Proteine ​​aus den Zähnen afrikanischer Hominiden vor 2 Millionen Jahren geborgen

Vor zwei Millionen Jahren lebte im heutigen Südafrika ein kleiner, stämmiger Hominide namens Paranthropus robustus . Obwohl es aufrecht gehen konnte, kletterte es auf Bäume und ernährte sich mit seinen großen Zähnen von Wurzeln, Nüssen, Knollen und vielleicht auch einigen Insekten. Er gilt als Seitenzweig unseres Evolutionsbaums, koexistierte mit der ersten Spezies des Homo und interagierte möglicherweise mit ihr.

In der Swartkrans-Höhle, der sogenannten Wiege der Menschheit, wurden Überreste von mehr als hundert Individuen dieser ausgestorbenen Art gefunden. Nun ist es einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung des Instituts für Evolutionsbiologie (IBE), einem gemeinsamen Zentrum des CSIC und der Universität Pompeu Fabra (UPF), gelungen, mithilfe modernster Massenspektrometrie-Techniken Proteine ​​aus dem Zahnschmelz von vier dieser Paranthropus zu gewinnen. Dies sind die ältesten molekularen Informationen unserer Abstammung.

Die am Donnerstag in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Entdeckung zeigt, dass es möglich ist, biologische Informationen aus Millionen Jahre alten Fossilien afrikanischer Hominiden zu extrahieren, die zu alt sind, um DNA zu erhalten. Darüber hinaus war es möglich, das biologische Geschlecht der Exemplare (zwei Männchen und zwei Weibchen) zu bestimmen und erstmals die genetische Variabilität bei Fossilien aus dieser Zeit zu beobachten.

„Das ist eine technische Errungenschaft der Extraklasse. Während meines Studiums hätte ich mir so etwas nie träumen lassen. Wir stehen am Anfang einer revolutionären Technik“, sagt Tomàs Marqués Bonet, leitender Forscher am IBE und Professor für Genetik an der UPF, der an der Studie beteiligt war. „DNA ist ein instabiles Molekül und zerfällt schnell. Man kann sie in einem Mammut finden, das eine Million Jahre lang im sibirischen Permafrost gefroren ist, aber in afrikanischen Gebieten reicht sie nicht weiter als 20.000 Jahre zurück. Wohin die DNA jedoch nicht gelangt, gelangen Proteine“, erklärt er.

Im Jahr 2019 gelang es Marqués und seinem Team, Proteine ​​aus einem Fossil von Gigantopithecus blacki zu gewinnen , einem riesigen Menschenaffen mit einer Größe von über drei Metern und einem Gewicht von bis zu 600 Kilogramm, der vor 1,7 Millionen Jahren in Südostasien lebte. Durch diese Leistung konnte eine Verbindung zwischen dem Riesen und den heutigen Orang-Utans hergestellt werden. Die Forscher hofften jedoch, die Technik auch auf einen Orang-Utan unserer eigenen Linie, nämlich den des Menschen, anwenden zu können. Einer seiner geheimnisvollsten Vertreter war der Paranthropus, der viel robuster war als der anmutige Homo. „Es wird viel darüber diskutiert, welche Rolle sie in unserer Evolution als Spezies spielen“, bemerkt er.

Alle vier Exemplare wurden in verfestigten Sedimenten in Höhlen gefunden, was möglicherweise zur Erhaltung der Proteine ​​in den fossilen Zähnen beigetragen hat. Allerdings wirkt sich die Zeit auch auf Proteine ​​aus und lässt Peptide zunehmend kürzer werden, was ihre Erkennung durch Massenspektrometrie verhindern kann. So sei es den Forschern gelungen, „eine kleine Gruppe von Proteinen“ wiederherzustellen.

Ihre Analyse ergab mehrere wichtige Erkenntnisse. Durch den Nachweis spezifischer Varianten eines Proteins namens Amelogenin konnte das Team das biologische Geschlecht der Exemplare bestimmen. Das Y-Chromosom verriet die beiden Männchen problemlos; und dessen Fehlen den beiden Frauen. „Die zuverlässige und systematische Geschlechtsbestimmung von Fossilien ist bei der Untersuchung menschlicher Gruppen sehr nützlich, etwa um ihren Geschlechtsdimorphismus (die Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen) und ihre Organisation zu verstehen“, sagt Marqués-Bonet.

Die Forscher hatten erwartet, viele Unterschiede zum modernen Menschen zu finden, um zu verstehen, wann dieser von unserem Evolutionspfad abgewichen war und was ihn von anderen Menschen unterschied. Doch die Proteine, die sie fanden, erwiesen sich als nahezu identisch mit denen jedes modernen Menschen. Infolgedessen scheinen diese Exemplare enger mit der Homo-Linie (zu der auch wir und unsere genetischen Cousins, die Neandertaler und Denisova-Menschen, gehören) verwandt zu sein als mit irgendeiner anderen lebenden Spezies, auch wenn sie sich dennoch leicht von ihr unterscheiden. „Die Tatsache, dass sie so ähnlich sind, zeigt die Grenzen der Technik, aber es ist der erste Schritt zur Verbesserung und Rückgewinnung weiterer Proteine“, sagt Marqués-Bonet.

Das Team stellte jedoch fest, dass die in einem der Proteine, Polishin, gefundene Mutation bei den vier Individuen unterschiedlich war, was auf eine molekulare Variabilität in der Population hindeutet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Populationen vielfältiger sein könnten als bisher angenommen und geben daher zukünftigen Populationsanalyseprojekten für immer ältere Fossilien Anlass zu Bewunderung.