旧石器時代のペンダントから古代人類のDNAが回収

Nature volume 618、pages 328–332 (2023)この記事を引用

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メトリクスの詳細

石、骨、歯から作られた工芸品は、更新世の人類の生存戦略、行動、文化を理解するための基礎となります。これらの資源は豊富にありますが、この時代では珍しい埋葬物から発見されない限り、形態学的または遺伝的に特徴づけることができる特定の人間の個体に遺物を関連付けることは不可能です11。したがって、生物学的性別や遺伝的祖先に基づいて更新世の個人の社会的役割を識別する私たちの能力は限られています2、3、4、5。今回我々は、古代の骨や歯の人工物に閉じ込められたDNAを徐々に放出する非破壊的な方法の開発について報告する。この方法をロシアのデニソワ洞窟から出土した上部旧石器時代の鹿の歯のペンダントに適用したところ、古代のヒトと鹿のミトコンドリアゲノムが復元され、ペンダントの年齢を約19,000～25,000年と推定することができました。核DNA分析の結果、このペンダントの製作者または着用者と推定される人物は、同時期に生息していたが以前はさらに東のシベリアでしか発見されなかった古代北ユーラシア人グループと強い遺伝的類似性を持つ女性個人であることが判明した。私たちの研究は、先史考古学において文化的記録と遺伝的記録をどのように結びつけることができるかを再定義します。

旧石器時代の集合体には通常、たとえ近接して発見された場合でも、年代が数百年、数千年異なる可能性がある多数の物体が含まれています1。したがって、人間の遺体と特定の物体を関連付けることは困難な場合があります。堆積物からのヒト DNA の検索における最近の進歩 6、7、8 を利用して、人工物と遺伝子集団を結び付けることができます。しかし、これらの物体の特定の作成者または使用者を正確に特定するには、現代の法医学調査と同様に、物体自体から直接人間の DNA を回収する必要があります。理論的には、このような分析は、動物の骨や歯から作られた人工物に対して最も有望である。その理由は、それらが多孔質であるため体液（汗、血液、唾液など）の浸透を促すだけでなく、それらにはヒドロキシアパタイトが含まれているためである。 DNA を吸着し、加水分解とヌクレアーゼ活性による分解を軽減することが知られています 9,10。したがって、古代の骨や歯は、生物の生涯とその後の分解の間に生物体内で放出される DNA だけでなく、微生物の定着 11 や人間による取り扱いによって死後にマトリックスに侵入する外因性 DNA のトラップとしても機能する可能性があります。しかし、古代の骨格材料からの DNA 抽出には、破壊的なサンプリングが必要か、または抽出バッファーに直接浸漬すると標本が変質する危険性があります 12,13。更新世の遺跡では骨や歯の遺物、特に身体に密着して頻繁に扱われたり着用されたりしたペンダントやその他の装飾品が不足しているため、保存が最大の関心事です。したがって、我々は、表面の微細トポグラフィーを含む、材料の完全性を保存する骨や歯からの DNA 単離方法の開発と、骨や歯の人工物からの DNA 検索の可能性の調査に着手しました。

非破壊 DNA 抽出に適合する試薬を特定するために、フランスのカンセとレコテの旧石器時代の遺跡から、通常使用される材料とサイズと形状が類似した 10 個の未修飾の動物遺骨を選択しました (拡張データ表 1 および補足情報 1)。骨アーチファクトの生成のためにそれらを古代の DNA 抽出に以前に使用されたいくつかの試薬と、比較のために水に浸しました。これらには、(1) 非破壊 DNA 抽出用として以前に提案されていたチオシアン酸グアニジニウム含有試薬 12、(2) 古代 DNA 抽出で一般的に使用されていた脱灰剤であるエチレンジアミン四酢酸 (EDTA) 溶液 14、15、16、(3) ナトリウムが含まれます。表面に露出した汚染物質 DNA を除去するために使用される酸化試薬である次亜塩素酸塩 (漂白剤) 溶液 11,17、および (4) 界面活性剤を添加したリン酸ナトリウム緩衝液 11。最近、粉末骨サンプルから温度制御された DNA 放出を可能にすることが示されています 18。。

処理前後の定量的 3D 表面テクスチャ分析 19,20 を使用したマイクロトポグラフィーのマッピングにより、チオシアン酸グアニジニウム試薬または EDTA のいずれかに曝露されたすべての物体の実質的な表面変化が明らかになりました (拡張データ図 1 および補足情報 2)。対照的に、リン酸ナトリウム緩衝液を含む他の試薬では、散発的かつ小規模な変化のみが検出されました（図1b）。これは、おそらく、一部の試薬の色の目に見える変化によって示されるように、痕跡の沈殿物や他の小さな粒子が除去されたためと考えられます。オブジェクト (拡張データ図 2)。これらの結果に基づいて、我々は、21、37、60、および90℃のリン酸ナトリウム緩衝液中での連続インキュベーション（1回あたり3回のインキュベーション）を使用して、骨または歯の基質からDNAを段階的に放出するための非破壊的DNA単離法を開発した。温度（図1a）。

a. 高温でリン酸ナトリウム緩衝液を使用した段階的非破壊 DNA 抽出法のワークフロー。 b, 非破壊 DNA 抽出前後の、検査に使用した歯 (SP6649) の輪郭に示された 4 つの 3D 表面質感測定値 (1 ～ 4) は、実質的な表面変化を示していません。 c、洗浄および非破壊 DNA 抽出の前後の DCP1 の写真。

次に、この方法を、フランスのカンセ洞窟のシャテルペロニアン層で数十年前に発掘され、約 35 ～ 45,000 年前に道具として使用されていた可能性のある、Q10 ～ Q19 および Q27 とラベル付けされた 11 個の骨物体に適用しました ( ka)21 (拡張データ表 1 および拡張データ図 3)。我々は、各温度で回収した最初の DNA 画分から一本鎖 DNA ライブラリー 22,23 を調製し、哺乳動物のミトコンドリア (mt) DNA のライブラリーを濃縮しました 24。配列決定された mtDNA 断片を生物学的科レベルで哺乳動物分類群に割り当てるためのメタゲノムパイプライン 6 により、トナカイの骨であるオブジェクト Q10 の 60 ℃ および 90 ℃ 画分から 1,628 個のシカ科動物の mtDNA 断片が同定されました（それぞれ 109 個と 1,519 個の断片；図 2 および 1,519 個の断片）。補足データ 1)。これらの断片は、古代の DNA に見られるシトシン残基の脱アミノ化と一致して、末端でのシトシン (C) からチミン (T) への置換頻度の上昇を示しました 6,25 (補足データ 1)。象牙で作られた別の物体 Q15 では、37 °C、60 °C、90 °C のフラクションで C から T への置換頻度が上昇した 2,004 個のゾウ科 mtDNA 配列が得られました (それぞれ 248、325、1,431 フラグメント)。。さらに、我々は、11 の物体からのすべての DNA 断片において、古代の DNA 塩基損傷の証拠のないヒト科と動物の mtDNA 断片を特定しました。これは、発掘後のヒトとブタの DNA の汚染に起因するものです。ヒト DNA の汚染は特に深刻で、同定された mtDNA 断片の 70.9% ～ 98.3% (合計 293 ～ 92,949 断片、平均 17,627) に達しており、古代のヒトや他の哺乳類の DNA の痕跡が隠蔽されている可能性があります。

DNA 画分は、S (付着した沈殿物)、P (水洗中に回収された沈殿物ペレット)、および 21、37、60、および 90 (℃で示された温度でのリン酸緩衝液中での 3 回のインキュベーション) で示されます。ライブラリー調製効率が低い場合は、阻害物質の共抽出により DNA 回収率が低下していることを示します。「古代」分類群と「その他」分類群への割り当ては、シトシン脱アミノ化の証拠の重要性に基づいて、各科ごとに独立して実行されました。右下のグラフは、ヒト特異的 mtDNA 捕捉後の各画分で回収された脱アミノ化されたヒト mtDNA 断片の数を示しています (陽性画分のみ)。ボブ、ウシ科。カン、イヌ科。シカ科、シカ科。エレ、ゾウ科。 Equ、ウマ科。フェル、ネコ科。ホム、ヒト科。ヒャ、ヒャエニ科。ああ、その他。ムル、ムリ科。 Mus、イタチ科。 Rhi、サイ科。スパ、スパラ科。スイ、スイダエ。ウルス、クマ科。

現代の人間の DNA 汚染は、発掘中および発掘後に素手で扱われた物体の表面に遍在していると思われるため、我々は 2 つの旧石器時代の遺跡で進行中の発掘から遺物を収集しました。その際、部分的に露出したらすぐに手袋とフェイスマスクを使用して、汚染を防止しました。汚染。ブルガリアのバチョ・キロ洞窟で、ニッチ1の層I、H/I、I/Jから3つの上部旧石器時代の歯のペンダント（以下「BKP1～BKP3」）を回収しました（拡張データ図3）。デニソワ洞窟では、南の部屋の層 11 から歯のペンダント (「DCP1」) が回収されました (図 1c および拡張データ図 4)。

加工品に付着した大きな堆積物の塊は手作業で除去され、その後、加工品は 3 回連続して水洗して洗浄されました。次に、堆積物の塊から DNA が抽出され、水は洗浄に使用され、このプロセスで堆積物粒子が収集されました (「堆積物ペレット」)。また、上記の非破壊的方法を使用して人工物から直接収集されました。古代哺乳類の mtDNA は、一部の水洗液および関連する沈殿ペレットを除いて、分析されたすべての画分で検出されました (図 2)。 4 つの人工物から放出された DNA の軌跡は、リン酸ベースの DNA 抽出において 90 °C で最も高い収量の哺乳類 mtDNA が得られたという点で類似していました (BKP1、BKP2、BKP3 については最大 734、6,614、456、および 77,910 個の mtDNA 断片)および DCP1、それぞれ;補足データ 1)。しかし、Bacho Kiro Cave 材料のライブラリー調製効率は低く (多くの画分で 10% 未満)、これはおそらく阻害物質の共抽出が原因であり (図 2)、回収できる量よりも多くの DNA が放出されたことを示しています。順序付けられた。

37 °C、60 °C、および 90 °C で得られたリン酸 DNA 画分は、形態学的同定と一致して、BKP2 および BKP3 については古代ウルシ科の mtDNA 断片、DCP1 についてはシカ科動物の mtDNA 断片が大半を占めています (拡張データ表 1)。形態学的に不定であるBKP1の場合、リン酸画分はウシ科のmtDNA断片が大半を占めます。リン酸画分とは対照的に、人工物に付着した堆積物から回収された DNA は、分類学的にはより不均一です (図 2)。さらに、新たに発掘された遺物からは、クインセの資料よりも大幅に少ない数のヒト mtDNA 断片 (1 画分あたり 0 ～ 2,969、平均 246、補足データ 1) が回収されました。同様に、非常に少ない水 mtDNA 断片 (15 以下) が回収され、発掘後の汚染がほとんど発生していないことを示しました。注目すべきことに、DCP1 からの 90 °C 画分の 1 つで回収されたヒト mtDNA 断片の間で、シトシン脱アミノ化の顕著なシグナルが観察されました。

ヒト DNA の回収率を高めるために、特にヒト mtDNA をターゲットとする捕捉プローブセットを使用して、すべてのライブラリを再度濃縮しました。バチョ・キロ洞窟の物質の場合、これにより、BKP3 (29 個の脱アミノ化 mtDNA 断片) の堆積物ペレット中に微量の古代ヒト DNA の検出が可能になりましたが、他の画分では検出できませんでした。 DCP1 の場合、古代 DNA 塩基損傷の重要な証拠を持つヒト mtDNA 断片が、水洗から回収された最初の 2 つの沈殿物ペレット、最初の 37 °C と 60 °C の画分、および 3 つの 90 °C の画分すべてで同定されました (図 2)。）。最も多くの脱アミノ化ヒト mtDNA 断片が 2 番目と 3 番目の 90 °C 画分で得られ (それぞれ 971 と 1,096)、これは高温での長時間のインキュベーションにより古代ヒト DNA がペンダントから放出可能になったことを示しています。

DCP1 の 2 番目の 90 °C 画分（現在のヒトへの汚染推定値が最も低い画分（0.1%、95% CI: 0.0 ～ 2.8%））から追加のライブラリを調製すると、ヒト mtDNA の平均カバー率が 62 倍になりました。ゲノムとほぼ完全なコンセンサス配列 (補足情報 5)。この配列は、系統樹（図3a）でハプログループUに割り当てられたmtDNA配列と一緒に分類され、他のヒト個体のmtDNA配列と区別する7つの「診断」位置を含んでいます（拡張データ表2）。これらの位置と重複する mtDNA 断片のうち、86.6% (95% CI: 82.2 ～ 90.5%) が DCP1 の状態と一致し (拡張データ表 3)、このことは、この画分で回収された mtDNA 断片は、排他的ではなく、主に、おそらくペンダントの使用者または製作者である単一の古代人類。 DCP1 コンセンサス配列のサポートは、最初の (77.8%、95% CI: 40.0 ～ 97.2%) と 3 番目の (82.8%、95% CI: 78.9 ～ 86.2%) 90 °C リン酸画分ではわずかに低く、これはわずかに一致しています。これらの画分における現在の人体汚染の推定値はより高くなります (それぞれ、12.8%、95% CI: 1.0 ～ 24.6% および 6.6%、95% CI: 4.3 ～ 8.9%)。対照的に、DCP1 コンセンサスの支持は、前の 60 °C フラクションでは低く (37.5%、95% CI: 8.5 ～ 75.5%)、37 °C フラクションでは不確定で、最初のフラクションでは低い (20.0%、95% CI) : 5.7 ～ 43.7%) と 2 番目 (9.5%、95% CI: 1.2 ～ 30.4%) の沈殿ペレット。これらの結果は、最初の水による洗浄と90℃未満のリン酸緩衝液中でのインキュベーションにより、主に1人以上の他の個体から古代ヒトDNAが放出されたが、そのDNAは周囲の堆積物中に少量存在していたか、DCP1の表面に直接吸着していたことを示している。

a、現代 31、32 および古代 33 のヒト mtDNA 配列から再構築されたベイジアンツリーにおける DCP1 の位置 (完全なツリーについては補足情報 5 を参照)。ノードには対応する事後確率がラベル付けされており、x 軸は現在からの年数を表します。同定されたハプログループは、右側のバーで概説されています。 rCRS、ケンブリッジ参照配列の改訂版。 b、他の 6 人の古代人類個体からのデータと比較した DCP1 の X 常染色体比率 (すべての分子と脱アミノ化された分子のみを使用)。円は、各個人の X 対 (X + 常染色体) 断片の数の比率の計算値に対応します (一塩基多型 (SNP) の n) = 20,526、3,734、124,862、85,901、34,756、41,632、34,677各計算では 72,992 の SNP が x 軸に並べられています)。エラーバーは、各個人の測定値の 95% の二項 CI を表します。 c. 非アフリカ系現生ヒトゲノム 36 (灰色) の主成分 (PC) 分析。その上に古代ヒトゲノム (色付き) が投影されています。 DCP1 は、すべてのデータと脱アミノ化フラグメントのみを使用して 2 回分析されました。 AG3、アフォントバ・ゴーラ3; ANA、古代ネイティブアメリカン。 MA1、マルタ1; Russia_HG、ロシアの狩猟採集民。 UKY001、ウスチ・キャフタ; WSHG、西シベリアの狩猟採集民。

他の現代および古代のヒトmtDNAゲノムを含む樹木におけるDCP1コンセンサス配列の枝の長さに基づいて（図3a）、我々はその年齢を18.5千年（kyr）と推定し、95％の最高事後密度を有する間隔は4.6～31.6千年（補足情報5）。さらに、シカ科動物の mtDNA プローブを使用して、ワピチ (Cervus canadensis) として同定された歯の完全な mtDNA ゲノムを 635 倍のカバー率で再構築しました。この研究で生成された、既知の年齢の追加の 8 つの古代ワピチ mtDNA ゲノムを含むツリー (補足情報 6) は、DCP1 の年齢を 24.7 kyr (最高事後密度間隔 12.8 ～ 39.0 kyr) と推定しています。両方の遺伝年齢は互いに一致しており、第 11 層の DCP1 の近くで発見された木炭から得られた 2 つの放射性炭素年代の若い方と一致しています (OxA-X-3089-11: 現在より 24,200 ～ 23,830 年前に校正済み (cal bp)) OxA-X-3089-12: 39,180 ～ 37,560 cal bp)、確率 95.4% (補足情報 1)。したがって、非破壊 DNA 抽出後でも技術的には可能ですが、遺伝的年代測定によりペンダントの直接放射性炭素年代測定の必要性がなくなると考えられます (補足情報 3)。

核 DNA 分析では、2 番目と 3 番目の 90 °C リン酸画分からのライブラリを使用してハイブリダイゼーションキャプチャを実行し、現代人または古代人で多型であることが知られているヒトゲノム内の部位、およびヒトとヒトの間で配列の相違が大きい領域に位置する部位をターゲットにしました。人間および他の哺乳類8. これらのサイトのうち 336,429 か所 (対象サイトの 71.5%) で配列情報が得られ、現在のヒトおよび動物の汚染推定値は両方とも 1% 未満でした。 β3 統計および D 統計 27,28 を使用した現在の人類集団 26 との比較では、アメリカ先住民に対する高い親和性が示されています (拡張データ図 5)。他の古代人類個体を主成分分析に投影すると（図3c）、DCP1はシベリアのさらに東に生息する古代北ユーラシア個体群に分類され、これには約24万年のマルタ1号と約17万年のアフォントヴァ号が含まれる。強羅3個体29,30。これらの個体は両方とも、D 統計でテストした場合、非古代北ユーラシア人よりも遺伝的に DCP1 に近く (拡張データ図 6b)、3 人全員が β3 統計と D 統計で古代シベリア人およびアメリカ先住民と同様の類似性を示しました。 (拡張データ図 6a、c)。さらに、ライブラリの 1 つからショットガンデータを作成し、X 染色体と常染色体の配列範囲を比較できるようにしました。これは、主に女性個人に由来する 90 °C 画分のヒト DNA と互換性があります (図 3b)。および補足情報7)。

要約すると、私たちの研究は、骨や歯から作られた人工物が、これまで未開発だった古代人類の DNA 源であり、大昔にこれらの物体を扱い、持ち歩き、身に着けていた人々の祖先や生物学的性別についての洞察を提供できることを強調しています。今回報告した非破壊的 DNA 抽出法は、この DNA を段階的に放出することを可能にし、製造または使用中に物体の奥深くまで浸透した DNA と、周囲の堆積物に由来する可能性のある DNA を区別することを可能にします。注目すべきことに、DCP1 によって達成されたヒト核ゲノムの標的部位のカバー深さは、保存状態の良い更新世のヒトの遺体からのハイブリダイゼーション捕捉によって得られたものと類似しています 30。さらに、ヒトと動物の両方の DNA が回収されたことにより、その年齢を 2 つの独立した遺伝的推定値で推定することが可能になりました。

旧石器時代の骨遺物からどれくらいの頻度でヒトの DNA が回収できるかを決定するには、さらなる研究が必要です。表面の DNA 汚染はこれらの分析を妨げる可能性があるため、考古学者には、発掘中および発掘後の取り扱いを最小限に抑えるためのプロトコルを適用することを強くお勧めします。これが実現すれば、遺伝的分析と文化的分析を体系的に組み合わせて更新世の遺物の利用を研究し、特定の生物学的性別または遺伝的祖先を持つ個人によるタスクの専門化の可能性を明らかにすることが可能になるかもしれません。

試薬検査のために、フランスのカンセ (7 件) とレコテ (3 件) の中部旧石器時代後期および前期旧石器時代前期の堆積物から、加工されていない動物の遺骨 10 体を収集しました。これらは、工芸品の製造に使用された材料とサイズや形状が類似しています。データ表 1 および拡張データ図 2)。これらの標本の推定年齢は 55 から 35 キロの範囲です 21,37,38。次に、非破壊的な DNA 抽出が、キンセ洞窟で発掘された 15 個の骨標本に適用されました。これらはすべて、シャテルペロニアンテクノコンプレックスに起因し、おそらく紀元 45 年から 35 年頃のものとされる層 21,37 から、初期後期旧石器時代 (45 年から 43 年) に発掘された 3 つの歯のペンダントまでのものです。 ka) バチョキロ洞窟のニッチ 1 エリアの 39 層 40,41、およびデニソワ洞窟の南室の正方形 E-3 の層 11 (39 ～ 24 ka) で 2019 年に発掘された 1 本の歯のペンダント上データ表 1 および拡張データ図 3)。バチョ・キロとデニソワ洞窟からのサンプルは発掘され、滅菌手袋を使用して扱われ、現代の DNA 汚染の導入を最小限に抑えるために追加の予防措置が講じられました。サンプルとそれらが回収された考古学的背景についての詳細は、補足情報 1 に記載されています。

我々は、非破壊 DNA 抽出における潜在的な用途について 4 つの試薬を、通常骨や歯の道具や装飾品に変換されるサンプルと同等の 2 つの更新世サンプルにそれぞれ適用することにより評価しました。できれば試薬ごとに 1 つの骨と 1 つの歯の断片を選択します (拡張データ表) 1)。どの物体も完全にきれいではなく、液体にさらされると沈殿物の微粒子が放出される可能性があるため、試薬の化学組成に依存しない微小トポグラフィーの変化のベースライン測定値を取得するために水による処理も実行しました。試薬とインキュベーション条件は次のとおりです。

Rohland らによる博物館標本の非破壊 DNA 抽出方法をさらに詳しく説明したプロトコル 42 に従ってください。 (2004)12、サンプルは 10 ～ 15 ml のグアニジニウムチオシアネート緩衝液 (5 M グアニジニウムイソチオシアネート、50 mM Tris-HCl、pH 8.0、25 mM NaCl、1.3% Triton X-100、20 mM EDTA、pH 8.0、および５０ｍＭＤＴＴ）を加え、暗所で５日間インキュベートした。

界面活性剤(0.45 M EDTA、pH 8.0、および0.05% Tween-20)を添加したEDTA中でのインキュベーションを、室温で15分間実施した。 EDTA は、骨の主なミネラル成分であるヒドロキシアパタイトを溶解するための脱灰剤として、骨抽出プロトコルで広く使用されています 14、15、16。したがって、これはサンプル材料に重大な変化を引き起こすことが予想され、定量的 3D 表面性状解析 (3DST) 測定に対するそのような変化の影響を実証するために含まれました。

2 つのサンプルを、古代の人骨の汚染除去に以前に使用されていた試薬である 0.5% 次亜塩素酸ナトリウム (漂白剤) 溶液に 15 分間浸しました。漂白処理は表面に結合した DNA を破壊するため、DNA 抽出には適していません。ただし、この方法の後の実装では、非破壊 DNA 抽出前に汚染 DNA を除去するために使用される可能性があります。

DNA の温度制御された放出は、Essel らによる方法の修正バージョンに従って実行されました。 (2021)18 サンプルをリン酸ナトリウム緩衝液 (0.5 M リン酸ナトリウム、pH 7.0、および 0.1% Tween-20) に浸すことによって行います。連続インキュベーションは、21 (室温)、37、60、および 90 °C で実行され、それぞれのインキュベーション時間は 30 分間で、温度ごとに合計 3 回のインキュベーションが行われました。

すべての処理は、サンプルへの機械的損傷を避けるために、撹拌せずに 50 ml ファルコンチューブ内で実行されました。確実に完全に浸るように、試薬の量は各サンプルごとに個別に選択されました (5 ml ～ 17.5 ml の範囲)。室温を超える温度でのインキュベーションは、50 ml Falcon チューブ用のインサートを備えた Heating-ThermoMixer MHR 11 (Hetich Benelux) で実行されました。リン酸緩衝液中での 90 °C のインキュベーションでは、インキュベーション時間の終了までにチューブ内が確実に 90 °C に達するように、デバイスの温度を 99 °C に設定しました。処理後、すべてのサンプルを新しい 50 ml Falcon チューブに入れ、水中で室温で 1 時間インキュベートして残留試薬を除去しました。サンプルは室温で 5 日間乾燥させてから、保管容器に戻しました。

骨または歯の対象物の微細トポグラフィーの変化は、確立されたプロトコルに従って抽出の前後に定量的 3DST19 を使用して追跡されました 19,43。メッシュ公理 3D モデルが生成され、次の ISO 25178 パラメータが統計的検定に使用されました (対応のあるスチューデントの t 検定、処理前後、α ≤ 0.01): 平均粗さ (Sa)、空隙容積 (Vvv)、ピーク曲率 ( Spc）とピーク密度（Spd）。 3DST 測定に関する詳細は、補足情報 2 に記載されています。

さらに、リン酸ベースの非破壊 DNA 抽出とその後の 14C 年代測定との適合性を調査しました (補足情報 3)。

リン酸ナトリウム緩衝液は 3DST 測定において古代の骨や歯に実質的な変化を引き起こさなかったため、この試薬 18 を使用して完全な骨や歯から非破壊的に DNA を抽出するために、この試薬を使用して、骨や歯の粉末から温度を制御しながら段階的に DNA を放出する前述の方法を修正しました。。 DNA を段階的に抽出すると、抽出プロセス中のさまざまな DNA 成分 (内因性 DNA、周囲の堆積物からの環境 DNA、古代人類の DNA、および現在の汚染) の放出を綿密に監視することが可能になり、これらの DNA 成分がどのようなものであるかについて推論できる可能性があります。成分は、物体の表面または内部にまだ付着している可能性のある微量の堆積物に由来します。次に、このプロトコルをクインセイ、バチョキロ洞窟、デニソワ洞窟からの合計 15 個の標本に適用しました。温度制御された非破壊 DNA 抽出は、ドイツのライプツィヒにあるマックスプランク進化人類学研究所の古代 DNA クリーンルームで、以下の 4 つの手順に従って実行されました (概略図については図 1a を参照)。

このステップは、新たに発掘された材料に対してのみ実行されました。まず、試験片に付着した沈殿物の塊を、柔軟な使い捨てプラスチック製マイクロスパチュラを使用して手作業で注意深く取り除きました。次に、標本を 50 ml の Falcon チューブに入れ、20 ml ～ 50 ml の水をチューブに注いですすぎ、新しい Falcon チューブに移しました。沈殿物が水中に放出されなくなるまで、この手順を 2 ～ 3 回繰り返しました。次に、洗い流された沈殿物を含む水の入ったチューブを16,400gで5分間遠心分離して沈殿物をペレット化し、透明な上清を新しいチューブに移した。この手順で収集した 3 種類の物質 (手動で除去した沈殿物、遠心分離によって収集した沈殿ペレット、および透明な水) のすべてを、その後 DNA 精製に供しました (以下を参照)。

洗浄した各検体を 50 ml の Falcon チューブに入れ、リン酸ナトリウム緩衝液 (0.5 M リン酸ナトリウム、pH 7.0、および 0.1% Tween-20) を、検体が試薬に完全に浸るまで (5 ml ～ 50 ml) 添加しました。 ml）。室温で３０分間インキュベートした後（撹拌せずに）、緩衝液を新しい５０ｍｌファルコンチューブに移した。このステップを室温で 2 回繰り返し (21 °C、合計 3 回のインキュベーション)、次に 37 °C、60 °C、および 90 °C でそれぞれ 3 回繰り返しました (使用したデバイスと温度設定の詳細については上記を参照してください)。。残留試薬を除去するために水中での最後のインキュベーションを室温で実行し、標本を室温で 5 日間乾燥させました。

その後の DNA 精製を容易にするために、ステップ (1) および (2) で生成された水およびリン酸緩衝液の DNA 画分の容量の半分を、Amicon Ultra-4 遠心分離フィルターユニットを使用して DNA を濃縮することによって 50 μl ～ 75 μl まで減らしました。 Ultracel-3 膜 (Millipore)。このために、最大 4 ml または 15 ml の各サンプルをフィルターユニットに加え、21 °C に設定したアクティブ冷却ユニットを備えた遠心分離機で 4,000 g で 90 分間遠心分離しました。サンプル量が 4 ml または 15 ml を超えた場合、フロースルーは廃棄され、フィルターユニットに残りのサンプルが再ロードされました。最後に、フィルターユニット上の濃縮サンプルに 4 ml または 15 ml TE バッファー (10 mM Tris-HCl、pH 8.0、および 1 mM EDTA) を添加し、4,000 g で 30 分間遠心することによってバッファー交換を実行しました。上清を TE バッファー (10 mM Tris-HCl、1 mM EDTA、pH 8.0) で 300 μl まで満たし、新しい 1.5 ml エッペンドルフ低結合チューブに移し、さらに処理するまで -20 °C で保存しました。

DNA は、別の場所で詳述されるシリカベースの古代 DNA 抽出のためのカラムベースの方法を使用して、ステップ (3) で調製された濃縮 DNA 画分から単離されました 44。このために、300 μl の濃縮 DNA を結合バッファー「D」を使用した DNA 精製のインプットとして使用し、精製した DNA を 50 μl の溶出バッファーで回収しました。人工物から手動または水洗によって除去された堆積物サンプル (堆積物ペレット) からの DNA 抽出は、同じ方法を使用して実行されましたが、投入量が異なりました。簡単に説明すると、最大 130 mg の沈降物を 2 ml の低結合エッペンドルフチューブに移し、最大 2 ml の溶解バッファー (0.45 M EDTA、pH 8.0、0.05% Tween-20 および 0.25 mg ml-1) を加えることによって、ライセートを調製しました。プロテイナーゼ K) (100 mg 未満のサンプルの場合は 1 ml、25 mg 未満のサンプルの場合は 0.5 ml) を加え、回転させながら 37 °C で一晩インキュベートします。 DNA 精製は 500 μl または 1,000 μl のライセートを使用して実行されました。

サンプル材料を含まないリン酸ナトリウム緩衝液または溶解緩衝液を含む陰性対照を、その後のサンプル調製および配列決定のすべてのステップを通じてサンプルと一緒に運びました。サンプルのサブセットについては、4 つのインキュベーション温度のそれぞれで生成された最初のリン酸緩衝液画分のみから DNA を抽出しました。補足データ 1 は、この研究で生成された DNA 抽出物の概要を示します。

次に、Gansauge et al. に記載されている自動プロトコールを使用して、抽出物のうち 10 μl を一本鎖 DNA ライブラリーに変換しました。（2020）23．得られた固有のライブラリー分子の数とライブラリー調製の効率は、2 つの定量的 PCR アッセイを使用して決定されました 45。次いで、ライブラリーを増幅し、PCR46 によって二重インデックスを付けました。 DCP1 の 2 番目と 3 番目の 90 °C リン酸画分を除き、各 DNA 画分から 1 つのライブラリを調製し、そこから 5 つのライブラリを調製し、それぞれ配列データの収量を最大化しました。サンプル物質を含まないネガティブコントロールを、抽出およびライブラリー調製の各セットに使用しました。ライブラリー調製効率にはサンプル間で大きなばらつきがあったことに注意してください（図2および補足データ1）。バチョ・キロ洞窟標本から得られたリン酸DNA画分の平均21.8％から、DCP1の60.8％、クインセイの62.0％までの範囲です。標本。

人工物から回収された DNA の分類学的組成を決定するために、この研究で生成されたほぼすべての抽出物 (BKP3 の 2 番目と 3 番目のリン酸画分を除くすべてのサンプルとコントロール) から調製されたライブラリーは、ハイブリダイゼーションキャプチャによって哺乳類の mtDNA が濃縮されました。 242 種の哺乳類の mtDNA ゲノムを含むプローブセット (「AA75」) を使用します24。複数のライブラリーが同じ DNA 抽出物 (つまり、DCP1 の 90 °C リン酸画分) から調製された場合、最初のライブラリーのみが哺乳類 mtDNA について濃縮されました。さらに、すべてのライブラリーは、ヒトミトコンドリアゲノムの改訂された Cambridge 参照配列に基づいて 1 bp タイリングで設計されたプローブセット (「AA163」) を使用して、ヒト mtDNA に特化して濃縮されました 32。どちらのタイプの mtDNA キャプチャも、Slon et al. で詳述されているように、2 回連続の自動キャプチャを使用して実行されました。 (2017)6 または Zavala et al. （2022）47．実行された捕捉反応の概要は補足データ 1 に示されています。

mtDNA 捕捉に加えて、DCP1 の 1 回目、2 回目、3 回目の 90 °C リン酸画分から調製した 11 のライブラリーは、2 回連続の溶液中捕捉 48 によってヒト核 DNA が濃縮されました。この濃縮は、AA204 と名付けられた、以前に設計されたキャプチャプローブパネル 8 のサブセットを使用して実行され、2 つのグループの SNP をターゲットとしました：（1）59,232 個の SNP、セット 6 の「ヒト族診断部位」8 からランダムに選択され、霊長類が生息するゲノム内の位置を表します。他の哺乳類とは異なり、動物相の不一致を定量化するために使用されます。 (2) 「1240k」パネルから選択された 411,492 個の SNP 30,49 (Vernot et al. (2021)8 のセット 2)。この一連の SNP は、現代の人類集団の歴史を調査するのに有益です。どちらの SNP グループも、ヒトと他の哺乳類の間で進化順序が大きく異なる領域に位置しています 8。

mtDNAが濃縮されたライブラリーをプールにまとめ、2つのインデックスリード（2×76 + 2×8サイクル）を備えたペアエンド構成のMiSeqシーケンサー（Illumina Technologies）の複数レーンで配列決定しました。ヒト核 DNA が濃縮されたライブラリーは、同じ構成を使用する HiSeq 2500 で、または 2 つのインデックスリード (1× 76 + 2× 8 サイクル) を備えたシングルリード構成の HiSeq4000 (両方とも Illumina Technologies) でシーケンスされました。さらに、DCP1 の 2 番目の 90 °C リン酸画分から調製した 1 つのライブラリーを、シングルリード構成の HiSeq 4000 シーケンサー (Illumina Technologies) の 1 つのレーンで直接シーケンス (ハイブリダイゼーションキャプチャなしのショットガンシーケンス) しました。塩基呼び出しは Illumina の Bustard ツールを使用して実行され、配列は元のライブラリに割り当てられ、予想されるインデックスの組み合わせと完全に一致する必要がありました。 LeeHom (https://github.com/mpieva/leeHom/tree/v.1.1.5)50 は、アダプターをトリミングし、ペアエンドデータの場合は重複するペアエンド読み取りをマージするために使用されました。

哺乳動物またはヒトの mtDNA 捕捉から得られた配列は、BLAST および MEGAN (バージョン 0.0.12) 51 に基づく以前に公開された計算パイプライン 6 を使用し、Vernot et al. (2021)8 (補足データ 1 および補足情報 4)。簡単に言うと、後者の研究で説明されているように、少なくとも 3 つの固有の配列 (参照ゲノムの少なくとも 105 位置をカバーする) をファミリーに割り当てることを要求し、これらの配列が少なくとも分類学的に同定されたすべての配列の 1%。古代 DNA の存在は、分子末端の脱アミノ化率の代用として末端 C から T への置換の頻度を計算することにより、各ファミリー (および各ライブラリー) の配列について個別に決定されました。次に、分子の両端で 10% より有意に高い置換頻度 (95% の二項 CI に基づく) を、それぞれのファミリーの古代 DNA の存在の証拠として採用しました。

古代ヒト mtDNA を生成した DCP1 の画分における現在のヒトの汚染は、ソフトウェアツール AuthentiCT (バージョン 1.0.0)52 を使用して推定され、ほぼ完全なコンセンサス配列により、DCP1 の 2 番目の 90 °C 画分が at の位置を使用して求められました。 mtDNA ゲノムの少なくとも 10 倍の範囲。次に、このコンセンサス配列は、Haplogrep 2 (バージョン 2.4.0)53 によるハプログループ割り当てに使用され、mtDNA ゲノム内の「診断用」位置を特定するために使用され、DCP1 から回収された各 DNA 画分におけるコンセンサス配列のサポートを決定するために使用されました。 (拡張データ表 3)。ツリーの構築と遺伝的年代測定は、BEAST2 (バージョン 2.6.6) を使用して実行されました54。 mtDNA 分析に関する詳細情報は、補足情報 5 に記載されています。シカ DNA 成分の遺伝的年代測定のために、ほぼ完全なワピチ mtDNA ゲノムが、DCP1 から得られた最初の 60 °C リン酸画分と、8 つの古代ワピチサンプルから再構成されました。詳細は補足情報 6 に記載されています。

ヒト DNA 捕捉データは前述のように処理され 8、現生人類の汚染推定値が最も低いライブラリ (AuthentiCT に基づく) のデータがさらなる分析のために統合されました。現代およびその他の古代のヒト個体からの配列データを含む主成分分析は、smartpca (EIGENSOFT パッケージバージョン 8.0.0 より) を使用して実行されました 55。 R パッケージ admixr (バージョン 0.7.1)28 を使用して、DCP1 と選択された現代および古代の人類集団の間の共有遺伝的浮動を決定するために f3 統計が計算され、D 統計を使用してそれらの関係がさらに評価されました。 DCP1 から回収されたヒト DNA 成分の性判定は、動物相のミスマッピングに対するフィルター処理後の 2 番目の 90 °C リン酸画分から得られたショットガンデータにおける X 染色体と常染色体のカバー率を比較することによって行われました 8。詳細は補足情報 7 に記載されています。

研究デザインの詳細については、この記事にリンクされている Nature Portfolio Reporting Summary を参照してください。

この研究の結果を裏付けるデータは、記事とその補足情報に含まれています。

Bailey, G. 時間の視点、パリンプセスト、時間の考古学。 J.アントロポール。アーキオール。 26、198–223 (2007)。

Google スカラー

Kuhn, S. & Stiner, M. 母親は何をしなければなりませんか? ユーラシアにおけるネアンデルタール人と現生人類の分業。カー。人類ポール。 47、953–981 (2006)。

Google スカラー

ノーウェル、A. 氷河期で育つ: 鮮新世の子供たちの生きた生活の化石と考古学的証拠 (Oxbow Books、2021)。

オーウェン、LR「過去を歪める: ヨーロッパ後期旧石器時代におけるジェンダーと分業」(Kerns Verlag、2005)。

Villotte, S.、Charchill, SE、Dutour, OJ & Henry-Gambier, D. ヨーロッパの上部旧石器時代および中石器時代における生存活動と性的分業: 上肢付着部症からの証拠。 J. ハム。進化。 59、35–43 (2010)。

PubMed Google Scholar

スロン、V.ら。更新世の堆積物から得られたネアンデルタール人とデニソワ人の DNA。サイエンス 356、605–608 (2017)。

ADS CAS PubMed Google Scholar

ザヴァラ、EIら。更新世の堆積物の DNA から、デニソワ洞窟における人類と動物の入れ替わりが明らかになりました。ネイチャー 595、399–403 (2021)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vernot、B.ら。洞窟の堆積物からの核DNAとミトコンドリアDNAを使用して、ネアンデルタール人の人口史を発掘します。サイエンス 372、eabf1667 (2021)。

CAS PubMed Google Scholar

Lindahl, T. DNA の一次構造の不安定性と崩壊。 Nature 362、709–715 (1993)。

ADS CAS PubMed Google Scholar

Brundin, M.、Figdor, D.、Sundqvist, G. & Sjogren, U. ハイドロキシアパタイトへの DNA 結合: 微生物 DNA の保存の潜在的なメカニズム。 J.エンドッド。 39、211–216 (2013)。

PubMed Google Scholar

コルレヴィッチ、P. et al. 古代の骨や歯からの DNA 抽出における微生物や人間の汚染を軽減します。バイオテクニック 59、87–93 (2015)。

ADS CAS PubMed Google Scholar

Rohland, N.、Siedel, H. & Hofreiter, M. 博物館標本のミトコンドリア DNA 分析のための非破壊 DNA 抽出法。バイオテクニック 36、814-821 (2004)。

CAS PubMed Google Scholar

ゴメス、C.ら。骨や歯からの非破壊DNA抽出法、本当か嘘か？法医学。内部。ジュネット。 5、e279–e282 (2015)。

Google スカラー

Rohland, N. & Hofreiter, M. 骨と歯からの古代 DNA 抽出。ナット。プロトック。 2、1756–1762 (2007)。

CAS PubMed Google Scholar

ダブニー、J.ら。超短い DNA 断片から再構築された中期更新世ホラアナグマの完全なミトコンドリアゲノム配列。手順国立アカデミー。科学。 USA 110、15758–15763 (2013)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ガンバ、C.ら。ハイスループットシーケンシングのための 3 つの古代 DNA 抽出法のパフォーマンスを比較。モル。エコル。リソース。 16、459–469 (2016)。

CAS PubMed Google Scholar

Salamon, M.、Tuross, N.、Arensburg, B. & Weiner, S. 化石骨の結晶集合体には、比較的よく保存された DNA が存在します。手順国立アカデミー。科学。 USA 102、13783–13788 (2005)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Essel, E.、Korlevic, P. & Meyer, M. 古代の骨から温度を制御しながら DNA を抽出する方法。バイオテクニック 71、382–386 (2021)。

CAS PubMed Google Scholar

Schulz, E.、Calandra, I. & Kaiser, TM 有蹄動物の歯にトライボロジーを適用する。スキャニング 32、162–182 (2010)。

PubMed Google Scholar

Schulz-Kornas、E. et al. すべてが重要です。さまざまな摩耗性の餌を与えられたヤギ (Capra aegagrus hircus) の臼歯のマイクロウェアの質感です。パレオジオグル。古気候。パレオエコル。 552、109783 (2020)。

Google スカラー

Roussel, M.、Soressi, M.、Hublin, JJ シャテルペロニアンの難問: フランス、クインケーのブレードおよびブレードレット石材技術。 J. ハム。進化。 95、13–32 (2016)。

CAS PubMed Google Scholar

マイヤー、M.ら。古風なデニソワ人由来の高カバーゲノム配列。サイエンス 338、222–226 (2012)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gansauge, MT、Aximu-Petri, A.、Nagel, S. & Meyer, M. 古代の生物学的遺跡やその他の高度に分解された DNA ソースからの DNA 配列決定のための一本鎖 DNA ライブラリーの手動および自動調製。ナット。プロトック。 15、2279–2300 (2020)。

CAS PubMed Google Scholar

スロン、V.ら。哺乳類のミトコンドリア捕捉、動物相および未診断の遺骸における DNA 保存を迅速にスクリーニングするためのツール、およびケセム洞窟 (イスラエル) の中期更新世標本へのその応用。クォーターン。内部。 398、210–218 (2015)。

Google スカラー

ブリッグス、AW 他ネアンデルタール人のゲノム DNA 配列における損傷のパターン。手順国立アカデミー。科学。 USA 104、14616–14621 (2007)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マリック、S.ら。 Simons Genome Diversity Project: 142 の多様な集団からの 300 のゲノム。 Nature 538、201–206 (2016)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

パターソン、N.ら。人類の歴史における古代の混合物。遺伝学 192、1065–1093 (2012)。

PubMed PubMed Central Google Scholar

Petr, M.、Vernot, B. & Kelso, J. admixr - ADMIXTOOLS を使用した再現可能な分析のための R パッケージ。バイオインフォマティクス 35、3194–3195 (2019)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Raghavan、M. et al. 後期旧石器時代のシベリアのゲノムは、アメリカ先住民の二重祖先を明らかにします。 Nature 505、87–91 (2014)。

ADS PubMed Google Scholar

Fu, Q. et al. 氷河期ヨーロッパの遺伝的歴史。 Nature 534、200–205 (2016)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

グリーン、RE 他ネアンデルタール人のゲノムのドラフト配列。サイエンス 328、710–722 (2010)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

アンドリュース、RM 他ヒトミトコンドリア DNA のケンブリッジ参照配列の再解析と改訂。ナット。ジュネット。 23、147 (1999)。

CAS PubMed Google Scholar

グリーン、RE 他ハイスループットシーケンスによって決定された完全なネアンデルタール人のミトコンドリアゲノム配列。セル 134、416–426 (2008)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hajdinjak、M. et al. 後期ネアンデルタール人の遺伝史を再構築する。ネイチャー 555、652–656 (2018)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ケイ、PCA クロアチアのヴィンディヤ洞窟で発見された、高カバー率のネアンデルタール人のゲノム。サイエンス 358、655–658 (2017)。

Patterson, N.、Price, AL & Reich, D. 人口構造と固有分析。 PLoS ジュネット。 2、e190 (2006)。

ウェルカー、F.ら。コラーゲンのペプチドマスフィンガープリンティングによって測定された、シャテルペロニアン骨集合体のグルタミン脱アミド化の変動。科学。テクノロジー。アーキオール。 3、15–27 (2017)。

Google スカラー

レンドゥ、W. et al. 中期から後期旧石器時代への移行期における生存戦略の変化は、人類集団の環境への特異的な適応を明らかにします。科学。議員9、15817（2019）。

ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fewlass, H. et al. ブルガリアのバチョ・キロ洞窟にある旧石器時代中期から後期への移行期の 14 世紀の年表。ナット。エコル。進化。 4、794–801 (2020)。

PubMed Google Scholar

ハブリン、J.-J. 他。ブルガリアのバチョ・キロ洞窟から出土した初期後期旧石器時代のホモ・サピエンス。ネイチャー 581、299–302 (2020)。

ADS CAS PubMed Google Scholar

ツァノバ、T.ら。バチョ・キロ洞窟（ブルガリア）の初期上部旧石器時代の石器群。欧州人類進化学会の第9回年次総会にて。 120 (2020)。

Hofreiter, M. 博物館標本からの非破壊 DNA 抽出。方法Ｍｏｌ．バイオル。 840、93–100 (2012)。

CAS PubMed Google Scholar

マルティシウス、NL et al. 時間の経過: 3D 表面性状分析を使用して骨がどのように磨耗するかを評価します。 PLoS ONE 13、e0206078 (2018)。

PubMed PubMed Central Google Scholar

Rohland, N.、Glocke, I.、Aximu-Petri, A. & Meyer, M. ハイスループットシーケンシングのための古代の骨、歯、堆積物からの高度に分解された DNA の抽出。ナット。プロトック。 13、2447–2461 (2018)。

CAS PubMed Google Scholar

Glocke, I. & Meyer, M. 古代の骨と歯から取得された DNA 配列のスペクトルを拡張します。ゲノム研究所 27、1230–1237 (2017)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kircher, M.、Sawyer, S.、および Meyer, M. ダブルインデックスにより、Illumina プラットフォームでの多重シーケンスの不正確さが克服されます。核酸研究所 40、e3 (2012)。

CAS PubMed Google Scholar

ザヴァラ、EIら。古代 DNA の単一および多重ハイブリダイゼーション捕捉における相互汚染を定量化し、削減します。モル。エコル。リソース。 22、2196–2207 (2022)。

CAS PubMed Google Scholar

Fu, Q. et al. 中国の天源洞窟から出土した近世人類のDNA分析。手順国立アカデミー。科学。 USA 110、2223–2227 (2013)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Haak、W.ら。草原からの大規模な移住は、ヨーロッパにおけるインド・ヨーロッパ語族の起源となった。 Nature 522、207–211 (2015)。

ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Renaud, G.、Stenzel, U. & Kelso, J. leeHom: Illumina シーケンシング読み取りのためのアダプターのトリミングとマージ。核酸研究所 42、e141 (2014)。

PubMed PubMed Central Google Scholar

Huson, DH、Auch, AF、Qi, J. & Schuster, SC メタゲノムデータの MEGAN 分析。ゲノム研究所 17、377–386 (2007)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Peyregne, S. & Peter, BM AuthentiCT: 現代の DNA 汚染の割合を推定するための古代の DNA 損傷モデル。ゲノムバイオル。 21、246 (2020)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Weissensteiner, H. et al. HaploGrep 2: ハイスループットシークエンシング時代のミトコンドリアハプログループ分類。核酸研究所 44、W58–W63 (2016)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bouckaert、R. et al. BEAST 2.5: ベイジアン進化分析用の高度なソフトウェアプラットフォーム。 PLoS コンピューティング。バイオル。 15、e1006650 (2019)。

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

プライス、ALら。主成分分析は、ゲノム全体の関連性研究における層別化を補正します。ナット。ジュネット。 38、904–909 (2006)。

CAS PubMed Google Scholar

Rコアチーム。 R: 統計コンピューティングのための言語と環境。 http://www.R-project.org/ (R 統計コンピューティング財団、2013)。

リファレンスをダウンロードする

プロジェクトの初期段階での貢献に対して、V. Slon、C. Hopfe、M. Peresani、W. Roebroeks に感謝します。サンプルを提供してくれたP. Kosintsev。 A. Hübner 氏がデータ分析についてサポートしてくれました。 B. Schellbach と A. Weihmann は配列決定について協力してくれました。 S. Nagel、J. Richter、B. Nickel、A. Aximu-Petri には研究室で協力していただきました。データ処理には J. Visagie。原稿および/または後方支援に関するコメントについては、L. Jauregui、A. Bossoms Mesa、A. Pelin Sümer、H. Temming、A. Lister、M. Meiri、Z. Rezek。ソフィア国立自然史博物館の協力。バチョ・キロ洞窟の発掘を手伝ってくれたR・スパソフ。 F. レベック、A. レベック、C.-H. Bachelier と J. Bachelier、Quinçay と Les Cottés での研究を促進し支援してくれました。 Quinçay サンプルの形態学的同定については S. Rigaud に協力していただきました。マックス・プランク協会に資金提供。そして、フランス文化省は、レ・コテとカンセでの研究を許可し、資金を提供してくれました。デニソワ洞窟での考古学研究は、ロシア科学財団 (番号 22-28-00049) によって資金提供されました。 M.Soressi は NWO VICI 賞 (ネアンデルタール遺産 VI.C.191.07) によって資金提供されています。この放射性炭素年代測定の研究は、欧州連合のホライズン 2020 研究イノベーションプログラム補助金契約第 2 号に基づき、欧州研究評議会から資金提供を受けました。 715069 (FINDER) to KD EIZ による研究は、カリフォルニア大学バークレー校ミラー基礎科学研究所から一部資金提供を受けました。

マックス・プランク協会が提供するオープンアクセスの資金提供。

エレナ・I・ザバラ

現在の住所: 米国カリフォルニア州バークレーのカリフォルニア大学分子細胞生物学部

ツェンカ・ツァノバ

現在の住所：イタリア、ボローニャ、ボローニャ大学、アルマ・マーテル・スタジオルム、化学科「ジャコモ・チアミシアン」

ジャン＝ジャック・ユブリン

現在の住所: フランス、パリ、カレッジ・ド・フランス、古人類学教授

マテヤ・ハイディニャク

現在の住所: マックス・プランク進化人類学研究所、ライプツィヒ、ドイツ

これらの著者は同様に貢献しました: Elena Essel、Elena I. Zavala、Ellen Schulz-Kornas、Marie Soressi、Matthias Meyer

マックス・プランク進化人類学研究所、ライプツィヒ、ドイツ

エレナ・エッセル、エレナ・I・ザヴァラ、ヘレン・フューラス、ベンジャミン・ベルノット、アンナ・シュミット、マーリン・シマンスキー、ツェンカ・ツァノヴァ、シャノン・P・マクフェロン、ジャン＝ジャック・ハブリン、ジャネット・ケルソ、スヴァンテ・ペーボ、マティアス・マイヤー

サンフランシスコ州立大学生物学部、サンフランシスコ、カリフォルニア州、米国

エレナ・I・ザバラ

ライプツィヒ大学、虫歯学、歯内療法、歯周病学教室、ライプツィヒ、ドイツ

エレン・シュルツ・コーナス

ロシア科学アカデミー、シベリア支部、考古学民族学研究所、ノボシビルスク、ロシア

マキシム・B・コズリキン、マイケル・V・シュンコフ、アナトリー・P・デレビアンコ

ウィーン大学生命科学部進化人類学科（オーストリア、ウィーン）

カテリーナ・ドゥカ

人類進化と考古学科学 (HEAS) 研究ネットワーク、ウィーン大学、ウィーン、オーストリア

カテリーナ・ドゥカ

地球科学部門、自然史博物館、ロンドン、イギリス

イアン・バーンズ

Research House、トゥールーズ大学ジャン・ジョレス、CNRS UMR 5608 TRACES、トゥールーズ、フランス

マリー＝セシル・スーリエ

国立考古学研究所と博物館、ブルガリア科学アカデミー、ソフィア、ブルガリア

ニコライ・シラコフ

国立歴史博物館、ソフィア、ブルガリア

エレナ・エンダロワ

フランシス・クリック研究所、古代ゲノミクス研究所、ロンドン、英国

マテヤ・ハイディニャク

ライデン大学考古学部、ライデン、オランダ

マリー・ソレッシ

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E.Essel、M.Soressi、MM がこの研究を設計しました。 E.Essel、ES-K.、HF、M.Soressi、MM がメソッドを開発し、テストしました。 MBK、MVS、APD、IB、M.-CS、TT、NS、E.Endarova、SPM、J.-JH、および M.Soressi は、考古学資料を発掘、特定、または特徴づけ、および/または考古学的文脈と解釈を提供しました。 E.Essel、ES-K.、HF、KD、AS は室内実験を実施するかデータを収集しました。 E.Essel、EIZ、ES-K.、HF、BV、KD、M.Szymanski、JK、SP、MH、M.Soressi、MM がデータ分析を実施、支援、または監督しました。 E.Essel、EIZ、M.Soressi、および MM は、他のすべての著者からの意見をもとに原稿を執筆しました。 E.Essel、EIZ、ES-K.、MM、M.Soressi も同様にこの作業に貢献しました。

エレナ・エッセル、マリー・ソレッシ、マティアス・マイヤーとの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature は、この研究の査読に貢献してくれた Sophie Archambault de Beaune、Carles Lalueza-Fox、およびその他の匿名の査読者に感謝します。査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

選択した 4 つの表面テクスチャパラメーター、Sa (算術平均高さ)、Vvv (谷の空隙容積)、Spc (算術平均ピーク曲率)、および Spd (ピークの密度) の処理別の箱ひげ図 (EDTA = エチレンジアミン四酢酸、GuSCN = グアニジン)チオシアン酸塩試薬、Phos. = 界面活性剤を添加したリン酸ナトリウム緩衝液、漂白剤 = 次亜塩素酸ナトリウム、水 = 蒸留水、e = エナメル質、d = 象牙質)。

古代の DNA 抽出に使用されたさまざまな試薬 (GuSCN = グアニジンチオシアネート試薬、EDTA = エチレンジアミン四酢酸溶液、リン酸塩 = 洗剤を含むリン酸ナトリウム緩衝液、漂白剤 = 次亜塩素酸ナトリウム溶液) による処理の前後に撮影されたサンプルの写真。黒いバーは1cmを表します。写真はわずかに異なる角度、異なる照明設定とカメラ調整で撮影されたため、色を直接比較できないことに注意してください。

リン酸ベースの非破壊 DNA 抽出の前後に採取されたサンプルの写真。黒いバーは1cmを表します。写真はわずかに異なる角度、異なる照明設定とカメラ調整で撮影されたため、色を直接比較できないことに注意してください。

この写真は、ペンダントが取り外され、手袋を使用してビニール袋に入れられる直前に撮影されました。

各点は、計算 f3(X,Y; Mbuti) を使用した個別の統計を表します。ここで、Mbuti は外集団として機能し、人口 X は古代または現在の人類の集団、Y は DCP1 です。地図上の暖色系の色 56 は、より共有された遺伝的浮動を表します。

(A) 「1240k」SNPパネルの9,297〜787,534のSNPに基づく、DCP1および古代北ユーラシア人(ANE)の個人(Y)の、異なる古代シベリア人(WおよびX)に対する遺伝的親和性。 (B) 「1240k」SNPパネルからの13,618〜237,630のSNPに基づいて、DCP1およびMal'ta1の遺伝的親和性を古代現代人の選択と比較するD統計。赤色はすべての配列を示し、灰色は脱アミノ化された配列のみを示します。 (C) 「1240k」SNPパネルからの42,548〜574,391のSNPに基づく、異なる古代アメリカ人(WおよびX)に対するDCP1およびANE個人(Y)の遺伝的親和性。計算は、DCP1 のすべてのフラグメントまたは脱アミノ化フラグメントのみを使用して、admixr (バージョン 0.7.1) 経由で ADMIXTOOLS (バージョン 5.1) を使用して実行されました。誤差バーは、加重ブロックジャックナイフによって計算された 1 つの標準誤差を表します。 AG3 = アフォントヴァゴーラ 3。

この研究で調製された DNA ライセート、抽出物、ライブラリーの概要と、哺乳動物およびヒトの mtDNA 捕捉の結果。

ゲノム内の 470,724 個の位置をターゲットとしたヒト核 DNA キャプチャの概要と要約統計。

D(W, X; ANE, Chimp) を使用して admixr 経由で ADMIXTOOLS によって計算された D 統計。ここで、W は現在のアフリカ人、X は現在の非アフリカ人です。この表の値は、補足図 7.5 に視覚化されています。

D(W, X; ANE, Mbuti) を使用して admixr 経由で ADMIXTOOLS によって計算された D 統計。ここで、W は現在のアメリカ人、X は現在の非アフリカ人/アメリカ人です。この表の値は、補足図 7.6 に視覚化されています。

D(W, X; ANE, Mbuti) を使用して ADMIXTOOLS によって admixr 経由で計算された D 統計。ここで、W は古代シベリア人、X は古代アメリカ人です。この表の値は、補足図 7.7 に視覚化されています。

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転載と許可

Essel, E.、Zavala, EI、Schulz-Kornas, E. 他旧石器時代のペンダントから回収された古代人類のDNA。 Nature 618、328–332 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06035-2

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受信日: 2022 年 11 月 28 日

受理日: 2023 年 3 月 30 日

公開日: 2023 年 5 月 3 日

発行日: 2023 年 6 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06035-2

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ネイチャーレビュー遺伝学 (2023)

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