古壳组学——来自旧壳的蛋白质

一个意大利团队正在将现代科学应用于过去，以便更好地理解生物学，并解决一个重要的考古谜题。都灵大学的Beatrice Demarchi采访了Chris Smith。

比阿特丽斯:我们的第一个问题是，我们想知道我们是否可以应用新的分子工具来研究无脊椎动物的钙化组织，比如贝壳。我们对这些生物的生化进化知之甚少。但与此同时，我们也有一个非常具体的考古问题，来自丹麦的一些同事:他们问我能否识别这种材料，这种外壳被用来制作一些叫做双扣的特殊装饰品。每个人都认为他们使用的贝壳是牡蛎，因为在那个时候的欧洲——我们说的是大约6000年前——有不同的文化和不同的制作饰品的方法，了解他们使用的材料可以让我们了解他们对世界的看法。

克里斯-你不能从别的地方得到这个信息吗?上下文等等不会告诉你吗?

比阿特丽斯:实际上有趣的是，背景让我们误入歧途，因为这是一个沿海地区，一个牡蛎壳的贝壳堆。所以我们都认为这是一种合理的材料来制作这些装饰品，当然，事实并非如此。形态学再也不能帮助我们了因为这些装饰品——它们真的非常非常小，它们经过了大量的加工，在这种情况下，它们被加工得像珍珠一样。所有的形态学特征都消失了。

克里斯-那你是怎么解决的?你有一些东西，没有足够的形态学来告诉你它来自哪种壳，你只知道它来自某种软体动物或其他东西。那你是怎么推进的?

比阿特丽斯-没错。我们只知道它是壳，而且是在我们用显微镜观察它之后。我们使用了一系列不同的技术，可以大致地告诉我们这些贝壳是海洋的还是淡水的，这很重要。同样的技术还告诉我们，这些贝壳很可能是在当地收集的。然后我们用电子显微镜观察微观结构。最后，我们必须开发一种基于分子分析的全新策略:我们研究蛋白质。壳中的蛋白质非常特殊;它们可以存活数千年甚至数百万年，但我们对这些壳的序列知之甚少。

克里斯-你说的序列，是指蛋白质的组成成分吗，是指蛋白质的组成部分，是指蛋白质中的氨基酸，以及生物体最初用来组装蛋白质的基因序列吗?因为很明显，如果我们知道蛋白质是由什么组成的，我们就对生物体有了一些了解，因为我们几乎可以从基因上识别出来。

比阿特丽斯-没错。通过观察这些序列，我们希望获得一些遗传信息。问题是我们对软体动物壳的DNA序列所知甚少。我们只有大约15到20个软体动物壳的基因组;这个门大约有10万种。

克里斯-我正想问你呢!因为是的，你可以把蛋白质取出来，是的，你可以潜在地-假设它没有被严重降解-计算出其中的氨基酸序列;但是如果没有一个数据库，一个包含所有不同软体动物、贝类和有壳生物中所有这些蛋白质的参考数据库，你就不会走得更远，不是吗?你是怎么得到这个数据库的?

比阿特丽斯-没错。事实上，我们被它困了好几年。然后我们非常幸运，因为一个淡水软体动物的转录组被释放了，突然我们的序列就有意义了。经过几年没有任何参考的序列，我们可以在某种支架上绘制它们。很明显，我们的主要蛋白质是淡水贻贝类的壳蛋白，所以我们可以继续这项工作。但我们做的另一件事是建立我们自己的参考数据集。所以我们研究了来自同一地点的现代和考古贝壳，我们必须为此开发一些奇特的生物信息学方法。

克里斯:在科学中，机缘巧合是一件美妙的事情，不是吗?这对考古问题有什么启示?因为一旦你在干草堆里找到了这根针，你就知道了，对，这是一种淡水贻贝，这会让你前进吗?

比阿特丽斯:嗯，我们无法在地理上确定它们的位置，但最大的惊喜是这些淡水软体动物，它们被发现孤独地生活在这个由数百万海洋贝壳组成的贝壳堆里。所以从这个意义上说，我们是赢家，突然间，我们对考古问题有了一个全新的视角。因为总的来说，我们的期望是，要制作出有声望的物品，你需要有声望的材料，在中欧的遗址，这些双按钮非常普遍，人们使用……我们以为人们会想要使用外来的贝壳，比如来自地中海的海洋贝壳，但是我们的丹麦海岸遗址恰恰相反，我们有可能来自当地的淡水贝壳。所以这告诉我们，无论我们在欧洲的哪个地方，人们对如何制作这些双扣都有一个非常精确的想法，他们并不真正关心这种材料是否具有异国情调。他们关心的是这种材料的实际性能。珍珠母贝是一种很漂亮的材料，它很硬，很耐磨，但也很容易加工。所以这给了我们一个全新的视角关于人们是如何看待周围环境中的材料的。