کشف راز ۱۸ میلیون ساله فسیل دندان

پروتئین‌ها به طور طبیعی با گذشت زمان تجزیه می‌شوند که ردیابی منشأ و حفظ تاریخچه زیستی آنها را دشوار می‌کند. با این حال، یک مطالعه جدید، حضور پروتئین‌های باستانی را که در مینای دندان فسیل شده پستانداران ۱۸ میلیون ساله در «دره کافتی»(Rift Valley) در کنیا حفظ شده‌اند، آشکار کرده است و بینش‌های جدیدی در مورد نحوه زندگی و فرگشت(تکامل) این حیوانات ارائه می‌دهد.

به نقل از اس‌تی‌دی، بازمانده‌های پروتئین در مینای دندان فسیل شده، راه‌های جدیدی را برای مطالعه فرگشت آشکار می‌کنند. این مولکول‌ها دیدگاه ما را نسبت به حفظ مولکولی به اعماق گذشته گسترش می‌دهند.

پژوهشگران «دانشگاه هاروارد»(Harvard) و «مؤسسه حفاظت از موزه‌های اسمیتسونیان»(Smithsonian) جزئیات کشف خود را شرح دادند. «دنیل گرین»(Daniel Green) مدیر برنامه میدانی در بخش زیست‌شناسی فرگشت انسانی و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: دندان‌ها سنگ‌هایی در دهان ما هستند. آنها سخت‌ترین ساختارهایی هستند که موجودات می‌سازند، بنابراین شما می‌توانید دندانی صد ساله یا صد میلیون ساله پیدا کنید و این دندان حاوی سوابق ژئوشیمیایی زندگی حیوان خواهد بود. دندان حاوی اطلاعاتی از رژیم غذایی، منابع آب و محیط اطراف حیوان است.

وی افزود: ما در گذشته فکر می‌کردیم که مینای دندان بالغ یا همان سخت‌ترین قسمت دندان‌ها، در واقع باید پروتئین بسیار کمی داشته باشد. با این حال، با استفاده از تکنیکی جدید موسوم به «کروما توگراف مایع - طیف‌سنجی جرمی متوالی»(LC-MS/MS)، توانستیم تنوع زیادی از پروتئین‌ها را در بافت‌های زیست‌شناسی مختلف شناسایی کنیم.

استاد «کوین اونو»(Kevin Uno) یکی از نویسندگان این مطالعه توضیح می‌دهد: این تکنیک شامل چندین مرحله است که در آن «پپتیدها»(peptides) یا پیوندهای کووالانسی بر اساس اندازه یا شیمی آنها جدا می‌شوند تا بتوانند به طور متوالی با وضوح بالاتری نسبت به روش‌های قبلی تجزیه و تحلیل شوند.

«گرین» ادامه داد: ما و سایر دانشمندان به تازگی دریافتیم که ده‌ها یا حتی صدها نوع مختلف پروتئین در مینای دندان وجود دارد.

نمای شب از اردوی صحرایی در لوتاگام، مکانی در شمال کنیا و یکی از مکان‌هایی که دندان‌های فسیلی پروتئین‌های باستانی را در خود جای داده‌اند.

نمونه‌های ضخیم مینای دندان در فیل‌ها و کرگدن‌ها

پژوهشگران پس از تأیید اینکه دندان‌های مدرن حاوی طیف گسترده‌ای از پروتئین‌ها هستند، توجه خود را به فسیل‌ها معطوف کردند. آنها دندان‌های فسیل شده را بررسی کردند و بر روی فیل‌ها و کرگدن‌های اولیه تمرکز کردند. این حیوانات به عنوان پستانداران گیاه‌خوار، دندان‌های بزرگی داشتند که برای خرد کردن گیاهان سازگار شده بود.

«گرین» می‌گوید: آنها می‌توانند مینای دندانی با ضخامت 2 تا 3 میلی‌متر داشته باشند. 

بررسی دانشمندان، قطعات «پپتیدی» را که زنجیره‌های کوتاهی از اسیدهای آمینه هستند که پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند، آشکار کرد. این «پیتیدها» تا ۱۸ میلیون سال در این فسیل‌ها حفظ شده بودند. «گرین» این کشف را یک یافته تغییر دهنده جهان توصیف کرد. وی گفت: هیچ کس قبلاً قطعات «پپتیدی» به این قدمت پیدا نکرده بود. نتایج بسیار تکان‌دهنده بود. قبل از این مطالعه، قدیمی‌ترین توالی‌های «پپتیدی» شناخته شده از موادی با قدمت حدود سه و نیم میلیون سال بود. ما سن قطعات «پپتیدی» را پنج تا شش برابر بیشتر از آنچه قبلاً شناخته شده بود، گسترش دادیم.

«پپتیدهای» شناسایی شده نشان دهنده انواع پروتئین‌های درگیر در نقش‌های زیستی مختلف هستند که به طور کلی به عنوان «پروتئوم»(Proteome) شناخته می‌شوند.

به کلیه پروتئین‌هایی که در یک سلول در یک زمان مشخص بیان می‌شود، «پروتئوم» آن سلول گفته می‌شود و این «پروتئوم» است که فاصله بین ژنوم و مکانیسم مولکولی رفتار سلولی را پر می‌کند.

«گرین» افزود: یکی از دلایلی که ما در مورد این دندان‌های باستانی هیجان‌زده هستیم، این است که ما «پروتئوم» کامل تمام پروتئین‌هایی را که می‌توانستند در بدن این فیل‌ها یا کرگدن‌های باستانی یافت شوند، نداریم، اما گروهی از آنها را داریم و ممکن است اطلاعات بیشتری از گروهی از آنها در دسترس باشد که فقط در یک پروتئین به تنهایی این‌چنین نیست.

منطقه بولوک در کنیا تقریباً ۱۶ میلیون سال پیش تشکیل شده است و در یکی از دورافتاده‌ترین و نامساعدترین مکان‌ها در این شکاف‌ها یافت می‌شود، اما تنوع فوق‌العاده‌ای از جانوران فسیلی را به همراه داشته است. 

پتانسیل جدید در دیرینه‌ زیست‌شناسی و فرگشت

«امانوئل اندیما»(Emmanuel Ndiema)، دانشمند ارشد مطالعاتی در موزه ملی کنیا و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: این پژوهش مرزهای جدیدی را در دیرینه‌زیست‌شناسی باز می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا فراتر از استخوان‌ها و ریخت‌شناسی برای بازسازی صفات مولکولی و فیزیولوژیکی حیوانات منقرض شده و نخستینیان عمل کنند. این یافته‌ها، شواهد مستقیمی از روابط فرگشتی ارائه می‌دهد. ما می‌توانیم همراه با سایر ویژگی‌های دندان‌ها، سازگاری‌های غذایی، مشخصات بیماری و حتی سن در زمان مرگ را استنباط کنیم. این بینش‌ها قبلاً غیر قابل دسترس بودند.

«اونو» ادامه داد: این مطالعه علاوه بر روشن کردن زندگی این موجودات، به قرار دادن آنها در صفحات تاریخ کمک می‌کند. ما می‌توانیم از این قطعات «پپتیدی» برای کاوش روابط بین حیوانات باستانی مشابه با نحوه استفاده از دی‌ان‌ای مدرن در انسان‌ها برای شناسایی ارتباط افراد با یکدیگر استفاده کنیم.

این نمایی از رودخانه تورکول در تورکانا، شمال کنیاست، جایی که این فسیل‌ها یافت می‌شوند. ساختارهای آتشفشانی میوسن را می‌توان در دوردست مشاهده کرد. 

«گرین» افزود: حتی اگر حیوانی کاملاً منقرض شده باشد و ما فسیل برخی از حیواناتی را که در مطالعه خود تجزیه و تحلیل می‌کنیم و هیچ نسل زنده‌ای ندارند، بیابیم، از نظر تئوری هنوز هم می‌توانیم پروتئین‌ها را از دندان‌های آنها استخراج کنیم و سعی کنیم آنها را روی یک «درخت تبارزایی»(phylogenetic tree) قرار دهیم. چنین اطلاعاتی ممکن است بتواند بحث‌های طولانی بین دیرینه‌شناسان را در مورد اینکه این حیوانات به کدام تبار پستانداران دیگر مرتبط هستند، با استفاده از شواهد مولکولی حل کند.

«درخت تبارزایی» یا «درخت فیلوژنتیک»، یک نمودار انشعابی است که اصطلاحاً درخت نامیده می‌شود و روابط فرگشتی در میان گونه‌های مختلف زیستی یا حتی اشخاص را بر اساس شباهت‌ها و تفاوت‌های فیزیکی یا «تبارزایی» یا خصوصیات ژنتیکی نشان می‌دهد.

وی خاطرنشان کرد: اگرچه این مطالعه به عنوان یک پروژه جانبی کوچک در یک پروژه بسیار بزرگتر شامل ده‌ها مؤسسه و پژوهشگر از سراسر جهان آغاز شد، اما ما از میزان آنچه پیدا کردیم، شگفت‌زده شده‌ایم. واقعاً پروتئین‌های زیادی در این دندان‌ها حفظ شده است.

این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.