DNA har ett utgångsdatum. Men proteiner avslöjar hemligheter om våra forntida förfäder som vi aldrig trodde var möjligt.
Det ögonblick som en varelse dör börjar dess DNA bryta ner. Hälften av det försämrar varje 521 år i genomsnitt. Med cirka 6,8 miljoner år, även under idealiska bevarandeförhållanden i kalla, stabila miljöer, är varje meningsfullt spår borta.
Det är en enorm utmaning när vi försökte förstå vår evolutionära historia djupare: Tvåbenade primater uppstod för 7 miljoner år sedan i Afrika, och vårt släkte dök upp för cirka 2,6 miljoner år sedan. Men DNA bryter ner snabbt på de platser som våra avlägsna förfäder vandrade runt. Som ett resultat är många av de viktigaste anpassningarna som gör oss unikt mänskliga datum till en period där forntida DNA är oavkännbart.
Men en ny teknik tillåter oss att kika tillbaka längre än DNA: s utgångsdatum i Afrika för att svara på långvariga frågor om våra förfäder. Kallas paleoproteomics, det är studien av forntida proteiner, som varar längre än DNA.
”Proteiner är långlivade biomolekyler som kan överleva under miljoner år,” Christina Warinneren biomolekylär arkeolog vid Harvard University, och kollegor skrev i en 2022 papper. DNA kodar för instruktionerna för att göra aminosyror, som kombineras i långa strängar för att göra proteiner. Eftersom proteiner faller sönder långsammare än DNA gör, blir de en extremt värdefull resurs för att förstå mänsklig utveckling.
Arkeologer och DNA -revolutionen
Arkeologernas intresse för forntida DNA har skyrocket sedan 2010, då forskare publicerade ett utkast till Neandertal genombekräftar att neandertalarna parade sig med förfäderna till många moderna människor. Sedan dess har tekniken använts för att svara på ett antal arkeologiska frågor, till exempel när när Amerika och Australien var avgjorda när Jordbruket uppfannsoch hur språk och kulturer kan ha spridit sig.
Men det finns stora nackdelar med att förlita sig enbart på forntida DNA. Även om tekniker för att extrahera DNA från mycket gamla ben har avancerat avsevärt under åren, bryts DNA ned i mindre fragment under årtusenden på grund av effekterna av solljus, värme och luftfuktighet. Som ett resultat har DNA -analys av våra forntida släktingar och tänder en tidsgräns som hindrar oss från att lära oss om vår mer avlägsna utveckling genom denna teknik.
Släkt: Äldsta mänskliga DNA avslöjar mystisk gren av mänskligheten
Det är ett ännu större problem i Afrika, där de flesta mänskliga utvecklingen ägde rum.
”Afrika är centrum för vårt evolutionära förflutna, och vi har inte forntida DNA i Afrika utöver en skala av kanske 20 000 år Vid denna tidpunkt, ” Adam Van Arsdaleen biologisk antropolog vid Wellesley College, berättade för Live Science. Att veta vad som hände biologiskt med våra avlägsna förfäder för miljoner år sedan i Afrikas kärna skulle förändra vår förståelse för mänsklig evolution, sade Van Arsdale.
En explosion i proteinanalys
Proteiner är ett spännande mål för antropologer eftersom de kan övergå Även det äldsta DNA. De har färre atomer, färre kemiska bindningar och en mer kompakt struktur, vilket innebär att de är mindre ömtåliga än DNA, enligt Warriner och kollegor.
De första antik proteom -En grupp proteiner uttryckta i en cell, vävnad eller organisme-extraherades från ett 43 000 år gamla yllande mammutben i en studie som publicerades 2012. 2019 tillkännagav forskare äldsta däggdjursproteom För tiden: det för en 1,9 miljoner år gammal tand från den utrotade apa-släktingen Gigantopithecus. Och 2025, forskare framgångsrikt extraherade de äldsta proteinerna ändå från Epiaceriumen utrotad noshörningsliknande varelse som bodde i det kanadensiska Arktis för mer än 21 miljoner år sedan.
När vi förbättrar metoderna för att identifiera proteiner börjar antropologer använda dessa metoder för att svara på frågor om mänsklig evolution.
På en 2020 studie publicerad i tidskriften Naturforskare analyserade proteinerna i tandemaljen av Homo antecessoren utdödande mänsklig släkting som bodde i Europa för 800 000 år sedan. De upptäckte det H. Antecessor ’S -proteiner skilde sig från de från H. sapiensNeandertalare och Denisovans, vilket gör dem till en separat gren av vårt evolutionära träd snarare än vår direkta förfader.
I en studie som publicerades i april i tidskriften Vetenskapproteomisk analys användes också för att räkna ut att a mystisk käkben Först som hittades i början av 2000 -talet utanför Taiwans kust var släkt med Denisovans, en grupp utrotade mänskliga släktingar. Innan detta visste paleoantropologer inte om Denisovans hade bott i den delen av världen. Analysen visade också att det är möjligt att identifiera de proteiner som finns i fossiler från varma, fuktiga regioner.
Våra afrikanska rötter
Paleoproteomics kan vara ännu mer transformativa för att dechiffrera vår mer avlägsna utveckling. Två nya studier av fossila ben och tänder från Afrika, där DNA -studier är nästan omöjliga, belyser metodens potential.
Släkt: Äldsta och mest kompletta forntida egyptiska mänskliga genom någonsin sekvenser avslöjar band till Mesopotamia
I det första publicerades i maj i tidskriften Vetenskaparkeologer återhämtade forntida proteiner från tänderna hos fyra medlemmar av arten Parantropus robustusen mänsklig släkting som levde mellan 1,8 miljoner och 1,2 miljoner år sedan. De visade att två av individerna var manliga och två var kvinnliga. Men överraskande upptäckte forskarna att en av P. Robustus Individer som ansågs vara manliga var faktiskt kvinnliga. Detta antyder att vissa skallar som tidigare klassificerats som ett kön av en känd art kan ha tillhört oidentifierade grupper eller nyfundna arter.
I den andra studien, publicerad i februari i Sydafrikansk tidskrift för vetenskapforskare återhämtade proteomen från tandemaljen av Australopithecus africanusen mänsklig släkting som bodde i Sydafrika för 3,5 miljoner år sedan. Även om de bara kunde identifiera Australopithecines biologiska könskrev forskarna att ”det här är oerhört spännande genombrott som är beredda att revolutionera vår förståelse för mänsklig utveckling.”
En fråga som denna analys kan hjälpa till att svara är om män och kvinnor hos våra förfäder och släktingar skilde sig dramatiskt i storlek eller funktioner, Rebecca Ackermannen biologisk antropolog vid University of Cape Town, berättade Live Science. Till exempel kan protein- och könsanalys avslöja att vissa ben som tidigare tolkats som män och kvinnor av samma art faktiskt var individer av samma kön, men från olika linjer.
Hittills har dock forskare framgångsrikt analyserat proteiner från bara ett litet antal forntida mänskliga förfäder. Men medan moderna människor har mer än 100 000 proteiner I deras kropp är emaljen ”proteome” liten; Den består av bara fem huvudproteiner relaterade till emaljbildning. Fortfarande kan variationen i proteinsekvenserna vara tillräckligt för att skilja mellan relaterade organismer.
Framtida gränser
Analys av skillnaderna i dessa proteiner ger sannolikt inte tillräckligt med upplösning för att svara på nyckelfrågor, till exempel hur forntida mänskliga förfäder och släktingar var relaterade, sade Ackermann. Till exempel för miljoner år sedan i östra Afrika, flera tvåbenade primat Arter överlappade i tidmen huruvida de kunde blanda sig och skapa bördiga hybrider framgår inte av sina ben ensam.
Släkt: Världens äldsta DNA avslöjar hemligheter om förlorade arktiska ekosystem från 2 miljoner år sedan
Kan forntida proteiner så småningom hjälpa till att svara på den frågan?
Ackermann är försiktigt optimistisk att tekniken kommer att gå tillräckligt för att paleoproteomics för att klargöra evolutionära relationer mellan nära besläktade grupper.
”Huruvida vi kan säga mer om hybridisering är en bra fråga,” sa hon.
Trots detta kan ben- och emaljproteomer aldrig vara tillräckligt detaljerade för att skilja nära besläktade individer på samma sätt som genom kan, tilllade Ackermann.
Men det finns en chans att tekniker kommer att förbättras tillräckligt för forskare att extrahera proteiner från miljoner år gamla vävnader, tillade Ackermann.
De flesta proteiner tillverkade av människor, inklusive de som ingår i ”Dark Proteome”, har inte analyserats, vilket innebär att vi har liten aning om vad de gör, skrev Warriner och kollegor.
”De kommande 20 åren kommer säkert att hålla många överraskningar när vi börjar tillämpa denna analytiska kraft för att svara på långvariga frågor om det förflutna och innovera nya lösningar på gamla problem,” skrev de.
