Извлечение белков из зуба доисторического животного открыло новые горизонты
Ученые извлекли древние белки из окаменелого зуба носорога, открыв новые горизонты в изучении древней жизни на Земле.
тестовый баннер под заглавное изображение
Зуб возрастом 24 миллиона лет, обнаруженный в канадской Арктике, содержит белки, которые в 10 раз старше самой древней из известных ДНК. Используя этот образец, ученые проанализировали самую древнюю из известных последовательностей белков, рассказывает CNN.
“Эмаль настолько твердая, что защищает эти белки в течение длительного времени, — отмечает Райан Синклер Патерсон, научный сотрудник Института глобуса при Копенгагенском университете в Дании, который возглавлял исследование. – По сути, это похоже на хранилище. Все, что мы сделали, — это открыли это хранилище, по крайней мере, для этого конкретного ископаемого”.
Изучение древней ДНК, сохранившейся в костях, окаменелостях и грязи, произвело революцию в археологической науке, приоткрыв завесу тайны над исчезнувшими империями, таинственными кланами, существами ледникового периода и ранее неизвестными видами людей. Древние белки обещают аналогичную революцию в отношении окаменелостей, возраст которых составляет много миллионов лет и которые в настоящее время находятся за пределами хронологической досягаемости древней ДНК.
Исследование, опубликованное 9 июля в научном журнале Nature, демонстрирует огромный потенциал области, известной как палеопротеомика.
Белки, состоящие из последовательностей аминокислот, более надежны, чем ДНК — хрупкая молекула, которая относительно легко разрушается, поясняет CNN. Хотя белки содержат менее подробную информацию, они могут помочь выяснить эволюционную историю животного, его рацион, а в некоторых случаях даже пол ископаемого.
“Следующий шаг — продемонстрировать, что это не просто один образец, а один счастливый случай”, — говорит соавтор исследования профессор Энрико Каппеллини, который впервые разработал методы выделения белков из окаменелостей.
“Но потенциально существует огромная область исследований, которая может быть дополнительно прояснена, и затем, если мы действительно продвинемся дальше, мы могли бы даже начать изучать динозавров”, — добавил он.
Каппеллини и Патерсон вместе с коллегами из Йоркского университета и Канадского музея природы восстановили последовательности семи белков, сохранившихся внутри окаменелого зуба носорога.
Секвенирование древних белков предполагает определение порядка расположения аминокислот в образце. Сравнивая последовательности с последовательностями живых и вымерших родственников, ученые смогли собрать информацию об эволюции носорога. Анализ показал, что он произошел от того же семейства, что и ныне живущие носороги, примерно 41-25 миллионов лет назад.
“В палеонтологической летописи было несколько необычных форм (видов носорогов). Есть шерстистый носорог, и, возможно, вы слышали о сибирском единороге с гигантским рогом, — отмечает Патерсон. — Что нам удалось сделать, так это сравнить нашего загадочного носорога с другими видами и выяснить, какое место он занимает в генеалогическом древе”.
Отдельное исследование, также опубликованное 9 июля в журнале Nature, в ходе которого были взяты образцы окаменелостей из бассейна Туркана в Кении, предполагает, что биомолекулы могут сохраняться миллионы лет даже в суровых тропических условиях.
Исследование, в котором были проанализированы окаменелости 10 млекопитающих, включая родственников современных слонов, гиппопотамов и носорогов, было опубликовано исследователями из Института музейной консервации Смитсоновского института и Гарвардского университета.
Они извлекли белки из пяти окаменелостей, возраст которых составлял от 1,5 до 18 миллионов лет, и обнаружили, что даже в тропических регионах с высокими температурами ученые могут извлекать доисторические белки, которые могут выявить связи между древними слонами и носорогами и их современными родственниками.
Хотя информация, содержащаяся в кенийских белках, была не такой подробной, как в канадских окаменелостях, авторы исследования заявили, что их присутствие в тканях эмали в одном из самых теплых регионов мира дает надежду на то, что белки могут быть обнаружены в гораздо более древних окаменелостях.
“Мы добились потрясающего успеха. Мы вернулись примерно на 18 миллионов лет назад. Я думаю, что возвращение в прошлое должно быть возможным”, — сказал автор исследования Тимоти Клеланд, ученый-физик из Института музейной консервации.
Исследование канадской окаменелости было “основательным и очень интересным”, комментирует Мартен Дененс, исследователь из Университета Гента в Бельгии. Однако Дененс, который не участвовал ни в одном из исследований, сказал, что методология, использованная для изучения кенийских окаменелостей, была сложной и менее проверенной. Выводы исследователей, по его мнению, сложнее интерпретировать и требуют более тщательной оценки.
Эван Саитта, палеонтолог и научный сотрудник Чикагского полевого музея естественной истории, отмечает, что было “шокирующе” обнаружить белки, сохранившиеся в окаменелостях в тропических широтах, и добавил, что эти находки нуждаются в повторении. Ранее предполагалось, что низкие температуры необходимы для замедления распада белков. “Если это действительно так, то воспроизвести этот результат будет очень легко, — подчеркивает он. — Мы должны иметь возможность обойти все различные ископаемые места по всему миру и найти пептиды (белки) эмали”.
Получение белков из окаменелостей такого возраста было бы воплощением мечты палеонтолога, сказал Мэтью Коллинз, профессор палеопротеомики из Кембриджского университета Великобритании, который согласился с тем, что исследование канадской окаменелости было более убедительным.
“Это удивительно. Это действительно захватывающе, но в то же время я был очень разочарован в своей карьере, думая, что у нас были очень древние белки, а у нас их не было”, — добавил Коллинз, который пытался восстановить белки из окаменелостей динозавров.
Согласно исследованию, опубликованному в 2024 году, Коллинз и Саитта были частью команды, которая обнаружила аминокислоты во фрагменте яичной скорлупы титанозавра. Яйцо было отложено травоядным зауроподом, огромным динозавром с длинной шеей, который жил в позднем меловом периоде, незадолго до того, как динозавры вымерли 66 миллионов лет назад. Однако в скорлупе яйца динозавра отсутствовали какие-либо идентифицируемые белковые последовательности. По словам Саитты, их результаты были сродни определению пяти букв в романе, выявив только характер распада, который свидетельствовал о том, что когда-то в яичной скорлупе были белки. “Не осталось никакой последовательности, никакой информации, только маленькие отдельные кирпичики ”Лего» из аминокислот», — сказал Коллинз.
Получить информацию о белках из зуба динозавра — трудная задача, и Саитта отметил, что он отказался от поиска белков в окаменелостях динозавров в пользу изучения более интересных исследовательских вопросов. Он подчеркивает, что окаменелости динозавров не только намного старше, чем окаменелости в двух исследованиях, но и в основном относятся к тепличному периоду глобального климата, когда не было ледяных шапок. Более того, в среднем окаменелости динозавров залегают гораздо глубже и, следовательно, подвергаются гораздо большему воздействию геотермального тепла. Также неясно, была ли у динозавров достаточно толстая эмаль, чтобы сохранить белки, добавил он.
Каппеллини и Патерсон сказали, что, возможно, удастся извлечь полезную информацию о белках из окаменелостей динозавров в течение 10 лет, хотя сначала необходимо изучить другие интересные вопросы, например, как млекопитающие стали доминировать на планете после вымирания динозавров. “Я действительно думаю, что в некоторых местах могли сохраниться белки динозавров в глубокой древности. Возможно, мы сможем попробовать”, — надеется Патерсон.
