利用蛋白质序列测定技术解开进化之谜

铁文霖

最近，科学家解开了一个困扰人类近200年的进化谜题，它与达尔文所称的“有史以来发现的最古怪的”那群动物有着紧密的联系。

该研究由美国自然历史博物馆和约克大学共同主持。通过对蛋白质序列的测定，研究者能够回溯的时间跨度要大于DNA序列测定，最高可超出后者10倍。

伊恩·巴恩斯既是美国自然历史博物馆的研究带头人，又参与了论文的撰写。他解释道：“虽然人们已经研究这些动物的骨骼180多年了，但还是没弄清它们的起源。为了解决这个问题，我们分析工作的第一步就是研究古代动物的DNA。”

罗斯·麦克菲是该论文的一位作者，也是美国自然历史博物馆哺乳动物部的负责人。他说：“南美洲有蹄类动物在哺乳动物谱系中的分类归属问题始终是摆在古生物学家面前的一个难题。从解剖学的意义上讲，它们都是些古怪的混合体，身上集中显现了许多动物的特征。那些动物遍布南美各地，种类庞杂且相互间没有亲缘关系。在19世纪早期，这是个让达尔文和他的合作者理查德·欧文大惑不解的现象。所有事实相互矛盾，因此他们不能肯定这些有蹄动物跟哪种动物有亲缘关系，是巨型啮齿动物、大象，还是骆驼之类的动物。”

然而，研究小组很快发现，在这些化石中找不到古生物体DNA的残留物，因为在温湿的环境下，比如南美洲那种典型的气候环境里，DNA分子是少有存留的。于是研究者掉转方向，开始对胶原蛋白进行分析，并由此取得了突破性的进展。 胶原蛋白是一种结构蛋白质，可以在所有动物的骨骼中找到。它能在各种环境下持续存在100万年，甚至更久。氨基酸是蛋白质的基本成分，从根本上看，氨基酸的化学结构取决于生物体DNA中特定的编码序列。由于有了这一层重要关系，人们才能对不同物种的同类蛋白质的氨基酸成分进行对照分析，并对物种之间的亲疏远近有更深刻的认识。

“人们已经成功地从化石标本中复原了胶原蛋白的序列。这些化石的历史长达400万年。不过，这只是开了个头而已。”约克大学的教授马修·柯林斯说，排序工作就是在他的实验室里进行的。“根据理论，如果我们的研究对象是出土于永冻层的古生物残骸，那么我们就能跨越1000万年，回到过去。”

科学家运用蛋白质分析法对48块箭齿兽和长颈驼的化石进行了筛选。180年前，达尔文在乌拉圭和阿根廷发现的正是这些动物的遗骸。“我们只拣选那些保存得极为完好的骨骼标本来做研究，并对蛋白质分析法进行了各种改进，由此得到了它们的部分胶原蛋白序列，大约占这两个物种全部序列的90 %。”费雷多·威尔克说，他是马克思普朗克进化人类学研究所和约克大学的博士生，是该论文的主要撰稿人。“人们因为这次成功辟出了一条新的研究途径，在古生物学和古人类学领域里，这一技术将有广泛的用途，那也是我们目前正在研究的。”

凭借现代技术，研究者明确指出，在现有的动物中，与这些物种关系最近的是奇蹄类动物，包括马、犀牛以及貘。 这些物种也因此跻身于劳亚兽之列，这是胎盘类哺乳动物中的一个重要种类。一些顶尖的古生物学家认为这些南美有蹄动物的祖先来自北美洲，这一迁移可能出现在大规模生物灭绝刚结束的时候，距今不少于6000万年。那场大灾难让恐龙化为乌有，还毁灭了许多其他的脊椎动物。人们通过分子技术得到的证据也支持了科学家的观点。