争论的焦点

在2007年,科学发表的蛋白质序列从6800万岁的恐龙股骨片段。骨头来自一个雷克斯霸王龙——它的名字,“暴君蜥蜴之王”,承认其一次性地位最大的食肉恐龙。本文,从古生物学家玛丽·施韦策在美国北卡罗莱纳州立大学和他的同事们报告说,从恐龙胶原蛋白氨基酸序列中发现的骨骼非常匹配发现在现代鸡。鸟类和恐龙进化之间的联系并不出乎意料,但结果还会见了深刻的怀疑——蛋白质真的生存这么久吗?

虽然不是第一个报告的古老的蛋白质序列,史怀哲的蛋白质比别的报道100倍。在未来18个月,两个反驳出版。批评家关注质量和质谱数据的统计分析用于确定蛋白序列。马修·柯林斯跨学科的生物学、化学和考古小组在约克大学,英国是一个签署的反驳。“我们的分析表明,胶原蛋白会无法生存超过700万年在最好的情况下,”他说。的感觉是,证据是不足以支持这种非凡的索赔。

替代的解释结果,蛋白质来自细菌或污染从现代蛋白质。真的是还建议他们从鸵鸟样本被分析的合著者约翰Asara的质谱实验室波士顿贝斯以色列女执事医疗中心,我们。虽然这发生在一年多前霸王龙分析。柯林斯说,他怀疑污染因为序列似乎太完整。“旧蛋白质受损和破坏,没有任何损害的证据,这些肽——他们看起来新鲜,会奇怪,因为他们的年龄。

一个惊人的发现

史怀哲的参与在古代蛋白质组学是偶然发现的。她与美国著名古生物学家杰克·霍纳研究,但她的年轻家庭实地困难所以她选择专攻化石分析实验室。的霸王龙样本被发现在蒙大拿霍纳,深埋在砂岩。施韦策说,她惊呆了,她看到了什么。我发现看似血细胞在恐龙骨头,还非常的骨头。我们发现,如果我们去除矿物质骨头,我们有剩余材料也飞在面对我们认为化石如何形成的。获得智慧,有机物降解迅速与矿物完全填补的空白。

她开始分析,利用抗体可以识别特定的蛋白质和肽以及处理Asara使用液体chromatography-tandem序列的蛋白质质谱分析(质/ MS),两个串联质谱仪用于提高分辨率。她获得蛋白质组学数据样本去除矿物质使用螯合剂,然后剩余的有机物化学分析之前提取。氨基酸序列重组从软件算法和数据库之前测序的蛋白质。

胶原蛋白、动物结缔组织中的纤维结构蛋白和骨,占85 - 90%的有机材料在骨是你最期待的蛋白质。但是团队还发现了其他蛋白质中发现的骨骼,包括肌动蛋白、微管蛋白和组蛋白。我们确实有一个血红蛋白序列,但是我们只有一个序列,有一次,我还没有发表,”史怀哲补充道。

古代的证据标准蛋白质组学是一个棘手问题,不仅仅是因为施韦策有争议的结果,但由于早期的古代DNA研究。在1990年代初,一些出版物声称发现了恐龙骨骼和被困在琥珀中的昆虫的DNA,但这些都是现代DNA污染。这导致了ultra-conservatism和混战的时期,与所有质疑的结果。这个领域才恢复下一代测序的到来,在过去的十年。

古老的蛋白质组学社区现在努力避免重复以前的错误。“我们不想跟随我们的哥们,”说卡佩里尼恩里科哥本哈根大学的geogenetics研究员,丹麦。蛋白质组学的研究人员已经在一个更好的位置比早期古DNA研究人员,由于质谱分析仪器的改进。的分辨率和灵敏度很好现在,我们可以看到我们之前从未见过,”柯林斯说。同时,污染较少的蛋白质组学的问题,因为它不涉及一个放大的步骤——为DNA测序是必要的。通过复制DNA样本使用PCR(聚合酶链反应),有足够的检测,但这也放大任何污染物。

抵制降解

现在清楚的是,存活时间比DNA的蛋白质。样品中可以找到蛋白质即使DNA片段不能被记录了,”卡佩里尼说。史怀哲的结果,下一个古老的蛋白质序列——胶原蛋白从3.5年前高北极骆驼被生物2013年报告迈克·巴克利英国曼彻斯特大学。相比之下,最古老的测序DNA样本——一个700000岁的马发现在加拿大的育空地区。不仅是胶原蛋白被发现——2012年,卡佩里尼发现了126种不同的蛋白质序列从43000岁的长毛猛犸象骨骼。

我开始看这些degradation-resistant背后的化学蛋白质——它可能本质上相同的过程我们用来修复组织

还不清楚骨蛋白抗退化生存数百万年。与胶原蛋白,巴克利认为有两个因素解释它的力量——无机羟磷灰石骨的保护封装效果,而且胶原蛋白本身的结构是由三重螺旋多肽。”这个层次结构与这些三重螺旋,自己与其他螺旋交联,形成大数组的纤维和纤维结构强势绳子,”他解释说。

史怀哲还有另一个理论与铁的化学活动中发现血。她已经确定了goethite-like (a-FeOOH)纳米颗粒在化石软组织,她认为这可能是来自血红蛋白。她说一个想法来听讲座时可能的阿尔茨海默氏症和高铁水平之间的联系。”我开始看背后的化学。”她想知道活性铁释放血红蛋白会产生自由基导致债券之间形成蛋白质。基本相同的过程发生在我们使用甲醛修复组织——你只是交联一切,没有什么可以得到降解,”她说。甲醛交联主要氨基酸组蛋白与其他附近通过碳氮原子链接。施韦策已经测试了这个想法使用现代血管在血红蛋白溶液。已经六年了,他们仍然非常高兴地坐在实验室在室温下。重要的部分是停止的最初几年退化。“如果你能让他们稳定在此期间,剩下的可以其次稳定矿物沉积,”她补充道。

帮助物种鉴定

代替的DNA,考古学家正在使用蛋白质测序提供生物深化了镜头。巴克利是寻找一种方法来识别和区分动物物种。最初,胶原蛋白似乎是一个不太可能的解决方案,因为它有一个一致的重复氨基酸序列的甘氨酸,脯氨酸和羟脯氨酸。但同时两个胶原蛋白三螺旋多肽链是相同的,巴克利发现第三链显示更大的变异物种之间。”我开始开发优先分离技术,从这第三链的一些片段,”巴克利说,使用这种创造物种指纹。

他能够区分新石器时代出土的山羊和绵羊骨头碎片在土耳其(考古学家研究早期社会有用的区别,放牧羊群需要更大的参考资料)。巴克利说胶原蛋白的差异很小,只有两个氨基酸肽,“例如,一只绵羊与一只山羊在800万年前分化,我们依靠一个肽变化——这是远不及高分辨率的DNA。”

另一个长期存在的难题解决是南美有蹄类动物的分类——一群哺乳动物灭绝了10000年。2015年,柯林斯报道样本的分析美国自然历史博物馆。这些事情太奇怪,因为他们在孤立进化——特性,使它们看起来像一系列不同的动物,”他解释说。betway必威游戏下载大全他描述了他们的充气与不断增长的牙齿,但河马的大小。当没有DNA可以恢复,纽约团队去寻找蛋白质。胶原蛋白测序证实,他们与马相关的家庭,而不是大象被提出。

但古老的蛋白质组学提供超过物种识别、卡佩里尼说。“你可以研究基因表达的产物(蛋白质),所以虽然基因可能是相同的,基因表达的变化与不同的生物过程。这导致了一些令人兴奋的结果从人类的牙齿——或者更确切地说钙化牙菌斑或微积分。卡佩里尼2014年对1000岁的微积分的研究从一个中世纪的德国修道院产生人类蛋白质序列为43。25是蛋白质产生的免疫系统对抗入侵的细菌,以及炎症蛋白质表明这些人有活跃的蛀牙。同一个研究小组还从牙科测序蛋白质饮食微积分来获得信息。我们的祖先是乳糖不耐症,但基因突变改变了4000 - 5000年前,他们开始食用生奶。现在我们发现原料奶蛋白b-lactoglobulin——这是一个显著的标志,”柯林斯说。过去我们推测消费的牛奶,现在我们可以看到它在人们的牙齿进行排序的蛋白质。

需要更多的证据

古老的蛋白质组学正在越来越多的领域,但是仍没有共识的真实性霸王龙蛋白质。2009年,史怀哲跟进报告从一个8000万岁的蛋白质Brachylophosaurus股骨。的Brachylophosaurus是一个中型恐龙与paddle-like板顶部的头骨。史怀哲抗体进行研究和质谱,现在使用clean-lab环境减少污染的风险以及更高分辨率的仪器。数据也证实胶原蛋白序列的存在和支持他们链接到鸟胶原蛋白。

但是工作没有她的批评者沉默。我认为很大一部分科学界仍犹豫不决,”巴克利说。他承认可能生存限制蛋白质比他高3.5年前北极骆驼。“我不会过于惊讶如果是两倍的时间,但是从几百万年推8000万年是一个巨大的跳跃。柯林斯的同意,这就是目前的出版物显示,但增声称他的实验室是做一些令人兴奋的新的想法如何蛋白质可能存活的时间比这个,他认为可以改变游戏规则。

塞吉奥Bertazzo化学家和电子显微镜专家在英国伦敦大学学院,并不是一个怀疑论者史怀哲的工作。人们可以随时查询质谱分析结果,但当你看显微镜图像所有细胞和胶原蛋白结构的证据是存在的,他解释道。Bertazzo的“日常工作”是成像病变的血管,和他成为参与古代骨骼通过机会会见伦敦帝国学院的古生物学家苏珊娜梅德门特。她得到了一些非常分散的白垩纪恐龙骨(145.5至6550万年前)Bertazzo形象。

当我看到纤维有分班,我认为这真的是原蛋白质如何看

在小区域的骨头,Bertazzo惊讶地清楚地看到绳子的剥夺了模式特征在现代骨中胶原纤维他看到。他确信他看到恐龙胶原蛋白。当我看到纤维有分班,我真的认为这看起来原蛋白质如何看。能量色散x射线光谱数据证实了这些地区是高碳和他决定仔细看看使用nano-analytical技术组成。Bertazzo使用surface-sensitive飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)揭示区域含有氨基酸片段典型的胶原纤维。扫描电镜图像看起来像红细胞还显示区域,这些区域和质谱签名,最接近匹配的光谱emu血。

Bertazzo渴望什么没有特别指出的是,他的化石样本保存完好,史怀哲的类似。他们是不保密的零碎,英国自然历史博物馆准备的一部分。在微观区域由于某种原因保护,一个小的原始有机组件保存,“Bertazzo说。“我们认为这是很常见的。”

接下来的问题就出现了——可能还会有剩余的碎片恐龙DNA ?施韦策在几个方面进行DNA检测,包括与DAPI等荧光染色(4 ',6-diamidino-2-phenylindole),结合强烈腺苷和胸腺嘧啶nucleotide-rich地区双链DNA。结果表明骨细胞内荧光区域模式与现代细胞DNA样本和施韦策认为残余可能仍然存在。更好的问题是我们能比一百万年序列DNA,然后它变成了一个技术问题。目前新一代方法不能少于50个碱基对序列DNA片段所以不太可能剩余的碎片可以测序到技术的进步。

与此同时,分析古代蛋白质帮助考古学家和古生物学家指出,有时很难找到证据。例如,考古学家无法确定80 - 90%的物种的考古遗址上发现的骨头碎片,因为他们太小了。所以巴克利开始开发一个高通量方法分析蛋白质在骨头碎片。我的实验室分析了超过10000个样本进行一个项目,”他说。这可能是特别有用的在寻找古代人类遗骸,可以从其他动物有时很难挑出骨头。

同时,史怀哲等待更多挖掘样本测试还有待观察,如果进一步的证据或新理论蛋白质保存可以影响她的怀疑论者。恐龙已经五岁以来她的激情,但她认为有更广泛的理由继续寻找灭绝物种的分子组成。“恐龙幸存下来一些最大的全球气候变化,任何生物都见过,”她说。了解更多关于他们的变化随着时间的推移可以教我们一些一般性的教训对生物学,以及它如何适应变化的环境。

瑞秋巴西是一个基于科学作家在伦敦,英国