在过去的16万年左右的时间里，古代人类的遗体最终落在中国青藏高原的一个高山洞中。也许个人在那里死亡，或者部分被其亲属或动物清道夫带走。在短短几年内，肉体消失，骨骼开始恶化。然后千禧一滴。冰川退缩然后又返回并再次撤退，留下的所有东西都是有点牙齿的颚骨。骨头逐渐被涂在矿物质外壳中，来自这个古老祖先的DNA因时间和天气而消失。但过去的一些信号仍然存在。

在人的牙齿深处，蛋白质徘徊，退化但仍然可识别。当科学家们在今年早些时候分析它们时，他们发现了胶原蛋白，一种在骨骼和其他组织中发现的结构支持在它的化学特征中是一种单一的氨基酸变体，它不存在于现代人类或尼安德特人的胶原蛋白中 - 相反，它标志着颚骨属于神秘的人类组织Denisovans1的成员。Denisovan在中国的发现是一个重要的里程碑。这是在西伯利亚Denisova洞外发现的第一个人，此前所有其他遗骸都已被确定。该遗址位于青藏高原 - 海拔3000多米 - 表明Denisovans能够生活在非常寒冷，低氧的环境中。

但这一发现也标志着另一个里程碑：这是第一次仅使用蛋白质鉴定出一种古老的人类。

它是古老的蛋白质组学研究领域中最引人注目的发现之一，其中科学家分析古代蛋白质以回答有关人类和其他动物的历史和进化的问题。据该领域的支持者称，蛋白质在化石中的存在时间比DNA长得多，可以让科学家们探索史前时期的全新时代，并利用分子工具来检测世界上比现在更广泛的地区的骨骼。

此前，科学家们从180万年前的动物牙齿和380万年前的蛋壳中回收了蛋白质。现在，他们希望古老的蛋白质组学可以用来提供有关其他古老人类化石的见解，这些化石已经失去了所有DNA的痕迹 - 从直立世界(从190万年到14万年前漫游世界各地)到了佛罗伦萨(Homo floresiensis)。最近6万年前居住在印度尼西亚的“霍比特人”物种。通过观察这些蛋白质的变异，科学家希望回答有关古代人类群体演变的长期问题，例如哪些谱系是智人的直系祖先。。哥本哈根大学的生物考古学家马修柯林斯说：“我认为你基本上可以解锁整个人类的树木。”自20世纪80年代以来，它一直处于该领域的最前沿，当时它只由少数研究人员组成。

一个成熟的时代

尽管令人兴奋，但有些人认为研究人员可能很难从研究人员可以从蛋白质中获得的信息中描绘人类历史的确切图景，这与从DNA中获得的信息相比是有限的。许多人担心古老的蛋白质组学可能会因污染等问题而容易受到虚假结果的影响。德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的考古学家Philipp Stockhammer说：“你看到非常好的研究，然后你会看到那些发表非常奇怪的东西的人，因为他们不会批评这些方法。”

在过去的二十年中，从古代化石中回收的DNA已经改变了科学家对人类进化的理解。分析不同人源组DNA的相同点和不同点，使研究人员能够以一种以前不可能的方式绘制出纠结的家谱。遗传物质已经导致了一些重大发现，例如首先发现了Denisovans。

但在这张照片中仍然存在明显的差距。DNA仅来自三组人源：Neanderthals，Denisovans和Homo sapiens，大部分来自不到10万年的标本(一个值得注意的例外是来自西班牙的一对43万年前的早期尼安德特人2)。进一步回到几十万年，事情变得更加模糊。哥本哈根大学的分子人类学家弗里多韦尔克说，这是一段令人兴奋的事情发生的时期。例如，当Denisovans和Neanderthals从成为现代人类的血统中分支出来时。但它仍然是人类历史的朦胧部分。例如，研究人员不知道古代人类是否是海德堡人生活在大约70万到20万年前的人，曾是H. sapiens和Neanderthals的祖先，或者只是尼安德特人分支的一部分，正如一些人所建议的那样。“很多事情发生在古代DNA的范围之外，”韦尔克说。

回到一百万年或更长时间，事情变得更加清晰。例如，直立人大约在190万年前首次出现在非洲，但没有DNA证据，它仍然不确定它是如何与后来的人类，包括H. sapiens有关。

古代DNA也留下了地理上的盲点。DNA在温暖的环境中降解得更快，因此虽然在寒冷的西伯利亚洞穴中发现的10万年前的标本可能仍然含有遗传物质，但在非洲或东南亚的高温下长时间使用的化石通常不会。因此，对于来自这些区域的甚至相对较新的人类的遗传学知之甚少，例如H. floresiensis。

现在，研究人员希望蛋白质分析可能会开始填补其中的一些空白。这个想法并不新鲜：早在20世纪50年代，研究人员就已经报道了在化石中发现氨基酸。但是长期以来，对古代蛋白质进行测序所需的技术并不存在。“在我职业生涯的大部分时间里，老实说，我真的相信我们无法恢复古老的蛋白质序列，”柯林斯说。

在研究人员意识到质谱 - 一种用于研究现代蛋白质的技术 - 也可以应用于古代蛋白质之后，这种情况在2000年代发生了变化。质谱法主要涉及将蛋白质分解成它们的组成肽(氨基酸的短链)并分析它们的质量以推断它们的化学组成。

研究人员使用这种方法筛选数百个骨碎片，以确定它们来自何种动物。在这种通过质谱或ZooMS称为动物考古学的特定方法中，研究人员分析了一种胶原蛋白。胶原蛋白成分的质量在不同的群体和物种中不同，提供了一个特征指纹，使研究人员能够识别骨骼的来源。

在2016年的论文3中使用了ZooMS来识别来自Denisova Cave的数千个碎片中的一个人类骨骼 - 这个DNA分析后来显示属于一个混合个体，绰号Denny，有一个尼安德特人的母亲和一个Denisovan父亲。伦敦弗朗西斯克里克研究所的人口遗传学家Pontus Skoglund表示，即使仅凭这一结果，古老的蛋白质分析已经大大扩展了我们对人类进化的看法。德国耶拿马克斯普朗克人类历史科学研究所的考古学家卡特琳娜·杜卡现在正在利用该技术搜索来自亚洲的40,000个未识别的骨碎片，希望能够发现更多的古代人类。

但是，ZooMS仅在广泛的笔触中描绘了一幅画。例如，一旦骨被识别为属于人类，则需要其他技术来深入研究。因此，其他人已转向鸟枪蛋白质组学，旨在识别样本中的所有蛋白质序列 - 其蛋白质组。蛋白质组的组成取决于被检查的组织类型，但通常包括各种形式的胶原蛋白。Douka说，这种方法可以发出数千个信号，这使得它比ZooMS更具信息性，但也很难解释。通过将这些信号与数据库中的已知序列相匹配，研究人员可以识别样品中胶原蛋白或其他蛋白质的确切序列。

然后科学家们可以将这种新确定的蛋白质序列与来自其他人源组的相同蛋白质进行比较，寻找有助于将人源蛋白质置于家谱中的单个氨基酸的相似性和差异性。这类似于古代DNA研究人员如何看待基因序列中的单字母变异。

填补空白

尽管研究人员在4之前使用了蛋白质分析和古老的DNA测序，但西藏杰尼索万是第一个仅对蛋白质进行分析的古老人类 - 而其他人可能很快就会这样做(参见“让化石说话”)。例如，观察来自H. heidelbergensis的蛋白质序列可以阐明其与H. sapiens和Neanderthals的关系。

关于H. floresiensis的性质，争论已经旋转了十五年，其遗骸在2003年在印度尼西亚的弗洛雷斯岛上被发现。它与其他人类的关系尚不清楚，有人认为它可能是H的矮人后代。直立，或者甚至是从南方古猿属进化而来的，它与现代人类的关系更为疏远。这个团体生活在200多万年前，其成员中有着名的露西骷髅。

柯林斯说，蛋白质组学可以把这个谜团放到床上。他说：“我完全相信我们的佛罗里达人体内有蛋白质，并且它是可测序的，它会告诉我们哪里适合家谱。”对于另一种小人类人类(Homo luzonensis)来说也是如此。它的骨骼和牙齿是几年前在菲律宾吕宋岛的一个洞穴中发现的，并在今年早些时候报道了5。与H. floresiensis相似，这些样品没有产生DNA。菲律宾奎松市大学的考古学家阿尔芒·萨尔瓦多·米哈雷斯说，他计划从洞穴中向韦尔克发送动物牙齿，其中H. luzonensis被发现，以测试分析古代热带材料中蛋白质的可行性。

随着研究人员准备对古代人类进行更多的蛋白质组学分析，对其他动物的研究已经揭示了他们在过去的进化关系。

例如，在最近的一项分析中，韦尔克和他的同事用蛋白质组学来研究濒临灭绝的犀牛Stephanorhinus在犀牛科树上的位置。由于在尚未同行评议的预印本报道6，该小组能够在遗体从德马尼西，格鲁吉亚，那是近180万年的历史，以提取蛋白质。氨基酸取代的模式表明该动物与已灭绝的羊毛犀牛(Coelodonta antiquitatis)密切相关。

虽然西藏杰尼索万的蛋白质来自牙本质，牙齿内的骨组织，但这些Stephanorhinus蛋白被锁在覆盖牙齿的牙釉质中。哥本哈根大学的古植物组学专家，Stephanorhinus工作的共同作者恩里科·卡佩里尼(Enrico Cappellini)表示，这对于寻找非常古老的蛋白质特别有用。牙釉质是脊椎动物体内最硬的物质，起到Cappellini称之为封闭系统的作用，防止氨基酸浸出。他说，这个180万年前的日期“不代表限制”。

事实上，其他人已经走得更远了。据研究人员报道，从北极7号发现的一种有着340万年历史的骆驼中提取胶原蛋白序列。在2016年的一篇论文中，意大利都灵大学的生物分子考古学家Beatrice Demarchi和她的同事从一个有380万年历史的鸵鸟蛋壳中提取并测序了蛋白质8。Demarchi说，这种壳未被保存在寒冷的极地地区：它来自坦桑尼亚的一个地方，那里的年平均气温约为18°C。“你不会指望东西能在如此炎热的环境中存活下来，”她说。Hominin蛋白可能可以在同一个地方恢复，她补充说：“我们必须尝试，不是吗?”

痛苦的痛苦

在古老的蛋白质能够使人类进化树的枝条成为焦点之前，仍然存在需要克服的障碍。到目前为止，研究人员已经能够相当容易地推断出古人类蛋白质的序列，因为他们已经拥有来自尼安德特人，杰尼索文和智人的DNA。这使他们能够预测可能出现在质谱信号中的蛋白质序列。德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所的古生物学家SvantePääbo说：“你可以从已知的基因组序列中鉴定出你想要的片段，来自古代生物或现代人，并寻找它们。”

但随着科学家们进一步追溯，他们需要在没有地图的情况下计算出那些氨基酸的序列。Pääbo说，这对古代蛋白质组学来说是一个持续的挑战，因为蛋白质被降解成小片段，而样品经常被现代蛋白质污染。

柯林斯相信它可以做到。他指出了2015年的一篇论文9，其中他，韦尔克和其他人为南美洲的本地有蹄类动物绘制了系统发育树，这是一组多种看似奇特的哺乳动物，大约在12000年前灭绝。由于没有来自有蹄类动物化石的DNA，研究小组不得不从头开始对胶原蛋白进行测序，以便与其他动物进行比较。他们发现两种已灭绝的本地有蹄类动物Toxodon和Macrauchenia与包括马和犀牛的群体密切相关 - 而不是像一些研究人员所认为的那样，包括大象和海牛在内的Afrotheria群体。

其他限制更为根本。古老的牙齿和骨骼含有少量蛋白质，因此可用于识别标本的信息块相对较少。例如，西藏杰尼索万的分析揭示了八种不同类型的胶原蛋白的序列，总共略多于2,000个氨基酸。这些氨基酸中只有一种不同于尼安德特人和现代人类序列，将样本鉴定为Denisovan。这意味着即使研究人员能够对直立人的蛋白质进行测序例如，在氨基酸序列中可能没有足够的信息可以说明它与现代或古代人类的关系。相比之下，单个古代基因组与任何其他基因组相比，包含大约三百万种变体，Skoglund说，因此在进化方面提供了更多信息。

而且因为蛋白质经常发挥关键功能 - 形成骨骼的结构 - 比如说它们并不总是随着物种的进化而变化很大。例如，牙釉质特有的蛋白质在Denisovans，H。sapiens和Neanderthals中完全相同，因此不能用于区分这些组。然而，韦尔克说，这些蛋白质在其他类人猿中确实存在差异，并且当涉及到较老的人类组织时，可能会提供更多信息。

尽管如此，研究人员对古代人类中蛋白质序列的变化知之甚少。例如，科学家只对一个单独的Denisovan基因组进行了测序，这意味着为了识别西藏Denisovan，该团队将蛋白质序列与该组中的另一个成员进行了比较。可能是其他Denisovans有不同的变种。“许多遗传学家对方法论持怀疑态度，但我认为这是因为他们在理解古代种群的基因组变异方面已经走了很长的路，”杜卡说。

从过去中学习

还有其他挑战。一些研究人员担心，围绕古生物组学的更广泛的嗡嗡声可能导致该领域陷入与20年前古代DNA领域相同的陷阱。从20世纪90年代和21世纪初期开始的许多显然令人兴奋的结果 - 例如恐龙或被困在琥珀中的昆虫的DNA被发现 - 后来被证明是错误的，因为它们是污染或其他方法错误的产物。“如果这种情况发生在蛋白质组学世界，我不会感到惊讶，”杜卡说。

领导该领域的人都意识到了这些问题，许多研究人员正在共同努力创造一个强大的科学。其中包括英国约克大学的考古学家杰西卡·亨迪，他开创了蛋白质的研究，以研究早期人类的饮食。在2018年的一篇论文中，Hendy和她的同事在现代土耳其的Çatalhöyük中发现了具有8,000年历史的陶瓷中的蛋白质，这些陶瓷显示古代居民吃了各种植物和动物，甚至将牛奶加工成乳清10。

“这种技术非常有趣，非常吸引人，而且真的得到了很多关注，特别是现在，”Hendy说。“我们真的需要谨慎行事，”她补充道。Hendy与Welker共同撰写了一份文章，其中概述了该领域的最佳实践，从避免污染到公共存储库中的共享数据11。

Hendy补充说，需要对蛋白质如何在很长的时间尺度内存活和降解进行更基础的研究。她说，这种研究可能不会成为头条新闻，但可以让研究人员对他们的结果更有信心。她指出Demarchi的工作是一个例子：Demarchi发现她380万年前的蛋壳中的蛋白质已经结合到壳中的矿物晶体表面，基本上将它们冷冻到位。“这真的很酷，它实际上解释了为什么蛋白质存活下来，这使得这一发现更加强大，”Hendy说。

尽管仍有待解决的问题，但该领域的进展并未显示出放缓的迹象。虽然人类进化可能得到最多的关注，但科学家们正在以各种方式使用古老的蛋白质组学，从研究古代牙齿12的疾病标记，到调查哪些动物皮用于创造中世纪羊皮纸13。

Demarchi说她很满意这一切。她说，在研究长期灭绝的有机体的家谱时，蛋白质组学有可能产生波动。“我不认为我会在生命中看到它的结束，”她说。“它真的会非常大”。