Nature: химсостав ископаемых позволяет детально восстанавливать жизнь животных

Примерно 2,4 миллиона лет назад на побережье озера Малави (Восточная Африка) жил крупный представитель семейства слоновых, который впоследствии вымер. Исследователи выяснили, что это был молодой самец, который питался корой полыни и листьями шелковицы и, возможно, боролся с инфекционным заболеванием перед своей гибелью.

В журнале Nature была опубликована статья, в которой учёные поделились результатами анализа ископаемых останков слона и других животных. В костях и зубах были найдены метаболиты — мелкие продукты биохимических процессов. Эти соединения помогают восстановить информацию о среде обитания, кислотности почв и возможных патогенах. Авторы считают, что этот метод открывает новые возможности для изучения палеобиологических процессов.

Антрополог Шеннон Ташингем из Калифорнийской академии наук назвала данное исследование началом новой научной дисциплины — палеометаболомики, которая представляет собой биомолекулярный подход для извлечения данных из окаменелостей возрастом в миллионы лет.

Организмы накапливают метаболиты в процессе метаболизма, а также в ответ на внешние факторы, такие как инфекции или недостаток питательных веществ. Обычно их изучают на основе анализа биологических жидкостей у живых организмов, но с ископаемыми материалами это невозможно. Однако последние исследования показали, что некоторые метаболиты могут сохраняться в костях и зубах даже после смерти. Например, употребление табака оставляет специфический метаболический профиль, который затем обнаруживается в костных останках.

Учёные исследовали пористые твёрдые ткани, такие как кости, зубы и слоновая кость, чтобы определить их способность удерживать метаболиты на протяжении длительного времени. По словам ведущего автора Тима Бромейджа, метаболиты поступают в растущие ткани через кровь, и часть из них сохраняется в пористой структуре костей.

Исследовательская группа изучила кости и зубы животных, возраст которых составляет от 1,3 до 3 миллионов лет, найденные около древних стоянок гомининов в Олдувайском ущелье (Танзания), Макапангсгате (ЮАР) и Чивондо (Малави). С помощью масс-спектрометрии они определили химический состав образцов и сопоставили их с базами данных современных метаболитов.

В каждом образце учёные обнаружили тысячи соединений, сотни из которых имели аналоги в современных метаболических профилях. Это позволило определить пол некоторых животных: в костях двух песчанок и одной белки из Олдувайского ущелья были найдены метаболиты, связанные с обменом эстрогенов, что указывает на принадлежность этих особей к женскому полу. Аналогичные признаки были обнаружены в кости песчанки, найденной в окаменелом погадке совы.

Отдельные метаболиты у белки, слона и бычка указывали на иммунный ответ на Trypanosoma brucei — паразит, вызывающий сонную болезнь у человека.

Сопоставление с растительными метаболитами помогло реконструировать рацион и среду обитания древних животных. Например, в кости белки возрастом 1,8 миллиона лет из Олдувайского ущелья были обнаружены следы растений, что свидетельствует о наличии лесистой и влажной среды обитания.

Некоторые эксперты выразили опасения по поводу возможной контаминации образцов метаболитами из почвы. Однако группа Тима Бромейджа провела отдельный анализ метаболитов в осадках вокруг костей и доказала, что почва отражает состав древних экосистем, а не является источником загрязнения образцов. Несмотря на дискуссии, специалисты признали данное исследование важным вкладом в развитие палеометаболомики.