I sedimenti in cui sono incorporati reperti archeologici sono stati a lungo considerati dalla maggior parte degli archeologi come sottoprodotti di scavi non importanti. Tuttavia, negli ultimi anni è stato dimostrato che i sedimenti possono contenere antiche biomolecole, incluso il DNA. "Il recupero dell'antico DNA umano e faunistico dai sedimenti offre nuove entusiasmanti opportunità per studiare la distribuzione geografica e temporale degli antichi esseri umani e altri organismi in siti in cui i loro resti scheletrici sono rari o assenti", afferma Matthias Meyer, autore senior dello studio e ricercatore presso il Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology di Lipsia.

Per studiare l'origine del DNA nel sedimento, i ricercatori di Max Planck hanno collaborato con un gruppo internazionale di geoarcheologi - archeologi che applicano tecniche geologiche per ricostruire la formazione di sedimenti e siti - per studiare la conservazione del DNA nei sedimenti su scala microscopica. Hanno utilizzato blocchi di sedimenti indisturbati che erano stati precedentemente rimossi dai siti archeologici e imbevuti di resina sintetica simile alla plastica (poliestere). I blocchi induriti sono stati portati in laboratorio e tagliati in sezioni per l'imaging microscopico e l'analisi genetica.

I ricercatori hanno estratto con successo il DNA da una raccolta di blocchi di sedimenti preparati fino a 40 anni fa, da siti in Africa, Asia, Europa e Nord America. "Il fatto che questi blocchi siano un'eccellente fonte di DNA antico, compreso quello originato dagli ominidi, nonostante spesso decenni di conservazione nella plastica, fornisce l'accesso a un vasto archivio non sfruttato di informazioni genetiche. Lo studio apre una nuova era di studi sul DNA antico che rivisiterà i campioni conservati nei laboratori, consentendo l'analisi di siti che sono stati riempiti da tempo, il che è particolarmente importante date le restrizioni di viaggio e l'inaccessibilità del sito in un mondo pandemico", afferma Mike Morley della Flinders University in Australia che ha guidato alcuni dei le analisi geoarcheologiche.

Abbondanza di microresti nella matrice sedimentaria

Gli scienziati hanno utilizzato blocchi di sedimenti dalla grotta di Denisova, un sito situato sui monti Altai nella Siberia centro-meridionale, dove è stato recuperato l'antico DNA di Neanderthal, Denisovani e umani moderni, e hanno dimostrato che piccole particelle organiche producevano più DNA dei sedimenti campionati casualmente. "Mostra chiaramente che l'alto tasso di successo del recupero del DNA di mammiferi antichi dai sedimenti della grotta di Denisova deriva dall'abbondanza di micro resti nella matrice del sedimento piuttosto che dal DNA extracellulare libero da feci, fluidi corporei o tessuto cellulare in decomposizione potenzialmente adsorbito su grani minerali, " afferma Vera Aldeias, coautrice dello studio e ricercatrice presso l'Università dell'Algarve in Portogallo. "Questo studio è un grande passo avanti per capire esattamente dove e in quali condizioni il DNA antico è conservato nei sedimenti", afferma Morley.

L'approccio descritto nello studio consente il campionamento su microscala altamente localizzato del sedimento per l'analisi del DNA e mostra che il DNA antico (aDNA) non è distribuito uniformemente nel sedimento; e che le caratteristiche specifiche del sedimento sono più favorevoli di altre alla conservazione del DNA antico. "Collegare l'aDNA del sedimento al microcontesto archeologico significa che possiamo anche affrontare la possibilità di movimento fisico dell'aDNA tra depositi sedimentari", afferma Susan Mentzer, ricercatrice presso il Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoenvironment (Germania).

Diyendo Massilani, l'autore principale dello studio, è stato in grado di recuperare notevoli quantità di DNA di Neanderthal da pochi milligrammi di sedimento. Ha potuto identificare il sesso degli individui che hanno lasciato il loro DNA e ha mostrato che appartenevano a una popolazione imparentata con un Neanderthal il cui genoma era stato precedentemente ricostruito da un frammento osseo scoperto nella grotta. "Il DNA di Neanderthal in questi piccoli campioni di sedimenti inclusi nella plastica era molto più concentrato di quello che troviamo tipicamente nel materiale sciolto", dice. "Con questo approccio sarà possibile in futuro analizzare il DNA di molti diversi individui umani antichi da un piccolo cubo di sedimento solidificato. È divertente pensare che sia presumibilmente così perché hanno usato la grotta come toilette per decine di migliaia di anni fa."

La ricerca è stata pubblicata in Proceedings of the National Academy of Sciences .