Как думаете, что общего между янтарём и… гнидами? Оказывается, и ископаемая смола, и яйца вшей могут рассматриваться как резервуар для древней ДНК.
С фантастическими свойствами янтаря нас познакомил «Парк Юрского периода» (хотя, на самом деле, там всё не так уж просто). Гниды не столь знамениты, но, возможно, гораздо более перспективны. Если быть точным, речь не о самих яйцах, а об особом «цементе», клее, с помощью которого они прикрепляются к волосам. Гнид находят даже у древних мумий. Если выделяемый вшами цемент позволяет гнидам сохраняться в течение многих тысяч лет, то не способен ли он заодно удерживать и ДНК хозяина?
Спрос на древнюю человеческую ДНК растёт стремительно, а лучший её резервуар — зубы и кости — слишком уж ценные находки, чтобы портить их на потребу генетикам. Вот и ищут специалисты альтернативные источники генетической информации. В списке таковых оказались зубной камень, пещерные сталагмиты и даже древняя жвачка — берёзовый деготь. А почему бы не «пощупать» на этот счёт человеческих паразитов? Они могут не только хранить хозяйскую ДНК, но и давать информацию о здоровье хозяина и даже о причинах его смерти.
Паразитов на археологических памятниках находили уже много десятилетий назад, в том числе вшей, которые присутствовали и в египетских гробницах, и в засыпанном пеплом Геркулануме, и даже в кишечниках мумий из Грендландии. Древнейшим вшам из человеческих захоронений рядом с Мёртвым морем — 9 тысяч лет.
Авторы новой публикации в Molecular Biology and Evolution решили поискать гниды у человеческих индивидов из южноамериканских погребений древностью до двух тысяч лет. Шесть из них — мумии, найденные в пещере Калингаста в аргентинской провинции Сан-Хуан. Ещё один образец происходил из текстильного изделия, 300 лет назад изготовленного в Чили из человеческих волос. Наконец, исследователи использовали гнид с высушенной головы, принадлежавшей эквадорскому племени хиваро.
Для анализа ДНК использовались гниды двух аргентинских мумий SJArg-1-Nit и SJArg-2-Nit. Для сравнения качества ДНК исследователи взяли зуб SJArg-1-Tooth из того же археологического слоя, что и SJArg-1-Nit, и каменистую часть височной кости SJArg-3-Petrous того же памятника, но из более молодых отложений. Кроме того, чтобы оценить содержание человеческой ДНК в желудке вшей, взяли двух насекомых из исторической коллекции Оксфордского университета, которых 170 лет назад сняли с даяка, уроженца Борнео.
Для уточнения возраста одной из мумий 10 волос SJArg-1-Nit датировали радиоуглеродным методом, получив возраст примерно 1460 лет. Это на 5 веков моложе, чем SJArg-2-Nit (которому около 2 тыс. лет).
Из всех образцов, включая кровь из желудков вшей, специалистам удалось выделить человеческие генетические последовательности, причём проверка не показала существенного загрязнения современной ДНК.
Первым делом определили пол: SJArg-1-Nit, SJArg-2-Nit и даяк — мальчики, SJArg-1-Tooth и SJArg-3-Petrous — девочки.
Настала очередь гаплогрупп Y-хромосомы. Качество прочтения ДНК даяка и SJArg-1-Nit оказалось слишком низким, а SJArg-2-Nit отнесли к гаплогруппе Q1b1a1a1 — самой распространённой среди коренных американцев. Что касается митохондриальных гаплогрупп, то обе мумии принадлежали A2+ — к той же гаплогруппе отнесли мтДНК из зуба и височной кости. А2+ — одна из основных гаплогрупп коренного населения Америки, другие древние мумии из Аргентины и Перу тоже принадлежали к этой гаплогруппе. A2 и A2+ преобладают в современных популяциях от севера Чили и Аргентины до Боливии и Перу. Даяка же отнесли к H2a2a — это гаплогруппа, которая и сейчас встречается на Борнео.
По итогам сравнения c 2462 геномами современных и древних людей, даяк попал в азиатские популяции, а SJArg-2-Nit вместе с SJArg-1Tooth и SJArg-3-Petrous к коренным американцам, причём в кластер Южной Америки — всё в строгом соответствии с археологическими данными. Увы, качества прочтения ДНК SJArg-1-Nit для этого анализа оказалось недостаточно.
Интересно, что более древний образец SJArg-2-Nit (ему, напомню, около 2000 лет) оказался близок современным людям из перуанской, эквадорской и колумбийской Амазонии, а на 500 лет более молодой SJArg-2-Nit кластеризовался с аргентинскими и патагонскими древними образцами и с современными боливийцами. Это указывает на древние миграции, о которых уже подозревали археологи. Вероятно, предки группы, к которой принадлежала самая древняя мумия Сан-Хуана, более 2 тыс. лет назад пришли на эту территорию из Амазонии. Таким образом, ДНК из гнид помогла распутать кусочек головоломки древних миграций доколумбовой Южной Америки.
Исследователей интересовала не только человеческая ДНК, запечатанная в «цементе». Помимо этого, в образцах обнаружились генетические следы различных микроорганизмов. Интересно, что в SJArg-2-Nit ученые зафиксировали ДНК полиомавируса клеток Меркеля MCPyV, который, как известно, может вызывать агрессивную форму рака кожи. На сегодняшний день это самое древнее свидетельство присутствия такого вируса у человека. MCPyV был открыт совсем недавно, в 2008 году. Не исключено, что вши могли выступать в качестве переносчика MCPyV в дополнение к другим путям заражения.
Разумеется, проанализировали и генетику самих вшей — их ДНК тоже присутствовала в цементе гнид. Вши ничем не хуже людей, у них тоже есть свои гаплогруппы, и, согласно им, гниды обеих мумий попали в южноамериканский кластер гаплогруппы B, точнее, в его часть, состоящую из вшей Амазонии и Французской Гвианы. Таким образом, вши на мумиях происходили из Амазонской низменности — оттуда же, куда указывает ДНК их человеческого хозяина.
Итак, исследователям удалось не только прочитать человеческую ДНК из «цемента» древних гнид, но и показать, что генетика вшей в данном случае полностью отражает генетическую историю их хозяев.
Замечательно вот что: содержание ДНК в образце цемента SJArg-2-Nit оказалось столь же высоким, что и в зубе из того же археологического слоя, и вдвое выше, чем в образце височной кости. При этом повреждений в «гнидной» ДНК оказалось вдвое меньше, чем в зубе, и в 10 раз меньше, чем в височной кости. Исследователи сделали вывод, что в белковом цементе, производимом вшами, ДНК лучше защищена от распада.
Как же это круто! Гниды есть у большинства человеческих мумий, а значит, для генетического анализа не нужно сверлить зубы и кости — достаточно образцов волос. А особенно это актуально, когда у нас есть образцы волос, но нет скелета — таких археологических примеров немало.
Надо добавить, что длина фрагментов ДНК в образце SJArg-1-Nit оказалась на 50% меньше, чем в SJArg-2-Nit, хотя последний на 500 лет древнее. Вероятно, это связано с условиями захоронения: SJArg-2-Nit взят из полностью мумифицированного тела в глубине пещеры, в то время как SJArg-1-Nit находился в открытом скальном гроте, подверженном воздействию внешних факторов.
Что касается желудка даякских вшей, содержание ДНК в нём оказалось низким. Впрочем, это не помешало исследователям определить митохондриальную гаплогруппу хозяина.
И ещё любопытное наблюдение. Известно, что чем холоднее температура воздуха, тем ближе к коже головы вошь откладывает яйца, чтобы они не замерзли. Обычно гниды находятся на расстоянии не менее 5 мм от кожи головы — такая картина наблюдается у SJ-Arg-2-Nit. Однако у двух других мумий, SJ-Arg-1-Nit и SJ-Arg-4-Nit, яйца вшей часто располагались очень близко к коже, на расстоянии 2—4 мм. Значит, смерть этих людей наступила зимой, в период экстремально низких температур.
Крошечные — менее 1 мм в длину — яйца вшей оказались капсулами времени, содержащими бесценную информацию. А современные учёные, можно сказать, превзошли знаменитого Левшу. Тот «всего лишь» подковал блоху, а генетики смогли забраться вшам в желудок…
Подготовка материала: Александр Соколов