For allerførste gang har forskere udvundet ældgamle proteiner fra en to millioner år gammel tand – og brugt dem til at kortlægge køn, genetisk variation og skjulte slægtskaber hos den uddøde menneskeslægt Paranthropus robustus. Det åbner et sjældent vindue til, hvordan vores fjerne slægtninge levede, var forbundet – og måske endda hvem de var i familie med.
Det var tidlig morgen i Swartkrans-hulen, lidt nordvest for den sydafrikanske millionby Johannesburg. Forskerne arbejdede i ly af de stejle klippevægge, hvor støv fra borekroner og pensler hang tungt i luften. Blandt forstenede dyreknogler og brækkede stenflager trådte en tand frem – en falmet, glat flig af tandemalje.
Allerede på stedet stod det klart, at den tilhørte Paranthropus robustus – en uddød menneskeslægt, som levede i området for næsten to millioner år siden side om side med andre slægter, såkaldte homininer, uden dog at være vores direkte forfader.
Arten levede i det, vi i dag kalder Menneskehedens Vugge – et komplekst netværk af huler, klippesprækker og underjordiske kamre i det sydlige Afrika. De var opretstående, men stadig tilpasset klatring. De spiste grove plantedele og måske insekter og levede i et farverigt samspil med andre menneskearter og rovdyr.
Tænder som denne har været kendt siden slutningen af 1940’erne, hvor palæontologer første gang gravede i Swartkrans og fandt fossile kranier og kæbedele. Fundene åbnede døren til en strøm af nye opdagelser, og hulen blev senere en central brik i det UNESCO-beskyttede område Cradle of Humankind – Menneskehedens Vugge – hvor nogle af de ældste kendte menneskeslægtninge er fundet – og hvor forskere i årtier har forsøgt at finde spor af vores oprindelse. Mange af tænderne blev arkiveret, katalogiseret og lagt til side.
Dengang havde man ikke teknologien til at få andet ud af dem end at studere deres ydre.
Nu – efter årtiers venten – har et internationalt forskerhold fra Sydafrika og Danmark gjort det, ingen troede muligt: udvundet fossile proteiner og bragt en forhistorisk tand til live: Som de første i verden har de udvundet ældgamle proteiner fra tandemaljen i tænder fra Paranthropus robustus.
Glemte proteiner afslører skjult menneskelig variation
Selv om de mange år og den intense varme for længst har gjort det af med individernes DNA, så er det alligevel lykkedes forskerne at få et unikt indblik i det ved at analysere proteinerne i tandemaljen med en ny metode kaldet paleoproteomics – hvor man kortlægger gamle proteiner i fossiler.
Claire Koenig, der er medforfatter på studiet som postdoc ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research på Københavns Universitet, glæder sig over, at det er lykkedes hende og hendes kolleger at fastslå kønnet af fire individer og dokumentere genetisk variation i tandproteinerne. Studiet viser bl.a., at nogle individer bar to forskellige varianter af samme gen.
»Det er oplysninger, vi aldrig før har haft adgang til fra så gamle fund. Det er ikke bare molekyler – det er glimt af ægte biologisk forskellighed i en for længst uddød menneskeslægt,« siger Claire Koenig.
Fossile tænder løfter sløret for køn
Forskerne udvandt proteinfragmenter fra tandemaljen og adskilte dem i mindre dele. Hver lille kæde blev analyseret med massespektrometri – en teknik, hvor man måler vægten og byggestenene i molekylerne for at finde ud af, hvordan de er sat sammen. Det gav tusindvis af målinger pr. tand – og adskillige matches, hvor målingerne stemmer overens med, hvad man ved om rækkefølgen af molekyler i kendte aminosyrekæder. Takket være disse matches kunne forskerne stykke aminosyrernes rækkefølge sammen på op mod 780 steder i proteinerne – som at genskabe en sætning bogstav for bogstav.
Seks proteiner, der er typiske for tandemalje, blev fundet i alle fire prøver – heriblandt amelogenin og enamelin. Emalje er særligt værdifuldt, fordi det er så hårdt og godt beskyttet – og fordi det rummer information, der både siger noget om individets biologiske køn og genetiske variation. I to af tænderne fandt forskerne en særlig variant af amelogenin-proteinet, som kun findes hos mænd – et biologisk fingeraftryk, der gør det muligt at fastslå kønnet.
De manglede i de to øvrige prøver. For at sikre sig, at fraværet ikke skyldtes nedbrydning, målte forskerne intensiteten af det beslægtede protein amelx. Da den viste sig at være stærk, kunne de med stor sikkerhed fastslå, at prøverne stammede fra kvinder.
Samtidig viste én af tænderne, at individet havde arvet to forskellige udgaver af det samme gen – én fra hver forælder. Det kaldes genetisk heterozygoti. Helt konkret rummede den pågældende tand varianter af det samme gen i samme position i enamelin-proteinet: Én med aminosyren glutamin og én med arginin. Det gør det muligt for forskerne at dokumentere genetisk mangfoldighed i forhistoriske populationer.
Skjulte slægtskaber gemt i emaljen
Det er første gang, forskere har dokumenteret fænomenet i så gamle fossiler med så høj præcision, påpeger Claire Koenig. Fundet viser, at det nu kan lade sig gøre at spore arveforhold og variation direkte i fossile molekyler fra African hominins, pointerer hun.
Det nye studie giver samtidig støtte til en mistanke, som har ulmet blandt forskere i årevis: At forskelle i tandens mikrostruktur og genetiske mønstre måske peger på flere undergrupper – eller ligefrem flere arter – inden for Paranthropus robustus.
En sammenligning af de genetiske fund med morfologiske data viser nemlig, at én af tænderne både genetisk og anatomisk adskiller sig fra de tre øvrige. Den havde arginin i stedet for glutamin i enamelin-proteinet – og dens emalje-dentin-grænse havde træk, der minder mere om individer fra det nærliggende fundsted Drimolen end fra Swartkrans. Det nærer en mangeårig mistanke om, at der har eksisteret flere distinkte grupper af Paranthropus i området.
»Hidtil har det været en kvalificeret hypotese – nu har vi for første gang biologiske data, der tyder på, at der fandtes flere grupper – eller måske helt adskilte arter – inden for Paranthropus,« siger Claire Koenig. Hun understreger, at det stadig er for tidligt at konkludere noget sikkert om den pågældende art – men at forskellene er markante nok til, at det må undersøges nærmere.
Et nyt blik på forhistorisk liv
Paranthropus-fossilerne har i årevis været en gåde fordi man har manglet teknikkerne til at kunne vride informationer ud af dem og sætte dem i perspektiv. Sikkert og vist er det dog, at en stor del af fundene vidner om særdeles hårde livsbetingelser. Tag fx skelettet, man fandt af en voksen hun, der skønnes til at have været blot en meter høj og vejet 27 kilogram, mens hun levede.
To dybe mærker i hendes kranium matchede præcist hjørnetænderne fra en leopard – et spor, der tyder på, at hun blev dræbt og slæbt ind i hulen som bytte. I nærheden lå et næsten komplet leopardkranium. Alt tyder på, at hun blev dræbt og slæbt ind i hulen som bytte.
Sådanne begivenheder er forholdsvis lette at analysere sig frem til - langt sværere er det at kortlægge den genetiske variation og i hvad det var, der fik dem til at splitte op i underarter.
Hidtil har forskerne været usikre på, om underarterne kunne identificeres ud fra fx kranieform eller tandstørrelse - eller om de to faktorer snarere udsprang af individernes køn. Fundet giver ny biologisk dokumentation til de diskussioner, der i årevis har fyldt i forskningen – og åbner for en mere nuanceret forståelse af både individer og befolkningsgrupper.
»Studiet er ikke bemærkelsesværdigt kun på grund af de brugte teknikker. Det gør det også ved at give adgang til slægtskaber, samfundsstrukturer og livsforløb, vi aldrig før har haft adgang til,« siger Claire Koenig og slår fast, at kombinationen af protein- og morfologiske analyser giver mulighed for at forstå datidens homininer i dybden – som individer med genetiske særtræk, sociale roller og biologisk variation.
“Tænderne, der i årtier har ligget i samlinger verden over, rummer mere end fossile spor. De afslører livets mangfoldighed i en slægt, der levede side om side med os for knap to millioner år siden– deres genetiske træk, deres kønsfordeling og måske deres slægtskab med hinanden. Samtidig åbner de døren til nye spørgsmål om vores egen oprindelse,« siger Claire Koenig.
