Anthropology and Genetics of the Tolyonsky Burial Ground № 93. Udmurtia, Polomskaya Archaeological Culture

Full Text

Интерес к истории формирования удмуртского этноса находится в фокусе внимания ученых различных направлений. Однако сочетание генетического анализа с реконструкцией внешности по черепу древнего населения Удмуртии крайне редки. В настоящем исследовании проведены комплексное антропологическое и генетическое исследования на материалах одного конкретного погребения, что является уникальной практикой для данного региона. Инициирована эта работа была созданием на базе историко-культурного музея-заповедника “Иднакар” им. М.Г. Ивановой (г. Глазов, Республика Удмуртия) виртуального музея погребального обряда финно-пермского населения. В силу ряда причин для комплексного анализа было выбрано мужское погребение № 93 Тольёнского могильника, относящегося к памятникам поломской археологической культуры. Костяк был передан в музей-заповедник вместе с антропологической коллекцией из разновременных погребальных комплексов в 2020 г. из Удмуртского института истории, языка и литературы УдмФИЦ и находится сегодня на постоянном хранении в фондах музея¹.

Впервые правила по работе с древней ДНК были изложены в работах в 1986 1987 гг. (О. Handt с соавт., М. Krings с соавт.), они успешно применяются и по сей день. Ряд ведущих российских лабораторий (под руководством проф. Е.И. Рогаева, проф. Е.Б. Прохорчука, А.С. Пилипенко, И.В. Корниенко) так же, как и зарубежные коллеги используют данные стандартные подходы. Оснащение такого рода лабораторий по древней ДНК требует немалых капитальных вложений и финансовых затрат на их поддержание. В настоящей работе впервые применен инновационный подход, разработанный в лаборатории исторической генетики МФТИ в Москве.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Неполный посткраниальный скелет и череп из разрозненных костей были доставлены в Центр физической антропологии (ЦФА) Института этнологии и антропологии РАН из “Историко-культурного музея-заповедника Удмуртской республики “Иднакар" им. М.Г. Ивановой. Сохранность можно охарактеризовать как среднюю. Череп был реставрирован. Определение пола по черепу проводили по стандартным методикам В.П. Алексеева, Г.Ф. Дебеца [1]. Определение пола по скелету осуществлялось на основе формы большой седалищной вырезки тазовой кости, обращали внимание также на такие визуальные признаки как массивность скелета и развитие костного рельефа [2].

Датирование радиоуглеродным методом и количественный состав изотопов азота и углерода проводили в лаборатории археологической технологии Института истории материальной культуры (ИИМК) РАН. Анализ изотопного состава выполнен на масс-спектрометре ThermoFinnigan Delta V с элементным анализатором СЕ/ЕА-1112.

Восстановление прижизненной внешности на основе черепа № 93 из Тольёнского могильника проведено методом М.М. Герасимова [3]. В лаборатории антропологической реконструкции ЦФА ИЭА РАН после многолетних исследований создана и апробирована программа “Алгоритм внешности", обобщающая опыт российской школы антропологической реконструкции и включающая основные достижения зарубежных специалистов [4]. Современные реконструкции, выполненные с применением этой программы, отличаются большой достоверностью и точной передачей деталей, индивидуализирующих внешность.

Описание инновационного подхода в организации устройства лаборатории для исследований древней ДНК

Впервые правила по работе с древней ДНК были изложены в работах [5–9]. Ряд ведущих российских лабораторий (под руководством проф. Рогаева Е.И. [10], проф. Прохорчука Е.Б. [11], Пилипенко А.С. [12], Корниенко И.В.) используют данные стандартные подходы.

В лаборатории исторической генетики МФТИ для работы с археологической ДНК человека впервые применен инновационный подход, при котором все работы с древней ДНК проводились в системе компактных изоляторов в виде перчаточных боксов, соединенных друг с другом передаточными камерами и все вместе размещенных в ламинарном укрытии. Важнейшую роль в обеспечении чистых условии в системе сыграло замещение в нем атмосферного воздуха азотом особой чистоты. При таком подходе удается обеспечить высочайшую степень защиты от контаминации ДНК человека без применения систем изолированных чистых комнат.

Все работы по пробоподготовке образцов и выделению ДНК проводились в лаборатории, оснащенной независимой системой вентиляции, которая обеспечивает предварительную очистку атмосферного воздуха и создает избыточное давление в помещении. При входе в лабораторию организован барьер для перехода из “грязной" в “серую" зону. В центре лаборатории установлено ламинарное укрытие с вентиляционными блоками, оснащенными фильтрами грубой и тонкой очистки воздуха и блоками УФ-облучения. Ламинарное укрытие формирует “чистую" зону. В “чистой" зоне установлена система перчаточных боксов, соединенных между собой передаточными камерами. Перчаточные боксы обеспечивают физическое отделение рабочей зоны от окружающей среды, а передаточные камеры – перемещение образцов, расходных материалов и инструментов. Небольшие внутренние объемы перчаточных боксов и небольшая площадь поверхностей облегчают очистку боксов и размещенного в них оборудования. Установленный в каждом боксе источник УФ позволяет достигать высоких экспозиций облучения и, соответственно, эффективной инактивации посторонней ДНК. Прозрачность толстостенного акрила, из которого изготовлены перчаточные боксы и передаточные камеры, обеспечивает хорошие освещенность и обзор рабочего пространства.

Перчаточные боксы и передаточные камеры заполнены азотом особой чистоты. Принципиальным при таком подходе является то, что в азоте из-за специфики его получения из атмосферного воздуха абсолютно отсутствуют частицы органического происхождения (в частности фрагменты человеческой ДНК), что недостижимо при использовании самых современных воздушных фильтров.

Для получения азота особой чистоты использован газогенератор PEAK Scientific NG-5000A. Газогенератор имеет сравнительно невысокую производительность (до 5 л в мин), однако при использовании двух 270-ти литровых ресиверов, наполняемых до 8 атмосфер, накапливается объем чистого азота, необходимый для работы в боксах. Принцип действия этого прибора основан на технологии короткоцикловой безнагревательной адсорбции (PSA – Pressure Swing Adsorption) для разделения молекул азота и кислорода углеродными молекулярными ситами (CMS – Carbon Molecular Sieve). Атмосферный воздух подается в газогенератор PEAK Scientific NG-5000A под давлением и проходит три системы фильтров: фильтр предварительной очистки (от частиц размером более 1 микрона), фильтр тонкой очистки (от частиц размером более 0.1 микрона) и угольный фильтр (Carbon filter) для молекулярной очистки от вирусов, летучих органических соединений, паров, мельчайших твердых частиц воздуха. Далее очищенный воздух поступает в колонны, наполненные гранулами с порами 3 ангстрема (углеродные молекулярные сита). При прохождении через колонны создается чистый азот, которым наполняются накопительные ресиверы. Один цикл генерации азота длится несколько минут, по истечении которых осуществляется процедура регенерации гранул в колоннах. При регенерации все остатки загрязнений от предыдущего цикла выбрасываются потоком кислорода в атмосферу, что обеспечивает практически неограниченный ресурс колонн с молекулярными ситами.

Для откачки атмосферного воздуха из передаточных камер использован высокопроизводительный вакуумный насос ULVAC GLD-051. Подача особо чистого азота в перчаточные боксы и передаточные камеры, а также эвакуация из них газа осуществляется через независимые системы газоводов.

Каждый бокс предназначен для определенного этапа работы с древними образцами. Первый – для механической очистки образцов, второй – для ультразвуковой “обдирки", третий – для измельчения образцов до состояния костной муки, четвертый – для выделения ДНК, пятый – для “мокрых работ". Внутри каждого бокса размещено необходимое оборудование и дополнительные УФ-лампы. Работы в одном боксе должны осуществляться только с одним археологическим образцом, после чего бокс и его содержимое должны тщательно обрабатываться гипохлоритом натрия, промываться водой, облучаться ультрафиолетом и заполниться чистым азотом. Таким образом в боксах достигается высокая степень чистоты от следов ДНК от предыдущих экспериментов и ДНК из внешней атмосферы.

Все работы по приготовлению NGS-библиотек (Next-Generation Sequencing) проводятся на другом этаже здания в изолированном от современной ДНК лабораторном помещении так же в специальных перчаточных боксах с газовой средой из азота высокой чистоты.

Пробоподготовка и выделение ДНК из археологических образцов

Стоматологическим прецизионным оборудованием Implantmed SI-923 с фрезой из твердосплавного металла очищался корень зуба от верхнего слоя загрязнений, а отрезной фрезой с корня зуба срезалась коронка. Затем для удаления более глубоких слоев загрязнения зубов проводилась кавитационная “обдирка" в ультразвуковой мойке SONIPREP 150 PLUS в ультрачистой воде со спиртом при определенных оптимизированных настройках мощности и амплитуды ультразвуковых колебаний. Далее образцы зубов выдерживались под УФ-облучением по 5 мин с каждой стороны.

Как было показано в ранее опубликованной работе [14], при измельчении дентина и богатого ДНК цементита выделяется ДНК больше по сравнению с тем, что выделяется из порошка дентина высверленного из корня зуба. Поэтому измельчению до состояния костной муки подвергался весь очищенный корень зуба. Измельчение проводилось в шаровой мельнице FRITSCH Рulverisette 23.

ДНК выделялась из зубного порошка массой 0.2 г. в соответствии с протоколом [15]. В одном боксе выделялась ДНК только из одного археологического образца и отрицательного контрольного образца для отслеживания уровня контаминации. Во всех последующих процессах, связанных с пробоподготовкой археологической ДНК при приготовлении NGS-библиотек, также готовился и отрицательный контроль. ДНК из одного образца № 93 выделялась несколько раз из разных зубов. Совпадение результатов генотипирования ДНК, выделенной из разных зубов, т.е. их повторяемость, является прямым указанием на принадлежность зубов к одному и тому же индивиду, а также указанием на отсутствие контаминации со стороны как современной ДНК, так и древней ДНК других образцов. Количество ДНК оценивалось с использованием набора Quantifiler™ Trio (TFS, USA) согласно протоколу производителя.

Определение Y-хромосомного гаплотипа индивида № 93 из Тольёнского могильника

С использованием набора реактивов Yfiler™ Plus PCR Amplification Kit (TFS, USA) был генотипирован образец ДНК индивида № 93. Данный набор реагентов зарекомендовал себя высокочувствительным к деградированным археологическим образцам [16–19]. Фрагментный анализ 27-ми STR-локусов Y-хромосомы осуществлялся на секвенаторе AB3500xl (TFS, USA) с разделительной матрицей POP-7 (TFS, USA) согласно инструкциям производителя. Количество циклов ПЦР амплификации было увеличено с рекомендуемых 25 до допустимых 32, что положительно сказалось на результатах. Последующая обработка данных осуществлялась в программе IDX v.1.4 GeneMapper (TFS, USA). Предполагаемая гаплогруппа определялась в онлайн программе https://www.nevgen.org/.

Next-Generation Sequencing (NGS) – мощный эффективный метод палеогенетических исследований

Создание геномных библиотек осуществляюсь с использованием набора реагентов KAPA HyperPrepkits (Roche, Switzerland). C помощью специально разработанной панели зондов обогащали целевые участки генома. Данная кастомная панель маркеров включает такие таргетные участки как SNP Y-хромосомы нерекомбинирующей части (NRY), полную митохондриальную ДНК и SNP, связанные с предсказанием фенотипических признаков (см. Приложение). Контроль качества полученных библиотек производился на приборе Agilent Bioanalyzer 2100 с помощью набора реагентов High Sensitivity Kit (Agilent Technologies, USA) по протоколу производителя.

NGS проводилось на секвенирующей платформе Miseq (Illumina, USA). Подготовка геномных библиотек к запуску их секвенирования осуществлялась согласно протоколам Illumina (Reagent Kit v2 300-cycles).

Первичная обработка NGS-данных, включая бейсколинг и демультиплексирование, была выполнена с использованием программного обеспечения MiSeq Control/RTA (Illumina). Сырые прочтения для каждого образца были предварительно обработаны с использованием программы PRINSEQ-lite [20] для исключения последовательностей низкого качества (среднее качество прочтения Q-score <25) и коротких фрагментов (длина чтения <50 нуклеотидов). Проведение картирования осуществлено на референсный геном человека (GRCh38) с использованием программного пакета BWA [21]. Проведение поиска SNP и аннотирование SNP проведено с использованием программного пакета GATK [20]. При этом были отфильтрованы варианты, которые не соответствовали следующим критериям: глубина прочтения >15×, качество картирования >30. Гаплогруппы Y-хромосомной ДНК были определены с использованием баз данных ISOGG.

Гаплогруппы мтДНК были определены с помощью онлайн-программы haplogrep.org, путем загрузки vcf-файлов с полной последовательностью митохондриальной ДНК.

Археологическое описание памятника

Тольёнский могильник расположен на южном склоне коренной террасы правого берега р. Чепцы к юго-западу от дер. Тольён в Дебёсском р-не Удмуртской Республики [22]. Он впервые упоминается археологом Н.Г. Первухиным, проводившим археологические изыскания в Глазовском уезде в 80-е гг. XIX в. [23]. Дальнейшие описания памятника проводились в 1960, 1983, 1985, 1986 гг. [24, 25]. Археологическая коллекция, полученная в результате этих работ, в 2019 г. передана на постоянное хранение в ИКМЗ “Иднакар" им. М.Г. Ивановой из УИИЯЛ УрО РАН Удм ФИЦ^". Судя по вещественным артефактам (посуда, украшения, оружие и др.), исследованный участок использовался для захоронений в VIII–X вв. В.А. Семёнов [25] датировал могильник IX–началом X в. Современное состояние памятника оценено как удовлетворительное.

Погребение № 93 было исследовано в 1986 г. в ходе работ под руководством В.А. Семёнова [26]. Мужчина был похоронен на глубине 78 см в гробовище из луба. Слева от черепа были найдены втульчатый и черешковый с обломленным черешком наконечники стрел, в изголовье – втульчатый топор с умеренно расширяющимся и незначительно оттянутым назад лезвием. В области таза лежал нож со сломанным острием клинка, а у левой ступни, но за пределами гробовища, наконечник копья с двушипным пером подтреугольной формы и отверстием подзагвоздок в нижней части втулки. Предположительные датировки утвари – от VII до X вв. н.э.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Антропологическое исследование

По признакам черепа и посткраниального скелета исследуемый индивид, несомненно, мужского пола. По совокупности остеологических параметров возраст оценивается в 35–40 лет. Благодаря проведенной реставрации черепа удалось применить краниометрическую программу в полном объеме. Череп пригоден для достоверной реконструкции внешнего облика.

Краниометрические параметры представлены в табл. 1, во втором столбце. По продольному диаметру (наибольшая длина) череп попадает в категорию средних значений. Поперечный диаметр (наибольшая ширина) находится на границе больших и средних размеров. Большинство других широтных размеров попадают в категорию больших: голова и лицо широкие. Также измеряли: скуловой диаметр, верхнюю и среднюю ширину лица, назомалярный и зигомаксиллярный углы, глубину клыковой ямки. Эти показатели свидетельствуют о некоторой уплощенности лица, нос большой по длине и ширине, переносье довольно высокое и среднеширокое, нос выступает значительно.

 

Таблица 1. Краниологические измерения и рассчитанные прижизненные размеры головы индивида № 93 из Тольёнского могильника

Череп / голова	Размеры (мм)
	череп	голова
Продольный диаметр / продольный диаметр	180	194
Поперечный диаметр / поперечный диаметр	148	161
Ширина лба / ширина лба	115	130
Наименьшая ширина лба / наименьшая ширина лба	99	109
Расстояние между эктокантионами / расстояние между наружными уголками глаз	103.5	87.5
Межглазничное расстояние / расстояние между внутренними углами глаз	20	36
Скуловой диаметр / скуловой диаметр	143	153
Морфологическая высота лица (МВЛ) / МВЛ	126	133
Физиономическая высота лица* (МВЛ)	(126)	193*
Высота лба / высота лба	60	60
Верхняя ширина лица / верхняя ширина лица	111	121
Высота носа / высота носа	64	64
Симотическая ширина / ширина переносья	8	13
Ширина между носочелюстными точками / ширина спинки носа	17	22
Расстояние от подносовой точки до нижней носовой раковины / высота крыла носа	16	16
Угловая ширина нижней челюсти / угловая ширина нижней челюсти	112	132
Высота верхней челюсти от подносовой точки до супрадентальной / высота верхней губы	13	13
Высота подбородка / высота подбородка	21	28
Высота нижней челюсти / высота нижней челюсти	41	48
Высота нижней части лица/высота нижней части лица	62	69
Высота уха* (скуловой диаметр)	(143)	65.4*
Ширина уха* (высота уха)	(65.5)	38.5*
Ширина носа* (расстояние между альвеолярными возвышениями клыков)	(37)	36.5*
Ширина между носогубными складками* (расстояние между альвеолярными возвышениями клыков)	(37)	53*
Ширина рта* (ширина зубной дуги на уровне вторых премоляров)	(53)	56*
Высота глазной щели* (высота орбиты)	(35)	10*
Длина глазной щели* (ширина орбиты)	(44)	26.4*

Примечание. * – размер, рассчитанный по уравнению регрессии на основе размера черепа, указанного в скобках. Остальные размеры рассчитаны путем прибавления толщины мягких тканей.

 

На основе размеров черепа были рассчитаны индексы. Черепной указатель индивида попадает в категорию брахикрании (широкий), что означает, что мозговая часть черепа имеет округлую форму. По поперечному фацио-церебральному указателю (отношению скулового диаметра к поперечному) череп характеризуется большим значением. Общий лицевой и верхний лицевой указатели попадают в градации малых размеров. Таким образом, индивид обладает низким и широким лицом. В целом индивид характеризуется брахикранией, большими широтными размерами как мозговой части черепа, так и лица.

Исследование посткраниального скелета

По рубрикациям А.Г. Тихонова продольные и поперечные размеры плечевой кости попадают в категории малых и очень малых значений [27]. Можно отметить, что бедренная кость входит в градации больших размеров, а ее поперечные параметры – средние. По длине большеберцовая кость принимает среднее значение.

Мышечный рельеф развит незначительно. Практически все доступные для описания признаки, характеризующие рельеф, на верхних конечностях оцениваются в 1 балл по трехбалльной шкале, а на нижних конечностях – в 1–2 балла [28].

Остеометрические указатели, определение типа телосложения и прижизненной длины тела (роста)

Удалось рассчитать некоторые индексы, характеризующие пропорции скелета. Так, ключично-плечевой указатель входит в градации средних размеров, что говорит о гармоничном развитии ключицы и плечевой кости относительно друг друга. Берцово-бедренный указатель попадает в малые размеры, что свидетельствует о некоторой удлиненности бедренной кости относительно большеберцовой. Плече-бедренный указатель относится к категории малых величин, можно констатировать удлинение нижней конечности относительно верхней.

Длина тела была определена по формуле В.В. Бунака [29]. Прижизненный рост индивида составлял порядка 166 см. Для раннего средневековья этот рост оценивается как средний для мужского населения Европейской равнины. Отмечается некоторая удлиненность нижних конечностей относительно верхних. По развитию рельефа на длинных костях можно констатировать слабую физическую нагрузку с большей вовлеченностью нижних конечностей. Тип телосложения оценивается как грудной или грудно-мускульный. Незначительное развитие рельефа на длинных костях и отсутствие возрастных изменений на позвонках позволяют выдвинуть гипотезу о посадском происхождении данного индивида.

Результаты анализа радиоуглеродного датирования

Получена абсолютная радиокарбоновая датировка образца: 1440 ± 69 лет назад. Это означает, что данный индивид жил примернов конце VI в., однако археологические артефакты указывают на более позднюю датировку – VIII в. Чтобы делать окончательные выводы о времени погребения, следует продатировать еще несколько образцов поломской археологической культуры.

Исследование изотопов углерода и азота

Полученные значения δ¹³С (−20‰) и δ¹⁵N (10.4‰) указывают на большую долю белкового компонента в рационе, с вероятным преобладанием потребления мяса травоядных млекопитающих.

Восстановление внешнего облика в виде графической реконструкции и составление словесного портрета прижизненных особенностей

В табл. 1, во втором столбце, представлены размеры черепа индивида № 93 из Тольёнского могильника. На их основе по программе “Алгоритм внешности" рассчитывали прижизненные размеры головы, которые даны в третьем столбце. В соответствии с программой “Алгоритм внешности" для определения пропорций головы рассчитывали индексы (относительные размеры), которые позволяют охарактеризовать индивидуальные особенности внешности в виде “словесного портрета", который представлен ниже.

Голова индивида характеризуется брахикранией (головной указатель 83), округлая при взгляде в профиль. Лицо среднеширокое, по форме в анфас прямоугольное. Вертикальная и горизонтальная профилировки лица средние. Линия лба в профиль волнистая (из-за развитого рельефа). Глазная щель короткая и невысокая, глазное яблоко выступает в средней степени. Складка верхнего века развита сильно, особенно в латеральной части. Скулы заметно выступают. Ширина носа в крыльях средняя. переносье узкое и среднее по глубине. В профиль спинка носа прямая, по высоте нос средний, основание носа горизонтальное. Верхняя губа низкая, ротовая щель по ширине узкая. Прикус щипцеобразный, губы выступают слабо, равномерно относительно друг друга. Подбородок средний по ширине и высоте, выступает вперед слабо, по форме квадратный. На рис. 1 представлены контурные и графические реконструкции прижизненного облика.

 

Рис. 1. Реконструкция облика по черепу индивида № 93 из Тольёнского могильника. Авторы Е.В. Веселовская, О.Э. Валеева. а – контурная реконструкция, фас; б – контурная реконструкция, профиль; в – графический портрет, фас; г – графический портрет, профиль.

 

Результаты генетического исследования

Из предоставленного образца в виде двух зубов от индивида № 93 из Тольёнского могильника выделена ДНК. С использованием набора реагентов Quantifiler™ Trio (TFS, USA) получены достаточное количество и удовлетворительное качество выделенной ДНК (табл. 2). ДНК образца была выделена с относительно высокой концентрацией. Наличие Y-хромосомных фрагментов в ДНК индивида № 93 указывает на его принадлежность к мужскому полу. Степень деградации ДНК оказалась невысокой (количества коротких фрагментов ДНК превалировало над количеством длинных фрагментов незначительно). Это указывает на хорошую сохранность исследуемой ДНК.

 

Таблица 2. Количественные параметры качества исследуемой ДНК

Образец	Концентрации фрагментов в выделенной ДНК (нг/мкл)			Степень деградации ДНК
	длинные фрагменты, нг/мкл	короткие фрагменты, нг/мкл	Y-хромосома, нг/мкл
Первый зуб Второй зуб	0.178 0.165	0.254 0.286	0.567 0.484	1.43 1.73

 

Анализ аутентичности древней ДНК

Древняя ДНК помимо фрагментации характеризуется наличием в ее последовательности химических модификаций. Самая типичная нуклеотидная модификация в древней ДНК – это дезаминирование цитозина до урацила. Во время ПЦР ДНК-полимераза заменяет в реплицируемой цепи ДНК урациловые основания на тиминовые (замены С→T), что в свою очередь приводит к вставке в комплементарную цепь ДНК адениновых оснований (замены G→A). В результате в последовательности ДНК образуются характерные для древней ДНК модификации замены C→T и G→A [30, 15]. Частоты замен C→T и G→A снижаются до уровня частоты других замен после пятого–седьмого нуклеотида от начала/конца фрагмента [30]. Одним из возможных объяснений наблюдаемого эффекта является наличие одноцепочечных выступающих концов в археологической ДНК, а скорость дезаминирования цитозина в одноцепочечных фрагментах на два порядка выше, чем в двухцепочечной ДНК [31].

По результатам секвенирования ДНК индивида № 93 проанализированы относительные частоты нуклеотидных замен C→T и G→A. Относительные частоты рассчитаны как отношение C→T-замен к количеству других возможных однонуклеотидных замен в конкретном положении от концов секвенированного фрагмента. На рис. 2 показано, что частоты замен C→T и G→A резко увеличены на 5’- и 3’-концах ДНК, тогда как другие типы замен выявлены со значительно меньшей частотой.

 

Рис. 2. Относительные частоты нуклеотидных замен. Синяя линия – C→T-замены, красная линия – G→A-замены, зеленые линии – другие замены.

 

Анализ Y-хромосомы

Для индивида № 93 проведен фрагментный анализ Y-хромосомы ДНК и получен его гаплотип (табл. 2). Полный 27-маркерный гаплотип с однозначным прочтением аллелей в STR-локусах указывает на сохранность Y-хромосомы в образце и на отсутствие контаминации со стороны современной или древней ДНК от других образцов. С помощью предиктора была предсказана гаплогруппа N1a1a1a2 (Y9022). Данная гплогруппа (исключительно редкая среди археологических образцов) была зафиксирована в недавней работе [32], посвященной поиску генетических корней венгров, среди образцов, обнаруженных при раскопках в Пермском крае. У индивидов могильника Брода 1 (возраст приблизительно 300 г. н.э.), относящегося к I ранней фазе неволинской культуры, и Баяново 2 (возраст приблизительно 820 г. н.э.), относящийся к поздней ломоватовской культуре определена точно такая же гаплогруппа. В исследовании [32] был проведен фрагментный анализ ДНК из археологических образцов по 17-маркерной панели Гаплотипы образцов Брода 1 и Баяново 2 приведены в табл. 3. У индивида Брода 1 обнаружено всего 8 аллелей, у индивида Баяново 2-11 аллелей из 17 возможных.

 

Таблица 3. Результаты фрагментного анализа, предсказавшего гаплогруппу N1a1a1a2 (Y9022)

Источник	Наименование образца	Наименование и число аллелей STR-локусов
		DYS393	DYS 390	DYS 19	DYS 391	DYS 385 a	DYS 385 b	DYS 439	DYS 389 I	DYS 392	DYS 389 II	DYS 458	DYS 437	DYS 448
Настоящая работа	93	13	23	14	10	11	14	10	15	14	31	16	14	20
[32]	Баянова 2	13			10	11	14		14			18	14
[32]	Брода 1	13			10		14	10					14

Источник	Наименование образца	Наименование и число аллелей STR-локусов
		DYS 449	DYS 460	Y-GATA-H4	DYS 456	DYS 576	DYS 570	DYS 438	DYS 481	DYS 533	DYS 635	DYS 627	DYS 518	DYF387S1 a	DYF387S1 b
Настоящая работа	93	30	11	12	14	16	19	10	20	11	21	21	40	37	37
[32]	Баянова 2			11	14			10			21
[32]	Брода 1			12	14						21

 

В настоящее время гаплогруппа N1a1a1a2 (Y9022) распространена в Волго-Уральском регионе среди татар, марийцев, удмуртов, чувашей, мордвы, местных русских и западносибирских популяциях хантов и манси, но при этом крайне редко встречается у финноязычных народов [33–36]. В работе [36] был исследован современный генофонд коренных народов Удмуртии по обширной панели ДНК-маркеров. Аутосомные данные свидетельствуют о наибольшем генетическом сходстве удмуртов и бесермян с коми-пермяками [36]. Предсказание гаплогруппы является предварительным исследованием Y-хромосомы. Основной и точный результат по наличию Y-SNP, определяющий гаплогруппу, был получен с помощью NGS. С помощью NGS ДНК индивида № 93 была подтверждена и даже выявлена уточнённая терминальная субгаплогруппа N1a1a1a2b (B181). При этом получены с надежным покрытием базальные варианты гаплогруппы N для индивида № 93, что указывает на достоверность результатов исследования (табл. 4).

 

Таблица 4. Результаты NGS образца № 93

Гаплогруппа	Определяющий маркер Y-SNP	rs Y-SNP	Позиции Y- SNP (GRCh38)	Полиморфизмы	Качество прочтений
N	M231; Page91	rs9341278	13357844	G→A	62
N~	S12897	rs905707184	10169444	C→T	51
N1	F1427; M2162	rs560132124	8972818	G→A	61
N1a1	M46; Page70; Tat	rs34442126	12810648	T→C	61
N1a1a	M178	rs377214926	19579869	C→T	121
N1a1a1a	L708; Z1951	rs562141282	7761471	C→A	261
N1a1a1a2	SK1506;	Y9283	8546305	T→G	27
N1a1a1a2	SK1504; Y10759		19744080	T→G	82
N1a1a1a2b	B181		3037493	C→G	246

 

NGS-секвенирование полной митохондриальной ДНК

Для индивида № 93 была получена полная нуклеотидная последовательность мтДНК путем ее NGS с помощью кастомной панели зондов. С помощью программы haplogrep.org определена митохондриальная гаплогруппа U4 (табл. 5). Данную западно-евразийскую гаплогруппу можно было бы назвать “срединно-евразийской" [37]. Самые высокие частоты этой гаплогруппы сосредоточены не на западе и не на востоке, а в центре Евразии. Частота максимальна в районе Урала (народы Приуралья, Урала и Западной Сибири несут от 10 до 30% U4). Повышенные частоты наблюдаются в Южной Азии (Пакистан) и в Восточной Европе. В других частях Западной Евразии гаплогруппа U4 редка, но повсеместна (частота около 1%, лишь местами поднимаясь до 5%) [37]. В Сибири (кроме Западной) встречены лишь единичные U [37, 38].

 

Таблица 5. Результаты NGS полной митохондриальной ДНК

Номер образца	Полиморфизмы ДНК	Гаплогруппа
93	73G, 195C, 263G, 499A, 750G, 1438G, 1811G, 2706G, 4646C, 4769G, 5999C, 6047G, 7028T, 8860G, 11332T, 11467G, 11719A, 12308G, 12372A, 14620T, 14766T, 15326G, 15693C, 16356C	U4

 

По данным NGS аутосомных SNP предсказан цвет глаз, волос и кожи с помощью онлайн программы HirisPlex [39]. Индивид № 93 с вероятностью 94.8% являлся носителем аллелей, определяющих голубой оттенок радужной оболочки глаз, с вероятностью 93,5% – светлых волос и 72,7% – промежуточного цвета кожи.

ОБСУЖДЕНИЕ

Появление первых поселенцев в верхнем течении р. Чепцы и, соответственно, начало формирования поломской культуры датируется рубежом IV–V вв. По проведенной датировке наш индивид жил в период сложения поломской культуры. Наиболее сходным с поломской культурой считается население, оставившее в этот же период на территории Пермской области курганные могильники харинского типа. Кроме пришлого “харинского" населения в формировании поломской культуры участвовали местные племена Среднего Прикамья, относившиеся к гляденовской и мазунинской археологическим культурам [40].

Большинство археологов склоняются к приведенной выше схеме сложения северных удмуртов [41]. Однако ряд исследователей отрицают местное происхождение этой культуры и видят ее основателей среди тюркских пришлых групп [42, 43]. Серьезными аргументами в пользу первой гипотезы являются антропологические и генетические материалы. Исследования М.С. Акимовой показали, что в формировании населения поломской культуры приняли участие как верхнекамские, так и местные племена с превалированием первых [44]. Наиболее близкими к современным удмуртам являются группы коми, что показано в исследованиях населения по программам соматологии, дерматоглифики и популяционной генетики [45–47].

Комплексное исследование одного погребения представляет собой довольно редкую возможность получить исчерпывающую информацию об одном индивиде. В свою очередь это позволяет провести сопоставления между разными системами признаков. В данном случае пол, определенный по костям скелета как мужской, полностью подтвердился наличием участков Y-хромосомы при генетическом анализе. Разумеется, мы далеки от вынесения окончательных суждений об этногенезе народов Волго-Камья на основании изучения одного погребения и выводы настоящего исследования можно трактовать лишь как относящиеся сугубо к одному индивиду, а сделанные обобщения носят безусловно предположительный характер. В нашем случае изучение данного индивида скорее свидетельствует в пользу местного происхождения населения поломской культуры, представителем которого он являлся.

Изученный индивид мужского пола среднего возраста (35−40 лет) характеризуется брахикранией, большими широтными размерами лица и черепа, некоторой уплощенностью в области орбит и скул. При этом нос выступает значительно. Более подробно внешний облик можно представить, взглянув на выполненные реконструкции, где в соответствии с генетическим анализом показаны светлые оттенки радужной оболочки глаз, кожи и волос. Этот облик полностью вписывается в круг форм уральского антропологического типа, характерного для современного населения региона.

Исследование посткраниального скелета позволило рассчитать прижизненную длину тела и выявить некоторые особенности телосложения. Рост индивида составлял порядка 166 см. Для раннего средневековья такая длина тела оценивается как средняя для мужского населения Европейской равнины.

Комплексные палеогенетические исследования индивида № 93 подтвердили принадлежность его к мужскому полу, позволили определить глубокий SNP его Y-хромосомной субгаплогруппы N1a1a1a2b (B181) и гаплогруппу U4 мтДНК. Полученные гаплогруппы четко очерчивают их совместную приуроченность к центральной части ВолгоУральского региона. Генетические данные индивида № 93 по однородительским маркерам могут быть использованы как эталонные для их сравнения с другими результатами, получаемыми из других археологических образцов как более ранних, так и более поздних.

Важным результатом является то, что гаплогруппа, выявленная нами у индивида № 93 вариант гаплогруппы Y-хромосомы (N-Y9022) была обнаружена ранее у древнего населения, проживавшего на территории современной Пермской обл. в IV–VIII вв. [32]. А поскольку среди современных групп региона указанный вариант гаплогруппы весьма распространен, это может свидетельствовать в пользу преемственности населения Волго-Камья с начала первого тысячелетия до современности. В любом случае получены интересные научные сведения, поэтому в перспективе необходимо сделать исследование по нескольким могильникам региона, чтобы получить статистически достоверные сведения об этногенезе проживающего здесь населения.

Научное исследование осуществлялось в рамках реализации проекта “Остов сокровищ, победителя грантового конкурса “Общее дело” Благотворительного фонда В. Потанина (авторы А.С. Дёмин, Н.И. Криницына). Публикация подготовлена в рамках гранта, предоставленного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (№ соглашения о предоставлении гранта: 075-15-2022-328).

Авторы выражают благодарность кандидату исторических наук А.Г. Иванову за консультации при подготовке историографической части.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта животных.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием в качестве объекта людей.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

 

¹ МЗИ-193, А-105

About the authors

E. V. Veselovskaya

Russia State University for the Humanities; Miklukho-Maklai Institute of Ethnology and Anthropology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: veselovskaya.e.v@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 125993; Moscow, 119334

Yu. V. Rashkovskaya

Miklukho-Maklai Institute of Ethnology and Anthropology, Russian Academy of Sciences

Email: veselovskaya.e.v@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 119334

A. S. Dyomin

Ivanov Historical and Cultural Museum-Reserve «Idnakar»

Email: veselovskaya.e.v@yandex.ru
Russian Federation, Glazov, 427622

Kh. Kh. Mustafin

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: kh-mstf@yandex.ru
Russian Federation, Moscow Oblast, 141701

I. E. Alborova

Moscow Institute of Physics and Technology

Email: veselovskaya.e.v@yandex.ru
Russian Federation, Moscow Oblast, 141701

References

Supplementary files