来自洞穴沉积物的核DNA有助于解锁古老的人类历史

Galeríade las Estatuas

北西班牙的Galeríade las Estatuas洞穴网站。信用:javier trueba - 马德里科学电影

科学家首次成功地提取和分析了Neandertoral染色体脱氧核糖核酸保存在洞穴沉积物中。

古代DNA领域揭示了我们进化过去的重要方面,包括我们与我们遥远的表兄弟,Deanisovans和Neandertals的关系。这些研究依赖于骨骼和牙齿的DNA,该牙齿和牙齿储存DNA并保护其免受环境保护。但这种骨骼仍然是非常罕见的,遗传分析遗留的人类历史的大部分是难以进入的。

为了填补这些差距,MAX Planck进化人类学研究所的研究人员开发了从沉积物中丰富和分析人类核DNA的新方法,这几乎每一个考古遗址都丰富。到目前为止,只有线粒体DNA已经从考古沉积物中恢复,但这对研究人口关系有限。沉积物核DNA分析的出现提供了调查深层人类过去的新机会。

沉积物可能含有来自其他哺乳动物的遗传物质

当从沉积物中提取古人DNA时,科学家必须小心避免来自其他哺乳动物的大量DNA,例如熊和鬣狗。“人类基因组中有很多地方与熊的DNA非常相似,例如,”本研究的第一个作者Benjamin Vernot说。研究人员在基因组中特别有针对性地区,他们可以对孤立的人类DNA充满信心,并且它们还设计了测量其在去除非人体DNA方面取得成功的方法。“我们希望相信我们不小心看着一些未知的鬣狗物种,”韦尔诺特说。

Chagyrskaya洞穴

Chagyskaya洞在南斯伯利亚阿尔泰山脉。信贷:Richard G. Roberts

科学家们应用了他们的技术来研究来自三个洞穴的150多个沉积物样品。在其中两个 - 在西伯利亚南部阿尔泰山脉的Chagyskaya和Denisova洞穴 - 以前的研究已经分析了来自骨骼的DNA。因此,作者能够将DNA与来自骨骼的DNA的DNA进行比较。“我们开发的技术是非常新的,我们希望能够在我们知道预期的地方测试它们,”这项研究中的高级作者Matthias Meyer说。研究人员发现,来自沉积物的DNA与从这些位点的骨骼中检索的基因组最密切地相关,使它们对其方法的稳健性具有信心。

从西班牙北部的洞穴沉积物中检索的核DNA

第三个地点的挖掘,由JuanLuísArsuaga从UniversidensdedaMadrid领导的北部西班牙州GaleríadeLasestatuas,已经未覆盖了70至115千年前的石材工具。但只发现了单一的尼安德特脚趾骨,而且对于DNA的样品而言太小。“没有办法研究生活在estatuas的尼安德妥斯塔尔的遗传学,”来自埃斯塔科斯州埃斯卡斯·埃斯卡尔·赫里克诺·赫伯科·赫伯科(Euskal Herriko Unibertsita)的estatuas团队的科学家Ariergómez-Olivencia说。从沉积物中提取的核DNA表明,不是一个,但两只尼安德特人群在洞穴中居住,原有的群体约为100千年前替换为后期组。

当科学家将沉积物DNA与其他骨骼样本相比,他们注意到了一个引人注目的趋势 - 似乎有两个“辐射”的尼安德塔尔斯,具有较老的estatuas群体,源于一个辐射,以及来自第二次活动的年轻人。“我们想知道这些辐射,以及estatuas的人口替代,可能已与气候变化相关,或者在这段时间内发生的尼安德妥塞形态的变化 - 尽管我们需要更多的数据来肯定地说,”Juan说路易斯arsuaga。

新的洞察力进入深层过去

即使对于先前从骨骼分析DNA的研究的网站,也可以从沉积物中收集新的洞察力。在Chagyskaya洞穴中,早期的考古学研究表明,尼安德特州的居住者属于单身人口,只有很短的时间居住在那里。但随着以前的工作只能从现场发现的一个骨骼中恢复单个基因组,没有办法讲述它是否代表了在Chagyskaya洞穴周围的整个人口。沉积物DNA能够确认这一假设。“我们从整个地层中汲取了沉积物样本,并且它们看起来与来自骨骼的DNA非常相似,即使沉积物DNA来自多个人,”俄罗斯科学院考古和民族教学研究所Kseniya Kolobova说,Chagyskaya洞穴的牵头考古学家。

“核DNA的曙光沉积物分析大规模延长了梳理古代人类进化历史的选项范围,”韦尔诺特说。通过从寻找人遗骸的限制和扩大潜在的调查的网站数量的限制来解释古代DNA的领域,“我们现在可以从许多人类人群中研究DNA,并且来自更多的地方,而不是以前认为可能的,“迈耶斯说。

参考文献:“发掘尼安德特人口史利用洞穴沉积物核DNA和线粒体DNA”本杰明韦尔诺,埃琳娜一萨瓦拉,Asier戈麦斯OLIVENCIA,塞诺维娅雅各布,维维安伦,法布里奇奥Mafessoni,弗雷德里克·罗马涅,爱丽丝皮尔森,马丁·切赫,Nohemi萨拉,AdriánBablos,Arantza Aranburu,JoséMaríaBermúdezdeCastro,埃德德Carbonell,Bo Li,Maciej T. Krajcarz,Andrey I. Krivoshapkin,Kseniya A. Kolobova,Maxim B.Kozlikin,Michael V. Shunkov,Anatoly P. Derevianko,Anatoly P. Derevianko,BenceViola,Steffi Grote,Elena Essel,DavidLópezHerráez,萨拉纳格尔,Birgit Nickel,Julia Richter,Anna Schmidt,Benjamin Peter,Janet Kelso,Richard G. Roberts,Juan-Luis Arsuaga和Matthias Meyer,4月15日2021年,科学
DOI:10.1126 / science.abf1667

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