Identificarea unui nou os de hominin din peștera Denisova, Siberia, utilizând amprentele de colagen și
Samantha Brown
1 RLAHA, Universitatea din Oxford, OX1 3QY, Marea Britanie
Thomas Higham
1 RLAHA, Universitatea din Oxford, OX1 3QY, Marea Britanie
Viviane Slon
2 MPI-EVA, Leipzig, 04103, Germania
Svante Pääbo
2 MPI-EVA, Leipzig, 04103, Germania
Matthias Meyer
2 MPI-EVA, Leipzig, 04103, Germania
Katerina Douka
1 RLAHA, Universitatea din Oxford, OX1 3QY, Marea Britanie
Fiona Brock
3 Cranfield Forensic Institute, Universitatea Cranfield, SN6 8LA, Marea Britanie
Daniel Comeskey
1 RLAHA, Universitatea din Oxford, OX1 3QY, Marea Britanie
Noemi Procopio
4 Facultatea de Științe ale Vieții, Universitatea din Manchester, M13 9PL, Marea Britanie
Michael Shunkov
5 Institutul de Arheologie și Etnografie, Novosibirsk, 630090, Rusia
Anatoly Derevianko
5 Institutul de Arheologie și Etnografie, Novosibirsk, 630090, Rusia
Michael Buckley
4 Facultatea de Științe ale Vieții, Universitatea din Manchester, M13 9PL, Marea Britanie
Date asociate
Abstract
Secvențierea ADN-ului a revoluționat înțelegerea noastră asupra oamenilor arhaici în paleoliticul mediu și superior. Din păcate, în timp ce multe situri paleolitice conțin un număr mare de oase, majoritatea acestora nu are caracteristicile de diagnostic necesare pentru identificarea morfologică tradițională. Ca urmare, recuperarea rămășițelor umane din epoca Pleistocenului este extrem de rară. Pentru a ocoli această problemă, am aplicat o metodă de amprentare a colagenului la peste 2000 de oase fragmentate de pe site-ul peșterii Denisova, Rusia, pentru a facilita descoperirea rămășițelor umane. Ca rezultat al analizei noastre, a fost identificat un singur os de hominină (Denisova 11), susținut printr-o analiză aprofundată a secvențierii peptidice și s-a constatat că transportă ADN mitocondrial de tip neandertal. Datarea ulterioară cu radiocarbon a dezvăluit că osul are o vechime> 50.000 de ani. Aici demonstrăm potențialul uriaș al amprentelor digitale de colagen pentru identificarea rămășițelor de hominin în ansambluri arheologice extrem de fragmentare, îmbunătățind resursele disponibile pentru studii mai ample despre evoluția umană.
Fosilele de Hominin din Peștera Denisova s-au dovedit a fi extrem de valoroase în înțelegerea populației arhaice de hominin. Acest lucru este evidențiat de starea excepțională de conservare a moleculelor de ADN străvechi din unele oase recuperate la locul respectiv. Falanga Denisovan (Denisova 3), de exemplu, conținea> 70% ADN endogen care produce un genom cu acoperire ridicată (30x) 7. În ciuda săpăturilor intensive la Peștera Denisova, totuși, doar o mână de resturi de hominin au fost identificate printre mii de oase excavate. Cei identificați sunt fie dinți, fie de dimensiuni mici, în general falange, care sunt mai puțin susceptibili de a suferi fragmentare, ducând la pierderea caracteristicilor de diagnostic. O astfel de fragmentare, care se datorează atât taphonomiei mediului înconjurător, cât și carnivorului sau activității umane, are ca rezultat un procent ridicat de oase excavate din acest și multe alte situri arheologice care nu pot fi identificate pe baza morfologiei lor 3, 8. Numai în cadrul Galeriei de Est a Peșterii Denisova, săpăturile între 2005 și 2013 au produs aproximativ 135.600 de oase; cu toate acestea 128.591 nu au putut fi identificate 8 .
Aici aplicăm o metodă de identificare a speciilor prin amprentă de masă a peptidelor de colagen, cunoscută sub numele de Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS), la 2.315 fragmente osoase neidentificate arhivate din Peștera Denisova. Aceste oase non-diagnostice au fost selectate dintre materialul excavat de la Galeria de Est a peșterii în 2014. Rămășițele au variat ca dimensiune, variind în general între 3-5 cm, cu oase suficient de mari pentru a fi utile pentru analize suplimentare (adică radiocarbon și ADN) analiză) selectată preferențial. În trecutul recent, analiza ZooMS a reușit să discrimineze între o gamă variată de grupuri de mamifere, inclusiv taxoni domestici 9, 10, taxoni sălbatici terestri 11, 12 și faună marină 13, precum și unii taxoni non-mamiferi 13, 14 . Pentru a realiza acest lucru, ZooMS folosește amprenta digitală în masă peptidică pentru a analiza proteina dominantă din os, colagenul de tip 1 (COL1), care este cunoscut pentru longevitatea sa, în special în climă mai rece. Metoda a dat amprente de colagen la exemplare care datează din
Rezultate
Screening-ul ZooMS pentru hominin rămâne
Marcatorii umani publicați anterior sunt etichetați A - G. Toate vârfurile numerotate reprezintă peptide confirmate de secvențiere observate în colagenul uman (cu excepția E care este cunoscută doar prin similitudine cu markerii omologi la alte specii 9).
Specimenul identificat ca provenind dintr-un hominin, DC1227, a fost excavat din pătratul A-2, stratul 12 al Galeriei de Est. Înainte de prelevare, osul cântărea 1,68 g, cu o lungime maximă de 24,7 mm și o lățime de 8,39 mm. S-au luat aproximativ 36 mg pentru analiza ZooMS (Fig. 2). Osul pare destul de remarcabil, fără trăsături morfologice sau dovezi ale unei modificări intenționate, prin urmare a fost ușor trecut cu vederea în analiza osteologică.
Scanare Micro CT a DC1227
Înainte de prelevarea de probe distructive ulterioare pentru analiza ADN-ului radiocarbonat și mitocondrial, a fost efectuată tomografia micro-computerizată (micro-CT). Având în vedere raritatea unei astfel de descoperiri, un micro-CT a fost considerat adecvat pentru a identifica zonele care suferiseră de degradare vizibilă și, prin urmare, ar trebui evitat în analize viitoare. Rezultatele au arătat că eșantionul este foarte dens, fără semne de degradare osoasă, în ciuda unei serii de microfisuri diagenetice care traversează lungimea sa. Trei dintre aceste fisuri sub-micronice se apropie una de alta prin os, totuși nu formează o fisură și nu par să fi compromis structura osului. Scanarea a evidențiat, de asemenea, gradul de gravare acidă și scobire pe suprafața oaselor, care poate fi rezultatul trecerii prin sistemul digestiv al unui carnivor (Fig. 3). Există un număr de carnivore identificate pe site; având în vedere prevalența hienelor la Peștera Denisova, se pare că osul a fost supus gravării acide prin intermediul acizilor stomacali ai unei hiene 8, 20 .
Analiza radiocarbonului DC1227
Înainte de munca noastră, toate oasele de hominin descoperite la locul respectiv erau prea mici pentru datarea directă cu radiocarbon, ceea ce înseamnă că determinările de vârstă pentru acești indivizi s-au bazat exclusiv pe poziția lor față de alte materiale, faună și sedimente datate 4. Această metodă presupune că rămășițele de hominin nu au fost supuse mișcării post-depozitare din cauza bioturbării sau a altor influențe tahonomice. Acest lucru este deosebit de problematic atunci când se iau în considerare datele cronologice limitate care au fost publicate până acum pentru site. Determinările de vârstă pentru Galeria de Est sunt limitate la un singur strat (stratul 11) cu o serie de date radiocarbonate pe oase care prezintă semne tăiate sau alte modificări umane și pot dezvălui un anumit grad de amestecare în acel strat 4. Prin urmare, a fost efectuată analiza radiocarbonă a DC1227 pentru a determina dacă specimenul nu a fost refăcut sau intrat de mai sus în secvență. Deși până acum nu a fost publicată nicio datare științifică pentru stratul mai vechi 12 al Galeriei de Est, studiile asupra faunei de mamifere sugerează că stratul este asociat cu specii de locuitori de stepă, reprezentând probabil stadiul izotopului de oxigen (OIS) 4, care s-a încheiat