Jurassic Park tok feil: DNA kan ikke overleve i millioner av år. Men det kan proteiner. Og det er nesten like nyttig for forskerne.
Proteiners sammensetning avspeiler genene, slik at eldgamle proteiner kan gi et enestående innblikk i genet til utdøde dyr og mennesker.
I de siste årene har forskerne oppdaget proteiner i fossiler som er flere millioner år gamle – kanskje mer enn hundre millioner år gamle. Men tidligere har de ikke kunne utvinne nok til å gjennomføre omfattende analyser.
Nå har en ny teknikk løst problemet – og den kan snart snu opp ned på bildet vårt av menneskets evolusjon.
Tenner avslører nesehorns forfedre
Et internasjonalt team av forskere, med genetikeren Enrico Cappellini i spissen, har i de siste par årene undersøkt en rekke 1,77 millioner år gamle fossiler fra Dmanisi i Georgia.
Fossilene – som blant annet stammer fra utdøde arter av bisonokser, ulver og neshorn – inneholdt proteiner, og særlig fossilenes tannemalje inneholdt store mengder protein.
Forskerne har hentet ut proteiner fra et utdødd neshorn som antagelig tilhører arten Stephanorhinus etruscus. Dyret veide over tre tonn og var to meter høyt.
Tannemalje er det hardeste stoffet i kroppen, og det kan bevare proteiner i millioner av år.
Ved hjelp av en teknikk som kalles tandemmassespektrometri kunne forskerne først identifisere små fragmenter av proteinene. Deretter kunne algoritmer samle fragmentene til lengre stykker ved å sammenligne med proteiner fra nålevende dyr.
Celler bruker gener som arbeidstegning når de danner proteiner – og proteinenes sammensetning avspeiler dermed genene. Som gener kan proteiner derfor brukes til å kartlegge dyrs stamtrær og evolusjon.
Elektrode identifiserer proteiner
1. Elektroner bombarderer eldgamle proteiner
Forskerne utvinner proteinfragmenter fra fossilets tannemalje ved hjelp av syre og plaserer dem deretter i et såkalt massespektrometer. Her bombarderes de med elektroner, slik at de får elektrisk ladning.
2. Filter sorterer fragmenter etter størrelse
Et elektromagnetisk filter sørger for at bare én type fragment kan passere gjennom av gangen. Filteret sorterer ved å bøye av partikler, som har et spesielt forhold mellom masse og elektrisk ladning.
3. Proteinfragmenter støter sammen med gass
De utvalgte fragmentene ledes med høy fart inn i et kammer der de støter sammen med gassmolekyler. Kollisjonene bryter ned fragmentene til enda mindre fragmenter, som så ledes videre.
4. Kretsløp avslører identitet
De små fragmentene sendes i bane rundt en elektrode. Jo tyngre fragmentene er i forhold til sin egen elektriske ladning, jo lengere fra elektroden vil de bevege seg. En måling av banen avslører dermed hva fragmentene består av.
Proteinfragmentene fra et av de fossile neshornene ble sammenlignet med tilsvarende proteiner fra alle nålevende neshornarter – samt fra to andre utdøde neshorn som forskerne har 70.000 år gamle proteiner for.
Ut fra sammenligningen kunne forskerne tegne et stamtre over neshornene.
Stamtreet viste blant annet at det såkalte ullhårede neshornet utviklet seg fra den slekten som det 1,77 millioner år gamle neshorn tilhørte.
Og at det gamle neshornets nærmeste nålevende slektningen er sumatraneshornet.
Sumatraneshornet er den minste nålevende neshornarten. Den er i dag kritisk truet, med mindre enn 100 individer igjen i naturen.
Proteiner skal avsløre menneskets direkte stamfar
I Dmanisi, der de 1,77 millioner år gamle fossiler er funnet, har forskerne også funnet fossiler fra den utdøde menneskearten Homo erectus – og dessuten noen av de eldste fossilene fra arten utenfor Afrika.
Forskerne er i dag uenige om hvordan ulike medlemmer av Homo erectus rundt om i verden er beslektet med hverandre.
Og de er usikre på hvilke av dem ga opphav til vår egen art, Homo sapiens – hvis Homo erectus i det hele tatt er vår direkte stamfar.
Proteinene fra Dmanisis, samt fra andre menneskefossiler rundt om i verden, kan nå endelig gi oss et presist bilde av vår egen fortid.
Og det bildet kan ende med å se helt annerledes ut enn noen av de nåværende teoriene.
Dmanisi i Georgia var hjemsted for medlemmer av menneskearten Homo erectus. Forskerne kan nå undersøke nøyaktig hvordan arten er beslektet med vår 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 studier har avslørt at jordsvinet er blant elefantens nærmeste nålevende slektninger.
Nå er håpet at proteiner fra eldgammel tannemalje kan føre til tilsvarende revolusjoner i bildet vårt av menneskets utvikling.
Og metoden har et enormt potensial. Tannemalje finnes i mange fossiler, og forskerne vil nå kunne kartlegge stamtrær for en lang rekke dyr og menneskearter minst et par millioner år tilbake i tiden – og kanskje mye lenger.