Jurassic Park had het mis: DNA blijft niet miljoenen jaren goed. Maar eiwitten wel. En die zijn bijna net zo nuttig voor onderzoekers.
De samenstelling van eiwitten is een afspiegeling van die van de genen, waardoor oeroude eiwitten een beeld kunnen geven van het DNA van uitgestorven dieren en mensen.
De laatste jaren hebben wetenschappers eiwitten uit fossielen gehaald die miljoenen jaren oud zijn, mogelijk zelfs meer dan 100 miljoen jaar oud. Maar tot nu toe kon er niet genoeg gewonnen worden om het uitgebreid te kunnen analyseren.
Nu is dat probleem opgelost dankzij een nieuwe techniek, en binnenkort wordt ons beeld van de menselijke evolutie wellicht flink bijgesteld.
Gebit verraadt voorouders van neushoorn
Een internationaal wetenschapsteam onder leiding van de geneticus Enrico Cappellini deed de afgelopen jaren onderzoek naar een aantal 1,77 miljoen jaar oude fossielen uit Dmanisi in Georgië.
Deze fossielen, onder meer van uitgestorven wisenten, wolven en neushoorns, bevatten eiwitten. Met name in het tandglazuur waren er veel te vinden.
Wetenschappers hebben eiwitten gewonnen uit een uitgestorven neushoorn, vermoedelijk de soort Stephanorhinus etruscus. Het dier woog ruim 3 ton en was 2 meter hoog.
Tandglazuur is het hardste materiaal van het lichaam, en eiwitten blijven er miljoenen jaren in bewaard.
Met behulp van de techniek tandemmassaspectometrie konden de onderzoekers eerst kleine fragmenten van de eiwitten identificeren. Vervolgens werden de fragmenten met algoritmen uitgebreid door ze te vergelijken met eiwitten van dieren van nu.
Cellen gebruiken genen als blauwdruk voor het vormen van eiwitten, waardoor de samenstelling van de eiwitten een afspiegeling is van die van de genen. Daardoor kunnen ook aan de hand van eiwitten de stamboom en evolutie van dieren in kaart worden gebracht.
Elektrode identificeert eiwitten
1. Elektronen bombarderen eiwitten
De wetenschappers winnen eiwitfragmenten uit het tandglazuur met behulp van zuur en plaatsen ze in een massaspectrometer. Daar worden ze met elektronen gebombardeerd, waardoor ze elektrisch geladen worden.
2. Filter sorteert fragmenten op grootte
Een elektromagnetisch filter laat maar één type fragment per keer door. Het buigt deeltjes af die niet de gewenste verhouding hebben tussen massa en elektrische lading.
3. Eiwitfragmenten botsen op gas
De geselecteerde fragmenten worden met hoge snelheid een vat in gestuurd, waar ze op gasmoleculen botsen. Door de botsingen worden de fragmenten nog een stuk kleiner.
4. Kringloop verraadt identiteit
De kleinere fragmenten gaan in een kringloop om een elektrode. Hoe zwaarder ze zijn in verhouding tot hun eigen elektrische lading, hoe verder van de elektrode ze staan. Een meting van de kringloop toont zo aan waar de fragmenten uit bestaan.
De eiwitfragmenten van een fossiele neushoorn werden vergeleken met eiwitten van alle neushoornsoorten die nu leven en van twee uitgestorven soorten die bekend zijn van vondsten van nog geen 70.000 jaar oud.
Op basis van deze vergelijking konden de onderzoekers een stamboom van de neushoorns opstellen.
Uit deze stamboom bleek onder meer dat de wolharige neushoorn afstamde van het geslacht waartoe de 1,77 miljoen jaar oude neushoorn behoorde.
En de naaste huidige verwant van deze neushoorn blijkt de sumatraneushoorn te zijn.
Eiwitten brengen onze directe voorouder aan het licht
In Dmanisi, waar de 1,77 miljoen jaar oude fossielen zijn gevonden, lagen ook fossielen van de uitgestorven mensensoort Homo erectus. Enkele van de oudste van deze soort buiten Afrika zelfs.
Het is op dit moment niet duidelijk wat precies de verwantschap is tussen de verschillende ondersoorten van Homo erectus.
Bovendien weten onderzoekers niet zeker welke de voorouder is van onze eigen soort Homo sapiens – als Homo erectus überhaupt onze rechtstreekse voorouder is.
De eiwitten van de oermensen uit Dmanisi en van andere mensenfossielen kunnen nu mogelijk een nauwkeurig beeld van ons verleden opleveren.
En dat ziet er misschien wel heel anders uit dan de huidige theorieën.
In Dmanisi in Georgië leefden leden van de mensensoort Homo erectus. Nu kunnen we erachter komen wat de verwantschap precies is tussen die soort en onze eigen soort Homo sapiens.
Wetenschappers hebben eerder stambomen opgesteld van dier- en mensensoorten door de vorm van de botten te vergelijken.
Maar DNA en eiwitten kunnen onverwachte patronen aan het licht brengen. Zo bleek uit een genetische analyse dat olifanten relatief nauw verwant zijn aan goudmollen en aardvarkens.
Genetisch onderzoek heeft aangetoond dat het aardvarken een van de naaste verwanten van de olifant is.
Nu hopen de onderzoekers dat eiwitten uit oud tandglazuur ook een revolutie kunnen teweegbrengen in het beeld van de ontwikkeling van de mens.
Het potentieel van de methode is in ieder geval groot. Veel fossielen bevatten tandglazuur, en nu kunnen wetenschappers stambomen opstellen voor een groot aantal dier- en mensensoorten die een paar miljoen jaar teruggaan in de tijd – en wellicht nog wel verder.