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古蛋白质测序立新功揭秘远古巨猿亲缘关系

2021-08-12 来源:运城机械信息网

古蛋白质测序立新功 揭秘远古巨猿亲缘关系

《侏罗纪公园》中科学家从保存在琥珀中吸食了恐龙血液的蚊子体内提取了恐龙的DNA,从而在现代将已经灭绝的恐龙复活。虽然现实中我们无法做到这一步,但科学家们一直在为提取古代化石中的遗传物质而努力。自上世纪80年代的一个古DNA测序成功,研究古人类遗传物质的技术发展迅速,在古DNA 测序之外,古蛋白质分析技术也登上了古人类学的研究舞台。这些方法的应用领域也拓展到诸如欧洲人口变迁等各类研究中。

11月14日,《自然》杂志发布了一项由中外6个国家来自不同领域的研究人员共同完成的研究成果,明确了已经灭绝的步氏巨猿与生活在东南亚地区的亚洲猩猩具有密切的亲缘关系。研究团队对来自广西田东吹风洞的一枚距今190万年的巨猿牙齿化石进行了遗传物质的提取和测序。通过分析化石中残留的古牙釉质蛋白,研究人员确认步氏巨猿大约在1200万年前与猩猩分离并独立演化。

在古人类学研究中,通过分析古代蛋白质来研究人类与其他动物的历史以及演化关系的古蛋白质组学虽然在上世纪就已经有所发展,但依然是一个新兴领域。作为研究古生物遗传物质主力的古DNA测序技术存在着天然的局限。一是DNA的留存时间太短。目前发现的久远的古人类DNA样本来自一对43万年前的尼安德特人,然而对于人类的演化历史来说,追溯到43万年前仍远远不够。二是古代DNA的地区分布问题。DNA的降解速度收温度影响很大,气候较炎热的地区能保留的DNA年代远不如寒地区久远,因此对于生活在炎热地区的古人类,古DNA检测往往有心无力。古蛋白质分析技术就是在这样的背景下发展起来的。

早在上世纪50年代就有在化石中发现氨基酸的研究,但直到进入21世纪之后,科学家才从现代蛋白质组学中获得灵感,利用质谱法对古代蛋白质进行分析研究。其原理与现代蛋白质组学相同:蛋白质分解为组成它们的肽(短链氨基酸),经液相色谱-质谱检测,比较实际检测到的质荷比和理论预测的质荷比,从而鉴定蛋白的种类。如果蛋白质的氨基酸组成一样,只是顺序不同,还要利用串联质谱,先获得小肽的质量,再将肽分解成更小的碎片离子,获得二级质谱图谱。

这一技术已经得取得了不少成果。除步氏巨猿的古牙釉质蛋白外,几个月前科学家从一头已经灭绝的170多万年前的斯蒂芬犀的牙釉质中提出了较完整的遗传信息。虽然步氏巨猿的古牙釉质蛋白是迄今测序的古老的骨骼蛋白,但190万年还远远不是古蛋白质的极限——2016年由研究者对380万年前的鸵鸟蛋壳进行了蛋白质提取与测序。

古蛋白质测序正在像古DNA测序技术刚出现的时候一样掀起了古生物学研究的变革,虽然面临着样本被来自现代的蛋白质污染、牙齿与骨骼中所含的蛋白质数量太少不足以提供足够的研究所需的信息等问题,但有古DNA测序技术的前车之鉴与研究者的共同努力,古蛋白质测序终会在古生物研究中发挥越来越大的作用。

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