从人类骨骼和牙齿化石中提取出的远古DNA改变了我们对祖先的认识。在过去的20年里，对遗传物质的分析不仅揭示了新的人类物种，还让考古学家得以重现我们的祖先在灭绝数千年后的样子。
但它不能告诉我们真相，因为DNA是脆弱的——随着时间的推移，它会崩溃到代码变得难以理解的地步。这意味着许多古代骨骼无法进行基因分析，因此大部分人类家谱仍然隐藏在视野之外。
但在过去的几年里，对我们远古祖先的新认识来自于化石残骸内的蛋白质。蛋白质比DNA存活的时间长得多，而且质谱分析等实验室技术的进步提高了研究人员检测和表征微量蛋白质的能力。
其中最有希望的是“鸟枪蛋白质组学”，这是一种创造骨骼或牙齿化石内所有蛋白质轮廓的技术。即使DNA证据已经丢失，这些“蛋白质指纹”已经证明了它们识别古人类骨骼化石属于哪个物种的能力。
这意味着我们正处在“古蛋白质组学”革命的风口上，这一革命有望提供一种前所未有的视角，来了解我们的古代亲戚是谁，他们是如何生活的。
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深入调查丹尼索瓦人
人类学家尤其热衷于了解丹尼索瓦人，一个生活在至少20万到5万年前的神秘人类部落。到目前为止，他们的遗传物质只在一个地点找到过:西伯利亚阿尔泰山脉山麓的丹尼索瓦洞穴。
但有证据表明，它们的传播更为广泛。如今生活在亚洲、澳大利亚和巴布亚新几内亚的人的遗传密码中都含有丹尼索瓦人的DNA。
“几乎所有关于丹尼索瓦人的[问题]都没有得到解答，”他说Frido威尔克博士他是古代蛋白质领域的领军人物。“我们不仅需要知道他们住在哪里，我们也不知道他们制造了什么样的石器，我们不知道他们的狩猎行为。”
迄今为止发现的最完整的丹尼索瓦人遗骸，是中国青藏高原白石崖洞的一位僧人发现的带有两颗牙齿的下颌骨的一半。
颌骨内的DNA被认为至少有16万年的历史，已经退化到无法进行分析。但在2019年，包括威尔克在内的一个团队设法分析了牙齿中的胶原蛋白，它与在丹尼索瓦洞穴中发现的丹尼索瓦人相匹配。这是第一次仅从其蛋白质中识别出古人类。
蛋白质分析现在被用来梳理从欧洲和亚洲的考古遗址中挖掘出来的数千块骨头碎片，以确定哪些属于古人类，哪些属于鬣狗和猛犸象等动物。
通过这样做，德国耶拿马克斯普朗克人类历史科学研究所(Max Planck Institute for the Science of Human History)的FINDER研究项目正在增加已知来自古人类的骨骼样本的数量。这将为分析提供更大范围的古人类骨骼。
了解古代的饮食
除了使用DNA，考古学家还研究了骨骼的形状和尺寸，以识别物种，并考虑它们与我们进化史的关系。
但他们发现的大部分只是无法识别的小碎片。“早在20世纪50年代，甚至更早的时候，(考古学家)会把这些骨头碎片扔掉，因为它们对他们来说没有价值，”他说怀中Douka博士他是FINDER的负责人。
杜卡使用一种名为“动物考古学质谱法”(zoom)的技术来鉴定这些骨头碎片。在zoom中，胶原蛋白是从骨头中提取出来的，并被胰蛋白酶分解，胰蛋白酶是一种帮助我们在胃中消化蛋白质的酶。
胰蛋白酶将胶原蛋白切成多肽(氨基酸链)，然后将多肽放入质谱仪中，这样就可以测量它们的质量。与动物遗骸相比，这些肽在人类遗骸中以不同的比例存在，从而使人类骨骼得以识别。
到目前为止，使用zoom对丹尼索瓦洞穴的11000块骨头碎片进行了分析，并确认了10块人类骨骼。其中一些有近25万年的历史，所以很可能超出了基因分析的范围。毕竟，目前只对三个古人类类群进行了DNA测序;尼安德特人,丹尼索瓦人,智人——而且大多来自过去10万年。
DNA会随着时间的推移而分解，这是威尔克在大学时代就很熟悉的一个问题。他试图对一种已灭绝的山山羊(Myotragus balearicus通过识别它消化过的任何植物的基因，来找出它吃什么。
“它没有起作用，因为(DNA)在保存方面绝对是破损的，”他说。“第二好的东西似乎是蛋白质。”
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2020年12月，威尔克开始了一项重大的新研究项目，对过去100万年的古人类化石中的蛋白质进行测序，这些化石在非洲、欧洲和亚洲收集。
他从欧洲研究委员会获得了150万欧元(约合135万英镑)，用于分析博物馆和大学的骨骼和牙齿样本。威尔克说:“从行为上讲，70万到20万年前是一个令人兴奋的时期，有助于理解我们作为一个物种的起源，以及当时的古人类物种在做什么。”
这是当海德堡人我们的物种，智人，被认为是从，最初出现，进化而来的直立人。
“有好几个物种的名称，比如海德堡人人们要么不同意它应该如何与我们相关联，要么不同意它是否存在，”威尔克说。“好的一面是，在那个时期海德堡人具体来说，蛋白质在未来几年可以为解决这些问题提供非常有用的信息。”
威尔克将首先使用猎枪蛋白质组学技术，在骨头或牙齿上钻孔，制造面包屑大小的粉末。通常情况下，将粉末放入盐酸中释放蛋白质，然后用胰蛋白酶将蛋白质切成肽。
就像在zoom中一样，肽的质量是用质谱仪测量的。但散弹枪蛋白质组学与zoom的不同之处在于，来自质谱仪的数据还可以让研究人员确定肽内氨基酸的序列——而且它可以对样本中的所有蛋白质(而不仅仅是一种蛋白质)进行测定。
因此，虽然zoom可以分辨出骨头是来自远古人类还是其他物种，但猎枪蛋白质组学的蛋白质序列可以与已知的古人类物种的蛋白质序列进行比较，以确定特定的物种。
此外，由于蛋白质的氨基酸序列是由基因组决定的，物种之间可能存在的序列变异可以让研究人员了解正在研究的化石与其他古人类物种之间的进化关系。
蛋白质组学的未来
在接下来的几年里，鸟枪蛋白质组学有望让研究人员识别出更多的考古遗址中存在的物种，为丹尼索瓦人之类的人的生活提供更清晰的图景。
此外，通过确定在某个地点出现的物种，考古学家可以利用那里的文物来拼凑有关他们的更多信息，比如他们狩猎的猎物，以及他们是否使用火。
但这并不容易。研究人员使用的许多骨头碎片中只有有限数量的蛋白质——毕竟，它们是骨骼某一部分的微小碎片。所以它们包含的信息比一个完整的遗传密码要少得多。
蛋白质也是“进化保守”的，这意味着它们在不同物种之间通常不会有很大的变化，因为它们在做相同的工作。这就限制了它们被用来将骨骼样本与特定物种联系起来的程度。
但蛋白质已经显示出比DNA更有弹性，这让我们能够比以往任何时候都追溯得更远。现在，我们只是不知道蛋白质组学能让我们看到多久以前的情况。
Welker说:“能够参与到过去几年在该领域所发生的事情中来，真是令人兴奋。”“即使是现在，我仍然不知道它的极限是什么。这是一件好事，因为这意味着我们还有很多东西需要探索。”
作者
安迪，布里斯托尔西英格兰大学科学传播高级讲师，科学传播硕士项目负责人，获奖记者
