化石珐琅中的蛋白质残留物为我们揭示了研究进化的新方法。这些分子将我们对分子保存的认知极大地延伸到了遥远的过去。

蛋白质会随时间自然分解，这使得追溯其来源和保存其生物史变得困难。然而，最近的一项研究表明，在肯尼亚裂谷1800万年历史的哺乳动物化石牙齿的珐琅质中保存着古代蛋白质，这为研究这些动物的生存和进化方式提供了新的见解。

哈佛大学和史密森尼学会保护生物学研究所的研究人员在《自然》杂志最新发表的论文中详细描述了他们的这一发现。人类进化生物学系野外项目主任、本研究的主要作者丹尼尔·格林说：“牙齿就是我们口中的岩石。牙齿是所有动物体内最坚硬的结构，因此，你能找到一颗距今一百万年甚至一亿年的牙齿，它包含了该动物生前的地球化学记录。”这包括动物的饮食、水源和周围环境等信息。

格林说：“过去，我们认为成熟的牙釉质（牙齿最坚硬的部分）中应该几乎不含蛋白质。”然而，研究团队利用一种名为液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）的新型蛋白质组学技术，能够“检测到不同生物组织中多种多样的蛋白质……”。

“该技术涉及多个阶段，根据肽的大小或化学性质将其分离，从而可以比先前的方法以更高的分辨率对其进行顺序分析，”人类与环境生物学系 (HEB) 副教授兼本文通讯作者之一的 Kevin T. Uno 解释道。

格林（Green）说：“我们和其他学者最近发现，牙齿釉质中存在数十种，甚至数百种不同的蛋白质。”

大象和犀牛提供了厚厚的珐琅质样本

在确认现代牙齿含有多种蛋白质后，研究人员将注意力转向了化石。他们与史密森学会和肯尼亚国家博物馆合作，对化石化牙齿进行了研究，重点关注早期的象和犀牛。作为植食性哺乳动物，这些动物的牙齿很大，适合咀嚼植物。“它们的牙釉质有两到三毫米厚，”格林说，“可供研究的材料有很多。”

他们的分析显示，这些化石中留存有肽片段——形成蛋白质的氨基酸短链，留存时间长达 1800 万年。

格林（Green）称这一发现为“改变领域的”。他说：“以前从未有人发现过如此古老的肽片段。”他还补充说，这一结果“有些令人震惊”。在这项研究之前，已知最古老的肽序列来自约350万年前的物质。“在史密森尼学会（Smithsonian）优秀的古蛋白质组学家蒂姆·克莱兰（Tim Cleland）的帮助下，我们将肽片段的年代向前推进了五到六倍。”

格林解释说，这些已确定的肽代表了参与不同生物功能的各种蛋白质，这些蛋白质统称为蛋白质组。

“我们对这些古代牙齿感到兴奋的原因之一是，我们并没有获得这些古代大象或犀牛体内可能发现的所有蛋白质的完整蛋白质组，但我们确实获得了一组这样的蛋白质。”他补充道，“与单一蛋白质相比，从一组蛋白质中我们或许能够获得更多信息。”

古生物学与进化论的新潜力

肯尼亚国家博物馆高级研究科学家、本文合著者埃马纽埃尔·K·恩迪埃马表示，该研究“为古生物学开辟了新领域，使科学家能够超越骨骼和形态，重建灭绝动物和古人类的分子和生理特征”。“这为进化关系提供了直接证据。结合牙齿的其他特征，我们可以推断出饮食适应、疾病概况，甚至死亡年龄——而这些都是以前无法了解的信息。”

除了揭示这些生物的生活习性，它还有助于确定它们的历史定位。乌诺（Uno）进一步阐述道：“我们可以利用这些肽片段来探索古代动物之间的关系，就像现代人类利用DNA来确定人与人之间的亲属关系一样。”

格林说：“即使一种动物已经完全灭绝——在我们的研究中，我们分析了一些没有现存后代的动物——从理论上讲，你仍然可以从它们的牙齿中提取蛋白质，并尝试将其置于系统发育树上。”这些信息“或许能够解决古生物学家之间长期存在的争论，即利用分子证据确定这些动物与其他哺乳动物谱系的关系。”

格林说，尽管这项研究最初只是涉及全球数十家机构和研究人员的一项更大规模研究的“一个小型辅助项目”，“但我们所发现的数量之多还是让我们感到惊讶。这些牙齿中确实保存了大量的蛋白质。”

参考文献：《东非大裂谷中历经一千八百万年的多样珐琅质蛋白质组学研究》，作者：丹尼尔·R·格林、凯文·T·乌诺、艾伦·R·米勒、克雷格·S·费贝尔、埃帕·以马内利·阿龙、凯瑟琳·C·贝克、阿里耶·格罗斯曼、弗朗西斯·M·基雷拉、马丁·M·基林亚、路易斯·N·利基、辛西娅·柳特库斯-皮尔斯、弗雷德里克·K·曼提、以马内利·K·恩迪埃马、以赛亚·O·内戈、西普里安·奈特、约翰·罗文、加布里埃尔·A·鲁索、威廉·J·桑德斯、塔拉·M·斯迈利、帕特里夏·普林斯豪斯、娜塔莎·S·维泰克和蒂莫西·P·克利兰，发表于2025年7月9日《自然》杂志。数字对象唯一标识符：10.1038/s41586-025-09040-9

本研究部分由国家科学基金会和史密森尼博物院保护研究所资助。

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