利用蛋白質(zhì)序列測定技術(shù)解開進(jìn)化之謎

鐵文霖

最近，科學(xué)家解開了一個(gè)困擾人類近200年的進(jìn)化謎題，它與達(dá)爾文所稱的“有史以來發(fā)現(xiàn)的最古怪的”那群動物有著緊密的聯(lián)系。

該研究由美國自然歷史博物館和約克大學(xué)共同主持。通過對蛋白質(zhì)序列的測定，研究者能夠回溯的時(shí)間跨度要大于DNA序列測定，最高可超出后者10倍。

伊恩·巴恩斯既是美國自然歷史博物館的研究帶頭人，又參與了論文的撰寫。他解釋道：“雖然人們已經(jīng)研究這些動物的骨骼180多年了，但還是沒弄清它們的起源。為了解決這個(gè)問題，我們分析工作的第一步就是研究古代動物的DNA。”

羅斯·麥克菲是該論文的一位作者，也是美國自然歷史博物館哺乳動物部的負(fù)責(zé)人。他說：“南美洲有蹄類動物在哺乳動物譜系中的分類歸屬問題始終是擺在古生物學(xué)家面前的一個(gè)難題。從解剖學(xué)的意義上講，它們都是些古怪的混合體，身上集中顯現(xiàn)了許多動物的特征。那些動物遍布南美各地，種類龐雜且相互間沒有親緣關(guān)系。在19世紀(jì)早期，這是個(gè)讓達(dá)爾文和他的合作者理查德·歐文大惑不解的現(xiàn)象。所有事實(shí)相互矛盾，因此他們不能肯定這些有蹄動物跟哪種動物有親緣關(guān)系，是巨型嚙齒動物、大象，還是駱駝之類的動物。”

然而，研究小組很快發(fā)現(xiàn)，在這些化石中找不到古生物體DNA的殘留物，因?yàn)樵跍貪竦沫h(huán)境下，比如南美洲那種典型的氣候環(huán)境里，DNA分子是少有存留的。于是研究者掉轉(zhuǎn)方向，開始對膠原蛋白進(jìn)行分析，并由此取得了突破性的進(jìn)展。 膠原蛋白是一種結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，可以在所有動物的骨骼中找到。它能在各種環(huán)境下持續(xù)存在100萬年，甚至更久。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本成分，從根本上看，氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)取決于生物體DNA中特定的編碼序列。由于有了這一層重要關(guān)系，人們才能對不同物種的同類蛋白質(zhì)的氨基酸成分進(jìn)行對照分析，并對物種之間的親疏遠(yuǎn)近有更深刻的認(rèn)識。

“人們已經(jīng)成功地從化石標(biāo)本中復(fù)原了膠原蛋白的序列。這些化石的歷史長達(dá)400萬年。不過，這只是開了個(gè)頭而已。”約克大學(xué)的教授馬修·柯林斯說，排序工作就是在他的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。“根據(jù)理論，如果我們的研究對象是出土于永凍層的古生物殘骸，那么我們就能跨越1000萬年，回到過去。”

科學(xué)家運(yùn)用蛋白質(zhì)分析法對48塊箭齒獸和長頸駝的化石進(jìn)行了篩選。180年前，達(dá)爾文在烏拉圭和阿根廷發(fā)現(xiàn)的正是這些動物的遺骸。“我們只揀選那些保存得極為完好的骨骼標(biāo)本來做研究，并對蛋白質(zhì)分析法進(jìn)行了各種改進(jìn)，由此得到了它們的部分膠原蛋白序列，大約占這兩個(gè)物種全部序列的90 %。”費(fèi)雷多·威爾克說，他是馬克思普朗克進(jìn)化人類學(xué)研究所和約克大學(xué)的博士生，是該論文的主要撰稿人。“人們因?yàn)檫@次成功辟出了一條新的研究途徑，在古生物學(xué)和古人類學(xué)領(lǐng)域里，這一技術(shù)將有廣泛的用途，那也是我們目前正在研究的。”

憑借現(xiàn)代技術(shù)，研究者明確指出，在現(xiàn)有的動物中，與這些物種關(guān)系最近的是奇蹄類動物，包括馬、犀牛以及貘。 這些物種也因此躋身于勞亞獸之列，這是胎盤類哺乳動物中的一個(gè)重要種類。一些頂尖的古生物學(xué)家認(rèn)為這些南美有蹄動物的祖先來自北美洲，這一遷移可能出現(xiàn)在大規(guī)模生物滅絕剛結(jié)束的時(shí)候，距今不少于6000萬年。那場大災(zāi)難讓恐龍化為烏有，還毀滅了許多其他的脊椎動物。人們通過分子技術(shù)得到的證據(jù)也支持了科學(xué)家的觀點(diǎn)。