恐龍化石里的生命世界

尼克·朗里奇

尋找恐龍的一個技巧就是尋找橙色

在加拿大的荒地里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，所能看到的景觀大多數(shù)都是被風(fēng)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。如果你走近看，可能會發(fā)現(xiàn)那是一塊風(fēng)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(wěn)定的立足點(diǎn)。這些骨頭是多孔的，在干旱期能鎖住水分，而且還富含磷酸鹽等礦物質(zhì)，這對地衣的生長至關(guān)重要。7600萬年前就已死亡的生物居然在現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)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(jī)會便會生長。

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(xì)菌繁殖；在切爾諾貝利的內(nèi)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(tài)系統(tǒng)，它從我們腳下開始，一直延伸到地下數(shù)公里的巖石中。

被掩埋的化石中有生命？

如果化石中有生命，那么鑒定化石中原本的生物材料就會變得非常困難。而這正是我們的新研究開始的地方，它為在恐龍骨骼中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)物提供了一份詳細(xì)的報告。

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

神奇的是，有機(jī)分子有時也會持續(xù)存在。我們已經(jīng)利用一些古老的DNA重新構(gòu)建了一些近期滅絕的物種的基因組，并因此發(fā)現(xiàn)了一些過去的未知物種，比如我們?nèi)祟惖慕H——丹尼索瓦人就是一個例子。古老的蛋白質(zhì)揭示了已滅絕的哺乳動物箭齒獸的進(jìn)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(diǎn)。

更了不起的是，從恐龍的骨骼中，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了DNA、蛋白質(zhì)，甚至是細(xì)胞和血管等物質(zhì)。但這些比已確認(rèn)的最古老DNA和蛋白質(zhì)還要古老一個數(shù)量級以上，因此一直存在一些爭議。利用恐龍的DNA和蛋白質(zhì)來恢復(fù)恐龍的組織以重現(xiàn)進(jìn)化是一個非常誘人的想法，但目前我們尚不清楚這些物質(zhì)在數(shù)千萬年之后是否還能存活。

化石中的DNA大約每500年就會消失一半，在150萬年后基本上就會變得無法讀取。蛋白質(zhì)則更有彈性一些，最古老的蛋白質(zhì)可追溯到400萬年前，但將蛋白質(zhì)中的氨基酸結(jié)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(xì)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。為了確保研究的是恐龍組織，首先我們需要排除那些不那么令人興奮的其他可能性，比如因細(xì)菌生物膜造成的污染。

恐龍化石里的微生物群落

為了了解恐龍骨骼中生物物質(zhì)的來源，研究人員開展了一次獨(dú)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。他們在阿爾伯塔省恐龍公園里挖出了一頭尖角龍的骨床。研究者用漂白劑、酒精和噴槍對工具進(jìn)行消毒，然后用錫箔紙包裹化石，以防止它受到污染。但這些化石中仍充滿了生命，這些生命來自于骨頭內(nèi)部。

從化石中提取的氨基酸顯示了生命的明顯特征。氨基酸以左、右手構(gòu)型存在，生物會制造左旋氨基酸，但在死亡后，它們的結(jié)構(gòu)會慢慢地來回變化，形成左旋和右旋分子的混合體。古氨基酸的比例為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。

研究者還研究了骨骼中的碳。生物會從大氣中的CO2里攝取碳，其中包含放射性碳-14。碳-14會發(fā)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。因此這些恐龍要么死于幾千年前，要么就是被生物污染了。

為了弄清骨頭中究竟有什么，研究者從化石中提取了DNA和相關(guān)的RNA，居然發(fā)現(xiàn)了驚人的結(jié)果：一個欣欣向榮的細(xì)菌群落。這些骨頭中含有的細(xì)菌DNA是周圍泥巖中的50倍，它們不是空著的墳?zāi)?，而是一個充滿微生物的獨(dú)特微生物群落。

骨骼不同于巖石，它可以為骨髓、血管和細(xì)胞提供開放的空間，這些承載了水和營養(yǎng)物質(zhì)的空間為微生物創(chuàng)造了生存空間。骨骼中還含有制造DNA和細(xì)胞膜所需的磷，且從骨頭中提取的與在其他地方發(fā)現(xiàn)的恐龍組織相似的有機(jī)組織和血管樣結(jié)構(gòu)，被可以與DNA結(jié)合的熒光染料點(diǎn)綴得像發(fā)光的圣誕樹一般。豐富的DNA表明這些有機(jī)物是由細(xì)菌而不是恐龍制造的。

尋找有機(jī)化石如大海撈針

尋找有機(jī)化石有點(diǎn)像大海撈針，但這并不是說明“針”不存在。研究者找到了一個更好的方法來區(qū)分“針”與“稻草”，雖然他們沒有發(fā)現(xiàn)恐龍蛋白質(zhì)，但他們發(fā)現(xiàn)了一些“旗鼓相當(dāng)”的東西，那就是恐龍體內(nèi)的生命。

當(dāng)被研究者發(fā)現(xiàn)的那頭尖角龍死的時侯，身體成為了其他生物如霸王龍、蒼蠅、甲蟲、細(xì)菌和真菌的食物。這一過程在它死后很久仍在繼續(xù)：它曾被埋在白堊紀(jì)的河漫灘下，后來滾滾而來的海水將它掩埋在海底100米以下，再后來它躺在了冰河時代的冰川下，最后則靜臥在了今天的這片不毛之地里。在如此漫長的時間中，它的骨頭中聚集了許許多多的微生物。

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(shù)百萬年的時間里出現(xiàn)、進(jìn)化和消失，在生存與死亡之間，扮演著一個復(fù)雜的角色。