ДНК, извлеченная из окаменелых костей и зубов древнего человека, изменила наши представления о происхождении людей. Но анализ генетического материала не может дать полную картину: со временем он разрушается до такой степени, что код становится непонятным, и извлечь из него информацию становится невозможно. Большая часть генеалогического древа человечества долгое время так и оставалась скрытой от глаз. Но теперь помочь узнать о наших предках могут белки, запертые внутри окаменелых останков.
Антропологам и археологам повезло: белки в костях не разрушаются намного дольше, чем ДНК. Но раньше ученые не умели извлекать из этих молекул информацию — и ценные данные о древних людях так и оставались неизученными. Инновации в лабораторных методах сегодня позволяют обнаруживать в останках наших далеких предков самые крошечные молекулы и изучать их. Наиболее многообещающей является «протеомика дробовика» — метод, позволяющий идентифицировать все белки внутри окаменелой кости или зуба.
Эти «белковые отпечатки» могут охарактеризовать окаменелые кости древнего человека даже тогда, когда ДНК уже утеряно. Сейчас ученые находятся я на пороге «палеопротеомической» революции. Новая технология обещает дать беспрецедентные знания о том, кем были наши древние родственники и как они жили.
Изучение загадочного племени
Антропологи особенно заинтересованы в том, чтобы узнать больше о денисовцах. Это племя людей жило около 50-200 тысяч лет назад. Пока что их генетический материал был извлечен только из одного места — Денисовой пещеры в предгорьях Алтая. Но есть свидетельства того, что денисовцы были гораздо более распространены: люди, живущие сегодня в Азии, Австралии и Папуа-Новой Гвинее, имеют денисовскую ДНК в своем генетическом коде.
«Почти все вопросы, которые у нас есть о денисовцах, остаются без ответа. Мы не знаем, где они жили, какие каменные орудия изготавливали, не знаем их охотничьего поведения», — говорит доктор Фридо Велкер из Копенгагенского университета в Дании, лидер в области изучения древних белков.
Лучше всего сохранившиеся останки денисовца, найденные до сих пор, — это половина нижней челюсти с двумя прикрепленными зубами, обнаруженная монахом в пещере Байшия Карст на Тибетском плато в Китае. ДНК внутри челюсти, возраст которой составляет не менее 160 000 лет, был слишком сильно разрушен для анализа. Но в 2019 году команде, в которую входил Велкер, удалось проанализировать белок коллагена в зубах, и он был сопоставим с денисовцами, найденными в Денисовой пещере. Впервые древнего человека идентифицировали только по его белкам.
Как определить, чьи это кости
Археологи изучают форму и размеры костей, чтобы определить, какому виду они принадлежали и какое место этот вид занимает в эволюционном прошлом человечества. Важнейший период для понимания того, откуда мы, как вид, произошли — это этап между 200 000 и 700 000 лет назад. Генетический анализ для изучения этого периода оказался бесполезен. За последние годы удалось исследовать ДНК только неандертальцев, денисовцев и Homo sapiens, живших не ранее 100 000 лет назад.
Большая часть того, что находят археологи, — это просто маленькие осколки костей, которые невозможно идентифицировать с помощью ДНК. «Еще в 1950-х годах археологи выбрасывали эти костные фрагменты, потому что они не представляли для них никакой ценности», — говорит доктор Катерина Дука, возглавляющая исследовательскую компанию FINDER.
Дука использует метод под названием «Зооархеология с помощью масс-спектрометрии» (ZooMS) для определения принадлежности костных осколков. В ZooMS белок коллагена извлекается из костей и расщепляется трипсином — тем же ферментом, который помогает переваривать белок в нашем желудке.
Трипсин расщепляет коллаген на пептиды (цепочки аминокислот), которые затем помещаются в масс-спектрометр, чтобы можно было измерить их количество. Пептиды присутствуют в человеческих останках в разных соотношениях по сравнению с животными, что позволяет идентифицировать человеческие кости. С помощью ZooMS было проанализировано 11 000 костных фрагментов из Денисовой пещеры и идентифицировано 10 человеческих костей. Некоторым из них почти 250 000 лет, что выходит за рамки возможностей генетического анализа.
Поиск промежуточных звеньев
В 2020 году другой ученый Фридо Велкер начал работу над новым крупным проектом. Он решил изучить период, когда Homo heidelbergensis (вид, от которого мы, Homo sapiens, произошли), как считается, впервые появился.
«Ученые все время спорят, на каком месте в генеалогическом древе человечества находится вид Homo heidelbergensis и существовал ли он вообще. Хорошо, что что для изучения того периода времени, когда он появился, белки могут быть очень полезны», — рассказывает Велкер.
Ученый использует метод «протеомики дробовика»: сверлит кость или зуб, чтобы получить небольшое количество порошка размером с хлебную крошку. Порошок помещают в соляную кислоту для высвобождения белков, которые затем разрезают на пептиды с помощью трипсина.
Так же, как и в ZooMS, массы пептидов измеряются на масс-спектрометре. Но «протеомика дробовика» отличается от ZooMS тем, что данные масс-спектрометра также позволяют исследователям определять последовательность аминокислот в пептидах. Таким образом, ZooMS может определить только то, принадлежит ли кость древнему человеку или животному. Последовательность же белка можно сравнить с уже известными, что встречаются у древних людей, чтобы идентифицировать конкретный вид.
Более того, поскольку аминокислотная последовательность белка определяется геномом, вариации в последовательности дают ученым сведения об эволюционной связи между изучаемой костью и известными видами древних людей. В настоящее время анализ белков используется для исследования тысяч фрагментов костей, обнаруженных на археологических раскопках по всей Европе и Азии.
«Приятно быть частью того, что произошло в этой области за последние пару лет. Даже сейчас я все еще не знаю, каковы пределы палеопротеомики. Это хорошо, потому что это означает, что нам еще есть куда стремиться», — говорит Велкер.
Ожидается, что в течение следующих нескольких лет «протеомика дробовика» позволит исследователям идентифицировать останки видов, присутствующих в большем количестве археологических памятников, что даст более четкую картину развития человечества
Читайте также:
Эти ученые перевернули медицину — но вы вряд ли о них слышали
Мозг придумывает реальность: ученые объяснили, как на самом деле устроено человеческое зрение
Ученые успешно протестировали на мышах вакцину от рака
