O DNA tem prazo de validade. Mas as proteínas estão revelando segredos sobre nossos ancestrais que nunca imaginamos serem possíveis.

Características

Por Cristina Killgrove publicado 14 de agosto de 2025

A análise de proteínas antigas pode preencher as lacunas da evolução humana deixadas pela decomposição do DNA.

DNA breaks down over time. (Image credit: Alamy)

No momento em que uma criatura morre, seu DNA começa a se decompor. Metade dele se degrada a cada 521 anos , em média. Em cerca de 6,8 milhões de anos, mesmo em condições ideais de preservação em ambientes frios e estáveis, todos os vestígios significativos desaparecem.

Esse é um enorme desafio quando se tenta compreender nossa história evolutiva mais profundamente: os primatas bípedes surgiram há 7 milhões de anos na África, e nosso gênero surgiu há cerca de 2,6 milhões de anos. Mas o DNA se decompõe rapidamente nos lugares por onde nossos ancestrais distantes vagaram. Como resultado, muitas das principais adaptações que nos tornam unicamente humanos datam de um período em que o DNA antigo era indecifrável.

Mas uma nova técnica está nos permitindo olhar para além da data de validade do DNA na África, para responder a perguntas antigas sobre nossos ancestrais. Chamada de paleoproteômica, trata-se do estudo de proteínas antigas, que duram mais que o DNA.

"As proteínas são biomoléculas de longa duração, capazes de sobreviver por milhões de anos", escreveram Christina Warinner , arqueóloga biomolecular da Universidade Harvard, e seus colegas em um artigo de 2022. O DNA codifica as instruções para a produção de aminoácidos, que se combinam em longas cadeias para formar proteínas. Como as proteínas se decompõem mais lentamente do que o DNA, elas estão se tornando um recurso extremamente valioso para a compreensão da evolução humana.

Arqueólogos e a revolução do DNA

O interesse dos arqueólogos pelo DNA antigo disparou desde 2010, quando pesquisadores publicaram um rascunho do genoma neandertal , confirmando que os neandertais acasalaram com os ancestrais de muitos humanos modernos. Desde então, a técnica tem sido usada para responder a uma série de questões arqueológicas, como quando as Américas e a Austrália foram colonizadas, quando a agricultura foi inventada e como línguas e culturas podem ter se espalhado.

Mas há grandes desvantagens em confiar apenas em DNA antigo. Embora as técnicas de extração de DNA de ossos muito antigos tenham avançado significativamente ao longo dos anos, o DNA se decompõe em fragmentos menores ao longo de milênios devido aos efeitos da luz solar, calor e umidade. Como resultado, a análise de DNA dos ossos e dentes de nossos parentes antigos tem um limite de tempo que nos impede de aprender sobre nossa evolução mais distante por meio dessa técnica.

Relacionado: O DNA humano mais antigo revela um ramo misterioso da humanidade

Uma coleção de ossos de neandertais. A análise de DNA desses ossos antigos só pode ser feita até certo ponto, pois o DNA se degrada com o tempo. (Crédito da imagem: Patrick AVENTURIER via Getty Images)

Esse é um problema ainda maior na África, onde ocorreu a maior parte da evolução humana.

"A África é o centro do nosso passado evolutivo, e não temos DNA antigo na África além de uma escala de talvez 20.000 anos neste momento", disse Adam Van Arsdale , antropólogo biológico do Wellesley College, à Live Science. Saber o que estava acontecendo biologicamente com nossos ancestrais distantes há milhões de anos no centro da África transformaria nossa compreensão da evolução humana, disse Van Arsdale.

Uma explosão na análise de proteínas

As proteínas são um alvo interessante para antropólogos porque podem sobreviver até mesmo ao DNA mais antigo. Elas têm menos átomos, menos ligações químicas e uma estrutura mais compacta, o que significa que são menos frágeis que o DNA, de acordo com Warriner e colegas.

O primeiro proteoma antigo — um grupo de proteínas expressas em uma célula, tecido ou organismo — foi extraído de um osso de mamute-lanoso de 43.000 anos em um estudo publicado em 2012. Em 2019, pesquisadores anunciaram o proteoma de mamífero mais antigo da época: o de um dente de 1,9 milhão de anos do extinto parente dos macacos Gigantopithecus . 

E em 2025, pesquisadores extraíram com sucesso as proteínas mais antigas até então, do Epiaceratherium , uma criatura extinta semelhante a um rinoceronte que viveu no Ártico canadense há mais de 21 milhões de anos.

À medida que aprimoramos os métodos de identificação de proteínas, os antropólogos estão começando a usar esses métodos para responder perguntas sobre a evolução humana.

Em um estudo de 2020 publicado na revista Nature , pesquisadores analisaram as proteínas do esmalte dentário do Homo antecessor , um parente humano extinto que viveu na Europa há 800.000 anos. Eles descobriram que as proteínas do Homo antecessor eram diferentes daquelas do Homo sapiens , dos neandertais e dos denisovanos, tornando-os um ramo separado da nossa árvore evolutiva, em vez de nossos ancestrais diretos.

Em um estudo publicado em abril na revista Science , a análise proteômica também foi usada para descobrir que uma mandíbula misteriosa encontrada pela primeira vez no início dos anos 2000 na costa de Taiwan estava relacionada aos Denisovanos, um grupo de parentes humanos extintos. Antes disso, os paleoantropólogos não sabiam se os Denisovanos haviam vivido naquela parte do mundo. A análise também demonstrou que é possível identificar as proteínas encontradas em fósseis de regiões quentes e úmidas.

Nossas raízes africanas

A paleoproteômica pode ser ainda mais transformadora para decifrar nossa evolução mais distante. Dois estudos recentes de ossos e dentes fósseis da África, onde estudos de DNA são quase impossíveis, destacam o potencial do método.

Relacionado: O genoma humano egípcio antigo mais antigo e completo já sequenciado revela laços com a Mesopotâmia

No primeiro estudo, publicado em maio na revista Science , arqueólogos recuperaram proteínas antigas dos dentes de quatro membros da espécie Paranthropus robustus , um parente humano que viveu entre 1,8 milhão e 1,2 milhão de anos atrás. Eles mostraram que dois dos indivíduos eram machos e duas eram fêmeas. Surpreendentemente, porém, os pesquisadores descobriram que um dos indivíduos de P. robustus que se pensava ser macho era, na verdade, fêmea. Isso sugere que alguns crânios previamente classificados como um sexo de uma espécie conhecida podem ter pertencido, na verdade, a grupos não identificados ou a espécies recém-descobertas.

Um dente de Homo sapiens e um dente de Neandertal. Pesquisadores estão analisando as proteínas em dentes como esses para entender melhor sobre os humanos antigos. (Crédito da imagem: MATTHIEU RONDEL via Getty Images)

No segundo estudo, publicado em fevereiro no South African Journal of Science , pesquisadores recuperaram o proteoma do esmalte dentário do Australopithecus africanus , um parente humano que viveu na África do Sul há 3,5 milhões de anos. Embora tenham conseguido identificar apenas o sexo biológico dos australopitecos , os pesquisadores escreveram que "todas essas são descobertas incrivelmente empolgantes que estão prestes a revolucionar nossa compreensão da evolução humana".

Uma questão que essa análise poderia ajudar a responder é se machos e fêmeas de nossos ancestrais e parentes diferiam drasticamente em tamanho ou características, disse Rebecca Ackermann , antropóloga biológica da Universidade da Cidade do Cabo, à Live Science. Por exemplo, a análise de proteínas e sexo poderia revelar que alguns ossos anteriormente interpretados como machos e fêmeas da mesma espécie eram, na verdade, indivíduos do mesmo sexo, mas de linhagens diferentes.

Até agora, porém, os cientistas analisaram com sucesso proteínas de apenas um pequeno número de ancestrais humanos antigos. No entanto, embora os humanos modernos possuam mais de 100.000 proteínas em seu corpo, o "proteoma" do esmalte é minúsculo; é composto por apenas cinco proteínas principais relacionadas à formação do esmalte. Ainda assim, a variação nas sequências de proteínas pode ser suficiente para diferenciar organismos relacionados.

Fronteiras do futuro

A análise das diferenças nessas proteínas provavelmente não fornece resolução suficiente para responder a questões-chave, como o parentesco entre ancestrais e parentes humanos antigos, disse Ackermann. Por exemplo, há milhões de anos, na África Oriental, várias espécies de primatas bípedes se sobrepuseram no tempo , mas não fica claro apenas com base em seus ossos se elas poderiam cruzar e criar híbridos férteis.

Relacionado: O DNA mais antigo do mundo revela segredos do ecossistema perdido do Ártico de 2 milhões de anos atrás

Proteínas antigas poderiam eventualmente ajudar a responder essa pergunta?

Ackermann está cautelosamente otimista de que a tecnologia avançará o suficiente para que a paleoproteômica esclareça as relações evolutivas entre grupos intimamente relacionados.

"Se podemos ou não dizer mais sobre hibridização é uma boa questão", disse ela.

HISTÓRIAS RELACIONADAS

— Bezerro de mamute de 130.000 anos cheira a 'terra e carne fermentadas', revela necropsia

— Túmulo real no Benim tem vestígios de sangue humano em suas paredes, sugerindo sacrifício humano, segundo estudo

— Cientistas descobrem amostra de DNA de 1 milhão de anos escondida sob o fundo do mar da Antártida

Mesmo assim, os proteomas ósseos e do esmalte podem nunca ser detalhados o suficiente para distinguir indivíduos intimamente relacionados da mesma forma que os genomas, acrescentou Ackermann.

Mas há uma chance de que as técnicas melhorem o suficiente para que os cientistas extraiam proteínas de tecidos com milhões de anos, acrescentou Ackermann.

A maioria das proteínas produzidas pelos humanos, incluindo aquelas que fazem parte do "proteoma escuro", não foram analisadas, o que significa que temos pouca ideia do que elas fazem, escreveram Warriner e colegas.

"Os próximos 20 anos certamente nos reservarão muitas surpresas, à medida que começarmos a aplicar esse poder analítico para responder a perguntas antigas sobre o passado e inovar novas soluções para velhos problemas", escreveram eles.

A mais antiga evidência genética humana já recuperada de fóssil de 800.000 anos

Publicado em 04/01/2020
ASSUNTO (S): Atapuerca , Homo antecessor , paleoproteômica

Informações genéticas de um fóssil humano de 800.000 anos foram recuperadas pela primeira vez. Os resultados, financiados em parte pela The Leakey Foundation, lançaram luz sobre um dos pontos de ramificação da árvore genealógica humana, chegando muito mais longe no tempo do que era possível anteriormente.

---

Restos esqueléticos do antecessor Homo. Crédito da foto: Prof. José María Bermúdez de Castro.

---

Um importante avanço nos estudos de evolução humana foi alcançado depois que os cientistas recuperaram o mais antigo conjunto de dados genéticos humanos de um dente de 800.000 anos pertencente ao antecessor Homo da espécie hominina.

 

As descobertas de cientistas da Universidade de Copenhague (Dinamarca), em colaboração com colegas do CENIEH (Centro Nacional de Pesquisa sobre Evolução Humana) em Burgos, Espanha e outras instituições, são publicadas hoje (1 de abril de 2020) na Nature .

 

“A análise de proteínas antigas fornece evidências de uma estreita relação entre o Homo antecessor , nós ( Homo sapiens ), neandertais e denisovanos. Nossos resultados apoiam a ideia de que o Homo antecessor era um grupo irmão do grupo que contém Homo sapiens , Neanderthals e Denisovans ”, diz Frido Welker, pesquisador de pós-doutorado no Globe Institute, Universidade de Copenhague, e primeiro autor do artigo.

Reconstruindo a árvore genealógica humana

Usando uma técnica chamada espectrometria de massa, os pesquisadores sequenciaram proteínas antigas do esmalte dental e determinaram com confiança a posição do antecessor Homo na árvore genealógica humana.

 

O novo método molecular, a paleoproteômica, desenvolvido por pesquisadores da Faculdade de Saúde e Ciências Médicas da Universidade de Copenhague, permite que os cientistas recuperem evidências moleculares para reconstruir com precisão a evolução humana mais remotamente do que nunca.

 

As linhagens humana e chimpanzé se separaram cerca de 9 a 7 milhões de anos atrás. Os cientistas têm buscado incansavelmente entender melhor as relações evolutivas entre nossa espécie e as outras, todas agora extintas, na linhagem humana.

 

“Muito do que sabemos até agora é baseado nos resultados de análises antigas de DNA ou em observações da forma e da estrutura física dos fósseis. Por causa da degradação química do DNA ao longo do tempo, o DNA humano mais antigo recuperado até agora é datado em não mais do que aproximadamente 400.000 anos ”, diz Enrico Cappellini, professor associado do Globe Institute, Universidade de Copenhague e principal autor do artigo.

 

"Agora, a análise de proteínas antigas com espectrometria de massa, uma abordagem comumente conhecida como paleoproteômica, permite superar esses limites", acrescenta.

---

Fósseis de homo antecessores foram encontrados no local de Gran Dolina, Sierra de Atapuerca, em Burgos, Espanha. Crédito da foto: Prof. José María Bermúdez de Castro.

---

Os fósseis analisados ​​pelos pesquisadores foram encontrados pelo paleoantropólogo José María Bermúdez de Castro e sua equipe em 1994 no nível estratigráfico TD6 do local da caverna Gran Dolina, um dos sítios arqueológicos e paleontológicos da Serra de Atapuerca, na Espanha.

 

As observações iniciais levaram a concluir que o antecessor Homo era o último ancestral comum aos humanos modernos e aos neandertais, uma conclusão baseada na forma física e na aparência dos fósseis. Nos anos seguintes, a relação exata entre o antecessor do Homo e outros grupos humanos, como nós e os neandertais, foi discutida intensamente entre os antropólogos.

 

Embora a hipótese de que o Homo antecessor possa ser o ancestral comum dos neandertais e dos humanos modernos seja muito difícil de se encaixar no cenário evolutivo do gênero Homo, novas descobertas em TD6 e estudos subsequentes revelaram vários caracteres compartilhados entre as espécies humanas encontradas em Atapuerca e no Neandertais. Além disso, novos estudos confirmaram que as características faciais do antecessor Homo são muito semelhantes às do Homo sapiens e muito diferentes das dos neandertais e de seus ancestrais mais recentes.

---

Reconstrução digital do espécime ATD6-69 da coleção de antecessores Homo. Técnicas de microtomografia computadorizada (micro-CT) foram usadas para realizar esta reconstrução. Crédito da imagem: Prof. Laura Martín-Francés

---

“Estou feliz que o estudo das proteínas forneça evidências de que as espécies antecessoras do Homo podem estar intimamente relacionadas ao último ancestral comum do Homo sapiens , neandertais e denisovanos. Os recursos compartilhados pelo Homo antecessor com esses homininos apareceram claramente muito mais cedo do que se pensava anteriormente. Portanto, o homo antecessor seria uma espécie básica da humanidade emergente formada por neandertais, denisovanos e humanos modernos ”, acrescenta José María Bermúdez de Castro, co-diretor científico das escavações em Atapuerca e co-autor correspondente no artigo.

Experiência de classe mundial

Achados como esses são possíveis por meio de ampla colaboração entre diferentes campos de pesquisa: da paleoantropologia à bioquímica, proteômica e genômica populacional.

---

Apoie pesquisas como esta. Doe hoje para a The Leakey Foundation . Sua doação será correspondida.

---

Um dente do antecessor Homo foi estudado usando análise de proteínas antigas. Crédito da foto: Prof. José María Bermúdez de Castro.

---

A recuperação de material genético antigo a partir de espécimes fósseis mais raros requer experiência e equipamentos de alta qualidade. Essa é a razão por trás da colaboração estratégica de dez anos entre Enrico Cappellini e Jesper Velgaard Olsen, professor do Centro de Pesquisa de Proteínas da Fundação Novo Nordisk, Universidade de Copenhague, e co-autor do artigo.

 

“Este estudo é um marco emocionante na paleoproteômica. Utilizando espectrometria de massa de ponta, determinamos a sequência de aminoácidos nos restos de proteínas do esmalte dental Homo antecessor . Podemos então comparar as antigas sequências de proteínas que lemos com as de outros homininos, por exemplo, neandertais e homo sapiens , para determinar como eles são geneticamente relacionados ”, diz Jesper Velgaard Olsen.

 

“Estou realmente ansioso para ver o que a paleoproteômica irá revelar no futuro”, conclui Enrico Cappellini.

 

O estudo da evolução humana por paleoproteômica continuará nos próximos anos através da recém-criada “Paleoproteômica para financiamento de estudos sobre história humana (PUSHH)”, financiada pela UE, Marie S. Curie European Training Network (ETN), liderada por Enrico Cappellini, e envolvendo muitos dos coautores do artigo.

 

A pesquisa é financiada pelos programas VILLUM FONDEN, Novo Nordisk Foundation e Marie Sklowowska-Curie Actions Individual Fellowship e International Training Network, com financiamento adicional da The Leakey Foundation.

---

Categoria:: Artigo de periódico
ASSUNTO (S): Atapuerca , Homo antecessor , paleoproteômica

Não é a primeira vez: identificando fósseis de hominina a partir de suas proteínas

Enrique G. Olivares

 

Você alega que a identificação de um maxilar denisovano de 160.000 anos de idade a partir de suas proteínas é a primeira da paleoproteômica ( Nature 570 , 433-436; 2019 ). Isso não é inteiramente verdade.

Jerold Lowenstein foi pioneiro na detecção e identificação de proteínas por métodos imunológicos em fósseis de homininas ( Homo erectus de 0,5 milhão de anos e Australopithecus robustus de 1,9 milhão de anos) e outras espécies animais ( JM Lowenstein Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 292 , 143-149 (1981) ; ver também C. Borja et al., Am. J. Phys. Anthropol. 103 , 433-441; 1997 ).

 

Essas técnicas imunológicas se baseavam em informações de ligação às proteínas e, portanto, eram menos precisas do que a espectrometria de massa, que pode fornecer diretamente a sequência de aminoácidos de proteínas fósseis, como o colágeno da mandíbula de Denisovan. No entanto, eles foram um marco importante na história dos métodos moleculares usados ​​para identificar fósseis de homininas.

 

Natureza 573 , 196 (2019)

doi: 10.1038 / d41586-019-02692-4

 

DNA: proteínas antigas estão começando a revelar a história da humanidade

Proteínas que datam de mais de um milhão de anos foram extraídas de alguns fósseis e poderiam ajudar a responder algumas perguntas difíceis sobre seres humanos arcaicos.

Matthew Warren

Homo floresiensis é uma das espécies que os pesquisadores esperam estudar sequenciando proteínas antigas. Crédito: Adaptado de Arquivo da História Mundial / Alamy

Versão em PDF

Em algum momento nos últimos 160 mil anos, mais ou menos, os restos mortais de um ser humano antigo acabaram em uma caverna no planalto tibetano na China. Talvez o indivíduo tenha morrido ali, ou partes foram levadas para lá por seus parentes ou um limpador de animais. Em poucos anos, a carne desapareceu e os ossos começaram a se deteriorar. Então, milênios gotejaram. As geleiras recuaram e depois voltaram e recuaram novamente, e tudo o que foi deixado para trás foi um pouco de queixada com alguns dentes. O osso tornou-se gradualmente revestido em uma crosta mineral, e o DNA desse antigo ancestral foi perdido para o tempo e o clima. Mas alguns sinais do passado persistiram.
 
Nas profundezas dos dentes dos hominídeos, as proteínas permaneciam degradadas, mas ainda identificáveis. Quando os cientistas os analisaram no início do ano, eles detectaram o colágeno, uma proteína de suporte estrutural encontrada nos ossos e outros tecidos. E em sua assinatura química havia uma única variante de aminoácido que não está presente no colágeno de humanos modernos ou neandertais - em vez disso, marcou o maxilar como pertencente a um membro do misterioso grupo hominino chamado Denisovans ¹ .  

A descoberta de um Denisovan na China foi um marco importante. Foi o primeiro indivíduo encontrado fora da caverna de Denisova, na Sibéria, onde todos os outros restos de seu tipo já haviam sido identificados. E a localização do local no platô tibetano - mais de 3 mil metros acima do nível do mar - sugeria que os denisovanos tinham conseguido viver em ambientes com muito frio e baixo oxigênio.
 
Mas a descoberta também marcou outro marco: foi a primeira vez que uma antiga hominina foi identificada usando apenas proteínas.
 
É uma das descobertas mais marcantes ainda para o campo incipiente da paleoproteômica, em que os cientistas analisam proteínas antigas para responder a perguntas sobre a história e evolução dos seres humanos e outros animais. As proteínas, que permanecem em fósseis por muito mais tempo do que o DNA, podem permitir que cientistas explorem novas eras da pré-história e usem ferramentas moleculares para examinar ossos de uma parte muito mais ampla do mundo do que é atualmente possível, de acordo com os defensores do campo.

Mamãe é uma neandertal, papai é um denisovano: primeira descoberta de um híbrido humano-antigo

Anteriormente, cientistas haviam recuperado proteínas de dentes de animais de 1,8 milhão de anos e uma casca de ovo de 3,8 milhões de anos. Agora, eles esperam que a paleoproteômica possa ser usada para fornecer insights sobre outros fósseis hominídeos antigos que perderam todos os vestígios de DNA - do Homo erectus , que percorreu partes do mundo de cerca de 1,9 milhão a 140 mil anos atrás, ao Homo floresiensis , o diminutivo. espécies 'hobbit' que viveram na Indonésia há 60 mil anos.  
Ao observar as variações dessas proteínas, os cientistas esperam responder a perguntas antigas sobre a evolução de grupos humanos antigos, como as linhagens ancestrais diretas do Homo sapiens . "Eu acho que você pode basicamente desbloquear toda a árvore humana", diz Matthew Collins, um bioarqueólogo da Universidade de Copenhague que está na vanguarda do campo desde os anos 80, quando consistia de apenas um punhado de pesquisadores.

A maioridade

Apesar da empolgação, alguns argumentam que os pesquisadores poderiam se esforçar para pintar um quadro definitivo da história humana a partir das informações que os pesquisadores podem obter das proteínas, o que é limitado em comparação com o obtido pelo DNA. E muitos temem que a paleoproteômica em geral possa ser suscetível a resultados espúrios, decorrentes de questões como contaminação. "Você vê uma pesquisa muito boa, e então você vê pessoas que publicam coisas que são muito estranhas, porque elas não pensam criticamente sobre os métodos", diz Philipp Stockhammer, um arqueólogo da Universidade Ludwig Maximilian de Munique, na Alemanha.
Nas últimas duas décadas, o DNA recuperado de antigos fósseis transformou a compreensão dos cientistas sobre a evolução humana. A análise das semelhanças e diferenças no DNA de diferentes grupos de hominina permitiu que os pesquisadores mapeassem a árvore genealógica emaranhada de uma forma que anteriormente não era possível. E material genético levou a algumas descobertas importantes, como a descoberta de Denisovans em primeiro lugar.

As seqüências de proteína de colágeno desta queixada de 160 mil anos identificaram-na como um Denisovan do planalto tibetano. Crédito: F. Chen et al. / Nature

Mas as lacunas gritantes permanecem nessa imagem. O DNA foi sequenciado a partir de apenas três grupos de hominina: Neandertais, Denisovanos e Homo sapiens , principalmente de espécimes com menos de 100.000 anos de idade (uma exceção notável é um par de neandertais primitivos de 430.000 anos da Espanha ² ).  

Vá algumas centenas de milhares de anos atrás, e as coisas ficam muito mais obscuras. Este foi um período de tempo em que muitas coisas interessantes estavam acontecendo, diz Frido Welker, um antropólogo molecular da Universidade de Copenhague. Foi quando os denisovanos e os neandertais ramificaram-se da linhagem que se tornaria humanos modernos, por exemplo. Mas continua sendo uma parte obscura da história humana.  

Os pesquisadores não sabem, por exemplo, se o antigo hominin Homo heidelbergensis , que viveu em torno de 700.000 a 200.000 anos atrás, foi um ancestral tanto de H. sapiens quanto de neandertais ou parte de apenas o ramo neandertal, como alguns sugeriram. "Muito disso acontece além do alcance do DNA antigo", diz Welker.
 
Volte um milhão de anos ou mais, e as coisas ficam ainda menos claras. O H. erectus , por exemplo, surgiu pela primeira vez na África há cerca de 1,9 milhão de anos, mas, sem evidências de DNA, permanece incerto exatamente como está relacionado a hominídeos posteriores, incluindo o H. sapiens .
 
DNA antigo também deixou pontos cegos geográficos. O DNA degrada mais rápido em ambientes quentes, por isso, embora um espécime de 100 mil anos encontrado em uma caverna siberiana gelada ainda possa abrigar material genético, um fóssil que passou tanto tempo no calor da África ou no sudeste asiático geralmente não o fará. Como resultado, pouco se sabe sobre a genética de hominídeos relativamente recentes dessas regiões, como o H. floresiensis .
 
Agora os pesquisadores esperam que a análise de proteínas comece a preencher alguns desses espaços em branco. A ideia não é nova: já na década de 1950, pesquisadores relataram encontrar aminoácidos em fósseis. Mas por um longo tempo, a tecnologia necessária para sequenciar proteínas antigas simplesmente não existia. “Durante a maior parte da minha carreira, sinceramente, acreditei genuinamente que não conseguiríamos recuperar antigas seqüências de proteínas”, diz Collins.
 
Isso mudou nos anos 2000, depois que os pesquisadores perceberam que a espectrometria de massa - uma técnica usada para estudar proteínas modernas - também poderia ser aplicada a proteínas antigas. A espectrometria de massa envolve essencialmente a quebra de proteínas em seus peptídeos constituintes (cadeias curtas de aminoácidos) e a análise de suas massas para deduzir sua composição química.

Dividido por DNA: a relação inquieta entre arqueologia e genômica antiga

Os pesquisadores usaram esse método para vasculhar centenas de fragmentos ósseos para identificar os tipos de animais de onde vieram. Nessa abordagem específica, chamada zooarchaeology por espectrometria de massa ou ZooMS, os pesquisadores analisam um tipo de colágeno. A massa dos componentes do colágeno difere em vários grupos e espécies, fornecendo uma impressão digital característica que permite aos pesquisadores identificar a fonte do osso.
 
O ZooMS foi usado em um artigo de 2016 para identificar um osso hominíneo entre milhares de fragmentos da caverna Denisova - um osso que a análise de DNA posteriormente mostraria pertencer a um híbrido, apelidado de Denny, com uma mãe neandertal e um pai denisovano.  

Mesmo com esse resultado, a antiga análise de proteínas já havia ampliado substancialmente nossa visão da evolução humana, diz o geneticista populacional Pontus Skoglund, do Instituto Francis Crick, em Londres. Katerina Douka, arqueóloga do Instituto Max Planck para a Ciência da História Humana em Jena, na Alemanha, está agora usando a técnica para pesquisar 40.000 fragmentos ósseos não identificados da Ásia, na esperança de descobrir hominídeos mais antigos.
 
Mas ZooMS pinta uma imagem apenas em pinceladas largas. Uma vez que um osso é identificado como pertencente a uma hominina, por exemplo, outras técnicas são necessárias para aprofundar. Assim, outros se voltaram para a proteômica shotgun, que visa identificar todas as sequências de proteínas em uma amostra - seu proteoma. A composição do proteoma depende do tipo de tecido que está sendo examinado, mas frequentemente inclui várias formas de colágeno. Esse método gera milhares de sinais, o que o torna muito mais informativo do que o ZooMS, diz Douka, mas também mais complicado de interpretar. Ao combinar esses sinais com sequências conhecidas em bancos de dados, os pesquisadores podem identificar as sequências exatas de colágeno ou outras proteínas em sua amostra.
 
Os cientistas podem então comparar esta nova sequência proteica determinada com a mesma proteína de outros grupos de hominina, procurando semelhanças e diferenças em aminoácidos individuais que ajudarão a colocar a hominina na árvore genealógica. Isso é semelhante a como os pesquisadores de DNA antigos observam variações de letras únicas em sequências genéticas.

Preenchendo as lacunas

Embora os pesquisadores tivessem usado análise de proteínas junto com sequenciamento antigo de DNA antes de ⁴ , o tibetano Denisovan foi o primeiro hominídeo antigo para o qual só as proteínas foram analisadas - e outras poderiam ser seguidas em breve (veja 'Obtendo fósseis para falar'). Um olhar sobre as seqüências protéicas de H. heidelbergensis , por exemplo, poderia esclarecer sua relação com o H. sapiens e o Neanderthal.

Créditos: H. floresiensis : P. Brown et al ., Nature ; Dente de Denisovan: R. Reich et al ., Nature ; Híbrido Denny: Tom Higham, Univ. Oxford; Queixada de Denisovan: F. Chen et al . (Ref. 1) / Natureza ; H. naledi : LR Berger et al / eLife ; Neandertal: M. Meyer et al . (Ref. 2) / Natureza ; H. erectus : Nat. Hist. Mus./Alamy; Stephanorhinus : Nat. Hist. Mus. Dinamarca; Lucy: 120 via Wikimedia Commons; Casca de avestruz: Terry Harrison

Os debates rodaram durante uma década e meia sobre a natureza de H. floresiensis , cujos restos foram descobertos na ilha indonésia de Flores em 2003. A sua relação com outros hominídeos não é clara, com sugestões de que poderia ser um anão descendente de H erectus , ou talvez até mesmo que evoluiu do gênero Australopithecus que é mais distantemente relacionado aos humanos modernos. Este grupo viveu mais de 2 milhões de anos atrás e conta o famoso esqueleto de Lucy entre seus membros.
 
Proteômica poderia colocar esse mistério para a cama, diz Collins. "Estou totalmente convencido de que temos a proteína Homo floresiensis por perto, e ela será sequenciável, e nos dirá onde isso se encaixa na árvore genealógica", diz ele. O mesmo poderia ser verdade para outro pequeno hominídeo, Homo luzonensis. Seus ossos e dentes foram descobertos em uma caverna na ilha de Luzon, nas Filipinas, há alguns anos, e relatados no início deste ano ⁵ . Similarmente ao H. floresiensis , essas amostras não produziram DNA. Armand Salvador Mijares, um arqueólogo da Universidade das Filipinas na cidade de Quezon, diz que planeja enviar a Welker um dente animal da caverna onde o H. luzonensis foi encontrado, para testar a viabilidade de analisar proteínas em materiais tropicais antigos.
 
Enquanto os pesquisadores se preparam para fazer análises proteômicas em hominídeos antigos, o trabalho com outros animais já está revelando muito sobre suas relações evolutivas no passado profundo.

O antigo clã fantasma da Sibéria começa a entregar seus segredos

Em uma análise recente, por exemplo, Welker e seus colegas usaram proteômica para descobrir onde o extinto rinoceronte Stephanorhinus se encaixa na árvore genealógica dos rinocerontes. Conforme relatado em uma pré-impressão que ainda não foi revisada por pares ⁶ , a equipe conseguiu extrair proteínas em restos de Dmanisi, Geórgia, que tinham quase 1,8 milhão de anos de idade. O padrão de substituições de aminoácidos sugere que o animal estava intimamente relacionado com o extinto rinoceronte lanudo (Coelodonta antiquitatis ).
 
Enquanto as proteínas do Denisovan tibetano vinham da dentina, o tecido ósseo dentro dos dentes, essas proteínas Stephanorhinus estavam trancadas no esmalte que cobre o dente. Isso pode ser particularmente útil para encontrar proteínas muito antigas, sugere Enrico Cappellini, especialista em paleoproteômica da Universidade de Copenhague e co-autor do trabalho de Stephanorhinus . O esmalte é o material mais duro no corpo dos vertebrados e atua como o que Cappellini chama de sistema fechado, impedindo a saída dos aminoácidos. A data de 1,8 milhão de anos “não representa um limite”, diz ele.
 
De fato, outros foram mais para trás. Pesquisadores relataram a extração de seqüências de colágeno de um camelo de 3,4 milhões de anos encontrado no Ártico ⁷ . E em um artigo de 2016, Beatrice Demarchi, uma arqueóloga biomolecular da Universidade de Turim, na Itália, e seus colegas extraíram e sequenciaram proteínas de uma casca ^de ovo de avestruz com 3,8 milhões de anos ⁸ . Esta concha não foi preservada em uma região polar fria: ela veio de um local na Tanzânia, onde a temperatura média anual do ar é de cerca de 18 ° C, diz Demarchi. "Você não esperaria que as coisas sobrevivessem em um ambiente tão quente", diz ela. Proteínas de hominina podem ser recuperadas dos mesmos lugares, ela acrescenta: "Temos que tentar, não é?"

Dores de dentição

Ainda há obstáculos a serem superados antes que proteínas antigas possam focar os ramos da árvore evolutiva humana. Até agora, os pesquisadores conseguiram deduzir as seqüências de antigas proteínas homininas com bastante facilidade, porque elas já possuem DNA de neandertais, denisovanos e H. sapiens .

 Isso permite prever as sequências de proteínas que provavelmente aparecerão em seus sinais de espectrometria de massa. “Você pode identificar os fragmentos que espera encontrar nas sequências conhecidas do genoma, tanto dos organismos antigos quanto das pessoas atuais, e procurá-los”, diz Svante Pääbo, paleogeneticista do Instituto Max Planck de Antropologia Evolutiva, em Leipzig, Alemanha.
 
Mas, à medida que os cientistas voltarem no tempo, precisarão descobrir a sequência desses aminoácidos sem um mapa. Esse é um desafio contínuo para proteômica antiga, porque as proteínas são degradadas em pequenos fragmentos e as amostras são frequentemente contaminadas com proteínas modernas, diz Pääbo.

As proteínas que persistiram no esmalte dentário por quase 1,8 milhão de anos ajudaram a esclarecer a filogenia de um rinoceronte antigo encontrado em Dmanisi, na Geórgia. Crédito: Museu de História Natural da Dinamarca

Collins está confiante de que isso pode ser feito. Ele aponta para um documento de 2015 ⁹ no qual ele, Welker e outros mapearam a árvore filogenética para os ungulados nativos da América do Sul, um grupo variado de mamíferos de aparência peculiar que foram extintos há cerca de 12.000 anos.  

Sem DNA disponível a partir de fósseis de ungulados, a equipe teve que sequenciar as proteínas de colágeno a partir do zero para compará-las com as de outros animais.  

Eles descobriram que dois ungulados nativos extintos, Toxodon e Macrauchenia, estavam intimamente relacionados a um grupo que inclui cavalos e rinocerontes - e não, como alguns pesquisadores pensavam, o grupo Afrotheria, que inclui elefantes e peixes-boi.
 
Outras limitações são mais fundamentais. Os dentes e ossos antigos contêm um pequeno número de proteínas, portanto, há relativamente poucos fragmentos de informação que podem ser usados ​​para identificar um espécime.  

A análise do tibetano Denisovan, por exemplo, revelou seqüências de oito diferentes tipos de proteína de colágeno, totalizando pouco mais de 2.000 aminoácidos. Apenas um desses aminoácidos diferia das sequências humanas neandertais e modernas, identificando a amostra como Denisovan. Isso significa que, mesmo que um pesquisador fosse capaz de sequenciar as proteínas de um espécime de H. erectus , por exemplo, simplesmente não haveria informações suficientes nas seqüências de aminoácidos para dizer qualquer coisa definitiva sobre sua relação com humanos modernos ou arcaicos. Em comparação, um único genoma antigo contém na ordem de três milhões de variantes em comparação com qualquer outro genoma, diz Skoglund, e por isso é muito mais informativo em relação à evolução.
 
E como as proteínas geralmente desempenham funções cruciais - como a estrutura óssea, por exemplo - nem sempre mudam à medida que as espécies evoluem. As proteínas específicas do esmalte, por exemplo, são exatamente as mesmas em Denisovans, H. sapiens e Neanderthals, portanto, não podem ser usadas para distinguir entre esses grupos. Welker diz, no entanto, que essas proteínas variam em outros grandes símios e poderiam ser mais informativas quando se trata de grupos de hominina mais velhos.
Ainda assim, os pesquisadores sabem muito pouco sobre como as seqüências de proteínas variam em populações de humanos antigos. Os cientistas sequenciaram apenas um único genoma de Denisovan, por exemplo, o que significa que, para identificar o tibetano Denisovan, a equipe comparou as seqüências de proteínas a apenas um outro membro desse grupo. Pode ser que outros Denisovans tivessem variantes diferentes. "Muitos geneticistas são bastante céticos em relação à metodologia, mas acho que é porque eles percorreram um longo caminho para entender a variação genômica em populações antigas", diz Douka.

Aprendendo com o passado

Existem outros desafios também. Alguns pesquisadores estão preocupados com o fato de que o burburinho mais amplo em torno da paleoproteômica poderia fazer com que o campo caísse nas mesmas armadilhas que o antigo campo de DNA fez há 20 anos. Muitos resultados aparentemente empolgantes da década de 1990 e início de 2000 - a descoberta de DNA de dinossauros ou insetos presos em âmbar, por exemplo - mais tarde se revelaram falsos porque eram produtos de contaminação ou outros erros metodológicos. "Eu não ficaria surpreso se isso acontecesse com o mundo da proteômica", diz Douka.
 
Aqueles que lideram o caminho no campo estão cientes desses problemas, e muitos pesquisadores estão fazendo esforços para criar uma ciência robusta. Entre eles está Jessica Hendy, uma arqueóloga da Universidade de York, no Reino Unido, que é pioneira no uso de proteínas para estudar a dieta dos primeiros humanos. Em um artigo de 2018, Hendy e seus colegas identificaram proteínas em 8.000 anos de idade cerâmica de Çatalhöyük na Turquia moderna, que revelou que os antigos habitantes comiam várias plantas e animais, e até mesmo processavam o leite em soro ¹⁰ .
 
"Essa técnica é tão interessante e fascinante que está recebendo muita atenção, especialmente agora", diz Hendy. "Nós realmente precisamos estar nos movendo com cuidado", acrescenta ela. Juntamente com Welker, Hendy é o autor principal em um artigo descrevendo as melhores práticas para o campo, desde evitar a contaminação até compartilhar dados em repositórios públicos ¹¹ .
 
Hendy acrescenta que é preciso haver mais pesquisas básicas sobre como as proteínas sobrevivem e se degradam em escalas de tempo longas. Esse tipo de pesquisa pode não fazer manchetes, diz ela, mas pode dar aos pesquisadores muito mais confiança em seus resultados. Ela aponta para o trabalho de Demarchi como um exemplo: Demarchi descobriu que as proteínas de sua casca de ovo de 3,8 milhões de anos estavam presas à superfície dos cristais minerais na casca, essencialmente congelando-as no lugar. "O que é legal sobre isso é que ele está realmente explicando por que as proteínas estão sobrevivendo, o que torna a descoberta muito mais robusta", diz Hendy.
 
Embora ainda haja problemas para resolver, o progresso no campo não mostra sinais de desaceleração. E enquanto a evolução humana pode chamar mais atenção, os cientistas estão usando proteômica antiga de todos os tipos, desde o estudo de marcadores de doenças no tártaro de dentes antigos ¹² até a investigação de quais peles de animais foram usadas para criar pergaminhos medievais ¹³ .
 
Demarchi diz que está animada com tudo isso. E quando se trata de calcular as árvores genealógicas de organismos extintos há muito tempo, diz ela, a proteômica tem o potencial de gerar ondas. "Eu não acho que vou ver o fim disso na minha vida", diz ela. "Vai ser realmente muito grande".

Nature 570 , 433-436 (2019)

doi: 10.1038 / d41586-019-01986-x

Referências

1. 1
   Chen, F. et al. Nature 569 , 409-412 (2019).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
2. 2
   Meyer, M. et al. Nature 531 , 504-507 (2016).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
3. 3
   Brown, S. et al. Sci. Rep. 6 , 23559 (2016).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
4. 4
   Welker, F. et al. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 113 , 11162-11167 (2016).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
5. 5
   Détroit, F. et al. Nature 568 , 181-186 (2019).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
6. 6
   Cappellini, E. et al. Pré-impressão em bioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.1101/407692v1 (2018).
7. 7
   Rybczynski, N. et al. Natureza comun. 4 , 1550 (2013).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
8. 8
   Demarchi, B. et al. eLife 5 , e17092 (2016).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
9. 9
   Welker, F. et al. Nature 522 , 81-84 (2015).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
10. 10
    Hendy, J. et al. Natureza comun. 9 , 4064 (2018).
    • • PubMed
      • Artigo
      • Google Scholar
11. 11
    Hendy, J. et al. Nature Ecol. Evol. 2 , 791-799 (2018).
    • • PubMed
      • Artigo
      • Google Scholar
12. 12
    Jersie-Christensen, RR et al. Natureza comun. 9 , 4744 (2018).
    • • PubMed
      • Artigo
      • Google Scholar
13. 13
    Fiddyment, S. et al. Proc. Natl Acad. Sci. EUA 112 , 15066-15071 (2015).
    • • PubMed
      • Artigo
      • Google Scholar

Referências de download