гранта от Европейского исследовательского совета (ERC)^[38]. Даже часть от этой суммы позволяла нам обработать с помощью ZooMS несколько тысяч образцов, и потому, вернувшись в Оксфорд, мы приступили к подготовке мелких фрагментов костей для исследования. Этот первый этап длится дольше всего. Нужно отпилить от каждой косточки препарат – маленький, около 20 мг, кусочек, поместить его в пластиковую пробирку и пометить ее так же, как пластиковый пакет, в котором хранится исходный образец.

Далее следует химическая обработка.

Сначала мы извлекаем белок (коллаген), растворяя кость в разбавленной кислоте. Полученный коллаген необходимо разделить на отдельные пептиды. Это мы делали при помощи еще одного передового метода, суть которого состоит в добавлении в коллагеновый раствор фермента трипсина, с хирургической точностью разрезающего коллаген на фрагменты-пептиды. (Вообще-то, именно этим трипсин занимается в животе каждого из нас, помогая нам переваривать белки. Когда вы съедаете бифштекс, вы запускаете тот же самый процесс ферментного переваривания, который мы применяем в лаборатории для того, чтобы выбрать из находок археологов человеческие кости.) Выделив пептиды, мы добавляем химикат, который обеспечивает их затвердение и кристаллизацию, после чего многоканальной пипеткой наносим вещество на множество – сотни – стальных пластинок. Эти пластинки мы помещаем в масс-спектрометр.

С помощью лазера пептиды получают электрический заряд, и заряженные частицы движутся по короткой трубке к детектору. Чем мельче фрагмент, тем быстрее его движение, крупные же обязательно отстанут. Очень скоро массы всех частиц пептидов, имеющихся в образце, удается измерить, после чего полученное распределение сравнивают с библиотекой исследованных ранее костей, принадлежность которых точно известна, и таким образом образец идентифицируют до рода, а иногда и до вида.

Подготовительная стадия исследования весьма трудоемка – для нее нужны очень старательные работники. Мы с Катериной задумались, может ли кто-нибудь из наших студентов заинтересоваться выполнением проекта по одной из тем их диссертации. К счастью для нас, в тот год подобралась сильная когорта студентов-магистрантов, и одна из студенток, энергичная и целеустремленная австралийка Саманта Браун, решила написать магистерскую диссертацию именно об этой работе.