Fossilien aus der Zeit vor 2,1 Millionen bis 300.000 Jahren in Ostasien sind wichtige Materialien für die Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte des Homo erectus in Ostasien. Allerdings haben ihr langes Alter und die traditionellen destruktiven Probenahmemethoden die molekulare Forschung an diesen wertvollen Proben stark eingeschränkt und eine Reihe wichtiger wissenschaftlicher Fragen zur menschlichen Evolution lange Zeit ungelöst gelassen.
Kürzlich gelang es dem Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zum ersten Mal, endogene Schmelzproteindaten mit phylogenetischen Informationen von sechs etwa 400.000 Jahre alten Zahnfossilien des Homo erectus aus dem mittleren Pleistozän an drei Standorten in Zhoukoudian, Peking, Hexian, Anhui und Sunjiadong, Henan zu erhalten, ohne die vollständige Form der Fossilien zu zerstören. Dies ist das erste Mal auf der Welt, dass molekulare Informationen mit den Identifizierungsmerkmalen des Homo erectus gewonnen wurden, wodurch das Interaktionsnetzwerk antiker menschlicher Gruppen in Ostasien während des Mittelpleistozäns neu gestaltet wurde.
Um die vollständige Form des Fossils nicht zu zerstören, untersuchte das wissenschaftliche Forschungsteam einen nahezu „zerstörungsfreien“ Bewertungs- und Probenahmeplan und schlug ihn auf innovative Weise vor. Zunächst verwendeten die Forscher eine Matrix-unterstützte Laserdesorptions-Ionisations-Flugzeit-Massenspektrometrie, um den Erhalt alter Proteine im alten menschlichen Zahnschmelz zu untersuchen.
Auf dieser Grundlage wandte das Team zum ersten Mal die minimal schädigende Probenahmetechnologie des Säureätzens auf Fossilien des Homo erectus aus dem mittleren Pleistozän an. Diese Technologie verbraucht nur einen kleinen Bereich des Oberflächenschmelzes und gewinnt effizient endogene Proteine, ohne die Fossilmorphologie grundsätzlich zu beeinträchtigen.
Genau aufgrund dieses entscheidenden Durchbruchs konnten wissenschaftliche Forscher erstmals die ostasiatischen Homo erectus-Fossilien aus Zhoukoudian, Hexian, Sunjiadong und anderen Orten auf molekularer Ebene untersuchen.
Den Forschern gelang es, 6–11 endogene schmelzbezogene Proteine zu identifizieren, darunter 650–3457 Peptidsegmente, und die konstruierte Konsensussequenz deckte 269–903 Aminosäurestellen ab.
Dies ist das erste Mal auf der Welt, dass Daten zu endogenen Schmelzproteinen mit charakteristischen phylogenetischen Informationen aus Fossilien des Homo erectus gewonnen wurden, und es handelt sich außerdem um das bislang älteste antike menschliche Proteom in Ostasien. Die Studie verschob die Zeitspanne des ostasiatischen antiken menschlichen Proteoms von vor etwa 160.000 Jahren auf mindestens 400.000 Jahre.
Gehört der Homo erectus in China zum selben Evolutionszweig oder repräsentieren sie mehrere unterschiedliche Ursprünge oder relativ isolierte Gruppen? Die Heterogenität der physischen Form der Fossilien des Homo erectus aus dem mittleren Pleistozän in Ostasien hat eine langfristige Debatte unter Wissenschaftlern ausgelöst.
Die Schmelzproteindaten lieferten eine entscheidende Antwort. Die Studie entdeckte eine entscheidende neue Mutation – einen einzelnen Aminosäurepolymorphismus im Ameloblastin AMBN A253G. Die Mutation wurde in allen sechs Homo erectus-Proben identifiziert und wurde bei keinem anderen veröffentlichten archaischen, modernen oder anderen lebenden oder fossilen Primaten gefunden.
Die Studie erstellte einen Datensatz zum Vergleich endogener Proteine, der sechs ostasiatische Homo erectus und ein Harbin-Individuum umfasste. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die sechs ostasiatischen Homo erectus eindeutig in einem Zweig gruppierten und deutlich von Denisova-Menschen, Neandertalern und modernen Menschen getrennt waren.
Diese Entdeckung liefert zum ersten Mal direkte molekulare Beweise, die bestätigen, dass der Homo erectus aus den oben genannten drei Standorten in China zu einer unabhängigen Evolutionsgruppe gehört, löst die langjährige Kontroverse über die interne Klassifizierung des Homo erectus in Ostasien und schließt die Lücke im Verständnis der genetischen Eigenschaften des Homo erectus.
In allen sechs ostasiatischen Homo erectus-Proben aus dem mittleren Pleistozän identifizierte das Forschungsteam außerdem eine weitere gemeinsame Schlüsselmutation, AMBN M273V, verfolgte die entsprechende kodierende DNA-Region zurück und führte eine detaillierte Analyse durch. Dabei kam heraus, dass einige Gene aus dem Denisova-Genom in den modernen Menschen eingedrungen sind und ihr Ursprung auf die mit dem mittleren Pleistozän verwandten Populationen von Zhoukoudian, Hexian und Sunjiadong zurückgeführt werden kann.
Auf der Grundlage der oben genannten Studien haben wissenschaftliche Forscher ein unbekanntes Bild der menschlichen Evolution skizziert: Der Homo erectus in Ostasien, der vor 400.000 Jahren von Zhoukoudian vertreten wurde, ist nicht nur eine einzigartige Evolutionsgruppe, sondern auch eine der Quellen antiker Gene im modernen menschlichen Genpool.
Diese Studie ist die erste, die den Homo erectus von einer morphologischen kognitiven Einheit in eine evolutionäre Einheit mit klaren genetischen Beiträgen umwandelt; Auf molekularer Ebene wurden tiefe genetische Verbindungen zwischen dem ostasiatischen Homo erectus, der mit Zhoukoudian, Hexian und Sunjiadong, den Denisova-Menschen verwandt ist, und einigen heutigen modernen menschlichen Populationen entdeckt und wichtige Beweise für das Verständnis der Komplexität der antiken menschlichen Evolution und des Genaustauschnetzwerks innerhalb der Gattung Homo geliefert.
Das in der Studie verwendete innovative Methodensystem von der Probenahme bis zur Datenanalyse hat die Paläoproteomik von einem Werkzeug, das sich auf die Identifizierung von Abstammungslinien konzentriert, zu einer zentralen Forschungsmethode verwandelt, die unabhängig Evolutionshypothesen ableiten und verifizieren kann. Es hat ein Referenzforschungsparadigma für die Erforschung älterer menschlicher Gruppen etabliert und die Paläoproteomik als wichtiges Mittel zur Entschlüsselung der Geschichte der menschlichen Evolution hervorgehoben.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in Nature veröffentlicht (Natur)Vorgesetzter.
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Zum ersten Mal extrahierten Wissenschaftler genetische Informationen über Abstammungsmerkmale aus Fossilien des Homo erectus
Die geografische Lage des Homo erectus-Standorts im mittleren Pleistozän Chinas und die Beispielinformationen dieser Studie