Spilskiftende forskning kunne løse evolutionsmysterier

En evolutionsrevolution er begyndt, efter at videnskabsmænd har udvundet genetisk information fra en 1,7 millioner år gammel næsehornstand - de største og ældste genetiske data, der nogensinde er blevet registreret.

Forskere identificerede et næsten komplet sæt proteiner, et proteom, i næsehornets tandemalje, og den genetiske information, der opdages, er en million år ældre end det ældste DNA sekventeret fra en 700, 000 år gammel hest.

Resultaterne fra forskere fra Københavns Universitet og St John's College, University of Cambridge, udgives i dag (11. september) i Natur . De markerer et gennembrud inden for ældgamle biomolekylære studier og kunne løse nogle af de største mysterier inden for dyre- og menneskebiologi ved at tillade videnskabsmænd at rekonstruere evolutionen nøjagtigt længere tilbage i tiden end nogensinde før.

Professor Enrico Cappellini, en specialist i Palaeoproteomics ved Globe Institute, Københavns Universitet, og første forfatter på papiret, sagde:"I 20 år er gammelt DNA blevet brugt til at løse spørgsmål om udviklingen af ​​uddøde arter, tilpasning og menneskelig migration, men det har begrænsninger. Nu har vi for første gang hentet ældgammel genetisk information, som giver os mulighed for at rekonstruere molekylær evolution langt ud over den sædvanlige tidsgrænse for DNA-bevaring.

"Denne nye analyse af ældgamle proteiner fra tandemalje vil starte et spændende nyt kapitel i studiet af molekylær evolution."

DNA-data, der genetisk sporer menneskets evolution, dækker kun de sidste 400, 000 år. Men de slægter, der førte til moderne mennesker og til chimpansen - den levende art, der er genetisk tættest på mennesker - forgrenede sig for omkring seks til syv millioner år siden, hvilket betyder, at videnskabsmænd i øjeblikket ikke har nogen genetisk information om mere end 90 procent af den evolutionære vej, der førte til til moderne mennesker.

Forskere ved heller ikke, hvad de genetiske forbindelser er mellem os og uddøde arter som Homo erectus - den ældste kendte menneskeart, der har haft moderne menneskelignende kropsproportioner - fordi alt, hvad der i øjeblikket er kendt, er næsten udelukkende baseret på anatomisk information , ikke genetisk information.

Forskere har nu brugt ældgammel proteinsekvensering - baseret på banebrydende teknologi kaldet massespektrometri - til at hente genetisk information fra tanden på en 1,77 millioner år gammel Stephanorhinus - et uddødt næsehorn, som levede i Eurasien under Pleistocæn. Forskere tog prøver af tandemalje fra det gamle fossil, som blev opdaget i Dmanisi, Georgien, og brugte massespektrometri til at sekventere det ældgamle protein og hentede genetisk information, der tidligere var uopnåelig ved hjælp af DNA-test.

Tandemalje er det hårdeste materiale, der findes hos pattedyr. I denne undersøgelse opdagede forskere, at det sæt af proteiner, det indeholder, holder længere end DNA og er mere genetisk informativt end kollagen, det eneste andet protein, der hidtil er hentet fra fossiler ældre end en million år.

Professor Jesper V. Olsen, leder af Mass Spectrometry for Quantitative Proteomics Group ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Københavns Universitet, og medkorresponderende forfatter på papiret, sagde:"Massespektrometri-baseret proteinsekventering vil gøre os i stand til at hente pålidelig og rig genetisk information fra pattedyrsfossiler, der er millioner af år gamle, snarere end blot tusinder af år gamle. Det er den eneste teknologi, der er i stand til at give den robusthed og nøjagtighed, der er nødvendig for at sekventere små mængder af så gamle proteiner."

Professor Cappellini tilføjede:"Tandemalje er ekstremt rigeligt, og det er utroligt holdbart, derfor er en høj andel af fossile optegnelser tænder.

"Vi har været i stand til at finde en måde at hente genetisk information, der er mere informativ og ældre end nogen anden kilde før, og det er fra en kilde, der er rigeligt i fossiloptegnelserne, så potentialet for anvendelsen af ​​denne tilgang er omfattende."

Hovedforfatter på papiret Professor Eske Willerslev, der har stillinger på St John's College, University of Cambridge, og er direktør for The Lundbeck Foundation Center for GeoGenetics, Globe Institute, Det Sundheds- og Medicinvidenskabelige Fakultet, ved Københavns Universitet, sagde:"Denne forskning er en game-changer, der åbner op for en masse muligheder for yderligere evolutionære undersøgelser med hensyn til mennesker såvel som pattedyr. Den vil revolutionere metoderne til at undersøge evolution baseret på molekylære markører, og den vil åbne et helt nyt felt af gamle biomolekylære studier."

Denne omarrangering af den evolutionære afstamning af en enkelt art kan virke som en lille justering, men at identificere ændringer i adskillige uddøde pattedyr og mennesker kan føre til massive ændringer i vores forståelse af den måde, verden har udviklet sig på.

Holdet af videnskabsmænd er allerede ved at implementere resultaterne i deres nuværende forskning. Opdagelsen kan gøre det muligt for forskere over hele kloden at indsamle de genetiske data fra gamle fossiler og bygge en større, mere præcist billede af udviklingen af ​​hundredvis af arter inklusive vores egen.