Ключи к загадке вымирания гигантских млекопитающих: древний коллаген раскрывает тайны

В музеях и хранилищах по всему миру хранятся коллекции позднеплейстоценовой фауны, собранные на археологических и палеонтологических объектах. Эти коллекции представляют собой бесценный источник информации о прошлой мегафауне, включая многих вымерших видов. Они, например, дают ценные сведения о изменениях в разнообразии и распространении мегафауны, а также хронологии существования отдельных видов. Детальное изучение этих коллекций может пролить свет на причины исчезновения видов, включая вопросы о причинах вымирания мегафауны в позднем плейстоцене.

Однако исследования, основанные на музейных коллекциях, могут быть затруднены из-за особенностей раскопок, извлечения и хранения материалов, а также фрагментарности найденных останков. Значительная часть музейных коллекций состоит из сильно фрагментированных остатков, которые не поддаются классификации по конкретному таксону и непригодны для палеоэкологических и археологических исследований.

Новые разработки в биомолекулярных методах, включая древнюю ДНК (аДНК) и протеомические инструменты, предоставляют исследователям новые возможности для преодоления этих ограничений и раскрытия потенциала биологических маркеров, сохранившихся в музейных остатках.

Молекулярные технологии в изучении музейных коллекций

Современные молекулярные методы позволяют переосмыслить таксономическую классификацию музейных экспонатов и получить более глубокую информацию об эволюционной и демографической истории древних животных и людей.

Но музейные образцы предоставляют серьезные вызовы для молекулярных исследований. Часто музейные образцы хранятся при комнатной температуре в сухом виде или в консервантах, что способствует деградации ДНК и ее потере с течением времени. Еще одна проблема — высокая степень экзогенного загрязнения образцов микробной, паразитарной и бактериальной ДНК, а также возможность перекрестного загрязнения между образцами, хранящимися в близком соседстве.

Применение консолидантов в музейной консервационной практике может привести к непреднамеренному введению современных белков, например, животных коллагенов в клеях. Нарастающая информация также указывает на то, что биомолекулы начинают разлагаться сразу же после извлечения скелетных остатков из погребальной среды. Для обеспечения дальнейшего развития молекулярных приложений к музейным коллекциям необходимо провести дополнительную оценку влияния музейного хранения на сохранность образцов.

Зооархеология с помощью масс-спектрометрии (ZooMS): новый инструмент для исследования древних останков

В рамках палеопротеомических исследований широко применяются протеомические инструменты, часто для коллекций из регионов и периодов, где аДНК вряд ли сохранится, что обеспечивает в том числе понимание прошлой пищевой культуры и выживания, а также улучшает понимание прошлых экосистем и окружающей среды.

Одним из ключевых методов в палеопротеомических исследованиях является Зооархеология с помощью масс-спектрометрии (ZooMS) — вид пептидного масс-фингерпринтинга, используемого для таксономической идентификации неясных образцов животных. По сравнению с другими биомолекулярными методами идентификации, такими как аДНК-анализ, ZooMS позволяет применить более быстрый, минимально разрушительный и экономичный подход, который может предоставить результаты по сильно фрагментированному, обработанному и разрушенному материалу.

Исследование потенциала ZooMS на североамериканских мегафауне

В Северной Америке в музеях и хранилищах хранится несколько важных коллекций мегафауны. Поиск новых способов анализа этих коллекций предоставляет отличную возможность переосмыслить причины и последствия вымирания мегафауны континента в позднем плейстоцене.

В данном исследовании проведено пилотное исследование ZooMS на фрагментах костей из шести позднеплейстоценовых археологических объектов, хранящихся в коллекциях Национального музея естественной истории Смитсоновского института (NMNH).

Цель исследования:

Провести ZooMS анализ фрагментов костей из шести археологических объектов в Колорадо, где были обнаружены останки бизонов и других мегафауны, а также артефакты, связанные с человеческой деятельностью.

Методы исследования:

• Собраны фрагменты костей позднеплейстоценовой мегафауны из шести археологических объектов в Колорадо, хранящихся в отделе антропологии NMNH.

• Проведено пилотное ZooMS скринирование образцов.

• Оценена степень сохранения коллагена типа I (COL1) и ясность полученных спектров.

• Проведена таксономическая идентификация образцов с помощью ZooMS.

Результаты исследования:

• ZooMS анализ успешно определил 80% образцов.

• Были идентифицированы следующие таксоны: Bison sp., Mammuthus sp., Mammuthus sp./Mammut sp. и Camelidae.

• Результаты ZooMS соответствуют предыдущим остеологическим идентификациям.

• Обнаружены относительно высокие уровни сохранения коллагена, что указывает на то, что длительное хранение в NMNH не повлияло отрицательно на сохранение пептидов.

Обсуждение результатов:

• Исследование продемонстрировало высокий потенциал ZooMS для анализа коллекций позднеплейстоценовой мегафауны, хранящихся в музеях Северной Америки.

• ZooMS может быть использован для дополнительной идентификации фрагментированных остатков, что позволит получить более точную информацию о составе мегафауны в позднем плейстоцене.

• Исследование подчеркивает необходимость создания более полных библиотек справочных маркеров ZooMS, включая вымершие виды Северной Америки.

Пилотное исследование показывает, что ZooMS является перспективным инструментом для анализа коллекций позднеплейстоценовой мегафауны, хранящихся в музеях.

Несмотря на то, что коллекции были собраны более чем столетие назад, и образцы, использованные в исследовании, были фрагментированы, ZooMS позволил успешно определить 80% образцов, а также получить ценную тасономическую информацию.

Будущие исследования должны быть направлены на изучение влияния музейного хранения на сохранение биомолекул, а также на расширение библиотек справочных маркеров ZooMS, что позволит более полно использовать потенциал ZooMS для изучения коллекций позднеплейстоценовой мегафауны по всему миру.