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给恐龙“验血”和“配色”

 大科技杂志社 2019-11-08

多数情况下,恐龙一死成了化石,留给我们的只是一副光秃秃的骨架子,但在某些极为罕见的特殊情况下,也还会留下一些弥足珍贵的纪念物。

这是恐龙血吗?

1992年的一天,美国古生物学家玛丽·施魏泽对着显微镜下的一块骨骼化石切片发呆。这块骨骼化石切片取自一只刚发现的、大约死于6700万年前的恐龙,学名叫霸王龙。让玛丽发呆的是视野中的一串小红球,它们刚好位于恐龙的血管腔中。这些小红球看起来跟红细胞像极了,尤其值得一书的是,每个红球的中心都有一个小黑点,好像是细胞核,这与恐龙的身份极为相符。因为在自然界中,除了哺乳动物的血细胞里没有细胞核,其余的脊椎动物,像鸟类、爬行类的血细胞里都有细胞核,而恐龙历来被认为是爬行类动物,也是鸟类的祖先。难道这串红色的小球真是恐龙的红细胞?

但是过去的常识却告诉玛丽这不可能。300多年来,古生物学家一直都认为,远古的动物一旦死亡变成化石,它身上的有机物质,如皮肤、肌肉、内脏等都将腐烂降解,最后我们所能看到的只是一副光秃秃的骨架子,有机物质一鳞半爪也不会留下。

让我们不妨回顾一下生物学家给有机物质保存期开列的单子吧:蛋白质,一般构成肌肉和血液的蛋白,能保存几万年就很不错了(比如制成木乃伊),而最耐久的蛋白,构成毛发、指甲、角等的主要成分——角蛋白,不超过100万年;DNA,不超过10万年。我们之前听说科学家提取了猛犸、尼安德特人的DNA,那也是它们离现在不超过10万年之故。

玛丽还回想起科学界曾有过前车之鉴。比如说上世纪有科学家声称从恐龙蛋里提取了恐龙的DNA,但是当事人因无法证明恐龙蛋在挖掘的过程中没受污染(也就是说提取的DNA可能是污染微生物的DNA),最后在一片质疑声中不了了之。她可不想重蹈他们的覆辙。

但是这一串神秘的小红点,不论其大小、形状和颜色,还是它们所处的位置,都跟血细胞像极了,玛丽实在甩不开“这就是恐龙红细胞”的念头。

是的,就是恐龙血

首先,假如这些红色小球是来自外界的污染,那应该更容易出现在保存较差的恐龙化石中。但事实上相反,这类组织在那些保存较差的恐龙化石里都没出现,而出现这些红色小球的那具雷霸王龙化石,恰恰保存相当完好。

经过对这些红色小球做光谱分析,表明它们富含铁,而周围的骨质和沉积物都不富含铁。——富含铁是红细胞的一个重要特征。

最后,玛丽还做了一个免疫学上的实验。她将带有红色小球的恐龙骨骼提取物注入小鼠体内,让小鼠对提取物产生抗体。经研究,这些抗体里含有对抗血红蛋白的抗体。这就是说,提取物里确实含有类似血红蛋白的物质,而血红蛋白只存在于红细胞中。

接着玛丽又转向了另一个问题,她想看看一贯被古生物学家奉为圭臬的“有机物质在化石中不可能保存下来”这个结论是否一定正确。她发现,有越来越多的证据表明,在某些特殊的条件下,动物身体上的有机物质保存的时间远比我们原先想象的要久远。

先来看第一个例子。这是一具从马达加斯加挖掘出来的胁空鸟龙化石,生活于距今7000万至8000万年前的晚白垩纪。在发掘的过程中,研究人员发现它的趾骨上覆盖着一层白色的纤维状物质。经过分析,最后断定这是一种鸟类和爬行类身上特有的角蛋白,也就是说,这些神秘的白色物质是胁空鸟龙致命利爪的残余物。

第二个例子是出土于蒙古的沙漠鸟面龙化石。这是一种生活于7000万到8300万年前的小型食肉恐龙。研究人员在清理化石时发现,这只动物化石的颈部附有细小的白色纤维。经过分析,这是沙漠鸟面龙身上羽毛的残余物。

2003年,美国发掘出了又一具保存完好的霸王龙骨架。在这具有6800万年历史的骨架上,玛丽竟然发现了透明的、呈纤维状的恐龙血管残余物。

这一系列的发现,给了玛丽足够的信心,使她确信1992年她在霸王龙骨骼化石上看到的红色小球应该就是恐龙血细胞的残余物。看来教科书里的某些结论要改写了。

恐龙尸体如何防腐

那么这些有机物质是如何历经千万年而不朽的呢?科学家至今还没把这个问题搞清楚,所能做的只是结合化石形成、发掘的各个环节做些猜测。

化石形成的第一个条件是动物死后,遗体迅速掩埋。当裹挟着大量泥沙的河流冲刷平原时,对化石的形成最有利,泥沙可以把动物尸体迅速掩埋。而要想避免尸体上的有机物质丧失殆尽,可能还要附加一个条件,那就是尸体所在的地层要形成多孔的砂岩。这是因为不管如何保存,尸体的大部分总要被微生物降解,降解会产生大量腐蚀性的液体,如若不及时排出,就会腐蚀剩余的有机物,使之荡然无存。砂岩的孔可以把腐蚀性液体及时排出。

化石形成的第二个条件是深埋。由于沉积作用,百万年间动物遗体远离地表,越埋越深,在那里,地下水中的矿物质慢慢渗进骨骼,使之石化。我们可以猜测,如果遗体埋得特别深,那么由于隔绝了地表常有的氧化作用、酸碱度和温度的变化等等因素,遗体上的一些软组织或许可以长久保存下来。

然后又经过千万年的地壳运动,化石所在的地层被抬升到地表。当地表的岩层被风化之后,化石被考古人员注意到。在化石发掘的过程中,如果能尽可能减少它们在空气中的暴露时间,就可以有效地保护脆弱的有机分子,使它们免遭第二次降解的命运。如果化石采集完毕,立即着手分析,还会大大提高发现有机物质残余的概率。也许先前的许多化石因挖掘、处理不及时而失去了发现残存有机物的机会。

复原恐龙的颜色

这项发现的一个应用就是用来复原某些恐龙的颜色。

2007年,一位丹麦古生物学家利用电子显微镜,在距今5500万年的恐龙化石上羽毛的印痕中找到了黑色素,——黑色素正是一种蛋白。这些黑色素分为两种,一种是真黑色素,呈1微米的棒状结构;另一种是褐黑色素,为直径0.5微米的球形结构。两者组合可以合成从黑色到深棕色的不同色调。从现有物种来看,许多动物的斑纹都是黑色的,所以通过分析这两种色素在恐龙化石上的分布,可以大致了解恐龙身上花纹是什么样子的。

至于其他的颜色,它们的色素在化石上也会多少留下一点蛛丝马迹。就算完全消失了,我们也可以借鉴现有物种做出猜测。比如说,我们知道动物的颜色取决于两个主要因素:一个是为了逃避敌害而伪装,通过伪装把自己融入环境,这是那些比较温顺的植食性动物经常采用的;另一个是传递信息,比如穿一身鲜亮的服装求偶,或者警告外来入侵者等等。于是我们可以猜测,那些植食性恐龙身上的色彩主要用途是伪装,因此跟恐龙栖居的环境很有关系;而对于那些凶猛的肉食性恐龙,其色彩主要用于炫耀和吓唬,所以它们身上会有更多的红色。

目前,古生物学家已经复原了一些恐龙的颜色。比如生活在1.25亿年前的中华龙鸟,经复原后身上呈浅红色,有暗色条纹;生活在1.5亿年前的赫氏近鸟龙有着黑白色的羽毛和一顶红棕色鸟冠;恐爪龙可能背上一身条纹,跟虎鲸、响尾蛇类似……这些研究并不只是出于好奇,知道了恐龙的颜色,科学家可以更好地了解恐龙的行为。

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