Учёные впервые извлекли метаболиты из окаменелых костей возрастом до 3 миллионов лет

Исследователи впервые успешно проанализировали молекулы, связанные с метаболизмом, сохранившиеся внутри окаменелых костей животных, живших от 1,3 до 3 миллионов лет назад. Эти химические следы дают редкое представление о самих животных и среде их обитания.

Окаменелый дентин слона (масштаб: 1,5 мм). Белый дентин — это сохранившийся коллаген. Авторы: Тимоти Бромидж и Бин Ху, NYU Dentistry

Анализ метаболических сигналов, связанных со здоровьем и диетой, позволил учёным реконструировать детали древнего климата и ландшафтов, включая температуру, состояние почвы, количество осадков и растительность. Результаты, опубликованные в журнале Nature, указывают на среды, которые были значительно теплее и влажнее, чем в тех же регионах сегодня.

Изучение метаболитов — молекул, производимых и используемых в процессе пищеварения и других химических процессах в организме — может раскрыть информацию о болезнях, питании и воздействии окружающей среды. Хотя метаболомика стала мощным инструментом в современной медицинской науке, её редко применяли к окаменелостям.

Я всегда интересовался метаболизмом, включая метаболическую активность кости, и хотел узнать, можно ли применить метаболомику к окаменелостям для изучения ранних форм жизни. Оказывается, кость, включая окаменелую, наполнена метаболитами,

— сказал Тимоти Бромидж, профессор молекулярной патобиологии в Колледже стоматологии Нью-Йоркского университета, возглавлявший международную исследовательскую группу.

Учёные предположили, что во время роста кости метаболиты, циркулирующие в крови, могли попасть в микроскопические пространства внутри кости, где они и сохранились на миллионы лет. Используя масс-спектрометрию, команда сначала протестировала кости современных мышей, обнаружив почти 2200 метаболитов.

Затем метод применили к окаменелым костям животных возрастом от 1,3 до 3 миллионов лет из Танзании, Малави и ЮАР. Изучались останки грызунов (мышь, суслик, песчанка), а также более крупных животных — антилопы, свиньи и слона. Были идентифицированы тысячи метаболитов, многие из которых совпали с таковыми у современных видов.

Многие обнаруженные метаболиты отражали нормальные биологические процессы, такие как расщепление аминокислот, углеводов, витаминов и минералов. Некоторые химические маркеры были связаны с генами, связанными с эстрогеном, что указывало на то, что некоторые окаменелые животные были самками.

Другие молекулы показали признаки болезней. В одном примечательном случае в кости суслика из ущелья Олдувай в Танзании (возраст около 1,8 миллиона лет) обнаружили свидетельства заражения паразитом, вызывающим у человека сонную болезнь.

То, что мы обнаружили в кости суслика, — это метаболит, уникальный для биологии этого паразита, который выделяет его в кровоток своего хозяина. Мы также увидели метаболический противовоспалительный ответ суслика, предположительно из-за паразита,

— пояснил Бромидж.

Химические данные также раскрыли, какие растения потребляли животные. Исследователи идентифицировали соединения, связанные с региональными растениями, такими как алоэ и спаржа.

Это означает, что в случае с сусликом он грыз алоэ и поглощал эти метаболиты в свой собственный кровоток. Поскольку условия произрастания алоэ очень специфичны, мы теперь больше знаем о температуре, осадках, состоянии почвы и древесном пологе, по сути реконструируя среду обитания суслика. Мы можем построить историю вокруг каждого из животных,

— объяснил учёный.

Восстановленные места обитания соответствуют предыдущим геологическим и экологическим исследованиям. Например, слой Олдувайского ущелья описывается как пресноводный лес и луга, а верхний слой отражает более сухие леса и болотистые районы. Во всех изученных местах данные окаменелостей последовательно указывают на климаты, которые были более влажными и тёплыми, чем сегодня.

Использование метаболического анализа для изучения окаменелостей может позволить нам реконструировать среду доисторического мира с новым уровнем детализации, как если бы мы были полевыми экологами в современной природной среде,

— сказал Бромидж.

Исследование поддержано Фондом Лики, с дополнительной поддержкой для сканирующего электронного микроскопа от Национальных институтов здравоохранения США.