Jurassic Park hade fel: Dna kan inte överleva i miljontals år. Men det kan proteiner. Och det är nästan lika användbart för forskare.
Proteiners sammansättning avspeglar genernas, så att urgamla proteiner kan ge en unik inblick i utdöda djurs och människors gener.
Under de senaste åren har forskare upptäckt proteiner i fossil, som är flera miljoner år gamla – kanske till och med mer än hundra miljoner år gamla. Men hittills har de inte kunnat utvinna tillräckligt mycket för att göra några omfattande analyser.
Nu har en ny teknik löst problemet – och kan snart vända upp och ned på vår bild av människans evolution.
Tänder avslöjar noshörnings förfäder
En internationell forskargrupp, med genetikern Enrico Cappellini i spetsen, har på senare år undersökt ett antal 1,77 miljoner år gamla fossil från Dmanisi i Georgien.
Fossilen – som bland annat kommer från utdöda arter av bisonoxar, vargar och nodhörningar – innehöll proteiner och i synnerhet fossilens tandemalj innehöll stora mängder protein.
Forskare har utvunnit proteiner från en utdöd noshörning som troligen tillhör arten Stephanorhinus etruscus. Djuret vägde över tre ton och var två meter högt.
Tandemaljen är det hårdaste materialet i kroppen och det lämpar sig utmärkt för att bevara proteiner i miljontals år.
Med hjälp av en teknik kallad tandem masspektrometri kunde forskarna först identiicera små fragment av proteinerna. Och därefter kunde algoritmer sätta ihop fragmenten till längre bitar genom att jämföra med proteiner från nu levande djur.
Celler använder gener som arbetsritning när de skapar proteiner – och proteinernas sammansättning avspeglar därmed genernas. Precis som gener kan proteiner därför användas till att kartlägga djurs släktträd och evolution.
Elektroder identifierar proteiner
1. Elektroner bombarderar urgamla proteiner
Forskarna utvinnker proteinfragment från fossilens tandemalj ved hjälp av syra och placerar dem därefter i en så kallad masspektrometer. Där bombarderas de med elektroner, så att de blir elektriskt laddade.
2. Filter sorterar fragment efter storlek
Ett elektromagnetiskt filter ser till att bara en sorts fragment åt gången kan passera. Filtret sorterar genom att avböja partiklar som har ett felaktigt förhållande mellan sin massa och elektriska laddning.
3. Proteinfragment krockar med gas
De utvalda fragmenten leds med hög hastighet in i en kammare, där de kockar med gasmolekyler. Kollisionerna bryter ned fragmenten till ännu mindre fragment, som sedan leds vidare.
4. Kretslopp avslöjar identitet
De små fragmenten skickas ut i omlopp runt en elektrod. Ju tyngre fragmenten är i förhållande till sin egen elektriska laddning, desto längre från elektroden kommer de att kretsa. En mätning av omloppet avslöjar alltså vad fragmenten består av.
Proteinbitarna från en av de fossila noshörningarna jämfördes med motsvarande proteiner från alla nu levande noshörningar – samt från två andra utdöda noshörningar, vars proteiner känns igen från ett par välbevarade fynd som är mindre än 70 000 år gamla.
Utifrån jämförelsen kunde forskarna rita ett släktträd över noshörningarna.
Släktträdet visade bland annat att den så kallade ullhåriga noshörningen utvecklades från den släkt som den 1,77 miljoner år gamla noshörningen tillhörde.
Och att den gamla noshörningens närmaste nu levande släkting är sumatranoshörningen.
Sumatranoshörningen är den minsta nu levande nodhörningsarten. Den är nu kritiskt hotad med mindre än 100 individer kvar i naturen.
Proteiner ska avslöja människans direkta förfader
I Dmanisi, där de 1,77 miljoner år gamla fossilen har hittats, har forskare även hittat fossil av den utdöda människoarten Homo erectus – till och med några av de äldsta fossilen av arten utanför Afrika.
Forskarna är i dag oeniga om hur olika medlemmar av Homo erectus världen runt är besläktade med varandra.
Och de är osäkra på vilka av dem som gav upphov till vår egen art, Homo sapiens – om Homo erectus över huvud taget är vår direkta förfader.
Proteinerna från Dmanisis forngamla människor, samt från andra människofossil världen över, kan nu sent omsider ge oss en exakt bild av vår egen historia.
Och den bilden kan sluta med att se helt annorlunda ut än någon av de nuvarande teorierna.
Dmanisi i Georgien var hembygden för medlemmar av människoarten Homo erectus. Forskare kan nu undersöka exakt hur arten är besläktad med vår egen art, Homo sapiens.
Forskare har tidigare ritat släktträd över djur och människoarter genom att jämföra formen på deras skelett.
Men dna och proteiner kan avslöja en del helt oväntade mönster. Det hände bland annat när genetiska analyser visade att elefanter är relativt nära besläktade med guldmullvadar och jordsvin.
Genetiska undersökningar har avslöjat att jordsvinet tillhör elefantens närmaste nu levande släktingar.
Nu är förhoppningen att proteiner från urgammal tandemaljl kan leda till liknande revolutioner i vår bild av människans utveckling.
Och metoden har en enorm potential. Tandemalj finns i många fossil, och forskarna kommer nu att kunna kartlägga släktträd för ett stort antal djur och människoarter minst ett par miljoner år tillbaka i tiden – och kanske mycket längre.