Jurassic Park tog fejl: Dna kan ikke overleve i millioner af år. Men det kan proteiner. Og det er næsten lige så brugbart for forskerne.
Proteiners sammensætning afspejler genernes, så ældgamle proteiner kan give et enestående indblik i uddøde dyr og menneskers gener.
I de seneste år har forskerne opdaget proteiner i fossiler, som er flere millioner år gamle – måske endda mere end hundrede millioner år gamle. Men indtil nu har de ikke kunne udvinde nok til at lave omfattende analyser af det.
Nu har en ny teknik løst problemet – og den kan snart vende op og ned på vores billede af menneskets evolution.
Tænder afslører næsehorns forfædre
Et internationalt hold af forskere med genetikeren Enrico Cappellini i spidsen har i de sidste par år undersøgt en række 1,77 millioner år gamle fossiler fra Dmanisi i Georgien.
Fossilerne – som bl.a. stammer fra uddøde arter af bisonokser, ulve og næsehorn – indeholdt proteiner, og især fossilernes tandemalje indeholdt store mængder protein.
Forskerne har udvundet proteiner fra et uddødt næsehorn, som formentlig tilhører arten Stephanorhinus etruscus. Dyret vejede over tre tons og var to meter højt.
Tandemalje er det hårdeste stof i kroppen, og det er optimalt til at bevare proteiner i millioner af år.
Ved hjælp af en teknik kaldet tandem massespektrometri var forskerne først i stand til at identificere små fragmenter af proteinerne. Og derefter kunne algoritmer samle fragmenterne til længere stykker ved at sammenligne med proteiner fra nulevende dyr.
Celler bruger gener som arbejdstegning, når de danner proteiner – og proteinernes sammensætning afspejler dermed genernes. Ligesom gener, kan proteiner derfor bruges til at kortlægge dyrs stamtræer og evolution.
Elektrode identificerer proteiner
1. Elektroner bombarderer ældgamle proteiner
Forskerne udvinder proteinfragmenter fra fossilets tandemalje ved hjælp af syre og placerer dem derefter i et såkaldt massespektrometer. Her bombarderes de med elektroner, så de bliver elektrisk ladede.
2. Filter sorterer fragmenter efter størrelse
Et elektromagnetisk filter sørger for, at kun én type fragment kan passere igennem af gangen. Filteret sorterer ved at afbøje partikler, der har et forkert forhold mellem deres masse og elektriske ladning.
3. Proteinfragmenter støder sammen med gas
De udvalgte fragmenter ledes med høj fart ind i et kammer, hvor de støder sammen med gasmolekyler. Kollisionerne nedbryder fragmenterne til endnu mindre fragmenter, som så føres videre.
4. Kredsløb afslører identitet
De små fragmenter sendes i kredsløb om en elektrode. Jo tungere fragmenterne er i forhold til deres egen elektriske ladning, jo længere fra elektroden vil de kredse. En måling af kredsløbet afslører dermed, hvad fragmenterne består af.
Proteinstykkerne fra et af de fossile næsehorn blev sammenlignet med tilsvarende proteiner fra alle nulevende næsehornsarter – samt fra to andre uddøde næsehorn, hvis proteiner kendes fra et par velbevarede fund, der er under 70.000 år gamle.
Ud fra sammenligningen kunne forskerne tegne et stamtræ over næsehornene.
Stamtræet viste bl.a., at det såkaldte uldhårede næsehorn udviklede sig fra den slægt, som det 1,77 millioner år gamle næsehorn tilhørte.
Og at det gamle næsehorns nærmeste nulevende slægtning er sumatranæsehornet.
Sumatranæsehornet er den mindste nulevende næsehornsart. Den er i øjeblikket kritisk truet med mindre end 100 individer tilbage i naturen.
Proteiner skal afsløre menneskets direkte forfader
I Dmanisi, hvor de 1,77 millioner år gamle fossiler er fundet, har forskerne også fundet fossiler fra den uddøde menneskeart Homo erectus – og tilmed nogle af de ældste fossiler fra arten uden for Afrika.
Forskerne er i dag uenige om, hvordan forskellige medlemmer af Homo erectus rundt omkring i verden er beslægtet med hinanden.
Og de er usikre på, hvilke af dem gav ophav til vores egen art, Homo sapiens – hvis Homo erectus overhovedet er vores direkte forfader.
Proteinerne fra Dmanisis ældgamle mennesker, samt fra andre menneskefossiler rundt om i verden, kan nu langt om længe give os et præcist billede af vores egen fortid.
Og det billede kan ende med at se helt anderledes ud end nogen af de nuværende teorier.
Dmanisi i Georgien var hjemsted for medlemmer af menneskearten Homo erectus. Forskerne kan nu undersøge, præcis hvordan arten er beslægtet med vores egen art, Homo sapiens.
Forskerne har tidligere tegnet stamtræer over dyr og menneskearter ved at sammenligne formen på deres knogler.
Men dna og proteiner kan afsløre nogle helt uventede mønstre. Det skete bl.a., da genetiske analyser viste, at elefanter er relativt tæt beslægtede med guldmuldvarper og jordsvin.
Genetiske undersøgelser har afsløret, at jordsvinet er blandt elefantens nærmeste nulevende slægtninge.
Nu er håbet, at proteiner fra ældgammel tandemalje kan føre til tilsvarende revolutioner i vores billede af menneskets udvikling.
Og metoden har et enormt potentiale. Tandemalje findes i mange fossiler, og forskerne vil nu kunne kortlægge stamtræer for en lang række dyr og menneskearter mindst et par millioner år tilbage i tiden – og måske meget længere.