ИСТИНА

Проект направлен на междисциплинарное исследование нескольких скотоводческих групп, а также групп с комплексным типом хозяйствования, проживавших в различных экологических условиях. Для изучения популяций эпохи бронзы планируется изучить представителей ряда археологических культур (майкопская, ямная, разные варианты катакомбной, северокавказская, лолинская) из 15 могильников с территории Ставропольского края. Материалы эпохи железа будут представлены погребальным комплексом центральной части северного склона Главного Кавказского хребта - Заюково-3 (кобанская археологическая культура, культурная группа типа Подкумок-Хумра) и кобанским памятником Куркужин. Помимо этого, будет изучен палеоантропологический материал с территории Краснодарского края античного могильника “Анапская усадьба”. Материалы эпохи раннего средневековья представлены 8 могильниками эпохи средневековья с территории Северной Осетии (Царциат, Задалеск, Верхняя Рутха, Галиат, Чми, Мамисондон, могильник Святилища Богородицы, Кари Цагат), а также Заюково-3 (Кабардино-Балкария), относимые к автохтонному населению и аланскому времени. Большая часть материалов хранится в антропологических фондах НИИ и Музея антропологии МГУ и доступна участникам проекта, для материалов из других коллекций получены устные договоренности с хранителями, планируется несколько поездок для работы с материалами.

The subsistence strategy of inhabitants of the North Caucasus and adjacent steppe regions since the Early Bronze Age has been based on pastoralism or a complex economy in which pastoralism played an important role. Proximity to animals influenced various aspects of the population's health. For example, the meat and dairy diet provided the necessary amount of protein for human growth and development and also reduced the development of caries in the oral cavity. At the same time, zoonotic infections and opportunistic microorganisms transmitted in both directions between pastoralists and their animals must have had a significant impact on human health. Valuable information on the lifestyle of both individuals and whole populations is provided by data on their exposure to toxic chemical elements such as copper, mercury, lead and arsenic. Elevated concentrations of these and closely related elements may indicate their ingestion through food or water, through contact with metal household items, or through the use of compounds containing these elements as medicines or cosmetics. Concentrations of toxic substances are likely to be unevenly distributed in society and may depend on the sex or occupation of the individual, but the extent of natural variation is unknown. The aim of the project is to determine access the influence of environmental and socio-biological factors on representatives of different groups of pastoralists who lived in the foothills and steppe regions of southern Russia from the 3rd millennium BC to the 1st millennium AD, through a comprehensive interdisciplinary study of anthropological materials, ancient DNA of pathogenic, opportunistic and resident microorganisms, and measurements of some toxic chemical elements concentrations in bone remains. Until recently, most projects studying ancient populations in the North Caucasus and adjacent steppe areas were limited to classical archaeological research, solving populational problems using craniological and palaeogenetic methods, and reconstructing palaeodiet and palaeoclimate. The low representation of interdisciplinary approaches in such studies did not allow comprehensive assessment of relationships between the results obtained by diverse methods. In this project, we propose to combine palaeoanthropological, palaeogenetic, and chemical approaches in a study that combines the investigation of morphological changes in the human skeleton with the acessment of infectious load determined by palaeogenomic methods and the measurements of toxic chemical elements content in bone tissue. This will make it possible to trace the relationship between humans and their animals at different chronological stages of the region, as well as determine the extent of human adaptation to environmental conditions. The advantage of this project is the opportunity to conduct a broad population study of anthropological material from one burial site (Zayukovo-3, Kabardino-Balkaria, more than 200 burials) dating from the Early Iron Age to the Early Middle Ages in all three areas described: palaeoanthropology, palaeogenetics, and analytical chemistry. Cooperation with the archaeologists who carry out the annual archaeological works at the Zayukovo-3 site and the correct sampling by the grant participants will provide an opportunity to significantly extend the series of samples already at hand and the use of advanced genomic and chemical methods will allow to reconstruct the health status of several chronologically successive populations (bearers of the Koban, Sarmatian and Alanian cultures) that inhabited the same territory for a long period of time. As a result of the proposed research, at least 10 scientific articles in the national and international scientific journals indexed by Scopus and WoS will be published.

В результате изучения размерных признаков и индивидуальных особенностей скелета будут получены данные о морфологическом облике (грацильности, массивности, длине отдельных сегментов скелета, пропорциях и длине тела) представителей археологических культур эпох бронзы, раннего железного века и раннего средневековья центральной части Северного Кавказа. Это поможет решить вопрос о степени преемственности некоторых культур, в частности, например, сменяющих друг друга на одном памятнике кобанской культуры, культурной группы типа Подкумок-Хумара и аланского населения. Наличие взаимодействий между разными культурными группами, а также характер взаимодействия (мирный или агрессивный) может быть определен фиксацией частоты встречаемости травматических повреждений. Изучение маркеров стресса, морфологических индикаторов инфекционных и воспалительных процессов, а также зубочелюстных патологий представителей скотоводческих популяций широкого хронологического периода от эпохи бронзы до раннего средневековья позволит получить наиболее полную реконструкцию образа жизни, состояния здоровья, в контексте ландшафтно-географических, климатических и биотических условий. Для обозначенного региона такая подробная работа по изучению показателей здоровья на скелете и их связи с условиями окружающей среды проводится впервые. Данные палеоантропологического исследования будут дополнены определением фоновых и аномальных значений содержания ряда токсичных химических элементов в костях. В результате, на материалах одного памятника (Заюково-3), датируемого от эпохи раннего железного века до раннего средневековья, будут определены границы фонового содержания токсичных элементов в костях рядовых представителей трех разных археологических культур, а также в образцах почвы. Раньше похожие работы проводились лишь для единичных индивидов, например тех, у кого в составе погребального инвентаря были обнаружены инструменты для производства и обработки металлов. В результате изучения распространенности антропонозных, зоонозных и сапронозных инфекций, и палеогенетики патогенных и условно-патогенных для человека и животных микроорганизмов, их изменений во времени, а также исследования микробиоты ротовой полости будут получены уникальные данные не только по биоразнообразию микроорганизмов в древних сериях, но и о взаимодействии домашних животных и человека на разных хронологических этапах. В результате работы будут разработаны новые и усовершенствованы существующие методы и подходы в области инфекционной палеогеномки и аналитической химии, а также получена связь между неспецифическими костными изменениями и биотическими и абиотическими факторами. Комплексное исследование подобной направленности проводится впервые для регионов Северного Кавказа и равнинной части Среднерусской возвышенности. Результаты исследования будут опубликованы в отечественных и зарубежных высокорейтинговых научных изданиях и представлены в сети Интернет. Данная работа позволит предложить новые методологические подходы в палеогенетике, аналитической химии и антропологии, повысить интерес к регионам и истории населения России, получить более полную картину быта и образа жизни скотоводческих популяций на протяжении более 3,500 лет. В отечественной науке впервые будет получен опыт интеграции знаний таких естественнонаучных дисциплин как антропология, палеогенетика и аналитическая химия в археологический контекст, что обеспечит выполнение проекта на высоком научном уровне.

Научный коллектив с начала 2023 года ведет междисциплинарные исследования в области палеоантропологии, сочетая методы аналитической химии и генетики. Совместно с кафедрой аналитической химии МГУ мы разрабатываются методики элементного анализа костных тканей с использованием микро-рентгенофлуоресцентной спектроскопии. В области палеогенетики достигнуты значительные результаты: впервые реконструирован полный геном древнего зоонозного патогена из раннесредневековых останков, идентифицированы бактериальные геномы эпохи бронзы, доказана циркуляция малярийного плазмодия на Русском Севере в позднем Средневековье. Эти открытия представлены на трех международных конференциях, включая Конгресс им. В.И. Покровского. Подготовлены к публикации статьи в высокорейтинговых журналах, в том числе работа по адаптации средневековых алан (опубликована в "Российской археологии"). Начаты перспективные исследования древней микробиоты полости рта. Наш коллектив продолжает развивать научное сотрудничество, сочетая фундаментальные исследования с просветительской деятельностью.

Палеоантропологический и биоархеологический подход 1) Помимо коллекций, находящихся на постоянном хранении НИИ и Музея антропологии МГУ имени М.В. Ломоносова, в проекте планируется обработка ранее не изученных антропологами материалов, поступивших в фонды хранения за последние несколько лет. В связи с этим, требуется предварительная очистка новых коллекций, зависящая от степени сохранности материала. Если костные фрагменты хрупки - предполагается использование сухой чистки. В случае, когда костный материал отличается высокой плотностью и хорошей сохранностью костной компакты, планируется применять чистку мягкими щетками и тёплой водой. При необходимости, плланируется работа по реставрации черепов и костей посткраниального скелета. 2) При работе с новыми коллекциями, требуется подсчёт минимального количества индивидов в одном погребении, и определение их комплектности и сохранности. Это важно не только для статистической обработки полученных данных, но и для палеогеномного, археопаразитологиечского и химического анализов. Здесь предлагается методика выкладки костных фрагментов в анатомическом положении с целью подробной фотофиксации комплектности и сохранности костного материала, а также создания остеограмм с описаниями индивидуальных особенностей погребенных. 3) Все палеоантропологические материалы будут изучены с применением программ, активно используемых как в отечественном, так и в зарубежном научном сообществе, хорошо зарекомендовавших себя для изучения палеоантропологических материалов обсуждаемого региона. Помимо традиционных морфологических методик и подходов, будут применены подходы, в том числе разработанные авторами проекта. - остеометрическая и краниометрическая методики соответствуют существующим в отечественной физической антропологии традициям, в основе которой работа, опубликованная Р. Мартином (Martin 1928; Дебец 1935; Алексеев, Дебец, 1964; Алексеев 1966). Помимо использования стандартных размеров, будет применена расширенная остеометрическая программа (около 115 остеометричексих признаков), взятых для каждой из сторон посткраниального скелета соответственно (Абрамова, 2022). Расширение программы измерений посткраниального скелета связано с высокой степенью вариативности сохранности костной ткани для различных серий. - при изучении маркеров кумулятивного и эпизодического стресса, а также иных патологических изменений на костях черепа и посткраниального скелета будут использованы признаки из программы А.П. Бужиловой и D. Ortner (Бужилова, 1995, 1998, Ortner 2003). - зубные патологии будут фиксироваться по бланку М. Шульца (Schultz, 1988). В эту программу входит фиксация кариозных поражений по методике У.Дж. Мур и Э. Корбетт (Moore, Corbett, 1971) в модификации М. Шульца (Schultz, 1988). Периапикальные поражения будут определяться только путем визуального осмотра, с использованием классификации М. Шульца (Schultz, 1988). Изношенность зубной эмали будет фиксироваться с использованием 7 стадий стертости по методике В.Р.К. Перисониуса и Т.Дж. Пота (Perizonius, Pot, 1981) и Д.Р. Бротвелла (Brothwell, 1981). - изучение грунта на палеопаразитологию будет проводиться по общепринятым методикам, разработанным отечественными и зарубежными специалистами в области палеоэкологических и археопаразитологических исследований (Савинецкий, Хрусталев,1990; Слепченко с соавт., 2021; Reinhard, 1992; Slepchenko et al., 2015; Slepchenko et al., 2016). 4) Обработка полученных результатов будет проводиться с применением методов статистического анализа в программах Statistica, Past, Python, среде R. 5) Помимо классических методов палеоантропологического исследования, НИИ и Музей антропологии МГУ имени М.В.Ломоносова располагает возможностью внедрения в исследовательскую работу современных технологий и технического оснащения, соответствующего мировым исследовательским стандартам. В их числе - микрофокусный рентгеновский аппарат ПРДУ-02, настольная система рентгеновской микротомографии ПРОДИС, высокоточный цифровой видеомикроскоп высокого разрешения Hirox-2000, входящие в состав комплекса оборудования НИИ и Музея антропологии МГУ. 7) Данные, полученные методами палеоантропологии, будут интегрированы в контекст опубликованных данных по природно-климатическим особенностям регионов. Помимо этого, будет произведен отбор почвенных проб из погребений по соответствующей методологии (почва с поверхности крестца и фоновая почва из области у головы погребенного) для дальнейшего археопаразитологического анализа (фиксация наличия негативной биотической нагрузки). Химический подход Для изучения элементного состава костной ткани мы планируем использовать различные методы аналитической химии: рентгенофлуоресцентный анализ с полным внешним отражением (РФА ПВО, позволяет исследовать микрофрагменты образца), масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС, позволяет определять следовые концентрации элементов). Необходимое для этого оборудование есть в распоряжении участников проекта (РФА ПВО спектрометр Bruker Picofox - ЦКП химического факультета МГУ, ИСП МС спектрометр высокого разрешения Thermo Element2 - лаборатория химико-аналитических исследований ГИН РАН). Будут использованы как описанные ранее в литературе методики элементного анализа костной ткани (например, Rasmussen, 2020), так и разработанные авторами в ходе настоящего проекта. При необходимости для решения задач проекта будет также привлекаться другое оборудование центров коллективного пользования МГУ. Часть проекта, посвященная определению токсичных химических элементов в костных останках человека, будет состоять из нескольких этапов. Вначале будет проведена адаптация описанных в литературе методик химического анализа костных останков к имеющемуся в распоряжении авторов оборудованию. В качестве способов пробоподготовки будут рассмотрены: 1) приготовление суспензии твердого образца в различных дисперсионных средах; 2) “мягкое” экстрагирование (“выщелачивание”) элементов из измельченного образца смесью кислот и окислителей без нагревания; 3) “жесткое” растворение образца смесью кислот в автоклаве. Для определения элементов мы предлагаем использовать 1) рентгенофлуоресцентный анализ с полным внешним отражением (для суспензий и растворов после экстрагирования или растворения) 2) масс-спектрометрический анализ с индуктивно связанной плазмой (для растворов). Будут получены метрологические характеристики методик, а также оценены трудозатраты на единичное определение, что позволит оценить возможный объем выборки изучаемого палеонатропологического материала. Также будет дана оценка возможности определения токсичных металлов с учётом спектральных наложений их характеристических линий на линии основных компонентов костного материала (кальций, фосфор, цинк и т.д.). На втором этапе мы планируем провести разработку новых методик, отличающихся прежде всего меньшими трудозатратами на единичное определение, что позволит увеличить выборку изучаемых объектов. В качестве основного варианта мы рассматриваем “мягкое” экстрагирование элементов смесью кислот без нагревания и последующий рентгенофлуоресцентный анализ раствора. Будет изучена правильность получаемых результатов за счет сопоставления с независимым методом анализа (полное разложение образца с последующим масс-спектрометрическим анализом раствора). На третьем этапе адаптированные и новые методики будут использованы для разработки процедуры отбора образцов. При этом мы будем учитывать следующие требования: малая деструктивность процедуры пробоотбора, представительность образца, возможность обнаружения и оценки тафономических (пост-депозиционных) изменений костной ткани. Отдельной задачей третьего этапа станет разработка процедуры изучения тафономических (пост-депозиционных) изменений. Для этих целей мы планируем использовать дополнительные локальные методы анализа, такие как микроскопия комбинационного рассеяния, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой с пробоотбором лазерной абляцией. Четвертый этап работы будет заключаться в систематическом применении описанных выше методик и подходов к массовому палеоантропологическому материалу. Обработка полученных результатов будет проводится методами математической статистики и анализа многомерных данных с помощью пакетов pandas и scikit-learn языка Python. Палеогеномный подход Впервые в России планируется масштабное исследование по распространенности антропонозных, зоонозных и сапронозных инфекций среди представителей различных археологических культур при помощи методов высокоэффективного секвенирования древней ДНК. Из остеологических образцов останков человека и животных будет выделена древняя ДНК, после чего будут подготовлены библиотеки и проведено секвенирование метагеномов. При помощи биоинформатического анализа будет проведено полномасштабное изучение древней ДНК, направленное на решение поставленных задач. Предполагается проведение полногеномного секвенирования не менее 450 образцов с минимальным покрытием 30х. Работы по секвенированию древней ДНК будут проведены на приборной базе геномного центра“Биотехнологический кампус”, где имеется все необходимое оборудование. Анализ данных будет проводится на базе собственного суперкомпьютера центра. Директор центра К.В. Северинов, является одним из участников данной заявки. Работа проводится в рамках договора о сотрудничестве между НИИ и Музеем антропологии МГУ имени М.В.Ломоносова и ООО “Биотехнологический кампус” №БТК-24Д/2023 от 30.10.2023 г. В качестве объектов исследования будут использованы зубы, зубной камень, и фрагменты посткраниального скелета человека и животных. От каждого индивида будет подготовлено и просеквенировано три образца - пульпа зуба, цемент зуба, зубной камень. При невозможности пробоподготовки зуба, будет использован остеологический материал. Из каждого объекта, после пробоподготовки, включающей деконтаминацию и гомогенизацию, будет выделена древняя ДНК путем сорбции и последующей очистки на магнитных частицах. Для отдельных образцов предполагается использовать щадящие, мало разрушающие методы выделения древней ДНК. Из выделенной ДНК будет проведена подготовка библиотек для высокопроизводительного полногеномного секвенирования. Результаты полногеномного секвенирования будут проанализированы с использованием специально разработанного биоинформатического алгоритма. На этапах биоинформатического анализа будет установлена аутентичность древней ДНК с использованием программного обеспечения, учитывающего паттерны дезаминирования и степень поврежденности древней ДНК. При помощи метагеномных методических подходов в каждом образце будет установлено наличие фрагментов генетического материала различных патогенных, условно-патогенных и резидентных микроорганизмов. Микроорганизмы, относящиеся к таксонам, представляющим интерес в рамках исследования, будут изучены более подробно, включая, в случаях достаточной сохранности древней ДНК, реконструкцию полных палеогеномов из данных метагеномного секвенирования. Полученные данные будут подвергнуты функциональному анализу для идентификации факторов патогенности, вирулентности и антибиотикорезистентности. Также будут проанализированы иные генетические маркеры, используемые в молекулярно-эпидемиологическом анализе, что позволит изучить пространственно-временную структуру распространения патогенных, условно-патогенных и резидентных микроорганизмов на разных территориях в разные временные периоды. На основе анализа коровых областей древних и современных геномов одного вида будет выполнена реконструкция филогенетических деревьев и проведена рекалибровка “молекулярных часов” либо для всего вида в целом, либо для отдельных филогенетических клад.