Publicada a la prestigiosa revista Science, la investigació ha aconseguit una fita als estudis sobre l'evolució humana després de la recuperació de seqüències proteiques antigues de quatre dents d'uns 2 milions d'anys de Swartkrans, a Sud-àfrica. Les restes fòssils han estat atribuïdes a l'espècie extinta d'homínid Paranthropus robustus. Considerat una branca lateral del nostre arbre evolutiu, Paranthropus va sorgir i evolucionar a l'Àfrica fa entre 2,8 i 1,2 Ma. i va coexistir amb les primeres espècies d'Homo i possiblement va interactuar amb elles. Paranthropus era bípede, però també va mostrar adaptacions a les extremitats superiors per enfilar-se i un ampli nínxol alimentari, basat en diversos tipus de plantes i possiblement en insectes.

Liderat per la Universitat de Copenhaguen i la Universitat de Ciutat del Cap, amb la participació de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), l'equip va extreure fragments proteics de l'esmalt dental d'aquests antics parents humans i va fer servir tècniques d'espectrometria de masses d'avantguarda per reconstruir-ne parcialment les seves seqüències.

Recuperen proteïnes antigues a l'Àfrica que daten de temps remots

L'enfocament pioner emprat per l'equip va permetre determinar el sexe biològic d'homínids individuals i va revelar una variabilitat genètica crucial que no s'havia detectat fins ara a P. Robustus. Aquestes troballes no sols desafien suposicions basades únicament en la morfologia esquelètica, sinó que també obren noves vies per comprendre la complexa història evolutiva d'aquests parents antics. L’exitosa aplicació de paleoproteòmica per determinar el sexe i la variabilitat genètica a Paranthropus representa un possible canvi en la paleoantropologia, superant les limitacions de l'anàlisi morfològica i els desafiaments per a la preservació de l'ADN antic (ADNa), la recuperació del qual a l'Àfrica no es remunta a més de 20.000 anys abans del present (aproximadament).

Els quatre espècimens de Paranthropus es van recuperar de sediments consolidats de coves, cosa que podria haver contribuït a la preservació de les proteïnes dins de les dents fòssils. No obstant això, el temps també afecta significativament la recuperació de proteïnes de les mostres fòssils, escurçant cada cop més els pèptids, la qual cosa pot impedir-ne la detecció mitjançant espectrometria de masses.

"A causa de la mala conservació, vam utilitzar el fraccionament de pèptids, un mètode àmpliament emprat en la proteòmica moderna, i espectròmetres de masses d'última generació per maximitzar la cobertura proteica d'aquestes mostres rares, augmentant així les possibilitats de trobar informació filogenètica clau", explica Jesper Olsen, autor sènior de l'article i director executiu del Centre de Recerca de Proteïnes de la Universitat de Copenhaguen.

Aquest avenç implica que una àmplia gamma de fòssils d'homínids africans, que anteriorment es consideraven fora de l'abast de l'anàlisi genètica, podrien proporcionar dades biomoleculars crucials, amb el potencial de transformar la comprensió de la diversitat i la variació que hi havia entre els homínids d'Àfrica fa milions d'anys.

Ubicació i estructura de la cova del jaciment de Swartkrans, Sud-àfrica, i vista oclusal de les dents de Paranthropus analitzades, de dalt a baix: SK 830, un P4 esquerre; SK 835, un M3 esquerre; SK 850, un P3 dret; SK 14132. Crèdit: Dra. Robyn Pickering.

Perspectives evolutives

L'anàlisi de les proteïnes antigues va revelar diverses troballes clau. Mitjançant l'anàlisi de l'esmalt de les dents, l'equip va aconseguir identificar el sexe biològic dels espècimens mitjançant la detecció de variants específiques d'una proteïna anomenada amelogenina. La detecció d'una variant específica per a mascles va permetre identificar amb seguretat dos espècimens de Paranthropus com a individus mascles, mentre que un nou enfocament quantitatiu va permetre inferir que els altres dos espècimens eren femelles. La capacitat de determinar amb precisió el sexe biològic de les restes fossilitzades constitueix un avenç crucial, que permet una comprensió més precisa de les diferències basades en el sexe en l'ús de la terra, la distribució i els comportaments socials dels nostres parents extints fa molt de temps.

"Haver determinat el sexe biològic d'aquests individus que van viure fa dos milions d'anys és realment remarcable. Aquest fet ens obre les portes a entendre la biologia d'altres poblacions pertanyents al llinatge humà", comenta Esther Lizano, Investigadora Distingida Júnior a l'Institut Català de Paleontologia Miquel Crusafont (ICP) que ha participat a l'estudi.

L'equip també va descobrir que la mutació trobada a la proteïna de la polishina, inicialment identificada com una variant genètica única de l'espècie, presentava variacions entre els quatre individus de Paranthropus analitzats.

L'equip també va fer anàlisis morfològiques de les dents, que van identificar una possible subestructura dins de Paranthropus. Els resultats suggereixen que la considerable variació morfològica observada a Paranthropus podria reflectir dinàmiques poblacionals més complexes, microevolució o fins i tot la presència de grups o tàxons diferents.

La majoria de les seqüències proteiques de Paranthropus recuperades van ser idèntiques a les dels humans moderns, amb només dues posicions diferents entre tots dos grups. Com a resultat, aquests espècimens semblen estar més estretament relacionats amb el llinatge Homo (inclosos nosaltres mateixos i els nostres cosins genètics, els neandertals i els denisovans) que amb qualsevol altra espècie actual, encara que continuen sent lleugerament diferents. No obstant això, l'antiguitat de les mostres afecta la recuperació total de proteïnes, cosa que redueix la probabilitat d'identificar la informació filogenètica crucial que permet fer comparacions precises entre grups estretament relacionats.

"L'estudi mostra tant les possibilitats com les limitacions de la nostra tecnologia actual. Demostra el poder complementari a les anàlisis morfològiques per a l'estudi de l'evolució humana, però també cal entendre que la diversitat molecular és limitada i no sempre informativa", conclou Tomàs Marquès, investigador principal a l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE) i professor de recerca ICREA a la Universitat Pompeu Fabra (UPF) que ha participat en l'estudi.

L’estudi ha estat finançat per la Xarxa de Formació Marie Skłodowska-Curie de la Unió Europea “PUSHH”, en el marc del programa de recerca i innovació Horitzó 2020 (subvenció núm. 861389, E.C.); per la Subvenció Avançada del Consell Europeu de Recerca (ERC) “BACKWARD”, acord núm. 101021361, també en el marc del programa Horitzó 2020 (E.C.); i per la Subvenció Prova de Concepte de l’ERC “SSPIN”, acord núm. 101138962, en el marc del programa Horitzó Europa (E.C.).

Article referenciat:

Madupe, P. P., Koenig, C., Patramanis, I., Rüther, P. L., Hlazo, N., Mackie, M., et al. (2025). Enamel proteins reveal biological sex and genetic variability in southern African Paranthropus. Science. https://doi.org/10.1126/science.adt9539