在距今2400万年的化石中发现古老蛋白质

华盛顿：近年来，科学家在化石中寻找古代DNA方面取得了进展，从而深入了解很久以前存在的生物体。但迄今为止获得的最古老的DNA可以追溯到大约200万年前。蛋白质是细胞的分子机器，也提供了有价值的信息，并且具有存活时间更长的优点，正如新的研究所显示的那样。

科学家现在从已灭绝的犀牛、大象和河马的牙齿化石中提取并测序了蛋白质，包括一颗2100万至2400万年前的犀牛牙齿。不同的研究团队在截然不同的环境中的化石中发现了蛋白质片段——加拿大寒冷的北极高地和肯尼亚炎热的裂谷。

“这些互补的项目共同表明，蛋白质——保存有关进化历史信息的生物体的基本组成部分——可以在世界各地的古代化石中找到，”哈佛大学进化生物学家丹尼尔·格林说，他是发表在《自然》杂志上的肯尼亚化石研究的主要作者。

这为探索深远的进化历史开辟了一个新的领域，包括人类谱系，甚至可能是恐龙。

“古代蛋白质可以通过提供来自太老而无法保存DNA的标本的分子数据，告诉我们一个生物的进化历史。这使得研究人员能够澄清生命树中的进化关系，甚至对于数百万年前灭绝的物种也是如此，”哥本哈根大学地球研究所的博士后研究员瑞安·辛克莱·帕特森说，他是发表在《自然》杂志上的加拿大化石研究的主要作者。

DNA和蛋白质是脆弱的，会随着时间的推移而降解，但蛋白质更具韧性。已知最古老的DNA来自200万年前生活在格陵兰的生物体。到目前为止，已知保存完好并能提供关于进化关系的见解的最古老蛋白质大约有400万年历史，来自加拿大北极地区。

这项新研究将古代蛋白质研究（称为古蛋白质组学）的边界推回了数百万年。

蛋白质是从生活在150万至1800万年前的肯尼亚图尔卡纳地区的五种犀牛、大象和河马的牙齿中获得的。这些蛋白质显示了古代动物与现代亲属之间的联系。

蛋白质还从加拿大最北部努纳武特地区霍顿陨石坑出土的一颗已灭绝犀牛牙齿的碎片中提取出来，这颗牙齿的年龄高达2400万年。它们显示了这一物种如何融入犀牛家族树。

霍顿陨石坑的寒冷和干燥气候非常有利于保存蛋白质。在图尔卡纳炎热的气候中保存蛋白质则更为出乎意料。

DNA和蛋白质是生物学中的基本分子，具有不同的结构和功能。脱氧核糖核酸是生命的蓝图，承载着生物体发育、生长和繁殖的指令。蛋白质根据DNA的指令执行多种功能。

“蛋白质由我们的遗传密码DNA编码，因此蛋白质序列揭示了不同个体之间的亲缘关系和生物性别等信息，”格林说。

科学家们从牙釉质中提取了肽——称为氨基酸的有机化合物链，它们组合形成蛋白质。

“一些蛋白质有助于构建牙齿，这是动物身体中最坚硬和最耐用的结构，”格林补充道。

“牙釉质主要是岩石：一种称为羟基磷灰石的矿物质。但它的形成是由蛋白质生物介导的，这些蛋白质随着时间的推移指导形状和硬度。因为这些蛋白质被深埋在牙釉质矿物中，我们有理由预期蛋白质片段可以保存数百万年，”格林说。

智人大约出现在30万年前。古代蛋白质以前曾在人类进化谱系中一些已灭绝物种的牙齿中发现，这些物种被称为原始人类。图尔卡纳地区已经出土了许多原始人类化石。

“原始人类的进化起源和/或多样化发生在我们的样本来源地区，因此我们的结果有望在未来探索来自肯尼亚图尔卡纳盆地的我们进化祖先的牙釉质蛋白质组（蛋白质集合），”研究的合著者、马里兰州史密森博物馆保护研究所的物理科学家蒂莫西·克莱兰说。

研究的蛋白质来自大型物种，这些物种的年代可以追溯到哺乳动物时代，紧随6600万年前结束的中生代恐龙统治之后。

格林说，在这项新研究中，可检测到的蛋白质数量在更古老的化石中逐渐减少。但格林并不排除发现恐龙时代蛋白质的可能性，他说：“更新更好的提取和检测古代蛋白质的方法也许可以将古蛋白质组学推入中生代。”