الاتحاد الأوروبي يعود بالزمن إلى الوراء: البروتينات القديمة تكشف عن شجرة العائلة البشرية
لا غنى عنها تقريبًا في المتاجر التي تبيع القمصان ذات المطبوعات غير العادية: صور مضحكة للتطور البشري، تظهر فيها خمس صور ظلية (من القرد إلى الإنسان)، ويتم استبدال الصورة الأخيرة عادةً بمتزلج أو دارث فيدر أو ربما حتى رمز الحانات.
ومهما كانت تصريحات الموضة هذه عن روح الدعابة التي يتمتع بها مرتديها، فإنها تكشف أيضًا عن انبهاره بالتطور البشري.
الباحثون الآن في طريقهم لاكتساب المزيد من المعرفة حول شجرة العائلة البشرية. وكل ذلك بسبب البروتين.
من خلال تحليل البروتينات من المواد القديمة، وهو مجال متخصص يعرف باسم علم البروتينات القديمة، يمكن العثور على معلومات تتجاوز فحص الحمض النووي، وهو مجال بحث سريع التطور له تداعيات في علم الأحياء، وعلم الحفريات، وعلم الآثار.
يمكن لبروتينات ما قبل التاريخ البقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية الأكثر تنوعًا.
يقول الدكتور إنريكو كابيليني، خبير البروتينات القديمة بجامعة كوبنهاغن في الدنمارك: «يمكننا استعادة البروتينات القديمة من البيئات المعتدلة، أي من خطوط العرض القريبة من خطوط العرض لدينا». “ثم رأينا أيضًا أنه يمكننا استعادة البروتينات من الأنواع التي تأتي من البيئات الاستوائية.”
يقود كابيليني مشروعًا ممولًا من الاتحاد الأوروبي يهدف إلى تعزيز أبحاث البروتينات القديمة من خلال دراسة تطور البشر، وهي مجموعة أوسع تشمل جميع القردة وأسلافها.
يُطلق على المشروع اسم BACKWARD، وهو يتقدم للأمام وعلى قدم وساق. وتمتد لمدة خمس سنوات، وتنتهي في نهاية عام 2026.
في يوليو 2023، كشف كابيليني وزملاؤه عن أقدم البيانات الجينية التي تم جمعها على الإطلاق من أشباه البشر، وهي فئة أضيق من أشباه البشر تشمل أنواعًا تعتبر بشرية أو أسلافًا مباشرين للإنسان.
تأتي المعلومات من ابن عم بعيد للإنسان الذي عاش في أفريقيا قبل مليوني سنة. وتم استخراج البروتينات المتسلسلة من مينا أربعة أسنان عثر عليها في كهف يقع على بعد 40 كيلومترا شمال غرب جوهانسبرغ في موقع التراث العالمي مهد البشرية في جنوب أفريقيا.
في حين أن الحمض النووي يحمل معلومات وراثية، فإن البروتينات هي التعبير عن تلك المعلومات الجينية.
وهذا يعني أنه يمكن للعلماء إجراء هندسة عكسية لتسلسل الأحماض الأمينية للبروتين للحصول على معلومات حول الحمض النووي.
كما يمكن للبروتينات أن تعيش لفترة أطول بكثير من الحمض النووي.
يعد طول العمر هذا أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للباحثين، الذين يقولون إنه لمعرفة المزيد عن سلسلة نسب الجنس البشري، نحتاج إلى النظر إلى فترة العصر البليستوسيني الأوسط، منذ ما بين 777000 إلى 126000 سنة مضت.
ويقول الدكتور فريدو ويلكر، الخبير في التطور البشري من جامعة كوبنهاجن أيضًا: “لقد تم الحفاظ على القليل جدًا من الحمض النووي من العصر البليستوسيني الأوسط”. “لذا فإن البروتينات هي حل جزيئي محتمل إذا أردنا الحصول على بعض المعلومات الوراثية.”
يقود ويلكر مشروعًا منفصلاً بتمويل من الاتحاد الأوروبي يهدف إلى تحسين عملية الاستخراج والتحليل الحسابي لبروتينات الهيكل العظمي القديمة مع الحد من تدمير حفريات أشباه البشر.
تمتد هذه المبادرة، التي تسمى PROSPER، لمدة خمس سنوات وستنتهي في نوفمبر 2025. ويركز البحث على البروتينات والبروتينات القديمة، وهي مجموعات ممتدة من البروتينات.
يقول ويلكر إن الهدف هو السماح للعلماء باستخراج ما يكفي من البروتين من الهياكل العظمية القديمة للإجابة على بعض الأسئلة التطورية حول الفترات التي تمتد إلى ما بعد الـ 130 ألف سنة الماضية أو نحو ذلك.
يقول: “هناك العديد من الاتجاهات التي يجب استكشافها – من منظور كيميائي وحوسبي وغيرهما – والتي نأمل أن تسمح لنا بالوصول إلى بروتينات أكبر وأكثر إفادة”.
ما وراء الحمض النووي
سمحت عقود من التقدم في تكنولوجيا تسلسل الحمض النووي للعلماء باستخراج المواد الوراثية من الهياكل العظمية البشرية القديمة للغاية ومقارنتها بالبشر المعاصرين.
وقد كشف هذا عن بعض المعلومات الأساسية حول التاريخ الوراثي لأشباه البشر المنقرضين، مثل التشابه بين الحمض النووي للإنسان والنياندرتال.
وفي عام 2010، سمح الحمض النووي القديم للعلماء بالتعرف على نوع من أشباه البشر لم يكن معروفًا من قبل: إنسان الدينيسوفان.
لكن الحمض النووي ببساطة لا يبقى على قيد الحياة لفترة كافية لتوفير الإمكانات التي توفرها البروتينات لاستكشاف مصادر جديدة واسعة لبيانات ما قبل التاريخ.
وسيسعى برنامج PROSPER أيضًا إلى المساهمة في فهم أفضل لتلوث العينات، وهي ظاهرة يمكن أن تحدث عندما يتم اكتشاف بقايا الهياكل العظمية القديمة والتلاعب بها من قبل البشر.
يقول ويلكر: “يمثل التلوث مشكلة حقيقية عند دراسة الجزيئات الحيوية القديمة”. “نحن بحاجة إلى التفكير في استراتيجيات لكيفية تحديد التلوث وكيف يمكننا إزالته من مجموعات البيانات أو من العينات المجمعة.”
يعتبر ويلكر وكابيليني في طليعة الأبحاث العالمية في هذا المجال.
وفي عام 2019، كان كلاهما من بين العلماء الذين تمكنوا من استخراج كمية كبيرة من البروتين من نوع منقرض الآن من القرد يسمى Gigantopithecus blacki، والذي عاش قبل حوالي 2 مليون إلى 350 ألف سنة.
استخرجت المجموعة البروتينات من ضرس عمره 1.9 مليون عام عثر عليه في كهف في منطقة شبه استوائية بجنوب الصين.
جاب Gigantopithecus blacki مناطق الغابات في جنوب شرق آسيا. ولم تكن علاقتها التطورية بأنواع القردة الأخرى واضحة.
تشير تسلسلات البروتين التي اكتشفها ويلكر وكابيليني وزملاؤهما إلى أن مجموعة Gigantopithecus كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإنسان الغاب، وتنبع من سلف مشترك عاش قبل حوالي 10-12 مليون سنة.
ولعل الأهم من ذلك هو أنهم أظهروا أنه يمكن استخلاص البروتينات التي يعود تاريخها إلى حوالي مليوني سنة من العينات التي تم حفظها في الظروف الاستوائية.
وقد فتح هذا إمكانية توسيع نطاق الأبحاث الجزيئية الحيوية في تطور أشباه البشر وأشباه البشر إلى ما هو أبعد من الحدود السابقة.
يقول كابيليني: “بعد ذلك – وهذا جزء من مشروع BACKWARD – اعتقدنا أنه ينبغي علينا أيضًا أن ننظر إلى المواد من أفريقيا”.
ابقوا متابعين
تم اكتشاف عدد كبير من حفريات أشباه البشر في جميع أنحاء العالم، مع كون مهد البشرية والمنطقة المحيطة بالوادي المتصدع العظيم في شرق إفريقيا مواقع غنية بشكل خاص.
يقول كابيليني: “إن تحليل هذه المادة أمر صعب للغاية لأن كمية البروتين التي يمكننا استعادتها محدودة للغاية”.
إذا نجحت البروتينات القديمة في كشف أسرار هذه الأنواع البشرية القديمة، فسنكون قادرين على معرفة المزيد عن علاقاتها التطورية، وانتشارها من أفريقيا حول العالم، وارتباطها ببعض الأنشطة في السجل الأثري، مثل صنع النار. .
ومن المؤكد أن هذا سيعطينا المزيد من المعلومات الأساسية حول التاريخ القديم للإنسان.
المادة كتبها مايكل ألين
تم تمويل البحث المذكور في هذه المقالة من قبل الاتحاد الأوروبي من خلال مجلس البحوث الأوروبي (ERC). آراء الأشخاص الذين تمت مقابلتهم لا تعكس بالضرورة آراء المفوضية الأوروبية.
