محدودية صلاحية الحمض النووي تجعل البروتينات بديلًا فاعلًا في الكشف عن أسرار التاريخ التطوري للبشر جدًا لم تكن تخطر على البال
المترجم : عدنان أحمد الحاجي
كتب المقدمة عادل عبد الله البشراوي، باحث في علم الإنسان القديم
مقدمة عادل عبد الله البشراوي
كان لاكتشاف الشريط الوراثي وفهم خواصه الطبيعية أثر كبير على العلوم المتعلقة بحياة الأحياء كافة. وقد ازدادت وتيرة الإنجاز في مجال البحث العلمي بعد تطور الأجهزة والبرمجيات المستحدثة لخدمة الدراسات المتعلقة بالشريط الوراثي، وتحديدًا خلال العشرين سنة الأخيرة التي تم فيها تطويع هذا المجال العلمي بشكل فاعل، لينتج عن ذلك الكشف عن حقائق هي غاية في الأهمية في تطبيقات العلوم الجينية، وفي السياقات التي سلكتها الأحياء في مسير تطورها، كل على حدة.
رغم ذلك، ظلت صلاحية العينات الجينية حائلا أمام التقدم في هذا المضمار. فكأي مادة عضوية أخرى، تتعرض المادة الوراثية للتلف مع الوقت، وخصوصًا عندما لا تتوفر لها ظروف حفظ طبيعية جيدة. بل أن المادة الوراثية، ممثلة بشريط الـ DNA، تتعرض للتلف بوتيرة أعلى من الكثير من المواد العضوية الأخرى، وذلك لتعقيد تركيبها العضوي والكيميائي.
في التقرير العلمي الذي المترجم أدناه، يجري الحديث عن مادة عضوية أخرى لطالما ظلت بعيدة عن اهتمام الباحثين في المجالات المتعلقة بتصنيف مجاميع الأحياء، ودراسة تطورها وتفرع أجناسها. المادة العضوية المقصودة هنا هي البروتينات، فبحكم بساطة تركيبها، وعدم توفرها على تكويد رمزي واضح كما هو الحال في الشريط الوراثي، لم يعول عليها للقيام بأي دور فاعل في هذا المجال.
إلا أنه ومع ظهور ما يعرف بعلم البروتينات القديمة paleoproteomics برزت للمادة البروتينية أهمية غير مسبوقة، وخصوصًا في المساحات التي تفشل في التعاطي معها العلوم الجينية. فهذا العلم المعني بدراسة المادة البروتينية المستخرجة من بقايا الأحياء القديمة يعمل بطريقة مشابهة في آليته، إلى حد ما، لما يقوم به علم الجينات مع مادة الـ DNA. ولذا منحنا قدرة على الاستفادة من بقايا كائنات فقدت لقدمها صلاحية موادها الوراثية، ولكن موادها البروتينية لا تزال متماسكة، وقادرة على توفير قدر لا بأس بها من البيانات.
يعد علم البروتينات القديمة من العلوم الحديثة جدًا، وقد جرى تطويره وتوظيفه في البحث العلمي خلال السنوات القليلة الماضية. وبحسب النتائج، فهو يمنحنا الأمل بإحداث نقلة هائلة في المعرفة العلمية، وتحديدًا على مستوى جمع البيانات التي تعد عاملًا أساسيًا في مشروع الدراسة. وعلى سبيل المثال، تقتصر اليوم حصيلتنا الجينية في السلالات البشرية على سلالات ثلاث فقط، هي سلالات الأنسان الحديث والنيانديرتال والدينيسوفان. الانسان الحديث تمت سلسلة جينومه في وقت مبكر نسبيًا، وكان ذلك عام 2003، أما بالنسبة لـ النيانديرتال والدينيسوفان فقد تمت الأولى عام 2010، والثانية عام 2012. السبب في تمكن العلماء من انجاز الجينوم البشري في وقت مبكر هو أولًا سهولة الحصول على المادة الوراثية للبشر الحديث، فمسحة لعاب من أي فرد كافية للحصول عليها. وثانيا، أنه رغم بدائية الأجهزة المستخدمة حينها، إلا أن العينة الجديدة والمتكاملة لا تحتاج لقدرات آلية وبرمجية عالية. بينما احتاجت عينة النيانديرتال لتطوير تقني عالي في التجهيز الآلي، لكي يتم التعويض عن سوء حالة المواد الوراثية النادرة، والمستخرجة من آلاف العظام المتوفرة في المتاحف، ومراكز البحث والعائدة للنيانديرتال. ورغم خصوصية الصدفة التي أدت للحصول على عينة الدينيسوفان التي لا يسع المجال لذكرها، والتي، اختصارا، أتت بشكل مفاجيء ودون سابق معرفة بهذا الجنس البشري حينها، إلا أنها، وإلى حد بعيد،” كانت مشابهة لحالة النيانديرتال.
أعود للتنويه بأن أرشيفنا الجيني في دراساتنا للسلالات البشرية مقتصر على هذه السلالات الثلاث. وما عداها فإن معرفتنا بها مقتصرة، في أحسن الأحوال’ على التركيب التشريحي الذي اهتدينا اليه فقط من خلال البقايا العظمية التي نادرًا ما تكون كاملة. وحتى إن كانت كاملة، فغالبًا ما تكون مبعثرة. وهذا ما يتسبب أحيانًا في اختلاط البقايا في المواقع الآركيولوجية التي تتعدد فيها حالات السكنى والدفن. وهو ما يسهم في تعقيد المشهد، ويتسبب أحيانا في نسج تصورات مغلوطة.
والحال أن أغلب تصوراتنا المتعلقة بسياقات ظهور البشر، وتفرع سلالاتهم، وسيناريوهات انتشارهم وتوزعهم في القارات، لا تزال يشوبها الغموض، وأن الكثير منها قد لا يرقى حتى إلى مستوى الفرضية. والسبب في ذلك، بالتأكيد، عائد إلى ألصعوبة البالغة، بل وأحيانًا المعلومات المعدومة، في قدرتنا على جمع البيانات، وخصوصًا تلك البيانات التي تتوفر على مستوى أدنى من تفاصيل هوية الكائن صاحب الأثر، والتي تسهل علينا عملية الفرز، فنهتدي ألى لتفريق بين بقايا أفراد عثر عليها في مدفن جامع لعدد منهم.
إذًا فالتعويل على المادة الوراثية DNA كوسيلة لدراسة السلالات البشرية وتصنيفها، واستغلالها في التعرف على مسارات الانتشار لا يبدو أنها عملية متاحة في البقايا القديمة، والتي لم تتوفر لها ظروف حفظ مناسبة، وعلى الأقل في المدى المنظور. ولذلك فالأمر يستدعي الاعتناء بعلم دراسة البروتينات القديمة، والاعتماد عليه في المساحات التي يفشل في تغطيتها علم الجينات. وما يبعث على الأمل، هو ما ذكره التقرير أدناه بأن بروتيوم مينا الأسنان يتميز بتباين في تسلسل تكوينه البروتيني، وهذا كفيل بالتمييز بين الكائنات الحية بطريقة مشابهة، إلى حد ما، للتباين الذي يتميز به شريط الوراثة النووي.
التقرير المترجم
في اللحظة التي يموت فيها أي كائن حي، يبدأ حمضه النووي بالتحلل. عمر النصف للحمض النووي (حيث يتحلل نصفه) هو 521 عامًا في المتوسط، ويفنى تمامًا بعد حوالي 6.8 مليون سنة، حتى في ظل ظروف حفظ مثالية، كما في البيئات باردة والمستقرة.
وهذا يمثل صعوبة كبيرة أمام محاولة فهم تاريخنا التطوري فهمًا معمقًا: فقد ظهرت الرئيسيات ثنائية الأرجل قبل 7 ملايين سنة في أفريقيا، وظهر جنس الهومو (ومنه الإنسان الحديث) (1) قبل حوالي 2.6 مليون سنة. لكن الحمض النووي تحلل بسرعة في الأماكن التي جابها قدماء أسلافنا. ونتيجة لذلك، فإن العديد من التكيفات الرئيسة [مورفولوجية، أو فسيولوجية، أو سلوكية] (2) التي جعلتنا بشرًا فريدًا من نوعه تعود إلى فترة كان فيها الحمض النووي القديم طلسمًا لا يمكن قراءته أو فك رموزه.
لكن تقنية جديدة أتاحت لنا دراسة ما هو أبعد من تاريخ انتهاء صلاحية (فناء أو عدم بقاء أي أثر لـ) الحمض النووي في أفريقيا، للإجابة على أسئلة طالما بقيت بلا اجابة عن أسلافنا. يُطلق على هذا العلم اسم علم مجموعة البروتينات القديمة للخلايا (بروتيوم) (3، 4) وهو دراسة البروتينات القديمة (5) التي تبقى لفترة أطول من بقاء الحمض النووي. ذكرت كريستينا وارينر Christina Warinner، باحث علم الآثار الجزيئية الحيوية في جامعة هارفارد، وزملاؤها في ورقة بحثية نشرت عام 2022: “البروتينات جزيئات حيوية معمرة وقادرة على البقاء على قيد الحياة لملايين السنين.” يُشفّر (يحفظ) الحمض النووي التعليمات اللازمة لتكوين الأحماض الأمينية، التي تتحد في سلاسل طويلة لتكوين البروتينات. ولأن البروتينات تتحلل ببطء أكثر من الحمض النووي، فإنها تُصبح موردًا قيّمًا جدًا لفهم التطور البشري.
علماء الآثار وثورة الحمض النووي
شهد اهتمام علماء الآثار بالحمض النووي القديم ارتفاعًا حادًا منذ عام 2010، عندما نشر باحثون مسودة لجينوم الـ نياندرتال (إنسان بدائي) (6)، مؤكدين أن الـ نياندرتال تزاوج مع أسلاف الكثير من البشر من معاصريه. ومنذ 2010، استُخدمت هذه التقنية للإجابة على عدد من الأسئلة المتعلقة بالآثار، مثل متى تم استيطان الأمريكيتين (7) وأستراليا (8)، ومتى بدأت الزراعة (9)، وكيف انتشرت اللغات والثقافات (10).
إلا أن هناك نقاط ضعف رئيسة في الاعتماد فقط على الحمض النووي القديم (11). فبالرغم من أن تقنيات استخراج الحمض النووي من العظام القديمة جدًا قد تطورت بشكل كبير بمر السنين، إلا أن الحمض النووي يتحلل إلى جزئيات صغيرة جدًا على مدى آلاف السنين بسبب تأثير نور الشمس والحرارة والرطوبة. ونتيجة لذلك، فإن تحليل الحمض النووي لعظام وأسنان القدماء محدود زمنيًا [وذلك بسبب تحلل الـ DNA السريع نسبيًا على مدى بضعة آلاف من السنين]، مما لا يجعلنا متمكنين من معرفة الكثير عن تطورنا القديم جدًا من خلال استخدام هذه التقنية.
هذه مشكلة تتعقد أكثر في أفريقيا، حيث جرت أحداث معظم التطور البشري هناك.
صرح آدم فان أرسديل Adam Van Arsdale، باحث في الأنثروبولوجيا الحيوية في كلية ويلسلي Wellesley، لموقع لايڤ ساينس Live Science: “أفريقيا هي مركز ماضينا التطوري، وليس لدينا في أفريقيا حمض نووي قديم يتجاوز عمره الـ 20 ألف سنة تقريبًا في تلك الفترة” (12). وأضاف أن معرفة ما حدث مع أسلافنا القدامى من الناحية البيولوجية قبل ملايين السنين في قلب أفريقيا من شأنه أن يُحدث تغييرًا في فهمنا للتطور البشري.
ثورة في تحليل البروتينات
تُعدّ البروتينات هدفًا مثيرًا لعلماء الأنثروبولوجيا لأنها تدوم حتى عمر أطول من أقدم حمض نووي (13). فهي تحتوي على عدد ذرات أقل، وعدد روابط كيميائية أقل، وبنية أقل حجمً، مما يعني أنها أقل هشاشة [أكثر قوة ووتيرة تحللها أبطأ بكثير] من الحمض النووي، وفقًا لوارينر وزملائه.
استُخرج أول بروتيوم قديم (4 ،14) – وهو مجموعة من البروتينات المُخلقة (15) في خلية أو نسيج أو كائن حي – من عظمة ماموث صوفي (16) عمرها 43 ألف سنة في دراسة نُشرت عام 2012. في عام 2019، أعلن الباحثون عن أقدم بروتيوم من كائن ثديي قديم: من سن قديم عمره 1.9 مليون عام من قرد منقرض هو القردة الضخمة المعروفة بـ جيجانتوبيثيكوس (17، 18). وفي عام 2025، نجح الباحثون في استخراج أقدم البروتينات حتى حينه، من إبيسيرثيريوم Epiaceratherium، وهو مخلوق منقرض (19) يشبه وحيد القرن عاش في القطب الشمالي الكندي منذ أكثر من 21 مليون سنة.
بعد تحسيننا لأساليب وطرق التحليل والتعرف على البروتينات، بدأ باحثو علم الأنثروبولوجيا في استخدام هذه الطرق للإجابة على أسئلة بشأن التطور البشري.
في دراسة (20، 21) نُشرت عام 2020 في مجلة Nature، حلل الباحثون البروتينات الموجودة في مينا أسنان سلف إنسان (22)، وهو شبيه بشري منقرض عاش في أوروبا قبل 800 ألف سنة. واكتشفوا أن بروتينات سلف إنسان تختلف عن بروتينات الإنسان العاقل (23) والنياندرتال (6) وانسان دينيسوفا (24)، مما يجعله فرعًا منفصلاً من شجرة التطور البشري وليس بكونه سلفنا المباشر.
في دراسة (25) نُشرت في أبريل، 2025 في مجلة العلوم Science، استُخدم التحليل البروتيومي أيضًا لمعرفة أن عظم الفك الذي عُثر عليه أول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين قبالة سواحل تايوان (26) له علاقة بإنسان دينيسوفا، وهي مجموعة غامضة من أقارب البشر المنقرضين. قبل ذلك، لم يكن باحثو علم الأنثروبولوجيا القديمة يعرفون ما إذا كان إنسان دينيسوفا (24) قد عاش في ذلك الجانب من العالم. كما أثبت التحليل أنه من الممكن التعرف على البروتينات الموجودة في المتحجرات من المناطق الدافئة والرطبة.
جذورنا الأفريقية
قد يكون تحليل البروتينات القديمة من أكثر العوامل التي أحدثت نقلة في فك رموز تطورنا القديم جدًا. وأبرزت دراستان حديثتان أُجريتا على عظام وأسنان متحجرة من أفريقيا إمكانات هذه الطريقة التحليلية، حيث الدراسات، التي استخدمت الحمض النووي، تكاد أن تكون مستحيلة [وذلك بسب تحلل الـ DNA السريع نسبيًا].
في الدراسة الأولى، التي نشرت في مايو، 2025 في مجلة ساينس (27)، اكتشف علماء الآثار بروتينات قديمة من أسنان أربعة أفراد من جنس بارانثروبوس روبستوس (الإنسان النظير) (28، 29)، وهو قريب للإنسان عاش في فترة قبل 1.8 مليون إلى 1.2 مليون سنة. وأثبتت الدراسة أن الأفراد كانوا ذكرين واثنتين من الإناث. لكن المثير للدهشة أن الباحثين اكتشفوا أن أحد أفراد بارانثروبوس روبستوس، الذي كان يُعتقد أنه ذكر، كان في الواقع أنثى. يشير هذا إلى أن بعض الجماجم التي صُنفت سابقًا على أنها جنس واحد من نوع معروف ربما كانت في الواقع تنتمي إلى مجموعات مجهولة أو أنواع جديدة.
في الدراسة الثانية، التي نُشرت في فبراير، 2025، في مجلة العلوم الجنوب أفريقية (30)، استخرج الباحثون البروتيوم من مينا أسنان أسترالوبيثكس أفريكانوس (31)، الذي عاش في جنوب أفريقيا قبل 3.5 مليون سنة. ورغم أنهم لم يتمكنوا إلا من تحديد الجنس البيولوجي للأسترالوبيثيسينات (32 – 34)، إلا أن الباحثين كتبوا أن “هذه كلها إنجازات مثيرة جدًا، ومن شأنها أن تُحدث ثورة في فهمنا للتطور البشري.”
وصرحت ريبيكا أكرمان Rebecca Ackermann، باحث في علم الأنثروبولوجيا البيولوجية في جامعة كيب تاون، لموقع لايف ساينس، بأن أحد الأسئلة التي قد يُسهم هذا التحليل في الإجابة عليها هو ما إذا كان ذكور وإناث أسلاف البشر وأقاربهم يختلفون اختلافًا كبيرًا في الحجم أو السمات. على سبيل المثال، قد يكشف تحليل البروتين والجنس أن بعض العظام التي فُسِّرت سابقًا على أنها ذكور وإناث من نفس النوع (35) كانت في الواقع لأفراد من نفس الجنس [ذكور أو إناث]، ولكن من أسلاف (36) مختلفين.
حتى الآن، نجح الباحثون في تحليل بروتينات من عدد بسيط من أسلاف البشر القدماء. وبينما يحتوي جسم الإنسان الحديث على أكثر من 100 ألف بروتين، فإن “بروتيوم” مينا الأسنان صغير الحجم؛ حيث يتكون من خمس بروتينات رئيسة لها علاقة بتكوين مينا الأسنان. ومع ذلك، فإن التباين في تسلسل البروتينات كافٍ للتمييز بين الكائنات الحية التي لها سلف مشترك.
آفاق المستقبل
قالت أكرمان إن تحليل التباينات في تلك البروتينات لا يُقدم على الأرجح حلاً كافيًا للإجابة على أسئلة رئيسة، مثل مدى ارتباط أسلاف البشر القدماء بأقاربهم الأقربين [إنسان نياندرتال وإنسان دينسوفا]. على سبيل المثال، قبل ملايين السنين في شرق إفريقيا، تعايشت عدة أنواع من الرئيسيات ثنائية الأرجل بجنب بعضها البعض عبر الزمن (37)، ولكن ما إذا كانت هذه الأنواع المختلفة قادرة على التزاوج والتناسل وإنتاج هجين خصب [أي قادر على التناسل] (38) ليس واضحًا من خلال تحليل العظام وحده.
هل يمكن للبروتينات القديمة أن تُساعد في نهاية المطاف على الإجابة على هذا السؤال؟
أكرمان متفائلة، ولكنها كانت حذرة بأن تكنولوجيا علم البروتينات القديمة ستتقدم لتوضيح العلاقات التطورية بين الأنواع التي لها سلف مشترك.
وأضافت أكرمان أن بروتيومات العظام والمينا قد تفتقد إلى تفاصيل كافية للتمييز بين الأفراد الذين لهم سلف مشترك بنفس قدرة الجينومات على التمييز.
وأضافت أكرمان أن هناك فرصة لتطور التقنيات بما يكفي ليتمكن العلماء من استخراج البروتينات من أنسجة عمرها ملايين السنين.
وكتبت وارينر وزملاؤها أن معظم البروتينات التي يخلٍّقها البشر، بما في ذلك تلك التي تُشكل جزءً من “البروتيوم المظلم [المجهول التركيب والذي ليس له بنية ثلاثية الأبعاد محددة (39)]،” العصي على التحليل، مما يعني أننا لا نعرف الكثير عن وظيفته.
وكتبوا: “ستحمل السنوات العشرون القادمة بالتأكيد الكثير من المفاجآت مع بدء تطبيق هذه القوة التحليلية للإجابة على أسئلة قديمة عن الماضي وابتكار حلول جديدة للمشكلات القديمة.”
مصادر من داخل وخارج النص
1- https://ar.wikipedia.org/wiki/بشراني_(جنس)
2- https://ar.wikipedia.org/wiki/تكيف
3- https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_protein
4- https://ar.wikipedia.org/wiki/بروتيوم
5- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.1c00703
6- https://ar.wikipedia.org/wiki/نياندرتال
7- https://www.livescience.com/how-did-humans-first-reach-the-americas
8- https://www.livescience.com/archaeology/human-evolution/neanderthal-dna-may-refute-65-000-year-old-date-for-human-occupation-in-australia-but-not-all-experts-are-convinced
9- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286742200455X
10- https://www.livescience.com/archaeology/ancient-dna-suggests-ancestors-of-estonians-finns-and-hungarians-lived-in-siberia-4-500-years-ago
11- https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_DNA
12- https://www.nature.com/articles/s41586-022-04430-9
13- https://www.nature.com/articles/s41580-024-00803-2
14- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/pr200721u
15- https://almerja.com/more.php?idm=123872
16- https://ar.wikipedia.org/wiki/ماموث_صوفي
17- https://www.nature.com/articles/s41586-019-1728-8
18- https://ar.wikipedia.org/wiki/جيغانتوبيثيكوس
19- https://ar.wikipedia.org/wiki/باراسيراثيريم
20- https://www.livescience.com/oldest-human-ancestor-dna-homo-antecessor.html
21- https://www.nature.com/articles/s41586-020-2153-8
22- https://ar.wikipedia.org/wiki/إنسان_سلف
23- https://ar.wikipedia.org/wiki/إنسان
24- https://ar.wikipedia.org/wiki/إنسان_دينيسوفا
25- https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3888
26- https://www.livescience.com/archaeology/ancient-jawbone-dredged-off-taiwan-seafloor-belongs-to-mysterious-denisovan-study-finds
27- https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt9539
28- https://www.livescience.com/archaeology/in-a-1st-ancient-proteins-reveal-sex-of-human-relative-from-3-5-million-years-ago
29- https://ar.wikipedia.org/wiki/أناسي_نظير
30- https://www.livescience.com/archaeology/2-2-million-year-old-teeth-reveal-secrets-of-human-relatives-found-in-a-south-african-cave
31- https://sajs.co.za/article/view/18571
32- https://ar.wikipedia.org/wiki/قرد_جنوبي_إفريقي
33- https://ar.wikipedia.org/wiki/قردة_جنوبية
34- https://www.livescience.com/archaeology/in-a-1st-ancient-proteins-reveal-sex-of-human-relative-from-3-5-million-years-ago
35- https://ar.wikipedia.org/wiki/نوع_(تصنيف)
36- https://ar.wikipedia.org/wiki/أحدث_سلف_مشترك
37- https://www.livescience.com/archaeology/ancient-human-ancestor-lucy-was-not-alone-she-lived-alongside-at-least-4-other-proto-human-species-emerging-research-suggests
38- https://ar.wikipedia.org/wiki/تهجين_(أحياء)
39- https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_proteome
المصدر الرئيس
https://www.livescience.com/archaeology/human-evolution/dna-has-an-expiration-date-but-proteins-are-revealing-secrets-about-our-ancient-ancestors-we-never-thought-possible
