Fossielen die dateren van 2,1 miljoen tot 300.000 jaar geleden in Oost-Azië zijn kernmaterialen voor het reconstrueren van de evolutionaire geschiedenis van Homo erectus in Oost-Azië. Hun hoge leeftijd en traditionele destructieve bemonsteringsmethoden hebben het moleculair onderzoek op deze kostbare monsters echter ernstig beperkt, waardoor een reeks belangrijke wetenschappelijke vragen over de menselijke evolutie lange tijd onopgelost is gebleven.
Onlangs heeft het Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences, voor het eerst met succes endogene glazuureiwitgegevens verkregen met fylogenetische informatie van zes Midden-Pleistocene Homo erectus-tandfossielen die ongeveer 400.000 jaar oud zijn en afkomstig zijn uit drie locaties in Zhoukoudian, Beijing, Hexian, Anhui en Sunjiadong, Henan, zonder de volledige vorm van de fossielen te vernietigen. Dit is de eerste keer ter wereld dat moleculaire informatie met de identificatiekenmerken van Homo erectus is verkregen, waardoor het interactienetwerk van oude menselijke groepen in Oost-Azië tijdens het Midden-Pleistoceen opnieuw vorm heeft gekregen.
Om de volledige vorm van het fossiel niet te vernietigen, heeft het wetenschappelijke onderzoeksteam een vrijwel "niet-destructief" beoordelings- en bemonsteringsplan onderzocht en op innovatieve wijze voorgesteld. Ten eerste gebruikten de onderzoekers matrix-ondersteunde laserdesorptie-ionisatie time-of-flight massaspectrometrie om het behoud van oude eiwitten in oud menselijk tandglazuur te screenen.
Op basis hiervan heeft het team voor het eerst de zuuretstechnologie voor minimaal schadelijke bemonstering toegepast op de Homo erectus-fossielen uit het Midden-Pleistoceen. Deze technologie verbruikt slechts een klein oppervlak aan oppervlakteglazuur en verkrijgt efficiënt endogene eiwitten zonder de fossiele morfologie fundamenteel te beïnvloeden.
Het is precies dankzij deze belangrijke doorbraak dat wetenschappelijke onderzoekers voor het eerst de Oost-Aziatische Homo erectus-fossielen uit Zhoukoudian, Hexian, Sunjiadong en andere plaatsen vanaf moleculair niveau konden bestuderen.
De onderzoekers identificeerden met succes 6-11 endogene glazuurgerelateerde eiwitten, waaronder 650-3457 peptidesegmenten, en de geconstrueerde consensussequentie omvatte 269-903 aminozuurplaatsen.
Dit is de eerste keer ter wereld dat gegevens over endogene glazuureiwitten met karakteristieke fylogenetische informatie zijn verkregen uit fossielen van Homo erectus, en het is tot nu toe ook het oudste oude menselijke proteoom in Oost-Azië. De studie verschoof de tijdslimiet van het Oost-Aziatische oude menselijke proteoom van ongeveer 160.000 jaar geleden naar minstens 400.000 jaar geleden.
Behoort Homo erectus in China tot dezelfde evolutionaire tak, of vertegenwoordigen ze meerdere verschillende oorsprongen of relatief geïsoleerde groepen? De heterogeniteit in fysieke vorm van de Homo erectus-fossielen uit het Midden-Pleistoceen in Oost-Azië heeft geleid tot een langdurig debat onder wetenschappers.
De gegevens over emailleproteïnen leverden een doorslaggevend antwoord op. De studie ontdekte een beslissende nieuwe mutatie: een enkel aminozuurpolymorfisme in ameloblastine AMBN A253G. De mutatie werd geïdentificeerd in alle zes Homo erectus-monsters en is niet gevonden in andere gepubliceerde archaïsche, moderne of andere levende of fossiele primaten.
De studie construeerde een endogene eiwitvergelijkingsdataset, waaronder zes Oost-Aziatische Homo erectus en één Harbin-individu. De resultaten toonden aan dat de zes Oost-Aziatische Homo erectus duidelijk in één tak geclusterd waren en duidelijk gescheiden waren van de Denisovans, Neanderthalers en moderne mensen.
Deze ontdekking levert voor het eerst direct moleculair bewijs om te bevestigen dat de Homo erectus van de bovengenoemde drie locaties in China tot een onafhankelijke evolutionaire groep behoort, lost de al lang bestaande controverse op over de interne classificatie van Homo erectus in Oost-Azië, en vult de leemte in het begrip van de genetische kenmerken van Homo erectus.
In alle zes Oost-Aziatische Homo erectus-monsters uit het Midden-Pleistoceen identificeerde het onderzoeksteam ook een andere veel voorkomende sleutelmutatie, AMBN M273V, en traceerde het overeenkomstige coderende DNA-gebied ervan en voerde een gedetailleerde analyse uit, waaruit bleek dat sommige genen uit het Denisovan-genoom zijn doorgedrongen in moderne mensen, en hun oorsprong kan worden teruggevoerd tot de Midden-Pleistoceen-gerelateerde populaties van Zhoukoudian, Hexian en Sunjiadong.
Op basis van de bovenstaande studies hebben wetenschappelijke onderzoekers een onbekend beeld van de menselijke evolutie geschetst: Homo erectus in Oost-Azië, 400.000 jaar geleden vertegenwoordigd door Zhoukoudian, is niet alleen een unieke evolutionaire groep, maar ook een van de bronnen van oude genen in de moderne menselijke genenpool.
Deze studie is de eerste die Homo erectus transformeert van een morfologische cognitieve entiteit naar een evolutionaire entiteit met duidelijke genetische bijdragen; op moleculair niveau heeft het diepe genetische verbindingen ontdekt tussen de Oost-Aziatische Homo erectus verwant aan Zhoukoudian, Hexian en Sunjiadong, Denisovans, en enkele moderne menselijke populaties van vandaag, wat belangrijk bewijs levert voor het begrijpen van de complexiteit van de oude menselijke evolutie en het genuitwisselingsnetwerk binnen het geslacht Homo.
Het innovatieve methodesysteem van bemonstering tot data-analyse dat in het onderzoek is gebruikt, heeft de paleoproteomics getransformeerd van een hulpmiddel gericht op afstammingsidentificatie naar een kernonderzoeksmethode die onafhankelijk evolutionaire hypothesen kan afleiden en verifiëren. Het heeft een referentieonderzoeksparadigma gecreëerd voor het verkennen van oudere menselijke groepen, waarbij paleoproteomics worden aangemerkt als een belangrijk middel om de geschiedenis van de menselijke evolutie te ontcijferen.
Relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature (Natuur)superieur.
Papieren link
Voor het eerst hebben wetenschappers genetische informatie over afstammingskenmerken uit Homo erectus-fossielen gehaald
De geografische locatie van de Homo erectus-site in het Midden-Pleistoceen van China en de voorbeeldinformatie van deze studie