Древняя ДНК, извлеченная из окаменелостей, является ценным инструментом для изучения эволюции и антропологии. Тем не менее, древняя ископаемая ДНК из более ранних геологических эпох еще не была обнаружена ни в одной части Африки, где она была бы уничтожена экстремальной жарой и влажностью. В качестве потенциального первого шага к преодолению этого препятствия исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Института бассейна Туркана в Кении обнаружили новый вид гликана - тип сахарной цепи - который выживает даже через 4 миллиона лет. старые окаменелости животных из Кении в условиях, в которых нет древней ДНК.
Хотя древние окаменелости гоминидов (человеческих предков и вымерших родственников) еще не доступны для анализа гликанов, это экспериментальное исследование, опубликованное 11 сентября в Proceedings of the National Academy of Sciences, может подготовить почву для беспрецедентные исследования человеческого происхождения и диеты.
«В последние десятилетия было обнаружено много новых окаменелостей гоминидов, которые считаются предками человека», - сказал Аджит Варки, доктор медицинских наук, заслуженный профессор медицины и клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Но не возможно, чтобы все они дали начало современным людям - более вероятно, что со временем появилось много человекоподобных видов, и только один из них, от которого мы произошли. Этот новый тип гликана, который мы нашли, может дать нам лучший способ исследовать, какой наша родословная, а также ответы на многие другие вопросы о нашей эволюции и нашей склонности к потреблению красного мяса».
Гликаны представляют собой сложные цепочки сахаров на поверхности всех клеток. Они опосредуют взаимодействие между клетками и окружающей средой и часто служат местами стыковки патогенов. В течение миллионов лет общие предки людей и других обезьян имели общий гликан, известный как Neu5Gc. Затем, по причинам, возможно связанным с малярийным паразитом, который использовал Neu5Gc как средство для заражения, мутация, которая, вероятно, произошла между 2 и 3 миллионами лет назад, инактивировала человеческий ген, кодирующий фермент, из которого состоит молекула. Утрата Neu5Gc привела к радикальной молекулярной перестройке поверхности клеток человеческих предков и, возможно, создала барьер фертильности, который ускорил расхождение линии, ведущей к человеку.
Сегодня шимпанзе и большинство других млекопитающих все еще производят Neu5Gc. Напротив, в крови и тканях человека могут быть обнаружены только следовые количества - не потому, что мы производим Neu5Gc, а, согласно предыдущему исследованию, проведенному командой Варки, потому что мы накапливаем гликан, когда едим красное мясо, богатое Neu5Gc. У людей возникает иммунный ответ на этот неродной Neu5Gc, что, возможно, усугубляет такие заболевания, как рак.
В своем последнем исследовании Варки и его команда обнаружили, что в процессе естественного распада характерная часть Neu5Gc также включается в состав хондроитинсульфата (CS), распространенного компонента костей. Они обнаружили эту недавно открытую молекулу, названную Gc-CS, в различных образцах млекопитающих, включая легко обнаруживаемые количества в костях шимпанзе и тканях мыши..
Как и Neu5Gc, они обнаружили, что человеческие клетки и сыворотка содержат лишь следовые количества Gc-CS - опять же, вероятно, из-за употребления в пищу красного мяса. Исследователи подкрепили это предположение открытием, что у мышей, у которых отсутствует Neu5Gc и Gc-Cs (аналогично людям), обнаруживался Gc-CS только при кормлении кормом, содержащим Neu5Gc.
Любопытно посмотреть, насколько стабильным и долговечным может быть Gc-CS, Варки купил относительно недорогую окаменелость пещерного медведя возрастом 50 000 лет на публичной выставке окаменелостей и отнес ее в лабораторию. Несмотря на свой возраст, окаменелость действительно содержала Gc-CS.
Именно тогда Варки обратился к своему давнему сотруднику - палеоантропологу и знаменитому охотнику за окаменелостями Мив Лики, доктору наук из Института бассейна Туркана в Кении и Университета Стоуни-Брук. Зная, что исследователи должны привести очень веские доводы, прежде чем им будут переданы драгоценные образцы древних окаменелостей гоминидов, даже для анализа ДНК, Лики рекомендовал исследователям сначала проверить свой метод, обнаружив Gc-CS в еще более старых окаменелостях животных. С этой целью, с разрешения Национальных музеев Кении, она передала им фрагмент окаменелости животного, похожего на буйвола, возрастом 4 миллиона лет, найденного при раскопках костного ложа в заливе Аллия, в Туркане. Бассейн северной Кении. Окаменелости гоминина также были извлечены из того же горизонта в этом костном ложе.
Варки и его команда смогли восстановить Gc-CS в этих намного более старых окаменелостях. Исследователи говорят, что если они в конечном итоге найдут Gc-C в древних окаменелостях гоминидов, это может открыть множество интересных возможностей.
Как только мы усовершенствуем нашу технику до такой степени, что нам потребуется меньшее количество образцов, и мы сможем получить окаменелости древних гоминидов из Африки, мы, возможно, сможем разделить их на две группы - те, у которых есть Gc- CS и те, которые этого не делают. Те, у кого нет этой молекулы, скорее всего, принадлежали бы к линии, которая привела к появлению современных людей», - сказал Варки, который также является адъюнкт-профессором Института биологических исследований Солка и содиректором Центра академических исследований и исследований Калифорнийского университета в Сан-Диего и Солка. Обучение антропогенезу (CARTA).
В параллельном направлении исследований Варки надеется, что обнаружение Gc-CS также покажет точку в эволюции, когда люди начали потреблять большое количество красного мяса.
"Возможно, однажды мы найдем три группы окаменелостей гоминидов - те, у которых был Gc-CS до ответвления человеческой линии, те, у кого не было Gc-CS в нашей прямой линии, а затем более поздние окаменелости, в которых следы количества Gc-CS начали появляться, когда наши предки начали есть красное мясо», - сказал Варки. «Или, может быть, наши предки теряли Gc-CS более постепенно, или только после того, как мы начали есть красное мясо. Будет интересно посмотреть, и мы можем начать задавать эти вопросы теперь, когда мы знаем, что можем надежно найти Gc-CS в древних окаменелостях в Африка."
Лики также надеется, что Gc-CS может сыграть роль в будущем в качестве альтернативы нынешним подходам.
«Поскольку в тропиках ДНК быстро разлагается, генетические исследования окаменелостей предков человека старше нескольких тысяч лет невозможны», - сказала она. «Поэтому такие исследования древних гликанов могут предоставить новый и важный метод для исследования происхождения человека».