DNA fra sediment afslører episk historie om Denisova-hulen

I en skelsættende undersøgelse, videnskabsmænd fra Australien, Tyskland og Rusland har brugt ældgammelt DNA udvundet fra sedimentprøver fra Denisova-hulen i Sibirien til at afsløre en detaljeret erhvervshistorie for dette unikke sted af tre forskellige grupper af oldtidsmennesker og en række forskellige dyr gennem de sidste 300, 000 år.

Ved foden af ​​Ruslands Altai-bjerge, Denisova Cave er berømt som stedet, hvor fossile rester af en gådefuld gruppe af arkaiske mennesker, kaldet Denisovans, først blev opdaget. Det er det eneste sted i verden, der vides at have været beboet af deres nære evolutionære slægtninge - neandertalerne - og af tidlige moderne mennesker.

I løbet af de sidste 40 år, Russiske arkæologer har hentet omkring et dusin Denisovan- og Neanderthal-fossiler fra hulen – inklusive en knogle fra datteren af ​​en Neanderthal-mor og Denisovan-far – men ingen moderne menneskelige fossiler er blevet fundet fra aflejringerne. Manglen på menneskelige fossiler har forpurret forsøg på at fastslå, hvilke mennesker der besatte Denisova-hulen på forskellige tidspunkter i fortiden, og hvilken gruppe der lavede stenredskaberne og andre artefakter udgravet fra aflejringerne.

I denne nye undersøgelse, et tværfagligt hold af videnskabsmænd samlet af professor Michael Shunkov fra Institut for Arkæologi og Etnografi (Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences), herunder geokronologer fra University of Wollongong (UOW), afslører sekvensen af ​​menneskelig besættelse af hulen - såvel som andre huleboende dyr, inklusive bjørne, hyæner og ulve - fra den genetiske analyse af mere end 700 sedimentprøver.

Forskningen, udgivet i Natur torsdag den 24. juni, er den største analyse, der nogensinde er lavet af sediment-DNA fra et enkelt sted.

Identifikationen af ​​gammelt menneskeligt DNA i 175 sedimentprøver udvider i høj grad vores viden om denisovanere og neandertalere på stedet, og giver også det første direkte bevis på moderne mennesker ved Denisova-hulen.

Forskerne opdagede, at Denisovans beboede hulen, tændt og slukket, fra 250,- 000 år siden indtil 60, 000 år siden, og var ansvarlige for de tidligste stenredskaber fundet på stedet.

Neandertalere dukkede første gang op omkring 200, 000 år siden, med en bestemt variation af DNA, som tidligere var ukendt, og var forsvundet med 40, 000 år siden - svarende til tidspunktet for deres forsvinden andre steder i Eurasien.

Det gamle DNA fra moderne mennesker dukker først op i sedimenter aflejret mellem omkring 60, 000 og 45, 000 år siden.

UOW geokronologer den fremtrædende professor Richard 'Bert' Roberts, Professor Zenobia Jacobs, Lektor Bo Li og ph.d. studerende Kieran O'Gorman indsamlede 728 sedimentprøver i et tæt gitter fra de eksponerede sedimentprofiler i hulen.

"Analysen af ​​sediment-DNA giver en vidunderlig mulighed for at kombinere de datoer, som vi tidligere har bestemt for aflejringerne i Denisova-hulen med molekylært bevis for tilstedeværelsen af ​​mennesker og fauna, " sagde professor Roberts.

"Bare indsamler hundredvis af prøver fra alle tre kamre i hulen, og dokumentere deres præcise placeringer, tog os mere end en uge, men vi fik et omfattende sæt prøver, der spænder over mere end 300, 000 års sibirisk historie, " sagde professor Jacobs.

Den nye undersøgelse bygger på den detaljerede tidslinje opnået fra optisk datering af Denisova Cave-sedimenterne ved UOW, udgivet i Natur i 2019.

"Den kronologi, der tidligere blev genereret for hule-sedimenterne, gjorde det muligt for os at vælge de bedste steder at indsamle DNA-prøverne og få mest muligt ud af den ekstraordinære indsigt fra sediment-DNA, " sagde professor Jacobs.

På Max Planck Instituttet for Evolutionær Antropologi i Leipzig, Ph.D. studerende Elena Zavala, undersøgelsens hovedforfatter, ekstraheret og sekventeret små spor af oldgammelt menneske- og dyremitokondrie-DNA fra den enorme samling af prøver.

"Disse indsats gav pote, og vi opdagede DNA'et fra Denisovans, Neandertalere og gamle moderne mennesker i 24 procent af prøverne, " hun sagde.

Når DNA-profilerne matches med lagenes alder, forskerne fandt, at de første mennesker, der besøgte stedet, var Denisovans omkring 250, 000 år siden, efterfulgt af neandertalere omkring 200, 000 år siden. Kun neandertaler-DNA blev fundet i sedimenter aflejret mellem 130, 000 og 80, 000 år siden. Denisovans, der kom tilbage efter dette tidspunkt, bar et andet mitokondrielt DNA end Denisovans, der var der tidligere, tyder på, at en anden befolkning var ankommet til regionen.

Moderne menneskeligt DNA dukker først op i de indledende øvre palæolitiske lag, som indeholdt vedhæng og andre ornamenter lavet af dyreknogler og tænder, mammut elfenben, strudseæggeskal, marmor og ædelsten. "Dette giver ikke kun det første bevis på moderne mennesker på stedet, men antyder også, at de kan have bragt ny teknologi ind i regionen med dem, " sagde fru Zavala.

Forskerne fandt også dyre-DNA i næsten alle prøver, og identificerede to tidsperioder, hvor der skete ændringer i både dyre- og menneskepopulationer. Den første, omkring 190, 000 år siden, faldt sammen med et skift fra relativt varme til relativt kolde forhold, da hyæner og bjørnebestande ændrede sig, og neandertalere først dukkede op i hulen.

Den anden store ændring fandt sted mellem 130, 000 og 100, 000 år siden, sammen med et skift i klimaet fra relativt kolde til relativt varme forhold. I denne periode, dyrepopulationer ændrede sig igen, Denisovaner forsvandt, og neandertalere blev efterladt som de eneste menneskelige beboere i hulen.

"Sammenfaldet af disse befolkningsomsætninger med klimatiske overgange mellem interglaciale og glaciale perioder tyder på, at miljøfaktorer spillede en nøglerolle i udformningen af ​​menneskets og faunahistorien i denne region, " sagde professor Roberts.

Professor Matthias Meyer, leder af Advanced DNA Sequencing Techniques-gruppen ved Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology og seniorforfatter af den nye undersøgelse, sagde:"At være i stand til at generere så tætte genetiske data fra et arkæologisk sted er som en drøm, der går i opfyldelse. Der er så meget information gemt i sedimenter - det vil holde os og mange andre genetikere beskæftiget i en menneskealder."