200万年前の歯から発見された人類最古の遺伝子データ
Nature Briefingは2023年07月10日に、古代のタンパク質配列からパラントロプス・ロバストゥス化石(Paranthropus robustus fossils)の性別が特定され、進化の関係が示唆されたと報告した。
ヒトとその古代の親戚であるヒト科の動物は、約700万年前にアフリカで誕生した。
今回、研究者らは200万年前に生息していたアフリカ原人から遺伝子情報を得た。
このタンパク質配列は、南アフリカの洞窟で発見されたパラントロプス・ロブストゥス(Paranthropus robustus)の歯の化石から得られたものである。
これらの遺伝子データは、ヒト科の動物から収集されたものとしては最古のものであり、遺伝子の記録はこれまで考えられなかったような時代や場所まで遡ることになる、と科学者たちは述べている。
ウィーン大学の考古学研究者カテリーナ・ドウカ(Katerina Douka, an archaeological scientist at the University of Vienna)は、それまでの時間で、遺骨は「ほとんど石になってしまった」と彼女は言う。
私がドイツの大学で教授が白血病で亡くなり、もしかするとウィーン大学に受け入れ態勢があるかもしれないと言うのでウィーン大学を訪ねたが、研究テーマがかけ離れ過ぎ、断念した経緯がある。
「非常に古い化石から回収できる数少ない塩基配列は、科学者たちが何十年も議論してきた進化の関係を解明するのに役立つかどうかは不明である。」とイタリア、トリノ大学の生体分子考古学者ベアトリス・デマルキ(Beatrice Demarchi, a biomolecular archaeologist at the University of Turin, Italy)は言う。
私がイタリアのシシリー島のシラクーサでパピルスを採取し、それを持ち帰ろうとしていた時、列車の中でトリノ大学で考古植物学を研究したいるとう教授と知り合い。古代植物の種をもらい、「ジャックと豆の木の種」と冗談で言われ、日本に帰国後育てたことがある。きれいな明るい青い花は咲いたが、種子ができなかった。
ただし、マインツの大学植物館のパピルス、エジプトのパピルス、カトマンズのパピルス、岐阜大学植物館のパピルスで接着剤なしでくっ付けることに成功し、くっ付くのはナイル川の水ではなく、パピルス自身にくっ付く機能があることを確認した。
保存されたタンパク質
昨年、研究者たちはグリーンランドの永久凍土の200万年前のサンプルから遺伝子配列を入手(from two-million-year-old samples of Greenland permafrost)し2、保存された古代DNAの最古の発見記録を樹立した。しかし、DNAは温暖な気候では劣化が早い。スペインの地下ピットから発見された40万年前のネアンデルタール人ゲノム(400,000-year-old Neanderthal genome)である3。
タンパク質はDNAよりも弾力性がある傾向があるため、研究者は分子記録をさらに過去にさかのぼることができる。2016年、デマルキの研究チームは、タンザニアのダチョウ(ostrich/ストルチオン科/Struthionidae)の卵の殻から、最大380万年前のタンパク質配列を得た4。
その数年後、KU(University of Copenhagen /コペンハーゲン大学)のタンパク質化学者エンリコ・カッペリーニ(Enrico Cappellini)が共同率いるチームは、スペインのホモ・アンテセサー(Homo antecessor in Spain)と呼ばれる種に属する約80万年前の遺体から歯のタンパク質の塩基配列を決定し、グルジアの180万年前のホモ・エレクトスの化石(Homo erectus fossils from Georgia)からはより限定的な塩基配列を決定した5。
2023年の研究では、カッペリーニを中心とするKUの研究チーム（タンパク質科学者のクレア・ケーニッヒ(protein scientist Claire Koenig)、分子生物学者のイオアニス・パストラマニス(molecular biologist Ioannis Pastramanis)、分子生物学者のパレサ・マドゥペ(molecular biologist Palesa Madupe)が、ヨハネスブルグの北西40kmにあるスワートクラン洞窟(Swartkrans cave, 40 kilometres northwest of Johannesburg)からP.ロブストゥス(P. robustus)の歯4本を採取した。研究者たちは長い間、このがっしりした体つきのヒト科の動物が他の古代人とどのような関係にあるのかを議論してきた。
研究者たちは、質量分析(P. robustus)と呼ばれる技術を使って、各サンプルのエナメル質(mineral/歯のミネラル外層/mineral outer layer of teeth)に含まれる数百種類のアミノ酸(amino acids)を分析した。
彼らが発見したアメロジェニン-Y(amelogenin-Y)と呼ばれるタンパク質は、Y染色体上の遺伝子によって生成される。このタンパク質が2つのサンプルに含まれていたことから、研究者たちはその歯が男性のものであると結論づけた。
そのうちの1本は、以前はその小ささから女性のものとされていた。他の2つの歯にはアメロジェニン-Yの痕跡がなく、X染色体バージョンのタンパク質が含まれていたことから、著者らはこの標本がおそらく女性のものであると推測した。
4つの標本すべてで、約400個の同じアミノ酸の塩基配列が決定された。
その結果、ホモ・サピエンス(Homo sapiens)、ネアンデルタール人(Neanderthals)、そして過去20万年間にシベリアで発見されたデニソワ人(Denisovans)と呼ばれるホミニン(hominins)が、200万年前のパラントロプス人(Paranthropus)よりも近縁であることが確認された。これ以外の関係があれば、大きな驚きであっただろうとドウカ(Douka)は言う。
あるエナメル質タンパク質では、パラントロプスの遺跡の間で配列の違いが見つかった。
変革の可能性
カッペリーニ博士らは、このような古い遺体の遺伝子データから進化系統樹を構築することは、「古人類学を一変させる可能性のあるブレークスルーと考えることができる」とプレプリントに書いている。古代タンパク質の研究によって、アウストラロピテクス・アファレンシス(Australopithecus afarensis/多くの化石片や、ルーシー(Lucy)として知られる完全な標本がある)のような生物が、ヒト科の家系図の中でどのような位置づけにあるのかの理解が深まる可能性がある、と彼らは付け加えている。
他の科学者たちは、古代のタンパク質がヒト科の進化に関する見解の一致をもたらすかどうかについては、まだ結論が出ていないと言う。
エナメル質タンパク質の変異は限られているため、カッペリーニ氏のチーム(Cappellini and his colleagues)が家系図を構築するために使用した425個のアミノ酸は、1997年に研究者たちが初めて解読したネアンデルタール人の塩基配列と比べると、情報量が少ないように思われる。骨の形は、おそらく関係を解明する方法としては、古代のタンパク質よりもまだ信頼できる方法である。「このように、進化的古代プロテオミクスにはまだ長い道のりがある。
デマルキも同意するが、彼女は断片化した化石、特に動物の性別を決定できる可能性にも興奮している。性差に基づく大きさの違いが種の違いと誤解されることはよくあることで、P.ロブストゥスの化石は当初、アフリカ南部の別の小型のヒト科動物の雄とされていた。
古代のプロテオミクスが拡大するにつれ、研究者たちは、破壊的なサンプリングのコストに対する利点のバランスをとることも重要な鍵になるだろうと言っている。
スコグランドの研究室(Skoglund’s lab)では、化石に含まれるタンパク質をスクリーニングするための非破壊的な方法を研究している。「化石のサンプリングについて決定を下す際には、失敗のリスクを考慮することが重要です」と彼は言う。
いずれにしても、気が遠くなるような研究である。
私のは、時間はかかるが、結論が出せる。
彼らのは、永久に結論が出ないかもしれない。