Homininy — ludzie i ich starożytni krewni — pojawili się w Afryce jakieś siedem milionów lat temu. Teraz naukowcy zebrali informacje genetyczne od afrykańskiego hominina, który żył dwa miliony lat temu, najstarsze takie dane, jakie udało się odzyskać.

Sekwencje białkowe opisane w preprintu zamieszczonym na serwerze bioRxiv 3 lipca¹pochodzą z kilku Paranthropus robustus skamieliny zębów znalezione w południowoafrykańskiej jaskini.

Naukowcy twierdzą, że te dane genetyczne są najstarszymi, jakie zostały zebrane od jakiegokolwiek hominina, cofając zapis genetyczny do czasów i miejsc, które wcześniej były nie do pomyślenia.

„To niesamowity wynik” — mówi Katerina Douka, archeolog z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Dodaje, że w tym wieku szczątki „prawie zamieniły się w kamień”.

Nie jest jasne, czy kilka sekwencji, które można odzyskać z bardzo starych skamieniałości, może pomóc w rozwikłaniu ewolucyjnych relacji, nad którymi naukowcy debatują od dziesięcioleci. „Nikt tak naprawdę nie wie jeszcze, jak przydatne będzie to” – mówi Beatrice Demarchi, archeolog biomolekularny z Uniwersytetu w Turynie we Włoszech.

Konserwowane białka

W zeszłym roku naukowcy uzyskali sekwencje genetyczne z próbek wiecznej zmarzliny Grenlandii sprzed dwóch milionów lat², ustanawiając rekord najstarszego odkrycia zachowanego starożytnego DNA. Ale DNA degraduje się szybciej w cieplejszym klimacie: naukowcy podjęli heroiczne wysiłki, aby zsekwencjonować fragment najstarszego zarejestrowanego DNA hominina: 400 000-letni genom neandertalczyka, który został znaleziony w podziemnym dole w Hiszpanii³.

Przesuń się, DNA: starożytne białka zaczynają ujawniać historię ludzkości

Białka są zwykle bardziej odporne niż DNA, co pozwala naukowcom cofnąć zapis molekularny dalej w czasie. W 2016 roku zespół Demarchiego uzyskał sekwencje białkowe ze strusia (Struthionidae) skorupki jaj w Tanzanii, które miały do ​​3,8 miliona lat⁴.

Kilka lat później zespół kierowany przez Enrico Cappelliniego, chemika zajmującego się białkami z Uniwersytetu w Kopenhadze (KU), zsekwencjonował białka zębów z około 800 000-letnich szczątków należących do gatunku zwanego Homo poprzednik w Hiszpanii, a także bardziej ograniczone sekwencje sprzed 1,8 miliona lat człowiek wyprostowany skamieniałości z Gruzji⁵.

W badaniu z 2023 roku zespół kierowany przez Cappelliniego, badacza białek Claire Koenig i biologa molekularnego Ioannisa Pastramanisa, obaj z KU, oraz biologa molekularnego Palesę Madupe z University of Cape Town, pobrał próbki czterech P. robustus zęby z jaskini Swartkrans, 40 kilometrów na północny zachód od Johannesburga. Naukowcy od dawna debatują, w jaki sposób te tęgie homininy są spokrewnione z innymi starożytnymi gatunkami ludzkimi.

Naukowcy wykorzystali technikę zwaną spektrometrią mas do analizy setek aminokwasów w szkliwie każdej próbki, mineralnej zewnętrznej warstwie zębów.

Milionowe genomy mamutów biją rekord najstarszego starożytnego DNA

Jedno znalezione białko, zwane amelogeniną-Y, jest wytwarzane przez gen na chromosomie Y. Jego obecność w dwóch próbkach pozwoliła naukowcom stwierdzić, że zęby należały do ​​mężczyzn. Jeden z nich był wcześniej przypisywany samicy ze względu na jego mały rozmiar. Pozostałe dwa zęby nie miały śladów amelogeniny-Y i zawierały wersję białka z chromosomem X, co doprowadziło autorów do wniosku, że okazy były prawdopodobnie samicami.

We wszystkich czterech próbkach zsekwencjonowano około 400 tych samych aminokwasów. To pozwoliło naukowcom zbudować proste drzewo ewolucyjne, które to potwierdza Homo sapiens, Neandertalczycy i hominini żyjący na Syberii, zwani denisowianami, którzy żyli w ciągu ostatnich 200 000 lat, są ze sobą bliżej spokrewnieni niż z liczącym dwa miliony lat Parantrop. Każdy inny związek byłby wielką niespodzianką, mówi Douka.

W jednym białku szkliwa naukowcy odkryli różnice w sekwencji między Parantrop szczątki, potencjalnie odzwierciedlające zmienność w obrębie gatunku.

„Potencjalnie transformujący”

Zbudowanie drzewa ewolucyjnego na podstawie danych genetycznych takich starych szczątków „można uznać za potencjalnie przełomowy przełom dla paleoantropologii”, piszą Cappellini i jego współpracownicy w przeddruku. Dodają, że badania starożytnych białek mogą poprawić zrozumienie, gdzie żyją stworzenia takie jak Australopithecus afarensis — którego istnieje wiele fragmentów skamielin i pełniejszy okaz znany jako Lucy — znajdują się w drzewie genealogicznym homininów.

Inni naukowcy twierdzą, że jury wciąż nie wie, czy starożytne białka pomogą osiągnąć konsensus co do obrazu ewolucji homininów, który obecnie jest zbudowany głównie z kształtów kości.

Rekordowe starożytne DNA znalezione w zamarzniętej glebie

Istnieje ograniczona zmienność białek szkliwa, więc 425 aminokwasów, których zespół Cappellini użył do skonstruowania drzewa genealogicznego, wydaje się mniej pouczające niż pierwsze sekwencje neandertalczyków zsekwencjonowane w 1997 r., które obejmowały około 360 par zasad mitochondrialnego DNA⁶, który ma wiele odmian, zauważa Pontus Skoglund, paleogenetyk z Francis Crick Institute w Londynie. Kształt kości jest prawdopodobnie nadal bardziej niezawodnym sposobem na rozplątywanie relacji niż starożytne białka. „A zatem w starożytnej proteomice ewolucyjnej jest jeszcze długa droga do przebycia”.

Demarchi zgadza się, ale jest również podekscytowana możliwością określenia płci fragmentarycznych skamielin, zwłaszcza zwierząt. Często zdarza się, że różnice w wielkości ze względu na płeć są błędnie przypisywane różnicom gatunkowym i odwrotnie: P. robustus skamieniałości początkowo przypisywano samcom innego, mniejszego hominina z południowej Afryki.

Wraz z rozwojem starożytnej proteomiki naukowcy twierdzą, że kluczowe będzie również zrównoważenie korzyści z kosztami destrukcyjnego pobierania próbek. Laboratorium Skoglunda pracuje nad nieniszczącymi metodami badania skamieniałości pod kątem zawartości białka – oszczędzając próbki, które nie dostarczyłyby dobrych danych. „Ważne jest, aby przy podejmowaniu decyzji o próbkowaniu zapisu kopalnego wzięto pod uwagę ryzyko niepowodzenia” – mówi.