Белки, извлеченные из зубов африканских гоминидов 2 миллиона лет назад

Два миллиона лет назад на территории современной Южной Африки жил небольшой, коренастый гоминид под названием Paranthropus robustus . Хотя он мог ходить прямо, он лазил по деревьям и использовал свои большие зубы, чтобы питаться корнями, орехами, клубнями и, возможно, некоторыми насекомыми. Считаясь боковой ветвью нашего эволюционного древа, он сосуществовал с первыми видами Homo и, возможно, взаимодействовал с ними.

Останки более сотни особей этого вымершего вида были найдены в пещере Сварткранс, на территории, известной как Колыбель человечества. Теперь международная группа исследователей при участии Института эволюционной биологии (IBE), совместного центра CSIC и Университета Помпеу Фабра (UPF), сумела получить белки из зубной эмали четырех из этих парантропов , используя передовые методы масс-спектрометрии. Это древнейшая молекулярная информация нашей родословной.

Открытие, опубликованное в четверг в журнале Science, демонстрирует возможность извлечения биологической информации из ископаемых останков африканских гоминидов возрастом в миллионы лет, которые слишком стары, чтобы сохранить ДНК. Это также позволило определить биологический пол особей — двух самцов и двух самок — и впервые наблюдать генетическую изменчивость ископаемых того периода.

«Это техническое достижение высочайшего порядка. Когда я учился на ученую степень, я и мечтать не мог о чем-то подобном. «Мы находимся в начале революционной технологии», — говорит Томас Маркес Бонет, главный исследователь в IBE и профессор генетики в UPF, который принимал участие в исследовании. «ДНК — нестабильная молекула, которая быстро деградирует. Вы можете найти ее в мамонте, замороженном в сибирской вечной мерзлоте на миллион лет, но на африканских территориях ее возраст не превышает 20 000 лет. Однако туда, куда не доходит ДНК, попадают белки», — объясняет он.

В 2019 году Маркесу и его команде удалось восстановить белки из окаменелости Gigantopithecus blacki — огромной обезьяны ростом более трех метров и весом до 600 килограммов, которая жила 1,7 миллиона лет назад в Юго-Восточной Азии. Это достижение связало гиганта с современными орангутанами, но исследователи надеялись применить эту технологию к одному из наших собственных, человеческих предков. Одним из самых загадочных его представителей был именно парантроп, гораздо более крепкий, чем грациозный Homo. «Идет много дискуссий о том, какую роль они играют в эволюции нашего вида», — отмечает он.

Все четыре образца были найдены в консолидированных отложениях в пещерах, что могло способствовать сохранению белков в ископаемых зубах. Однако время также влияет на белки, делая пептиды все более короткими, что может помешать их обнаружению с помощью масс-спектрометрии. Таким образом, исследователям удалось восстановить «небольшую группу белков».

Их анализ выявил несколько ключевых выводов. Обнаружив определенные варианты белка амелогенина, команда смогла определить биологический пол особей. Y-хромосома легко выявила двух мужчин; а его отсутствие — двум самкам. «Надежное и систематическое определение пола ископаемых очень полезно при изучении человеческих групп, например, для понимания их полового диморфизма (различий между самцами и самками) и того, как они были организованы», — говорит Маркес-Боне.

Исследователи ожидали найти много отличий от современных людей, чтобы понять, когда они отклонились от нашего эволюционного пути и что их отличало, но обнаруженные ими белки оказались практически идентичны белкам любого современного человека. В результате эти образцы, по-видимому, более тесно связаны с родословной Homo (включая нас и наших генетических кузенов, неандертальцев и денисовцев), чем с любым другим ныне живущим видом, хотя они и остаются немного отличными. «Тот факт, что они настолько похожи, показывает ограничения метода, но это первый шаг к улучшению и извлечению большего количества белков», — говорит Маркес-Боне.

Однако команда обнаружила, что мутация, обнаруженная в одном из белков, полишине, различалась у четырех особей, что свидетельствует о молекулярной изменчивости популяции. Результаты показывают, что эти популяции могут быть более разнообразными, чем считалось ранее, и поэтому подкрепляют будущие проекты по анализу популяций для все более старых ископаемых.