利用蛋白質(zhì)序列測(cè)定技術(shù)解開(kāi)進(jìn)化之謎

鐵文霖

最近，科學(xué)家解開(kāi)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(lái)發(fā)現(xiàn)的最古怪的”那群動(dòng)物有著緊密的聯(lián)系。

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

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

羅斯·麥克菲是該論文的一位作者，也是美國(guó)自然歷史博物館哺乳動(dòng)物部的負(fù)責(zé)人。他說(shuō)：“南美洲有蹄類動(dòng)物在哺乳動(dòng)物譜系中的分類歸屬問(wèn)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(dòng)物的特征。那些動(dòng)物遍布南美各地，種類龐雜且相互間沒(méi)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(dòng)物跟哪種動(dòng)物有親緣關(guān)系，是巨型嚙齒動(dòng)物、大象，還是駱駝之類的動(dòng)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(kāi)始對(duì)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(dòng)物的骨骼中找到。它能在各種環(huán)境下持續(xù)存在100萬(wàn)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(duì)不同物種的同類蛋白質(zhì)的氨基酸成分進(jìn)行對(duì)照分析，并對(duì)物種之間的親疏遠(yuǎn)近有更深刻的認(rèn)識(shí)。

“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(zhǎng)達(dá)400萬(wàn)年。不過(guò)，這只是開(kāi)了個(gè)頭而已。”約克大學(xué)的教授馬修·柯林斯說(shuō)，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(duì)象是出土于永凍層的古生物殘骸，那么我們就能跨越1000萬(wàn)年，回到過(guò)去。”

科學(xué)家運(yùn)用蛋白質(zhì)分析法對(duì)48塊箭齒獸和長(zhǎng)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(dòng)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(lái)做研究，并對(duì)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(shuō)，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(dòng)物中，與這些物種關(guān)系最近的是奇蹄類動(dòng)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(pán)類哺乳動(dòng)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(dòng)物的祖先來(lái)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(wàn)年。那場(chǎng)大災(zāi)難讓恐龍化為烏有，還毀滅了許多其他的脊椎動(dòng)物。人們通過(guò)分子技術(shù)得到的證據(jù)也支持了科學(xué)家的觀點(diǎn)。