Зубная эмаль возрастом 2 миллиона лет рассказала о дальних родственниках человека
Почти столетие ученые ломали голову над окаменелостями странного и крепкого на вид дальнего родственника древних людей — Paranthropus robustus («парантроп массивный»). Он ходил прямо и был приспособлен для интенсивного жевания благодаря массивным челюстям и крупным зубам с толстой зубной эмалью. Жил парантроп в отрезке между 2,25 и 1,7 миллиона лет назад.
У современного человека есть множество дальних родственников и предков-гоминидов, живших миллионы лет назад. Палеонтологические находки в Южной Африке варьируются от ранних гоминидов, таких как Australopithecus prometheus, A. africanus («Таунг чайлд»), A. sediba и P. robustus, до ранних представителей рода Homo (H. erectus/ergaster, H. habilis) и более поздних гоминидов, таких как H. naledi и, наконец, Homo sapiens (человек разумный).
Окаменелости показывают, как развивались эти ранние родственники, начиная с A. africanus, жившего 3,67 миллиона лет назад. Они также документируют основные этапы эволюции, включая переход к хождению на двух ногах, изготовление орудий труда и ускоренное развитие мозга. В конечном счете, наш вид — Homo sapiens — появился в Южной Африке примерно 153 000 лет назад.
Окаменелости P. robustus были впервые обнаружены в 1938 году. Но оставались нерешенными важные вопросы. Насколько велики были различия внутри вида? Были ли различия в размерах связаны с полом или они отражают присутствие нескольких видов? Каким образом P. robustus был связан с другими гоминидами и ранними Homo? И что генетически отличало его от них?
До сих пор ответы на эти вопросы были труднодостижимы. Африканские и европейские исследователи в области молекулярной науки, химии и палеоантропологии стремились найти ответы, но в их распоряжении не было образцов ДНК. У ученых есть образцы ДНК более поздних гоминидов, таких как неандертальцы и денисовцы, живших в Евразии, но они плохо сохраняются в африканском климате.
Настоящим прорывом стало использование палеопротеомики — анализа ископаемых белков. Ученые извлекли их из эмали зубов, возраст которых составляет 2 миллиона лет. Объектами стали четыре окаменелости P. robustus из пещеры Сварткранс в Южной Африке.
Белки, в отличие от нуклеиновых кислот, хорошо сохраняются, приклеиваясь к зубам и костям, не поддаваясь деструктивному влиянию жаркого климата. Один из этих белков рассказал о биологическом поле «хозяев» окаменелостей. Выяснилось, что два индивида были мужчинами, а два — женщинами.
Эти находки открывают новое окно в эволюцию человека и могут изменить интерпретацию генетического разнообразия наших ранних предков, живших в Африке. Исходя из этого, мы можем больше узнать о взаимоотношениях между отдельными особями и, возможно, даже о том, принадлежат ли окаменелости к разным видам или одному.
Белковые последовательности также выявили другие тонкие, но потенциально значимые генетические различия. Одно существенное отличие было обнаружено в гене, который отвечает за выработку эмалелина — белка, формирующего эмаль. Ученые обнаружили, что у двух особей была общая аминокислота с современными и древними людьми, шимпанзе и гориллами. У двух других особей была аминокислота, которая среди африканских человекообразных обезьян до сих пор встречалась только у парантропов.
Что еще более интересно, так это то, что у одной из особей присутствовали обе аминокислоты! Это первый документально подтвержденный случай гетерозиготности (наличия двух разных версий гена) в белках, возраст которых составляет 2 миллиона лет. При изучении белков считается, что специфические мутации указывают на разные виды. Но к удивлению ученых, то, что они первоначально считали мутацией, уникальной для Paranthropus robustus, на самом деле изменялось в пределах этой группы — у одних особей она была, а у других нет. Опять же, это был первый случай, когда белковая мутация наблюдалась в древних белках, а не в ДНК.
Исследователи поняли, что вместо того, чтобы наблюдать за одним изменчивым видом, они, возможно, рассматривали сложную эволюционную головоломку, состоящую из особей с разными предками. Это показывает, что, объединяя анализ морфологии (изучение формы и структуры организмов) и изучение древних белков, можно создать более четкую эволюционную картину взаимоотношений между ранними гоминидами.
Однако, чтобы убедительно подтвердить, что окаменелости P. robustus имеют разное происхождение, необходимо взять образцы белка зубной эмали с большего количества их зубов. Для этого авторы исследования планируют собрать больше образцов P. robustus из других мест в Южной Африке.
О том, как человек разумный последним из гоминидов покинул родную Африку, но затем обогнал всех в мировой экспансии, читайте в материале Hi-Tech Mail.
