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2015年07月08日 星期三
中青在线

科学现场

一滴血里的侏罗纪世界

本报记者 陈墨 《 中国青年报 》( 2015年07月08日   11 版)

    电子显微镜下恐龙化石中的类似胶原组织

    硕大的脚掌沉沉地踏着路灯下的水泥路面,引起汽车的震颤摇晃。伴着粗重的鼻息,玻璃窗上出现一张巨大的侧脸。孩子从睡梦中惊醒,呆呆盯着窗外那一口交错的长牙。当一只车灯般的巨眼转向屋里时,瑟瑟发抖的人们终于抑制不住尖叫出声……

    在红遍全球的科幻电影《侏罗纪公园》系列中,凭借琥珀内蚊子肠道里的一滴恐龙血,科学家们提取DNA复活了这种生活在6600万年前的生物。而在大银幕外的实验室里,不久前,塞尔吉奥·博尔塔佐把高倍显微镜对准一枚恐龙化石磨片,这位生物医学物理学家被眼前的一幕惊呆了:“等等!这看起来——像血!”

    在利用新式电子显微镜扫描法等一系列成像技术研究了8个“看起来像垃圾一样”的化石样本后,博尔塔佐的同事、英国伦敦帝国理工学院的研究者们惊讶地发现,这些白垩纪时期、保存并不完好的化石中竟然包含了酷似血红细胞、胶原蛋白纤维的软组织。

    这项研究成果刊登在6月9日的《自然-通讯》杂志上,当与之同时面向全球公众的电影《侏罗纪世界》再掀恐龙热时,科学家们也兴奋不已。“如果我们能证明这些发现确实准确,将为研究恐龙的生存和进化提供全新的视角。”博尔塔佐说。

    呈现在镜头下的组织石榴籽一样聚集,像极了红细胞。就在几年前,这项发现还被视为不可能

    当暴虐霸王龙在银幕上横冲直撞时,科学家们正通过显微镜探索化石里的侏罗纪世界。

    博尔塔佐和同事费尽周折从伦敦国家历史博物馆的仓库里搞到8块化石碎片,断骨被切成磨片放在显微镜载物台上。

    那是一个再普通不过的早晨,博尔塔佐观察着一块来自戈尔岗龙的磨片。7500万年前,这种身长堪比卡车的肉食性恐龙在加拿大西部横行霸道。按照长期以来的假设,皮肤、肌肉、血液等有机组织早就会腐烂,仅有部分坚硬的骨骼得以形成化石,博尔塔佐正盯着的,是两吨硕大身躯仅存的一截趾骨。

    令人意外的是,呈现在镜头下的并不是平常的骨晶体,而是并未石化的软组织。椭圆形的细胞石榴籽一样聚在一起,尽管不敢相信,博尔塔佐还是不得不承认,这千万岁级趾头中的组织,像极了红细胞。

    这并不是研究者第一次在恐龙化石中发现类似软组织。10年前,美国的考古团队在用直升机吊起霸王龙化石时,不慎折断了一根腿骨,北卡罗来纳大学古生物教授玛丽·施魏策尔发现断面上疑有新鲜组织,由此从这根6800万年前的大长腿化石中分离出了柔韧、透明的血管组织残留物。

    博尔塔佐“疯了一样”发了一连串信息,研究伙伴梅德门特闻讯赶来。“我的第一反应是这不是真的。”作为地球科学与工程系的初级研究员,梅德门特“知道”这些软组织只有在“极为罕见的情况下”才有可能出现在“保存十分完好”的化石之中。“我们用的化石一点也不罕见。”梅德门特说道。那些“边角余料”保存得非常差,仅凭外观“甚至看不出来自什么龙”。

    更令研究者惊讶的是,在另一块无法辨认龙种的肋骨磨片中,发现了黑色和白色的绳状纤维结构,与胶原蛋白非常相似。在此之前,即便在保存完好的化石中,发现的最古老的胶原软组织出现在400万年前,而此次研究中的化石均形成于白垩纪,距今至少6550万年之久。

    “意外”在鸭嘴龙、剑龙、三角龙等化石碎片中接连发生,8个残破的样本中,有6个包含了酷似红细胞、胶原蛋白纤维的组织。

    梅德门特作出了大胆的假设:“如果在保存如此之差的化石里能够发现软组织,这也许意味着,(化石中)软组织的存在比我们设想的更为普遍,甚至是‘正常’现象。”

    当脚蹬高跟鞋的女主角在银幕上和霸王龙上演追逐战时,这项刊登在《自然-通讯》上的研究也在古生物学界引起热议。“这说明化石不仅是‘石头’!”多年来致力于研究化石中软组织的施魏策尔说道:“就在几年前,(研究成果)还被视为不可能。”

    创造“不可能”的这支团队得以组建,纯属“好奇”使然。与生物医学物理学家博尔塔佐在一次会议上偶遇后,古生物学家苏珊娜·梅德门特提议用对方研究活体组织的高性能显微镜观察恐龙化石,无非想要“看看会发生什么”。

    复活恐龙需要完整的DNA链条,已知任何保存方式也不可能做到,研究者决定反其道而行之,让鸡“退化”成恐龙

    全球“龙粉”有望在银幕上看到更接近真实的“侏罗纪世界”,但就现有的发现和研究成果而言,这种对“真实”的还原还只能依赖电脑特效。

    尽管发现的细胞里“似乎保留了血液的原始成分”,但博尔塔佐和梅德门特还是没能找到DNA的蛛丝马迹,哪怕是断掉的DNA链条。

    根据担任《侏罗纪公园》系列电影顾问多年的落基山古生物学博物馆馆长杰克·霍纳介绍,一旦细胞死亡,化学功能关闭,细胞核中的DNA迅速分解,“千百万年后,什么也不可能剩下了”。

    即便找到DNA碎片,也无力把它补齐,而复活恐龙需要完整的DNA链条。与电影中的理想的情节不同,琥珀不是DNA的“保险箱”。眼下,除非有某种尚未发现的保存方式,能使生物的DNA序列不致断裂,否则侏罗纪公园不可能成为现实。

    在创建了中国第一个恐龙网站的中国地质大学博士生邢立达看来,对这种古老神秘的生物,人类“只有100块拼图里的三四块”。

    近年来,“恐龙进化成了鸟”已经从美好的猜想成为确凿的学界共识,这也引出了古生物学者们对《侏罗纪世界》的专业“吐槽”。“最受诟病的就是没有复原迅猛龙。”邢立达告诉中国青年报记者,已有确凿的化石证据表明,迅猛龙身上是带有羽毛的。

    这很大程度上是为了与前几部电影中的迅猛龙形象保持一致。普通观众看惯了颇似大蜥蜴的迅猛龙,很可能接受不了它毛绒绒的新装。

    一心想复活恐龙的杰克·霍纳却由此找到了另一条路:利用“逆向基因工程”技术,唤醒鸡沉睡的恐龙基因,使其“退化”成恐龙。哈佛大学、耶鲁大学的研究团队已经成功把鸡嘴还原成恐龙嘴的样子,而霍纳团队正在努力“复原”鸡尾,“把翅膀重新变成手臂和爪子”。

    如果能找到足够多不同种类恐龙的红细胞,科学家或许可以勾勒出恐龙逐渐由爬行动物飞向天空的过程

    与“嫡亲”鸟类和“表亲”鳄鱼对比,已经成了还原恐龙生活的常用方式。如果此番发现的软组织确实在化石中广泛存在,这些灭绝了6600万年的巨兽或许将有机会用“血肉之躯”重新讲述自己的故事。

    邢立达饶有兴味地说起《侏罗纪公园1》里的经典细节,孩子们躲在厨房里,迅猛龙追至窗外往里看,喷出的鼻息使玻璃蒙上雾气。

    “这说明迅猛龙的呼吸有温度,是温血动物!”邢立达兴奋地描述道,这部22年前的电影里融进了当时最具颠覆性的发现。

    时至今日,学者们一直对恐龙究竟是冷血动物还是温血动物争论不休,这与它们的习性直接相关——究竟是还像爬行动物一样迟缓笨重,还是已像鸟类一样敏捷轻灵。

    答案很可能藏在红细胞里。梅德门特介绍,已知脊椎动物的红细胞越小,新陈代谢率越快,而大多数新陈代谢率快的动物为温血动物,较慢的多为冷血动物。因此,通过对比其他物种的红细胞,科学家们将可以确定恐龙的相对新陈代谢率、血液温度,进而推测它们的生活。

    如果能找到足够多不同种类恐龙的红细胞,科学家甚至可以推测哪种恐龙是温血,哪种是冷血,据此勾勒出恐龙逐渐由爬行动物飞向天空的过程。

    在此之前,“仍需做大量的工作才能确定,我们观察到的是不是恐龙的软组织。”博尔塔佐说,“也许受伤的某个人或某只鸟在化石上流了血,我们又刚好用这一小块做了研究样本。” 

    利用一种名为聚焦离子束的医学研究技术,研究者们在化石中“红细胞”的内部发现了致密的细胞核。“这排除了有人在样本上流血的可能。”梅德门特解释说,因为包括人在内的哺乳动物血红细胞里没有细胞核。

    在使用质谱仪进一步分析化石“红细胞”和“胶原组织”,并与世界上最古老的一种鸟类——鸸鹋作对比后,研究者发现化石中“红细胞”成分与鸸鹋血液非常相似,“胶原纤维”中也包含了与鸟类骨骼质地相同的氨基酸。

    “种种迹象表明,我们(在化石中)发现的软组织是红细胞和胶原纤维,”博尔塔佐对记者说道。“我们必须保持质疑。”梅德门特也说,“但我们俩都想不出这些结构还能是别的什么东西。”

    她甚至让一位真菌专家辨认样本中是什么“孢子”,而对方回答说:“我不知道,它们看起来像红细胞。”

    如同留在蚊子体内的一滴血,封存在坚硬骨骼化石里的红细胞固执地保持柔软,在物种消失数千万年以后,保存着生命的秘密。

    梅德门特团队正在继续研究更多的样本,试图找出软组织得以保存的原因和方式。除此之外,通过比对指纹般独一无二的胶原结构,科学家们有望判定恐龙物种间的远近亲疏,绘制不同恐龙间的“家庭树”。

    “这些保存不善的破化石是恐龙拼图留给我们的线索。”梅德门特并没有放弃复原恐龙的努力,“在科学上永远不要说‘永不’,如果我们使劲找,谁知道将来能找到什么呢?!”

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