Археогенетика (от архео- + генетика) — область исследований молекулярной генетики, в которой методы популяционной генетики применяются к изучению истории человечества. Автором термина «археогенетика» является британский археолог Колин Ренфрю.
В 1963 году Эмиль Цукеркандль и химик Лайнус Полинг предложили термин «палеогенетика», а «крёстным отцом» новой дисциплины стал биолог Сванте Паабо, получивший за свои достижения в 2022 году Нобелевскую премию.
К методам археогенетики, в частности, относят:
анализ ДНК, полученной из археологических останков (древней ДНК); анализ ДНК современных популяций (людей, домашних растений и животных) с целью изучения человеческого прошлого и генетического наследия взаимодействия человека с биосферой; применение статистических методов молекулярной генетики к археологическим данным.
Предшественниками археогенетики являлись исследования групп крови и ранние работы о связях между классическими генетическими маркерами и языковыми и этническими группами. Среди первых исследователей в этом направлении известны Людвик Гиршфельд и Ханка Хиршфельд, и Артур Муран. Начиная с 1960-х годов Луиджи Лука Кавалли-Сфорца использовал классические генетические маркеры для исследования доисторического населения Европы, результатом чего стала публикация его исследования «История и география человеческих генов» в 1994 году.
Позднее генетики провели анализ генетической истории всех основных культурных растений (таких, как пшеница, рис, кукуруза) и домашних животных (таких, как коровы, козы, свиньи, лошади). Были предложены модели хронологии и биогеографии их одомашнивания и последующего разведения, в основном по данным митохондриальной ДНК.
Антонио Аморим использовал термин «археогенетика» исключительно в отношении генетических данных антропогенеза. Весьма амбициозную концепцию восстановления исчезнувших видов методами генетики выдвинули Лайнус Полинг и Эмиль Цукеркандль.
Ранняя работа
Людвик Гиршфельд (1884—1954) Людвик Гиршфельд был польским микробиологом и серологом, а также президентом секции группы крови на Втором международном конгрессе по переливанию крови. Он основал метод определения наследства группы крови с Эрихом фон Дангерном в 1910 году и внес большой вклад в этот метод на протяжении всей своей жизни.Штеффен Катрин (2013). «Экспертиза и модернизация: национальное здравоохранение в Польше в первой половине двадцатого века» . Jahrbücher für Geschichte Osteuropas . Он изучал группы крови АВО. В одном из своих исследований в 1919 году Хирсфельд задокументировал группы крови АВО и цвет волос у людей на македонском фронте, что привело к его открытию, что цвет волос и тип крови не имеют никакой корреляции. В дополнение к этому он заметил, что произошло снижение группы крови А из Западной Европы в Индию и наоборот для группы крови В. Он предположил, что соотношение групп крови с востока на запад произошло из двух групп крови, состоящих в основном из А или В мутирует из группы крови О и смешивается путем миграции или смешения. Большая часть его работы была посвящена исследованию связей групп крови с полом, болезнями, климатом, возрастом, социальным классом и расой. Его работа привела его к обнаружению, что язвенная болезнь была более доминирующей в группе крови O, и что у матерей группы крови AB было высокое соотношение мужчин и женщин при рождении.Т. М. Аллан, (1963), «Хиршфельд и группы крови АВО» , Британский журнал профилактической и социальной медицины
Артур Морант (1904—1994) Артур Морант был британским гематологом и химиком. Он получил много наград, в частности стипендию Королевского общества. Его работа включала в себя организацию существующих данных о частотах генов групп крови и внесение значительного вклада в генетическую карту мира посредством исследования групп крови во многих популяциях. Морант обнаружил новые группы крови антигены на системе Льюиса, Хеншоу, Келл и Макака, а также проанализировал связь групп крови и различных других болезней. Он также сосредоточился на биологической значимости полиморфизмов. Его работа послужила основой для археогенетики, поскольку способствовала разделению генетических данных о биологических отношениях между людьми. Он также предоставил материал, который можно было бы использовать для оценки теорий популяционной генетики.Дерек Ф. Робертс, (1997), «Некролог: Артур Морант (1904—1994)». Биология человека.
Уильям Бойд (1903—1983) Уильям Бойд был американским иммунохимиком и биохимиком, который прославился своими исследованиями в области генетики расы в 1950-х годах.Монах Рэй, (2014 год), Роберт Оппенгеймер: жизнь в центре . В течение 1940-х годов Бойд и Карл О. Ренконен независимо друг от друга обнаружили, что лектины по-разному реагируют на различные группы крови, а также что неочищенные экстракты бобов лимфы и тафтовой вики агглютинировали эритроциты из группы крови А, но не из групп крови В или О. Это в конечном итоге привело к раскрытию тысяч растений, содержащих эти белки.Эспино-Солис, Герардо Павел, (2015 год), «Лектины: краткий обзор». Для изучения расовых различий, а также моделей распределения и миграции различных расовых групп Бойд систематически собирал и классифицировал образцы крови со всего мира, что привело к его открытию, что группы крови не подвержены влиянию окружающей среды и являются наследственными. В своей книге «Генетика и человеческие расы» (1950 год) Бойд разделил население мира на 13 различных рас, основываясь на их различных профилях группы крови и его идее о том, что человеческие расы — это популяции с разными аллелями.Бойд, Уильям Клоузер, (2016 год), Звездный Лорд, CreateSpace-Независимая издательская платформа. Одним из наиболее распространенных источников информации о наследственных признаках, связанных с расой, остается изучение групп крови.Парри, Мелани (1997). «Биографический словарь камер (Био Реф Банк)»
Методы
Сохранение ископаемой ДНК Поиск ископаемых начинается с выбора места раскопок. Потенциальные места раскопок обычно идентифицируются с минералогией местоположения и визуальным обнаружением костей в этом районе. Однако есть и другие способы обнаружения зон раскопок с использованием таких технологий, как портативная рентгеновская флуоресценция в полевых условияхКоэн, Дэвид Р.; Коэн, Эмма Дж.; Грэм, Ян Т.; Соареш, Джорджия Г.; Рука, Сюзанна Дж.; Арчер Майкл (октябрь 2017). «Геохимическая разведка окаменелостей позвоночных с использованием полевых переносных рентгеновских лучей». Журнал геохимических исследований. и плотная стереофоническая реконструкция.Каллиери, Марко; Dell’Unto, Николо; Dellepiane, Matteo; Скопиньо, Роберто; Сёдерберг, Бенгт; Ларссон, Ларс (2011). Документация и интерпретация археологических раскопок: опыт работы с инструментами Dense Stereo Reconstruction Используемые инструменты включают в себя ножи, щетки и остроконечные мастерки, которые помогают в удалении окаменелостей с земли.Brothwell, Don R. (1981). Выкапывание костей: раскопки и изучение скелетных останков человека . Издательство Корнелльского университета, Стр. 2-3.
Для того, чтобы избежать загрязнений с древней ДНК, образцы обрабатываются в перчатках и хранятся при температуре −20 ° C, сразу же после того, как были обнаружены. Обеспечение того, чтобы ископаемый образец анализировался в лаборатории, которая не использовалась для другого анализа ДНК, также может предотвратить загрязнение. Кости размалывают до порошка и обрабатывают раствором перед процессом полимеразной цепной реакции (ПЦР).Майкл Шольц; Лутц Бахман; Грэм Дж. Николсон; Бахман, Ютта; Гиддингс, Ян; Рюшхофф-Тале, Барбара; Czarnetzki, Альфред; Пуш, Карстен М. (2000-06-01). «Геномная дифференциация неандертальцев и анатомически современного человека позволяет на основе ископаемых ДНК классифицировать морфологически неразличимые кости гоминидов» , Американский журнал генетики человека. Образцы для амплификации ДНК не обязательно должны быть ископаемыми костями. Сохраненная кожа, консервированная солью или высушенная на воздухе, также может использоваться в определённых ситуациях.Ян, Х .; Голенберг Е. М. Шошани Дж. (Июнь 1997 года). «Хоботная ДНК из музейных и ископаемых образцов: оценка древних методов выделения и амплификации ДНК». Биохимическая генетика .
Сохранение ДНК затруднено, потому что окаменелость кости ухудшается, и ДНК химически модифицируется, обычно бактериями и грибами в почве. Лучшее время для извлечения ДНК из окаменелости — это когда её только что раскопали, поскольку в ней содержится в шесть раз больше ДНК, чем в хранимых костях. Температура места экстракции также влияет на количество получаемой ДНК, о чём свидетельствует уменьшение успешности амплификации ДНК, если ископаемые находят в более теплых регионах. Резкое изменение окружающей среды ископаемых также влияет на сохранение ДНК. Поскольку раскопки вызывают резкие изменения в окружающей среде ископаемых, это может привести к физико-химическим изменениям в молекуле ДНК. Кроме того, на сохранение ДНК также влияют другие факторы, такие как обработка не загрязненных окаменелостей (например, мытье, чистка щеткой и высушивание на солнце), ph, облучение, химический состав костей и почвы и гидрология. Существует три диагенетических фазы персервации. Первая фаза — бактериальное гниение, которое, по оценкам, вызывает 15-кратную деградацию ДНК. Фаза 2 — когда кость химически разрушается, главным образом путем депуринации. Третья диагенетическая фаза происходит после того, как ископаемое извлечено и сохранено, в этой фазе разрушение ДНК кости происходит наиболее быстро.Майкл Шольц; Лутц Бахман; Грэм Дж. Николсон; Бахман, Ютта; Гиддингс, Ян; Рюшхофф-Тале, Барбара; Czarnetzki, Альфред; Пуш, Карстен М. (2000-06-01). «Геномная дифференциация неандертальцев и анатомически современного человека позволяет на основе ископаемых ДНК классифицировать морфологически неразличимые кости гоминидов» , Американский журнал генетики человека.
Методы выделения ДНК После того, как образец взят из археологического участка, ДНК может быть извлечена с помощью ряда процессов.Эрика Хагельберг; Дж. Б. Клегг, (1991-04-22). «Выделение и характеристика ДНК из археологической кости» , Слушания Лондонского королевского общества. Один из наиболее распространенных методов использует кремний и преимущества полимеразной цепной реакции для сбора древней ДНК из образцов костей.Надин Роланд; Михаэль Хофрайтер, (июль 2007), «Древняя экстракция ДНК из костей и зубов». Протоколы природы .
Есть несколько проблем, которые увеличивают трудности при попытке извлечь древнюю ДНК из окаменелостей и подготовить её к анализу. ДНК постоянно распадается. Пока организм жив, эти трещины восстанавливаются; однако, как только организм умер, ДНК начнет разрушаться без восстановления. Это приводит к тому, что образцы имеют нити ДНК длиной около 100 пар оснований. Загрязнение является ещё одной серьёзной проблемой на нескольких этапах в течение всего процесса. Часто другая ДНК, такая как бактериальная ДНК, будет присутствовать в исходном образце. Чтобы избежать загрязнения, необходимо принять много мер предосторожности, таких как отдельные вентиляционные системы и рабочие места для древней работы по извлечению ДНК.О. Хандт; М. Хесс; М. Крингс; С. Паабо, (1994-06-01). «Древняя ДНК: методологические проблемы». Лучшие образцы для использования — свежие окаменелости, так как небрежное мытье может привести к росту плесени. ДНК, поступающая из окаменелостей, также иногда содержит соединение, которое ингибирует репликацию ДНК.М. Хосс; С. Паабо, (1993-08-11). «Извлечение ДНК из плейстоценовых костей методом очистки на основе диоксида кремния». Исследование нуклеиновых кислот. Достигнуть консенсуса относительно того, какие методы лучше всего подходят для смягчения проблем, также трудно из-за отсутствия повторяемости, вызванной уникальностью образцов.