Белки со временем разлагаются, что затрудняет изучение их истории. Однако новое исследование позволило обнаружить древние белки в эмали зубов ископаемых млекопитающих, живших 18 миллионов лет назад, в рифтовой долине Кении. Это открытие даёт возможность заглянуть в жизнь этих животных и понять, как они эволюционировали.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи из Гарварда и Смитсоновского института консервации музеев обсуждают свои находки.
«Зубы — это камни в нашем рту», — объясняет Дэниел Грин, директор полевой программы в Департаменте эволюционной биологии человека и ведущий автор статьи. «Это самые твёрдые структуры, которые создаёт любое животное, поэтому можно найти зуб, которому сто или даже сто миллионов лет, и он будет содержать геохимическую запись жизни животного».
В прошлом считалось, что в зрелой эмали, самой твёрдой части зубов, практически нет белков. Однако, используя новую технику протеомики, называемую жидкостной хроматографией тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS), команда смогла обнаружить «большое разнообразие белков… в различных биологических тканях».
«Техника включает 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 Кевин Т. Уно, доцент кафедры эволюционной биологии человека и один из авторов статьи.
Грин и его коллеги обнаружили, что в зубах присутствуют десятки, если не сотни, различных видов белков. Исследователи обратились к окаменелостям, сотрудничая со Смитсоновским институтом и Национальным музеем Кении, чтобы получить доступ к ископаемым зубам, особенно зубам ранних слонов и носорогов.
Эти травоядные животные имели большие зубы для пережёвывания растительной пищи. «У них может быть эмаль толщиной два-три миллиметра», — говорит Грин. «Это было много материала для работы».
То, что они обнаружили — фрагменты пептидов, цепочки аминокислот, которые вместе образуют белки возрастом 18 миллионов лет — Грин назвал «меняющим поле». «Никто раньше не находил пептидные фрагменты такого возраста», — сказал он, назвав результаты «своего рода шокирующими». До сих пор самыми старыми опубликованными материалами были материалы возрастом около трёх с половиной миллионов лет, сказал он.
«С помощью нашего коллеги Тима Клеланда, превосходного палеопротеомиста из Смитсоновского института, мы отодвинули возраст пептидных фрагментов в пять или шесть раз по сравнению с тем, что было известно ранее», — сказал Грин.
Недавно обнаруженные пептиды охватывают ряд белков, выполняющих различные функции, вместе известных как протеом, сказал Грин. «Одна из причин, по которой мы воодушевлены этими древними зубами, заключается в том, что у нас нет полного протеома всех белков, которые могли быть найдены в телах этих древних слонов или носорогов, но у нас есть группа из них».
Это исследование «открывает новые горизонты в палеобиологии, позволяя учёным выйти за рамки костей и морфологии, чтобы реконструировать молекулярные и физиологические особенности вымерших животных и гомининов», — сказал Эммануэль К. Ндиема, старший научный сотрудник Национального музея Кении и соавтор статьи.
«Это даёт прямые доказательства эволюционных взаимоотношений. В сочетании с другими характеристиками зубов мы можем сделать выводы об адаптации к питанию, профилях заболеваний и даже возрасте на момент смерти — знаниях, которые ранее были недоступны», — сказал Ндиема.
Исследование также помогает определить место этих животных в истории. Уно пояснил: «Мы можем использовать эти пептидные фрагменты для изучения взаимоотношений между древними животными, подобно тому, как современная ДНК человека используется для определения того, как люди связаны друг с другом».
«Даже если животное полностью вымерло — а у нас есть некоторые животные, которых мы анализируем в нашем исследовании, у которых нет живых потомков — вы всё равно теоретически можете извлечь белки из их зубов и попытаться разместить их на филогенетическом дереве», — сказал Грин.
Такая информация «может разрешить давние споры между палеонтологами о том, к каким линиям млекопитающих относятся эти животные, используя молекулярные доказательства», — сказал Грин.
Хотя это исследование началось как «небольшой побочный проект» гораздо более крупного проекта с участием десятков учреждений и исследователей со всего мира, сказал Грин, «мы были удивлены тому, сколько мы нашли. В этих зубах действительно много белков».
Предоставлено Гарвардским университетом.