基于质谱的动物考古学研究现状与展望
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2023-07-14 15:40 来源:文物保护与考古科学
动物考古学对于重建古代居民活动范围附近的生态环境以及古人类动物资源利用方面的行为信息至关重要,然而传统的动物考古学方法难以鉴别缺乏明确形态学鉴定特征的动物考古材料和动物制品。基于质谱的动物考古学(zooarchaeology by mass spectrometry,ZooMS)利用蛋白质酶切后肽段的一级质谱分析对动物遗存进行种属鉴定,是古蛋白质组学的重要研究方法。本文介绍ZooMS的原理、方法以及研究进展,希望促进ZooMS技术在国内考古学界的应用。同时,该技术在现代食品、药品、保健品、皮草和海关缉私等相关行业也有着广泛的应用前景。
动物考古学是研究古代动物遗存的学科，在科学和系统地采集出土的动物遗存之后，开展观察、测量、测试、鉴定及各种统计和分析，从而认识古代动物的种类、古代的自然环境、古代人类与动物的各种关系及古代人类对动物资源的利用模式[1]。动物考古学在农业起源、先民经济形态、文明发展和中外文化交流等研究领域中扮演至关重要的角色; 在其研究过程中，动物遗存的种属鉴定是后续分析的基石。
动物考古学的传统鉴定方法主要基于形态学，对动物遗存的保存状况以及相关学者的鉴定经验要求较高。一些形态鉴定特征存在争议和不确定性，即使是完整的单块骨头也可能由于缺乏种属特异性的形态特征而难以鉴定到种，甚至属或更高的分类阶元。软组织相关的动物制品，如皮、肠衣、筋等，往往经过加工，也很难从外观形态上判断其种属。很多考古遗址出土了大量的破碎骨头、热处理之后的骨头或者骨制品，往往已经丧失原始的形态特征或者在形态上发生了变化，同样很难用形态学方法开展种属鉴定。近年来，随着分子生物学在考古领域中的广泛应用，为上述问题提供了新的解决思路，通过比较不同种属的生物大分子（DNA或蛋白质）的序列差异即可达到种属鉴定的目的。DNA能有效地鉴定骨骼的种属，但其相较蛋白质更易降解，尤其在某些埋藏情形下，如在温暖湿润的地区或酸性土壤中，出土动物骨骼中的DNA往往难以获取。此外，DNA分析成本高且操作要求严格（如需要在超净室中提取古代DNA），也面临着受到外源DNA污染的问题[2]。因此，难以从形态上判断种属的海量动物遗存迫切需要一种快速、准确和廉价的鉴定方法。
在出土动物遗存中，蛋白质通常是除无机物外含量最多的物质，而胶原蛋白是骨骼、牙齿、皮肤等生物组织中含量最多的蛋白质，其中Ⅰ型胶原蛋白占骨骼和牙齿全部胶原蛋白含量的80%~90%左右，在大多数脊椎动物中由两条α1多肽链和一条α2多肽链组成[3]。骨骼中的胶原蛋白与羟基磷灰石交织在一起，受到很好的保护，因此能保存很长时间，甚至在某些超过一百万年的样品中都能被检测到[4]。胶原蛋白的氨基酸序列在物种之间存在差异，可以作为种属鉴定的依据。蛋白质组学分析主要有两种手段，一种是基于串联质谱的蛋白质组学技术，相对来说测试成本相对较高、数据库检索时间长，不适用于大批量样品的分析检测; 另一种是基于一级质谱的肽质量指纹图谱（peptide mass fingerprinting，PMF），进行种属鉴定，即基于质谱的动物考古学（zooarchaeology by mass spectrometry，ZooMS）。相比于串联质谱和DNA分析，ZooMS方法测试成本更低、分析速度更快，其原理是由于不同种属动物中Ⅰ型胶原蛋白的氨基酸序列存在差异，蛋白质酶切产生的肽段混合物质量数分布具有种属特征性，这种特征分布直观呈现在基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）获得的肽质量指纹图谱上，据此达到种属鉴定的目的。该方法于2009年由迈克尔·巴克利和马修·科林斯率先提出，随后成功应用于考古遗址中山羊和绵羊骨骼的区分[5]，并为后来许多研究所借鉴[6-7]。目前，ZooMS已成功用于碎骨、骨制品、皮革、毛、角、蛋壳和蛋白质类粘合剂等动物遗存的种属鉴定[8-15]。本文介绍ZooMS的分析流程，梳理ZooMS在考古文博领域中的应用场景及典型案例，希望引起学界对ZooMS方法的重视，从而促进其广泛应用。
ZooMS分析的首要步骤是对动物遗存中的蛋白质进行成功提取。对于基体为钙盐的样品（如骨头、蛋壳等），首先需要对样品进行脱钙处理:将样品浸泡在一定浓度的盐酸中静置数天，直到脱钙完全，离心。当样品量有限时，在完成脱钙步骤后，将含有酸溶性蛋白的上清液转移至超滤管中，离心，直至所有液体通过超滤管，去掉通过的液体，较为完整的蛋白质仍然保留在超滤管内，将超滤管转移至新的收集管中，然后向超滤管中加入胰蛋白酶缓冲溶液进行酶切[16]。而更传统的方法通常仅处理不溶于酸的胶原蛋白，具体步骤是将脱钙后的样品充分清洗，加入一定浓度的NH4HCO3缓冲溶液，使其明胶化后再进一步溶解[17]。溶解后的蛋白质上清液在胰蛋白酶的最佳活性温度（37℃）下反应过夜，被酶切为一系列肽段; 然后将得到的肽段溶液酸化，最后使用ZipTip C18微量层析柱纯化样品溶液。将纯化后的样品溶液移取适量至MALDI-TOF-MS专用钢靶上，并与基质溶液进行混合，待室温干燥后开展MALDI-TOF-MS检测（图1）。
图1 ZooMS胶原蛋白分析流程图（红色表示酸液，蓝色表示NH4HCO3溶液）
Fig.1 Overview of the collagen exaction and detection procedure (red for the acid solution and blue for the NH4HCO3 solution)
通过MALDI-TOF-MS测得的肽质量指纹图谱需要与已知种属的现代样品的蛋白序列进行对照来确定特征肽段，从而建立鉴定标准。NCBI（National Center for Biotechnology Information）和Uniprot（Universal Protein）是使用频率最高的两大数据库，可下载一些常见动物的I型胶原蛋白序列，它们大多是从基因组序列翻译而来的。对获取到的目标物种的蛋白序列，在相关蛋白质分析工具上进行理论酶切。值得注意的是，大部分蛋白质会发生翻译后化学修饰（PTMs），导致特定序列分子量发生变化，在理论酶切时应设置胶原蛋白常见的修饰类型。理论酶切后即得到一系列不同质量数的肽段标记物，排除与常见污染物有关的质谱峰（如人发角蛋白、胰蛋白酶、牛血清蛋白等），与相应现代样品的MALDI-TOF质谱图谱峰进行对比，筛选出具有种属特异性的肽段标记物，从而为新物种的ZooMS分析提供鉴定标准。如果数据库中没有收录目标物种的相关蛋白质序列，可选取适合的现代对照样品，提取其中的蛋白质，采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）进行测序分析，获得相应肽段的分子量以及氨基酸序列，可与MALDI-TOF-MS测得的肽质量指纹图谱直接比对确认。经过确认的肽段标记物收录到实验室自建的ZooMS数据库中，未知样品的MALDI-TOF特征峰按一定顺序在ZooMS数据库中进行检索，即可确定样品的来源种属。
目前，已经通过基因组或蛋白质序列信息确认的物种区分度较高的肽段标记物被命名为A-G和P1、P2（A=COL1α2 978-990，B=COLα2484-498，C=COLα2502-519，D=COLα2793-816，E=COLα2 454-483，F=COLα1 586-618，G=COLα2757-789，P1=COL1α1 508-519，P2=COLα2292-309）[17-18]（本文的肽段标记物的命名方式参考布朗等于2021年提出的标准化命名法[19]）。下文以图2为例对MALDI质谱图的解读方法进行阐释:该图是彩绘蛋白质类粘合剂的质谱图，图中P1、P2和D肽段标记物的质量数分别为1 105.6、1 648.8、2 131.1，这些标记物在所有牛科动物和部分鹿科动物中均存在，据此初步判断动物胶来源为牛科或鹿科动物; 然而，质量数为1 192.7/1 208.7的A肽段并不存在于鹿科动物和牛科下羊亚科中的山羊和绵羊中，据此可以将种属范围进一步缩小; 最后，同时具有质量数为1 427.7的B肽段的物种有美洲野牛、瘤牛、牦牛、普通牛、林羚、麝牛和小羚羊等，再结合遗址区的动物分布情况，推断该彩绘颜料层中的胶结材料应为普通牛制成的牛胶[15]。一般来说，样品中蛋白质保存质量越好，质谱图中得到的特征峰的数量越多，对种属的区分度也越高，当根据质谱图中的肽段标记无法确定动物遗存来源时，还需结合遗址的环境和考古学背景进行判断。
图2 新疆阿斯塔那唐代墓地出土彩绘动物胶 MALDI-TOF质谱图[15]
Fig.2 MALDI-TOF mass spectrum of extracted animal glue from painted clay sculptures discovered in the Astana Cemetery of the Tang Dynasty, Xinjiang
目前，已经发表的肽段标记物涵盖了哺乳动物类、鸟类、爬行动物类、两栖动物类和鱼类下共80科两百余种脊椎动物，以哺乳动物为主[5，17-18，20-23]，包括常见的与人类生活紧密相关的陆生哺乳动物（黄牛、山羊、绵羊、马、老鼠等）以及海洋哺乳动物（海象、海豹、海狮、海豚、鲸鱼等）。与哺乳动物相比，其它脊椎动物的ZooMS鉴定案例相对较少。鸟类的I型胶原蛋白序列非常保守，尽管原鸡属和鸭属早在1亿年前就已分化，但两个属之间仅发生了15个氨基酸替代[24]。爬行动物和两栖动物的蛋白序列突变率较高，已有研究表明，至少在巨型陆龟的遗传谱系中，其主要蛋白序列的突变水平可能远远大于预期[16]。尽管两栖动物具有气候敏感性，在指示区域环境变化方面具有巨大的潜力，但对其蛋白质特征肽段的研究很少[25]。鱼类是现存脊椎动物中种类最多的一类，已命名的种类在脊椎动物中占比超过半数，但目前已整理出的肽段标记物仅能对20余种鱼类进行区分[8，26-27]。《左传》中记载:“为六畜、五牲、三牺，以奉五味”[28]，作为“六畜”的马、牛、羊、鸡、狗、猪是中国古代最常见的六种家畜，表1中列出了已经发表的“六畜”肽段标记物。
Table1 ZooMS peptide markers of “the Six Domestic Animals”
注:表格中数据为实验室数据库中梳理的已发表的经过MALDI或LC-MS/MS确认的特征肽段。
动物骨骼及硬组织理化稳定性高、易在漫长的埋藏过程和复杂的埋藏环境中保存下来，是动物考古学的主要研究对象。传统的动物考古学方法普遍适用于相对完整的大型骨骼遗存，而在实际情况中，碎骨在考古发掘材料中同样占有重要比例[29-31]。碎骨不具备形态学鉴定条件，且数量众多，因此其种属鉴定不适用成本较高的DNA分析和基于串联质谱的蛋白质组学分析，而ZooMS技术则以其简便快速的流程、准确的鉴定率且成本低等特征为学者们所青睐。2016年，研究人员运用ZooMS技术在丹尼索瓦洞遗址出土的2315块碎骨中发现一例人科骨骼，随后对其进行DNA分析，结果表明，这一个体的母亲是尼安德特人[29]。2018年，研究者采用ZooMS技术鉴定了加州海峡群岛附近遗址若干碎骨样品，结果显示，先民曾捕食北象海豹、耳海豹和海獭等三种海洋哺乳动物，海洋哺乳动物的分布很可能揭示晚更新世先民的活动路线[32]。2022年，孙诺杨等对陕北石峁遗址中一例缺乏形态特征的碎骨进行了ZooMS分析，推测为鹿或绵羊，结合石峁遗址及高家洼遗址出土动物骨骼的脂肪酸单体同位素分析结果，推测在新石器时代晚期，陕北地区先民已掌握多样化的家畜饲养模式，表现为放养与圈养结合的饲养策略以及牛、羊、猪等并存的家畜种类，此外还与野生鹿存在互动关系[33]。
除碎骨外，考古遗址中也常见大量骨制品。一般来说，骨骼的种属形态特征会在骨器制作和使用过程中消失。通过ZooMS能够确定骨制品的原材料来源，为探索特定遗址或文化的骨器原料选择策略和加工技术提供了一种强有力的证据。2018年，研究人员对北非旧石器时代晚期摩洛哥地区东北部洞穴遗址13例尖状骨器进行了微损取样和ZooMS分析，其中，7例鉴定为羚羊，3例为狷羚，2例为蛮羊，1例来自马科动物，表明当地先民在选择工具原材料时可能有意选择那些并不常见动物的骨骼[34]。而与北非地区不同，南非骨器的ZooMS分析结果表明，当地先民在选择骨器原材料时更注重动物骨骼的机械适用性，即他们更倾向于使用那些丛状骨分布比例较高的动物骨骼，而非注重某些特定物种的象征内涵[23]。
牙角器即人类有意识地对动物的角、牙进行加工制作而成的器物，其用途十分广泛，包括生产生活用具、兵器、装饰品、工艺品等[35]。2014年，英国学者对苏格兰北部中世纪早期本土风格和北欧风格墓葬出土的梳子分别进行了ZooMS鉴定，发现前者主要由马鹿的鹿角制作，而后者来自生活在斯堪的纳维亚半岛的驯鹿鹿角，为前维京时代苏格兰与斯堪的纳维亚半岛之间的梳子贸易提供了证据[12]。同样，在丹麦多处中世纪遗址的梳子中，也发现了以驯鹿为原材料的角梳，证明最迟至公元780年，北海南部地区的城市和斯堪的纳维亚半岛之间就开始了贸易往来[13]。牙器按照制作原料有普通兽牙和象牙之分[35]，象牙因其白润的色泽和坚韧的质地，自古以来就是绝佳的雕刻原材料，也被看作特权阶级的象征。尽管象牙的牙本质中有一种独特的向外呈叠锥状生长的施氏结构，是区分象牙和其他动物长牙的主要依据[36，37]，但该结构只有在样品足够大且相对完整时才能被观察到，因此考古出土的碎片状牙器的鉴别有赖于分子生物学手段。目前，ZooMS已成功应用于考古出土象牙和河马牙的鉴定中，因为这两种动物的肽质量指纹图谱具有较大差异。2016年，研究人员对南非早期铁器时代几处主要的农业遗址出土牙器碎片及其加工废料进行ZooMS鉴定，结果表明被测的26件博物馆藏品均为象牙，更正了先前仅凭牙齿褶皱面便认为部分藏品为河马牙的错误判断。结合同位素研究，一些象牙来自遗址地附近的象群，而另一些来自更远的热带草原，推测可能与这一时期的海外贸易有关[38]。
龟鳖类动物的坚固甲壳是长期进化过程中在皮下形成的钙化层，包括背甲和胸甲。尽管针对龟鳖类甲壳的形态学研究提高了从考古遗存中鉴定龟鳖背甲和胸甲的能力[39-42]，但许多复杂的埋藏环境（尤其许多海龟的栖息地自然环境炎热潮湿）不利于遗骸的保存。更加值得注意的是，中国考古遗址出土的龟类甲壳多为卜甲，通常要经过火烧，根据产生的裂纹预测吉凶，再加上埋藏和发掘过程中的挤压，使得这类卜甲更加脆弱，破碎变形较为严重，给甲壳的形态学鉴定带来极大的难度[43]。目前，利用龟鳖类甲壳开展的ZooMS分析工作仍然较少。2019年，英国学者对加勒比海和佛罗里达湾沿岸多处500~2500BP遗址的海龟遗存进行了ZooMS分析，在63个海龟甲壳样品中，90%都提取到了胶原蛋白，并鉴定出绿海龟、玳瑁、丽龟属，对原先的形态学鉴定结果进行了进一步补充和细化[9]。这也从某种程度上说明即使在热带环境下，龟鳖类甲壳中仍然能保存高质量的胶原蛋白用于ZooMS鉴定。
蛋壳是一种常见的考古材料，但却未能得到足够的重视，最主要的原因是考古遗址中出土的蛋壳大多为碎片，修复难度较大，也很难从形态学上鉴定。2013年，英国学者建立了鸡、鸭、鹅和一些野生鸟类的蛋壳中蛋白质的肽段标记物数据库，并对英国约克市维京时期和盎格鲁-斯堪的纳维亚时期遗址出土的蛋壳碎片进行了种属鉴定，发现主要是鸡和鹅蛋壳，其中，鹅蛋壳多流行于高等级遗址区，学者推测这可能是一种地位的象征[14，44]，其建立的蛋壳ZooMS分析流程也被成功应用于其他遗址出土蛋壳的鉴定中[45]。2017年，另有学者对15科23种鸟类的蛋壳进行了ZooMS分析和蛋白质测序，共获得583个与测序结果相匹配的肽段标记物，作者进一步讨论了所得每个肽段标记物的物种特异性和其可达到的分类鉴定水平，随后将英国莱斯特一处中世纪遗址中的蛋壳全部鉴定为鸡蛋壳，样品的显微图像显示，蛋壳内部乳头层缺乏钙的重吸收特征，说明当地对鸡蛋进行了直接的利用，而非用于雏鸡的孵化生产[46]。
角化组织是指由角化细胞构成的动物组织，包括毛发、指（趾）甲、角化上皮组织等，拥有较强的抗腐败能力[47]。考古中最常见的角化组织遗存是人及动物毛发，然而，经过鞣制的毛发中的DNA往往降解严重[48]，而毛发中的角蛋白更易抵抗化学降解[49，50]。角蛋白和其他稳定的结构蛋白一样，在物种间存在多种变异，因此可用于古代毛发的种属的鉴定[51]。目前，德国萨尔大学的研究团队建立了针对毛发角蛋白的MALDI-TOF-MS实验方法[52，53]，并且将该方法成功用于距今5300年的奥兹冰人木乃伊的服装和箭袋等随身物品中的皮毛鉴定。研究发现，奥兹冰人所穿鞋底由牛皮制成，鞋面则来自马鹿皮; 护腿的原材料是山羊皮和马鹿皮，除此以外，还发现了两片犬科动物的皮毛，可能来自本地灰狼、家狗或赤狐; 外套由山羊、绵羊、岩羚羊皮拼接而成; 箭筒整体制作材料与外套相似，尾端由牛皮做成; 帽子可能来自棕熊[11]。
在探索先民对动物资源的利用模式时，动物软组织及其相关制品同样是一类重要的研究对象，因为这类遗存通常能够反映古人对动物资源更加精细化的利用和加工策略。动物的软组织，如皮、筋等制成的动物制品往往都经过了复杂的加工工艺，丧失了形态学鉴定特征，例如，动物生皮一般会经过不同的鞣制加工，物理化学性质遭到破坏[54]; 动物筋在加工时要经过反复捶打后撕成细丝[55]等。在这种情况下，ZooMS在各类动物软组织及其制品来源的鉴定中无疑发挥着至关重要的作用。2013年，有学者对博物馆藏的公元9~10世纪阿拉斯加先民日常生活用品（皮包、皮艇、大衣、帽子、皮袋和筋绳等）的材质进行了分析，发现阿拉斯加先民的动物资源利用范围十分广泛，包括熊、狗、驯鹿、海狗和鲸鱼等[56]。2015年，一项研究利用PVC橡皮擦微损取样法从13世纪的欧洲古籍表面提取蛋白质，鉴定出黄牛皮、山羊皮和绵羊皮[57]。
蛋白类胶料是人类历史上使用最广泛、最悠久的粘接剂之一。大量文献及考古证据表明，自新时期时代以来，古代先民便学会使用动物皮、角芯、骨、膜及麟等组织器官来熬制胶料[58-63]，《周礼·考工记》中也有“鹿胶青白，马胶赤白，牛胶火赤，鼠胶黑，鱼胶饵，犀胶黄”的记载[64]。相较于目前常用的蛋白胶料分析表征方法（红外光谱法、色谱法及其联用方法等），ZooMS方法不需要先验判断即可对样品展开分析，而且具有灵敏度高、操作简单、准确度高等特点，可同时表征多种混合蛋白，精确鉴定蛋白胶种属。捷克学者率先运用MALDI-TOF-MS在19世纪的艺术品上进行了胶料鉴定的尝试，并且建立了常用蛋白胶的数据库[65-66]。国内也有学者应用类似方法分析表征了鸡卵蛋白胶料的MALDI-TOF-MS图谱，发现与秦俑彩绘颜料胶结材料的图谱并无相关性[67]，认为秦俑所使用的胶结材料并非前人所报道的鸡卵蛋白[68]，可能为某种动物胶。此外，笔者实验室建立了红外光谱-ZooMS的胶料分析流程，即先以红外光谱分析检验样品中的蛋白质含量，作为是否进一步展开ZooMS分析的依据，运用这一方法，对新疆阿斯塔那墓地M506出土的12件彩绘泥塑残块上的胶料进行了科学分析，将其鉴定为牛胶，推测唐代高昌居民在制作彩绘泥塑时，应是将牛胶与矿物颜料调和，再在白灰层上进行彩绘[15]。
ZooMS由于操作简便、实验周期短、性价比高等诸多优势，也可作为进行一些成本高、耗时长的仪器分析检测前，对大批量样品预先进行评估和筛选的手段。谷氨酰胺的脱酰胺修饰水平可用来评估考古样品中胶原蛋白的降解程度，通过ZooMS谱图可检测到这一修饰引起的肽段质量位移（+0.984Da），进一步计算其修饰比例评估蛋白保存状况，可作为是否展开大规模ZooMS测试或高成本的蛋白质组学分析的依据[69-70]。另外，提取骨骼中的胶原蛋白进行放射性碳测年是确定骨骼年代的最常见方法之一，但与其他技术相比，这一方法费用相对昂贵，且具有破坏性。2016年，有学者运用ZooMS对加勒比海西北部洞穴群中发现的一系列骨亚化石进行了测试，结果表明，所有能测得放射性碳年龄的骨骼样本都产生了高质量的胶原蛋白指纹图谱; 相反，那些指纹图谱效果不佳的骨骼样本则未能确定年代，两者的紧密相关性表明ZooMS可作为碳十四测年样品筛选的方法之一[71]。
ZooMS方法可以高通量、低成本和准确地鉴定那些不具备形态鉴定特征的碎骨、动物硬组织、软组织及相关制品，已成功应用于不同时期、不同埋藏环境的考古遗址动物遗存的鉴定中。目前，笔者实验室经过大量的文献梳理与数据收集，已建立了世界范围内200多种常见哺乳动物的ZooMS检索数据库。然而，国内发表的ZooMS分析工作极少，一些涉及中国特有的动物考古学问题的数据还需要进一步完善。比如，家鸡是与人类关系最密切的禽类之一，但其骨骼形态极易与同栖息地内的雉亚科鸟类混淆，因此中国北方地区家鸡的起源问题还存在诸多争议[72-76]。学者通过跗跖骨等骨骼形态能有效区分家鸡和雉，但很多其他部位的骨骼仍然较难区分，因此需要分子生物学方法的介入[77]。为进一步探索中国北方家鸡的传播路线，还需向家鸡的野生祖先红原鸡的栖息地回溯，而红原鸡现主要分布于亚洲东南部热带地区，包括我国云南、广西、海南部分地区[78]，热带森林环境给骨骼中DNA的保存与提取带来极大的挑战。目前，日本学者成功应用ZooMS区分了家鸡和两种日本本土雉[79]，为ZooMS用于解决家鸡与中国境内常见雉（如环颈雉）的区分问题提供了参考。
普通牛和绵羊起源于西亚，不仅为古代先民提供了直接的营养来源（肉、奶），还开辟了丰富的生产模式（皮、毛、畜力）。公元前三千纪晚期，受4.2ka气候干冷事件的影响，牛羊沿阿尔泰山脉地区向南传播，随后分为东西两路，西路到达塔里木盆地，东路抵达黄河中上游地区。有学者认为，引入牛羊而引发的牧业革命使得陕北和晋南地区的考古学文化相较于同时期其他文化表现出更强的社会韧性继而催化了早期国家的诞生[80]。牧业在黄河流域的传播路线、利用模式、影响范围等问题还有待进一步的研究，对牛羊相关遗存的鉴定无疑是解决这些问题的基石。目前，国外已发表了大量牛科动物ZooMS数据[81]，为中国牛羊考古遗存的判定提供了一定的研究基础，未来还需对更多遗址的骨骼进行动物考古学分析，ZooMS在其中有极大的应用空间。
近几十年来，分子生物学方法极大地延伸了探索史前时期人类历史的触手，化石中的DNA能提供较为全面的物种遗传演化信息，使学者能够根据不同人群基因差异绘制人类演化图谱。然而，古DNA在炎热和潮湿的环境中往往不易保存，且DNA分析成本较高，若直接对大批量样品进行DNA分析可能事倍功半甚至无功而返。人科与其他动物的肽质量指纹图谱存在显著差异，因此可以事先利用ZooMS在碎骨中筛选出人类骨骼，然后再开展古DNA分析[29，82]。目前，ZooMS已被应用于多处旧石器遗址的人类遗存筛选中[83-85]，但这些遗址都局限于寒冷或温带环境，目前研究者致力于将该方法应用到亚热带和热带地区的旧石器遗址中[86]。
此外，很多食品、药品、保健品和皮草中都含有胶原蛋白类物质，ZooMS分析也可用于鉴定其动物来源，判断是否掺假或造假。例如，阿胶是以纯驴皮制成的名贵保健品，一些不法商家为了降低成本，会在制作时掺入价格低廉的牛皮或马皮[87]，严重侵害消费者利益; 中药饮片中有许多动物药，但市面上充斥着假冒的药品，严重影响临床疗效甚至延误患者病情。针对以上市场乱象，目前尚缺少一种准确且价格低廉的技术方法来对这些食品、药品和保健品进行成分鉴定，而ZooMS均可给出满意的解决方案。因此，ZooMS不仅在考古中拥有广阔的应用空间，在现代相关产业中也有着不菲的应用前景。
