Ужасный волк оказался не волком
Ужасные волки, североамериканские хищники ледниковой эпохи, оказались не родственны обыкновенным волкам. Как показал анализ древних белков и генетического материала, линия ужасных волков отделилась от остальных псовых около 5,7 миллиона лет назад и развивалась в изоляции в Северной Америке. Как отмечается в статье для журнала Nature, с эволюционной точки зрения ужасные волки отстоят от ныне живущих крупных псовых дальше, чем африканские шакалы, а их сходство с обыкновенными волками — всего лишь результат конвергенции.
В плейстоцене и раннем голоцене в Северной и Южной Америке обитали многочисленные стада травоядных, от лошадей и верблюдов до мамонтов и гигантских ленивцев. Подобное изобилие добычи поддерживало существование крупных хищников, самыми известными из которых были ужасные волки (Canis dirus), ставшие прообразом лютоволков из «Игры престолов». Эти представители семейства псовых, жившие в период от двухсот пятидесяти до тринадцати тысяч лет назад, весили около семидесяти килограммов и специализировались на крупной дичи.
Остатки ужасных волков встречаются в североамериканских отложениях довольно часто: например, только в битумных ямах на ранчо Ла-Брея обнаружены кости четырех тысяч особей. Тем не менее палеонтологи мало знают о происхождении и эволюционных связях этого вида. Обычно предполагается, что ужасный волк являлся близким родственником обыкновенного волка (Canis lupus) или даже его подвидом, который приспособился к охоте на гигантских травоядных.
Чтобы разобраться в этом вопросе, команда исследователей во главе с Анджелой Перри (Angela Perri) из Университета Дарема решила воспользоваться генетическим анализом. Изучив остатки сорока шести ужасных волков, специалисты обнаружили пять экземпляров с сохранившейся древней ДНК. Они были найдены в американских штатах Вайоминг, Теннесси, Айдахо и Огайо, а их возраст составил от тринадцати до более чем пятидесяти тысяч лет. Авторам удалось выделить из этих экземпляров образцы митохондриальной и ядерной ДНК. Кроме того, они включили в анализ данные о белке коллагене I типа, который был обнаружен у одного из ужасных волков с ранчо Ла-Брея.
Изучив состав коллагена ужасного волка, Перри и ее коллеги пришли к выводу, что данный вид не приходится близким родственником обыкновенному волку. Более того, эти хищники оказались неродственны всей эволюционной ветви, включающей волков, домашних собак, койотов (Canis latrans) и африканских золотых волков (Canis lupaster).
На следующем этапе авторы сравнили ядерные геномы ужасных волков и десяти других видов из семейства псовых: обыкновенного, африканского золотого и эфиопского (Canis simensis) волков, койота, красного волка (Cuon alpinus), гиеновидной собаки (Lycaon pictus), чепрачного (Canis mesomelas) и полосатого (Canis adustus) шакалов, а также андской (Lycalopex culpaeus) и серой лисиц (Urocyon cinereoargenteus). Анализ выявил три отдельные эволюционные линии: в первую вошли волки из рода Canis, а также красные волки и гиеновидные собаки, во вторую — африканские шакалы, а в третью — ужасные волки (включенные в исследование лисицы удалены от всех трех линий). Ветвь ужасных волков отделилась от остальных псовых около 5,7 миллиона лет назад, а африканские шакалы и крупные псовые разошлись около 5,1 миллиона лет назад. По мнению авторов, на этом основании африканских шакалов следует выделить в отдельный род Lupulella, а ужасных волков — в род Aenocyon.
Современные виды псовых нередко скрещиваются между собой, поэтому Перри и ее коллеги решили проверить, происходил ли обмен генами между ужасными волками и обыкновенными волками и койотами, которые соседствовали друг с другом в Северной Америке. Для этого ученые проанализировали выборку, в которую вошли генетические данные ужасных волков, а также двадцати двух современных волков и койотов, трех древних собак и одного плейстоценового волка. Оказалось, что ужасные волки не скрещивались с другими североамериканскими псовыми.
По мнению авторов, эволюция ужасных волков и их родственников (таких, как «волк» Canis armbrusteri и плиоценовый «койот» Canis edwardii) шла в изоляции на территории Северной Америки начиная с позднего миоцена, в то время как предки современных крупных псовых появились в Старом Свете и колонизировали Америку относительно недавно, в позднем плейстоцене. Таким образом, сходство ужасных волков с обыкновенными — всего лишь результат конвергенции.
В отличие от ужасных волков, обыкновенным волкам и койотам удалось пережить вымирание североамериканской мегафауны на рубеже плейстоцена и голоцена. Возможно, это связано с тем, что поведение этих псовых отличается большей гибкостью — в частности, они могут переключаться на разные виды корма. Кроме того, волки и койоты обладают способностью скрещиваться между собой и с собаками, благодаря чему могут приобретать полезные для выживания адаптации (например, гены устойчивости к инфекционным болезням).
Четыре года назад в канадской вечной мерзлоте обнаружили отлично сохранившуюся мумию волчонка. Тщательно изучив ее, палеонтологи пришли к выводу, что она принадлежала самке, погибшей в возрасте шести-семи недель из-за обрушения норы более пятидесяти тысяч лет назад. Судя по митохондриальному геному, волчонок принадлежал к эволюционной ветви, которая включает древних волков из Берингии и Сибири и приходится базальной по отношению ко всем ныне живущим волкам (кроме высокогорных популяций из Азии).
Сергей Коленов
В работе использовали образцы четырех парантропов из Южной Африки
Научная группа из десяти стран выполнила масс-спектрометрический анализ протеомов зубной эмали четырех особей южноафриканских плейстоценовых гоминин возрастом около двух миллионов лет. Это позволило определить их пол, а также подтвердить таксономическое положение и значительную внутривидовую вариабельность. Препринт статьи доступен на ресурсе bioRxiv. Эволюционные и таксономические взаимоотношения вымерших африканских гоминин значительно затруднено, во многом из-за отсутствия молекулярных данных. По морфологическим признакам не всегда удается даже определить, обусловлены наблюдаемые вариации половым диморфизмом, или принадлежностью к разным видам или подвидам. Для жившего около 2,8–1 миллиона лет назад в Южной Африке Paranthropus robustus, родственного австралопитекам или принадлежавшего к ним, филогенетические отношения с другими таксонами и природа внутривидовой вариабельности остаются предметом дискуссий. В частности, большинство исследователей считают Paranthropus монофолетическим таксоном, однако морфологические сходства между южноафриканскими P. robustus и Australopithecus africanus, а также восточноафриканскими P. aethiopicus и Au. afarensis указывают на возможность парафилии или даже межвидового скрещивания. В то же время, значительная вариабельность эмалево-дентинного соединения в зубах может быть признаком таксономической неоднородности P. robustus. Высокоточные ответы на подобные вопросы дает анализ древней ДНК, однако ее не удавалось успешно добыть из образцов африканских гоминин старше 18 тысяч лет. Поэтому исследователи из Великобритании, Германии, Дании, Испании, Канады, Кении, Норвегии, США, Франции и Южной Африки под руководством Йеспера Ольсена (Jesper Olsen), Ребекки Акерманн (Rebecca Ackermann) и Энрико Капеллини (Enrico Cappellini) воспользовались анализом протеома зубной эмали, фрагменты которого сохраняются значительно дольше (раньше их удавалось получить из окаменелостей гигантопитека, денисовца, Homo antecessor из Атапуэрки и Homo erectus из Дманиси). В работе авторы использовали четыре образца зубной эмали, предположительно принадлежащих разным P. robustus, из старейших отложений Сварткранса в Колыбели человечества на севере ЮАР возрастом 1,8–2,2 миллиона лет. Из них извлекли аминокислотные фракции и исследовали их жидкостной хроматографией с высокопроизводительной тандемной масс-спектрометрией. Получилось от 4600 до 8500 совпадений пептидного спектра, покрывающих от 540 до 780 аминокислотных позиций (425 у четырех особей совпадали) из 8–10 специфичных для эмали белков. Некоторые из них — ALB, AMELX, COL17A1, ENAM и MMP20 — были найдены во всех образцах. Результаты удалось воспроизвести в независимой протеомной лаборатории. На подлинность восстановленных последовательностей указывали степень гидролиза пептидных связей, характерная для функционирования эмали как замкнутой системы; схожие аминокислотные профили во всех образцах без значимого количества стороннего материала; диагенетические изменения аминокислот, соответствующие возрасту и географии, а также характерные для палеоантропологического материала паттерны фрагментации пептидов. Особи SK 850 и SK 835 были однозначно идентифицированы как самцы парантропа, поскольку содержали множественные пептиды, специфичные для белка AMELY, ген которого расположен в половой Y-хромосоме. По соотношению AMELX из X-хромосомы и AMELY в общей подборке, а также морфологическим признакам оставшихся особей SK 830 и SK 14132 определили как самок. Попытка филогенетической реконструкции по полученным молекулярным данным показала, что четыре изученных образца Paranthropus ближе к кладе Homo, чем к любым другим приматам: у них обнаружили 17 специфичных для гоминид однонуклеотидных полиморфизмов, лишь у двух их которых (COL17A1-636 и ENAM-137) аллельное состояние отличалось от людей современного типа, неандертальцев и денисовцев. Реконструкция филогенетического дерева методом максимального правдоподобия и байесовского анализа определила Paranthropus как внешнюю группу по отношению к кладе сапиенсов, неандертальцев и денисовцев. Все вместе эти виды формируют более крупную кладу, не включающую никаких других современных гоминид. При этом SK 850, SK 14132 и SK 830 оказались филогенетически крайне близки, а SK 835 был от них более отдален. Эти результаты валидировали с использованием альтернативных подходов и референтных баз данных. Дополнительный морфометрический анализ эмалево-дентинного соединения двух лучше сохранившихся образцов — SK 835 и SK 830 — однозначно показал, что они принадлежат Paranthropus и отличаются от Australopithecus и ранних Homo. При этом они значительно отличались друг от друга и имели сходства с другими группами парантропов, что свидетельствует о высокой внутривидовой вариабельности P. robustus. Полученные данные демонстрируют информативность восстановления белков зубной эмали раннеплейстоценовых африканских гоминин и возможность с их помощью различать половой диморфизм и таксономические отличия, пишут авторы работы. В 2020 году немецкие исследователи представили данные компьютерного моделирования черепов двух детенышей афарских австралопитеков. Оно позволило сделать вывод, что их мозг был структурно похож на обезьяний, но развивался так же долго, как человеческий, что ставит под сомнение существовавшие гипотезы по этому поводу.