Окаменелости, датируемые периодом от 2,1 миллиона до 300 000 лет назад в Восточной Азии, являются основным материалом для реконструкции эволюционной истории Homo erectus в Восточной Азии. Однако их давний возраст и традиционные деструктивные методы отбора проб серьезно ограничили молекулярные исследования этих драгоценных образцов, оставив ряд ключевых научных вопросов об эволюции человека нерешенными в течение длительного времени.
Недавно Институт палеонтологии и палеоантропологии позвоночных Китайской академии наук впервые успешно получил данные об эндогенных белках эмали с филогенетической информацией из шести окаменелостей зубов Homo erectus среднего плейстоцена, датируемых примерно 400 000 лет назад, из трех мест в Чжоукоудиане, Пекине, Хэсяне, Аньхое и Суньцзядуне, Хэнань, не разрушая при этом полную форму окаменелостей. Впервые в мире была получена молекулярная информация с идентификационными характеристиками Homo erectus, изменившая сеть взаимодействия древних групп человека в Восточной Азии в среднем плейстоцене.
Чтобы не разрушить всю форму окаменелости, научно-исследовательская группа исследовала и новаторски предложила почти «неразрушающий» план оценки и отбора проб. Во-первых, исследователи использовали времяпролетную масс-спектрометрию с матричной лазерной десорбцией и ионизацией, чтобы проверить сохранность древних белков в древней зубной эмали человека.
На этом основании команда впервые применила минимально повреждающую технологию отбора проб кислотного травления к окаменелостям Homo erectus среднего плейстоцена. Эта технология потребляет лишь небольшую площадь поверхности эмали и эффективно получает эндогенные белки, принципиально не влияя на морфологию окаменелостей.
Именно благодаря этому ключевому прорыву ученые впервые смогли изучить окаменелости восточноазиатского человека прямоходящего из Чжоукоудиана, Хэсяня, Суньцзядуна и других мест на молекулярном уровне.
Исследователи успешно идентифицировали 6–11 эндогенных белков, связанных с эмалью, включая 650–3457 пептидных сегментов, а сконструированная консенсусная последовательность охватывала 269–903 аминокислотных участка.
Это первый случай в мире, когда данные об эндогенных белках эмали с характерной филогенетической информацией были получены из окаменелостей Homo erectus, и это также самый старый на сегодняшний день протеом древнего человека в Восточной Азии. Исследование сдвинуло временной предел существования протеома древнего человека в Восточной Азии с примерно 160 000 лет назад до как минимум 400 000 лет назад.
Принадлежат ли Homo erectus в Китае к одной и той же эволюционной ветви, или они представляют собой несколько разных происхождений или представляют собой относительно изолированные группы? Неоднородность физической формы окаменелостей Homo erectus среднего плейстоцена в Восточной Азии вызвала длительные дебаты среди ученых.
Данные по белкам эмали дали решающий ответ. Исследование обнаружило решающую новую мутацию — полиморфизм одной аминокислоты в амелобластине AMBN A253G. Мутация была выявлена во всех шести образцах Homo erectus и не была обнаружена ни у каких других опубликованных архаичных, современных или других живых или ископаемых приматов.
В ходе исследования был создан набор данных для сравнения эндогенных белков, включающий шесть восточноазиатских Homo erectus и одного харбинского человека. Результаты показали, что шесть восточноазиатских Homo erectus четко сгруппировались в одну ветвь и были четко отделены от денисовцев, неандертальцев и современных людей.
Это открытие впервые предоставляет прямые молекулярные доказательства, подтверждающие принадлежность Homo erectus из трех вышеупомянутых мест в Китае к независимой эволюционной группе, разрешает давние споры относительно внутренней классификации Homo erectus в Восточной Азии и заполняет пробел в понимании генетических характеристик Homo erectus.
Во всех шести образцах восточноазиатского среднеплейстоценового Homo erectus исследовательская группа также идентифицировала еще одну общую ключевую мутацию, AMBN M273V, проследила ее соответствующую кодирующую область ДНК и провела детальный анализ, показавший, что некоторые гены из денисовского генома проникли в современных людей, и их происхождение можно проследить до связанных со средним плейстоценом популяций Чжоукоудян, Хексиан и Суньцзядун.
На основе вышеизложенных исследований ученые-исследователи обрисовали неизвестную картину эволюции человека: Homo erectus в Восточной Азии, представленный Чжоукоудианом 400 000 лет назад, является не только уникальной эволюционной группой, но и одним из источников древних генов в генофонде современного человека.
Это исследование является первым, которое превратило Homo erectus из морфологической когнитивной сущности в эволюционную сущность с явным генетическим вкладом; на молекулярном уровне были обнаружены глубокие генетические связи между восточноазиатскими Homo erectus, родственными Zhoukoudian, Hexian и Sunjiadong, денисовцам, и некоторыми современными человеческими популяциями сегодня, предоставляя важные доказательства для понимания сложности эволюции древнего человека и сети обмена генами внутри рода Homo.
Инновационная система методов, от отбора проб до анализа данных, использованная в исследовании, превратила палеопротеомику из инструмента, ориентированного на идентификацию происхождения, в основной метод исследования, который может независимо выводить и проверять эволюционные гипотезы. Он установил эталонную исследовательскую парадигму для изучения пожилых групп людей, отметив палеопротеомику как важное средство расшифровки истории эволюции человека.
Соответствующие результаты исследования были опубликованы в журнале Nature (Природа)начальство.
Бумажная ссылка
Впервые ученые извлекли генетическую информацию о характеристиках происхождения из окаменелостей человека прямоходящего.
Географическое положение стоянки Homo erectus в среднем плейстоцене Китая и примерная информация настоящего исследования.