Метаболический анализ ископаемых животных раскрывает древние экосистемы

Впервые учёные проанализировали молекулы, связанные с метаболизмом, в окаменелых костях животных, живших 1,3–3 миллиона лет назад. Это дало информацию как о самих животных, так и об их среде обитания.

Метаболические данные о здоровье и диете позволили реконструировать условия жизни: температуру, почву, осадки и растительность. Результаты, опубликованные в Nature, показывают, что эти среды были теплее и влажнее, чем сегодня.

Метаболиты — молекулы, производимые и используемые в пищеварении и других процессах в организме — могут рассказать о здоровье, болезнях, диете и воздействии окружающей среды. Хотя метаболомика активно используется в изучении болезней человека, её редко применяют к доисторическому миру, где основное внимание уделяют ДНК.

«Кость, включая окаменелую, полна метаболитов», — отмечает руководитель исследования Тимоти Бромидж из NYU College of Dentistry.

Измерение метаболитов

Учёные предположили, что при формировании кости метаболиты из кровотока попадают и сохраняются в её микроструктуре. Используя масс-спектрометрию, они сначала идентифицировали около 2200 метаболитов в современных костях мышей, а затем проанализировали фрагменты окаменелых костей грызунов (мышь, суслик, песчанка), антилопы, свиньи и слона возрастом 1,3–3 млн лет из Танзании, Малави и ЮАР.

Анализ выявил тысячи метаболитов, многие из которых совпадают с современными.

Истории, которые рассказывают окаменелости

Многие метаболиты соответствуют нормальным биологическим функциям: обмену аминокислот, углеводов, витаминов и минералов. Некоторые указали на гены, связанные с эстрогеном, что говорит о женском поле отдельных особей.

Другие метаболиты показали реакцию на болезни. В кости суслика возрастом 1,8 млн лет из ущелья Олдувай (Танзания) нашли свидетельство заражения паразитом Trypanosoma brucei (возбудитель сонной болезни у людей), а также противовоспалительный метаболический ответ животного.

Анализ также позволил определить, какие растения ели животные. Были идентифицированы метаболиты региональных растений, включая формы алоэ и спаржи. «Суслик грыз алоэ, и эти метаболиты попали в его кровоток», — пояснил Бромидж.

Поскольку условия произрастания алоэ специфичны, это позволило реконструировать температуру, осадки, почву и растительный покров среды обитания суслика.

Реконструированные условия подтверждают данные других исследований: например, что нижние слои Олдувая были пресноводным лесом и лугами, а верхние — сухим лесом и болотами. Во всех изученных местах условия были более влажными и тёплыми, чем сейчас.

«Метаболический анализ окаменелостей может позволить реконструировать среду доисторического мира с новой детализацией, как если бы мы были полевыми экологами в современной природе», — заключил Бромидж.