Новости палеонтологии

Авторы нового исследования изучали сибирские траппы - магматические отложения в Сибири, сформировавшиеся как раз на границе перми и триаса. Проанализировав содержание в породе различных химических веществ ученые обнаружили, что в сибирских траппах содержится очень много фтора и хлора - 1,95 и 0,75 процента от общей массы образцов соответственно. Это заметно больше, чем в траппах в других частях света.

Исследователи полагают, что лава "собрала" фтор и хлор во время прохождения по богатым различными солями скалам непосредственно перед тем, как извергнуться на поверхность. По оценкам ученых, во время извержения 250 миллионов лет назад на территории современной Сибири в атмосферу было выброшено около 8,5 триллионов тонн фтора, 5 триллионов тонн хлора, а также около 9 триллионов тонн серы. Эти элементы способны разрушать озоновый слой, защищающий Землю от ультрафиолетового излучения. Соответственно, массовые извержения могли косвенно способствовать вымиранию животных.

В 2009 году другой коллектив исследователей представил данные, свидетельствующие, что пермская катастрофа была не относительно краткосрочным процессом, а событием, длившемся многие тысячи лет.

Авторы работы, опубликованной в Nature, посчитали, что между 3,3 и 2,8 миллиарда лет назад (где-то в интересную эпоху между появлением доядерных и ядерных одноклеточных) возникло 27% от всех существующих нынче семейств генов.

Чтобы восстановить картину всплеска, исследователи нанесли на карту происходившие с генами события: появление, наследование, горизонтальный перенос, дублирование и потери. Исходные данные "предоставили" 100 современных существ, в чьих геномах отразились перемены, которые случались с генами в предках этих животных и бактерий, в их предках и так далее.




Однако наибольший интерес представляют функции тех генов, что оказались в совокупном геноме всего живого одними из самых древних. Анализ показал, что трёхмиллиардолетние гены вовлечены в транспорт электронов внутри клеточных мембран.

Этот механизм используется в дыхании, его можно найти и в кислородном фотосинтезе. Исследователи заключили, что резкое расширение разнообразия генов в архее заложило основы для последующих скачков. Так в конце рассмотренного периода (примерно 2,8 миллиарда лет назад) появляются первые гены, отвечающие за использование кислорода.

Последующий всплеск в числе "кислородных" генов хорошо согласуется с датой кислородной катастрофы, изменившей атмосферу планеты и приведшей к господству аэробных форм жизни. (Узнайте, как на эволюции отразился запах тухлых яиц и о чём рассказал геном губки.)

Авторы новой работы изучали останки целурозавров - передвигавшихся на двух задних конечностях динозавров, бывших относительно близкими родственниками птиц. В общей сложности ученые исследовали 90 видов вымерших пресмыкающихся. Авторы выяснили, что многие представители целурозавров несут множество черт, которые указывают на растительную диету. К ним относятся, например, длинная шея, которая облегчала ящерам задачу собирания корма, смешанное строение зубов, а также клюв. Всего в группе изученных целурозавров ученые нашли 21 "вегетарианскую" черту. По итогам анализа авторы заключили, что из 90 видов исследованных ящеров 44 питались растениями.

Недавно другой коллектив ученых заключил, что тираннозавры при случае могли питаться падалью. Специалисты пришли к такой точке зрения по итогам анализа следов зубов, оставленных тираннозаврами на кости травоядного ящера.

«Хищники всегда распространены меньше, чем травоядные, поскольку по мере продвижения вверх по пищевой цепи количество продовольствия убывает, - пояснила Занно. - Травоядным требуются тонны растительного материала, а хищникам - множество травоядных».

Поэтому, по мнению ученых, многим тираннозаврам и их родственникам приходилось довольствоваться вегетарианской диетой. Об этом свидетельствуют ископаемый навоз, содержимое желудка, зубы и прочее, сообщает compulenta.ru.

Исследователи выявили около двух десятков анатомических особенностей, которые связаны с растительной диетой. Это не только появление клюва, но и выпадение зубов, возникновение листо- и клинообразных зубов, наличие несколько типов зубов у одного животного, удлинение зубов (резцы грызунов) и шеи.

Линдси Занно и Питер Маковицкий полагают, что клювы развивались у тероподов как минимум по пяти различным эволюционным линиям. Они появились и у других динозавров - цератопсов и гадрозавров. Любопытно, что при этом никого из них нельзя назвать непосредственным предком птиц, ибо первые птицы были зубасты.

Специалисты пришли к выводу, что предком птиц, скорее всего, были некие всеядные существа.

На физиологию и процесс выкармливания детенышей шерстистых мамонтов, вероятно, оказали заметное влияние такие факторы, как недостаток солнечного света в северных широтах, а также нападения ночных хищников, считают палеонтологи. По их оценкам, опубликованным на страницах журнала «Палео 3», долгий — до трех лет — период выкармливания детенышей указывает на длительный процесс адаптации животных к условиям Севера.

«Мамонты были уязвимы в большей степени, чем существующие ныне слоны, поскольку процесс обмена веществ у детенышей требовал более длительного периода вскармливания молоком, в особенности в период долгой полярной ночи, — отметили канадские исследователи. — Из-за недостатка растительной пищи в зимние месяцы в сочетании с угрозой со стороны ночных хищников, детеныши шерстистого мамонта питались молоком так долго, насколько это было возможно».

В то же время, отмечают исследователи, столь длительный период лактации истощал силы самок, что усиливало вероятность их гибели, и в конечном счете обернулось исчезновением шерстистых мамонтов как вида, сообщает ИТАР-ТАСС.

Исследователи в Денисовой пещере. Фото Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology

Иногда можно делать уверенные выводы о месте изучаемого объекта на эволюционном древе и по таким скудным исходным данным - например, если ученые находят кости черепа или запястья, которые служат четкими маркерами принадлежности к тому или иному виду. Но чаще, если кости оказываются диагностически бесполезными, их просто описывают, присваивают им какой-нибудь сложный номер и отправляют в архив музея или института.

Так случилось и с осколком кости мизинца, который нашли российские ученые, работавшие в Денисовой пещере в Алтайском крае. Помимо этой невзрачной косточки в пещере было обнаружено множество предметов, которые характерны для неандертальских стоянок, так что исследователи решили, что кость принадлежит одному из представителей вида Homo neanderthalensis. Так они и думали бы до сих пор, если бы не их коллеги из института эволюционной антропологии в Лейпциге, а точнее, из лаборатории шведа Сванте Паабо (Svante Paabo).

Пионер

Эта фамилия стала известна в кругах палеонтологов и далеких от палеонтологии людей в 2008 году, когда в лаборатории Паабо была впервые расшифрована митохондриальная ДНК неандертальца. Митохондрии - это клеточные органеллы, отвечающие за обеспечение клетки энергией. В далеком прошлом они были свободноживущими бактериями, но потом стали жертвами более агрессивных клеток, которые "поработили" митохондрий, приспособив для собственных нужд. Тем не менее, часть своей ДНК бывшие бактерии сохранили, и ее анализ часто используется для установления эволюционных связей между организмами.

Итак, Паабо и его сотрудники, используя разработанную ими методику выделения ДНК из древних образцов, смогли с высокой надежностью восстановить последовательность митохондриальной ДНК неандертальца, жившего около 38 тысяч лет назад. Но ДНК митохондрий очень короткая и, кроме того, она передается по наследству только от матери к дочери (то есть, в ней отражена только эволюционная история женщин), так что делать с ее помощью исчерпывающие выводы о родственных связях Homo sapiens и Homo neanderthalensis, а также о характеристиках самих неандертальцев нельзя.

Практика публикования серии статей с уточняющими результатами довольна обычна в среде ученых. Нередко уже на стадии подготовки первой статьи исследователи получают более точные результаты, однако они предпочитают опубликовать их отдельно, чтобы на выходе иметь больше рейтинговых публикаций.

Спустя всего четыре месяца Паабо опубликовал статью, в которой представил черновой вариант расшифровки ядерного генома неандертальца, а еще через месяц была опубликована более надежная версия расшифровки. Наконец, в начале мая 2010 года в журнале Science вышла статья ученого и его соавторов, в которой был представлен еще более полный (но, по-прежнему, черновой) вариант генома H. neanderthalensis. Кроме того, в статье были приведены некоторые выводы, сделанные на основании анализа расшифрованной ДНК. В числе прочего Паабо и коллеги заключили, что представители вида H. sapiens и неандертальцы скрещивались между собой и у них были общие дети. По оценкам исследователей, в геноме современных жителей Земли (за исключением обитателей Африканского континента) содержится от 1 до 4 процентов неандертальских генов. Позже выяснилось, что наши предки заводили романы и с другими видами рода Homo. Подробнее об этом можно прочитать здесь.

Вернемся к кости из Денисовой пещеры. Получив от российских коллег крошечный фрагмент мизинца предположительно неандертальца, Паабо и его сотрудники при помощи своей методики смогли выделить из него митохондриальную ДНК и провести ее анализ. К большому удивлению ученых, которые рассчитывали получить последовательность ДНК еще одного H. neanderthalensis, геном митохондрий обитателя сибирской пещеры не был похож на геном, выделенный из митохондрий неандертальцев. Сравнив полученную последовательность с последовательностями современных и древних людей, а также с ДНК бонобо и шимпанзе, ученые заключили, что денисовец, как они прозвали "владельца" кости, генетически отстоял от человека разумного даже дальше, чем неандерталец.


Зуб человека из Денисовой пещеры. Изображение Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology

В своей новой работе, которая 23 декабря была опубликована в журнале Nature, Паабо и соавторы представили анализ ядерной ДНК денисовца. Оказалось, что дезоксирибонуклеиновые кислоты загадочного представителя рода Homo прекрасно сохранились в образце из алтайской пещеры - обычно ДНК изучаемых видов составляет не более 5 процентов от общего количества ДНК в образце (остальное приходится на ДНК микроорганизмов), а в данном случае этот показатель составил 70 процентов. В итоге исследователи довольно быстро расшифровали полный геном денисовца, хотя и не с очень высокой надежностью - в среднем, каждая "буква" генома была прочитана два раза. Можно предположить, что в обозримом будущем Паабо опубликует еще одну статью с уточненным вариантом последовательности.

Дополнительно выводы ученых подтверждают результаты исследования зуба, также найденного в пещере. Анализ выделенной из него митохондриальной ДНК показал, что зуб принадлежит другому денисовцу, но не неандертальцу. Внешний вид этого зуба отличается как от зубов H. neanderthalensis, так и от зубов H. sapiens - зуб из Денисовой пещеры заметно более примитивен. Авторы полагают, что денисовцы могли получить примитивные черты в наследство от своего общего предка с человеком разумным и неандертальцем и, в отличие от двух своих родственников, сохранить их. Кроме того, Паабо и коллеги не исключают, что зубы были "подарены" денисовцам еще каким-то, пока неизвестным ученым, видом людей.

Сравнивая последовательности ДНК разных видов, ученые оценивают количество отличий между ними. Со временем отдельные буквы в ДНК изменяются на другие, и такие изменения – мутации – передаются по наследству. Чем больше различных мутаций в ДНК двух сравниваемых организмов, тем больше времени прошло с того момента, как их эволюционные пути разошлись.

Все мы немножко лошади

Анализ полученных генетических данных подтвердил: человек из Денисовой пещеры относится к неизвестному ученым виду людей. Сравнив ДНК денисовца (а точнее, денисовки - как выяснилось, осколок кости принадлежал девочке) с ДНК неандертальца и ДНК различных популяций H. sapiens, как вымерших, так и ныне живущих, ученые смогли оценить количество отличий в геномных последовательностях и приблизительно восстановить эволюционную историю денисовцев.

Паабо и коллеги заключили, что эволюционная ветвь предков девочки из Денисовой пещеры отделилась от ветви, ведущей к неандертальцам, около 640 тысяч лет назад. Около 50-60 тысяч лет назад денисовцы встретились с представителями вида H. sapiens, которые только-только вышли из Африки и еще не успели добраться до Европы, и в результате возникших контактов передали нашим предкам часть своих генов. Второй раз человек разумный пересекся с денисовцами около 45 тысяч лет назад - в межвидовой контакт вступили H. sapiens, направлявшиеся в Меланезию и Папуа Новую Гвинею. Анализ ДНК нескольких коренных меланезийцев показал, что в их геноме содержится от 4 до 6 процентов "денисовских" генов.

Полученные Паабо и коллегами данные заставляют ученых пересмотреть свои представления о миграциях людей. Присутствие генов денисовцев и неандертальцев в популяциях людей, населяющих разные регионы планеты, свидетельствует, что после выхода из Африки (а не исключено, что и до) разные виды людей скрещивались друг с другом и совершали длительные путешествия. Число останков, которые находят палеонтологи, весьма ограничено, поэтому по ним не всегда возможно воссоздать древние маршруты. Однако ДНК наших вымерших родственников сохраняет свидетельства их перемещений, и по мере того, как исследователи будут расшифровывать новые геномы древних людей, мы, возможно, узнаем о них (и о себе) много интересного.

На сегодня известно, что жизнь на Земле примерно 250 млн лет назад практически оборвалась из-за масштабных извержений вулканов, спровоцировавших резкий подъем температуры на планете и изменение химического состава океанов. По предположению специалистов, в тот период времени от вулканической суперактивности на планете погибло более 90% флоры и фауны.

Сейчас ученые практически ничего не знают об этом периоде массового вымирания видов. Нет данных о том, как быстро оно произошло, как долго длилось и, главное, насколько оно позволило изменить эволюционное направление. При помощи находки в китайском высокогорном районе, который 250 млн лет был вод водой, исследователи надеются хотя бы немного приоткрыть занавес тайны.

По словам Майкла Бентона из Университета Бристоля, "китайская находка" представляет собой следы первой реальной подводной экосистемы 250млн-летней давности. "Восстановление палеонтологических слоев и более точное датирование может сказать многое не только о прошлом нашей планеты, но и сказать что-то возможное о том, что может случиться с планетой, если людей на ней уже не будет", - говорит он.

16-метровый слой известняка, где сохранились следы останков древних животных, был обнаружен на юге Китая. Согласно данным ученых, когда эти животные обитали в океане, часть Китая была островом, расположенным неподалеку от экватора. Также на находке видны следы небольшого количества ископаемых растений, говорящих о том, что на острове были большие хвойные леса.

Исследователи говорят, что учитывая почтенный возраст находки, останки животных сохранились исключительно хорошо, на некоторых из них даже видны следы мягких тканей. 90% из присутствующих на окаменелостях существ - это ракообразные, многоножки и различные беспозвоночные. Сейчас исследователи говорят, что единственное существо, сохранившееся на отпечатках и обитающее сейчас - это рыба, известная как латимерия. Исследуют ученые отпечатки улиток, двустворчатых моллюсков и кальмаров.

Также здесь обнаружены следы крупного животного, известного как талаттозавр и достигавшего 3 метров в длину. Есть на отпечатках и следы ихтиозавров - предков современных дельфинов.

По предположению ученых, массовое вымирание, имевшее место 250 млн лет назад, длилось максимум 1 млн лет, тогда как на восстановление экосистемы ушло не менее 10 млн лет.

Корреспондент "Ленты.Ру" поговорил со Сванте Паабо о его новой работе, о вымерших представителях рода Homo, о том, почему Паабо избегает латинских названий видов, и, наконец, о том, как он пообщался с живущими ныне неандертальцами.

Лента.ру: Сколько времени занимает выделение ДНК из ископаемых образцов?

Сванте Паабо: На собственно выделение ДНК и ее обработку перед расшифровкой (со временем ДНК деградирует, и для того, чтобы снизить вероятность ошибок при расшифровке, возникающих из-за деградации, ученые обрабатывают ДНК особыми ферментами – прим. "Ленты.Ру") уходит всего около десяти дней. На расшифровку нужно несколько недель, и точный срок зависит от того, насколько большие последовательности вы секвенируете (синоним определения последовательности ДНК - прим. "Ленты.Ру"). Основная часть времени уходит на анализ полученных данных, особенно в случае работы с геномной ДНК. На то, чтобы сравнить короткие фрагменты, скажем, ДНК неандертальца с ДНК шимпанзе и ДНК представителей множества современных популяций людей, уходят долгие месяцы.

Каково обычно в образцах соотношение ДНК древних людей к микробной ДНК и ДНК исследователей, которая, очевидно, попадает на образцы при работе с ними?

Типичным является, когда древней ДНК в образце содержится не больше нескольких процентов. Все остальное - это ДНК бактерий. Но в случае кости из Денисовой пещеры содержание искомой ДНК составляло около 60 процентов. Это совершенно уникальный случай.

Что касается загрязнений нуклеиновыми кислотами исследователей, то оно обычно не превышает одного процента от количества ДНК древнего человека. Соответственно, от общего количества ДНК в образце это составляет сотые доли процента.

Как вы выбираете кости для анализа? Существуют ли какие-то признаки, по которым вы угадываете, насколько хорошо сохранилась ДНК в образце?

Мы пытаемся выделять ДНК из всех костей, которые выглядят хорошо сохранившимися и которые не были найдены в почве с высокой степенью кислотности - кислота разрушает ДНК. На самом деле, совершенно непонятно, почему одни кости сохраняются лучше других - иногда сохранность образцов бывает очень разной, даже если они были найдены в одной пещере. Например, ДНК, выделенная из кости мизинца человека из Денисовой пещеры оказалась в куда более лучшем состоянии, чем ДНК, которую мы выделили из найденного там же зуба.

Наверняка бывает такое, что вам не удается выделить ДНК из исследуемых образцов. Каково примерно соотношение удачных попыток к неудачным?

Обычно удачной оказывается одна попытка из десяти, да и то в случае, если исследуемые кости были найдены в местах с более или менее удовлетворительными условиями "хранения".

Вы планируете выделять ДНК из останков других представителей рода Homo кроме неандертальцев и "денисовцев"?

Если у нас появится доступ к таким останкам, то мы, без сомнения, попытаемся это сделать.

Вы изучали, какие именно гены у человека разумного, неандертальца и "денисовца" общие? Какие белки они кодируют? И планируете ли вы более детально исследовать этот вопрос?

Да, мы проверили несколько интересующих нас генов, в частности, так называемый "речевой ген" FOXP2, который задействован в процессах формирования речи и языка. Оказалось, что у современных людей, неандертальцев и "денисовцев" в последовательности этого гена встречаются одинаковые изменения. Считается, что эти изменения отвечают за некоторые характерные особенности нашей речи. В ближайшем будущем мы намерены получить более надежный вариант расшифровки ДНК "денисовца" и исследовать этот момент более пристально.

Возможно ли по генетическим данным определить, какого пола были неандертальцы и "денисовцы", скрещивавшиеся с представителями H. sapiens? В одной из ваших предыдущих работ вы исследовали митохондриальную ДНК неандертальца (ДНК, которая находится не в ядре, а в клеточных органеллах - митохондриях и передается только от матери к дочери) и на основании полученных данных заключили, что два вида не смешивались. Означает ли это, что все предки изученного неандертальца по женской линии тоже были неандертальцами, а не H. sapiens? И можно ли из этого заключить, что межвидовые контакты двух видов происходили по схеме: женщина-человек и мужчина-неандерталец?

Это возможный вариант, но лично я полагаю, что в межвидовых контактах принимали участие мужчины и женщины с обеих сторон. Дело в том, что на X-хромосоме (женской половой хромосоме – в геноме мужчин она присутствует в одной копии, а в геноме женщин - в двух) мы находим столько же признаков скрещивания двух видов, сколько и на остальных хромосомах. Митохондриальная ДНК может не нести никаких признаков межвидового скрещивания просто потому, что она представляет собой единичный маленький фрагмент генома, на котором просто случайно не оказалось следов "влияния" неандертальцев и "денисовцев" (средняя доля генов H. neanderthalensis в ДНК современных людей составляет около 2,5 процента, а "денисовцев" - 4,6 процента).

Каковы генетические отличия H. sapiens и H. neanderthalensis? Вы изучали, какие гены есть у неандертальцев, но отсутствуют у современных людей, и наоборот?

Нет, мы не изучали этого, потому что надежность расшифровки гена неандертальца пока недостаточна для проведения подобных исследований. Вот после того, как мы улучшим имеющиеся последовательности, мы начнем задавать такие вопросы. Но, в любом случае, здесь речь не идет об отсутствии каких-то генов - разница между двумя видами заключается в небольших изменениях, которые влияют на работу генов. По крайней мере, это верно для большинства генов.

Вы не могли бы прокомментировать значение термина "вид" применительно к представителям рода Homo? Согласно определению, представители различных видов не могут оставлять плодовитое потомство, но в случае с изученными "разновидностями" людей это, очевидно, не так.

Лично я считаю, что термин "вид" вообще не имеет смысла, потому что достаточно четкого его определения не существует. В наших статьях мы никогда не употребляем его. И по этой же причине мы не стали давать "денисовцу" латинского названия, которое само по себе принуждает указать, является ли он отдельным видом или нет (в латинских названиях видов первое слово указывает на род организма, а второе - на его вид - прим. "Ленты.Ру").

По вашему мнению, каковы были отношения между различными разновидностями рода Homo? Они действительно могли различать, что тот или иной индивид является представителем другого вида, ой, то есть просто "иным"?

Я не знаю, как они определяли, кто есть кто - в наших работах мы только показали, что у людей, неандертальцев и "денисовцев" общее происхождение и что они скрещивались друг с другом. На вопросы о том, как все эти разновидности людей взаимодействовали между собой, вам лучше ответит археолог или палеонтолог.

Какие исследования вы планируете провести в будущем?

Мы намерены довести качество расшифровки геномов неандертальцев и "денисовцев" до уровня генома шимпанзе. Кроме того, мы думаем изучить, где еще на территории Азии проживали родственники человека из Денисовой пещеры.

Какую реакцию ваши исследования вызвали у научного сообщества и далеких от науки людей? Была ли она ожидаемой или удивила вас?

После того, как мы опубликовали последовательность неандертальского генома, нам стало поступать огромное количество писем, в которых люди писали, что они являются неандертальцами, и предлагали сдать свою кровь для исследований. Практически всегда неандертальцами себя ощущали мужчины. Женщины же писали, что неандертальцами являются их мужья.

Ваша жизнь сильно изменилась после того, как вы стали знаменитым, и особенно после того, как в 2007 году журнал Time назвал вас одним из ста самых влиятельных людей во всем мире?

Нет, не особенно.

Авторы предполагают, что в пещере Кесем могли обитать предки H. sapiens, которые эволюционировали независимо от основной ветви людей, которая развивалась в Африке. Кроме того, исследователи не исключают, что зубы могут принадлежать неизвестной разновидности неандертальцев - считается, что этот вид отделился от общей ветви рода Homo и начал эволюционировать независимо около 700 тысяч лет назад. Пока выводы ученых не подтверждены анализом ДНК, и не сообщается, намерены ли они заняться ее выделением.

Основная теория развития людей, подтвержденная генетическим анализом, предполагает, что этот род появился и развивался в Африке, откуда разные виды людей несколько раз выходили и расселялись по планете. Совсем недавно коллектив исследователей из института эволюционной антропологии в Лейпциге, работавший под руководством Сванте Паабо, представил черновой вариант расшифровки генома неизвестного ранее вида людей. Их останки были найдены в Денисовой пещере в Алтайском крае в 2008 году.

Это первое фактическое свидетельство в пользу того, что в диету неандертальцев входила растительная пища. До сих пор ученые не находили растительных остатков на орудиях, при помощи которых H. neanderthalensis готовили еду. Хотя в пещерах и даже очагах неандертальцев обнаруживали пыльцу, эти находки не позволяли однозначно утверждать, что H. neanderthalensis действительно ели растения, а не случайно заносили их в пещеру на одежде. Это уточнение приводит BBC News.

Некоторые специалисты полагали, что строгая мясная диета могла стать одной из причин вымирания неандертальцев. Одним из главных источников белков для них было мясо мамонтов, и после вымирания этих животных H. neanderthalensis начали голодать.

Недавно другой коллектив исследователей сделал похожее открытие - только предметом изучения служили не неандертальцы, а современные люди. Ученые обнаружили остатки растений на орудиях для перемолки возрастом 32 тысячи лет. Ранее также считалось, что в это время H. sapiens питались преимущественно мясом.