Ближе к концу каменного века в маленькой рыбацкой деревушке на юге Дании жила смуглая женщина с каштановыми волосами и пронзительными голубыми глазами, которая часто жевала кусочки липкой березовой смолы. Деревня, которую современные археологи назвали Силтгольм, находилась возле прибрежной лагуны, защищенной от Балтийского моря барьером из песчаных островов. Позади этих островов женщина со своими соплеменниками и родственниками ставила заколы для ловли рыбы, которую они затем жарили на пиках с наконечниками из рыбьей кости. Возможно, женщина жевала смолу, чтобы размягчить ее и заткнуть дыру в глиняной посуде, или отремонтировать отполированное орудие из кремня. Березовую смолу в каменном веке широко использовали в качестве клея. А может, ей просто нравилась эта жевательная резинка из эпохи неолита. Так или иначе, когда она выплюнула смолу, та застряла под слоем песка и ила на 5 700 лет, пока ее не нашли археологи. Это поразительно, но они сумели восстановить по этому куску березовой смолы полный геном женщины, а также микробиом ее ротовой полости и ДНК из слюны и пищи, которую она недавно ела.
На месте раскопок не удалось найти останков человека, однако ДНК слюны с березовой смолы показала, как выглядела эта женщина, чем она питалась, какие бактерии и вирусы носила в своем организме, откуда мог прийти ее народ, и начал ли он заниматься сельским хозяйством. Результаты исследования, опубликованные во вторник в журнале «Нейчер Коммюникейшнс» (Nature Communications), свидетельствуют о том, что разжеванный березовый деготь может быть источником ДНК древнего человека и микроорганизмов, и его можно использовать для исследования истории популяций, состояния здоровья и питания людей в древности.
«У нас в руках оказался ничем не примечательный кусочек березовой смолы, выброшенный кем-то тысячи лет назад, и мы по этому кусочку смогли реконструировать человека, — говорит археолог из Копенгагенского университета и автор опубликованной работы Ханнес Шредер (Hannes Schroeder). — Поразительно, что мы сумели сделать это из такого маленького предмета».
Соавтор исследования биоархеолог Тейс Йенсен (Theis Jensen) из Копенгагенского университета первым предложил извлечь данные о геноме из смолы, когда работал на раскопках в Швеции и увидел кусочки березового дегтя со следами зубов на них. «В то время секвенирование нового типа произвело революцию в исследованиях древней ДНК, — рассказывает он. — Я подумал, что эта „жвачка" может стать источником ДНК». Коллеги Йенсена сумели извлечь частичную ДНК трех человек из кусков березовой смолы 10 000-летней давности, и в мае опубликовали результаты своей работы в журнале «Коммюникейшнс Байолоджи» (Communications Biology).
Кусочек березовой смолы из Силтгольма, а также скрытая в нем геномная информация хорошо сохранились, потому что находились в почве без доступа кислорода, рассказывает археолог Наталья Кашуба (Natalija Kashuba) из Уппсальского университета в Швеции, ставшая основным автором опубликованной в мае работы. Не участвовавшая в новом исследовании Кашуба сообщила, что если археологи отыщут больше образцов древнего микробиома, они смогут приступить к составлению истории эволюции бактерий и вирусов, связанных со здоровьем человека. «Это просто бесценный материал для исследования человеческого здоровья и окружающей среды», — сказала она.
Шредер с коллегами нашел в образце смолы огромное количество данных о микроорганизмах, в том числе, о тех, которые живут в человеческом организме, не причиняя ему вреда и составляя то, что ученые называют микробиомом. Кроме того, ученые нашли образцы бактерий, которые вызывают заболевания пародонта. Они также обнаружили ДНК, указывающую на то, что у женщины был вирус Эпштейна-Барра, который вызывает герпес, а также несколько штаммов вируса, являющихся причиной пневмонии. Исследователи выявили 26 факторов вирулентности, то есть, молекул, которые повышают эффективность заражения человека болезнетворными микроорганизмами, однако не сумели определить состояние здоровья женщины.
Команда ученых выяснила, что у нее была непереносимость лактозы, которая должна была иметь широкое распространение среди охотников и собирателей до того, как они занялись разведением животных. В смоле также были обнаружены следы ДНК лесного ореха и дикой утки, которые женщина ела перед тем, как начать жевать смолу. Наверняка это были распространенные продукты в рационе охотников и собирателей. Сельское хозяйство появилось в Дании довольно поздно, примерно в то время, когда жила женщина из Силтгольма. Но когда люди начали им заниматься, оно очень быстро прижилось и завоевало популярность. Однако археологам неизвестно, самостоятельно ли охотники-собиратели пришли к занятию сельским хозяйством, или его принесли с собой вновь прибывшие в эти места. По словам Шредера и его коллег, геном силтгольмской женщины указывает на то, что она никак не была связана с сельскохозяйственными общинами, которые уже существовали в Дании в то время. Она ведет свое происхождение от генетической группы так называемых западных охотников-собирателей, пришедших в Скандинавию по южному маршруту еще 11 700 лет назад.
С появлением сельского хозяйства изменился микробиом кишечника и ротовой полости человека, потому что ему стала более доступна пища с высоким содержанием углеводов. (Он снова претерпел изменения во время промышленной революции, когда в меню стал преобладать рафинированный сахар и растительное масло.) Палеомикробиолог из Пенсильванского университета Лора Вейрих (Laura Weyrich), не участвовавшая в этих исследованиях, говорит, что трудно делать общие выводы о рационе питания силтгольмской женщины и даже о составе микробиома ее ротовой полости по одному кусочку разжеванной смолы. Популяция бактерий, колонизирующих зубы человека, очень сильно отличается от той, которая живет в слюне и на языке. Поэтому образец, взятый из «жвачки», «наверняка является смесью всех этих разных типов из микробиома ротовой полости», объясняет Вейрих. «Очень трудно поместить этот микробиом в контекст без дальнейшего анализа других охотников и собирателей», — говорит ученая.
По словам Вейрих, данное исследование может открыть новую главу в изучении эволюции древнего человека — и его микробиома. «Я думаю, область изучения древней ДНК быстро продвигается вперед, и в будущем станет многое известно о совместной эволюции человеческого генома и микробиома», — заявляет она. К счастью, пока еще никто не пытается изобрести новое название для этого направления типа «жвачкономика».
