Молекулы из зубов возрастом 20 миллионов лет являются одними из древнейших когда-либо секвенированных
Учёные описали белки, которые, по их словам, являются одними из самых древних из когда-либо секвенированных. Две группы, проанализировавшие молекулы вымерших родственников носорогов и других крупных млекопитающих, отодвинули генетическую летопись окаменелостей на более чем 20 миллионов лет назад.
Научные статьи, опубликованные вчера в журнале Nature, показывают, что белки сохраняются лучше, чем предполагали исследователи. Это открывает возможность получения молекулярной информации об эволюционных связях, биологическом поле и питании даже у более древних животных, возможно, даже у динозавров.
«Просто открывается целый ряд новых вопросов, к которым палеонтологи никогда не думали, что смогут приблизиться», — говорит Мэтью Коллинз, специалист по палеопротеомике из Кембриджского университета (Великобритания) и Копенгагенского университета.
Сохранился в зубах
Возможность получения ДНК из останков возрастом в тысячи лет произвела революцию в биологии, открыв ранее неизвестные группы людей, такие как денисовцы, и переосмыслив историю популяции человека и других животных. Древнейшая секвенированная ДНК получена из костей мамонта возрастом один миллион лет и арктических отложений возрастом два миллионалет.
Белки — биологические строительные блоки, кодируемые геномом, — более устойчивы, чем ДНК, и могут расширить возможности исследователей в использовании молекул для более глубокого изучения древних видов. Насколько далеко — вопрос спорный. В 2007 и 2009 годах учёные описали фрагменты белка из окаменелостей динозавров возрастом 68 и 80 миллионов лет соответственно, но многие учёные сомневаются в этих заявлениях.
По словам Энрико Каппеллини, биохимика из Копенгагенского университета, предпринятая в 2017 году попытка повторить работу 2009 года оказалась более убедительной. Однако в ходе исследования было получено лишь ограниченное количество последовательностей — списка аминокислот, описывающего состав белка, — что, по его словам, дало лишь предварительную информацию об эволюционных связях. Он и его коллеги считают, что в настоящее время эталоном древнейшего из когда-либо обнаруженных эволюционно информативных белков является коллаген, выделенный из 3,5-миллионолетнего родственника верблюдов из канадской Арктики.
Чтобы ещё больше расширить этот предел, в одном из двух последних исследований команда Каппеллини извлекла белки из эмали — минерализованного внешнего слоя зубов — родственника носорогов возрастом 23 миллиона лет. Окаменелость была найдена на острове в Высокой Арктике Канады в 1986 году и хранится в музее Оттавы. В препринте 2024 года она была отнесена к новому вымершему виду носорогов под названием Epiaceratherium itjilik.
Используя масс-спектрометрию, которая определяет вес фрагмента белка, что позволяет сделать вывод о его составе, исследователи идентифицировали частичные последовательности из 7 белков эмали, составляющих в общей сложности не менее 251 аминокислоты.
Эволюционное древо, объединяющее эти последовательности с данными геномов современных носорогов и их двух родственников ледникового периода, преподнесло сюрприз. Образец Epiaceratherium принадлежал к ветви генеалогического древа носорогов, которая отделилась раньше любой другой: между 41 и 25 миллионами лет назад. Предыдущие исследования помещали эту группу среди современных носорогов. «Это действительно меняет наши представления об эволюции носорогов», — говорит говорит Райан Патерсон, биомолекулярный палеонтолог из Копенгагенского университета, один из руководителей исследования.
Следующий шаг — динозавры
Белки разрушаются при жаре. Образец, взятый у носорога, который Патерсон и его коллеги проанализировали, был взят из полярной пустыни, где средние температуры значительно ниже нуля, — «идеального места» для сохранения белка, говорит он.
Бассейн Туркана в Кении можно считать одним из худших, и тем не менее именно здесь были обнаружены окаменелости возрастом 18 миллионов лет, из которых вторая группа исследователей секвенировала белки эмали. Температура поверхности земли там может достигать 70 °C, а климатические данные свидетельствуют о том, что бассейн Туркана долгое время был «одним из самых жарких мест в мире», говорит Дэниел Грин, специалист по изотопной геохимии из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, который был одним из руководителей исследования.
Кенийские последовательности белков эмали, полученные от вымерших родственников носорогов, слонов, бегемотов и других животных, соответствуют классификациям, составленным палеонтологами на основе анатомии костей ископаемых. Грин надеется, что будущие исследования древних белков из Турканы позволят раскрыть некоторые эволюционные тайны, например, происхождение бегемотов. Он и его коллеги также надеются, что древние белки можно будет получить из останков ранних гомининов, найденных в бассейне Туркана.
«Возможность показать, что мы можем вернуться на 18 миллионов лет назад в таких жарких и суровых условиях, действительно показывает, что мир открыт для работы в области палеопротеомики», — говорит Тимоти Клеланд, учёный-физик из Института консервации наук Смитсоновского музея в Сьютленде, штат Мэриленд, который был одним из руководителей исследования Турканы. Он особенно заинтересован в извлечении белков из зубов динозавров, но это будет непросто, поскольку их эмаль особенно тонкая, говорит он.
Дэн Тао, палеонтолог из Пекинского института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии, считает, что эти исследования представляют собой крупное техническое достижение. Но по мере того, как исследователи всё глубже проникают в историю в поисках древних белков, он надеется, что результаты позволят получить значимую информацию об истории жизни, «а не просто цепляться за древнейшие записи».
Хотя исследования сосредоточены на эволюционных связях, Коллинза больше воодушевляют перспективы получения других знаний о древних белках, включая данные о биологическом поле — основанные на возможном наличии типов эмалевых белков, которые встречаются только у животных с Y-хромосомой, — и информацию о месте животного в пищевой цепи, записанную изотопами азота в аминокислотах, говорит он. «Что с этим можно сделать? Всё. Просто ого!»