Реконструкция процессов формирования населения барабы эпохи бронзы методами анализа вариабельности мтднк
На правах рукописи
ПИЛИПЕНКО АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ
РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ БАРАБЫ ЭПОХИ БРОНЗЫ МЕТОДАМИ АНАЛИЗА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ мтДНК
03.02.07 – генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Новосибирск 2010
Работа выполнена в лаборатории молекулярных основ генетики животных Учреждения Российской академии наук Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.
| Научные руководители: | кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Ромащенко А.Г. Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск доктор исторических наук, академик РАН, Молодин В.И. Институт археологии и этнографии СО РАН, г. Новосибирск |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор, Захаров И.К. Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск доктор биологических наук, чл.-корр. РАН, Нетесов С.В. Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск |
| Ведущее учреждение: | Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск |
Защита диссертации состоится «__» ноября 2010 г. на утреннем заседании диссертационного совета Д 003.011.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу:
630090, г. Новосибирск, пр-т Ак. Лаврентьева, д. 10, т. (383)363-49-06, факс. (383)333-12-78, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.
Автореферат разослан «__» _______ 201_ г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук Хлебодарова Т.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Введение в практику археологических исследований методов анализа древней ДНК раскрывает принципиально новые возможности для всестороннего изучения населения прошлых эпох: способности популяций человека к адаптации, характера их взаимодействия с окружающей средой, и, как следствие, особенностей эволюции в различных регионах планеты (Kaestle, Horsburgh, 2002). Сравнительный анализ вариабельности структуры отдельных локусов генома в группах древнего населения разного этнокультурного и хронологического происхождения позволяет реконструировать не только генетические аспекты процессов этногенеза, но и механизмы культурного взаимодействия (заимствование элементов материальной культуры через прямые контакты или опосредованно), и, таким образом, оценить степень и характер взаимного влияния древних этнокультурных сообществ (Молодин и др., 2009).
Формирование генетической специфичности населения различных регионов планеты в значительной степени происходило в периоды, предшествовавшие его расслоению на отдельные этнические группы в результате формирования самосознания локальных социумов. В этой связи представляется значимым определение автохтонных элементов в структуре генофонда населения исследуемого региона. Эта задача может быть решена посредством палеогенетического исследования представителей наиболее ранних этнокультурных групп, для которых имеется репрезентативный палеоантропологический материал.
В настоящей работе предпринимается попытка с привлечением методов палеогенетики реконструировать процессы формирования населения лесостепной зоны Западной Сибири. Исследование современного коренного населения региона с позиций этногеномики (Дербенева и др., 2002; Губина и др., 2005; Наумова и др., 2008) и физической антропологии (Бунак, 1956; Алексеев, 1974) позволило выявить его своеобразие в отношении структуры генофонда и краниологических признаков. Генофонд мтДНК, по-видимому, отражает высокую роль процессов смешения генетически контрастных групп в формировании состава населения региона (Наумова и др., 2008). С этим согласуются и краниологические особенности современных популяций, относящихся к западносибирскому антропологическому типу уральской расы, для которой характерно специфическое сочетание признаков, промежуточных по отношению к монголоидной и европеоидной большим расам (Алексеев, 1974; Багашев, Пошехонова, 2007). Промежуточность краниометрических характеристик фиксируется у населения лесостепной зоны Западной Сибири (Барабинская лесостепь), начиная с периода неолита и ранней бронзы (Чикишева, 2010).
Высокая степень изученности населения Барабинской лесостепи с позиций археологии позволила сформировать классификацию этнокультурных групп, существовавших на ее территории с неолита до позднего средневековья (Молодин, 1983, 1985, 2001). Для этого региона сотрудниками ИАЭТ СО РАН (Новосибирск, Россия) сформирована уникальная по репрезентативности коллекция палеоантропологических материалов эпохи бронзы (IV – начало I тысячелетия до н.э.), характеризующихся высокой степенью сохранности и достоверной культурной атрибуцией, что делает их перспективными для проведения комплексных исследований древних этногенетических процессов с привлечением методов палеогенетики. Сочетание имеющихся возможностей для исследования создает предпосылки получения научных результатов несомненной новизны. В свете сказанного решаемая в диссертации проблема представляется актуальной и фундаментальной.
Цели и задачи исследования.
Целью настоящей работы являлась реконструкция процессов формирования состава населения Барабинской лесостепи на протяжении эпохи бронзы (IV – начало I тыс. до н.э.) методами анализа вариабельности митохондриальной ДНК в сериях палеоантропологических образцов от представителей семи этнокультурных групп этого периода.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
- Сформировать серии палеоантропологического материала, пригодного для проведения палеогенетического исследования, от представителей основных этнокультурных групп Барабинской лесостепи эпохи бронзы с учетом данных археологии и физической антропологии.
- Получить из палеоантропологического материала образцы ДНК, пригодные для молекулярно-генетического анализа.
- Определить последовательности нуклеотидов первого гипервариабельного сегмента контрольного района мтДНК во всех сериях образцов. Установить структуру гаплотипов ГВС I мтДНК и их филогенетическое положение (принадлежность к гаплогруппам), согласно существующей классификации разнообразия мтДНК человека.
- Провести филогеографический анализ вариантов мтДНК от представителей населения Барабы эпохи бронзы с целью: а) оценить их представленность в генофондах современных коренных популяций Западной Сибири; б) выяснить характер их распространения в современных (и древних) популяциях других регионов Евразии и определить возможные направления генетических связей древних групп населения Барабы.
- Провести сравнительный анализ состава серий образцов мтДНК от разновременных групп населения Барабинской лесостепи для оценки его изменений во времени.
- Сопоставить полученные генетические результаты с соответствующими данными археологии и физической антропологии для реконструкции особенностей этногенетических процессов, протекавших на территории Барабы в эпоху бронзы.
Научная новизна.
а. Впервые исследована вариабельность мтДНК у населения лесостепной зоны Западной Сибири эпохи бронзы (IV – начало I тыс. до н.э.). Показано, что на протяжении этого периода генофонд населения Барабинской лесостепи характеризовался смешанной структурой и состоял из западно-евразийских и восточно-евразийских гаплогрупп мтДНК.
б. Впервые проведен сравнительный анализ состава линий мтДНК в сериях образцов от представителей этнокультурных групп, последовательно сменявших друг друга на локальной территории на протяжении длительного периода (более трех тысячелетий). В результате были реконструированы некоторые особенности формирования структуры генофонда мтДНК древнего населения региона с эпохи раннего металла до переходного периода от эпохи бронзы к эпохе железа.
в. Выявлены компоненты генофонда мтДНК, маркирующие генетическую преемственность между разновременными группами древнего населения западносибирской лесостепи. Обнаружен высокий уровень преемственности в отношении состава линий мтДНК между представителями этнокультурных групп ранних периодов эпохи бронзы (IV – первая половина III тыс. до н.э.). Впервые на основании сопоставления данных палеогенетики и этногеномики было высказано предположение об автохтонном происхождении субкластера гаплогруппы A (с общим мотивом 223-227AC-290-311-319) на территории лесостепной зоны Западной Сибири и Волго-Уральского региона.
г. Впервые методами палеогенетики оценено влияние миграционных потоков на состав линий мтДНК в генофондах населения лесостепной зоны Западной Сибири в различные периоды эпохи бронзы. На примере миграции в регион населения андроновской культуры (начало II тыс. до н.э.) и формирования населения городища Чича-1 (начало I тыс. до н.э.) определены варианты митохондриальной ДНК, маркирующие миграционные потоки и характер взаимоотношений мигрантов с аборигенным населением.
д. Показана эффективность палеогенетического подхода для реконструкции древних этногенетических процессов при условии корректного использования данных археологии и физической антропологии.
Практическая ценность. Предложенный и реализованный в данной работе комплексный подход к изучению древних этнокультурных процессов на примере населения западносибирской лесостепи вносит вклад в разработку методологии мультидисциплинарных исследований этногенеза и этнической истории популяций человека и может быть использован при проведении аналогичных исследований в других регионах. Полученные данные представляют интерес в свете проблем формирования этноспецифичности современных этнокультурных сообществ Западной Сибири и прилегающих территорий. Результаты, полученные в работе, используются при чтении курса лекций «Бронзовый век Сибири» магистрантам Гуманитарного Факультета Новосибирского Государственного Университета.
Положения, выносимые на защиту.
На протяжении эпохи бронзы c IV до начала I тыс. до н.э. генофонд мтДНК населения Барабы уже характеризовался смешанной структурой и состоял из гаплотипов западно-евразийских и восточно-евразийских гаплогрупп.
Гаплотипические варианты некоторых гаплогрупп (U5a1, A, C) маркируют преемственность между разновременными группами населения региона. Возникновение и диверсификация субкластера гаплогруппы A с общим мотивом 223-227AC-290-311-319, вероятно, происходили в лесостепном поясе Западной Сибири и Волго-Уральского региона.
Состав западно-евразийского компонента исследованных серий образцов мтДНК (преобладание U5a1, U4, U2e гаплогрупп) сближает ранние группы населения западносибирской лесостепи с популяциями охотников-собирателей Центральной, Восточной и Северной Европы эпохи неолита и ранней бронзы.
В генофонде мтДНК исследованных этнокультурных групп эпохи бронзы обнаружены компоненты, маркирующие разновременные миграционные потоки в регион: миграцию в Барабинскую лесостепь носителей федоровского варианта андроновской культуры в первой половине II тыс. до н.э. (линии гаплогруппы T) и миграцию населения с территории современного Казахстана (или Средней Азии) в начале I тыс. до н.э. в переходный период от эпохи бронзы к эпохе железа (линии гаплогрупп U1a, U3, H).
На территории Барабинской лесостепи происходили взаимные генетические контакты пришлого андроновского населения с аборигенным позднекротовским.
Палеогенетический подход в комплексе с данными археологии и физической антропологии эффективен для реконструкции процессов формирования населения региона.
Апробация работы. Материалы исследования были представлены:
в виде устных докладов – на XLIV Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2006); I (XVII) Всероссийском археологическом съезде «Современные проблемы археологии России» (Новосибирск, 2006); II International Conference “Biosphere Origin and Evolution” (Lutraki, Greece, 2007); II (XVIII) Всероссийском археологическом съезде (Суздаль, 2008); V Съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009); XLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2009); Всероссийской (с международным участием) научной конференции «Роль естественнонаучных методов в археологических исследованиях» (Барнаул, 2009); Международном молодежном научном форуме «ЛОМОНОСОВ-2010»; Международной конференции «Migrations in Prehistory and Early History. Stable Isotopes and Population Genetics – New Answers to Old Questions?” (Berlin, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 161 странице машинописного текста и состоит из введения, списка сокращений, 4-х глав, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Данные проиллюстрированы 13 таблицами и 7 рисунками. Библиографический указатель включает 319 источников, из них 71 работа отечественных авторов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве материала для выделения ДНК использованы серии палеоантропологических образцов от представителей семи основных этнокультурных групп Барабинской лесостепи эпохи бронзы (Табл. 1). Образцы были отобраны из коллекций Института археологии и этнографии СО РАН или в процессе раскопок археологических памятников и представлены целыми длинными костями конечностей и/или зубами. Материалы получены из археологических памятников, расположенных в Венгеровском и прилегающих Чановском и Здвинском районах Новосибирской области.
Предварительная обработка образцов включала процедуры по деконтаминации поверхности (обработка NaClO, облучение ультрафиолетом, механическое удаление поверхностного слоя образца) и доведение костного материала до порошкообразного состояния. Выделение ДНК проводили путем обработки костного порошка лизирующим гуанидинтиоционатным буфером с последующей фенол/хлороформной экстракцией.
Таблица 1. Исследованные этнокультурные группы Барабы.
| Этнокультурная группа | Хронология (тыс. лет до н.э.) | Археологические памятники | Период эпохи бронзы |
| Усть-тартасская культура | IV – начало III | Сопка-2/3, Сопка-2/3А | Эпоха раннего металла |
| Одиновская культура | Первая половина III | Сопка-2/4А Преображенка-6 | Период ранней бронзы |
| Кротовская культура | Конец III- начало II | Сопка-2/4Б | Период развитой бронзы |
| Позднекротовская культура | Первая четверть II | Сопка-2/5, Тартас-1 | Период развитой бронзы |
| Андроновская (Федоровская) культура | Первая половина II | Тартас-1, | Период развитой бронзы |
| Культура эпохи поздней бронзы Барабы | Конец II | Старый сад | Период поздней бронзы |
| Позднеирменская культура | IX-VIII вв. до н.э. | Городище и некрополь Чича-1 (включая курган Здвинск-1) | Переход от эпохи бронзы к эпохе раннего железа |
Амплификацию фрагментов первого гипервариабельного сегмента мтДНК (ГВС I) проводили с помощью двух вариантов «вложенной» ПЦР: фрагмента ГВС I в позиции 16074-16366 (согласно нумерации (Anderson et al., 1981)) в виде одного длинного ампликона (Пилипенко и др., 2008); фрагмента ГВС I мтДНК в позиции 16005-16400 в виде трех коротких перекрывающихся ампликонов (Adcock et al., 2001).
Клонирование продуктов ПЦР проводили с использованием набора реактивов pGEM-T® Easy Vector System (Promega, США). После трансформации клеток E. coli фрагменты индивидуальных клонов амплифицировали и секвенировали.
Определения нуклеотидной последовательности амплифицированных участков мтДНК осуществляли методом прямого автоматического секвенирования с использованием набора реактивов ABI PRISM BigDyeTM Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit (Applied Biosystems, США). Образцы анализировали в Центре Коллективного Пользования «Секвенирование ДНК» СО РАН (www.sequest.niboch.nsc.ru).
Для работы с последовательностями ДНК использовали пакет программ DNAStar Lasergene v. 7.1.0.(DNASTAR, США). Полученные последовательности первого гипервариабельного сегмента мтДНК сравнивали с Кембриджской референсной последовательностью мтДНК для выявления специфических нуклеотидных замен и определения структуры гаплотипов. Филогенетические отношения гаплотипов мтДНК устанавливались методом построения медианных сетей (Bandelt et al., 1995) с помощью пакета Network 4.5.1.0 (http://www.fluxus-engeneering.com). Дерево гаплотипов строили вручную. Для проведения сравнительного филогеографического анализа использовали опубликованные данные о структуре генофондов мтДНК современных популяций Евразии общей численностью более 10 тыс. образцов мтДНК.
Все пре-ПЦР стадии эксперимента проводили в чистых помещениях, оборудованных системами поддержания избыточного давления воздуха, фильтрации воздуха и УФ-облучения. Эксперимент для каждого образца повторяли 2-5 раз. Для выявления возможной контаминации использовали контроли чистоты экстракции и ПЦР. Были определены последовательности ГВС I мтДНК всех сотрудников лаборатории, а также известных нам археологов и антропологов, работавших с исследуемым материалом.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для 85 образцов мтДНК от семи разновременных этнокультурных групп Барабинской лесостепи эпохи бронзы получены данные о структуре гаплотипов ГВС I и определено их положение на филогенетическом дереве мтДНК человека. Выявлено 42 различных гаплотипа ГВС I мтДНК (Табл. 2), относящихся к 16 гаплогруппам. Западно-евразийский кластер представлен линиями гаплогрупп U (U1a, U2e, U3, U4, U5a, U5b, K), T, J, H, W, восточно-евразийский – A, C, Z, D, G2a.
Таблица 2. Распределение структурных вариантов митохондриальной ДНК в исследованных сериях образцов от населения Барабы эпохи бронзы.
| № | Гаплогруппа | Гаплотип | Образцы |
| 1 | A | 223-227AC-290-311-319 | Kr10, TK3, Sts6 |
| 2 | A | 223-227AC-278-290-311-319 | TA17 |
| 3 | A | 148-223-227AC-290-311-319 | Ut5 |
| 4 | A | 189-223-290-319 | Pkr8, TA25 |
| 5 | A | 188-189-223-290-319-356-362 | TA7 |
| 6 | C | 223-298-327 | Ut4, Ut7, Ut16, Pkr10, TK1, TK2, TA9, TA14, TA16, Sts7 |
| 7 | С | 129GC-223-298-327 | TK6, TK7, TK8, TA26, TA27 |
| 8 | С | 223-297-298-327 | Od29, Od1 |
| 9 | С | 223-298-325-327 | Kr1 |
| 10 | С | 223-298-325-327-362 | TA8, Sts1 |
| 11 | С | 148-223-288-298-327 | TK4, TA20, TA21 |
| 12 | D | 223-362 | Ut3, Od12, Od13, Od27, Od65, Od67, Od3, Kr87 |
| 13 | D | 223-294-362 | Ch8 |
| 14 | G2a | 223-227-278-362 | Pkr7 |
| 15 | Z | 185-223-260-298-300 | Ut31, Ut32 |
| 16 | Z | 185-223-260-263-298 | Ut33, Ut34 |
| 17 | Z | 185-223-260-271-298 | Kr5 |
| 18 | U1a | 183АС-189-249 | Ch5 |
| 19 | U2e | 051-129GC-189 | Ut2 |
| 20 | U2e | 051-129GC-189-246 | Ut12, Ut17 |
| 21 | U2e | 051-129GC-189-256 | Kr79, Kr80 |
| 22 | U3 | 343 | Ch9 |
| 23 | U4 | 356 | Ut19, Ch12, Ch13 |
| 24 | U4 | 356-362 | Ch4 |
| 25 | U5a1 | 192-256-270 | Ut9, Pkr6, TK5 |
| 26 | U5a1 | 192-256-270-318 | Ut14 |
| 27 | U5a1 | 172-192-256-270 | Od66 |
| 28 | U5a1 | 192-256-270-304 | Pkr9, TA18 |
| 29 | U5a1 | 192-239-256-270 | TA10,TA11,TA22 |
| 30 | U5a | 256-270 | Sts9 |
| 31 | U5a | 192-270 | Pkr3, Pkr4 |
| 32 | U5b | 189-260-270 | Ch3 |
| 33 | K | 093-224-311 | Ch6, Ch7 |
| 34 | K | 213-224-311 | Ch11 |
| 35 | T* | 126-294 | Pkr1, Pkr2, TA4, TA5 |
| 36 | T* | 126-189-292-294-296 | Pkr5 |
| 37 | T* | 086-126-140-294-296 | TA15 |
| 38 | T1 | 126-163-186-189-294 | Sts10 |
| 39 | J | 069-126 | Ch1 |
| 40 | H | 366 | Ch2 |
| 41 | H | 111-362 | Ch14 |
| 42 | W | 223-292 | Ch10 |
Примечание: обозначение культурной принадлежности образцов: Ut – усть-тартасская культура, могильники Сопка-2/3, Сопка-2/3А; Od – одиновская культура, памятник Сопка-2/4А, Преображенка-6; Kr – кротовская культура, памятник Сопка-2/4Б; Pkr – позднекротовская культура, памятник Сопка-2/5; TK – позднекротовская культура, памятник Тартас-1; TA – андроновская (федоровская) культура, памятник Тартас-1; Sts – культура, эпохи поздней бронзы Барабы, памятник Старый сад; Ch – население городища Чича-1. Позиции в ГВС I мтДНК указаны согласно нумерации Кембриджской референсной последовательности (минус 16000).Жирным шрифтом выделены образцы (N=16), для которых проводилось клонирование продуктов ПЦР.
На основании полученных результатов было построено филогенетическое дерево мтДНК населения Барабинской лесостепи эпохи бронзы (Рис. 1).
Особенности состава гаплотипов в сериях образцов мтДНК от населения Барабы различных этапов эпохи бронзы и некоторые закономерности этногенеза в западносибирской лесостепи
Все исследованные серии образцов мтДНК от населения эпохи бронзы демонстрируют смешанную структуру и состоят из западно-евразийских и восточно-евразийских линий мтДНК. Это свидетельствует о древности начала смешения генетически контрастных групп на территории региона и постоянстве роли этого фактора в этногенезе аборигенного населения. Обращает на себя внимание сходная представленность некоторых гаплогрупп мтДНК у населения Барабы эпохи бронзы и современного коренного населения региона: доминирование вариантов гаплогруппы C среди восточно-евразийских гаплогрупп и высокая доля линий гаплогрупп U2e, U4 и U5a в западно-евразийском компоненте генофонда. Большинство других гаплогрупп, выявленных у населения эпохи бронзы, также представлены в генофонде современных популяций региона.
Сходство генофондов мтДНК древнего и современного населения исследуемого региона выражено и на уровне конкретных структурных вариантов мтДНК. Таким образом, многие особенности структуры генофонда мтДНК населения Западной Сибири были сформированы еще в эпоху бронзы или в предшествующие периоды каменного века.
Рисунок 1. Филогенетическое дерево мтДНК древних этнокультурных групп Барабы эпохи бронзы. Цветом маркируются древние этнокультурные группы Барабы: желтый – усть-тартасская культура; розовый – одиновская; голубой – кротовская; синий – позднекротовская; светло-зеленый – андроновская; темно-зеленый – культура эпохи поздней бронзы; красный – население городища Чича-1.
Исследованная выборка образцов древней мтДНК демонстрирует и существенные отличия в составе гаплогрупп и конкретных линий от генофонда современного коренного населения Западной Сибири. Это позволяет предсказывать этногенетические процессы, протекавшие в регионе в последующие периоды. Так, на протяжении практически всей эпохи бронзы в западно-евразийской части генофонда, по-видимому, не играли существенной роли линии гаплогруппы H, высоко представленной в современных популяциях. Первое появление линий гаплогруппы H у населения Барабы зафиксировано нами в переходный период от эпохи бронзы к эпохе железа. Вероятно, ее массовое проникновение и закрепление в генофондах западносибирских популяций могло быть связано с более поздними процессами.
Низкое разнообразие линий восточно-евразийской гаплогруппы D в исследованной нами серии древних образцов мтДНК также диспропорционально существующим особенностям структуры генофондов современных популяций региона и прилегающих территорий, для большинства из которых гаплогруппа D является одной из наиболее диверсифицированных восточно-евразийских групп. Увеличение разнообразия вариантов гаплогруппы D в генофондах некоторых групп современного населения Западной Сибири, по-видимому, объясняется более поздними контактами с населением Южной Сибири и Центральной Азии, где локализованы центры ее диверсификации. Это согласуется с распространенными представлениями о формировании в период средневековья коренного населения западносибирской лесостепи – этнической общности сибирских татар, под влиянием тюркоязычных групп центральноазиатского происхождения на древнее аборигенное население лесостепной полосы Западной Сибири, генетически связанное с современным угорским населением региона (Наумова и др., 2008).
Еще одна особенность генофонда мтДНК древнего населения Барабы заключается в повышенной частоте и разнообразии линий гаплогруппы Z. В генофондах современных коренных этнических групп Западной Сибири выявлены лишь ее единичные варианты (Дербенева и др., 2002).
Особенности генофонда мтДНК ранних групп населения Барабы
В настоящей работе исследована серия образцов мтДНК (N=15) одной из древнейших групп населения региона – усть-тартасской культуры эпохи раннего металла (IV – начало III тыс. до н.э.). Археологические и антропометрические данные указывают на существование преемственности между этой группой и неолитическим населением региона. Это позволяет экстраполировать, хотя и с некоторой осторожностью, полученные генетические характеристики и на более древние группы населения Барабы, пока не доступные для масштабного палеогенетического исследования.
Полученные нами данные указывают на то, что генофонд усть-тартасского населения уже был смешанным и достаточно гетерогенным. Можно предположить, что смешанная структура генофонда мтДНК была характерна и для предшествовавшего неолитического населения региона. Состав серии образцов мтДНК усть-тартасской культуры согласуется с предположением о северо-западном векторе связей ее населения, выдвинутом на основании данных краниометрии и особенностей материальной культуры. Западно-евразийские гаплогруппы представлены вариантами трех подгрупп гаплогруппы U (U2e, U4, U5a1). Их доминирование в западно-евразийском компоненте генофонда мтДНК сохраняется и в последующие периоды эпохи бронзы. Присутствие в генофонде современных популяций гаплогрупп U2e, U4, U5a1 в наибольшей степени характерно для Восточной Европы (особенно Северо-Восточной), а также Волго-Уральского региона. В Западной Сибири при высокой частоте гаплотипов U4 и U5a линии подгруппы U2e встречаются мозаично. Полученные результаты согласуются с данными анализа состава линий мтДНК в неолитических группах охотников-собирателей Северной, Центральной и Восточной Европы. В их генофонде доминировали варианты гаплогрупп U4 и U5 (Bramanti et al., 2009; Malmstrom et al., 2009). Вариант гаплогруппы U2e был выявлен в останках представителя верхнепалеолитического населения Восточной Европы возрастом более 30 тысяч лет (Krause et al., 2009). Таким образом, высокая представленность линий гаплогрупп U2e, U4 и U5 в западно-евразийском компоненте генофонда ранних групп населения лесостепного пояса Западной Сибири сближает их с древними группами охотников-собирателей, населявших территории к западу и северо-западу от исследуемого региона. По-видимому, доминирование в западно-евразийской части генофонда мтДНК подгрупп U4, U5 (а также U2e), было распространено в лесостепной и лесной зонах Евразии от центральной Европы до Западной Сибири.
Восточно-евразийские варианты мтДНК, выявленные в усть-тартасской серии могут быть связаны с влиянием населения восточных и юго-восточных по отношению к Барабе территорий.
Население Барабы в эпоху ранней и начала развитой бронзы
В периоды ранней и развитой бронзы на территории западносибирской лесостепи формируются сначала одиновская (первая половина III тыс. до н.э.), а затем кротовская (возникла в конце III – начале II тыс. до н.э.) культуры. Результаты исследования серий образцов мтДНК от представителей этих культур (N=9 и 6, соответственно) позволяют сделать некоторые заключения о процессах формирования состава населения в эпоху ранней и начала развитой бронзы. Ни в одиновской, ни в кротовской (ранний этап) серии нами не зафиксированы гаплогруппы (или подгруппы), по своим филогеографическим характеристикам резко отличающиеся от усть-тартасской серии образцов мтДНК. Можно предполагать существование общего генетического фона среди носителей трех изученных серий образцов, выраженного, например, в присутствии общего гаплотипического варианта гаплогруппы D – 223-362, филогенетически близких линий гаплогрупп U5a1 и C. Наиболее выражена преемственность состава линий мтДНК между усть-тартасской и кротовской группами: присутствие в обеих сериях редкого и специфически распространенного варианта гаплогруппы A – 223-227AC-290-311-319, а также вариантов гаплогрупп Z и U2e. Нами не были выявлены генетические признаки влияния на население раннего этапа кротовской культуры древнего населения Средней Азии, хотя оно фиксируется археологами по некоторым особенностям его материальной культуры. Одиновская серия, не смотря на некоторое своеобразие отдельных вариантов, в целом на уровне гаплогрупп и подгрупп укладывается в рамки разнообразия мтДНК, наблюдаемого для других популяций Барабы эпохи ранней и развитой бронзы.
Таким образом, мы не получили достоверных свидетельств о выраженных генетических различиях между этими тремя сериями на уровне состава гаплогрупп мтДНК. Полученные данные свидетельствуют в пользу преимущественно автохтонного состава населения Барабинской лесостепи в эпоху ранней и начала развитой бронзы (последовательное автохтонное развитие в ряду: население усть-тартасской культуры– население одиновской культуры – население раннего этапа кротовской культуры).
Миграция населения андроновской культуры в западносибирскую лесостепь
Одним из наиболее масштабных демографических явлений эпохи развитой бронзы является расселение носителей андроновской культуры на огромной территории степного и лесостепного пояса Евразии. Миграция андроновского населения на территорию западносибирской лесостепи происходит в первой половине II тыс. до н.э. На территории Барабы в период миграции андроновцев были расселены носители позднего этапа кротовской культуры. Для выяснения характера генетических взаимоотношений между этими группами нами были проанализированы значительные по объему серии позднекротовского (N=18) и андроновского (N=18) населения Барабы из материалов памятников Сопка-2/5 и Тартас-1, в наибольшей степени отражающих эти процессы.
Признаком генетического влияния пришлого населения на аборигенов может быть появление новых линий мтДНК, отсутствовавших в сериях образцов от населения предшествующих периодов эпохи бронзы. В генофондах позднекротовцев и андроновцев синхронно появляются линии гаплогруппы T. Это позволяет рассматривать их в качестве наиболее вероятного маркера генетического влияния мигрантов на аборигенов. Высказанное предположение о проникновении линий гаплогруппы T на территорию Барабы в результате миграции андроновцев подтверждается и результатами исследования других древних групп на сопредельных территориях (Lalueza-Fox et al., 2004; Keyser et al., 2009).
Основу позднекротовской и андроновской серий составляют те же западно- и восточно-евразийские гаплогруппы мтДНК, которые были выявлены в сериях от предшестовавших этнокультурных групп – C, А, U5a1. Эти факты, возможно, свидетельствуют о происходившем в регионе процессе смешения мигрантов с аборигенным населением. Косвенно это предположение подтверждается и данными анализа мтДНК андроновского населения Красноярского края (Keyser et al., 2009), среди которого восточно-евразийский кластер гаплогрупп представлен с низкой частотой (только одна линия гаплогруппы Z). Следовательно, наличие большого числа восточно-евразийских гаплотипов мтДНК (в андроновской серии из Барабы они доминируют) не было характерной чертой генофонда носителей андроновской культуры.
Таким образом, полученные нами данные свидетельствуют, что миграция андроновского населения на территорию лесостепной Барабы и его сосуществование с аборигенным позднекротовским населением, по-видимому, сопровождалось интенсивными взаимными генетическими контактами между этими группами по женской линии.
Население культуры эпохи поздней бронзы Барабы
По археологическим данным в результате взаимодействия аборигенных культур с андроновцами в Западной Сибири формируются андроноидные культуры, которые играли значительную роль в этногенетических процессах в период поздней бронзы. На территории Барабинской лесостепи в этот период, по-видимому, сосуществуют носители двух археологических культур – ирменской и «культуры эпохи поздней бронзы Барабы». Нами исследована небольшая серия образцов мтДНК (N=5) от носителей последней культуры из могильника Старый Сад. Проблема ее происхождения до конца не решена. Отмечается сходство элементов материальной культуры с бегазы-дандыбаевской культурой Центрального и Северного Казахстана. Краниометрические характеристики женской части населения культуры эпохи поздней бронзы Барабы из могильника Старый Сад сближают их с представителями андроновской культуры Центрального Казахстана. Это предполагает вклад андроновского населения в структуру генофонда рассматриваемой группы.
Исследованная нами серия образцов мтДНК несет в себе несомненные признаки преемственности с аборигенными группами населения Барабы более ранних периодов эпохи бронзы. Это выражается, в первую очередь, в присутствии специфичного варианта гаплогруппы A 223-227AC-290-311-319, а также линий гаплогруппы С. Выявлено также присутствие в составе данной серии линии гаплогруппы T, которая, как отмечалось выше, может рассматриваться в качестве специфического для Барабы маркера андроновского генетического влияния. Идентичная по структуре линия, была выявлена у носителя андроновской культуры Красноярского края (Keyser et al., 2009). Таким образом, рассмотренная серия образцов мтДНК культуры эпохи поздней бронзы Барабы отражает несомненное участие в ее формировании как андроновского населения, так и автохтонных для Барабы генетических компонентов, что согласуется с данными археологии.
Этнокультурные процессы в Барабе в переходный период от эпохи бронзы к эпохе раннего железа
В переходный от эпохи бронзы к эпохе раннего железа период аборигенное население Барабинской лесостепи было представлено носителями позднеирменской культуры (Молодин и др., 2008). В этот же период по археологическим материалам фиксируется проникновение в лесостепную полосу Зауралья и Западной Сибири новых групп населения. В результате на этих территориях формируются поселения с признаками дуального устройства (Зах, Зимина, 2005; Матвеева, 2008; Молодин, 2008). Одно из крупнейших таких поселений – городище Чича-1 в Барабе, на территории которого сосуществовали контрастные в этнокультурном отношении группы населения – позднеирменского, аборигенного для Барабы, и пришлого.
Сравнительный анализ исследованной серии образцов мтДНК от населения городища Чича-1 (N=14) с сериями более ранних периодов эпохи бронзы Барабы свидетельствует о кардинальном изменении состава линий мтДНК, как на уровне гаплотипов, так и на уровне гаплогрупп. Резко увеличивается доля западно-евразийских вариантов мтДНК. Генетическую преемственность с предшествовавшими группами населения Барабы маркируют лишь варианты гаплогрупп U4 и D. Наличие в серии вариантов гаплогрупп U1a, U3 и H6a1 свидетельствует о миграции в регион населения с южных или юго-западных, по отношению к Барабе, территорий. Принимая во внимание конкретный археологический контекст, наиболее вероятно проникновение групп населения с территории современного Казахстана. Это предположение подтверждается данными анализа керамического комплекса городища и результатами одонтологического исследования палеоантропологической коллекции памятника.
Таким образом, в переходный период от эпохи бронзы к эпохе раннего железа на территорию Барабы начинается проникновение новых групп пришлого населения из южных районов, что приводит к появлению в Западной Сибири новых вариантов мтДНК, часть которых сохранилась в генофондах современного населения региона.
Cубкластер гаплогруппы A - вероятный автохтонный компонент генофонда мтДНК населения лесостепной полосы Западной Сибири
Решение проблемы формирования расоэтнической специфичности населения Западной Сибири и прилегающих территорий требует оценки наличия или отсутствия кластеров мтДНК, автохтонно сформировавшихся на данной территории. В этом отношении представляет интерес субкластер гаплогруппы A с общим мотивом 223-227AC-290-311-319. В исследованной нами суммарной выборке из 85 образцов мтДНК населения Барабы эпохи бронзы было выявлено 5 носителей линий этого субкластера (5.9 %) и три гаплотипических варианта. Наши данные свидетельствуют о присутствии этих вариантов на территории Барабы в течение всей эпохи бронзы: от эпохи раннего металла (~ 6 тыс. лет назад) до поздней бронзы (~ 3 тыс. лет назад). В современных популяциях распространены варианты с общим мотивом 223-227AC-230-290-311-319, который является производным выявленного нами древнего варианта. Их ареал включает лесостепную и таежную зону Волго-Уральского региона и Западной Сибири. Специфичность распространения в современных популяциях региона и присутствие в генофонде древнего населения в течение не менее последних шести тысяч лет субкластера гаплогруппы A с базовым вариантом 223-227AC-290-311-319, позволяют предположить его автохтонное формирование и эволюцию на территории Западной Сибири и Волго-Уральского региона, вероятно, в лесостепном поясе.
ВЫВОДЫ
- Установлена структура гаплотипов ГВС I контрольного района мтДНК у представителей семи этнокультурных групп, последовательно сменявшихся на территории Барабинской лесостепи с IV тыс. до начала I тыс. до н.э. (всего 85 образцов мтДНК). Показано, что на протяжении эпохи бронзы генофонд населения Барабинской лесостепи характеризовался смешанной структурой и состоял из западно-евразийских и восточно-евразийских гаплогрупп митохондриальной ДНК.
- На протяжении всех периодов эпохи бронзы наблюдается преемственность между этнокультурными группами в отношении присутствия в генофонде гаплотипов западно-евразийской гаплогруппы U5a1 и восточно-евразийских гаплогрупп A и C.
- Основу западно-евразийской части генофонда мтДНК населения Барабы в IV – начале II тыс. до н.э. составляли варианты гаплогруппы U (подгруппы U5a1, U2e, U4). Это сближает ранние группы населения лесостепной зоны Западной Сибири с популяциями охотников-собирателей Центральной, Восточной и Северной Европы эпохи неолита и ранней бронзы.
- Показано, что миграция на территорию Барабинской лесостепи носителей андроновской (федоровской) культуры в первой половине II тыс. до н.э. сопровождалась взаимными генетическими контактами между мигрантами и аборигенным позднекротовским населением региона. Миграционный поток андроновского (федоровского) населения в Западную Сибирь маркируется появлением в генофонде древнего населения региона линий гаплогруппы T.
- Выявлено изменение состава гаплогрупп мтДНК у представителей населения городища Чича-1 (конец X – VIII вв. до н.э.) по сравнению с носителями более ранних этнокультурных групп, связанное с появлением в регионе нового пришлого населения. Филогеографические данные указывают на расположение источника миграции на территории современного Казахстана и Средней Азии. Неоднородность состава гаплотипов мтДНК указывает на сосуществование на территории городища двух основных групп населения – пришлой и аборигенной.
- Появление у представителей населения Барабинской лесостепи гаплотипов гаплогруппы H, широко представленной в генофондах мтДНК современных коренных популяций Западной Сибири и сопредельных территорий, зафиксировано лишь в переходный период от эпохи бронзы к эпохе раннего железа у населения городища Чича-1.
- Специфичность распространения в современных популяциях Евразии и присутствие в генофонде населения Барабинской лесостепи эпохи бронзы предковых вариантов субкластера гаплогруппы A с общим мотивом 223-227AC-290-311-319 позволяет предполагать его автохтонное возникновение и диверсификацию на территории лесостепного пояса Западной Сибири и Волго-Уральского региона.
- Показана эффективность применения палеогенетического подхода для реконструкции процессов формирования состава населения региона.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Пилипенко А.С., Ромащенко А.Г., Молодин В.И., Куликов И.В., Кобзев В.Ф., Поздняков Д.В., Новикова О.И. Особенности захоронения младенцев в жилищах городища Чича-I Барабинской лесостепи по данным анализа структуры ДНК // Археология, этнография и антропология Евразии. – 2008. – №. 2. – С. 57-67. (перечень ВАК)
- Пилипенко А.С., Молодин В.И. Палеогенетический анализ в археологических исследованиях // Информ. вестник ВОГиС. – 2010. – T. 14. - № 2. – С. 280-311. (перечень ВАК)
- Pilipenko A.S., Romaschenko A.G., Molodin V.I., Parzinger H., Kobzev V.F. Mitochondrial DNA studies of the Pazyryk people (4th to 3rd centuries BC) from northwestern Mongolia // Archaeol. Anthropol. Sci. – 2010. – V. 2. – N. 4.
DOI 10.1007/s12520-010-0042-z
- Молодин В.И., Пилипенко А.С. Древняя ДНК и стабильные изотопы – новые ответы на старые вопросы // Наука из первых рук. – 2010. – № 2. – С. 72-81. (перечень ВАК)
- Пилипенко А.С. Анализ гаплотипического разнообразия митохондриальной ДНК представителей кротовской культуры (середина II тысячелетия до н.э.) из могильников Барабинской лесостепи // Тез. докл. XLIV Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск, 2006. – С. 26-27.
- Пилипенко А.С., Куликов И.В., Ромащенко А.Г., Кобзев В.Ф., Гришин А.Е., Поздняков Д.В., Молодин В.И. Особенности гаплотипического разнообразия мтДНК представителей Кротовской культуры Барабы // Материалы I (XVII) всероссийского археологического съезда «Современные проблемы археологии России», Новосибирск, Изд-во ИАЭТ СО РАН, 2006. – Т.2. – С. 270-273.
- Молодин В.И., Новикова О.И., Гришин А.Е., Гаркуша Ю.Н., Марченко Ж.В., Рыбина Е.В., Пилипенко А.С., Лабецкий В.П. Изучение памятника эпохи развитой бронзы Тартас-1 // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. – Новосибирск: Изд-во ИАЭТ СО РАН, 2006. – Т. XII. – С. 422-427.
- Pilipenko A.S., Romaschenko A.G., Kulikov I.V., Kobzev V.F., Grishin A.E., Pozdnyakov D.V., Molodin V.I. Similaryty of mitochondrial DNA patterns in ancient and modern indigenous West Siberian populations // Materials of II International Conference “Biosphere Origin and Evolution”, Loutraki, Greece, Oct. 28 – Nov. 2, 2007. – P. 95.
- Пилипенко А.С., Ромащенко А.Г., Молодин В.И., Журавлев А.А., Гришин А.Е., Поздняков Д.В., Куликов И.В., Чикишева Т.А., Кобзев В.Ф. Формирование этнокультурных сообществ в западносибирской лесостепи на основе данных палеогенетики (первые результаты) // Труды II (XVIII) Всероссийского археологического съезда в Суздале. Т. III. – М.: ИА РАН, 2008. – С. 391-394.
- Пилипенко А.С., Журавлев А.А., Ромащенко А.Г., Кобзев В.Ф., Молодин В.И. Генофонд мтДНК населения лесостепной полосы Западной Сибири эпохи развитой бронзы: влияние миграционных потоков // Сб. научн. труд. «Фактори експериментальноi еволюцii органiзмiв». T. 7. – К., 2009. – С. 369-372.
- Журавлев А.А., Пилипенко А.С. Особенности структуры генофонда мтДНК населения позднекротовской культуры Барабы (вторая половина II тыс. до н.э.) // Тез. докл. XLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск, 2009. – С. 165.
- Молодин В.И., Ромащенко А.Г., Пилипенко А.С. Археология и палеогенетика. Некоторый опыт и перспективы мультидисциплинарных исследований // Роль естественнонаучных методов в археологических исследованиях: Сборник научных трудов / отв. ред. Ю.Ф. Кирюшин, А.А. Тишкин. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2009. – С. 228-232.
- Пилипенко А.С., Ромащенко А.Г., Молодин В.И., Куликов И.В., Кобзев В.Ф., Поздняков Д.В., Новикова О.И. Особенности структуры генофонда митохондриальной ДНК населения городища Чича-1 (IX-VII вв до н.э.) в Барабинской лесостепи // Чича – городище переходного от бронзы к железу времени в Барабинской лесостепи. – Новосибирск: Изд-во ИАЭТ СО РАН, 2009. – Т. 3. – С. 108-127.
- Пилипенко А.С., Ромащенко А.Г., Молодин В.И., Журавлев А.А., Куликов И.В., Кобзев В.Ф. Оценка влияния миграционных процессов на генофонд мтДНК населения Западной Сибири IV-I тыс. до н.э. // Тез. докл. V Съезда ВОГиС. – Москва, 21-28 июня, 2009. Часть I. – С. 477.
- Журавлев А.А., Пилипенко А.С., Трапезов Р.О. Миграция носителей андроновской культуры в лесостепную зону Западной Сибири по данным анализа мтДНК (вторая половина II тыс. до н.э.) // Международный молодежный научный форум «ЛОМОНОСОВ-2010». Секция «Биология». Тезисы докладов. – С. 83-84.
- Molodin V.I., Pilipenko A.S., Romaschenko A.G., Jhuravlev A.A., Trapezov R.O., Chikisheva T.A., Pozdnyakov D.V. Migrations in the south of West Siberian plain during the Bronze Age (IV-II millenium BC): archaeological, paleogenetic and anthropological data // Materials of International conference “Migrations in Prehistory and Early History. Stable Isotopes and population genetics – New Answers to Old Questions?”, Berlin, Germany, March 24-26, 2010. – P. 15.
