Древние белки прояснили родословную парантропов
Из 4 зубов южноафриканских гоминид возрастом 2 млн лет удалось извлечь остатки белков, по которым выяснили, что 2 зуба принадлежали самцам, 2 самкам, и один индивид был особенным... Почему это называют «потенциальным прорывом» в палеоантропологии?
За последние годы палеогенетика произвела переворот в наших представлениях об эволюции человека. Мы столько всего узнали о неандертальцах, открыли для себя таинственных денисовцев…
Но речь всё же идет о том не слишком большом интервале времени, в котором есть надежда найти остатки ископаемой ДНК – это последние 200-300 тыс. лет. И, разумеется, сохранность генетических последовательностей сильно зависит от температуры и других климатических условий, поэтому основная часть древней ДНК происходит из северных широт.
С территории Африки ученым пока что не удалось получить ДНК древнее 18 тыс. лет. А как же быть с Homo erectus, ранними людьми, австралопитеками? Их эволюционные связи являются предметом споров, длящихся многие годы.
Возьмём парантропов. Этих прямоходящих существ с мощными жевательными зубами обычно разделяют на три вида: примерно 2,8 млн лет назад возник Парантроп эфиопский, а от него произошли Парантроп Бойса в Восточной Африке и Парантроп массивный (P. robustus) на юге.
Однако с такой схемой согласны не все. Есть, например, предположение, что южноафриканские и восточноафриканские парантропы произошли независимо от разных видов австралопитеков. Кроме того, антропологи отмечали, что находки из Южной Африки, относимые к робустусам, довольно разнообразны.
Это пытались объяснить либо сильными различиями между самцами и самками, либо тем, что кости принадлежат не одному, а минимум двум разным видам.
И вот на помощь ученым приходит еще один продвинутый подход – палеопротеомика, анализ остатков древних белков, которые могут сохраняться, например, в эмали ископаемых зубов. Некоторые аминокислоты обладают большей устойчивостью, чем ДНК, поэтому есть шанс найти их там, где от генетических последовательностей уже ничего не осталось.
А состав белков позволяет делать вывод о родственных связях древних организмов, примерно так же, как это делают с помощью древней ДНК, хотя, конечно, не с такой разрешающей способностью.
Мы уже рассказывали о подобных исследованиях, которые, например, уточнили родословную Homo antecessor из Испании и даже позволили идентифицировать челюсть денисовца из тибетской пещеры Байшия.
Теперь группа ученых взялась за зубы парантропов, найденные в южноафриканской пещере Сварткранс, в 40 км от Йоханнесбурга. Из этого места происходит самая большая в мире коллекция костей и зубов парантропов. Исследователи выбрали для анализа четыре зуба из самых древних слоёв памятника, возрастом около 2 млн лет.
Для прочтения белковых последовательностей из зубной эмали использовали суперсовременный подход: жидкостную хроматографию в сочетании с тандемной масс-спектрометрией. Удалось прочитать аминокислотный состав от 8 до 10 белков, 6 из которых найдены во всех образцах (это 425 аминокислотных позиций).
И первое, что идентифицировали ученые – это пол хозяев зубов. Для этого воспользовались методом, широко использующимся в криминалистике – анализом вариаций белка амелогенина. Поскольку существуют две формы гена амелогенина, находящиеся соответственно на X и Y-хромосоме, методика позволяет по варианту этого белка идентифицировать пол. Вышло, что 2 зуба SK 850 и SK 835 принадлежали самцам, а два других - SK 830 и SK 14132 – самкам (или женщинам?).
Любопытно, что определение не полностью совпало с выводами, раньше сделанными на основании размеров зубов. Конкретно, зуб SK 835 полагали женским, поскольку для самцов парантропа он мелковат.
Но больше всего исследователей интересовало, в каком родстве эти парантропы состоят между собой и с другими гоминидами, современными и вымершими. С этой целью белковые последовательности из образцов сравнили с большим набором эталонных данных, включавшим разных обезьян, а также сапиенсов, неандертальцев и денисовцев.
По результатам анализа, все четыре парантропа оказались ближе к Homo, чем к любым другим приматам. В прочтенных белках есть 17 полиморфизмов, то есть вариантов аминокислот, которые различают гоминид между собой. Так вот только 2 из них у парантропов отличались от вариантов, встречающихся у современных и ископаемых людей.
Отрадно, что представления об эволюции человека подтверждаются, ведь могло получиться, что парантропы родня какой-нибудь горилле, и тогда привычное эволюционное дерево пришлось бы перетряхивать.
А вот что интересно: один из полиморфизмов, отличающий парантропов от людей, находится в 137 позиции белка энамелина (ENAM-137). Так вот он в разных образцах – разный: у двух зубов (SK 830 и SK 850) это глютамин, а у SK 835 – аргинин.
А четвертый образец, SK 14132, вообще гетерозиготный: 20% прочтений аргинин, 80% - глютамин. Аргинин в этой позиции встречается у всех африканских человекообразных, а также у людей, глютамин есть только у орангутанов (а из ископаемых, кстати – у гигантопитеков).
Впрочем, для превращения аргинина в глютамин достаточно одной единственной мутации. Судя по всему, она независимо произошла у парантропов, но не закрепилась. Исследователи отмечают, что такая изменчивость вполне могла быть внутривидовой, т.е. для деления робустусов на два вида этого недостаточно.
Когда на основании полученных данных исследователи построили родословное дерево, три парантропа, SK 850, SK 14132 и SK 830, образовали «сестринскую» ветвь по отношению к современным людям, неандертальцам и денисовцам.
Четвертый индивид SK 835 оказался стоящим слегка особняком в сравнении с другими парантропами. Конечно, авторы понимают, что такие выводы основаны на анализе небольшого числа белков, поэтому к ним стоит относиться с осторожностью.
Вероятно, особь SK 835 принадлежала к какой-то специфической группе парантропов, отделившейся от популяции, к которой относились 3 остальных индивида. Обратите внимание, кстати, на маленькие размеры зуба SK 835, из-за чего его считали принадлежащим самке. Оказывается – самец, но особенный.
Вспомним, что раньше различия в морфологии разных парантропов пытались списать на разницу между самцами и самками, якобы столь же сильную, как у горилл. Видимо, нет, это другой случай. Кроме того, различия можно было бы объяснить хронологически: одни индивиды просто древнее других. Но все зубы происходят из отложений, образовавшихся достаточно быстро, так что хронологическое объяснение не годится.
По мнению исследователей, такой результат, полученный для зубов возрастом в 2 млн лет, можно считать «потенциальным прорывом» в палеоантропологии. Впервые для столь древних зубов гоминин удалось получить аминокислотные последовательности, на их основании установить пол гоминин, прояснить их место на эволюционном дереве приматов и уточнить родственные связи.
Теперь исследователям стоит попытаться получить более длинные аминокислотные последовательности из образцов, используя в качестве источника не только зубную эмаль. А также применить новые подходы к другим древним гомининам, таким как Homo erectus, многочисленные австралопитеки и ранние Homo. Там ведь тоже такая круговерть из спорных видов и родственных связей!
Но прежде всего – стоит проверить парантропов из других местонахождений Южной Африки. Подтвердится ли гипотеза о двух группах парантропов?
Источник: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.07.03.547326v1.full.pdf
