W 1898 roku dwa samce lwów terroryzowały obozowisko budowniczych mostów na rzece Tsavo w Kenii. Lwy, które były masywne i pozbawione grzyw, wkradły się nocą do obozu, napadły na namioty i ciągnęły swoje ofiary. Niesławni „ludojady” z Tsavo zabili co najmniej 28 osób, zanim zastrzelił ich podpułkownik John Henry Patterson, inżynier budownictwa lądowego odpowiedzialnego za projekt. Patterson sprzedał szczątki lwów Field Museum of Natural History w Chicago w 1925 roku.
W ramach nowego badania naukowcy z Field Museum współpracowali z naukowcami z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign przy dogłębnej analizie włosów starannie wyekstrahowanych z połamanych zębów lwów. W badaniu wykorzystano mikroskopię i genomikę, aby zidentyfikować niektóre gatunki zjadane przez lwy. Odkrycia opisano w czasopiśmie Current Biology.
Pierwotne odkrycie sierści miało miejsce na początku lat 90. XX wieku, kiedy Thomas Gnoske, kierownik zbiorów w Field Museum, znalazł w magazynie czaszki lwów i zbadał je pod kątem oznak spożycia. Był pierwszym, który ustalił, że byli to w pełni dorosłe, starsze samce – pomimo braku grzywy. Był także pierwszym, który zauważył, że w ciągu całego życia w odsłoniętych jamach uszkodzonych zębów lwów zgromadziły się tysiące połamanych i zbitych włosów.
W 2001 roku Gnoske i Julian Kerbis Peterhans, profesor na Uniwersytecie Roosevelta i zastępca kustosza w Field Museum, po raz pierwszy zgłosili uszkodzony stan zębów – który, jak przypuszczali, mógł przyczynić się do polowań lwów na ludzi – oraz obecność włosy osadzone w złamanych i częściowo wygojonych zębach. Wstępna analiza niektórych włosów sugeruje, że pochodziły one z elandu, impala, oryksa, jeżozwierza, guźca i zebry.
W nowym badaniu Gnoske i Peterhans umożliwili ponowne zbadanie niektórych włosów. Współautorzy Ogeto Mwebi, starszy pracownik naukowy w Muzeach Narodowych Kenii; i Nduhiu Gitahi, badacz z Uniwersytetu w Nairobi, przeprowadzili analizę mikroskopową włosów. Alida de Flaming, badaczka ze stopniem doktora na Uniwersytecie I., przeprowadziła badania genomiczne włosów wraz z profesorem antropologii na Uniwersytecie I. Ripanem S. Malhi. Skoncentrowali się na oddzielnej próbce czterech pojedynczych włosów i trzech kępek włosów pobranych z zębów lwów.
Malhi, de Flamingh i ich współpracownicy opracowują nowe techniki poznawania przeszłości poprzez sekwencjonowanie i analizę starożytnego DNA zachowanego w artefaktach biologicznych. Ich praca we współpracy ze społecznościami tubylczymi dostarczyła wielu wglądów w migracje ludzi oraz przed- i postkolonialną historię obu Ameryk. Pomogli w opracowaniu narzędzi do określania gatunku i pochodzenia geograficznego współczesnych i starożytnych kłów słoni afrykańskich. Poczynili postępy w wyizolowaniu i sekwencjonowaniu DNA z okazów muzealnych oraz prześledzili migrację i historię genomu psów w obu Amerykach.
W swojej obecnej pracy de Flamingh najpierw poszukał i odkrył znajome cechy charakterystyczne związanej z wiekiem degradacji w pozostałościach jądrowego DNA we włosach z zębów lwów.
„Aby ustalić autentyczność analizowanej próbki, sprawdzamy, czy DNA ma te wzorce, które zwykle występują w starożytnym DNA” – powiedziała.
Po potwierdzeniu autentyczności próbek de Flamingh skupił się na mitochondrialnym DNA. U ludzi i innych zwierząt genom mitochondrialny jest dziedziczony od matki i można go wykorzystać do śledzenia linii matrylinearnych w czasie.
Naukowcy twierdzą, że skupienie się na mtDNA we włosach ma kilka zalet. Poprzednie badania wykazały, że struktura włosa chroni mtDNA przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi. MtDNA występuje również w komórkach znacznie częściej niż DNA jądrowy.
„A ponieważ genom mitochondrialny jest znacznie mniejszy niż genom jądrowy, łatwiej jest go zrekonstruować u potencjalnych gatunków ofiar” – powiedział de Flamingh.
Zespół zbudował bazę danych zawierającą profile mtDNA gatunków potencjalnych ofiar. Tę referencyjną bazę danych porównano z profilami mtDNA uzyskanymi z włosów. Naukowcy wzięli pod uwagę gatunki sugerowane we wcześniejszej analizie oraz te, o których wiadomo, że występowały w Tsavo w czasach, gdy żyły lwy.
Naukowcy opracowali także metody ekstrakcji i analizy mtDNA z fragmentów włosów.
„Udało nam się nawet uzyskać DNA z fragmentów krótszych niż paznokieć małego palca” – powiedział de Flamingh.
„Tradycyjnie, gdy ludzie chcą pobrać DNA z włosów, skupiają się na mieszku włosowym, który będzie zawierał dużo jądrowego DNA” – powiedział Malhi. „Ale były to fragmenty łodyg włosów, które miały ponad 100 lat”.
Dzięki tym wysiłkom uzyskaliśmy skarbnicę informacji.
„Analiza DNA włosów pozwoliła zidentyfikować żyrafę, człowieka, oryksa, kozła wodnego, gnu i zebrę jako ofiary, a także zidentyfikowała włosy lwów” – podają naukowcy.
Odkryto, że lwy mają ten sam odziedziczony po matce genom mitochondrialny, co potwierdza wczesne doniesienia mówiące, że są rodzeństwem. Ich mtDNA również było zgodne z pochodzeniem z Kenii lub Tanzanii.
Zespół odkrył, że lwy pożarły co najmniej dwie żyrafy oraz zebrę, która prawdopodobnie pochodziła z regionu Tsavo.
Odkrycie mtDNA gnu było zaskakujące, ponieważ najbliższa populacja gnu pod koniec lat 90. XIX wieku znajdowała się w odległości około 80 km – twierdzą naukowcy. Z raportów historycznych wynika jednak, że lwy opuściły region Tsavo na około sześć miesięcy, po czym wznowiły szał na obozie budowniczych mostów.
Brak DNA bawolego i obecność tylko jednego włosa bawolego – zidentyfikowanego za pomocą mikroskopu – była zaskakująca, stwierdził de Flamingh. „Wiemy z tego, co jedzą dziś lwy w Tsavo, że preferowaną ofiarą jest bawół” – powiedziała.
„Podczas pobytu w Tsavo pułkownik Patterson prowadził odręczny dziennik terenowy” – powiedziała Kerbis Peterhans. „Ale nigdy nie odnotował w swoim dzienniku widoku bawołów ani miejscowego bydła”.
Kerbis Peterhans powiedział, że w tamtym czasie populacje bydła i bawołów w tej części Afryki zostały zniszczone przez księgosusz, wysoce zaraźliwą chorobę wirusową, która została przywieziona do Afryki z Indii na początku lat osiemdziesiątych XIX wieku.
„To prawie zniszczyło bydło i jego dzikich krewnych, w tym bawoły przylądkowe” – powiedział.
Mitogenom ludzkiego włosa ma szerokie rozmieszczenie geograficzne i naukowcy odmówili jego dalszego opisu lub analizy na potrzeby obecnego badania.
„Potomkowie mogą nadal istnieć w regionie, a aby uprawiać odpowiedzialną i etyczną naukę, korzystamy z metod opartych na społeczności, aby rozszerzyć ludzkie aspekty większego projektu” – napisali.
Nowe odkrycia stanowią istotne rozszerzenie rodzaju danych, które można wyodrębnić z czaszek i włosów z przeszłości – twierdzą naukowcy.
„Teraz wiemy, że możemy zrekonstruować pełne genomy mitochondrialne z pojedynczych fragmentów włosów lwów, które mają ponad 100 lat” – powiedział de Flamingh.
Naukowcy twierdzą, że w zębach lwów tkwiły tysiące włosów, które zagęszczały się przez lata. Dalsze analizy pozwolą naukowcom przynajmniej częściowo zrekonstruować dietę lwów na przestrzeni czasu i być może określić, kiedy zaczął się ich zwyczaj żerowania na ludziach.
Malhi jest także filią Instytutu Biologii Genomicznej Carla R. Woese’a na Uniwersytecie I.
Badania te wsparły Narodowa Fundacja Nauki i Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.