古代骨骼中的蛋白质可以为人类进化提供重要见解

人类与早已灭绝的亲戚的遗传联系正在快速扩大的研究领域(称为古蛋白质组学)中被绘制出来。它们几乎是每家新奇T恤店的必备品：人类进化的幽默图画、五个人物剪影(从猿到人类)，通常最后一个被滑板手、达斯·维德(DarthVader)取代，甚至可能是条形码。

无论这些时尚宣言如何评价人们的幽默感，它们都揭示了对人类进化的迷恋。

蛋白质能量

现在，研究人员即将获得更多有关人类家谱的知识。这一切都取决于蛋白质。

分析古代材料中的蛋白质是一个被称为古蛋白质组学的领域，它可以超越DNA审查的范围，是一个快速发展的研究领域，还涉及生物学、古生物学和考古学。

史前蛋白质可以在各种环境条件下生存。

丹麦哥本哈根大学古蛋白质组学专家恩里科·卡佩里尼博士说：“我们可以从温带环境中检索古代蛋白质，也就是从接近我们纬度的地方检索古代蛋白质。”“然后我们开始发现我们可以从来自热带环境的物种中检索蛋白质。”

卡佩里尼领导的一个项目获得了欧盟的资助，旨在推进原始人类进化的古蛋白质组学研究，原始人类是一个包括所有类人猿及其祖先的广泛群体。

该项目名为“BACKWARD”，仍然非常向前发展。该计划为期五年，直至2026年底。

2023年7月，在bioRxiv上发布的一篇文章中，卡佩里尼和同事披露了有史以来从古人类身上收集到的最古老的遗传数据，这一类别比原始人类范围更窄，包括被视为人类或人类直接祖先的物种。

这些信息来自于200万年前生活在非洲的人类远亲。测序的蛋白质是从四颗牙齿的牙釉质中提取的，这些牙齿是在世界遗产地南非人类的摇篮约翰内斯堡西北40公里处的一个洞穴中发现的。

逆向工程

DNA携带遗传信息，而蛋白质则是该遗传信息的表达。

这意味着科学家可以对蛋白质的氨基酸序列进行逆向工程以获得DNA信息。

而且蛋白质的存活时间比DNA长得多。

这种长寿对于研究人员来说至关重要，因为他们表示，要更多地了解人类的历史谱系，需要研究距今777,000至126,000年前的中更新世时期。

“在中更新世，我们保存的DNA非常少，”哥本哈根大学人类进化专家FridoWelker博士说。“因此，蛋白质是获取某些遗传信息的潜在分子解决方案。”

韦尔克领导了一个由欧盟资助的独立项目，旨在改进古代骨骼蛋白的提取和计算分析，同时限制古人类化石的破坏。

这项为期五年的计划名为PROSPER，持续到2025年11月。该研究重点是古代蛋白质和蛋白质组，它们是大量蛋白质。

Welker表示，其目标是让科学家能够从古代骨骼中提取足够的蛋白质，以解决有关13万年以前的进化问题。

“有很多途径可以探索——化学的、计算的等等——希望能让我们获得更大、信息更丰富的蛋白质组，”他说。

超越DNA

DNA测序技术数十年的进步使科学家能够从非常古老的人类骨骼中提取遗传物质，并将其与现代人类的骨骼进行比较。

这为了解已灭绝的古人类的遗传史提供了重要的见解，例如人类DNA与尼安德特人DNA之间的相似性。

2010年，古代DNA甚至使科学家能够识别出一种以前未知的古人类物种——丹尼索瓦人。

但DNA的存活时间不够长，不足以提供蛋白质在开辟史前数据的大量新来源方面的潜力。

PROSPER还将寻求提高对样本污染的理解，这种污染可能发生在人类挖掘和处理古代骨骼遗骸时。

“在研究古代生物分子时，污染是一个真正的问题，”韦尔克说。“我们需要考虑如何识别污染以及如何将其从我们的数据集或样本中删除的策略。”

古代猩猩

Welker和Cappellini处于该领域全球研究的前沿。

2019年，两位科学家从一种现已灭绝的名为黑巨猿的大型猿类中去除了主要蛋白质，这种猿生活在大约200万至35万年前。

研究小组从中国南部亚热带地区一个洞穴中一颗190万年前的臼齿中提取了蛋白质。

黑巨猿在东南亚的森林地区漫步。它与其他类人猿物种的进化关系尚不清楚。

Welker、Cappellini和他们的同事发现的蛋白质序列表明，巨猿群体与猩猩密切相关，在大约10-1200万年前有共同的祖先。

也许最重要的是，它表明可以从热带条件下保存的样本中检索出大约200万年前的蛋白质组。

这开启了将原始人类和人类进化的生物分子研究扩展到远远超出以前限制的可能性。

“在此之后——这是BACKWARD项目的一部分——我们说我们还应该看看来自非洲的材料，”卡佩里尼说。

世界各地已发现大量古人类化石，其中人类的摇篮和东非大裂谷周边地区尤其丰富。

“这种材料的分析极具挑战性，因为我们回收的蛋白质量极其有限，”卡佩里尼说。

如果古蛋白质组学能够解开这些古代人类的秘密，我们就能更多地了解他们的进化关系，从非洲传播到全球，以及与考古记录中的生火等活动的联系。

这反过来几乎肯定会为人类自身的古代历史提供更多关键的见解。

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