Древние белки указали на дедушку неандертальцев и сапиенсов
В прошлом году увидело свет сразу несколько научных публикаций, в которых останки древних существ исследовали с помощью протеомного анализа. Эта методика — своего рода лазейка для палеогенетиков. Даже в останках, в которых не сохранилась ДНК, могут ещё оставаться следы белков, а их аминокислотный состав можно сравнивать с составом белков современных организмов. Таким образом учёные опознали найденную в тибетской пещере челюсть денисовца и прояснили родословную гигантопитека возрастом 1,9 млн лет — он оказался роднёй орангутанам. Я предположил тогда, что следующим в списке древних протеомов окажется хоббит с острова Флорес либо Homo naledi из Южной Африки. Что ж, я ошибся.
Увидев публикацию, о которой пойдёт речь, я даже задумался: а не розыгрыш ли? (статья вышла в Nature 1 апреля). Специалистам удалось получить протеом сразу из двух образцов — зуба Homo antecessor из Атапуэрки в Северной Испании и зуба Homo erectus из Дманиси в Грузии.
Оба памятника, без преувеличения, легендарны.
В небольшой пещере Гран Долина (Атапуэрка) в 1994 году нашли останки гоминина, описанного как особый вид человека — Homo antecessor. Кости принадлежали подростку, который, судя по характерным следам на костях, около 800 тыс. лет назад стал жертвой каннибалов. Исследователи отметили прогрессивные черты в строении лица юноши, сближавшее его с современными людьми, а также некоторые неандерталоидные особенности. Прозвучала гипотеза: уж не общий ли это предок сапиенсов и неандертальцев? Датировка подходит, а вот место не очень: чтобы стать сапиенсом, группе антецессоров нужно было вернуться обратно в Африку. Так может, это только неандертальский прадедушка? И не родной, а двоюродный? Сложно ответить, учитывая, что останки Homo antecessor известны пока что из одной пещеры в Атапуэрке.
Вопрос оставался спорным, и вот тут, за неимением ДНК, помочь могла бы палеопротеомика. В качестве образца специалисты взяли коренной зуб из Гран Долина ATD6-92, который даже удалось напрямую датировать комбинацией парамагнитного резонанса и урановых серий. Получилось 772—949 тыс. лет.
Второе местонахождение впечатляет не меньше, ведь это грузинский памятник Дманиси — древнейшая точка в Евразии, где найдены останки людей. Ранние Homo (авторы статьи относят их к Homo erectus) жили в Дманиси не менее 1,77 млн лет назад! Отсюда тоже был взят зубик для протеомного анализа. Исследование, с соблюдением всех предосторожностей, проводили в двух независимых лабораториях, сопоставляя результат с контрольным образцом — 300-летним человеческим моляром и рядом других известных находок, относящихся к голоцену.
Исследователям улыбнулась удача: в эмали обоих зубов удалось обнаружить следы белков, по всем признакам — древних. Об этом говорила и длина прочтённых фрагментов аминокислотных последовательностей, более коротких, чем у современного «контроля»: со временем белки распадаются. При этом последовательности из дманисского зуба оказались короче, чем из испанского. Логично, ведь дманисский эректус на миллион лет древнее.
Что же показал анализ протеомов? Во-первых, судя по наличию специфических белков, кодируемых на Y-хромосоме, индивид из Гран Долины был мужского пола.
Ну а что там с родословной Homo antecessor? Чтобы уточнить её, исследователи использовали для сравнения геномы 250 современных людей, человекообразных обезьян (включая гиббона), макаки-резуса, а также три неандертальских генома и один денисовский. Сравнивая последовательности соответствующих белков между собой, построили варианты эволюционных деревьев, где антецессор находился в различном родстве с другими гомининами. Наиболее вероятной оказалась схема, в которой юноша из Гран Долины оказался ближайшим сестринским таксоном по отношению к ветви, включающей всех известных Homo. Попросту говоря, антецессор получился ближайшим родственником последнему общему предку сапиенсов, неандертальцев и денисовцев. Это согласуется и с генетическими датировками, согласно которым, разделение линий сапиенсов и неандертальцев / денисовцев случилось 550—765 тыс. лет назад. Понятным становится сочетание сапиентных и неандертальских особенностей юноши из Гран Долина: в его хмуром лице уже угадывались черты далёких потомков!
А могло ли получиться иначе? Могло. Если бы индивид из Атапуэрки оказался, скажем, в более близком родстве с неандертальцами, чем с сапиенсами, он попал бы «внутрь» человеческой ветви — и тогда правы были бы те, кто связывал испанских гоминид только с неандертальской историей.
Надо сказать, что в этой версии не всё гладко. Если вы присмотритесь к рисунку, то увидите, что неандерталец из испанской пещеры Эль Сидрон на ней объединяется не с двумя другими неандертальцами (Виндия и Алтай), а с денисовским человеком. Авторы объясняют такой казус недостаточной разрешающей способностью метода. Для более точного результата не хватило аминокислотных полиморфизмов — уникальных особенностей, характеризующих последовательности белков разных гоминин.
Хуже в этом плане ситуация с дманисским образцом. Правда, исследователям удалось и в этом случае построить некий вариант эволюционной схемы: в нём Дманиси также оказывается внешним сестринским таксоном по отношению к группе остальных Homo. Но надёжность результата, как отмечают сами авторы, невелика, из-за того, что выделенные аминокислотные последовательности слишком короткие, а уникальные полиморфизмы вовсе отсутствуют. Видимо, поэтому дманисский протеом даже не упоминается в пресс-релизе об исследовании.
Тем не менее, мы имеем реально революционный результат: впервые протеом удалось выделить из человеческих останков такой древности. Хорошим источником для подобного исследования оказалась зубная эмаль. Сохранность определенных пептидов и их химические особенности таковы, что, по мысли исследователей, позволят изучать особенности формирования зубов у древних гоминин. С другой стороны, исследователи столкнулись с существенными ограничениями методики, из-за которых чудес и сенсаций, которых мы все так ждём, может и не случиться. Конечно, я всё равно буду надеяться на тебя, будущий протеом хоббита с острова Флорес!