Древние белки раскрывают тайну 2-миллионного родственника человека
Белковые доказательства раскрывают скрытые вариации у P. robustus. Этот вид может быть более сложным, чем считалось ранее.
На протяжении почти ста лет исследователи изучали загадочные окаменелости, принадлежащие дальнему и необычайно крепкому родственнику ранних людей, известному как Paranthropus robustus. Этот прямоходящий вид был приспособлен для мощного жевания, имел большие челюсти и огромные зубы, покрытые толстой эмалью. Данные свидетельствуют о том, что он жил примерно 2,25–1,7 миллиона лет назад.
Сегодня родословная человека включает в себя широкий спектр древних родственников и предков, живших миллионы лет назад. Ископаемые останки из Южной Африки охватывают ранних гомининов, таких как Australopithecus prometheus, A. africanus (включая ребенка из Таунга), A. sediba и P. robustus, а также ранних представителей рода Homo (H. erectus/ergaster, H. habilis) и более поздних гомининов, таких как H. naledi и современный Homo sapiens.
Неотвеченные вопросы о Paranthropus robustus
Ископаемые останки прослеживают развитие этих ранних предков вплоть до Australopithecus africanus, который жил 3,67 миллиона лет назад. Эти останки также отмечают ключевые этапы эволюции, такие как переход к двуногой ходьбе, появление использования орудий труда и рост размера мозга. В конце концов, современные люди (Homo sapiens) появились в Южной Африке около 153 000 лет назад.
Первые окаменелости Paranthropus robustus были обнаружены в Южной Африке в 1938 году, но многие фундаментальные вопросы остались без ответа. Насколько велика была вариативность внутри вида? Были ли различия в размерах результатом полового диморфизма или они указывали на наличие нескольких видов? Как P. robustus был связан с другими гоминидами и ранними представителями рода Homo? И какие генетические особенности отличали его от других?
Окончательные ответы оставались недостижимыми. Наша команда, состоящая из африканских и европейских исследователей в области молекулярной науки, химии и палеоантропологии, пыталась ответить на эти вопросы, но анализ древней ДНК был невозможен. Хотя древняя ДНК преобразовала исследования более поздних гомининов, таких как неандертальцы и денисовцы, в теплом климате Африки она быстро разлагается из-за своей хрупкой молекулярной структуры.
К счастью, некоторые белки могут сохраняться в течение миллионов лет, поскольку они прилипают к зубам и костям и остаются стабильными несмотря на высокие температуры. Один из таких белков может определять биологический пол ископаемых образцов. Используя этот метод, мы обнаружили, что два из этих особей были мужского пола, а два — женского.
Эти результаты открывают новый взгляд на эволюцию человека и могут изменить то, как ученые интерпретируют разнообразие ранних предков. Они также предоставляют одни из самых древних генетических данных о человеке, полученных в Африке, что открывает путь к более глубокому пониманию взаимоотношений между отдельными особями и дает возможность определить, представляют ли окаменелости разные виды.
Более одного вида Paranthropus?
Анализ аминокислотных последовательностей выявил незначительные, но потенциально важные генетические различия между окаменелостями. Одно из особенно заметных различий было обнаружено в гене, ответственном за выработку энамелина, ключевого белка, участвующего в формировании зубной эмали. Два из этих особей имели аминокислоту, которая встречается у современных и ранних людей, а также у шимпанзе и горилл. Двое других обладали аминокислотой, которая среди африканских человекообразных обезьян до сих пор была обнаружена только у Paranthropus.
Еще более поразительно то, что один индивид обладал обеими аминокислотами, что стало первым зарегистрированным примером гетерозиготности (наличия двух разных версий гена) в белках, датируемых 2 миллионами лет назад.
В исследованиях белков определенные мутации часто принимаются за индикаторы отдельных видов. Изначально мы полагали, что различие в аминокислотах было уникальным для Paranthropus robustus. Однако мы обнаружили, что эта вариация встречалась внутри самой группы — некоторые особи обладали ею, а другие нет. Это первый случай, когда мутация белка была задокументирована в древних белках, поскольку такие находки обычно идентифицируются с помощью древней ДНК.
Эти результаты предполагают, что то, что кажется единым, изменчивым видом, на самом деле может представлять собой более сложную эволюционную картину, включающую особей с разным происхождением. Объединяя морфологический анализ (изучение формы и структуры организмов) с исследованиями древних белков, мы можем построить более точное представление об эволюционных отношениях между этими ранними гоминидами.
Однако, чтобы подтвердить, что окаменелости P. robustus имеют разное происхождение, нам необходимо взять образцы белка зубной эмали с большего количества их зубов. Для этого мы планируем провести устойчивый отбор образцов P. robustus из других мест в Южной Африке, где они были найдены.
Сохранение ископаемого наследия Африки
Наша команда тщательно соблюдала баланс между научными инновациями и необходимостью защиты незаменимого наследия. Отбор образцов ископаемых проводился в минимальном объеме, и вся работа велась в соответствии с южноафриканскими нормами. Мы также привлекли к анализу местные лаборатории. Многие из авторов были из африканского континента. Они сыграли важную роль в определении программы и подхода к исследованиям на ранних этапах проекта.
Проведение такого рода высокотехнологичных научных исследований африканских окаменелостей в Африке является важным шагом на пути к трансформации и деколонизации палеонтологии. Это способствует развитию местного потенциала и гарантирует, что открытия приносят пользу регионам, из которых происходят окаменелости.
Объединяя данные о молекулах и морфологии, наше исследование предлагает план для будущих исследований, который может прояснить, были ли ранние гоминины более или менее разнообразными, чем мы думали.
На данный момент загадка Paranthropus стала немного сложнее — и гораздо более интересной. По мере совершенствования палеопротеомических методов и анализа все большего количества окаменелостей мы можем ожидать новых сюрпризов от наших древних предков.
