Jurassic Park ei ollut oikeassa: dna ei voi säilyä elävänä miljoonia vuosia. Proteiinit sen sijaan voivat. Ja ne ovat tutkijoille lähes yhtä käyttökelpoisia.
Proteiinien koostumus heijastaa geenien koostumusta, joten ikivanhat proteiinit voivat tarjota ainutlaatuisen näkymän kuolleiden eläinten ja ihmisten geeneihin.
Viime vuosina tutkijat ovat löytäneet proteiineja fossiileista, jotka ovat miljoonia vuosia – jopa yli sata miljoonaa vuotta – vanhoja. Tähän asti niitä ei kuitenkaan ollut löydetty niin paljon, että niistä olisi voitu tehdä kattavia analyyseja.
Nyt uusi tekniikka on ratkaissut ongelman – ja se voi pian kääntää päälaelleen käsityksemme ihmisen evoluutiosta.
Hampaat paljastivat sarvikuonon esivanhemmat
Perinnöllisyystutkija Enrico Cappellinin johtama kansainvälinen asiantuntijajoukko on viimeisten parin vuoden aikana tutkinut Georgiasta Dmanisista löydettyjä 1,77 miljoonaa vuotta vanhoja fossiileja.
Fossiilit, jotka ovat lähtöisin muun muassa sukupuuttoon kuolleista biisoni-, susi- ja sarvikuonolajeista, sisältävät proteiineja, ja etenkin fossiilien hammaskiilteessä proteiineja on runsaasti.
Tutkijat ovat löytäneet proteiineja sukupuuttoon kuolleesta sarvikuonosta, joka ilmeisesti kuului Stephanorhinus etruscus -lajiin. Se oli yli kolmen tonnin painoinen ja kahden metrin korkuinen.
Hammaskiille on ruumiin kovin aine, ja siksi juuri se helpoimmin säilyttää proteiineja miljoonien vuosien ajan.
Tandem-massaspektrometriaksi kutsutun tekniikan avulla tutkijat pystyivät ensin tunnistamaan pieniä proteiinien palasia. Sen jälkeen algoritmit kokosivat palasista pidempiä kappaleita vertaamalla niitä nykyään elävien eläinten proteiineihin.
Solut käyttävät geenejä eräänlaisena rakennuspiirustuksena, kun ne muodostavat proteiineja – ja siten proteiinien koostumus heijastaa geenien koostumusta. Samoin kuin geenejä voidaan myös proteiineja siksi hyödyntää kartoitettaessa eläinten sukupuita ja evoluutiota.
Elektrodi tunnistaa proteiineja
1. Elektronit pommittavat muinaisia proteiineja
Tutkijat irrottivat proteiinin sirpaleita fossiilin hammaskiilteestä hapon avulla ja panivat ne sitten massaspektrometriin. Tässä niitä pommitetaan elektroneilla, jotta niistä tulee sähköisesti varautuneita.
2. Suodatin lajittelee sirpaleet koon mukaan
Sähkömagneettisen suodattimen ansiosta läpi menee kerralla vain tietyn tyyppisiä sirpaleita. Suodatin lajittelee taivuttamalla hiukkasten rataa sen mukaan, millainen suhde niiden massalla ja sähköisellä varauksella on.
3. Proteiinisirpaleet törmäävät kaasuun
Valitut sirpaleet ohjataan kovalla vauhdilla kammioon, missä ne törmäilevät kaasumolekyyleihin. Yhteentörmäykset pirstovat proteiinin sirpaleet vielä pienemmiksi palasiksi, jotka sitten johdetaan eteenpäin.
4. Kiertoliike paljastaa identiteetin
Pienet sirpaleet johdetaan kiertämään elektrodia. Mitä raskaampia sirpaleet ovat suhteessa omaan sähköiseen varaukseensa, sitä kauemmas elektrodista ne kiertävät. Siten kiertoliikkeen mittaus paljastaa, mistä sirpaleet koostuvat.
Yhden fossiilistuneen sarvikuonon proteiinin palasia verrattiin kaikkien nykyään elävien sarvikuonolajien proteiineihin. Samoin niitä verrattiin kahteen sukupuuttoon kuolleeseen sarvikuonolajiin, joiden proteiinit tunnettiin parista alle 70 000 vuotta vanhasta hyvin säilyneestä löydöstä.
Vertailun perusteella tutkijat pystyivät laatimaan sarvikuonojen sukupuun.
Sukupuu osoitti muun muassa, että niin sanottu villakarvainen sarvikuono kehittyi suvusta, johon 1,77 miljoonaa vuotta vanha sarvikuono oli kuulunut.
Se osoitti myös, että muinaisen sarvikuonon lähin nykyisin elävä sukulainen on sumatransarvikuono.
Sumatransarvikuono on nykyisistä sarvikuonolajeista pienin. Se on luokiteltu äärimmäisen uhanalaiseksi, sillä luonnossa elää alle sata lajin yksilöä.
Proteiinit paljastavat ihmisen suoran esivanhemman
Dmanisista, mistä 1,77 miljoonaa vuotta vanhat fossiilit on löydetty, tutkijat ovat löytäneet myös sukupuuttoon kuolleen ihmislajin, Homo erectuksen eli pystyihmisen, fossiileja. Ne kuuluvat vanhimpiin tämän lajin fossiileihin, jotka on löydetty Afrikan ulkopuolelta.
Tutkijoilla on nykyään eri käsityksiä siitä, miten eri puolilla maailmaa eläneet Homo erectus -yksilöt ovat olleet sukua keskenään.
Ei myöskään tiedetä varmasti, mikä niistä on oman lajimme, Homo Sapiensin, esivanhempi – mikäli Homo sapiens ylipäätään suoraan polveutuu Homo erectuksesta.
Dmanisin muinaisten ihmisten proteiinit, samoin kuin eri puolilta maailmaa löydettyjen muiden ihmisfossiilien proteiinit, voivat lähiaikoina antaa täsmällisen kuvan omasta menneisyydestämme.
Se kuva saattaakin näyttää aivan toisenlaiselta kuin mikään nykyisistä teorioista.
Homo erectus -ihmislajin jäseniä eli Dmanisissa Georgiassa. Tutkijat voivat nyt tutkia tarkasti, miten H. erectus on sukua omalle lajillemme, Homo sapiensille.
Tutkijat ovat aiemmin laatineet sukupuita eläin- ja ihmislajeista vertailemalla niiden luiden muotoa.
Dna ja proteiinit voivat paljastaa joitakin aivan arvaamattomia yhteyksiä. Näin tapahtui esimerkiksi silloin, kun geneettiset analyysit osoittivat norsujen olevan suhteellisen läheistä sukua kultakontiaiselle ja maasialle.
Geneettisten tutkimusten mukaan maasika on yksi norsujen lähimmistä nykyään elävistä sukulaisista.
Nyt toivotaan, että muinaisen hammaskiilteen proteiinit voivat vastaavalla tavalla mullistaa käsityksemme ihmisen kehityksestä.
Menetelmä tarjoaa valtavasti mahdollisuuksia. Hammaskiillettä saadaan monista fossiileista, ja nyt tutkijat voivat kartoittaa lukuisien eläin- ja ihmislajien sukupuut vähintään parin miljoonan vuoden taakse – ja ehkä vielä paljon pidemmällekin.