古生物分子和组织-恐龙探秘

时间:2023-12-04 19:09:03

古生物分子和组织

在本章即将结束的时候,我不能不提到《侏罗纪公园》中的情节:发现恐龙的DNA,利用现代生物技术重组这些DNA,由此使恐龙复活。

古生物分子和组织-恐龙探秘

过去的十年中,有零星几篇科学报告声称发现了恐龙DNA片段,接着又利用聚合酶链反应(PCR)的生物技术来增强这些片段,以使它们更易于研究。遗憾的是,对于愿意相信好莱坞剧情的人们来说,所有这些报告都没有得到证实,而且实际上从恐龙骨骼中分离出任何真正的恐龙DNA的可能性微乎其微。理由很简单,DNA是一个长而复杂的生物分子,在缺乏维持并修复它的代谢系统(正如在活的细胞中所发生的那样)的情况下,随着时间的推移,DNA会降解。任何这样的物质被埋在地下(而且在那里遭遇由微生物、其他生物和化学污染源,以及地下水造成的各种污染风险),经过6,500多万年而未被改变的可能性实际上为零。

到目前为止,所有报告的恐龙DNA均被证明是已受到污染的。实际上,被确认的唯一可靠的化石DNA在时间上要近得多,而且即便是这些发现,也是由于不寻常的保存条件才成为可能的。例如,棕熊化石遗存的年代追溯至大约6万年前,人们获得了它的线粒体DNA很短的序列——但这是因为自从这些动物死亡以后其化石就一直冻结在永冻土中,这为降低这些分子的降解速度提供了最佳条件。当然,恐龙的遗迹要比北极棕熊古老1000倍。尽管我们或许有可能在现生鸟类的DNA中识别出一些与恐龙相似的基因,但使恐龙复活是科学界无能为力的。

最后一组极为有趣的观察结果涉及到对采自蒙大拿州的一些霸王龙骨骼的外表和内部化学组成的分析。北卡罗来纳州立大学的玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)和同事得到允许研究由杰克·霍纳(Jack Horner,电影《侏罗纪公园》中“艾伦·格兰特博士”在现实生活中的原型)采集的一些保存非常完好的霸王龙骨骼标本。对骨架化石的详细检验表明,长骨的内部结构只有极微小的改变;的确,它们的改变是如此之小,以至于霸王龙个别骨骼的密度与现代骨骼仅仅晾干之后的密度相一致。

施韦策找寻的是古代的生物分子,或者至少是可能留下的残余化学标记。她从骨骼内部提取了材料以后,再将其研成粉末,对其进行广泛的物理、化学和生物学分析。这项研究背后的想法是,不仅要尽最大可能“捕获”一些痕迹,而且如果标记出现的话,还要得到一系列支持它的半独立证据。研究者肩上的重任实际上是找到某些能证明这样的生物分子存在的确凿证据;死亡和埋藏以后时光流逝,任何这些分子的残迹都已被全部破坏或冲刷掉的可能性似乎是无法抗拒的。核磁共振和电子自旋共振揭示了类似血红蛋白(红血球的主要化学组成物)的分子残余物的存在;光谱分析和高性液相色谱(HPLC)生成的数据也显示出残余血红素结构的存在。最后,将恐龙的骨组织用溶剂冲洗,以便提取任何遗留的蛋白质碎片;然后将这些提取物注入实验大鼠的体内,看它是否会引起免疫反应——结果确实引起了反应!大鼠所产生的抗血清与提纯的鸟类和哺乳动物的血红蛋白所发生的反应呈阳性。从这一系列的分析可以看出,似乎这些霸王龙的组织中很有可能保存了恐龙血红蛋白混合物的化学残迹。

更令人着迷的是,在显微镜下观察部分骨骼薄片的时候,在骨骼内部的血管中可以识别出小的圆形微结构。对这些微结构进行分析以后发现,与周围的组织相比,它们明显富含铁(铁是血红素分子的主要成分)。而且它们的大小和总体面貌与鸟类的有核红细胞特别相似。尽管这些结构并不是真实的血细胞,但它们确实像是原来的血细胞在化学上发生了改变的“幽灵”。这些结构在这种状态下是如何经过了65 Ma而存留下来的,这是一个相当大的谜题。

施韦策和她的合作者还识别出(利用类似前面提到的免疫学方法)被称为胶原蛋白(天然骨骼以及韧带和肌腱中的主要组成成分)和角蛋白(构成鳞片、羽毛、毛发和爪子的物质)的“坚韧”蛋白质生物分子残余。

尽管这些结果受到了整个研究界相当大的质疑——而且,由于上面详细叙述的原因,这种质疑也是合理的——但是,被用来支持他们结论的一系列科学方法,以及发表这些观察结果时所持的堪称典范的慎重态度,仍然代表了古生物学这个领域中清晰的模式和科学方法的应用。