Момент загибелі будь-якої істоти знаменує собою початок руйнування її ДНК. У середньому половина генетичного матеріалу розкладається кожні 521 рік. Приблизно через 6,8 мільйона років, навіть за ідеальних умов збереження в холодних та стабільних середовищах, від будь-якого значущого сліду ДНК не залишається нічого.
Це є надзвичайною проблемою для глибшого розуміння нашої еволюційної історії. Двоногі примати, наші далекі пращури, з’явилися в Африці 7 мільйонів років тому, а наш рід Homo виник близько 2,6 мільйона років тому. Однак ДНК швидко руйнується в тих регіонах, де мешкали наші прабатьки. Як наслідок, багато визначальних пристосувань, що роблять нас унікальними людьми, припадають на період, коли стародавня ДНК стає нерозшифрованою.
Проте нова методика дозволяє зазирнути далі за термін придатності ДНК в Африці, щоб відповісти на давні запитання про наших предків. Цей метод називається палеопротеомікою — це дослідження стародавніх білків, які зберігаються набагато довше за ДНК.
«Білки — це довгоживучі біомолекули, здатні виживати протягом мільйонів років», — написала Крістіна Ворінер, біомолекулярний археолог з Гарвардського університету, разом із колегами у своїй статті 2022 року. ДНК містить інструкції для створення амінокислот, які об’єднуються в довгі ланцюжки, утворюючи білки. Оскільки білки розпадаються повільніше, ніж ДНК, вони стають надзвичайно цінним джерелом для розуміння еволюції людини.
Археологи та революція ДНК
Інтерес археологів до стародавньої ДНК стрімко зріс з 2010 року, коли дослідники опублікували попередній варіант геному неандертальця, підтвердивши, що неандертальці схрещувалися з предками багатьох сучасних людей. Неандертальці — вимерлий вид або підвид людей, що мешкав в Європі та Азії близько 400 000 – 40 000 років тому. З того часу цей метод використовувався для вирішення багатьох археологічних питань, таких як час заселення Америки та Австралії (заселення Америки відбулося через Берінгійський сухопутний міст, а Австралії – морським шляхом), винахід землеробства (перехід людства від полювання до осілого способу життя), а також способи поширення мов та культур.
Проте покладатися винятково на стародавню ДНК має суттєві недоліки. Хоча методи вилучення ДНК з дуже старих кісток значно вдосконалилися за останні роки, ДНК розпадається на дрібніші фрагменти протягом тисячоліть через вплив сонячного світла, тепла та вологості. Як наслідок, аналіз ДНК кісток та зубів наших стародавніх родичів має часові обмеження, що не дозволяє нам досліджувати більш віддалену еволюцію за допомогою цієї техніки.
Це ще більша проблема в Африці, де відбулася більша частина еволюції людини.
«Африка є осередком нашого еволюційного минулого, і ми не маємо стародавньої ДНК в Африці, що сягає глибини більш ніж приблизно 20 000 років на даний момент», — розповів Live Science Адам Ван Арсдейл, біологічний антрополог з Коледжу Веллслі. За словами Ван Арсдейла, знання про біологічні процеси, що відбувалися з нашими далекими предками мільйони років тому в центрі Африки, трансформувало б наше розуміння еволюції людини.
Вибуховий розвиток аналізу білків
Білки є захопливою метою для антропологів, оскільки вони здатні зберігатися довше за найдавнішу ДНК. Вони мають менше атомів, менше хімічних зв’язків і більш компактну структуру, що робить їх менш крихкими, ніж ДНК, зазначають Ворінер та її колеги.
Перший стародавній протеом — сукупність білків, що виражаються в клітині, тканині чи організмі — був вилучений з кістки мамонта віком 43 000 років у дослідженні, опублікованому 2012 року. У 2019 році дослідники оголосили про найдавніший на той час протеом ссавців: зуб вимерлого родича мавп Gigantopithecus віком 1,9 мільйона років. Gigantopithecus — це вимерлий рід великих мавп, що мешкав у Східній та Південній Азії, відомий як найбільша мавпа, яка коли-небудь існувала. А у 2025 році дослідники успішно вилучили найстаріші білки на сьогодні — з Epiaceratherium, вимерлої носорогоподібної істоти, яка жила в канадській Арктиці понад 21 мільйон років тому.
По мірі вдосконалення методів ідентифікації білків антропологи починають використовувати ці методи для відповідей на питання про еволюцію людини.
У дослідженні 2020 року, опублікованому в журналі Nature, вчені проаналізували білки в зубній емалі Homo antecessor — вимерлого родича людини, що жив у Європі 800 000 років тому. Вони виявили, що білки H. antecessor відрізнялися від білків H. sapiens, неандертальців та денисовців, що робить їх окремою гілкою нашого еволюційного дерева, а не нашим прямим предком.
У дослідженні, опублікованому в квітні в журналі Science, протеомний аналіз також був використаний для з’ясування того, що загадкова щелепна кістка, вперше знайдена на початку 2000-х років біля узбережжя Тайваню, була пов’язана з денисовцями — групою вимерлих родичів людини. Денисовці — це вимерла група архаїчних людей, близьких родичів неандертальців, що мешкали в Азії. До цього палеоантропологи не знали, чи жили денисовці в цій частині світу. Аналіз також продемонстрував, що можна ідентифікувати білки, знайдені у викопних рештках з теплих, вологих регіонів.
Наше африканське коріння
Палеопротеоміка може стати ще більш революційною для розшифровки нашої віддаленої еволюції. Два нещодавні дослідження викопних кісток і зубів з Африки, де дослідження ДНК майже неможливі, підкреслюють потенціал цього методу.
У першому дослідженні, опублікованому в травні в журналі Science, археологи виявили стародавні білки в зубах чотирьох представників виду Paranthropus robustus, родича людини, що жив між 1,8 і 1,2 мільйонами років тому. Paranthropus robustus — це вимерлий вид гомінідів, що жив у Південній Африці. Він відрізнявся масивною будовою черепа та великими зубами. Дослідники показали, що двоє з цих особин були самцями, а двоє — самками. Проте, на подив, вони виявили, що одна з особин P. robustus, яку раніше вважали самцем, насправді була самкою. Це свідчить про те, що деякі черепи, раніше класифіковані як одна стать відомого виду, могли насправді належати до неідентифікованих груп або нововиявлених видів.
У другому дослідженні, опублікованому в лютому в Південноафриканському журналі науки, дослідники вилучили протеом з зубної емалі Australopithecus africanus — родича людини, що жив у Південній Африці 3,5 мільйона років тому. Australopithecus africanus — вимерлий вид гомінідів, що жив у Південній Африці та був двоногим. Хоча їм вдалося ідентифікувати лише біологічну стать австралопітеків, дослідники написали, що «це все неймовірно захоплюючі прориви, які готові революціонізувати наше розуміння еволюції людини».
Одне з питань, на яке може допомогти відповісти цей аналіз, полягає в тому, чи драматично відрізнялися самці та самки наших предків та родичів за розмірами або рисами, розповіла Live Science Ребекка Акерман, біологічний антрополог з Університету Кейптауна. Наприклад, аналіз білків та статі міг би виявити, що деякі кістки, раніше інтерпретовані як самці та самки одного виду, насправді були особинами однієї статі, але з різних ліній.
Поки що вченим вдалося успішно проаналізувати білки лише невеликої кількості стародавніх предків людини. Хоча сучасні люди мають понад 100 000 білків у своєму тілі, “протеом” емалі невеликий; він складається лише з п’яти основних білків, пов’язаних з утворенням емалі. Проте варіацій у білкових послідовностях може бути достатньо для розрізнення споріднених організмів.
Майбутні горизонти
Аналіз відмінностей у цих білках, ймовірно, не дає достатньої точності, щоб відповісти на суттєві питання, наприклад, як стародавні людські предки та родичі були пов’язані, зауважила Акерман. Наприклад, мільйони років тому у Східній Африці кілька видів двоногих приматів жили одночасно, але чи могли вони схрещуватися та створювати плідні гібриди, не ясно лише з їхніх кісток.
Чи зможуть стародавні білки зрештою допомогти відповісти на це питання?
Акерман обережно оптимістична, що технології розвинуться достатньо для того, щоб палеопротеоміка прояснила еволюційні зв’язки між тісно спорідненими групами.
«Чи зможемо ми сказати більше про гібридизацію — це гарне питання», — зазначила вона.
Навіть так, протеоми кісток та емалі, можливо, ніколи не будуть достатньо детальними, щоб розрізняти тісно споріднених особин так само, як це можуть робити геноми, додала Акерман.
Проте є шанс, що методи вдосконаляться настільки, що вчені зможуть витягувати білки з тканин віком у мільйони років, додала Акерман.
Більшість білків, що виробляються людьми, включно з тими, що є частиною «темного протеому», не були проаналізовані, що означає, що ми майже не уявляємо, яку функцію вони виконують, написали Ворінер та її колеги.
«Наступні 20 років, безумовно, принесуть багато сюрпризів, коли ми почнемо застосовувати цю аналітичну потужність для відповіді на давні питання про минуле та розробляти нові рішення старих проблем», — написали вони.
