Древние фрагменты белков
Фрагменты белков, восстановленные с помощью новой методики, в пять раз старше любых ранее обнаруженных. Они могут помочь понять, как эволюционировали и жили крупные млекопитающие 18 миллионов лет назад (млн лет назад).
Трансформация Восточной Африки в начале эпохи миоцена
В начале эпохи миоцена (23–5,3 млн лет назад) климат Восточной Африки менялся: тёплый и влажный становился более сухим. Это привело к разрушению обширных низменных тропических лесов, которые покрывали большую часть континента.
Считается, что более открытые среды обитания, такие как саванны и луга, стали ключевым фактором эволюции двуногих обезьян, предков современных людей.
Другие млекопитающие раннего миоцена
Среди других млекопитающих, обитавших в регионе в раннем миоцене, были древние родственники носорогов и представители отряда хоботных, к которому относятся слоны. Одним из доисторических хоботных, живших в раннем миоцене в Кении, был археоболедон — животное с хоботом, бивнями и большими плоскими зубами, расположенными спереди. Археоболедон мог достигать веса около 3,5 тонн.
Исследования древних животных
Исследования животных, живших так давно, часто ограничиваются размером и формой окаменелых останков. Исследования, основанные на древней ДНК или белках, проводились в основном в плейстоцене (2,58 млн — 11 700 лет назад) или плиоцене (5,3–2,58 млн лет назад) из-за того, что молекулы со временем разрушаются.
Новое исследование
Опубликованное в журнале Nature новое исследование открывает новые возможности для изучения более ранних животных, демонстрируя методику обнаружения белков в окаменелых зубах млекопитающих раннего миоцена, найденных в Кении.
Ведущий автор исследования
«Зубы — это камни у нас во рту», — говорит ведущий автор исследования Дэниел Грин, директор полевой программы в отделе Гарвардского университета по эволюционной биологии человека (HEB). «Это самые твёрдые структуры, которые создают животные, поэтому можно найти зуб, которому сто или сто миллионов лет, и он будет содержать геохимическую запись жизни животного».
Эта запись включает в себя подсказки о рационе и среде обитания животного.
«Раньше мы думали, что в зрелой эмали, самой твёрдой части зубов, должно быть очень мало белков», — говорит Грин.
Команда Грина использовала новую методику протеомики, называемую жидкостной хроматографией тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS), для обнаружения различных белков.
«Методика включает в себя несколько этапов, на которых пептиды разделяются на основе их размера или химического состава, чтобы их можно было последовательно анализировать с более высоким разрешением, чем это было возможно с помощью предыдущих методов», — объясняет автор исследования Кевин Т. Уно, также из отдела HEB Гарварда.
«Мы и другие учёные недавно обнаружили, что в зубной эмали присутствуют десятки, если не сотни, различных видов белков», — говорит Грин.
Тестирование новой методики
Команда протестировала новую методику на окаменелостях из бассейна Туркана в Великой рифтовой долине в Кении, где был найден гоминин возрастом 1,9 миллиона лет — «Мальчик из Турканы». Они сосредоточились на окаменелых зубах крупных травоядных (родственников носорогов и слонов), у которых эмаль может достигать толщины 2–3 мм.
Результаты исследования
Они обнаружили пептидные фрагменты, цепочки аминокислот, из белков возрастом до 18 миллионов лет.
«Никто никогда раньше не находил пептидные фрагменты такого возраста», — говорит Грин. Предыдущие самые старые пептидные фрагменты имели возраст около 3,5 миллионов лет.
Фрагменты представляют собой небольшую, но важную часть протеома организмов — всего набора белков, экспрессируемых геномом.
Исследование «открывает новые горизонты в палеобиологии, позволяя учёным выйти за рамки костей и морфологии, чтобы реконструировать молекулярные и физиологические особенности вымерших животных и гомининов», — говорит соавтор Эммануэль К. Ндиема, старший научный сотрудник Национального музея Кении.
«Это предоставляет прямые доказательства эволюционных связей», — добавляет Ндиема. «В сочетании с другими характеристиками зубов мы можем сделать выводы об адаптации к питанию, профиле заболеваний и даже возрасте на момент смерти — сведения, которые ранее были недоступны».
«Мы можем использовать эти пептидные фрагменты для изучения взаимоотношений между древними животными, подобно тому как современная ДНК человека используется для определения родства между людьми», — объясняет Уно.
«Даже если животное полностью вымерло — а у нас есть некоторые животные, которых мы анализируем в нашем исследовании, у которых нет ныне живущих потомков, — вы всё равно теоретически можете извлечь белки из их зубов и попытаться разместить их на филогенетическом дереве», — говорит Грин. Это может «разрешить давние споры палеонтологов о том, к каким другим линиям млекопитающих эти животные относятся, используя молекулярные доказательства».