U3F1ZWV6ZTIzMTg0MjgxNjExX0FjdGl2YXRpb24yNjI2NDU5MjQ3MzY=
recent
أخبار ساخنة

تاريخ البشرية بين الحمض النووي والبروتين السني

تاريخ البشرية تكشفه بروتينات القدماء
DNA يكشف المزيد

كيف بدأت البشرية؟
ماهو التاريخ البشرى؟
تاريخ الانسان على الارض؟
ما هو عمر الانسان على سطح الارض؟
متى بدات حياة الانسان على الارض؟
كم عمر الانسان على الارض علميا؟
تصنيف الانسان في علم الاحياء؟
قد تكون هذه الأسئلة من المحطات الكبيرة التي يقف عندها الانسان خلال مراحل حياته على هذا الكوكب, وفي مقالتنا هذه سنتعرف على دور البروتينات البشريية المكتشفة قديماً والحموض النووية في كشف تاريخ الانسان البشري القديم

تاريخ البشرية تكشفه بروتينات اسنان القدماء وال DNA يكشف المزيد

في وقت ما و خلال الـ 160،000 عام الماضية أو نحو ذلك ، انتهت بقايا (دينيسوفان) إنسان قديم في كهف على هضبة التبت في الصين. ربما توفي الفرد هناك ، أو انه قد تم أخذ بضعة أجزاء منه من قبل أقربائه أو من بقايا الحيوانات.
في بضع سنوات فقط ، اختفى الجسد وبدأت العظام في التآكل. ثم تبعها آلاف السنين. تراجعت الأنهار الجليدية ، وكان كل ما تبقى وراءها قليلاً من عظم الفك مع بعض الأسنان.
أصبحت العظام مغلفة بالتدريج بقشرة معدنية ، وقد ضاع الحمض النووي من هذا الجد القديم بسبب الزمن والطقس. لكن بعض الإشارات القادمة من الماضي استمرت في الوميض. ففي أسنان البشر ، بقيت البروتينات بحالة سيئة ولكنها مع ذلك لا تزال قابلة للتحديد. عندما قام العلماء بتحليلها في وقت سابق من هذا العام ، اكتشفوا الكولاجين ، وهو بروتين دعم هيكلي موجود في الأنسجة والأنسجة الأخرى. وفي نتيجة تحليله الكيميائي كان هناك نوع واحد من الأحماض الأمينية غير موجود في كولاجين البشر الحديثين أو البشر البدائيون - حيث اشار ذلك البروتين بوضع علامة على عظم الفك على أنه ينتمي إلى عضو في مجموعة هومينين الغامضة تدعى Denisovans1. كان اكتشاف دينيسوفان في الصين علامة بارزة. كان هذا أول شخص يتم العثور عليه خارج كهف دينيسوفا في سيبيريا ، حيث تم التعرف على جميع الرفات الأخرى من نوعها. وأشار الموقع على هضبة التبت (أكثر من 3000 متر فوق مستوى سطح البحر) إلى أن سكان دينيسوفان كانوا قادرين على العيش في بيئات شديدة البرودة ومنخفضة الأكسجين. لكن هذا الاكتشاف يمثل علامة فارقة أخرى:
- كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها التعرف على هينين قديم (اشباه البشر الحاليين) باستخدام البروتينات فقط. إنه واحد من أكثر الاكتشافات المذهلة حتى الآن ، حيث قام العلماء بتحليل البروتينات القديمة للإجابة على أسئلة حول تاريخ وتطور البشر والحيوانات الأخرى.

البروتينات ، التي تتواجد في الحفريات لفترة أطول بكثير من الدنا (DNA)، يمكن أن تسمح للعلماء باستكشاف عصور جديدة كاملة من عصور ما قبل التاريخ كما أن استخدام الأدوات الجزيئية لفحص العظام مكن العلماء من اكتشاف جزء أوسع بكثير من تاريخ العالم مما هو ممكن حاليا ، وفقا لمقترحي هذا المجال.

في السابق ، كان العلماء قد استطاعوا قراءة بروتينات من أسنان حيوانات عمرها 1.8 مليون عام ومن قشر البيوض التي يعود عمرها لحوالي 3.8 مليون سنة.
الآن ، يأملون في إمكانية استخدام البروتينات الحيوية في تقديم رؤى حول أحافير الهومينين القديمة الأخرى التي فقدت كل آثار الحمض النووي - من الإنسان المنتصب ، الذي تجول في أجزاء من العالم من حوالي 1.9 مليون إلى 140،000 سنة مضت ، إلى هومو فلوريسنس ، الضآلة الأنواع "الهوبيت" التي عاشت في إندونيسيا منذ 60،000 عام مضت.

من خلال النظر في الاختلافات في هذه البروتينات ، يأمل العلماء في الإجابة على أسئلة طويلة الأمد حول تطور المجموعات البشرية القديمة ، مثل الأنساب التي كانت من أسلاف الإنسان العاقل المباشر. يقول ماثيو كولينز ، عالم الآثار الأحيائي بجامعة كوبنهاجن والذي كان على طليعة هذا المجال منذ الثمانينيات ، 
الآن أعتقد أنه يمكنك إطلاق العنان لكل الشجرة البشرية

بداية الحياة

على الرغم من كمية الإثارة التي تطرحها الفكرة، يجادل البعض بأن الباحثين قد يجاهدون لرسم صورة نهائية للتاريخ البشري عبر المعلومات التي يمكن للباحثين الحصول عليها من البروتينات ، وهي محدودة مقارنة بتلك التي يمكن الحصول عليها من الحمض النووي.
ويشعر الكثيرون بالقلق من أن البروتينات الحيوية بشكل عام قد تكون عرضة لنتائج زائفة ، ناشئة عن قضايا مثل التلوث. يقول فيليب ستوكهامر ، عالم الآثار في جامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ بألمانيا:
ترى بحثًا جيدًا للغاية ، ثم ترى أشخاصًا ينشرون أشياء غريبة للغاية ، لأنهم لا يفكرون بشكل نقدي في الأساليب.

على مدى العقدين الماضيين ، غير الحمض النووي المستخرج من الحفريات القديمة فهم العلماء للتطور البشري. وقد سمح تحليل أوجه التشابه والاختلاف في الحمض النووي لمختلف مجموعات هومينين للباحثين بتحديد شجرة العائلة المتشابكة بطريقة لم تكن ممكنة في السابق. وقد أدت المادة الوراثية إلى بعض الاكتشافات الرئيسية ، مثل اكتشاف Denisovans في المقام الأول.

لكن لا تزال هناك فجوات صارخة في تلك الصورة. تم تسلسل الحمض النووي من ثلاث مجموعات فقط من الهومينين:
  1. البشر البدائيون
  2. والدينيسوفان
  3. والعاقل هومو

ومعظمهم من العينات التي يقل عمرها عن 100000 عام (الاستثناء الملحوظ هو زوج من البشر البدائيون الذين يعود تاريخهم إلى 430،000 عام من إسبانيا 2). عدا بضع مئات الآلاف من السنين إلى الوراء ، وأصبحت الأمور أكثر ضبابية. يقول فريدو ويلكر ، عالم الأنثروبولوجيا الجزيئية في جامعة كوبنهاجن
لقد كانت فترة زمنية تحدث فيها الكثير من الأشياء المثيرة. عندما تفرق دينيسوفان و الإنسان البدائي عن السلالة التي أصبحت بشرًا عصريًا ، على سبيل المثال.
لكنه لا يزال هناك جزء ضبابي من تاريخ البشرية. لا يعرفه الباحثون ، على سبيل المثال ، ما إذا كان الإنسان البشري القديم هومو هايدلبرغينيس ، الذي عاش قبل حوالي 700000 - 200000 سنة ، كان سلفًا لكل من H. Sapiens و Neanderthals أو جزءًا من فرع Neanderthal فقط ، كما اقترح البعض.
ويقول ويلكر في ذلك :
يحدث الكثير من ذلك بعيدًا عن متناول الحمض النووي القديم.
لو عدنا إلى مليون سنة أو أكثر ، وأصبحت الأمور أقل وضوحًا. على سبيل المثال ، ظهر الإنسان المنتصب أولاً في إفريقيا منذ حوالي 1.9 مليون سنة ، ولكن بدون أدلة الحمض النووي ، يظل من غير المؤكد بالضبط كيف يرتبط بالإنسانين اللاحقين ، بما في ذلك H. sapiens.

لقد ترك الحمض النووي القديم أيضًا مناطق عمياء جغرافية. حيث من المعروف  ان الحمض النووي يتحلل بشكل أسرع في البيئات الدافئة ، لذلك على الرغم من أن عينة عمرها 100000 عام وجدت في كهف سيبيريا بارد قد لا تزال تحتوي على مواد وراثية ، فإن المستحاثة التي أمضت هذا الوقت الطويل في حرارة إفريقيا أو جنوب شرق آسيا بشكل عام لن تعطي نفس النتيجة. وعليه، قد لا يُعرف سوى القليل عن علم الوراثة (حتى الهومينات الحديثة نسبيًا) من هذه المناطق ، مثل H. floresiensis.

ويأمل الباحثون الآن أن يبدأ تحليل البروتين في ملء بعض تلك الفراغات. الفكرة ليست جديدة: في أوائل الخمسينيات ، أبلغ الباحثون عن العثور على الأحماض الأمينية في الحفريات. ولكن لفترة طويلة ، لم تكن التكنولوجيا اللازمة لتسلسل البروتينات القديمة موجودة. يقول كولينز:
خلال معظم حياتي المهنية ، كنت أعتقد بصدق أننا لن نتمكن من استعادة تسلسل البروتين القديم.

لقد تغير ذلك في الألفية الثانية بعد أن أدرك الباحثون أن قياس الطيف الكتلي - وهي تقنية تستخدم لدراسة البروتينات الحديثة - يمكن تطبيقها أيضًا على البروتينات القديمة. يتضمن قياس الطيف الكتلي بشكل أساسي تحطيم البروتينات إلى الببتيدات المكونة لها (سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية) وتحليل كتلها لاستنتاج تركيبها الكيميائي.

وقد استخدم الباحثون هذه الطريقة لفحص مئات من أجزاء العظام لتحديد أنواع الحيوانات التي أتوا منها. في هذا النهج المحدد ، الذي يطلق عليه علم الحيوان من خلال التحليل الطيفي الشامل أو ZooMS ، يحلل الباحثون نوعًا واحدًا من الكولاجين. تختلف كتلة مكونات الكولاجين في مجموعات وأنواع مختلفة ، حيث توفر بصمة مميزة تسمح للباحثين بتحديد مصدر العظم.

تم استخدام ZooMS في ورقة 2016 (3) لتحديد عظم هومين واحد من بين آلاف الشظايا من كهف Denisova - وهو عظم أظهره تحليل الحمض النووي فيما بعد ينتمي إلى شخص مختلط ، يُطلق عليه Denny ، مع أم نياندرتال وأب دينيسوفان. حتى مع هذه النتيجة وحدها ، فإن تحليل البروتين القديم قد وسع بالفعل من نظرتنا للتطور البشري ، كما يقول عالم الوراثة السكانية بونتوس سكوغلوند في معهد فرانسيس كريك في لندن. تستخدم كاترينا دوكا ، عالمة آثار في معهد ماكس بلانك لعلوم تاريخ الإنسان في فيينا بألمانيا ، هذه التقنية للبحث عن 40 ألف قطعة عظمية مجهولة الهوية من آسيا على أمل اكتشاف المزيد من البشر الأقدمين.

لكن ZooMS يرسم صورة فقط عبر ضربات الفرشاة العريضة (غير واضحة كفاية). بمجرد تحديد العظمة على أنها تنتمي إلى هومين ، على سبيل المثال.
هناك حاجة إلى تقنيات أخرى للتعمق أكثر, لذلك تحول آخرون إلى تقنية بروتينات البندقية ، والتي تهدف إلى تحديد جميع تسلسل البروتين في عينته البروتينية.
يعتمد تكوين البروتين على نوع الأنسجة التي يتم فحصها ، لكنه غالبًا ما يشمل أشكالًا مختلفة من الكولاجين. هذه الطريقة تقذف الآلاف من الإشارات ، مما يجعلها أكثر إفادة بكثير من ZooMS ، كما يقول دوكا ، ولكن من الصعب أيضًا تفسيرها. عن طريق مطابقة هذه الإشارات مع التسلسلات المعروفة في قواعد البيانات ، يمكن للباحثين تحديد تسلسل الكولاجين أو البروتينات الأخرى في العينة الخاصة بهم.

يمكن للعلماء بعد ذلك مقارنة تسلسل البروتين الذي تم تحديده حديثًا مع نفس البروتين من مجموعات الهومين الأخرى ، فيبحثون عن أوجه التشابه والاختلاف في الأحماض الأمينية الفردية التي ستساعد على وضع الهومينين على شجرة العائلة. وهذا مشابه لكيفية رؤية الباحثين في الحمض النووي القديم إلى الاختلافات أحادية الحرف في التسلسلات الجينية.

سد الثغرات

على الرغم من أن الباحثين استخدموا تحليل البروتين جنبًا إلى جنب مع تسلسل الحمض النووي القديم من قبل 4 ، إلا أن - دينيسوفان التبتي - كان أول الهومين البشري القديم الذي تم تحليل بروتيناته بمفردها.
إن إلقاء نظرة على سلاسل البروتين من H. heidelbergensis ، على سبيل المثال ، يمكن أن يوضح علاقتها بـ H. sapiens و Neanderthals.

احتدمت المناقشات لمدة عقد ونصف بسبب طبيعة H. floresiensis ، التي تم اكتشاف بقاياها في جزيرة فلوريس الإندونيسية في عام 2003. العلاقة مع الهومينين الآخرين غير واضحة ، مع اقتراحات بأنه يمكن أن يكون سليل قزم من H erectus أو ربما تطورت من جنس أوسترالوبيثكس الأكثر ارتباطًا بالبشر الحديث. عاشت هذه المجموعة منذ أكثر من مليوني سنة ، وتحتسب هيكل لوسي الشهير بين أعضائها.

يقول كولينز إن البروتينات يمكن أن تضع هذا اللغز في الفراش:
أنا مقتنع تمامًا بأن لدينا بروتين Homo floresiensis حوله ، وسيكون قابلاً للتسلسل ، وسيخبرنا بالمكان الذي يناسب شجرة العائلة.
يمكن أن يكون الشيء نفسه صحيحًا بالنسبة للإنسان الصغير الآخر ، Homo luzonensis. تم اكتشاف عظامها وأسنانها في كهف بجزيرة لوزون في الفلبين منذ عدة سنوات ، وتم الإبلاغ عنها في وقت سابق من هذا العام 5. على نحو مشابه لـ H. floresiensis ، لم تسفر هذه العينات عن الحمض النووي. يقول أرماند سلفادور ميجاريس ، عالم الآثار في جامعة الفلبين في مدينة كويزون ، إنه يخطط لإرسال لويلكير سن حيوان وجد في الكهف حيث تم العثور على لوزونينيس ، لاختبار جدوى تحليل البروتينات في المواد المدارية القديمة.

بينما يستعد الباحثون لإجراء المزيد من التحليلات البروتينية على البشر الأقدمين ، فإن العمل على الحيوانات الأخرى يكشف بالفعل الكثير عن علاقاتهم التطورية في الماضي العميق.

في تحليل حديث ، على سبيل المثال ، استخدم ويلكر وزملاؤه البروتينات لتحديد المكان الذي يتواجد فيه وحيد القرن المنقرض Stephanorhinus على شجرة عائلة وحيد القرن. كما ورد في مطبوعات لم تتم مراجعتها بعد من قبل الأقران 6 ، كان الفريق قادرًا على استخراج البروتينات في بقايا من دمانيسي ، جورجيا ، التي كان عمرها 1.8 مليون عام تقريبًا. يشير نمط بدائل الأحماض الأمينية إلى أن الحيوان كان يرتبط ارتباطًا وثيقًا بوحيد القرن المنحل (Coelodonta antiquitatis).

في حين أن بروتينات Denisovan التبتية جاءت من العاج (النسيج العظمي داخل الأسنان).
قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في العثور على بروتينات قديمة جدًا ، كما يقترح Enrico Cappellini ، أخصائي علم البترولوجيا في جامعة كوبنهاغن ومؤلف مشارك في أعمال ستيفانورهينوس. المينا هي أقسى المواد الموجودة في جسم الفقاريات وتعمل كما يسميه Cappellini كنظام مغلق ، ويمنع الأحماض الأمينية من الترشح. ويقول إن التاريخ البالغ 1.8 مليون عام "لا يمثل حداً".

في الواقع ، ذهب آخرون إلى الوراء. أبلغ الباحثون عن استخراج تسلسلات الكولاجين من جمل يبلغ عمره 3.4 مليون عام تم العثور عليه في القطب الشمالي 7. وفي ورقة عام 2016 ، استخرجت بياتريس ديمارشي ، عالمة آثار جزيئية حيوية في جامعة تورينو بإيطاليا وزملاؤها ، بروتينات متسلسلة من قشر بيضة نعام عمرها 3.8 مليون عام 8. لم يتم الحفاظ على هذه القذيفة في منطقة القطبية الباردة: لقد جاءت من موقع في تنزانيا ، حيث يبلغ متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوي حوالي 18 درجة مئوية ، كما يقول ديمارشي. وتقول:
لا تتوقع أن تبقى الأشياء في مثل هذه البيئة الحارة". وتضيف أن بروتينات الهومين قد تكون قابلة للاسترداد من نفس الأماكن ، "يجب أن نجربها ، أليس كذلك؟

آلام التسنين

لا تزال هناك عقبات يجب التغلب عليها قبل أن تتمكن البروتينات القديمة من تركيز فروع الشجرة التطورية البشرية. حتى الآن ، تمكن الباحثون من استنتاج تسلسل بروتينات الهومين القديمة بسهولة إلى حد ما ، لأنها تحتوي بالفعل على الحمض النووي من البشر البدائيون ودينيسوفان و H. سابينس. هذا يسمح لهم بالتنبؤ بتسلسل البروتين المحتمل ظهوره في إشارات الطيف الكتلي. يقول سفانتي بيبو ، عالِم الوراثة القديم في معهد ماكس بلانك للأنثروبولوجيا التطورية في لايبزيغ ، ألمانيا:
يمكنك تحديد الشظايا التي تتوقع أن تكون هناك من تسلسلات الجينوم المعروفة ، إما من الكائنات القديمة أو من الناس في الوقت الحاضر ، والبحث عنها.

لكن بينما يتطلع العلماء إلى الوراء في الوقت المناسب ، سوف يحتاجون إلى تحديد تسلسل تلك الأحماض الأمينية بدون خريطة. هذا تحد مستمر للبروتينات القديمة ، لأن البروتينات تتحلل إلى شظايا صغيرة ، وغالبًا ما تكون العينات ملوثة بالبروتينات الحديثة ، كما يقول بابو.
References
1.      1.
Chen, F. et al. Nature 569, 409–412 (2019).
o    
§  PubMed
§  Article
2.      2.
Meyer, M. et al. Nature 531, 504–507 (2016).
o    
§  PubMed
§  Article
3.      3.
Brown, S. et al. Sci. Rep. 6, 23559 (2016).
o    
§  PubMed
§  Article
4.      4.
Welker, F. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 113, 11162–11167 (2016).
o    
§  PubMed
§  Article
5.      5.
Détroit, F. et al. Nature 568, 181–186 (2019).
o    
§  PubMed
§  Article
6.      6.
Cappellini, E. et al. Preprint at bioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.1101/407692v1 (2018).
o     
7.      7.
Rybczynski, N. et al. Nature Commun. 4, 1550 (2013).
o    
§  PubMed
§  Article
8.      8.
Demarchi, B. et al. eLife 5, e17092 (2016).
o    
§  PubMed
§  Article
9.      9.
Welker, F. et al. Nature 522, 81–84 (2015).
o    
§  PubMed
§  Article
10. 10.
Hendy, J. et al. Nature Commun. 9, 4064 (2018).
o    
§  PubMed
§  Article
11. 11.
Hendy, J. et al. Nature Ecol. Evol. 2, 791–799 (2018).
o    
§  PubMed
§  Article
12. 12.
Jersie-Christensen, R. R. et al. Nature Commun. 9, 4744 (2018).
o    
§  PubMed
§  Article
13. 13.
Fiddyment, S. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 15066–15071 (2015).
o    
§  PubMed
§  Article

د.محمد عبد الرحيم
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق

إرسال تعليق

شكراً لمرورك اللطيف

الاسمبريد إلكترونيرسالة