Мы все воодушевлены успехами палеогенетики на поприще изучения эволюции человека. Правда, есть одно НО: подавляющее большинство генетических исследований касаются ископаемых материалов за пределами Африки. А как же прародина человека? Земли, нашпигованные костями наших предков — Кения, Танзания, ЮАР? Костей много, а с ДНК всё плохо: тёплые и влажные условия губительны для нуклеотидных цепочек. Самый древний африканец, геном которого удалось «пощупать» — юноша из Баллито Бэй, чей возраст всего-то 2 тыс. лет.
Что же делать исследователям Чёрного континента? Искать обходные пути.
Помимо ДНК, в костях могли уцелеть другие органические соединения, из которых надо постараться извлечь максимум информации. Мы уже писали о протеомном анализе — исследовании аминокислотного состава коллагена, сохранившегося в костях древних людей.
В статье, опубликованной в PNAS, предлагается метод, который пока не введён в практику, но сулит перспективы в будущем. Так считает коллектив авторов, среди которых — Мив Лики, жена знаменитого антрополога Ричарда Лики. В чём суть предлагаемого подхода? В центре внимания учёных — определённый тип углеводов, называемый сиаловыми кислотами. Эти сложные органические соединения входят в состав биополимеров клеток животных и во многом определяют свойства клеточной поверхности. В исследовании речь идёт об одной из сиаловых кислот — Neu5Gc (труднопроизносимое название: N-гликолилнейраминовая кислота). Чем она интересна? Тем, что синтезируется в организме млекопитающих… кроме человека. Ген CMAH, отвечающий за синтез Neu5Gc, сломался у какого-то нашего предка 2—3 млн лет назад. Почему эта мутация распространилась у людей? Потому, что сиаловой кислотой Neu5Gc пользовались различные патогены, в частности, малярийный плазмодий Plasmodium reichenowi, для вторжения в клетку (именно поэтому этот патоген вызывает малярию у шимпанзе, но неопасен для человека). Неработающий вариант гена CMAH защищал от малярии, и поэтому распространился в популяции. Исследования показали, что мутация вдобавок создала репродуктивный барьер: иммунная система носителя инактивированного гена распознавала сперматозоиды, содержащие Neu5Gc, как чужие, и отторгала их. Популяция должна была разделиться на две нескрещивающиеся, состоящие из Neu5Gc-положительных и Neu5Gc-отрицательных особей. Последние — прямые предки современных людей.
На самом деле Neu5Gc встречается в крови и тканях человека, но в очень маленьких («следовых») количествах. Видимо, она попадает в наш организм с пищей, прежде всего с красным мясом. Исследователи провели эксперимент: вывели генетически модифицированных мышей с инактивированным геном CMAH, давали им разные продукты и наблюдали за составом крови. Небольшой процент Neu5Gc встречался в крови только тех грызунов, которых пичкали содержащим этот углевод кормом.
Итак, если бы мы смогли найти Neu5Gc в костях древних гоминид, у нас появился бы способ отличить наших прямых предков от их тупиковых родственников. А небольшой процент Neu5Gc в останках очевидных Homo указывал бы на то, что эти люди уже потребляли много мяса. Оставалось найти способ, как уловить в ископаемых эту самую сиаловую кислоту.
Эврика! Исследователи нашли такой способ. Оказывается, в результате распада Neu5Gc его производная часть включается в состав хондроитинсульфата — одного из компонентов костной ткани. Такой вариант хондроитинсульфата обозначается Gc-CS. Можно ли надеяться, что он сохранился в ископаемых костях?
Для проверки исследователи взяли относительно «молодые» останки животных — пещерного медведя, мамонта и лося, возрастом от 12 до 50 тыс. лет. 100 мг образца оказалось достаточно, чтобы обнаружить Gc-CS. Окрылённые успехом учёные подвергли анализу 100 мг кости Homo erectus, жившего на Яве более миллиона лет назад. Увы! Хондроитинсульфат в образце нашёлся, но в количестве, недостаточном для анализа.
Не успокоившись, учёные пошли дальше. Они проанализировали останки животных возрастом около 4 млн лет (из местонахождения Аллия Бей на восточном берегу озера Туркана в Кении, где Мив Лики нашла анамского австралопитека). Только на этот раз взяли кусочки костей побольше — пятиграммовые. К радости исследователей, на этот раз результат оказался положительным.
Что это нам даёт? Раз Gc-CS сохраняется в 4-миллионолетних останках, а инактивация гена CMAH случилась 2—3 млн лет назад, то, анализируя останки австралопитеков и ранних Homo, можно попытаться поймать этот переломный момент эволюции. Ископаемых гоминид можно будет разделить Gc-CS—положительных и Gc-CS—отрицательных, тем самым отделяя ветвь, ведущую к современному человеку, от вымерших неудачников. Появление «следовых» количеств Gc-CS в останках позволит отличить мясоедов от вегетарианцев. Какова последовательность событий? Сначала наши предки перестали синтезировать Neu5Gc, потом стали есть мясо, или наоборот? Ответ должны дать исследования африканских костей. Особенно интересно применить новый подход к спорным ископаемым — типа австралопитека седибы или Homo naledi из Южной Африки. Кроме того, хочется протестировать азиатских древних Homo, чтобы понять: когда их предки покинули Африку? До роковой мутации (то есть до 2 млн лет назад) или после? Всё это можно будет сделать… в будущем, когда метод усовершенствуют. Пока что требуемый образец — 5 граммов — слишком велик, и это затрудняет применение методики к редким и ценным останкам древних гоминид. Что ж, авторы надеются, что им удастся довести методику до совершенства, и в скором будущем протестировать на каких-нибудь ископаемых людях, оставивших нам много костей. Например, подойдут Homo georgicus из Дманиси. Или упомянутые наледи. На полторы тысячи костей 5 граммов для анализа точно найдётся.
