基于高分辨质谱的低侵入性方法实现牛属与野牛属牙齿的种属和性别同步鉴定

为解决牛属(Bos)与野牛属(Bison)化石牙齿种属鉴别困难及性别判定受限的问题，研究人员通过高分辨质谱技术分析牙釉质蛋白，成功建立基于enamelin、COL1A3和α-2-glycoprotein的种属区分模型，并利用AMELX/Y序列实现性别鉴定。该方法在12-16万年前的Lazaret洞穴考古样本中验证有效，为古生物学研究提供了突破性技术手段。

　　

在古生物学研究中，牛属(Bos)与野牛属(Bison)的化石鉴别长期面临巨大挑战。由于埋藏过程中的风化作用(taphonomic deterioration)，骨骼和牙齿的形态学特征常被破坏，导致传统方法仅能标注为"Bos/Bison"或"性别不明"。这一困境严重制约了科学家对史前动物生态习性、社会行为及人类狩猎策略的理解——毕竟，这两种动物虽分布区域重叠，但生态偏好迥异，且都存在雄性个体全年与雌性群体分离的独特社会结构。

为突破这一技术瓶颈，研究人员创新性地将高分辨质谱技术(high-resolution mass spectrometry)应用于古蛋白质组学研究。通过对法国Lazaret洞穴出土的中更新世(160-120 ky)大型牛科动物牙齿样本进行分析，发现牙釉质蛋白enamelin、胶原蛋白COL1A3和α-2-glycoprotein可作为可靠的种属鉴别标志物。更令人振奋的是，通过检测牙釉蛋白AMELX(位于X染色体)和AMELY(位于Y染色体)的序列差异，首次实现了考古样本的性别判定。整个分析过程仅需微量样本，完全不影响珍贵化石的完整性。

关键技术方法包括：1) 非破坏性牙釉质取样技术；2) 液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)检测；3) 生物信息学分析AMELX/Y序列多态性；4) 建立种属特异性蛋白标志物数据库。所有样本均来自具有明确地层学记录的中更新世考古遗址。

研究结果揭示：

1. 种属特异性蛋白标志物：通过比较蛋白质组发现，enamelin的氨基酸序列变异、COL1A3的翻译后修饰差异以及α-2-glycoprotein的表达量可有效区分Bos和Bison。
2. 性别判定新方法：AMELX/Y序列在考古样本中仍保持可检测的多态性，其X/Y染色体特异性肽段比例与现生牛科动物一致。
3. 跨时代验证：在12-16万年前的化石中成功鉴定出3例Bison雄性、2例Bos雌性个体，首次证实该方法在深时尺度(depth time)的适用性。

这项发表于《Journal of Proteome Research》的研究开创了古蛋白质组学应用的新范式。其建立的"双轨鉴定"系统(种属+性别)不仅解决了古生物学领域长期存在的分类难题，更为珍贵文化遗产的保护性研究树立了标杆——无需破坏样本即可获取关键生物学信息。该方法可推广至其他濒危物种化石、博物馆藏品甚至走私查没标本的研究，为理解史前生态系统演化、人类与动物的协同进化提供了全新的分子窗口。特别值得注意的是，研究中发现的牙釉质蛋白长期保存机制，为探索生物大分子在化石中的保存极限提供了重要理论依据。