PEAKS Studio軟件在中晚更新世丹尼索瓦人在白石崖溶洞生存研究的應(yīng)用
2024年7月，蘭州大學(xué)張東菊教授和中國科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎院士共同領(lǐng)銜，聯(lián)合丹麥哥本哈根大學(xué)團(tuán)隊，在Nature發(fā)表題為“Middle and Late Pleistocene Denisovan subsistence at Baishiya Karst Cave”的研究成果，這一研究主要揭示了中晚更新世夏河丹尼索瓦人在白石崖溶洞的古生態(tài)和生存策略的新圖景�；瘶�(biāo)本質(zhì)譜數(shù)據(jù)的蛋白和肽段鑒定使用PEAKS Studio完成。
白石崖溶洞地區(qū)的動物群落組成
結(jié)合形態(tài)學(xué)和動物考古質(zhì)譜法（ZooMS），對2,567 個動物標(biāo)本中的 2,005 個（78.1%）完成了分類學(xué)鑒定。結(jié)果表明，山羊亞科在動物群落中占主導(dǎo)地位，整個地層中�？苿游锖婉R科動物比例很高，揭示了中晚更新世和晚更新世甘加盆地的景觀以草類為主。森林灌木物種的存在反映了小規(guī)模鑲嵌森林灌木棲息地的分布。此外，還存在各種食肉動物（圖1）。
在食肉動物、小型哺乳動物和鳥類的骨骼中也發(fā)現(xiàn)了人類改造的痕跡（圖5）。102個食肉動物標(biāo)本中，8個黑豹屬、豹亞科和犬科（不包含狐貍）的標(biāo)本發(fā)現(xiàn)了切痕和敲擊缺口。小型哺乳動物中，1個旱獺屬（第 9 層；圖5c ）的橈骨骨干標(biāo)本上觀察到了敲擊缺口，表明提取了骨髓。此外，7 個兔屬（第 3、4 和 11 層）和 4 個旱獺屬（第 9 至 11 層）的前肢和后肢骨干碎片顯示出新鮮的骨斷裂痕跡，這些通常是人類活動產(chǎn)生的。最后，在鳥類遺�。╪ = 45）中，鷹類標(biāo)本上有切割痕跡（n = 1；圖5a）和新鮮骨裂痕跡（n = 3），但其他鳥類標(biāo)本（包括雉類、鵪鶉或貓頭鷹標(biāo)本）上沒有發(fā)現(xiàn)�？傮w而言，動物考古學(xué)數(shù)據(jù)表明，白石崖溶洞人類使用過大型食草動物、小型食肉動物、小型哺乳動物和鳥類進(jìn)行多種活動。
此外，作者從第 11 層發(fā)現(xiàn)了一個可能的改造工具（圖5d），并從第 4、9 和 10 層發(fā)現(xiàn)了三個便于使用的骨器（圖5e ）。改造工具由一顆牙齒制成，經(jīng)鑒定來自于馬屬。ZooMS 鑒定出這些骨器的骨骼來源于山羊亞科和鹿亞科或羚羊?qū)�。因此，骨制品�?yīng)該主要來自與白石崖溶洞動物群落中占主導(dǎo)地位的物種。
在對無法辨認(rèn)的碎片進(jìn)行 ZooMS 篩選的過程中，一塊肋骨標(biāo)本被鑒定為人亞科（圖6a）。該標(biāo)本含有 14 個與人亞科相匹配的 I 型膠原蛋白（COL1）肽標(biāo)志物，以及一個人科獨有的多肽標(biāo)志物�？紤]到其他類人猿，特別是黑猿屬的歷史地理分布，可以確認(rèn)該標(biāo)本為人屬。作者團(tuán)隊將該人科標(biāo)本命名為夏河2號（現(xiàn)場編號，BSY-19-B896-1；ZooMS 編號，BSY-941）。夏河2號在發(fā)掘過程中斷成兩截，屬于肋骨遠(yuǎn)端部分（長 51.5 毫米）。夏河2號標(biāo)本來自T3第3層，該層年代為4.8-3.2萬年前。夏河2號的谷氨酰胺脫酰胺值（酸性COL1α1 508–519 = 0.52和酸性COL1α1 435–453 = 0.46）與第3層的其他標(biāo)本以及直接放射性碳測年為5-3萬年左右的標(biāo)本相似，表明夏河2號確實與第3地層的年代一致。
Shotgun蛋白質(zhì)組學(xué)分析為夏河2號的分類歸屬提供了更具體的信息。作者在用于系統(tǒng)發(fā)育分析的21個蛋白質(zhì)序列中重建了夏河2號標(biāo)本的4,597個氨基酸位置（占總連接蛋白質(zhì)序列比對的14.5％）。這個蛋白質(zhì)組比用于夏河1號下頜骨系統(tǒng)發(fā)育分析的6個內(nèi)源蛋白質(zhì)大得多。從系統(tǒng)發(fā)育樹中也可以看出，夏河2號與已發(fā)表的高覆蓋率丹尼索瓦人基因組高度同源（圖6b）。因此，可以確定在可用的參考個體中，夏河2號與D3丹尼索瓦人的關(guān)系最為密切。夏河2號化石證據(jù)的發(fā)現(xiàn)將丹尼索瓦人在白石崖溶洞中的存在從中更新世晚期延伸到了晚更新世。
骨膠原脫酰胺效應(yīng)
隨著白石崖溶洞各地層從頂部至底部逐漸增強(qiáng)，但層間重疊較大。第 3、4 和 5 層的平均脫酰胺水平接近，第 6 和 7 層接近。第 10 層，尤其是第 11 層的谷氨酰胺脫酰胺作用更加明顯（圖7）。脫酰胺作用的程度在地層內(nèi)逐漸增加，這與地質(zhì)年代學(xué)年齡估計以及地層證據(jù)一致。相比之下，來自歷史洞坑的樣本的脫酰胺值差異很大，因為這些是更新世和全新世的標(biāo)本的混合。這些觀察結(jié)果與其他更新世洞穴遺址的結(jié)果一致，在這些洞穴遺址中，當(dāng)?shù)貙涌缭綍r間相當(dāng)長或溫度差異較大時，谷氨酰胺脫酰胺作用通常在更古老或溫度更高的年代的骨骼標(biāo)本中更為明顯。
小結(jié)
通過將 BKC 與其他丹尼索瓦人或可能的丹尼索瓦人遺址進(jìn)行比較，作者發(fā)現(xiàn)它們的動物群落與各自的地理環(huán)境相兼容，對應(yīng)于高海拔、高緯度和熱帶（或亞熱帶）環(huán)境。因此，本研究結(jié)果為丹尼索瓦人的古生態(tài)和行為可塑性提供了證據(jù)。此外，還引發(fā)了人們對于青藏高原丹尼索瓦人滅絕的原因和時間以及現(xiàn)代丹尼索瓦人基因特征起源的深入探討。
圖8 BKC地區(qū)及北半球氣候史、動物群落與丹人分布
聯(lián)系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
白石崖溶洞地區(qū)的動物群落組成
結(jié)合形態(tài)學(xué)和動物考古質(zhì)譜法（ZooMS），對2,567 個動物標(biāo)本中的 2,005 個（78.1%）完成了分類學(xué)鑒定。結(jié)果表明，山羊亞科在動物群落中占主導(dǎo)地位，整個地層中�？苿游锖婉R科動物比例很高，揭示了中晚更新世和晚更新世甘加盆地的景觀以草類為主。森林灌木物種的存在反映了小規(guī)模鑲嵌森林灌木棲息地的分布。此外，還存在各種食肉動物（圖1）。
圖1 動物考古學(xué)分類
目前，人們對中晚更新世青藏高原動物群落的變化知之甚少。值得注意的是，僅在第 6 層以下發(fā)現(xiàn)了已滅絕的大型食肉動物（Crocuta sp.）和大型食草動物（披毛犀（Coelodonta sp.）。在第 6 層和第 5 層形成期間，白石崖溶洞（BKC）周圍的動物群落組成發(fā)生了顯著變化。此外，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)還記錄了隨著時間的推移，羊亞科的比例增加，牛亞科的比例減少。對此，無法判斷這些變化是人類覓食策略轉(zhuǎn)變的結(jié)果，還是與周圍環(huán)境的變化有關(guān)。但在此期間，�？苿游锖婉R科動物的持續(xù)存在，加上整個地層中分類多樣性的微小變化，表明甘家盆地的開放環(huán)境總體上是穩(wěn)定的。
圖2 不同地層物種分布原始人類是主要的積累者
白石崖溶洞的骨骼標(biāo)本表面保存完好，88.7%的標(biāo)本處于風(fēng)化1-2階段。通過標(biāo)本分析，發(fā)現(xiàn)了嚙齒動物、食肉動物和人類活動的痕跡。食肉動物改造骨骼的比例略高，但并沒有發(fā)現(xiàn)食肉動物的糞化石。相比之下，更大比例的動物群落表現(xiàn)出人類改造的證據(jù)。食草動物和一些大型食肉動物（例如Crocuta sp.）的骨骼上都發(fā)現(xiàn)了切割痕跡和敲擊痕跡。每個地層中人為改造骨骼的比例較高，并且存在石器，這表明白石崖溶洞的動物群落主要是通過人類活動積累起來（圖3）。
圖3 白石崖溶洞骨骼類別存在明顯的人類活動
形態(tài)學(xué)上可識別的標(biāo)本主要來自頭部碎片、腕骨、跗骨和相關(guān)的足骨。結(jié)合ZooMS，又增加了大量的軸向和前肢或后肢軸碎片，這些碎片通常在骨骼剖面圖中代表性不足。因此，形態(tài)學(xué)和 ZooMS 識別的數(shù)據(jù)集的整合揭示了更完整的骨骼類型。
整合數(shù)據(jù)集顯示，每一地層中都有較為完整的山羊亞科骨骼部分（頭骨、中軸骨、前后肢骨和足骨）（圖4c）。隨著時間的推移，人類活動程度在食草動物中普遍存在，對于山羊亞科來說，人類活動程度一直很高，且切割痕跡最為常見，但在第 6 層和第 7 層中，與前肢骨骼和后肢骨骼上的骨髓提取有關(guān)的敲擊缺口占主導(dǎo)地位（圖4d、e）。除山羊亞科外，其他食草動物，包括牛屬、鹿屬、馬屬和披毛犀屬，各種骨骼上都有較多的切痕和敲擊痕跡，這表明原始人類對于動物資源的獲取并不局限于特定的物種。
整合數(shù)據(jù)集顯示，每一地層中都有較為完整的山羊亞科骨骼部分（頭骨、中軸骨、前后肢骨和足骨）（圖4c）。隨著時間的推移，人類活動程度在食草動物中普遍存在，對于山羊亞科來說，人類活動程度一直很高，且切割痕跡最為常見，但在第 6 層和第 7 層中，與前肢骨骼和后肢骨骼上的骨髓提取有關(guān)的敲擊缺口占主導(dǎo)地位（圖4d、e）。除山羊亞科外，其他食草動物，包括牛屬、鹿屬、馬屬和披毛犀屬，各種骨骼上都有較多的切痕和敲擊痕跡，這表明原始人類對于動物資源的獲取并不局限于特定的物種。
圖4 不同地層的骨骼類型
在食肉動物、小型哺乳動物和鳥類的骨骼中也發(fā)現(xiàn)了人類改造的痕跡（圖5）。102個食肉動物標(biāo)本中，8個黑豹屬、豹亞科和犬科（不包含狐貍）的標(biāo)本發(fā)現(xiàn)了切痕和敲擊缺口。小型哺乳動物中，1個旱獺屬（第 9 層；圖5c ）的橈骨骨干標(biāo)本上觀察到了敲擊缺口，表明提取了骨髓。此外，7 個兔屬（第 3、4 和 11 層）和 4 個旱獺屬（第 9 至 11 層）的前肢和后肢骨干碎片顯示出新鮮的骨斷裂痕跡，這些通常是人類活動產(chǎn)生的。最后，在鳥類遺�。╪ = 45）中，鷹類標(biāo)本上有切割痕跡（n = 1；圖5a）和新鮮骨裂痕跡（n = 3），但其他鳥類標(biāo)本（包括雉類、鵪鶉或貓頭鷹標(biāo)本）上沒有發(fā)現(xiàn)�？傮w而言，動物考古學(xué)數(shù)據(jù)表明，白石崖溶洞人類使用過大型食草動物、小型食肉動物、小型哺乳動物和鳥類進(jìn)行多種活動。
此外，作者從第 11 層發(fā)現(xiàn)了一個可能的改造工具（圖5d），并從第 4、9 和 10 層發(fā)現(xiàn)了三個便于使用的骨器（圖5e ）。改造工具由一顆牙齒制成，經(jīng)鑒定來自于馬屬。ZooMS 鑒定出這些骨器的骨骼來源于山羊亞科和鹿亞科或羚羊?qū)�。因此，骨制品�?yīng)該主要來自與白石崖溶洞動物群落中占主導(dǎo)地位的物種。
圖5 骨器標(biāo)本新的丹尼索瓦人
在對無法辨認(rèn)的碎片進(jìn)行 ZooMS 篩選的過程中，一塊肋骨標(biāo)本被鑒定為人亞科（圖6a）。該標(biāo)本含有 14 個與人亞科相匹配的 I 型膠原蛋白（COL1）肽標(biāo)志物，以及一個人科獨有的多肽標(biāo)志物�？紤]到其他類人猿，特別是黑猿屬的歷史地理分布，可以確認(rèn)該標(biāo)本為人屬。作者團(tuán)隊將該人科標(biāo)本命名為夏河2號（現(xiàn)場編號，BSY-19-B896-1；ZooMS 編號，BSY-941）。夏河2號在發(fā)掘過程中斷成兩截，屬于肋骨遠(yuǎn)端部分（長 51.5 毫米）。夏河2號標(biāo)本來自T3第3層，該層年代為4.8-3.2萬年前。夏河2號的谷氨酰胺脫酰胺值（酸性COL1α1 508–519 = 0.52和酸性COL1α1 435–453 = 0.46）與第3層的其他標(biāo)本以及直接放射性碳測年為5-3萬年左右的標(biāo)本相似，表明夏河2號確實與第3地層的年代一致。
Shotgun蛋白質(zhì)組學(xué)分析為夏河2號的分類歸屬提供了更具體的信息。作者在用于系統(tǒng)發(fā)育分析的21個蛋白質(zhì)序列中重建了夏河2號標(biāo)本的4,597個氨基酸位置（占總連接蛋白質(zhì)序列比對的14.5％）。這個蛋白質(zhì)組比用于夏河1號下頜骨系統(tǒng)發(fā)育分析的6個內(nèi)源蛋白質(zhì)大得多。從系統(tǒng)發(fā)育樹中也可以看出，夏河2號與已發(fā)表的高覆蓋率丹尼索瓦人基因組高度同源（圖6b）。因此，可以確定在可用的參考個體中，夏河2號與D3丹尼索瓦人的關(guān)系最為密切。夏河2號化石證據(jù)的發(fā)現(xiàn)將丹尼索瓦人在白石崖溶洞中的存在從中更新世晚期延伸到了晚更新世。
圖6 夏河2號骨標(biāo)本蛋白質(zhì)保存和脫酰胺
骨膠原脫酰胺效應(yīng)
隨著白石崖溶洞各地層從頂部至底部逐漸增強(qiáng)，但層間重疊較大。第 3、4 和 5 層的平均脫酰胺水平接近，第 6 和 7 層接近。第 10 層，尤其是第 11 層的谷氨酰胺脫酰胺作用更加明顯（圖7）。脫酰胺作用的程度在地層內(nèi)逐漸增加，這與地質(zhì)年代學(xué)年齡估計以及地層證據(jù)一致。相比之下，來自歷史洞坑的樣本的脫酰胺值差異很大，因為這些是更新世和全新世的標(biāo)本的混合。這些觀察結(jié)果與其他更新世洞穴遺址的結(jié)果一致，在這些洞穴遺址中，當(dāng)?shù)貙涌缭綍r間相當(dāng)長或溫度差異較大時，谷氨酰胺脫酰胺作用通常在更古老或溫度更高的年代的骨骼標(biāo)本中更為明顯。
圖7 不同地層的脫酰胺率
小結(jié)
已有研究表明，白石崖溶洞（BKC）是目前青藏高原唯一保存完好的跨越中更新世晚期至晚更新世的洞穴遺址。夏河1 號下頜骨和沉積物線粒體 DNA 分析表明，丹尼索瓦人可能最晚在 4.5萬年（第 4 層末端）前生存在白石崖溶洞。
到目前為止，沒有證據(jù)表明 BKC 3-11 層中有其他古人類的存在，也沒有證據(jù)表明同一時期青藏高原東北部其他地方有其他古人類居住。BKC 動物群落記錄了末次冰期-間冰期-冰期旋回期間丹尼索瓦人在甘加盆地的行為和生存痕跡（圖8）。
BKC 的動物群落分析表明，丹尼索瓦人利用了甘加盆地周圍以草為主的景觀中的各種動物類群。羊亞科的作用在人類占領(lǐng)期間變得越來越突出。對羊亞科標(biāo)本的人為改造分析表明，BKC 存在動物尸體加工的完整操作鏈，包括系統(tǒng)性屠宰和使用骨質(zhì)材料制作工具。除羊亞科外，大型食草動物、食肉動物、小型哺乳動物和鳥類的遺骸也被以各種方式利用。這表明，丹尼索瓦人充分利用了他們可利用的動物資源，以便在高海拔的青藏高原上生存。在冰期和間冰期，甘加盆地可能提供了一個合適的避難所，盡管海拔較高，但資源供應(yīng)相對穩(wěn)定，
到目前為止，沒有證據(jù)表明 BKC 3-11 層中有其他古人類的存在，也沒有證據(jù)表明同一時期青藏高原東北部其他地方有其他古人類居住。BKC 動物群落記錄了末次冰期-間冰期-冰期旋回期間丹尼索瓦人在甘加盆地的行為和生存痕跡（圖8）。
BKC 的動物群落分析表明，丹尼索瓦人利用了甘加盆地周圍以草為主的景觀中的各種動物類群。羊亞科的作用在人類占領(lǐng)期間變得越來越突出。對羊亞科標(biāo)本的人為改造分析表明，BKC 存在動物尸體加工的完整操作鏈，包括系統(tǒng)性屠宰和使用骨質(zhì)材料制作工具。除羊亞科外，大型食草動物、食肉動物、小型哺乳動物和鳥類的遺骸也被以各種方式利用。這表明，丹尼索瓦人充分利用了他們可利用的動物資源，以便在高海拔的青藏高原上生存。在冰期和間冰期，甘加盆地可能提供了一個合適的避難所，盡管海拔較高，但資源供應(yīng)相對穩(wěn)定，
通過將 BKC 與其他丹尼索瓦人或可能的丹尼索瓦人遺址進(jìn)行比較，作者發(fā)現(xiàn)它們的動物群落與各自的地理環(huán)境相兼容，對應(yīng)于高海拔、高緯度和熱帶（或亞熱帶）環(huán)境。因此，本研究結(jié)果為丹尼索瓦人的古生態(tài)和行為可塑性提供了證據(jù)。此外，還引發(fā)了人們對于青藏高原丹尼索瓦人滅絕的原因和時間以及現(xiàn)代丹尼索瓦人基因特征起源的深入探討。
圖8 BKC地區(qū)及北半球氣候史、動物群落與丹人分布
（文件原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07612-9）
若您想深入了解PEAKS Studio軟件在考古質(zhì)譜領(lǐng)域的功能和應(yīng)用，歡迎掃描下方二維碼提交您的咨詢信息！
-掃碼關(guān)注-
www.bioinfor.com (EN)
www.deepproteomics.cn（CN）
作為生物信息學(xué)的領(lǐng)軍企業(yè)，BSI專注于蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥領(lǐng)域，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和先進(jìn)算法提供世界領(lǐng)先的質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析軟件和蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)解決方案，以推進(jìn)生物學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)的卓越洞見。旗下著名的PEAKS系列軟件在全世界擁有數(shù)千家學(xué)術(shù)和工業(yè)用戶，包括：PEAKS Studio，PEAKS Online，PEAKS GlycanFinder, PEAKS AB及抗體綜合表征服務(wù)等。www.bioinfor.com (EN)
www.deepproteomics.cn（CN）
聯(lián)系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
- 用戶文章：基于LC-MS/MS鑒定絲綢種類以提供古代使用野生蠶絲的證據(jù)
- Nature最新研究成果：內(nèi)源性肽維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫豁免機(jī)制
- PAT過程分析技術(shù)(Process Analytical Technology):生物制藥4.0的基石
- 蛋白質(zhì)組學(xué)基礎(chǔ)：常用蛋白參考數(shù)據(jù)庫的介紹及選擇
- 通過調(diào)節(jié)Ideonella sakaiensis菌株產(chǎn)生的PET降解酶的糖基化修飾詳解
- 利用深度學(xué)習(xí)框架實現(xiàn)肽段從頭測序FDR和準(zhǔn)確性評估詳解
- 常見HLA匹配的七個SARS-CoV-2抗原免疫肽組分析詳解
- 免疫沉淀（IP）與酸洗脫（MAE）分離方法免疫肽結(jié)果的比較詳解
Copyright(C) 1998-2024 生物器材網(wǎng) 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com