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骨頭里的膠原蛋白也是一種“指紋”嗎?

骨頭里的膠原蛋白也是一種“指紋”嗎?(科學播報) 0:00/0:00
最新發布時間: 2019-09-12
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  人骨化石(圖片來源:見參考文獻)

  探尋人類的起源之謎一直是考古學領域的重要課題。然而在許多考古遺址中,考古學家總是苦于沒有足夠完整的人類化石,用來推斷這些遠古人類活動的時期和狀態。這無疑給相關的史前研究帶來了諸多困難。

  通常情況下,考古學家鑒別人骨化石的年代是一種有損分析。“有損”意味著必須要有一部分的骨頭化石作為犧牲,經過一系列的檢驗,才能獲取相關的年代信息。正因如此,博物館等機構并不樂意提供完整的化石用于測試性的檢驗。

  另一方面,遺址挖掘本身也并不能總是獲得完整無損的人骨化石。一般考古學家需要根據骨骼的形態特征,才能做出該化石種屬的判斷。所以最終,可供考古學家進行研究的材料往往只能是一些信息量極少、不知種屬的碎骨片。

  

  DNA分析(圖片來源:pixabay)

  不過現在,基于質譜的新技術能夠讓科學家從碎骨里提取出DNA,分辨出其種屬。這讓許多過去懸而未決的考古學難題有了被解答的可能。2010年,來自德國的進化人類學研究者,宣布他們成功對出土的人骨化石進行了DNA分析。這宣告了使用現代基因鑒定技術鑒別古代人種的時代已經來臨。

  在新的技術中,科學家首先將碎骨片放置于強酸或強堿中提取膠原蛋白。提取后,通過胰蛋白酶在膠原蛋白特定的位置上進行裁切。之后,放入質譜儀中進行相應的分析。在這項技術里,膠原蛋白就如同一種獨一無二的“指紋”。由于不同的物種所呈現出的特征圖譜各不相同,因此科學家就可以依次進行比對,判斷出碎骨所在的種屬。

  膠原蛋白由數百個多肽化合物組成,多肽的種類因不同種屬而異。膠原蛋白對動物形成骨骼、毛發、指甲等有重要作用。因此,考古學家可以反過來利用碎骨片中的膠原蛋白進行物種的分析研究。并且,隨著物種數據的完善,考古學家能夠獲得的信息也更加全面。另外,通過這些“指紋”之間的細微差異,還能尋找出進化途徑中那些原本缺失的節點。

  

  基因測序設備(圖片來源:pixabay)

  直到今天,這項技術已經可以用極低的成本和極少的樣品進行考古分析。并且,研究者利用這項技術可以在短時間內分類出大量碎骨所屬的物種。在2014年的一個考古遺址研究中,科學家就利用這項技術分析了超過800個骨頭樣本,從中分類出了猛犸象、披毛犀等冰河時代的物種,甚至還發現了最重要的尼安德特人化石。

  同樣利用這項技術,近年來在丹尼索沃洞穴也取得了突破性的進展。對于丹尼索沃人的研究可能是解決人類起源問題的關鍵。考古學家已經成功從超過5000塊丹尼索沃洞穴出土的碎骨片中篩查出5塊人骨化石,從而順利地對人骨化石的基因組開展研究。

  不僅如此,配合測年分析和基因測序等多項現代技術,科學家能夠將考古遺址中采集到的所有小碎骨利用起來,從中描繪出古代人類的生活圖譜。例如,他們進行采集與狩獵的方式,他們的族群關系,以及他們所掌握的生產技術等。所有問題的答案,都埋藏在這些數以千計、在過去看似無用的碎骨化石中。

 

原創稿件

制作:葉鵬飛

審校:魏瀟 中山大學神經科學博士/中國科學院心理學研究所 博士后研究員

參考文獻:Brown, S., Higham, T., Slon, V., P??bo, S., Meyer, M., Douka, K., . . . Buckley, M. (2016). Identification of a new hominin bone from Denisova Cave, Siberia using collagen fingerprinting and mitochondrial DNA analysis. Scientific Reports, 6, 23559.

  


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