První genetická analýza trojhrobu z Dolních Věstonic

Výzkum archaické DNA dnes prožívá určitý boom. Stal se jedním ze stěžejních proudů komplexně pojaté paleoantropologie a podstatně rozšiřuje úhel našeho pohledu na původ anatomicky moderní lidské populace (Homo sapiens). Dobře zachovalý soubor kompletních lidských koster z doby počátečních lidských imigrací do Evropy před 30 tisíci lety, objevený v Dolních Věstonicích a Pavlově na jižní Moravě, bude mít v tomto směru mimořádný informační potenciál. Na prvním místě je to slavný věstonický trojhrob DV13– 15, odkrytý v srpnu 1986, a hrob osamělého muže DV16, jehož odkrytí následovalo na jaře 1987 (Vesmír 73, 137, 1994/3). Spolu s rozvojem paleogenetického výzkumu se však vynořil i závažný problém, možnost, a dokonce i vysoká pravděpodobnost kontaminace originálních kosterních materiálů moderní lidskou DNA – tedy dotykem všech, kdo s kostí přišli do styku (Vesmír 85, 164, 2006/3, s. 165–166). Proto jsme se dlouho bránili odběru vzorků, které by unikátní antropologický soubor nezvratně poškodily, aniž by přinesly spolehlivé informace. Teprve díky spolupráci s paleogenetickým pracovištěm profesora Svante Pääbo v Ústavu evoluční antropologie Maxe Plancka v Lipsku a díky jeho nové metodice jsme v roce 2009 přistoupili k odběru.

Abychom testovali zachovalost autentické DNA v trojhrobu z Dolních Věstonic, odebrali jsme malý, asi stomiligramový vzorek kostěného prášku ze stehenních kostí všech tří jedinců, tedy DV13, DV14 a DV15. Před odběrem jsme z každé kosti odstranili povrchovou vrstvu, abychom zabránili kontaminaci s DNA lidí, kteří se kosti v poslední době dotýkali. K odběru jsme použili sterilní zubařský vrták a vše proběhlo v čisté místnosti maximálně chráněné proti kontaminaci současnou DNA. Následně byla z kostního prášku extrahována DNA a oba konce každé molekuly fosilní DNA byly prodlouženy o krátké úseky syntetické DNA. Tyto tzv. adaptéry umožňují namnožit i velmi malá množství DNA metodou PCR. Většina DNA nalezené v kosti však není lidská, ale náleží mikroorganismům žijícím v kosti člověka po smrti (zemřelému patří pouze asi 5 % DNA). Lidskou mitochondriální DNA (mtDNA) jsme ze směsi bakteriální a lidské DNA získávali pomocí nové techniky vázaného prodlužování primerem (PEC, primer extension capture). Prostřednictvím této metody se malé oligonukleotidy, primery, naváží na specifický úsek fosilní DNA, jenž nás zajímá. Do vzorku se pak přidávají magnetické částice, které vytěsní fragmenty DNA, jež jsou vzápětí sekvenovány.

Podařilo se nám zachytit 8842 fragmentů mtDNA z jedince DV13, 925 fragmentů mtDNA z DV14 a 461 fragmentů mtDNA z DV15. Abychom potvrdili, že skutečně jde o autentickou DNA časně moderních pleistocenních lidí – a nikoli o DNA našich současníků či přímo kolegů –, použili jsme tři ověřovací postupy. Nejprve jsme se zaměřili na ty úseky, v nichž se každý z věstonických jedinců liší od naprosté většiny současné lidské mtDNA. Tím se podařilo prokázat, že mtDNA získaná pomocí PEC pochází vždy jen od jednoho jedince, tedy svého původního nositele. Protože počet pozorování byl nízký, přistoupili jsme k dalšímu kroku, k hledání mtDNA typu R0. Tento typ je totiž přítomný u téměř 50 % všech současných Evropanů a s velkou pravděpodobností by signalizoval kontaminaci moderní DNA. Ani nyní však podobná kontaminace zjištěna nebyla.

Zkoumané vzorky DNA vykazovaly poškození charakteristické pro archaické molekuly DNA (aDNA), jmenovitě fragmentárnost a vliv degradací modifikovaných bází na výslednou sekvenci. Tím se liší od recentní DNA. Na základě těchto výsledků lze předpokládat, že studovaná aDNA je autentická DNA paleolitických lidí.

Protože pochází vždy od jednoho nositele, nemá znaky většiny moderních lidských populací a objevují se u ní fyzické znaky typické pro pleistocenní DNA. Domníváme se, že námi získaná aDNA představuje autentickou DNA, kterou nesli obyvatelé Dolních Věstonic během svého života.

Za pomoci softwaru mapujícího a sestavujícího jednotlivé sekvence jsme v dalším kroku mohli pro všechny tři jedince zrekonstruovat dlouhé sekvence DNA. Pro jedince DV13 jsme dokonce dokázali generovat kompletní mitochondriální genom, který představuje teprve druhý případ u anatomicky moderního člověka z pleistocénu. U jedince DV14 jsme byli schopni zrekonstruovat asi polovinu mitochondriálního genomu a u jedince DV15 zhruba třetinu. Přesto tyto výsledky představují zatím největší databázi DNA pro časně moderní lidi z pleistocénu. Srovnáme-li mtDNA mezi těmito jedinci, pak můžeme říci, že všichni nesou odlišnou variaci sekvencí a vzájemně vykazují nejméně 5 odlišných pozic. Nebyli tedy přímými příbuznými v mateřské linii. Mitochondriální DNA všech tří jedinců však náleží ke skupině U, stejně jako jediná dosud seřazená pleistocenní mtDNA muže z Kostěnek v Rusku (Vesmír 88, 572, 2009/9). V populaci současné Evropy frekvence tohoto typu nepřesahuje 8 %. Před 30 tisíci lety zřejmě byla vyšší než dnes, a proto jsou lidé nesoucí takový typ mtDNA považováni za první kolonizátory Evropy. Genetické studie z pozdně mezolitických hrobů prokázaly, že tento typ DNA byl ještě v mezolitu relativně častější než v následujícím neolitu. Varianty zjištěné přinejmenším u jedinců DV13 a DV14 s největší pravděpodobností postupně vymizely spolu s původní pleistocenní populací, která byla překryta a smíšena s dalšími migračními vlnami, tak jak se postupně v Evropě objevovaly. Archeologické i genetické studie nám ukazují, že to byli především první neolitičtí zemědělci, pronikající do Evropy před 8–7 tisíci lety. Jedinou evropskou populací, v níž se vyskytuje mtDNA s frekvencí typu U hojně dodnes, jsou skandinávští Sámové (Laponci).

Díky nové metodice, vyvinuté v Ústavu evoluční antropologie Maxe Plancka, se časně moderní lidé z Dolních Věstonic stávají jedinečným zdrojem genetických informací. Sekvence mtDNA získané pro jedince DV14 a DV15 je však vzhledem k fragmentární povaze materiálu a velkým intervalům pro prokázání kontaminace nezbytné posuzovat jen jako předběžné. Kompletní mtDNA u těchto dvou a postupně i u dalších jedinců z Dolních Věstonic a Pavlova nám umožní sledovat velikost populace časně moderních lidí. To bude přínosné pro aktuální a živě diskutované otázky zániku neandertálců, nástupu moderních lidí a takzvané „lidské revoluce“. Pouze u velkých populací anatomicky moderního člověka totiž dochází k takové akumulaci poznatků, technologií a kulturních zvyklostí, jakou u neandertálců neznáme. Lidské pozůstatky z Dolních Věstonic a Pavlova jako jedna z největších kolekcí moderních lidí z pleistocénu budou nesporně hrát klíčovou roli v budoucích studiích – zachovalost původní DNA se zatím jeví jako excelentní.