Proteinele străvechi ne dezvăluie arborele genealogic al oamenilor13 min read

Legăturile genetice ale oamenilor cu rudele lor demult dispărute sunt cartografiate într-un domeniu de cercetare care se extinde rapid, denumit paleoproteomică.

Sunt aproape nelipsite din magazinele care vând tricouri cu imprimeuri inedite: pictoriale amuzante cu evoluția umană, în care apar cinci siluete (de la maimuță la om), ultima fiind înlocuită, de obicei, cu un skateboarder, Darth Vader sau poate chiar un cod de bare.

Indiferent ce spun aceste declarații vestimentare despre simțul umorului la purtător, ele ne dezvăluie și o fascinație în legătură cu evoluția umană. 

Puterea proteinelor

Cercetătorii sunt acum pe cale să dobândească mult mai multe cunoștințe despre arborele genealogic al omului. Și totul se datorează proteinelor.

Prin analiza proteinelor din materiale străvechi, o arie de specialitate cunoscută ca paleoproteomică, se pot afla informații care merg dincolo de examinarea ADN-ului, fiind un domeniu de cercetare în dezvoltare rapidă cu ramificații în biologie, paleontologie și arheologie.

Proteinele preistorice pot supraviețui în condiții de mediu dintre cele mai diverse. 

„Putem recupera proteine străvechi din medii temperate, așadar de la latitudini apropiate de cea la care ne aflăm”, spune dr. Enrico Cappellini, expert în paleoproteomică la Universitatea din Copenhaga, în Danemarca. „Am văzut mai apoi și că putem recupera proteine de la specii care provin din medii tropicale”.

Cappellini conduce un proiect finanțat de UE care-și propune să ducă mai departe cercetarea paleoproteomică examinând evoluția hominizilor, un grup mai larg care include toate maimuțele antropoide și strămoșii lor. 

Denumit BACKWARD,// „Overcoming the frontiers of biomolecular studies on human history and adaptation using palaeoproteomics”, cordis.europa.eu // proiectul avansează și este în plină desfășurare. Se întinde pe cinci ani și se va încheia la sfârșitul lui 2026.

În iulie 2023,// „Enamel proteins reveal biological sex and genetic variability within southern African Paranthropus”, biorxiv.org // Cappellini și colegii săi au dezvăluit cele mai vechi date genetice colectate vreodată de la un hominin, o categorie mai restrânsă decât hominizii, care include specii considerate umane sau strămoși direcți ai omului.

Informațiile provin de la un văr mai îndepărtat al omului care a trăit în Africa în urmă cu două milioane de ani. Proteinele secvențiate au fost extrase din smalțul a patru dinți găsiți într-o peșteră la 40 kilometri nord-vest de Johannesburg, în arealul Leagănul Omenirii din Africa de Sud, sit al patrimoniului mondial.

Inginerie inversă

În timp ce ADN-ul poartă informații genetice, proteinele sunt expresia informațiilor genetice respective.

Aceasta înseamnă că secvența de aminoacizi a unei proteine poate fi supusă de către oamenii de știință procedeului de inginerie inversă, pentru a obține informații despre ADN. 

Totodată, proteinele pot supraviețui mult mai mult decât ADN-ul. 

Această longevitate este crucială pentru cercetători, întrucât aceștia spun că, pentru a afla mai multe despre genealogia speciei umane, trebuie să se uite la perioada Pleistocenului mijlociu, adică în urmă cu între 777.000 și 126.000 de ani în urmă.

„S-a păstrat foarte puțin ADN din Pleistocenul mijlociu”, spune dr. Frido Welker de la Universitatea din Copenhaga, expert în evoluția omului. „Prin urmare, dacă vrem să obținem unele informații genetice, proteinele reprezintă o posibilă soluție moleculară.”

Welker conduce un proiect separat finanțat de UE, care își propune să îmbunătățească extragerea și analiza computațională a proteinelor scheletice străvechi și totodată să limiteze distrugerea fosilelor hominine.

Această inițiativă, denumită PROSPER,// „Hominin phyloproteomics for the Pleistocene: PalaeoPROteomics of Skeletal Parts for Evolutionary Research”, cordis.europa.eu // se întinde pe cinci ani și se va încheia în noiembrie 2025. Cercetarea se axează pe proteinele și proteomurile străvechi – seturi extinse de proteine. 

Welker spune că obiectivul este de a le permite oamenilor de știință să extragă suficiente proteine din scheletele străvechi pentru a răspunde la unele întrebări evolutive în legătură cu perioade întinse dincolo de ultimii circa 130.000 de ani. 

„Trebuie să explorăm multe direcții – dintr-o perspectivă chimică, computațională și altele – care ne vor permite, sperăm noi, să obținem acces la proteome mai extinse și mai informative”, spune acesta.

Dincolo de ADN

Deceniile întregi de progrese în tehnologia de secvențiere a ADN-ului le-au permis oamenilor de știință să extragă material genetic din schelete umane extrem de vechi și să-l compare cu cel al oamenilor moderni.

Astfel, au ieșit la iveală unele informații esențiale despre istoria genetică a homininilor extincți, cum ar fi similaritatea dintre ADN-ul uman și cel al oamenilor de Neanderthal. 

În 2010, ADN-ul străvechi le-a permis chiar oamenilor de știință să identifice o specie de hominin necunoscută până atunci: omul de Denisova. 

Însă ADN-ul, pur și simplu, nu supraviețuiește suficient timp pentru a oferi potențialul pe care îl aduc proteinele în explorarea unor noi surse vaste de date preistorice.

PROSPER va căuta și să contribuie la o mai bună înțelegere a contaminării mostrelor, un fenomen care poate apărea atunci când rămășițe scheletice străvechi sunt dezgropate și manipulate de oameni. 

„Contaminarea este o problemă reală atunci când studiem biomolecule străvechi”, spune Welker. „Trebuie să ne gândim la strategii despre cum putem identifica contaminarea și cum o putem elimina din seturile de date sau din mostrele colectate.”

Urangutani arhaici

Welker și Cappellini se află în prima linie a cercetării mondiale în acest domeniu. 

În 2019, ambii s-au numărat printre oamenii de știință care au reușit să extragă o cantitate importantă de proteine de la o specie acum dispărută de maimuțe antropoide, denumită Gigantopithecus blacki, care a trăit în urmă cu circa două milioane până la 350.000 de ani.

Grupul a extras proteine dintr-un molar cu o vechime de 1,9 milioane de ani găsit într-o peșteră dintr-o regiune subtropicală din sudul Chinei.

Gigantopithecus blacki a cutreierat zonele împădurite din sud-estul Asiei. Relația sa evolutivă cu alte specii de maimuțe antropoide era neclară. 

Secvențele de proteine descoperite de Welker, Cappellini și colegii lor sugerau că grupul Gigantopithecus a fost strâns înrudit cu urangutanii, trăgându-se dintr-un strămoș comun care a trăit în urmă cu circa 10-12 milioane de ani.

Poate și mai important, au arătat că se pot extrage proteome vechi de circa două milioane de ani din mostre care s-au conservat în condiții tropicale. 

Acest lucru a deschis posibilitatea extinderii cercetării biomoleculare în legătură cu evoluția hominizilor și homininilor mult dincolo de limitele anterioare.

„După aceea – și aceasta face parte din proiectul BACKWARD – ne-am zis că ar trebui să ne uităm și la materialul din Africa”, spune Cappellini.

Rămâneți pe fază

Un număr mare de fosile hominine au fost descoperite în întreaga lume, Leagănul Omenirii și arealul din jurul Văii Marelui Rift din estul Africii fiind situri deosebit de bogate în acest sens.

„Analiza acestui material este extrem de dificilă, deoarece cantitatea de proteine pe care reușim să o recuperăm este foarte limitată”, spune Cappellini.

Dacă paleoproteomica va reuși să ne dezvăluie secretele acestor specii umane străvechi, vom putea afla mult mai multe despre relațiile lor evolutive, răspândirea din Africa în întreaga lume și asocierea cu unele activități din registrul arheologic, cum ar fi producerea focului. 

Iar aceasta ne va oferi, aproape sigur, mai multe informații esențiale despre istoria străveche a omului. 

Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE prin Consiliul European pentru Cercetare (CEC). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene. Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.