Proteínas de dientes de Homo erectus revelan vínculo genético con denisovanos y humanos modernos

Un equipo internacional de investigadores liderado por Qiaomei Fu del Instituto de Paleontología y Paleoantropología de Vertebrados de la Academia China de Ciencias logró extraer y analizar proteínas antiguas del esmalte dental de seis especímenes de Homo erectus del Pleistoceno Medio, datados en aproximadamente 400.000 años de antigüedad, procedentes de los sitios arqueológicos de Zhoukoudian, Hexian y Sunjiadong en China, según un estudio publicado en Nature.

Los investigadores utilizaron una técnica mínimamente invasiva de grabado ácido para recuperar información molecular sin alterar la morfología de los dientes ni la apariencia del esmalte, según el estudio. Esta metodología permitió obtener datos proteómicos de cinco especímenes masculinos y uno femenino sin dañar irreparablemente estos restos fósiles de alto valor cultural y científico.

El análisis reveló dos variantes de aminoácidos compartidas por todos los especímenes de los tres sitios arqueológicos, según Nature. La primera mutación, denominada AMBN(A253G) en la proteína ameloblastina, era previamente desconocida para la ciencia y no ha sido identificada en otros linajes humanos, incluyendo Homo erectus de Dmanisi en Georgia, Homo antecessor de Atapuerca en España, denisovanos, neandertales ni humanos modernos, según el estudio.

Esta mutación AMBN(A253G) fue identificada en todos los seis especímenes con recuentos de coincidencias peptídicas de entre 3 y 191, y recuentos de péptidos de entre 2 y 39 para cada muestra, según Nature. La presencia de esta variante en especímenes de tres sitios distintos que abarcan el norte y sur de China sugiere que podría ser un marcador específico de estas poblaciones de Homo erectus del Pleistoceno Medio, según los investigadores.

La segunda mutación identificada, AMBN(M273V), había sido previamente detectada en denisovanos, según el estudio. El polimorfismo de nucleótido único correspondiente (rs564905233, A>G) aparece en denisovanos y se encuentra en humanos modernos con una frecuencia del 21 por ciento en Filipinas, 1,17 por ciento en India, 0,71 por ciento en Papúa Nueva Guinea, y está ausente en la mayoría de otras poblaciones humanas modernas, según Nature.

Los estudios genómicos revelan que los denisovanos recibieron entre 0,5 y 8 por ciento de flujo genético de un homínido cuyos ancestros divergieron hace más de un millón de años del linaje común ancestral a neandertales, denisovanos y humanos modernos, según el estudio. Aproximadamente el 15 por ciento de estas regiones de ADN "super-arcaico" se introdujeron desde los denisovanos hacia individuos asiáticos y oceánicos, según Nature.

La evidencia proteómica indica que esta variante AMBN(M273V) no es exclusiva de los denisovanos, sino que parece haber sido introducida en ellos a través de una población vinculada al Homo erectus del Pleistoceno Medio de Zhoukoudian, Hexian y Sunjiadong, según los investigadores. Esta variante es homocigótica en denisovanos más recientes como Denisova 3 y Penghu 1, pero heterocigótica en denisovanos "más tempranos" como Harbin (menos de 150.000 años) y Denisova 25 (alrededor de 200.000 años), según el estudio.

El análisis de ventana deslizante mostró que la región de ADN que contiene rs564905233 presenta mayor divergencia de secuencia entre africanos y Denisova 3 que entre africanos y el neandertal de Altái, según Nature. Esto respalda la idea de que esta región, incluyendo rs564905233, puede originarse de un grupo super-arcaico más divergente, según los investigadores.

Los hallazgos también resolvieron debates sobre la clasificación de los fósiles de Hexian. La variabilidad morfológica entre los tres sitios, especialmente las muestras de Hexian que difieren de las de Zhoukoudian y Sunjiadong, había generado discusión sobre si estaban más estrechamente relacionadas con Homo erectus de Indonesia o posiblemente con denisovanos, según el estudio. La evidencia proteómica demuestra claramente que los dos especímenes de Hexian poseen la mutación AMBN(A253G) recién identificada, al igual que los especímenes de Zhoukoudian y Sunjiadong, y que esta mutación no se encuentra en Denisova 3, Penghu 1 ni Harbin, ubicándolos dentro de Homo erectus, según Nature.

La determinación del sexo de los especímenes se realizó mediante el método protSexInferer, basado en la proporción de recuentos de péptidos que cubren las posiciones específicas de AMELY (amelogenina isoforma Y) en relación con todos los péptidos de AMELY y AMELX, según el estudio. Cinco especímenes (Zhoukoudian, dos de Sunjiadong, dos de Hexian y Harbin) fueron identificados como masculinos con proporciones entre 0,187 y 0,295, mientras que el espécimen restante de Sunjiadong (12SJD1#10-45, un adulto) fue clasificado como femenino con una proporción de 0,019, según Nature.

Los investigadores también evaluaron la preservación de proteínas en fósiles animales de los tres sitios antes de analizar los restos humanos. Las pruebas usando espectrometría de masas MALDI-TOF no revelaron evidencia de proteínas antiguas en dentina o huesos de 8 muestras en Zhoukoudian, 40 muestras de Hexian y 37 muestras de Sunjiadong, según el estudio. Sin embargo, el esmalte de 3, 14 y 5 dientes animales de estos sitios respectivos sí mostró señales de proteínas, según Nature.

El análisis generó entre 4.097 y 22.107 coincidencias de espectros peptídicos, y entre 652 y 3.476 péptidos a través de los siete especímenes, según el estudio. Después de aplicar criterios rigurosos de filtrado, se recuperaron entre 650 y 3.457 péptidos de entre 6 y 11 proteínas relacionadas con el esmalte para las siete muestras, según Nature.

Los especímenes de Homo erectus representados por los fósiles de Zhoukoudian datan de aproximadamente 780.000 a 300.000 años durante el Pleistoceno Medio en el norte de China, según el estudio. Este grupo ha tenido un papel crucial en la investigación sobre el origen y evolución de Homo erectus, según Nature. Los estudios de los fósiles de Zhoukoudian resolvieron debates sobre si los fósiles de Java en Indonesia eran simios o humanos, confirmando la posición sistemática de Homo erectus dentro del linaje humano, según el estudio.

Los fósiles de Hexian están datados en aproximadamente 410.000 años, mientras que los de Sunjiadong datan de alrededor de 400.000 años, según Nature. Los fósiles de Nanjing y Sunjiadong muestran morfología similar a los fósiles de Zhoukoudian, mientras que los restos de Hexian son morfológicamente más cercanos a los fósiles de Java en Indonesia que a los fósiles de Zhoukoudian, según el estudio.

Según el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, Homo erectus es probablemente el humano primitivo más antiguo conocido con proporciones corporales similares a las de los humanos modernos. Se estima que vivieron entre 1,89 millones y 110.000 años atrás, según el Smithsonian. Fueron también la primera especie asignada al género Homo que probablemente salió de África, según el estudio, un factor clave en la evolución humana temprana.

Los hallazgos sugieren que el Homo erectus del Pleistoceno Medio tardío pudo haber coexistido con denisovanos en partes del este de Asia, donde se presume que ocurrieron estas interacciones, según Nature. Las regiones en el genoma denisovano atribuidas a introgresión super-arcaica, algunas de las cuales posteriormente pasaron a humanos modernos, probablemente se originaron de Homo erectus, según los investigadores.

La escasez de restos de Homo erectus y la falta de evidencia molecular habían dejado a la ciencia sin información valiosa sobre su diversidad poblacional, características genéticas y posible conexión con humanos modernos, según Discover Magazine. El esqueleto fósil de Homo erectus más completo conocido por la ciencia proviene del "Niño de Turkana", que data de aproximadamente 1,6 millones de años y al que le faltan varios huesos, incluyendo casi todos los huesos de manos y pies, según el Smithsonian.

Los investigadores señalan que se necesita más investigación paleoproteomica para explorar la diversidad molecular dentro de Homo erectus, según Nature. Las variantes AMBN(A253G) y AMBN(M273V) son potencialmente específicas de las poblaciones a las que pertenecieron estos seis especímenes de Homo erectus del Pleistoceno Medio, según el estudio. Notablemente, AMBN(A253G) no ha sido observada en ningún humano o primate antes, haciendo este hallazgo altamente notable, según los investigadores.

Los tres sitios de Homo erectus están en el este de Asia, todos datando alrededor de 400.000 años, y los denisovanos divergieron de los neandertales alrededor de 380.000 a 470.000 años atrás, según Nature. El rango conocido de denisovanos incluye Siberia, la meseta tibetana, Harbin en el noreste de Asia y el canal de Penghu en el sudeste asiático, y estos tres sitios de Homo erectus están en el norte y sur de China, según el estudio. Sus hábitats compartidos crean oportunidades para interacciones entre poblaciones relacionadas con estos Homo erectus del Pleistoceno Medio y denisovanos, según los investigadores.