Новые данные о генетическом составе андроновского населения юга Сибири (Верхнее Приобье и Кулунда)

Расселение носителей андроновской (фёдоровской) культуры в южных районах Сибири в первой половине II тыс. до н.э. являлось одним из важнейших факторов, определивших ход этнокультурных процессов в регионе в эпоху развитой бронзы и последующие хронологические периоды. Важное место в изучении этого феномена занимает анализ генетического состава но сите-лей андроновской (фёдоровской) культуры. Для этого используются традиционные методы физической антропологии (краниометрия, краниоскопия, одонтология) [Kozintsev, 2008; Солодовников, 2005; Чикишева, Поздняков, 2003; Tur, 2011; Зубова, 2012] и методы палеогенетики: от анализа отдельных информативных маркеров (мтДНК и/или Y-хромосома) [Keyser et al., 2009; Molodin et al., 2012; Мультидисциплинарные исследования..., 2013; Журавлев и др., 2017] до «полногеномного» анализа методами высокопроизводительного секвенирования (см., напр.: [Allentoft et al., 2015]). Впрочем, до настоящего времени полногеномные исследования андроновских (фёдоровских) материалов выполнены лишь в составе географически и хронологически широких выборок образцов. Отличительной особенностью многих палеоантропологических исследований является их сфокусированность на вопросах происхождения андроновских популяций в целом, включая их генетические отношения с популяциями эпохи бронзы Южного Урала и степень участия в формировании андроновского населения Сибири носителей т.н. средиземноморского антропологического типа [Kozintsev, 2008; Солодовников, 2005; Tur, 2011; Зубова, 2012]. Часть генетических исследований также направлена на выяснение ме ста андроновского населения в системе популяций Евразии эпохи бронзы [Allentoft et al., 2015]. В то же время другие работы нацелены на более тонкую реконструкцию локальных популяционно-гене-672

тических процессов, сопровождавших андронов-скую миграционную волну. Такое исследование выполняется, в частности, для Барабинской лесостепи [Журавлев и др., 2017; Мультидисципли-нарные исследования..., 2013; Molodin et al., 2012]. При этом данные археологии красноречиво говорят о том, что миграция носителей андроновской (фёдоровской) культуры в южные районы Сибири представляет собой многостадийный процесс, который сопровождался сложной системой взаимоотношений между мигрантами и аборигенными группами на уровне как материальной культуры (см., напр.: [Молодин и др., 2016]), так и генетических контактов между популяциями [Журавлев и др., 2017]. Процессы эти характеризуются выраженной специфичностью в разных районах юга Сибири. В этой связи большую значимость приобретает не просто рассмотрение генетического состава андроновского (фёдоровского) населения Сибири в целом, а углубленное исследование, включающее анализ генетического состава локально-территориальных андроновских групп [Пилипенко, Папин, 2019].

В данной работе мы представляем предварительные результаты исследования генетического состава андроновского населения Верхнего Приобья и Кулундинской степи по маркерам митохондриальной ДНК и Y-хромосомы. Полученные результаты мы рассматриваем на фоне генетического состава населения андроновской (фёдоровской) культуры в целом, а также в контексте локальнотерриториальной специфики андроновских групп.

Материалы и методы

Палеоантропологические материалы. Для молекулярно-генетического исследования были отобраны палеоантропологические материалы из трех могильников (групп могильников) андроновской (фёдоровской) культуры общей численно стью более 40 образцов (индивидов):

1) 18 новых образцов из андроновских комплексов могильника Фирсово XIV (Барнаульское Приобье) в дополнение к исследованным ранее в отношении структуры митохондриальной ДНК десяти индивидам [Погребальный обряд..., 2015]; 2) пробная серия из пяти образцов из андроновских (фёдоровских) могильников Чекановский лог-2, -10, расположенных южнее могильника Фирсово XIV в Третьяковском р-не Алтайского края, на правобережье Гилевского водохранилища; 3) серия из 20 образцов из андроновских (фёдоровских) комплексов могильника Рублево VIII, расположенного в южной части Кулундинской степи. В качестве палеоантропологических образцов использованы длинные ко сти по сткраниального скелета (для всех групп) и/или зубы (для Фирсово XIV и Рублево VIII), преимущественно от взрослых индивидов. Материалы из могильников Фирсово XIV и Чекановский лог-2, -10 характеризовались высокой степенью макроскопической сохранности. Палеоантропологические материалы из могильника Рублево VIII демонстрировали различный уровень макроскопической сохранности, в среднем уступая в этом отношении другим сериям, исследованным в данной работе.

Предварительная обработка палеоантропологического материала и экстракция ДНК. Использовались методы, подробно описанные в наших работах [Pilipenko et al., 2016, 2018]. Деконтаминацию образцов от современной ДНК проводили с помощью обработки раствором гипохлорита натрия, механического удаления внешних поверхностей образца и облучения ультрафиолетом. Костный порошок для экстракции ДНК высверливали из компактного костного вещества либо получали с помощью вибрационной шаровой мельницы модели Retsch MM200 или Retsch CryoMill (Германия).

Для выделения ДНК костный порошок (посткраниальный материал) инкубировали в 5М гуа-нидинизотиоционатном буфере при температуре 65 °С и постоянном перемешивании. Материал зубов декальцинировали 0,5-молярным раствором этилендиаминтетрауксусной кислоты с последующим лизисом с помощью протеиназы K. ДНК выделяли методом фенол-хлороформной экстракции и осаждали изопропанолом.

Анализ генетических маркеров. Работа была сфокусирована на анализе двух систем молекулярно-генетических маркеров: митохондриальной ДНК (по следовательно сть ГВС I и статус соответствующих информативных позиций в кодирующей части мтДНК) и STR-локусов мужской Y-хромосомы. Полиморфный фрагмент гена амело-генина (маркер половой принадлежности останков) и высоковариабельные аутосомные STR-локусы

(универсальные маркеры степени родства индивидов) подвергали анализу в тех случаях, когда было необходимо определить половую принадлежность останков. Детали лабораторных методов генотипирования всех перечисленных локусов подробно изложены в наших работах [Ibid.].

Продукты секвенирующих реакций анализировали в центре коллективного пользования «Геномика» СО РАН . Филогенетическую и филогеографическую интерпретацию результатов осуществляли методами, описанными нами ранее [Ibid.]. Принадлежность исследованных STR-гаплотипов Y-хромосомы (17 STR-локусов из набора реактивов AmpFlSTR® Y-filer® PCR Amplification Kit (Applied Biosystems, США)) к гаплогруппам устанавливали с использованием программ-предикторов Haplogroup predictor и Vadim Yurasin`s YPredictor 1.5.0 , находящихся в свободном доступе.

Меры против контаминации и верификация результатов. Все работы с древним материалом выполнены в специально оборудованном для па-леогенетических исследований помещении межинститутской лаборатории молекулярной палеогенетики и палеогеномики ИЦиГ СО РАН (Новосибирск, Россия). Меры против контаминации и процедуры верификации результатов подробно описаны в работе [Pilipenko et al., 2018].

Результаты и обсуждение

К настоящему моменту нам удало сь получить новые (а для некоторых групп первые) молекулярно-генетические данные для всех трех исследуемых локально-территориальных групп андронов-ского (фёдоровского) населения. При этом степень сохранности ДНК и соответственно результативность палеогенетического анализа значительно отличалась как между сериями, так и между отдельными образцами. Новые исследования подтвердили сделанный нами ранее вывод о высокой степени сохранности ДНК в значительной части андроновских материалов могильника Фирсо-во XIV: 12 из 18 образцов продемонстрировали высокую степень сохранности ДНК, достаточную для анализа не только мтДНК, но и маркеров ядерного генома. Для оставшейся трети образцов мы установили либо низкую степень сохранности ДНК (4 образца), в этих случаях коррелировавшую с низкой макроскопической сохранностью останков, либо высокий уровень контаминации материалов современной ДНК до их отбора для молекулярно-генетического анализа (2 образца, посткраниальный материал).

Все пять образцов, включенных в состав пробной серии из могильников Чекановский лог-2, -10, продемонстрировали высокий уровень сохранности ДНК. Эти результаты свидетельствуют о перспективности дальнейшего существенного расширения этой локально-территориальной выборки.

Значительная часть образцов (12 из 20), отобранных из материалов могильника Рублево VIII (Южная Кулунда), показала низкий уровень сохранности ДНК, недостаточный даже для анализа структуры мтДНК. Мы связываем это с особенностями состава грунта, в котором были совершены погребения на могильнике Рублево VIII: из-за присутствия большой доли песка грунт является легкопроницаемым для воздействия таких внешних факторов, как атмосферные осадки и доступ свободного кислорода, что негативно сказывается на сохранности органических компонентов в палеоантропологических останках, в т.ч. ДНК. В целом сохранность ДНК коррелирует с уровнем макроскопической сохранности, в отношении которого материалы из Рублево VIII также уступают двум другим локальным группам. Тем не менее нам удалось получить предварительные генетические результаты для более чем трети образцов, включенных в исследование. Дальнейшие перспективы увеличения численности успешно исследованных образцов из могильника Рублево VIII обусловлены возможностью как отбора образцов от дополнительного числа индивидов, так и более активного использования зубов в качестве материала для получения образцов ДНК.

В итоге проведенной работы нам удалось более чем в два раза (с 10 до 22) увеличить численность серии образцов мтДНК, исследованных для андро-новской группы из могильника Фирсово XIV. На основе новых результатов можно сделать некоторые выводы о генофонде мтДНК данной локальной «популяции». По-прежнему в составе исследованной серии присутствуют лишь варианты западно-евразийского кластера гаплогрупп мтДНК. При этом состав основных гаплогрупп не претерпел изменений и включает кластеры T, U5a, J и H. Таким образом, все вновь исследованные образцы относятся к тем же крупным кластерам мтДНК, что и первые 10 образцов, описанные ранее [Погребальный обряд...., 2015]. С наибольшей частотой в составе расширенной серии, как и раньше, встречаются варианты гаплогруппы T. Это позволяет говорить о достоверности полученных данных о составе основных кластеров мтДНК в генофонде рассматриваемой группы, хотя мы все же не можем исключить присутствия минорных гаплогрупп, которые нам пока не удалось обнаружить экспериментально. Следует отметить, что большинство конкретных гаплотипов

(структурных вариантов) мтДНК, выявленных среди новых 12 образцов, отсутствовало в ранее опубликованной серии. Следовательно, расширение серии позволяет нам получить более полную картину разнообразия линий мтДНК в исследуемой локальной группе населения.

Пробная серия из могильников Чекановский лог-2, -10 (пять образцов мтДНК) также полностью состоит из западно-евразийских вариантов мтДНК, относящихся к гаплогруппам T, U5a, U4 и U5. Интересно, что варианты гаплогруппы T (два образца из пяти) идентичны вариантам, представленным в серии из Фирсово XIV. В то же время уже в этой небольшой пробной серии мы обнаружили варианты гаплогрупп, которые отсутствуют в серии из Фирсово XIV (U4, U5). Это обстоятельство, наряду с установленной нами высокой сохранностью ДНК в материалах из Чекановского лога-2, -10, свидетельствует в пользу перспективности дальнейшего расширения серии для поиска признаков генетической специфики локально-территориальных популяций андроновского населения.

Предварительные данные, полученные для серии из могильника Рублево VIII, также указывают на возможные отличия в составе ряда компонентов генофонда мтДНК этой локальной популяции: наряду с гаплогруппами T и U5a были выявлены, например, варианты гаплогруппы U5b, отсутствующие в других андроновских популяциях. Часть конкретных структурных вариантов гаплогрупп T и U5a также пока специфична для серии из Рублево VIII.

Таким образом, уже на данном этапе исследования продемонстрирована потенциальная информативность рассмотрения генофонда мтДНК локально-территориальных групп андроновского населения на предмет их возможной генетической специфичности. Для более полной картины необходимо увеличить репрезентативность исследованных серий.

Рассматривая андроновское (фёдоровское) население Верхнего Приобья и Кулунды в целом, можно констатировать, что его генофонд мтДНК содержит исключительно варианты западно-евразийского происхождения. Это существенно отличает андроновские популяции степной полосы Сибири от более северных, лесостепных, в частности от популяций Барабинской лесостепи, на территории которой происходило интенсивное генетическое взаимодействие с аборигенными группами [Журавлев и др., 2017; Molodin et al., 2012]. Население же рассматриваемых в данной работе локальных популяций, по-видимому, существенно ближе по своему генофонду к мигрантам-андроновцам в их исходном генетическом составе.

С этим выводом, сделанным на основе анализа мтДНК, хорошо согласуются и первые данные по филогенетической принадлежности образцов Y-хромосомы. Все исследованные к настоящему времени варианты Y-хромосомы из могильников Фирсово XIV, Чекановский лог-2, -10 (восемь образцов) отно сятся к гаплогруппе R1a, а точнее, к подгруппе R1a1a, которую мы считаем маркером миграций носителей андроновской культуры в различные регионы Евразии. При этом лишь около трети исследованных индивидов андро-новского времени с территории Барабинской лесостепи относятся к R1a-гаплогруппе. Полученных к настоящему времени данных по структуре вариантов Y-хромосомы пока недостаточно для проведения подробного сравнительного анализа и поиска тонких отличий между рассматриваемыми в данной работе локальными андроновскими популяциями Верхнего Приобья и Кулунды. Увеличение репрезентативности и полноты данных по Y-хромосоме является главной текущей задачей нашего исследования.

Выводы

Полученные данные свидетельствуют о перспективности привлечения к молекулярно-генетическому анализу генофонда носителей андронов-ской (фёдоровской) культуры дополнительных материалов, относящихся к различным локальным субпопуляциям. При условии накопления репрезентативных серий образцов мтДНК и Y-хромосомы этот подход позволит реконструировать более тонкие механизмы миграции андро-новского населения в различные районы юга Сибири и его взаимодействия с предшествующими аборигенными популяциями. Высокий потенциал выполнения подобных исследований существует для о сновных районов Сибири, на территории которых селились носители андроновской (фёдоровской) культуры. На наш взгляд, такие молекулярно-генетические исследования необходимо проводить на диахронных выборках параллельно с реализацией других подходов, позволяющих идентифицировать мигрантов и уровень их взаимодействия с аборигенными группами, прежде всего с изотопным анализом.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 19-0900511. Частично профинансирована из средств государственного задания ИЦиГ СО РАН, проект № 0259-2019-0010-C-01.