200만 년 전 파란트로푸스 로부스투스 이빨에서 뽑아낸 단백질, 혁명을 부르다

(2025년 7월 12일) 200만 년 된 치아 법랑질에서 발견된 새로운 단서, 인류의 고대 친척에 대한 더 많은 정보를 제공하다

by 팔레사 P. 마두페Palesa P. Madupe, 클레어 코에닉Claire Koenig, 이오아니스 파트라마니스Ioannis Patramanis / 더 컨버세이션The Conversation

이 파란트로푸스 로부스투스(Paranthropus robustus) 치아 법랑질enamel에서 단백질을 추출했다. 사진 제공: 남아프리카공화국 프리토리아에 있는 디송 국립 자연사 박물관Ditsong National Museum of Natural History 플리오-플라이스토세 고생물학 주니어 큐레이터인 라자루스 카가시Lazarus Kgasi 박사 허가를 받아 베른하르트 지펠Bernhard Zipfel 박사 제공

과학자들은 거의 한 세기 동안 초기 인류 먼 친척으로 이상하고 강인해 보이는 파란트로푸스 로부스투스Paranthropus robustus 화석을 놓고 수수께끼를 풀고자 했다.

파란트로푸스 로부스투스는 직립보행을 했고walked upright, 비교적 큰 턱과 두꺼운 법랑질dental enamel을 지닌 거대한 이빨이 있어 무거운 음식을 씹는 데 적합했다.

225만 년에서 170만 년 전에 살았다고 추정한다.

오늘날 인류는 수백만 년 전의 다양한 호미닌 먼 친척과 조상을 공유한다.

남아프리카 화석 기록은 오스트랄로피테쿠스 프로메테우스Australopithecus prometheus, 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스A. africanus (타웅 차일드Taung child), 오스트랄로피테쿠스 세디바A. sediba, 그리고 P. robustus와 같은 초기 호미닌early hominins부터 호모 속genus Homo(호모 에렉투스/에르가스터H. erectus/ergaster, 호모 하빌리스H. habilis)의 초기 구성원, 그리고 호모 날레디H. naledi와 호모 사피엔스Homo sapiens(현대 인류)와 같은 후기 호미닌까지 다양하다.

화석은 이 초기 친척들이 367만 년 전 아프리카누스A. africanus에서 어떻게 진화했는지 보여준다.

또한 두 발로 걷는 데로의 전환, 도구 제작, 뇌 발달 증가와 같은 진화 이정표들을 기록한다.

궁극적으로 우리 종인 호모 사피엔스는 남아프리카에서 발견된 최소 15만 3천 년 전 화석을 통해 알려졌다.

이는 현재 이 지역에서 발견된 가장 오래된 증거이지만, 호모 사피엔스가 그보다 더 일찍 그곳에 살았을 가능성을 배제하는 못한다. 단지 지금까지 발견된 가장 오래된 화석을 반영할 뿐.

P. robustus 화석은 1938년 남아프리카에서 처음 발견되었다. 하지만 중요한 의문점들이 남는다.

종 내에서 얼마나 많은 변이가 있었을까? 크기 차이는 성별과 관련이 있었을까, 아니면 여러 종이 존재했음을 반영했을까?

호모 로부스투스는 다른 호미닌 및 초기 호모와 어떤 관련이 있었을까? 그리고 유전적으로 무엇이 그들을 구별했을까?

지금까지 이러한 의문들에 대한 해답은 찾기 어려웠다.

아프리카와 유럽의 분자 과학, 화학, 고인류학 연구자들로 구성된 팀 일원으로 우리는 그 답을 찾고 싶었지만 고대 DNA를 활용할 수 없었다.

고대 DNA는 네안데르탈인이나 데니소바인과 같은 후기 인류 연구에 획기적인 변화를 가져왔지만, 구조가 단순해 아프리카 기후에서는 잘 살아남지 못한다.

고대 단백질 분석인 고단백체학paleoproteomics을 활용하기로 결정하면서 우리는 획기적인 진전을 이루었다.

남아프리카 인류 발상지Cradle of Humankind인 스와르트크란스 동굴Swartkrans Cave에서 발견된 200만 년 된 P. robustus 화석 네 점의 치아 법랑질에서 단백질을 추출했다. 

다행히도 수백만 년 된 단백질은 치아와 뼈에 잘 달라붙고 따뜻한 날씨에 영향을 받지 않기 때문에 잘 보존된다.

이 단백질 중 하나는 화석의 생물학적 성별을 알려준다. 이를 통해 두 개체가 남성이고 두 개체가 여성임을 확인할 수 있었다.

이러한 발견은 인류 진화에 대한 새로운 시각을 제시한다.

아프리카에서 가장 오래된 인류 유전 데이터를 제공함으로써 초기 조상의 다양성을 해석하는 방식을 바꿀 수 있다.

이를 통해 개체 간 관계에 대해 더 깊이 이해할 수 있으며, 잠재적으로는 화석이 서로 다른 종에서 유래했는지 여부도 파악할 수 있다.

파란트로푸스는 여러 종으로 이루어져 있을까?

단백질 서열은 또한 미묘하지만 잠재적으로 중요한 유전적 차이를 보여주었다.

한 가지 두드러진 차이점은 법랑질 형성에 필수적인 단백질인 에나멜린enamelin을 생성하는 유전자에서 발견되었다는 대목이다.

우리는 두 개체가 현생 인류와 초기 인류, 즉 침팬지와 고릴라와 아미노산amino acid을 공유한다는 점을 발견했다.

나머지 두 개체는 아프리카 유인원 중 현재까지 파란트로푸스에만 존재하는 아미노산을 지녔다.

더욱 흥미로운 점은 두 개체 중 한 개체가 두 가지 아미노산을 모두 지닌다는 사실이다.

200만 년 된 단백질에서 이형접합성heterozygosity (두 가지 다른 유전자 버전을 갖는 상태)을 확인할 수 있는 최초의 기록이다.

단백질을 연구할 때 특정 돌연변이는 서로 다른 종을 나타내는 징표로 여긴다.

우리는 처음에 파란트로푸스 로부스투스에만 존재하는 돌연변이라고 생각한 것이 실제로는 그 집단 내에서도 변이가 있다는 사실을 발견하고 매우 놀랐다.

어떤 개체는 이 돌연변이가 있었고 어떤 개체는 그렇지 않았다.

다시 말해, 이는 고대 단백질에서 단백질 돌연변이protein mutation를 관찰한 최초의 사례였다(이러한 돌연변이는 대개 고대 DNA에서 관찰된다).

우리는 단일하고 가변적인 종을 보는 대신, 서로 다른 조상을 지닌 개체들의 복잡한 진화적 퍼즐을 보고 있을지도 모른다는 사실을 깨달았다.

이는 형태학(생물의 형태와 구조에 대한 연구) 분석과 고대 단백질 연구를 결합하면 이러한 초기 호미닌 개체 간 관계에 대한 더욱 명확한 진화적 그림을 그릴 수 있음을 보여준다.

그러나 P. robustus 화석이 서로 다른 조상을 지닌다는 사실을 확인하기 위해서는 더 많은 치아에서 치아 법랑질 단백질 샘플을 채취해야 한다.

이를 위해 P. robustus가 발견된 남아프리카 다른 지역에서도 P. robustus를 지속 가능한 방식으로 더 많이 채취할 계획이다.

아프리카의 화석 유산 보존

우리 팀은 과학적 혁신과 대체 불가능한 유산의 보호 필요성 사이에서 균형을 맞추기 위해 노력했다.

화석은 최소한으로 채취되었으며, 모든 작업은 남아프리카 규정을 준수했다.

또한 분석에는 현지 실험실도 참여했다.

저자 중 상당수는 아프리카 대륙 출신으로, 프로젝트 초기 단계부터 연구 의제와 접근 방식을 결정하는 데 중요한 역할을 했다.

아프리카에서 아프리카 화석에 대한 이러한 첨단 과학 연구를 수행하는 일은 고생물학 변혁과 탈식민지화를 향한 중요한 진전이다.

이는 지역 역량을 강화하고, 화석이 발견된 지역에 긍정적인 영향을 미칠 수 있도록 한다.

분자 및 형태학 데이터를 결합함으로써, 본 연구는 미래 연구를 위한 청사진을 제시한다.

이를 통해 초기 호미닌이 우리가 알고 있는 것보다 더 다양했는지, 아니면 덜 다양했는지를 명확히 밝힐 수 있으리라.

현재로서는 파란트로푸스 퍼즐이 조금 더 복잡해졌고, 훨씬 더 흥미진진해졌다.

고단백질체학 기술이 발전하고 더 많은 화석이 분석됨에 따라, 우리는 고대 친척들로부터 더 많은 놀라운 발견을 기대할 수 있을 것이다.


Provided by The Conversation 
 
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이상은 이 연구 참여자들이 전하는 그네들 목소리이며 앞서 우리는 이 소식을 비교적 상세히 아래서 다루었다.
 
DNA 넘어 단백질이 불러온 고인류학 혁명
https://historylibrary.net/entry/1-34

DNA 넘어 단백질이 불러온 고인류학 혁명