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恐龙化石里的生命世界

2020-02-26 08:45:38 《奥秘》 2020年1期

尼克·朗里奇

寻找恐龙的一个技巧就是寻找橙色

在加拿大的荒地里寻找恐龙的一个技巧就是寻找橙色。一般来说,恐龙的骨头多呈暗褐色、棕褐色和灰色。但在荒地上,所能看到的景观大多数都是被风和水侵蚀的岩石,在那些灰褐色的砂砾中,有时你会看见橙色的闪光。如果你走近看,可能会发现那是一块风化的恐龙骨。

那些橙色的东西是长在骨头上的地衣,骨头让地衣在侵蚀的土地上有了一个稳定的立足点。这些骨头是多孔的,在干旱期能锁住水分,而且还富含磷酸盐等矿物质,这对地衣的生长至关重要。7600万年前就已死亡的生物居然在现代生态系统中仍扮演着重要角色,想来也是很奇怪,但生命就是这样,一有机会便会生长。

生命几乎遍布地球的各个角落。在深海热泉的喷口,有大量细菌繁殖;在切尔诺贝利的内部,真菌在肆意生长;在南极寒冷的冰原下,线虫在蠕动爬行。最引人注目的是深层生物圈,这是一个巨大的地下微生物生态系统,它从我们脚下开始,一直延伸到地下数公里的岩石中。

被掩埋的化石中有生命?

如果化石中有生命,那么鉴定化石中原本的生物材料就会变得非常困难。而这正是我们的新研究开始的地方,它为在恐龙骨骼中发现的有机物提供了一份详细的报告。

流行的化石概念认为,化石中的骨头已经完全矿化,并且全部被新的材料所取代。很明显,这种观点是错误的。大多数骨骼中的原始矿物质——磷酸钙会被保存下来,这和生活在几百万年前的恐龙体内所拥有的物质是一样的。

神奇的是,有机分子有时也会持续存在。我们已经利用一些古老的DNA重新构建了一些近期灭绝的物种的基因组,并因此发现了一些过去的未知物种,比如我们人类的近亲——丹尼索瓦人就是一个例子。古老的蛋白质揭示了已灭绝的哺乳动物箭齿兽的进化史,化石色素让我们知晓了恐龙身上的条纹,以及它们的蛋上的斑点。

更了不起的是,从恐龙的骨骼中,科学家还发现了DNA、蛋白质,甚至是细胞和血管等物质。但这些比已确认的最古老DNA和蛋白质还要古老一个数量级以上,因此一直存在一些争议。利用恐龙的DNA和蛋白质来恢复恐龙的组织以重现进化是一个非常诱人的想法,但目前我们尚不清楚这些物质在数千万年之后是否还能存活。

化石中的DNA大约每500年就会消失一半,在150万年后基本上就会变得无法读取。蛋白质则更有弹性一些,最古老的蛋白质可追溯到400万年前,但将蛋白质中的氨基酸结合在一起的肽键也会随着时间的推移而降解,因此尚不清楚它们能否在已存在了7500万年的恐龙化石中存活下来。

与此同时,像细菌、原生生物、真菌、植物根系和线虫等生物会在地下茁壮地成长。为了确保研究的是恐龙组织,首先我们需要排除那些不那么令人兴奋的其他可能性,比如因细菌生物膜造成的污染。

恐龍化石里的微生物群落

为了了解恐龙骨骼中生物物质的来源,研究人员开展了一次独特的野外考察,不是针对恐龙,而是针对生存在它们骨骼中的微生物。他们在阿尔伯塔省恐龙公园里挖出了一头尖角龙的骨床。研究者用漂白剂、酒精和喷枪对工具进行消毒,然后用锡箔纸包裹化石,以防止它受到污染。但这些化石中仍充满了生命,这些生命来自于骨头内部。

从化石中提取的氨基酸显示了生命的明显特征。氨基酸以左、右手构型存在,生物会制造左旋氨基酸,但在死亡后,它们的结构会慢慢地来回变化,形成左旋和右旋分子的混合体。古氨基酸的比例为1:1,但在骨骼中主要存在的是左旋分子,显示出了最近的生物活性。

研究者还研究了骨骼中的碳。生物会从大气中的CO2里摄取碳,其中包含放射性碳-14。碳-14会发生放射性衰变,大约每6000年就有一半的碳-14原子消失。没有任何碳-14可以存活7600万年之久,但是骨骼中却充满了碳-14。因此这些恐龙要么死于几千年前,要么就是被生物污染了。

为了弄清骨头中究竟有什么,研究者从化石中提取了DNA和相关的RNA,居然发现了惊人的结果:一个欣欣向荣的细菌群落。这些骨头中含有的细菌DNA是周围泥岩中的50倍,它们不是空着的坟墓,而是一个充满微生物的独特微生物群落。

骨骼不同于岩石,它可以为骨髓、血管和细胞提供开放的空间,这些承载了水和营养物质的空间为微生物创造了生存空间。骨骼中还含有制造DNA和细胞膜所需的磷,且从骨头中提取的与在其他地方发现的恐龙组织相似的有机组织和血管样结构,被可以与DNA结合的荧光染料点缀得像发光的圣诞树一般。丰富的DNA表明这些有机物是由细菌而不是恐龙制造的。

寻找有机化石如大海捞针

寻找有机化石有点像大海捞针,但这并不是说明“针”不存在。研究者找到了一个更好的方法来区分“针”与“稻草”,虽然他们没有发现恐龙蛋白质,但他们发现了一些“旗鼓相当”的东西,那就是恐龙体内的生命。

当被研究者发现的那头尖角龙死的时侯,身体成为了其他生物如霸王龙、苍蝇、甲虫、细菌和真菌的食物。这一过程在它死后很久仍在继续:它曾被埋在白垩纪的河漫滩下,后来滚滚而来的海水将它掩埋在海底100米以下,再后来它躺在了冰河时代的冰川下,最后则静卧在了今天的这片不毛之地里。在如此漫长的时间中,它的骨头中聚集了许许多多的微生物。

想起来这很不寻常,在一个大型恐龙的遗骸中,微小的微生物世界在数百万年的时间里出现、进化和消失,在生存与死亡之间,扮演着一个复杂的角色。