Международная группа исследователей впервые смогла изучить молекулы, связанные с обменом веществ, которые сохранились внутри ископаемых костей возрастом от 1,3 до 3 миллионов лет. Эти химические следы открывают редкую возможность заглянуть в жизнь самих животных и среду, в которой они когда-то обитали.
Анализируя метаболические сигналы, связанные со здоровьем и питанием, ученые реконструировали детали древнего климата и ландшафтов, включая температуру, состояние почвы, количество осадков и растительность. Результаты, опубликованные в журнале «Nature», указывают на то, что условия в этих регионах были значительно теплее и влажнее, чем сегодня.
Изучение метаболитов – молекул, которые образуются и используются в процессе пищеварения и других химических реакциях в организме, – может многое рассказать о болезнях, питании и воздействии окружающей среды. Хотя метаболомика стала мощным инструментом в современной медицине, ее редко применяли к ископаемым останкам. Вместо этого большинство исследований древних костей опираются на анализ ДНК, который в основном помогает установить генетическое родство, а не подробности повседневной биологии.
«Мне всегда был интересен метаболизм, и я хотел узнать, возможно ли применить метаболомику к окаменелостям для изучения древней жизни. Оказалось, что кость, в том числе ископаемая, наполнена метаболитами», – рассказал Тимоти Бромедж, профессор молекулярной патобиологии из Колледжа стоматологии Нью-Йоркского университета и руководитель исследовательской группы.
Ученые предположили, что во время роста кости метаболиты, циркулирующие в крови, могли попадать в микроскопические пространства внутри костной ткани и оставаться там под защитой на миллионы лет. Поверхность кости пориста и пронизана сетями крошечных сосудов, и эта гипотеза получила подтверждение. С помощью масс-спектрометрии команда сначала проанализировала кости современной мыши, обнаружив почти 2200 метаболитов, а затем применила этот метод к ископаемым костям животных из Танзании, Малави и Южной Африки. Образцы принадлежали грызунам, антилопе, свинье и слону.
Среди тысяч обнаруженных метаболитов многие отражали нормальные биологические процессы – распад аминокислот, углеводов, витаминов и минералов. Некоторые химические маркеры, связанные с генами эстрогена, указали, что отдельные особи были самками. Другие молекулы раскрыли признаки болезней. В одном из образцов – кости земляной белки возрастом около 1,8 миллиона лет из ущелья Олдувай в Танзании – нашли свидетельства заражения паразитом, вызывающим сонную болезнь у людей. «Мы обнаружили в кости белки метаболит, уникальный для биологии этого паразита, – пояснил Бромедж. – Мы также увидели метаболомный противовоспалительный ответ белки, предположительно, на этого паразита».
Химические данные также рассказали о рационе животных. Хотя базы данных по метаболитам растений менее полны, чем по животным, исследователи идентифицировали соединения, связанные с местными растениями, такими как алоэ и спаржа. Это позволило сделать выводы о среде обитания. «Поскольку условия произрастания алоэ очень специфичны, мы теперь больше знаем о температуре, осадках, почве и древесном покрове, по сути, реконструируя среду обитания белки», – добавил ученый. Эти реконструкции согласуются с предыдущими геологическими исследованиями и подтверждают, что климат во всех изученных местах был влажнее и теплее современного.
Новый метод может позволить ученым воссоздавать окружающую среду доисторического мира с новым уровнем детализации, давая возможность взглянуть на древнюю природу так, будто они работают в ней сегодня.
