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La paleoproteómica es una disciplina de secuenciación de proteínas procedentes de especímenes antiguos, que está comenzando a explotarse de manera más extendida en los últimos años. Permite trazar relaciones evolutivas comparando entre individuos las proteínas que cumplen la misma función, de forma similar a como hace la genómica comparando regiones genéticas equivalentes. Como las proteínas son más estables que el ADN y no se degradan tan rápidamente, en algunos materiales fosilizados muy antiguos sí se pueden recuperar y estudiar proteínas, pero no ADN. Por ejemplo, los restos humanos más antiguos de los que se ha podido analizar el genoma son los de Sima de los Huesos (Atapuerca), de 430 ka (miles de años), mientras que ya se han estudiado proteínas de otros restos humanos de casi 1 Ma (millón de años), y ya hay intentos con restos de 1,77 Ma. Por tanto, esta técnica viene a ayudar a donde la paleogenómica no llega. Veamos varios casos destacados:

• El cráneo de castor gigante Castoroides ohioensis. Datado en unos 12.000 años, fue encontrado en 1845 y estaba expuesto en el New York State Museum. El análisis publicado en 2016 de proteínas conservadas en los cornetes nasales, permite conocer la ubicación de esta especie dentro de Castoroidinae y su parentesco con otros representantes de esta subfamilia.

• También se ha publicado en 2019 el estudio taxonómico de distintas aves a partir de las proteínas de los huesos de especies extinguidas (dodo, Raphus cucullatus, y alca gigante, Pinguinus impennis), así como de otros especímenes más recientes de distintas especies.

• Un rinoceronte del género Stephanorhinus que vivía en Dmanisi hace 1,77 millones de años, conservaba proteínas en su esmalte dental que han ayudado a situarlo filogenéticamente como un grupo hermano del clado formado por el rinoceronte lanudo (Coelodonta antiquitatis) y el rinoceronte de Merck (Stephanorhinus kirchbergensis).

• Se ha podido confirmar el vínculo filogenético de Gigantopithecus con Pongo, gracias al estudio de seis proteínas preservadas en el esmalte y la dentina de un molar de Gigantopithecus blacki de 1,9 Ma encontrado en la cueva china de Chuifeng. Los linajes de Gigantopithecus y del orangután (su pariente actual más cercano) se separaron hace unos 10 Ma. Ese molar ha proporcionado los restos moleculares más antiguos que se han podido secuenciar de un fósil.

• También en 2019 se publicó una mandíbula denisovana de 160.000 años, hallada en en la cueva Karst Baishiya en Xiahe (China) a 3280 metros de altitud. Su pertenencia a dicha población humana se pudo determinar a partir de las proteínas de uno de sus molares.

• Finalmente, en abril 2020 se ha publicado el estudio proteómico de un diente de Homo antecessor, un primer o segundo molar inferior permanente (espécimen ATD6-92) de unos 800 ka, el proteoma más antiguo de un hominino que se ha podido presentar hasta la fecha, que viene a reforzar la ubicación de este taxón muy relacionado (grupo hermano) con el último ancestro común de sapiens, neandertales y denisovanos.

En este mismo estudio sobre Homo antecessor también se analizó un primer molar superior (D4163) de un hominino de Dmanisi datado en 1,77 Ma, sin resultados concluyentes, pero su antigüedad genera una enorme expectativa sobre la posibilidad de investigar las proteínas conservadas en el esmalte dental, el tejido más duro en el esqueleto de los mamíferos, y obtener grandes resultados para enriquecer nuestro conocimiento sobre las relaciones filogenéticas en la evolución humana.

Abusando del tópico, esto es solo el comienzo… Los resultados satisfactorios que proporciona la paleoproteómica para la revisión de nuestra filogenia, está ya empujando a investigadores a explotar más esta disciplina. Uno de los retos será averiguar por fin qué fue Homo erectus, taxón que abarca una diversidad de especímenes procedentes de grandes regiones de Asia y África (si incluimos a Homo ergaster) y una enorme línea temporal de más un millón y medio de años.

He consultado a José María Bermúdez de Castro su opinión sobre si será aplicable la paleoproteómica sobre algún otro resto de Homo erectus, y si podríamos esperar una relación entre los erectinos asiáticos y Homo antecessor:

Estoy convencido de que ya se están haciendo análisis con otros dientes, y H. antecessor entrará en la comparativa. Los próximos años serán divertidos y habrá más de una sorpresa. Ya se encontraron proteínas en un rinoceronte de Dmanisi, así que también las habrá en los humanos. Es una lástima que el diente analizado [Welker F et al, 2020] era un trozo muy roto y contaminado. Por supuesto, hay una relación entre H. erectus y H. antecessor, porque comparten un antecesor común. Pero estoy convencido de que hay que ir muy atrás en el tiempo para encontrarlo. Quizá haya que llegar hasta la época de Dmanisi. Lo veremos, seguro.

Beavers, rhinos, Denisovans, Gigantopithecus and Homo antecessor

Paleoproteomics is a discipline of sequencing proteins from ancient specimens, which has begun to be more widely exploited in recent years. It allows evolutionary relationships to be traced by comparing proteins with the same function between individuals, in a similar way as genomics does by comparing equivalent genetic regions. Because proteins are more stable than DNA and do not degrade as quickly, it is possible to recover and study proteins in some very old fossilized materials, but not DNA. For example, the oldest human remains from which the genome could be analysed are those from Sima de los Huesos (Atapuerca), dated to 430 ka (thousands of years), while we already have studies of proteins from other human remains of almost 1 Ma (million years), and there are already attempts with proteins of 1.77 Ma. Therefore, this technique helps where palaeogenomics cannot reach. Let’s look at some outstanding cases:

• The giant beaver skull, Castoroides ohioensis. Dated to about 12,000 years ago, it was found in 1845 and was on display at the New York State Museum. The study published in 2016 of proteins preserved in the nasal turbinates, permits to determine the place of this species within Castoroidinae and its relationship with other representatives of this subfamily.

• Bone proteins from different extant birds (dodo, Raphus cucullatus, and great auk, Pinguinus impennis), as well as from other more recent specimens of different species, were also published in 2019 to determine their taxonomic classification.

• A rhinoceros of the genus Stephanorhinus that lived in Dmanisi 1.77 million years ago, retained proteins in the tooth enamel that helped to phylogenetically place it as a sister group of the clade formed by the woolly rhinoceros (Coelodonta antiquitatis) and Merck’s rhinoceros (Stephanorhinus kirchbergensis).

• The phylogenetic link between Gigantopithecus and Pongo was confirmed by studying six proteins preserved in the enamel and dentin of a 1.9 Ma molar of Gigantopithecus blacki found in the Chinese cave of Chuifeng. The lineages of Gigantopithecus and the orangutan (its current closest relative) split about 10 million years ago. That molar provided the oldest molecular remains ever sequenced from a fossil.

• Also in 2019, a 160,000-year-old Denisovan mandible was published, found in the Karst Baishiya cave in Xiahe, China, at an altitude of 3,280 metres. Its classification to this human population could be determined from the proteins found in one of its molars.

• Finally, we have the proteomic study of a Homo antecessor tooth, a first or second permanent lower molar (specimen ATD6-92) dated to c. 800 ka, published in April 2020. This is the oldest hominin proteome presented to date, which reinforces the location of this species closely related (sister taxon) to the last common ancestor of sapiens, Neandertals and Denisovans.

In that same study on Homo antecessor, a first upper molar (D4163) of a Dmanisi hominin dated 1.77 Ma was also analyzed, without conclusive results, but its dating generates an enormous expectation about the possibility of investigating the proteins preserved in dental enamel, the hardest tissue in the mammals skeleton, and obtaining important results to enrich our knowledge about phylogenetic relationships in human evolution.

This is just the beginning… The satisfactory results that paleoproteomics provides for the revision of our phylogeny, is already pushing researchers to exploit this discipline further. One of the challenges will be to finally figure out what was the taxon Homo erectus which aggregates a diversity of specimens from vast regions of Asia and Africa (if we include Homo ergaster) and a huge timeline of 1.5+ million years.

I have asked José María Bermúdez de Castro for his opinion on whether paleoproteomics will be applicable to any other Homo erectus remains, and whether we could expect a relationship between the Asian erectines and Homo antecessor:

I am convinced that other teeth are already under analysys, and H. antecessor will be part of the comparison. The next few years will be fun and there will be more than one surprise. Proteins were already found in a Dmanisi rhino, so there will be proteins in humans as well. It’s a pity that the analyzed tooth [Welker F et al, 2020] was a very broken and contaminated fragment. Of course, there is a relationship between H. erectus and H. antecessor, because they share a common ancestor. But I’m convinced that we’ll have to go far back in time to find it. Maybe we’ll have to reach the Dmanisi’s age. We will find it, for sure.