Палеонтология — наука, изучающая древнюю жизнь посредством ископаемых остатков, неоднократно доказывала, что зубы животных могут многое рассказать о прошлом. Новое исследование, проведённое совместно специалистами Института консервации музея Смитсоновского института и Гарвардского университета, открывает ранее недостижимые горизонты понимания эволюции млекопитающих, живших от 1,5 до 18 миллионов лет назад. Они смогли обнаружить и проанализировать белки в зубной эмали ископаемых, что позволяет заглянуть в мельчайшие детали биологии и эволюции давно вымерших видов, обитавших в условиях современных тропиков Африки. Данная работа, опубликованная в научном журнале Nature, существенно расширяет временные рамки использования методов палеопротеомики и формирует новый взгляд на эволюционные процессы эпохи кайнозоя, текущей геологической эры Земли. Исследователи сосредоточили своё внимание на белках, сохранённых в зубной эмали, таких как эмалинин, амелобластин и кислый фосфопротеин матрицы дентина.
Удивительно, но эти белковые молекулы могут сохраняться даже в самых суровых климатических условиях, включая жаркие и засушливые регионы Восточной Африки. Часто считалось, что белки быстро разрушаются за миллионы лет, особенно в условиях высоких температур, что значительно осложняло анализ древних организмов, населявших тропические экосистемы, и ограничивало исследования последними несколькими миллионами лет. Однако открытие учёных показало, что зубная эмаль, являясь самой твёрдой частью тела млекопитающих, служит надёжным хранилищем белковых остатков, сохраняющихся несколько десятков миллионов лет. Благодаря этому феномену появляется возможность изучать не только морфологические особенности видов, основанные на костных структурах, но и их молекулярные характеристики, которые рассказывают о биологических особенностях, адаптациях и эволюционных связях, невидимых невооружённым глазом. Важность открытия подчёркивает и тот факт, что учёные получили уверенные данные по белкам, сохранившимся в образцах возрастом до 18 миллионов лет, а возможно и до 29 миллионов, что относится к раннему миоцену — периоду, когда формировалась современная фауна африканских млекопитающих.
Географически эти образцы были собраны в Турканской впадине в Кении — регионе с богатой и разносторонней летописью эволюции млекопитающих кайнозойской эры. Особенно примечательно, что среди изученных окаменелостей — не только относительно молодые останки слонов, возраст которых около 1,5 миллионов лет, но и значительно более древние представители семейства арсинотериев, вымерших копытных, напоминающих современных носорогов. Количество и качество белковых фрагментов напрямую коррелировали с возрастом образцов — чем моложе, тем богаче молекулярные данные. Тем не менее, даже самые древние находки содержали ценные сведения, свидетельствующие о сохранении биологических молекул в зубной эмали. Такое открытие открывает широкие перспективы для науки.
Палеопротеомика, как новое направление в исследовании древних белков, может сыграть роль революционного инструмента в изучении эволюционных процессов, аналогично тому, как древняя ДНК изменило понимание происхождения человека и недавней эволюционной истории. Белковые данные, в отличие от ДНК, обладают большей стабильностью и могут сохраняться гораздо дольше, особенно в зубах и других минерализованных тканях. Помимо информации о наследственности, белки могут помочь понять поведенческие и экологические адаптации ископаемых видов. Сохранившиеся структуры белков и их вариации позволяют исследовать, каким образом древние животные приспосабливались к меняющимся климатическим условиям, их способы питания, миграционные пути, а также взаимодействия внутри популяций. К тому же наличие белков в зубной эмали предлагает дополнительный источник данных для создания точных филогенетических деревьев, объясняющих взаимосвязи между видами и уточняющих эволюционную историю целых семейств животных, что может привести к пересмотру некоторых устаревших представлений.
В учёном мире значительный интерес вызывает, как именно зубная эмаль сохраняет столь прочные молекулярные следы. Ключ к этому — её плотная минерализация и анатомическая структура, которая надёжно защищает белки от внешних воздействий, включая температуру, микробиологическую активность и химические реакции, разрушающие органические вещества. Особенно важно, что данный механизм работает даже в жарких, сухих условиях Восточной Африки, считавшихся непригодными для данного рода молекулярного анализа. Усовершенствования методик извлечения и анализа палеопротеинов позволяют выявлять и расшифровывать очень небольшие фрагменты, которые ранее были недоступны. Это открывает перспективы для будущих исследований, способных значительно продвинуть знания о жизни древних экосистем, их видовом составе и динамике.
Данные о поведении и экологии древних животных, почерпнутые из зубной эмали, помогают увидеть более полную картину приспособления к изменениям окружающей среды и дать прогнозы относительно того, как животные могли реагировать на климатические колебания прошлого. Строительство эволюционных моделей, основанных на белковых данных, способствует лучшему пониманию процессов миграции, изоляции и видообразования. Для палеонтологов это новый инструмент, который, вместе с классическими методами морфологического анализа и недавно развитой палеогенетикой, создает комплексный многоуровневый подход к исследованию древней жизни. Одно из перспективных направлений развития — расширение хронологических пределов использования белков для изучения ещё более древних эпох, что может привести к открытию новых видов, получению информации о вымирании и происхождении групп животных, возникновения экосистем. Белковые остатки в зубной эмали способны дополнить и уточнить данные палеоклимата, позволяя реконструировать среду обитания наших далеких предков и помочь понять, как климат влиял на их эволюцию.
Данное исследование обогащает наше понимание прошлого планеты и делает возможным создание более точных моделей биологической эволюции с учётом широкого временного масштаба и географического разнообразия. Оно также подчёркивает важность междисциплинарного сотрудничества — биохимиков, палеонтологов, геологов и других специалистов — для раскрытия тайн доисторической жизни. В целом, открытие стойкости белков в зубной эмали ископаемых возрастом до 18 миллионов лет и более меняет правила игры в области палеонтологии и молекулярной эволюции. Это не только расширяет границы возможного исследования, но и даёт надежду на новые значительные научные прорывы в понимании жизни на Земле. В будущем можно ожидать, что подобные методы начнут применяться для изучения ряда древних видов по всему миру, в том числе в регионах с неблагоприятным климатом для сохранности органики.
Таким образом зубы становятся настоящими хранителями истории жизни, предоставляя нам беспрецедентный доступ к информации, которая была скрыта миллионы лет, и помогая превратить фрагменты прошлого в целостное знание о эволюции и экологии древних видов.
