1,800만년 전 화석에서 단백질 추출, 포유류 진화에 새로운 단서
단백질은 시간이 지남에 따라 분해되기 때문에 그 역사를 연구하기 어렵다.
그러나 새로운 연구를 통해 케냐 리프트 밸리Rift Valley에서 발견된 1,800만 년 된 포유류 화석 이빨의 에나멜에서 고대 단백질이 발견되어 이 동물들의 생존과 진화에 대한 새로운 시각을 제시했다고 네이처Nature에 게재된 해당 연구성과를 인용한 과학 전문매체 phys.org가 최근 보도했다.
국내 일부 언론에서도 인용한 이 보도에 의하면, 하버드 대학교와 스미스소니언 박물관 보존연구소Smithsonian Museum Conservation Institute 연구진이 이러한 성과를 냈다.
"이빨은 우리 입 속의 돌과 같다"고 인간 진화생물학과 현장 프로그램 책임자이자 논문 주저자인 다니엘 그린Daniel Green은 말했다.
"이빨은 동물이 만들어내는 가장 단단한 구조이기 때문에 1억 년 또는 1억 년 된 이빨을 발견하더라도 그 안에는 동물의 삶에 대한 지구화학적 기록geochemical record이 담겨 있을 것입니다다."
여기에는 동물이 먹고 마신 것뿐만 아니라 주변 환경도 포함된다.
그린 박사는 "과거에는 치아에서 가장 단단한 부분인 성숙한 법랑질mature enamel에는 단백질이 거의 없을 것이라고 생각했다"고 말했다.
그러나 액체 크로마토그래피 탠덤 질량 분석법 liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)이라는 새로운 단백질체학proteomics technique 기술을 활용한 연구팀은 "다양한 생물 조직에서 매우 다양한 단백질"을 검출할 수 있었다.
"이 기술은 여러 단계로 이루어지며, 펩타이드peptides를 크기나 화학적 성질에 따라 분리하여 이전 방법보다 더 높은 분해능으로 순차적으로 분석할 수 있다"고 HEB 부교수이자 논문 교신corresponding authors 저자 중 한 명인 케빈 T. 우노Kevin T. Uno 박사는 설명했다.
"최근 우리와 다른 학자들은 치아 법랑질tooth enamel 내부에 수십 종, 어쩌면 수백 종에 달하는 다양한 종류의 단백질이 존재한다는 사실을 발견했다"고 그린 박사는 덧붙였다.
현대 치아에서 많은 단백질이 발견된다는 사실을 깨달은 연구진은 화석을 연구하기 시작했다.
스미스소니언 박물관 및 케냐 국립 박물관과 협력하여 화석 치아, 특히 초기 코끼리와 코뿔소rhinos 치아를 분석했다.
초식동물herbivores인 이들은 식물을 갈아먹는 데 필요한 큰 이빨이 있었다.
그린은 이 포유류들이 "2~3mm 두께의 법랑질을 가질 수 있다. 연구하기에 너무 많은 재료가 필요했다"고 덧붙였다.
그린에 따르면, 그들이 발견한 것은 아미노산 사슬chains of amino acids인 펩타이드 조각peptide fragments으로, 1,800만 년이나 된 단백질을 형성하는 것으로, "연구 영역을 바꿀 만한" 것이었다.
그는 "이렇게 오래된 펩타이드 조각을 이전에 발견한 사람은 아무도 없었다"며, 이 발견을 "충격적"이라고 평했다.
지금까지 출판된 가장 오래된 자료는 약 350만 년 전의 것이라고 그는 덧붙였다.
"스미스소니언의 뛰어난 고단백질체학자paleoproteomicist인 팀 클레랜드Tim Cleland 도움으로, 우리는 펩타이드 조각의 연대를 이전에 알려진 것보다 5~6배 더 앞당기고 있습니다."
새로 발견된 펩타이드는 다양한 기능을 수행하는 다양한 단백질을 포괄하며, 이를 통틀어 프로테옴proteome이라고 한다.
"이 고대 이빨에 대해 우리가 기대하는 이유 중 하나는 고대 코끼리나 코뿔소 몸속에서 발견되었을 모든 단백질의 완전한 프로테옴을 보유하고 있지는 않지만, 여러 단백질의 프로테옴을 보유하고 있기 때문입니다."
이러한 단백질 컬렉션을 통해 "단일 단백질보다 여러 단백질의 프로테옴을 통해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것입니다."
케냐 국립 박물관 수석 연구 과학자이자 논문 공동 저자인 에마누엘 K. 은디에마Emmanuel K. Ndiema는 "이 연구는 고생물학에 새로운 지평을 열어 과학자들이 뼈와 형태학을 넘어 멸종된 동물과 호미닌hominins의 분자적, 생리적 특성을 재구성할 수 있게 해준다"고 말했다.
"이것은 진화적 관계에 대한 직접적인 증거를 제공합니다. 치아의 다른 특징들과 결합하여 이전에는 접근할 수 없던 식습관, 질병 양상, 심지어 사망 연령까지 추론할 수 있습니다."
이러한 생물들의 삶을 밝혀내는 것 외에도, 이들을 역사적으로 위치시키는 데 도움이 된다.
우노는 "이러한 펩타이드 조각을 사용하여 고대 동물 간 관계를 탐구할 수 있다. 마치 현대 인간의 DNA를 사용하여 사람들이 서로 어떻게 관련되어 있는지 파악하는 것과 유사하다"고 말했다.
그린은 "동물이 완전히 멸종했더라도(그리고 우리 연구에서 분석하는 일부 동물들은 살아있는 후손이 없지만), 이론적으로는 치아에서 단백질을 추출하여 계통발생학적 나무phylogenetic tree에 배치할 수 있다"고 말했다.
이러한 정보는 "분자적 증거를 사용하여 이 동물들이 다른 포유류 계통과 어떤 관련이 있는지에 대한 고생물학자들 간의 오랜 논쟁을 해결할 수 있을 것입니다."
그린은 이 연구가 전 세계 수십 개 기관과 연구자들이 참여하는 훨씬 더 큰 프로젝트의 "작은 부수적 프로젝트"로 시작되었지만, "정말 많은 것을 발견해서 놀랐다. 이 치아에는 정말 많은 단백질이 보존되어 있었다"고 말했다.
More information: Daniel Green, Eighteen million years of diverse enamel proteomes from the East African Rift, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09040-9. http://www.nature.com/articles/s41586-025-09040-9