В окаменелостях носорога возрастом 24 миллиона лет ещё содержатся древние белки

Международная группа учёных совершила выдающееся открытие, извлекая древние белки из окаменелого зуба носорога возрастом 24 миллиона лет. Это событие знаменует собой значительный прорыв в области палеонтологии и молекулярной биологии, открывая беспрецедентные возможности для изучения доисторической жизни на Земле.

Полученные белки оказались в десять раз старше самой древней известной ДНК, что позволяет исследователям проследить эволюционную историю видов, недоступную ранее для изучения традиционными методами. Это достижение не только расширяет хронологические рамки исследования жизни, но и подтверждает потенциал нового научного направления – палеопротеомики.

Ключом к этому поразительному открытию стала уникальная способность зубной эмали сохранять биомолекулы на протяжении миллионов лет. Как объясняет Райан Синклер Патерсон, исследователь из Института Глобуса при Копенгагенском университете, возглавлявший канадскую часть исследования, эмаль действует как естественный «сейф».

«Эмаль настолько твёрдая, что защищает эти белки в течение длительного времени», - говорит Патерсон. «По сути, это как сейф. Мы открыли этот сейф, по крайней мере, для этого конкретного окаменелого остатка».

Эта природная «капсула времени» позволила учёным извлечь и проанализировать самую древнюю подробную последовательность белков, когда-либо зарегистрированную. Найденный в канадской Арктике, зуб носорога находился всё это время в идеальных условиях для сохранения хрупких органических молекул.

Открытие древних белков и развитие методов их анализа, известных как палеопротеомика, обещают произвести такую же революцию в палеонтологии, какую изучение древней ДНК произвело в археологической науке. До сих пор исследования древней ДНК позволяли раскрывать тайны утраченных цивилизаций, загадочных кланов, существ ледникового периода и ранее неизвестных видов человека, но их временной диапазон был ограничен хрупкостью молекулы ДНК.

Белки же, состоящие из последовательностей аминокислот, значительно более устойчивы к разложению. Хотя они и содержат менее детализированную генетическую информацию по сравнению с ДНК, белки способны пролить свет на эволюционную историю образца, его рацион и даже пол окаменелости животного или человека, расширяя хронологические горизонты исследований на миллионы лет. Исследование, опубликованное 9 июля в научном журнале «Nature», ярко демонстрирует огромный потенциал этой новой области.

Энрико Каппеллини, профессор Копенгагенского университета и соавтор исследования, а также пионер в области извлечения белков из окаменелостей, подчёркивает важность дальнейших исследований: «Следующим шагом будет доказать, что это не просто один образец, один счастливый случай».

Каппеллини выражает уверенность в том, что потенциал палеопротеомики огромен, и это открытие может стать лишь началом пути к раскрытию тайн гораздо более древних организмов, вплоть до динозавров. «Но потенциально существует огромная область исследований, которая может быть дополнительно прояснена, и тогда, если мы действительно продвинемся дальше... мы даже сможем начать исследовать динозавров», - добавил он.

В рамках данного исследования Каппеллини и Патерсон, совместно с коллегами из Йоркского университета и Канадского музея природы, успешно восстановили последовательности семи белков, сохранившихся в окаменелом зубе носорога.

Секвенирование древних белков, то есть определение порядка аминокислот в образце, позволило учёным получить ценную информацию. Сравнивая эти последовательности с данными живых и вымерших родственников, исследователи смогли определить место этого загадочного носорога на семейном древе.

«В ископаемых остатках были некоторые необычные формы (видов носорогов). Есть шерстистый носорог, и, возможно, вы слышали о сибирском единороге с гигантским рогом», - говорит Патерсон. «Мы смогли сравнить нашего загадочного носорога с другими формами и выяснить, где он находится в семейном древе».

Примечательно, что отдельное исследование, также опубликованное 9 июля в журнале «Nature», подтверждает возможность сохранения биомолекул в течение миллионов лет даже в жарких тропических условиях. Ученые из Института музейной реставрации Смитсоновского института и Гарвардского университета проанализировали 10 окаменелостей млекопитающих, включая родственников современных слонов, бегемотов и носорогов, из бассейна Туркана в Кении.

Они успешно извлекли белки из пяти окаменелостей, возраст которых варьировался от 1,5 до 18 миллионов лет назад. Это открытие опровергает прежние представления о необходимости низких температур для замедления распада белков и даёт надежду на обнаружение древних белков в окаменелостях, найденных в самых тёплых регионах планеты.

Хотя информация, полученная из кенийских белков, не была столь подробной, как из канадского образца, её присутствие в эмалевых тканях столь древних окаменелостей в одном из самых тёплых регионов мира является крайне обнадёживающим знаком.

Тимоти Клиланд, физик из Института музейной реставрации и автор исследования, заявил: «Мы добились впечатляющего успеха. Мы вернулись примерно на 18 миллионов лет назад. Я думаю, что возвращение в прошлое должно быть возможным».

Несмотря на волнующие открытия, научное сообщество подходит к ним с обоснованной осторожностью. Маартен Дхаененс, исследователь из Гентского университета в Бельгии, специализирующийся на протеомике, охарактеризовал исследование канадской окаменелости как «обоснованное и чрезвычайно интересное», но выразил некоторую скептичность по поводу методологии, использованной для кенийских окаменелостей, назвав её сложной и менее проверенной.

Он подчеркнул, что выводы по кенийским образцам сложнее интерпретировать и требуют более тщательной оценки: «Данные доступны общественности, поэтому мы должны быть в состоянии проверить их утверждения с помощью ручной проверки, но это требует времени».

Эван Саитта, палеонтолог и научный сотрудник Чикагского музея естественной истории, назвал обнаружение белков, сохранившихся в тропических широтах, «шокирующим» и отметил необходимость повторения этих результатов. Он утверждает, что, если это действительно так, то «повторить этот результат должно быть очень легко. Мы должны быть в состоянии обойти все различные места находок окаменелостей по всему миру и найти пептиды эмали (белки)». Ранее считалось, что для замедления распада белков необходимы низкие температуры.

Мэтью Коллинз, профессор палеопротеомики в Кембриджском университете в Великобритании, также признал убедительность исследований канадской окаменелости, но поделился своим опытом разочарований в попытках извлечь белки из древних образцов: «Это потрясающе. Это действительно захватывающе, но в то же время я был очень разочарован в своей карьере, думая, что у нас имеются очень старые белки, а их не было».

Несмотря на прорывные успехи в изучении белков носорогов, извлечение аналогичных биомолекул из окаменелостей динозавров остаётся одной из самых амбициозных, но и наиболее сложных задач для палеопротеомики.

Коллинз и Саитта, оба не участвовавшие в упомянутых исследованиях носорогов, делятся своим опытом в этой области. В 2024 году они входили в состав команды, которой удалось обнаружить аминокислоты во фрагменте скорлупы яйца титанозавра. Этот растительноядный зауропод обитал в позднем меловом периоде, незадолго до массового вымирания динозавров 66 миллионов лет назад.

Однако, несмотря на частичное сохранение химических «строительных блоков», в скорлупе не было найдено никаких идентифицируемых белковых последовательностей. Саитта образно сравнил их находку с обнаружением лишь пяти букв в огромном романе: это позволило увидеть только общую картину разложения, которая свидетельствовала о том, что когда-то в скорлупе яйца присутствовали белки.

Коллинз подчёркивает это разочарование: «Не осталось никакой последовательности, никакой информации, только маленькие отдельные строительные блоки Лего (аминокислоты)».

Поиск белков в окаменелостях динозавров - предприятие крайне рискованное, и Саитта признаётся, что он лично переключил свои исследовательские интересы на другие, более перспективные вопросы. Он объясняет это несколькими критическими факторами. Во-первых, окаменелости динозавров значительно старше образцов носорогов, изученных в последних исследованиях. Во-вторых, период их существования в основном приходился на время глобального потепления, когда Земля была лишена ледяных шапок, что способствовало более быстрому распаду органических веществ.

Кроме того, окаменелости динозавров, как правило, захоронены гораздо глубже, подвергаясь значительному геотермальному нагреву, что ещё больше ускоряет разрушение белков. Наконец, остаётся под вопросом, была ли эмаль зубов динозавров достаточно толстой и прочной, чтобы обеспечить такую же степень защиты белков, как у носорогов.

Тем не менее, Каппеллини и Патерсон сохраняют оптимизм. Они полагают, что, возможно, через 10 лет удастся извлечь ценную белковую информацию из окаменелостей динозавров. Однако, перед тем как полностью погрузиться в эту задачу, они планируют сосредоточиться на других интригующих вопросах палеонтологии, например, на том, как млекопитающие смогли стать доминирующим классом на планете после исчезновения динозавров.

Патерсон, тем не менее, не оставляет надежды на будущее: «Я действительно думаю, что на некоторых участках могут сохраниться белки динозавров, живших в далёком прошлом. Может быть, мы можем попробовать разыскать такие образцы».

Это говорит о том, что, несмотря на все сложности, мечта о расшифровке «протеинового наследия» гигантских рептилий продолжает вдохновлять учёных. А захватывающее поле исследований, палеопротеомика, несомненно, продолжит расширять понимание древней жизни и эволюции на Земле, предоставляя беспрецедентные возможности для изучения давно вымерших видов.