EN / DA
Krop og sind

Tandemalje kaster nyt lys over menneskets fortid

Forskere fra Københavns Universitet har studeret 800.000 år gammel tandemalje fra en fjern menneskeslægt for at få et unikt indblik i menneskets fortid. Proteiner fra tandemalje kan hjælpe med til at udfolde vores alle sammens stamtræ, siger forsker.

For 800.000 år siden levede der i Spanien en menneskeslægt kaldet Homo antecessor.

Forskere troede oprindeligt, at denne menneskeslægt var vores direkte forfader, men den viser sig at tilhøre en nært beslægtet søsterlinje i vores evolutionære stamtræ. Det viser ny forskning fra Københavns Universitet, der kan være med til at om- eller renskrive hele vores forhistorie.

Forskerne bag opdagelsen har brugt proteiner i tandemalje til at konstruere den ældste genetiske beskrivelse af et fortidsmenneske nogensinde.

Faktisk var rekorden førhen ’blot’ 400.000 år, og den er nu fordoblet.

”Nu kan vi undersøge vores genetiske slægtskab med andre fortidsmennesker og fjernere slægtninge næsten én million år tilbage i tiden. Det gør det muligt at konstruere menneskets stamtræ meget mere præcist end med de morfologiske undersøgelser, som er blevet brugt indtil videre,” forklarer en af forskerne bag det nye studie, lektor Enrico Cappellini fra GLOBE Institute ved Københavns Universitet.

Opdagelsen er offentliggjort i Nature.

Revolutionerende teknik har kastet lys over primater og næsehorns fortid

Fundet af 800.000 år gammelt genetisk information i form af proteinsekvenser er kun muligt, fordi forskerne fra Københavns Universitet har udviklet en metode til at udtrække og analysere proteiner fra meget gamle fossilerede tænders tandemalje.

Metoden er beskrevet i denne artikel her på Sciencenews, hvor forskerne benyttede den til at fastslå slægtskabet mellem et for længst uddødt næsehorn og dens nulevende moderne slægtninge.

Forskerne har også brugt teknikken til at fastslå slægtskabet mellem en gigantisk fortidsabe og alle nulevende primater.

I studiet med fortidsaben undersøgte forskerne tandemalje fra et 1,9 millioner år gammelt fossil og kunne fastslå, at gigantaben Gigantopithecus, der kunne veje op til 600 kilo, var tættest beslægtet med moderne orangutanger.

”De 1,9 millioner år gamle proteiner fra Gigantopithecus repræsenterer rekorden for den ældste genetiske information, som nogensinde er fundet og brugt til at etablere slægtskaber mellem arter,” forklarer Enrico Cappellini.

Fandt syv 800.000 år gamle proteiner i tandemalje

I det nye studie har forskerne benyttet teknikken til at bestemme aminosyresekvensen i syv proteiner fra Homo antecessor.

Aminosyresekvenserne i de syv proteiner kunne forskerne sammenligne med tilsvarende aminosyresekvenser fra moderne mennesker, Homo heidelbergensis og neandertalere.

I sammenligningen kiggede forskerne på forskelle mellem aminosyresekvenserne i proteinerne og fastslog på den baggrund deres slægtskab. Det kunne de bruge til at konkludere, om Homo antecessor var en søsterlinje tæt på vores egen slægtslinje.

”I 1997, da man fandt resterne af Homo antecessor, troede man, at det var en direkte forfader til os. Siden hen har andre studier betvivlet denne konklusion. Med den første genetiske undersøgelse af arten kan vi vise et tæt slægtskab mellem homo antecessor, os selv, neandertalere og Denisova-mennesket,” siger Enrico Cappellini.

Sammenlignede genomer med proteiner

Faktisk undersøgte forskerne slet ikke tandemalje fra moderne mennesker, neandertalere eller Homo heidelbergensis.

I stedet startede de med helgenomsekventeringer af deres genomer.

Ved at oversætte den genetiske information i DNA’et til proteiner kunne forskerne sammenligne proteinerne fra Homo antecessor med udledede proteiner fra de andre menneskearter.

”Vi har kigget på data, som allerede er offentligt tilgængelige, på de andre menneskearters genomer. Men det er næsten utænkeligt, at DNA kan overleve i lige så lang tid som proteinerne i tandemalje, så derfor er vi nødt til at finde proteiner i ældre fossiler for overhovedet at kunne sige noget om deres genetik eller sammenligne med yngre arter,” forklarer Enrico Cappellini.

Proteiner afslørede, at fortidsmenneske var en mand

Proteinerne fra tandemaljen hos Homo antecessor kan også benyttes til at sige noget om andet end ’bare’ deres slægtskab med moderne eller andre uddøde menneskearter.

Blandt andet har det været muligt for forskerne at konkludere, at de undersøgte tænder stammer fra en mand.

To af proteinerne i tandemaljen er nemlig forskellige, i forhold til om tænderne er en mands eller en kvindes.

Det skyldes, at et af proteinerne bliver kodet af kønskromosomerne, og der har mænd et Y- og et X-kromosom, mens kvinder har to X-kromosomer.

”Så finder vi to isoformer af et specifikt protein i tandemaljen, peger det på, at tænderne kommer fra en mand og ikke en kvinde. Derimod kan vi ikke med sikkerhed fastslå, hvis vi kun finder én isoform, at tænderne kommer fra en kvinde. Det kan også skyldes, at vi simpelthen ikke finder den mandlige isoform af proteinet,” siger Enrico Cappellini.

Vil finde flere proteiner for at få større forståelse af vores forfædre og fjerne slægtninge

Forskerne fra Københavns Universitet vil fremadrettet udvikle deres metode til både at se længere tilbage i tiden og til at udtrække en større mængde genetisk information fra fossiler.

Den genetiske information i tandemalje er forholdsvis begrænset, fordi antallet af proteiner er så få. Derfor vil forskerne også gerne finde ud af, om de kan trække proteiner ud af knogler.

”Det vil være ekstremt interessant, hvis vi kan finde proteiner i andre knogler. Jo flere proteiner vi kan trække ud af fossilerne, des mere kan vi sige om fortidens mennesker, og jo bedre kan vi konstruere vores eget stamtræ, siden vi splittede fra chimpanserne for mellem syv og ni millioner år siden,” forklarer Enrico Cappellini.

Kollega er meget begejstret

Det nye studie er super spændende, hvis man spørger professor Mikkel Heide Schierup fra Center for Bioinformatik ved Aarhus Universitet.

Mikkel Heide Schierup har ikke deltaget i forskningen omkring studiet, men han har læst det og er meget begejstret.

"Vi vil aldrig kunne finde DNA, som er så gammelt, og så åbner det op for, at man kan begynde at besvare nogle rigtig interessante spørgsmål om vores forfædre. Jeg er sikker på, at det her bliver starten på en række studier fra den samme forskergruppe," siger Mikkel Heide Schierup.

Specielt glæder forskeren fra Aarhus sig til, at Homo florensis, også kaldet hobbitmennesket, bliver undersøgt og sat ind på dets rette plads i vores slægtstræ.

"Jeg formoder, at forskerne allerede kigger på det nu, for det er oplagt at se på, om denne menneskeslægt var en Homo erectus eller bare et moderne menneske, der så lidt mærkeligt ud. Det er svært at afgøre med sikkerhed med morfologiske undersøgelser, men det kan man med denne teknik. Det glæder jeg mig meget til at finde ud af," siger Mikkel Heide Schierup.

Vil se endnu længere tilbage i menneskets fortid

Enrico Cappelinni fortæller, at forskerne har håb for og planer om, at de kan komme til at se endnu længere tilbage i menneskets fortid end de 800.000 år, som de er lykkedes med nu.

Med Gigantopithecus så de 1,9 millioner år tilbage i tiden, og i første omgang vil forskerne gerne se lige så langt tilbage i menneskets fortid.

Det vil de gerne gøre på menneskeslægter som Homo erectus og Australopithecus.

”Indtil videre er disse arter kun karakteriseret og relateret til vores stamtræ ved hjælp af morfologiske undersøgelser af deres knogler og kranier. Ved at sætte en genetisk profil på dem kan vi meget mere præcist relatere dem til de andre arter i slægtstræet og gøre det meget mere robust, når vi kigger tilbage i vores egen fortid. Vores rekord er indtil videre 1,9 millioner år, og det kan vi nok genskabe i undersøgelser af tandemalje fra menneskearter,” siger Enrico Cappellini.

Forskeren fortæller, at det indledningsvis vil give mest mening at kigge på menneskeslægter med oprindelse i Sydafrika, da de klimatiske betingelser over de seneste millioner år har været mere gunstige der i forhold til at bevare genetisk information som proteiner.

The dental proteome of Homo antecessor” er udgivet i tidsskriftet Nature. Flere medforfattere er ansat på Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Københavns Universitet.

Enrico Cappellini
Lektor v. EvoGenomics
I use high-resolution mass spectrometry (MS) to sequence ancient protein residues recovered from paleontological and cultural heritage materials. I am actively involved in methodological development to push reliable recovery of ancient proteins further back in time, to minimise starting sample quantities and to improve data analysis and interpretation. Initially trained in biochemistry and molecular biology at the University of Turin (Italy), I then expanded my expertise in proteomics and investigation of ancient proteins and DNA. I was trained in analysis of ancient DNA from archaeological human remains (Cappellini et al., Journal of Archaeological Science 2004) and I received my PhD at the University of Florence (Italy) in 2003. During my post-doctoral activity in at the University of York (UK) I continued working on ancient DNA and started characterisation of ancient protein residues by amino acid racemisation analysis and MS-based proteomics (Willerslev, Cappellini et al., Science 2007, Cappellini et al., Naturwissenschaften 2010). I moved to the Centre for GeoGenetics, Natural History Museum of Denmark (SNM), University of Copenhagen (DK), in 2009 and I continued applying proteomics techniques to ancient samples in collaboration with colleagues at the Novo Nordisk Foundation center for Protein Research (CPR). We published published the first ancient proteome (Cappellini et al., JPR, 2012) and the first ancient oral metaproteome (Warinner et al., Nature Genetics, 2014). As a demonstration of his prominent role in paleoproteomics investigation he was invited to submit a “Perspective” piece by the multidisciplinary scientific magazine “Science”. In October 2016 I was appointed Associate Professor in Paleoproteomics at SNM to start my own research group.