کشف پروتئینهای ۲۰ میلیون ساله: پنجرهای جدید به دنیای دایناسورها و کرگدنهای ماقبل تاریخ
توالییابی قدیمیترین پروتئینها تاکنون، روابط تکاملی کرگدنها را روشنتر کرده است.
پروتئینهای باستانی، سفر به گذشتهای دورتر از همیشه
محققان موفق به شناسایی پروتئینهایی شدهاند که ادعا میکنند از قدیمیترین نمونههای توالییابی شده تاکنون هستند. دو تیم تحقیقاتی با بررسی مولکولهای بهجامانده از خویشاوندان منقرضشده کرگدنها و سایر پستانداران بزرگ، سوابق ژنتیکی فسیلی را به بیش از ۲۰ میلیون سال پیش بازگرداندند.
این مطالعات که امروز در نشریه نیچر منتشر شدهاند، نشان میدهند پروتئینها بسیار بهتر از آنچه پژوهشگران تصور میکردند، حفظ میشوند. این یافته امکان استخراج اطلاعات مولکولی درباره روابط تکاملی، جنسیت زیستی و رژیم غذایی حیوانات حتی قدیمیتر – شاید حتی دایناسورها – را مطرح میسازد.
متیو کالینز، متخصص دیرینپروتئومیکس از دانشگاه کمبریج بریتانیا و دانشگاه کپنهاگ، میگوید: «شما در حال باز کردن مجموعه کاملاً جدیدی از سوالات هستید که دیرینهشناسان هرگز فکر نمیکردند بتوانند به آن نزدیک شوند.»
حفظ شده در دندانها
توانایی استخراج DNA از بقایای هزاران ساله، زیستشناسی را متحول کرده و گروههای ناشناخته انسانی مانند دنیسوواها را آشکار ساخته است. قدیمیترین DNA توالییابی شده مربوط به استخوانهای ماموتهای یک میلیون ساله و رسوبات دو میلیون ساله قطب شمال است.
پروتئینها – بلوکهای ساختمانی زیستی که توسط ژنوم کدگذاری میشوند – از DNA مقاومتر هستند و میتوانند توانایی محققان در استفاده از مولکولها برای درک گونههای باستانی را به گذشتههای دورتر گسترش دهند. اما میزان این گسترش مورد بحث است. در سالهای ۲۰۰۷ و ۲۰۰۹، محققان به ترتیب قطعات پروتئین از فسیلهای دایناسورهای ۶۸ و ۸۰ میلیون ساله را توصیف کردند، اما بسیاری از دانشمندان این ادعاها را زیر سوال بردند.
انریکو کاپلینی، بیوشیمیدان دانشگاه کپنهاگ میگوید تلاش سال ۲۰۱۷ برای تکرار کار سال ۲۰۰۹ قانعکنندهتر بود. با این حال، این تحقیق تنها تعداد محدودی توالی – لیست اسیدهای آمینه که ترکیب یک پروتئین را توصیف میکند – به دست آورد و اطلاعاتی مقدماتی درباره روابط تکاملی ارائه داد. او و همکارانش معتقدند معیار فعلی برای قدیمیترین پروتئین اطلاعاتدهنده تکاملی که تاکنون کشف شده، کلاژن استخراجشده از خویشاوند ۳.۵ میلیون ساله شتر در قطب شمال کانادا است.
کشف شگفتانگیز در دندان کرگدنهای باستانی
برای پیشبرد این مرزها، در یکی از دو مطالعه اخیر، تیم کاپلینی پروتئینهایی را از مینای دندان – لایه معدنی خارجی دندان – خویشاوند ۲۳ میلیون ساله کرگدنها استخراج کردند. این فسیل در سال ۱۹۸۶ در جزیرهای در منطقه قطب شمال کانادا کشف و در موزهای در اتاوا نگهداری شد. یک پیشچاپ در سال ۲۰۲۴ آن را به گونهای جدید و منقرضشده از کرگدن به نام Epiaceratherium itjilik نسبت داد.
با استفاده از طیفسنجی جرمی – که وزن یک قطعه پروتئین را تشخیص میدهد و امکان استنباط ترکیب آن را فراهم میکند – محققان توالیهای جزئی از ۷ پروتئین مینای دندان را شناسایی کردند که در مجموع حداقل ۲۵۱ اسید آمینه را تشکیل میدادند.
یک درخت تکاملی که این توالیها را با دادههای ژنومی کرگدنهای زنده و دو خویشاوند عصر یخبندان آنها ادغام میکرد، یک شگفتی را آشکار ساخت. نمونه Epiaceratherium متعلق به شاخهای از درخت خانواده کرگدنها بود که زودتر از هر شاخه دیگری – بین ۴۱ تا ۲۵ میلیون سال پیش – جدا شده بود. مطالعات قبلی این گروه را در میان کرگدنهای مدرن قرار داده بودند.
رایان پترسون، دیرینهشناس زیستمولکولی از دانشگاه کپنهاگ که همکاری در این مطالعه را بر عهده داشت، میگوید: «این واقعاً نحوه تفکر ما درباره تکامل کرگدنها را تغییر میدهد.»
گام بعدی: دایناسورها؟
پروتئینها در گرما تجزیه میشوند. پترسون میگوید نمونه کرگدن که او و همکارانش تجزیه و تحلیل کردند از یک بیابان قطبی با میانگین دمای بسیار زیر صفر آمده بود – «مکان کاملی» برای حفظ پروتئین.
حوضه تورکانا در کنیا میتواند یکی از بدترین مکانها در نظر گرفته شود – و با این حال منبع فسیلهایی به قدمت ۱۸ میلیون سال است که یک تیم دوم پروتئینهای مینای دندان را از آنها توالییابی کردند. دمای سطح زمین در آنجا میتواند به ۷۰ درجه سانتیگراد برسد و سوابق آب و هوایی نشان میدهد حوضه تورکانا «برای مدت بسیار طولانی یکی از گرمترین مکانهای جهان بوده است.»
دنیل گرین، ژئوشیمیدان ایزوتوپ از دانشگاه هاروارد در کمبریج، ماساچوست، که همکاری در این مطالعه را بر عهده داشت، میگوید توالیهای پروتئین مینای دندان کنیا – از خویشاوندان منقرضشده کرگدنها، فیلها، اسبهای آبی و سایر موجودات – با طبقهبندیهای انجامشده توسط دیرینهشناسان بر اساس آناتومی استخوان فسیلها مطابقت داشت.
گرین امیدوار است که مطالعات آینده پروتئینهای باستانی از تورکانا بتواند برخی از رمز و رازهای تکاملی مانند منشأ اسبهای آبی را حل کند. او و همکارانش همچنین امیدوارند که پروتئینهای باستانی بتوانند از بقایای اولیه انسانسایان یافتشده در حوضه تورکانا به دست آیند.
تیموتی کللند، دانشمند فیزیکی در مؤسسه حفاظت علوم موزه اسمیتسونیان در سویتلند، مریلند، که همکاری در مطالعه تورکانا را بر عهده داشت، میگوید: «توانایی نشان دادن این که میتوانیم به ۱۸ میلیون سال پیش در این نوع محیط بسیار گرم و خشن بازگردیم، واقعاً نشان میدهد که جهان برای کار بر روی دیرینپروتئومیکس باز است.» او به ویژه علاقهمند به تلاش برای استخراج پروتئین از دندان دایناسورها است، اما میگوید این کار چالشبرانگیز خواهد بود، زیرا مینای دندان آنها به ویژه نازک است.
فراتر از رکوردشکنی
دنگ تائو، دیرینهشناس در مؤسسه دیرینهشناسی مهرهداران و دیرینانسانشناسی در پکن، میگوید این مطالعات یک دستاورد فنی بزرگ هستند. اما با نگاه پژوهشگران به گذشتههای حتی دورتر برای یافتن پروتئینهای باستانی، او امیدوار است که نتایج بتوانند بینشهای معناداری درباره تاریخ حیات پشتیبانی کنند، «نه فقط یک تلاش رقابتی برای کسب قدیمیترین رکوردها».
اگرچه این مطالعات بر روابط تکاملی تمرکز دارند، کالینز بیشتر درباره چشمانداز جمعآوری بینشهای دیگر از پروتئینهای باستانی هیجانزده است، از جمله دادههایی درباره جنسیت زیستی – بر اساس حضور احتمالی انواع پروتئین مینای دندان که فقط در حیوانات دارای کروموزوم Y یافت میشوند – و اطلاعاتی درباره جایگاه یک حیوان در زنجیره غذایی، که در ایزوتوپهای نیتروژن در اسیدهای آمینه نوشته شده است. او میگوید: «با این چه میتوانید بکنید؟ همه چیز. مثل این است که، وای!»
این مقاله با اجازه بازنشر شده و اولین بار در ۹ ژوئیه ۲۰۲۵ منتشر شد.