Планиграфические особенности распределения вариантов митохондриальной ДНК в комплексах андроновского времени могильника Тартас-1 (предварительные результаты)

Крупные могильники, содержащие сотни погребальных комплексов одной или нескольких эпох, являются базовыми памятниками для всестороннего изучения древнего населения лесостепной зоны Западной Сибири. Получаемые при их раскопках многочисленные археологические и палеоантропологические материалы позволяют проводить комплексные междисциплинарные исследования. К числу таких базовых памятников в Барабинской лесостепи относится, например, могильник Сопка-2, большинство погребальных комплексов которого датируется различными периодами бронзового века (преимущественно доандроновским). Результаты его раскопок позволили В.И. Молодину существенно дополнить и уточнить разработанную им классификацию и периодизацию этнокультурных групп эпох неолита и бронзы в западносибирской лесостепи [Молодин, 2010]. Другим ключевым для региона многослойным памятником является грунтовый могильник Тартас-1, расположенный на надпойменной террасе правого берега одноименной реки, недалеко от Сопки-2 (Венгеровский р-н Новосибирской обл.). На протяжении полевых сезонов 2003–2022 гг. сотрудниками Западно-Сибирского отряда ИАЭТ СО РАН (руководитель В.И. Молодин) были проведены раскопки основной его части, которая включает более 800 погребений, относящихся к различным эпохам (см. напр.: [Молодин, Дураков, Кобелева, 2018; Молодин и др., 2020]). Большинство исследованных комплексов могильника Тартас-1 датируется периодом миграции носителей андронов-ской (федоровской) культуры в Западную Сибирь в первой половине II тыс. до н.э. Среди них представлены позднекротовские (черноозерские) и андронов-ские (федоровские) погребения. Важная особенность некрополя – наличие большого числа синкретичных захоронений, сочетающих отдельные признаки, характерные для погребальных традиций мигрантов-ан-дроновцев и аборигенного (черноозерского или позд-некротовского) населения. Таким образом, могильник Тартас-1 на данный момент является базовым памятником для реконструкции этнокультурных процессов в Барабинской лесостепи, сопровождавших андронов-скую (федоровскую) миграционную волну. Раскопки Тартаса-1, как и Сопки-2 ранее, осуществлялись методом сплошных площадей, который позволяет получать наиболее полное представление о погребальном памятнике. Помимо общей высокой репрезентативности полученных материалов, этот подход дает возможность полноценно учитывать планиграфические особенности могильника при анализе не только остатков материальной культуры, но и палеоантропологической коллекции.

Первый этап исследования материалов могильника Тартас-1 методами палеогенетики был выполнен в 2006–2011 гг. и включал в себя анализ серии образцов митохондриальной ДНК численно стью ок. 30 экз. (суммарно для носителей андроновской и позднекротовской культур) в составе диахрон-ной выборки населения Барабы эпохи бронзы [Мо-лодин и др., 2013, с. 27–35, 178–181; Molodin et al., 2012]. В последние годы работы были возобновлены и выведены на новый уровень: помимо расширения спектра анализируемых генетических маркеров (мужская Y-хромосома, маркеры половой принад- лежности и степени родства между погребенными индивидами) появилась возможно сть выполнить широкомасштабный анализ вариабельности мтДНК на всем пространстве могильника. Наряду с другими направлениями исследования, охват всего могильного поля образцами мтДНК (своего рода «палеоге-нетический метод сплошных площадей») открывает широкий потенциал всестороннего изучения особенностей генетической структуры популяций, оставивших могильник, путем рассмотрения и интерпретации палеогенетических данных с учетом внутренней планиграфии комплексов, тонких особенностей материальной культуры и погребальных традиций, краниометрической специфики, степени родства погребенных и других факторов.

Настоящая статья открывает цикл публикаций, посвященных результатам палеогенетических исследований материалов могильника Тартас-1, относящегося к андроновскому времени. На данный момент исследованная выборка включает 256 образцов мтДНК из позднекротовских (черноозерских) и андроновских (федоровских) погребений. Задачей нашей работы является анализ некоторых планиграфических особенностей распределения вариантов мтДНК по площади основной части памятника в рамках упрощенной модели, не учитывающей тонкости археологического контекста.

Материалы и методы

Все исследованные образцы получены из палеоантропологической коллекции ИАЭТ СО РАН (г. Новосибирск). Их отбор выполнен палеогенетиком из ИЦиГ СО РАН (А.С. Пилипенко) совместно с археологами и антропологами из ИАЭТ СО РАН (руководитель В.И. Молодин). Образцы представлены костями посткраниального скелета и зубами от 310 индивидов из погребений андроновского времени могильника Тартас-1. От каждого скелета отбирали материал хорошей макроскопической сохранности. Для его предварительной обработки и получения образцов суммарной ДНК использовались методы, детально описанные в наших предшествующих работах [Pilipenko et al., 2018].

Анализ структуры мтДНК включал определение последовательности первого гипервариабельного сегмента контрольного района мтДНК (ГВС I мтДНК). Амплификацию ГВС I мтДНК проводили параллельно в двух вариантах: 1) в виде четырех коротких перекрывающихся фрагментов (четыре независимые однораундовые ПЦР [Haak et al., 2005]); 2) в виде одного длинного фрагмента с помощью «вложенной» ПЦР (включала два по следовательных раунда реакции) [Пилипенко и др., 2008].

Последовательности нуклеотидов определяли с использованием набора реактивов ABI Prism BigDye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems, СШA; v.1.1 – для коротких фрагментов, v.3.1 – для длинного). Продукты секве-нирующей реакции анализировали на автоматическом капиллярном секвенаторе ABI Prism 3130XL Genetic Analyser (Applied Biosistems, США) в центре коллективного пользования «Геномика» СО РАН .

Все работы с древним материалом выполнены в специально оборудованных для палеогенетических исследований чистых помещениях межинститутской лаборатории молекулярной палеогенетики и палеогеномики ИЦиГ СО РАН. Использованные инфраструктура и приборы отвечают всем современным требованиям, предъявляемым к палеогенетическим лабораториям. Меры против контаминации и процедуры верификации результатов описаны в нашей статье [Pilipenko et al., 2018]. Условия проведения исследования, используемые протоколы работы и особенности ее результатов однозначно свидетельствуют о высокой достоверности полученных палеогенетиче-ских данных.

Результаты и обсуждение

Формирование модельной выборки образцов мтДНК. Наряду с безусловной информативностью обширных могильников для реконструкции истории древнего населения с помощью междисциплинарного подхода, работа с большим объемом материала, в частности крупными палеоантропологическими коллекциями, сопряжена с целым рядом проблем. Например, в случае палеогенетического исследования такой проблемой является высокая стоимость и трудоемкость анализа многочисленной серии образцов ДНК для получения репрезентативной картины, отражающей особенности генетической структуры населения, сформировавшего могильник и/или его отдельные части. Поэтому в подавляющем большинстве случаев исследуется ограниченная серия образцов, как правило выбранных на основе наиболее «яркого» археологического контекста (а также с учетом достаточной для анализа степени сохранности образцов). Этого подхода мы придерживались на ранней стадии палеогенетического исследования материалов могильника Тартас-1 андроновского времени, включенных в диахронную выборку мтДНК населения Ба-рабинской лесостепи эпохи бронзы [Молодин и др., 2013, с. 27–35, 178–181; Molodin et al., 2012]. Новый этап подразумевает формирование обширной серии образцов ДНК, охватывающей все планиграфиче-ские части данного памятника. Мы рассматриваем эту выборку в качестве модельной: ее исследование позволит оценить целесообразность работы с большими или ограниченными сериями образцов ДНК из обширных могильников для решения разнообразных задач. Таким образом, формирование модельной выборки для могильника Тартас-1 является необходимым этапом. Это позволит в ближайшей перспективе выполнить ряд исследований, направленных на анализ и интерпретацию полученных палеогенетических данных в различном контексте.

При формировании выборки соблюдались следующие требования: 1) использовались материалы погребальных комплексов, отнесенных к андроновской (федоровской) и позднекротовской (черноозерской) культурам в соответствии с культурной атрибуцией, выполненной В.И. Молодиным к настоящему времени для всех погребений, которые исследованы на памятнике в 2003–2022 гг.; 2) отбирались образцы с достаточно высокой степенью макроскопической сохранности, допускающей хорошее состояние древней ДНК в останках; 3) для обеспечения полноценного охвата пространства могильника в выборку включали образцы из всех частей могильного поля, а также всех читаемых по планиграфии групп погребений андроновско-го времени (рядов погребений и др.); 4) численность отбираемых образцов увязывали с плотностью расположения погребальных комплексов, совершенных по обряду трупоположения (погребения с кремациями не учитывались, т.к. данные материалы в подавляющем большинстве случаев непригодны для молекулярно-генетического анализа); 5) в выборку включали образцы от индивидов взрослого и детского возраста, среди взрослых не отдавали предпочтения мужчинам или женщинам (отбор проводился в соответствии с общим половым составом палеоантропологической коллекции); 6) в случае парных и коллективных погребений по возможности отбирали образцы от всех индивидов.

Из более чем 600 погребений могильника Тар-тас-1, отнесенных к андроновской (федоровской) и позднекротовской (черноозерской) культурам, почти треть оказалась непригодна для отбора образцов в силу захоронения по обряду кремации (более 100 погребений), отсутствия останков или крайне низкой их сохранности (наиболее часто в детских погребениях, а также в предполагаемых вторичных захоронениях). Из палеоантропологических материалов остальных погребений была сформирована серия образцов от более чем 300 индивидов. Из этих образцов мы выделили ДНК, оценили ее сохранность и провели анализ структуры мтДНК. В результате для 256 индивидов были получены достоверные данные по структуре мтДНК. Таким образом, более 80 % образцов, включенных в выборку, оказались пригодными для анализа, что еще раз подтверждает высокую степень сохранности ДНК в палеоантропологических материалах андроновского времени могильника Тартас-1 (хотя уровень сохранности варьировал между различными планиграфическими частями могильника). Для всех этих индивидов был определен гаплотип ГВС I мтДНК, установлена филогенетическая принадлежность каждого варианта. Таким образом, мы получили высокорепрезентативную выборку образцов мтДНК для обширного могильника Тартас-1 (его большей части, относящейся к андроновскому времени). Насколько нам известно, она одна из самых больших среди опубликованных к настоящему моменту выборок для синхронных комплексов одного некрополя. Наличие столь репрезентативной серии открывает широкие возможности для ее анализа методами филогенетики, филогеографии и статистическими инструментами популяционной генетики (на внутри- и межпопуляционном уровнях) с учетом особенностей археологического и антропологического контекста исследуемых материалов.

Планиграфические особенности распределения вариантов мтДНК на площади могильного поля. Мы пока не учитываем имеющиеся данные о детальной культурной атрибуции комплексов (только их принадлежность к периоду миграции андроновского населения на юг Сибири) и различных нюансах погребальной обрядности, выявленных археологами (это задача следующих этапов). То есть пространство могильника мы временно рассматриваем как культурно (археологически) однородное.

В сформированную выборку вошли образцы из всех основных планиграфических групп могильника. Следует отметить, что численность образцов из южной части некрополя существенно выше, чем из северной. Это обусловлено снижением плотности расположения погребений в направлении с юга на север и большей долей захоронений по обряду кремации в северной части (где они доминируют на некоторых участках) по сравнению с южной (где процент кремаций незначителен). Таким образом, если нормировать количество успешно исследованных образцов мтДНК на число (плотность) погребений, содержавших пригодные для исследования палеоантропологические останки, то выборки, сформированные для северной и южной частей могильника, сопоставимы по репрезентативности.

Хотя на данном этапе не стоит задача полноценного учета филогенетических и филогеографиче-ских особенностей выявленных вариантов мтДНК (чему будет посвящена отдельная работа), мы оценили потенциальную информативность планигра-фического анализа филогенетических компонентов различного уровня с использованием таких категорий, как группы вариантов западно- и восточноевразийского кластеров гаплогрупп мтДНК, отдельные гаплогруппы и конкретные структурные варианты мтДНК (определенные на основе структуры гаплотипа ГВС I мтДНК).

Наша модельная выборка характеризуется сопоставимой представленностью вариантов из западно-и восточноевразийского кластеров мтДНК. Отметим, что такой смешанный состав свойственен и другим группам населения Барабинской лесостепи в предшествующие и последующие по отношению к рассматриваемым материалам эпохи (в рамках данного этапа анализа мы не оперируем составом и соотношением конкретных гаплогрупп в выборках, что будет существенно более информативно). Рассматривая планиграфию западно- и восточноевразийских вариантов мтДНК, можно констатировать, что и те и другие широко представлены во всех основных частях могильного поля. То есть по такому грубому параметру южная и северная части могильника не обнаруживают достоверных различий. С учетом смешанной структуры генофонда мтДНК, характерной для региона, и выдвинутого нами ранее предположения [Molodin et al., 2012; Молодин и др., 2013, с. 27–35, 178–181] о том, что генетический состав населения, оставившего могильник, формировался при интенсивном взаимодействии мигрантов-андроновцев и автохтонных популяций региона, этот результат вполне ожидаем. Такой грубый подход в данном случае не позволяет судить о механизмах и особенностях формирования могильного поля. При этом следует отметить, что на уровне небольших планиграфических групп (например, рядов погребений или других их обособленных скоплений) наблюдается существенное варьирование соотношения западно- и восточноевразийских вариантов мтДНК: в одних доминируют западноевразийские, в других – восточноевразийские, а в третьих варианты обоих кластеров представлены в сопоставимых количествах. Это является первым свидетельством в пользу гипотезы о том, что индивиды, захороненные в погребениях разных планиграфических групп, могли демонстрировать межгрупповое отличие в отношении состава мтДНК.

Следующим уровнем является анализ планигра-фических особенностей распространения гаплогрупп мтДНК (в целом, без разбивки на конкретные структурные варианты). В данном случае имеет смысл анализировать прежде всего планиграфию гаплогрупп, которые представлены в выборке большим количеством образцов и хотя бы несколькими структурными вариантами, т.к. малочисленность образцов может приводить к случайным планиграфическим «особенностям» (эффект малой выборки), а анализ гапло-групп, представленных одним структурным вариантом, равноценен анализу планиграфии на уровне этого конкретного гаплотипа (рассмотрен ниже). К таким гаплогруппам в нашей выборке можно отнести вос- точноевразийскую С, а также западноевразийские U2e и U5a. Каждая из них входит в число основных компонентов общей серии и представлена десятками образцов и несколькими структурными вариантами. Можно отметить, что для некоторых гаплогрупп характерна неравномерность распределения по площади могильника. Так, варианты, относящиеся к восточноевразийской гаплогруппе C (в совокупности), в южной и центральной частях могильного поля представлены в большей степени, чем в северной, а также на восточной периферии, по сравнению с западной. Большинство носителей гаплогруппы U5a (в целом) сконцентрировано в центральной части могильника. Интерпретация планиграфических наблюдений в плане различий механизмов формирования разных участков могильника потребует учета тонкостей археологического контекста погребений на этих участках, а также информации о присутствии/отсутствии гаплогрупп в генофонде доандроновского населения и исходных мигрантов-андроновцев, что будет задачей следующих этапов анализа. Тем не менее мы можем констатировать, что гаплогруппы, которые составляют основу генофонда населения, оставившего могильник Тартас-1 (численно наиболее репрезентативные), демонстрируют различия в представленности на разных участках памятника.

Следующий уровень анализа – оценка планигра-фического распределения носителей идентичных (на уровне последовательности ГВС I) вариантов мтДНК. Это имеет смысл для вариантов, выявленных в нашей выборке у более чем одного образца. Из 256 исследованных индивидов лишь 20 оказались носителями уникального для нашей модели гаплотипа мтДНК. Анализ таких гаплотипов (представленных у одного индивида в выборке) имеет некоторый информационный потенциал. Их концентрация в определенной компактной части памятника может, например, свидетельствовать о формировании этой планиграфической группы из многочисленных источников (групп населения) за короткий период в отсутствие их длительного взаимодействия друг с другом, т.е. о погребении индивидов вблизи друг от друга по случайным причинам, вне связи с родством между ними. Однако проведенный нами планиграфический анализ 20 уникальных последовательностей мтДНК показал их относительно равномерное распределение по площади могильника (т.е. неинформативен в контексте данной работы).

Подавляющая часть исследованной выборки (более 90 %) представлена сериями образцов с идентичными гаплотипами мтДНК, численность носителей которых составляет от 2–3 до более 20. В условиях упрощенной модели (без учета подробного археологического контекста) наиболее информативным является анализ планиграфических особенностей распределения конкретных вариантов (гаплотипов) мтДНК по площади могильного поля. Он подразумевает следующие шаги: 1) нанесение на план могильника мест расположения всех носителей данного варианта мтДНК; 2) выявление их скоплений, причем в большинстве случаев под скоплением мы понимаем наличие идентичных вариантов мтДНК у трех и более индивидов (иногда двух, для более редких вариантов) в пределах планиграфической группы, относительно обособленной от других аналогичных (например, ряды погребений, ясно читаемые на многих участках могильника Тартас-1); 3) анализ взаимного расположения таких скоплений для каждого варианта мтДНК с возможным объединением небольших с учетом особенно стей планиграфии; 4) сопоставление полученной для разных гаплотипов мтДНК картины с целью выявления случаев перекрывания скоплений.

Потенциальная информативность такого анализа объясняется тем, что наличие идентичных вариантов мтДНК у индивидов, захороненных в одном коллективном или в близлежащих погребениях, является признаком их возможного родства по материнской линии. То есть скопление но сителей одного варианта мтДНК в пределах ограниченной планиграфи-ческой группы погребений свидетельствует в пользу возможной (но не обязательной!) роли родства индивидов в образовании этой группы (погребения потенциальных родственников). Если на определенном участке могильного поля обнаруживается перекрывание скоплений двух и более вариантов мтДНК, есть вероятность выявления здесь группы родственников. Очевидно, что в любой группе родственников возможно родство как по женской, так и по мужской линии, а также присутствие нескольких подгрупп с разным материнским происхождением. При этом наложение скоплений может привести к расширению границ участка, сформированного погребениями близкородственных индивидов. Таким образом, описанный анализ позволяет выявить планиграфи-ческие группы погребений, являющиеся наиболее перспективными для дальнейшего молекулярно-генетического исследования на предмет установления степени родства погребенных и доказательного определения групп родственников. Такой лабораторный анализ, дорогостоящий и трудозатратный, будет проводиться лишь для наиболее информативных материалов, а не вслепую.

Следует отметить, что при популяционно-генетических исследованиях репрезентативность выборки искажается при включении в нее индивидов, связанных относительно близким родством. В этом случае результаты предлагаемого нами анализа могут быть использованы иначе. При формировании популяционной выборки можно избежать серьезного влияния близкородственных связей путем пропорционального включения в нее представителей разных групп потенциальных родственников, а также индивидов из погребений на участках могильника без явных признаков наличия близкородственных связей.

Важным моментом при таком анализе является учет степени редкости рассматриваемого варианта мтДНК как в пределах исследованной выборки, так и для населения региона в целом: чем она выше, тем больше вероятность, что присутствие этого варианта у разных индивидов отражает их родство по материнской линии. Соответственно, для более редких вариантов критерии выявления границ скопления мягче: оно может включать более удаленные друг от друга (разрозненные) погребения. Именно такие варианты мтДНК должны учитываться в первую очередь при поиске потенциальных групп погребенных, связанных родством.

С учетом всего вышесказанного мы провели пла-ниграфический анализ исследованной нами модельной выборки мтДНК и сделали ряд выводов.

• 1.    Ожидаемо подтверждается существенно большая степень планиграфического разрешения при анализе конкретных гаплотипов, по сравнению с га-плогруппами: варианты, относящиеся к одной и той же гаплогруппе мтДНК, в большинстве случаев по-разному распределены по пространству могильного поля. Например, области концентрации носителей трех основных вариантов U5a, представленных сериями в нашей модельной выборке, локализованы на разных участках могильника и почти не перекрываются. Аналогичная ситуация выявлена для гаплотипов гаплогрупп U2e и A, части гаплотипов гапло-групп U4 и С.

• 2.    Для подавляющего большинства серийных вариантов мтДНК из нашей выборки характерно образование одного или нескольких скоплений в пределах могильного поля, а не равномерное распределение одиночных носителей (индивидов) по пространству могильника, что является подтверждением важной роли степени родства индивидов в формировании планиграфических групп погребений (в первую очередь, рядов).

• 3.    Для значительного числа вариантов мтДНК, представленных в достаточном количестве в выборке, наблюдается наличие двух и более скоплений на площади могильника. Такая картина выявлена, например, для гаплотипа с транзицией в положении 16239 гаплогруппы U5a, единственного варианта га-плогруппы G2a, корневого гаплотипа гаплогруппы T, большинства вариантов гаплогрупп C, U2e. В таком случае мы полагаем, что индивиды с идентичными вариантами мтДНК из одного скопления могут являться близкими родственниками по материнской линии, а из удаленных друг от друга (например, расположенных в южной и в северной частях могиль-

• ника) с большей вероятностью могут иметь разное происхождение (т.е. не связаны близким семейным родством).

• 4.    Для некоторых вариантов мтДНК из нашей выборки наблюдается наличие лишь одного скопления (не считая отдельных разрозненных индивидов) на площади могильного поля, например, для гаплотипа с заменой в позиции 16311 гаплогруп-пы H, редких для региона вариантов гаплогрупп Z1а и A12a и др. Интересно, что присутствие на западной периферии могильного поля указанных скоплений редких вариантов говорит в пользу захоронения здесь групп родственников, хотя в данной части могильника погребения, содержавшие пригодные для анализа антропологические останки, не образуют ярко выраженных рядов и скоплений (в отличие от большинства других участков). Кроме того, многие из этих вариантов мтДНК практически отсутствуют в других частях могильника, что говорит о возможной генетической специфичности населения, сформировавшего некоторые участки западной окраины могильного поля.

• 5.    Данные о наличии и пересечении скоплений позволили выявить целый ряд участков могильника, потенциально наиболее информативных в отношении поиска групп близкородственных индивидов с помощью анализа дополнительных маркеров степени родства. Объективная проверка справедливости наших оценок наличия родственных групп требует экспериментальной работы, которая выполняется в настоящее время в качестве следующего этапа развития модели.

• 6.    Характер распространения скоплений свидетельствует в пользу формирования значительного количества погребальных комплексов на северной периферии могильника из источников (популяций), не связанных непосредственно с популяциями, сформировавшими южную и большой массив центральной части могильного поля.

Заключение

К настоящему моменту нами сформирована уникальная по численности хронологически отно сительно единая (андроновское время) выборка образцов ДНК из погребений одного могильника. Это открывает перспективы разностороннего анализа полученных данных как в контексте генетической структуры популяций лесостепной зоны Западной Сибири, в частности Барабинской лесостепи, в период миграции в регион носителей андроновской (федоровской) культуры, механизмов их взаимодействия с автохтонными группами (позднекротовская (черноозерская) культура), так и для прояснения вопросов, связанных с особен- ностями погребальной практики населения и его се-мейной/родственной структуры. Уже на данном этапе анализа с помощью упрощенной модели, не учитывающей многие нюансы археологического контекста исследуемых погребальных комплексов, нам удалось показать информативность использованного подхода и получить ряд важных результатов, связанных с пла-ниграфическими особенностями распределения вариантов мтДНК у погребенных на пространстве могильника Тартас-1. Дальнейшие направления работ включают анализ дополнительного числа образцов мтДНК из выявленных нами наиболее перспективных в отношении родства индивидов групп погребений, в т.ч. по более широкому спектру генетических маркеров степени родства на моделях разного масштаба – от парных и коллективных погребений до планигра-фических групп/рядов; подробный филогенетический и филогеографический анализ полученных данных о генофонде мтДНК исследуемой популяции; создание аналогичной модельной выборки Y-хромосомы мужской части популяции (или нескольких популяций), сформировавшей основную часть могильника Тартас-1; сопоставление данных по сериям мтДНК и Y-хромосомы; расширение спектра молекулярногенетического исследования за счет генотипирования фенотипически и физиологически значимых маркеров, таких как полиморфизмы системы генов пигментации и ряда других. Отдельным важным направлением дальнейшей работы над моделью является разработка оптимальных инструментов визуализации результатов и выводов с помощью ГИС.

Исследование выполнено в рамках проекта РНФ № 17-7820193 и бюджетного проекта ИЦиГ СО РАН № 0259-2019-0010-C-01.