Международная группа ученых впервые обнаружила ДНК древней чумной палочки в останках мелкого рогатого скота — овцы, жившей на поселении Аркаим около четырех тысяч лет назад. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на пути распространения инфекций как в глубоком прошлом, так и в настоящем. Результаты исследования, проведенного с участием уральского ученого, были опубликованы в престижном журнале “Cell”. Подробнее об открытии корреспонденту «НУ» рассказал старший научный сотрудник лаборатории палеоэкологии ИЭРиЖ УрО РАН кандидат биологических наук Павел Косинцев.— Павел Андреевич, как для вас стартовал этот проект с участием ученых из стольких стран?
— Мы уже давно сотрудничаем с Тейлором Гермесом, одним из основных инициаторов исследовательского проекта. Изначально он работал в Германии в Институте эволюционной антропологии Общества Макса Планка, но сейчас перебрался в Штаты и трудится в Университете Арканзаса. Он археолог, но в то же время плотно занимается изучением палеоДНК и палеоэкономики, то есть у него очень широкий взгляд на исследуемые процессы.
Как и Гермес, я уже много лет работаю совместно с казахскими учеными, поэтому однажды в Алма-Ате мы с ним и познакомились. У нас есть общий интерес к изучению истории хозяйства, адаптации древнего населения через ведение хозяйства к природной среде. Кроме того, Гермес имеет возможность проводить довольно сложные анализы, в частности исследование палеоДНК, а у нас для этого имеется большой и разнообразный материал. Подобное сочетание позволяет получать весьма интересные научные результаты.
Первоначально у нас с ним и рядом других авторов вышла работа по происхождению крупного рогатого скота, основанная на анализе российских и казахстанских материалов. А позднее он предложил посмотреть образцы остатков крупного и мелкого рогатого скота на предмет наличия разных патогенов. Я предоставил около сотни экземпляров, и только в одном зубе нашлись следы чумной палочки.
— Звучит как уникальная находка…
— Это действительно довольно редкое событие по целому ряду причин. Во-первых, кости овец при приготовлении мяса в пищу также проходили термическую обработку, а после попадали на «помойки», где подвергались дальнейшему разрушению из-за перепадов температуры и влажности. ДНК в таких костях сохраняется хуже, чем, например, в человеческих, захороненных в отдельных могилах. Во-вторых, вероятность нахождения древних остатков зараженного животного в принципе крайне низка. Одна больная корова или овца могла заразить огромное количество людей, но найти ее кость довольно сложно. Более того, явно больных животных чаще всего изымали из стада и захоранивали отдельно — там, где современным археологам не придет в голову копать.
Поэтому около двухсот геномов древних штаммов чумной палочки были реконструированы на основе ДНК, извлеченных из человеческих костей, и лишь в двух случаях использовались остатки животных. Да и они, кажется, были не очень хорошего качества. Но вот в зубе овцы, найденном нами в поселении Аркаим, сохранность ДНК оказалась значительно лучше.
— Правильно ли я понимаю, что зуб как таковой был обнаружен довольно давно?
— Да, это были раскопки еще 1980-х годов, мы все это храним. У нас крупнейшая в России коллекция костей ископаемых животных, поэтому к нам периодически обращаются иностранные коллеги. Сотрудничество у нас налажено давно, еще с начала 2000-х, по крайней мере, по генетическим исследованиям. И данная находка как раз интересна тем, что дала информацию о структуре генома бактерии-возбудителя и мутациях в нем. Это особенно важно для изучения генезиса чумной бациллы, которая продолжает функционировать и в наше время.
— Это был только зуб или, например, целая челюсть?
— Только зуб, но этого вполне достаточно. Если животное болело, то ДНК патогена есть везде, но в зубах она обычно даже лучше сохраняется. Речь, конечно, не про эмаль — там нет никакой ДНК. Как правило, исследуется цемент корня зуба, дентин и зубной камень. К слову, зубной налет представляет собой настоящий кладезь информации: если человек регулярно потреблял молоко, то в зубном камне у него остаются соответствующие белковые молекулы. Поэтому задача не ограничивается только поиском следов патогенов, работы продолжатся и, думаю, будут получены новые не менее интересные результаты.
— Можно сказать, что жители Аркаима были овцеводами?
— У них были большие стада овец, но они также разводили коров, лошадей и, в небольшом количестве, свиней. Они питались мясом этих животных. Вообще можно с уверенностью сказать, что они занимались главный образом скотоводством, потому что следов земледельческих практик у аркаимцев не найдено.
Установлено, что это поселение было основано выходцами из Восточной Европы, из Поволжья, а еще раньше их предки, видимо, жили на Северном Кавказе. Их история, к сожалению, не так хорошо изучена, хотя сейчас получено много данных. Это были представители синташтинской культуры, которые первыми изобрели колесницы и строили вот такие сложные укрепленные поселения.
Фактически это первые скотоводы к востоку от Урала. И до них сюда проникали скотоводы, в частности, носители ямной культуры, которые также дали начало афанасьевской культуре на Алтае, но они не оставили после себя явных следов. А вот с приходом представителей синташтинской культуры скотоводство и производящее хозяйство появилось в этом районе.
— Вернемся к чумной палочке. Чем древний штамм отличается от более поздних вариантов патогена?
— Возбудитель чумы, по разным генетическим оценкам, возник от 7 до 20 тысяч лет назад. Был выявлен природный предок этой бактерии, от которого она произошла в результате мутации. На протяжении последних нескольких тысяч лет эта бацилла продолжала эволюционировать, и от предковой формы возникла линия, которой было дано название LNBA (Late Neolithic Bronze Age), указывающее на период позднего неолита и бронзового века. Штаммы этой линии были выделены из костей людей, живших в Поволжье 5–6 тысяч лет назад.
Тогда чумная палочка была менее опасна для человека, чем ее более поздние варианты. Она была широко распространена в степной зоне Евразии, от Енисея до Днепра. По-моему, находили ее даже на территории Западной Европы. Мы не можем сказать точно, но, по всей видимости, тогда люди болели чумой в легкой форме, без летальных исходов. Предыдущие находки косвенно подтвердили, что это была бактерия со слабой болезнетворностью. Уже позднее произошла мутация, и в составе генома чумной палочки появился новый ген, который позволил микробу лучше сохраняться в кишечнике блохи. Скорее всего, эти насекомые и ранее были переносчиками чумы, но с появлением нового гена выживаемость бактерий повысилась, и бацилла стала распространяться более активно. Собственно говоря, так появилась бубонная чума — самая опасная ее форма, вызвавшая огромные эпидемии в средневековой Европе.
Такие находки открывают нам историю чумы как болезни и позволяют лучше понять особенности формирования природных очагов заболевания. Ведь у нас и сейчас на отдельных территориях продолжают обитать и сохраняться возбудители чумы. Их носителями выступают в основном грызуны: сурки, суслики и т.д. Изучение генома чумной палочки, в том числе ее древних штаммов, возможно, даст подсказку, как эффективнее контролировать такие очаги. Хотя, конечно, опыт эпидемии ковида показал, что источники и пути распространения инфекции могут быть не столь очевидны.
Беседу вел Павел КИЕВ