発掘の「副産物」だった堆積物が、貴重な情報源へ
考古学者たちは長い間、発掘調査で出土する遺物を取り囲む堆積物(土砂)を、 excavation の単なる副産物とみなしてきました。しかし近年、堆積物には古代の生体分子、なかでもDNAが含まれている可能性があることが明らかになりつつあります。
「堆積物から人類や古代動物のDNAを取得できることは、骨格化石がほとんど残っていない、あるいは全く見つかっていない遺跡において、古代の人類や他の生物の地理的・時間的分布を調べるための、非常にエキサイティングな新しい機会をもたらします」と、本研究の主任著者であり、ドイツ・ライプツィヒのマックス・プランク進化人類学研究所の研究者であるマティアス・マイヤー(Matthias Meyer)氏は述べています。
顕微鏡レベルで迫る、堆積物中のDNA保存の謎
堆積物中のDNAがどこから来るのかを解明するため、マックス・プランク研究所の研究チームは、地質学的手法を用いて堆積物の形成過程を復元する専門家「地質考古学者」からなる国際的な研究グループと協力し、顕微鏡スケールでのDNAの保存状態を調べました。
使用されたのは、過去に考古遺跡から採取され、ポリエステルなどの合成樹脂に浸して固められた「未撹乱ブロック標本」です。硬化したブロックを実験室に持ち帰り、薄片に切断して顕微鏡イメージングと遺伝子解析を行いました。
40年前の標本からもDNA抽出に成功
その結果、研究チームは約40年前に作製された標本ブロック群――アフリカ、アジア、ヨーロッパ、北アメリカの堆積物から採取されたもの――からDNAの抽出に成功しました。
「これらのブロック標本は、何十年もの間プラスチックの中で保存されていたにもかかわらず、ホミニン(人類)由来のものを含む古代DNAの優れた供給源であることがわかりました。これは、これまで未開拓だった膨大な遺伝情報のリポジトリへのアクセスを可能にするものです」と研究者らは述べています。
地質考古学的分析の一部を主導した、オーストラリア・フリンダーズ大学のマイク・モーリー(Mike Morley)氏は次のように語ります。
「本研究は、実験室に保管されているサンプルを改めて分析対象とする、古代DNA研究の新時代の幕開けです。すでに埋め戻された遺跡の分析が可能になることは、渡航制限があり堆積層へのアクセスが困難な昨今の状況において、特に重要です」。
デニソワ洞窟が明かした真実――鍵は「有機微粒子」
シベリア中南部のアルタイ山脈にあるデニソワ洞窟。ここではネアンデルタール人、デニソワ人、そして現生人類の古代DNAがこれまでに回収されています。この洞窟の堆積物ブロックを用いた解析により、科学者たちは、ランダムに採取した堆積物よりも、微小な有機粒子の方がはるかに多くのDNAを含んでいることを示しました。
「本研究は、デニソワ洞窟の堆積物から哺乳類の古代DNAが高い確率で得られるのは、糞便や体液、あるいは鉱物粒子に吸着した崩壊細胞組織由来の遊離細胞外DNAによるものではなく、堆積物マトリックス中に微細な遺骸(マイクロレムナント)が豊富に存在するためであることを明確に示しています」と、本研究の共著者でポルトガル・アルガルヴェ大学のヴェラ・アルデイアス(Vera Aldeias)氏は説明します。
モーリー氏は、「この研究は、古代DNAが堆積物のどこで、どのような条件下で保存されているのかを正確に理解するための大きな一歩です」と付け加えます。
マイクロスケールサンプリングが拓く新展開
本研究で示された手法により、DNA解析のための極めて局所的なマイクロスケールの堆積物サンプリングが可能になりました。さらに、古代DNA(aDNA)は堆積物中に均一に分布しているわけではなく、特定の堆積物の特性の方がDNAの保存に適していることも実証されています。
「堆積物由来のaDNAを考古学的マイクロコンテキストと結びつけることで、堆積層の間でaDNAが物理的に移動する可能性についても検討できるようになります」と、ドイツのゼンケンベルク人類進化・古環境センターの研究者スーザン・メントザー(Susan Mentzer)氏は述べています。
数ミリグラムの堆積物からネアンデルタール人のDNAを
本研究の筆頭著者であるディエンド・マシラニ(Diyendo Massilani)氏は、わずか数ミリグラムの堆積物からかなりの量のネアンデルタール人DNAを回収することに成功しました。さらに彼は、DNAを残した個体の性別まで特定し、その個体たちが、同じ洞窟で発見された骨片から以前にゲノムが解読されたネアンデルタール個体と近縁の集団に属することを突き止めました。
「樹脂に埋め込まれた小さな堆積物サンプルの中のネアンデルタール人DNAは、通常バラの堆積物から見つかるものよりも、はるかに高濃度でした」と彼は強調します。「このアプローチを使えば、将来的には小さな立方体サイズの固化堆積物だけで、多くの異なる古代人個体のDNAを分析できるようになるでしょう。おそらくそれは、何万年前に彼らが洞窟をトイレとして使っていたからだと考えると、なんだか愉快ですね」。