Il campo del DNA antico ha rivelato importanti aspetti del passato evolutivo umano, comprese le relazioni con Denisova e Neandertal. Questi studi si sono basati sul DNA di ossa e denti, che immagazzinano il DNA e lo proteggono dall'ambiente. Ma tali resti scheletrici sono estremamente rari, lasciando gran parte della storia umana inaccessibili all'analisi genetica.

Per colmare queste lacune, i ricercatori del Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology hanno sviluppato nuovi metodi per arricchire e analizzare il DNA nucleare umano dai sedimenti, che sono abbondanti in quasi tutti i siti archeologici. Fino ad ora, solo il DNA mitocondriale è stato recuperato da sedimenti archeologici, ma questo ha un valore limitato per studiare i rapporti della popolazione. L'avvento delle analisi del DNA nucleare dei sedimenti offre nuove opportunità per indagare sul profondo passato umano.

I sedimenti possono contenere materiale genetico di altri mammiferi

Quando si estrae l'antico DNA umano dai sedimenti, gli scienziati dovevano stare attenti ad evitare la notevole quantità di DNA di altri mammiferi, come orsi e iene. "Ci sono molti posti nel genoma umano che sono molto simili al DNA di un orso, Per esempio, " ha detto Benjamin Vernot, il primo autore dello studio. I ricercatori hanno preso di mira specificamente le regioni del genoma in cui potevano essere sicuri di isolare solo il DNA umano, e hanno anche progettato metodi per misurare il loro successo nella rimozione del DNA non umano. "Volevamo essere sicuri che non stavamo guardando accidentalmente alcune specie sconosciute di iena, " disse Verno.

Gli scienziati hanno applicato le loro tecniche per studiare più di 150 campioni di sedimenti provenienti da tre grotte. In due di questi, le grotte Chagyrskaya e Denisova nei monti Altai della Siberia meridionale, studi precedenti avevano analizzato il DNA delle ossa. Quindi gli autori sono stati in grado di confrontare il DNA dei sedimenti con il DNA delle ossa. "Le tecniche che abbiamo sviluppato sono molto nuove, e volevamo poterli testare in posti dove sapevamo cosa aspettarci, "ha detto Matthias Meyer, l'autore senior dello studio. I ricercatori hanno scoperto che il DNA dei sedimenti era strettamente correlato ai genomi recuperati dalle ossa di quei siti, dando loro fiducia nella robustezza dei loro metodi.

DNA nucleare recuperato da depositi di grotte nel nord della Spagna

Scavi al terzo sito, Galería de las Estatuas nel nord della Spagna, guidato da Juan Luís Arsuaga dell'Universidad Complutense de Madrid, aveva scoperto strumenti di pietra che abbracciavano un periodo compreso tra 70 e 115 mila anni fa. Ma era stato trovato solo un osso del piede di Neandertal, ed era troppo piccolo per prelevare il DNA. "Non c'era modo di studiare la genetica dei Neandertal che vivevano a Estatuas, " ha detto Asier Gómez-Olivencia, uno scienziato del team Estatuas dell'Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. Il DNA nucleare estratto dai sedimenti ha rivelato che nessuno, ma nella grotta avevano abitato due popolazioni di Neandertal, con il gruppo originale sostituito da un gruppo successivo circa 100 mila anni fa.

Quando gli scienziati hanno confrontato il DNA del sedimento con altri campioni scheletrici, notarono una tendenza sorprendente:sembravano esserci state due "radiazioni" di Neanderthal, con la popolazione più anziana di Estatuas derivante da una radiazione, e la popolazione più giovane da un secondo evento. "Ci chiedevamo se queste radiazioni, insieme alla sostituzione della popolazione a Estatuas, potrebbe essere legato ai cambiamenti climatici, o ai cambiamenti nella morfologia di Neandertal che si sono verificati in questo periodo di tempo, anche se avremo bisogno di più dati per dirlo con certezza, ", ha detto Juan Luís Arsuaga.

Nuove intuizioni nel profondo passato umano

Anche per i siti in cui gli studi hanno precedentemente analizzato il DNA delle ossa, è possibile trarre nuove intuizioni dai sedimenti. Nella grotta Chagyrskaya, precedenti studi archeologici avevano suggerito che gli occupanti di Neandertal appartenessero a un'unica popolazione, e visse lì solo per poco tempo. Ma poiché il lavoro precedente aveva recuperato solo un singolo genoma da una delle ossa trovate nel sito, non c'era modo di dire se fosse rappresentativo dell'intera popolazione che viveva intorno alla grotta Chagyrskaya. Il DNA del sedimento è stato in grado di confermare questa ipotesi. "Abbiamo prelevato campioni di sedimenti da tutta la stratigrafia, e sembravano tutti molto simili al DNA dell'osso, anche se il DNA del sedimento proveniva da più individui, " ha detto Kseniya Kolobova presso l'Istituto di Archeologia ed Etnografia, Accademia Russa delle Scienze, il capo archeologo della grotta Chagyrskaya.

"L'alba dell'analisi del DNA nucleare dei sedimenti estende enormemente la gamma di opzioni per scoprire la storia evolutiva degli antichi umani, " ha detto Vernot. Liberando il campo del DNA antico dai vincoli di trovare resti umani e ampliando il numero di siti potenzialmente adatti per le indagini, "Ora possiamo studiare il DNA di molte più popolazioni umane, e da molti altri posti, di quanto si pensasse in precedenza possibile, " ha detto Meyer.