發現恐龍化石的一個訣竅是……先找到橙色?

2021-01-14 我是科學家iScientist

作者:Nick Longrich


在加拿大的荒地尋找恐龍的一個技巧就是尋找橙色。一般來說,恐龍的骨頭多呈暗褐色、棕褐色和灰色。但在荒地上,所看到的景觀大多數都是被風和水侵蝕的巖石,在那些灰褐色的砂礫中,有時你會看見橙色的閃光。如果你走進看,可能會發現那是一塊風化的恐龍骨。


那些橙色的東西是長在骨頭上的地衣,骨頭讓地衣在侵蝕的土地上有了一個穩定的立足點。這些骨頭是多孔的,在乾旱期能鎖住水分,而且還富含磷酸鹽等礦物質,這對地衣的生長至關重要。7600萬年前就已死亡的生物居然在現代生態系統中仍扮演著重要角色,想來也是很奇怪,但生命就是這樣,一有機會便會生長。


阿爾伯塔省恐龍公園的地衣 | Nick Longrich


生命幾乎遍布地球的各個角落。在深海熱泉的噴口,有大量細菌繁殖;在車諾比的內部,真菌在肆意生長;在南極寒冷的冰原下,線蟲在蠕動爬行。最引人注目的是深層生物圈,這是一個巨大的地下微生物生態系統,它從我們腳下開始,一直延伸到地下數公裡的巖石中。


生命為什麼不居住於被掩埋的化石中呢?


如果化石中有生命,那麼鑑定化石中原本的生物材料就會變得非常困難。而這正是我們新的研究開始的地方,它為在恐龍骨骼中發現的有機物提供了一份詳細的報告。


流行的化石概念認為,化石中的骨頭已經完全礦化,並且全部被新的材料所取代。很明顯,這種觀點是錯誤的。大多數骨骼中的原始礦物質——磷酸鈣會被保存下來。這和生活在幾百萬年前的恐龍體內所擁有的物質是一樣的。


神奇的是,有機分子有時也會持續存在。我們已經利用一些古老的DNA重新構建了一些近期滅絕的物種的基因組,並因此發現了一些過去的未知物種,比如我們人類的近親——丹尼索瓦人就是一個例子。古老的蛋白質揭示了已滅絕的哺乳動物箭齒獸的進化史,化石色素讓我們知曉了恐龍身上的條紋,以及它們的蛋上的斑點。


提取自恐龍化石的有機物 | Evan Saitta


更了不起的是,從恐龍的骨骼中,科學家還發現了DNA、蛋白質,甚至是細胞和血管等物質。但這些比已確認的最古老DNA和蛋白質還要古老一個數量級以上,因此一直存在一些爭議。利用恐龍的DNA和蛋白質來恢復恐龍的組織以重現進化是一個非常誘人的想法,但目前我們尚不清楚這些物質在數千萬年之後是否還能存活。


化石中的DNA大約每500年就會消失一半,在150萬年後基本上就會變得無法讀取。蛋白質則更有彈性一些,最古老的蛋白質可追溯到400萬年前,但將蛋白質中的胺基酸結合在一起的肽鍵也會隨著時間的推移而降解,因此尚不清楚它們能否在已存在了7500萬年的恐龍化石中存活下來。


與此同時,像細菌、原生生物、真菌、植物根系和線蟲等生物會在地下茁壯地成長。為了確保我們有的是恐龍組織,首先我們需要排除那些不那麼令人興奮的其他可能性,比如因細菌生物膜造成的汙染。



為了了解恐龍骨骼中生物物質的來源,我們開展了一次獨特的野外考察,不是針對恐龍,而是針對生存在它們骨骼中的微生物。我們在阿爾伯塔省恐龍公園裡挖出了一頭尖角龍的骨床。我們用漂白劑、酒精和噴槍對工具進行消毒,然後用錫箔紙包裹化石,以防止它受到汙染。但這些化石中仍充滿了生命,這些生命來自於骨頭內部。


從化石中提取的胺基酸顯示了生命的明顯特徵。胺基酸以左、右手構型存在。生物會製造左旋胺基酸,但在死亡後,它們的結構會慢慢地來回變化,形成左旋和右旋分子的混合體。古胺基酸的比例為1:1,但在骨骼中主要存在的是左旋分子,顯示出了最近的生物活性。


一個尖角龍的頭骨 | Nick Longrich


我們還研究了骨骼中的碳。生物會從大氣中CO₂中攝取碳,其中包含放射性碳-14。碳-14會發生放射性衰變,大約每6000年就有一半的碳-14原子消失。沒有任何碳-14可以存活7600萬年之久,但是骨骼中卻充滿了碳-14。那麼這些恐龍要麼死於幾千年前,要麼就是被生物汙染了。


為了弄清曾有什麼生活在骨頭中,我們從化石中提取了DNA和相關的分子RNA,結果發現了驚人的結果:一個欣欣向榮的細菌群落。這些骨頭中含有的細菌DNA是周圍泥巖中的50倍。它們不是空著的墳墓,而是成為了一個充滿微生物的獨特微生物群落。


骨骼不同於巖石,它可以為骨髓、血管和細胞提供開放的空間,這些承載了水和營養物質的空間就為微生物創造了生存空間。骨骼還含有製造DNA和細胞膜所需的磷。此外,從骨頭中提取的與在其他地方發現的恐龍組織相似的有機組織和血管樣結構,被可以與DNA結合的螢光染料點綴得像發光的聖誕樹一般。豐富的DNA表明這些有機物是由細菌而不是恐龍製造的。



尋找有機化石有點像大海撈針,但這並不是說明「針」不存在。我們找到了一個更好的方法來區分「針」與「稻草」。雖然我們沒有發現恐龍蛋白質,但我們發現了一些同等厲害的東西,那就是恐龍體內的生命。


阿爾伯塔省的荒地 | Nick Longrich


當被我們發現的那頭尖角龍死時,它的身體成為了其他生物的食物——霸王龍、蒼蠅、甲蟲,然後還有細菌和真菌。這一過程在它死後很久仍在繼續:它曾被埋在白堊紀的河漫灘下,後來滾滾而來的海水讓這它躺在海底100米以下,再後來它躺在了冰河時代的冰川下,最後,躺在了今天的這片不毛之地之下。在如此漫長的時間裡,它的骨頭中聚集著許許多多的微生物。


想起來這很不尋常,在一個大型恐龍的遺骸中,微小的微生物世界在數百萬年的時間裡出現、進化和消失,在那些活著的與早已死去的之間,扮演著一個複雜的角色。



原文標題為「Dinosaur bones: hidden life revealed inside them」,首發於2019年7月26日的The Conversation。

原文連結:https://theconversation.com/dinosaur-bones-hidden-life-revealed-inside-them-120536. 中文內容僅供參考,一切內容以英文原版為準。
本文經授權轉載自公眾號「原理」,如需轉載,請聯繫原帳號。


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