恐龍骨頭里的“軟證據”

邵峰

穿著七分褲和無袖衫、打扮得一點兒都不像科學家的瑪麗·施韋澤，正在昏暗的實驗室里癡癡地注視著顯示屏上一根根纖細的血管。血管，正是血管——來自一頭霸王龍破碎的腿骨化石。她咯咯笑著說：“我真是太興奮了！”在血管中，一個個紅細胞清晰可見，施韋澤把它們親切地稱為“小豆子”。

施韋澤開創了用現代生物科技研究恐龍化石的先例，她證明了即便在數千萬年前的化石內部也可能存在保存完好的軟組織和紅細胞，這顛覆了研究化石的傳統方法。這些證據能幫助科學家還原恐龍血管和肌肉的運行模式，從而幫助科學家了解恐龍的更多進化細節。

一旦生物死亡，血管、肌肉和皮膚這類軟組織在喪失免疫系統保護后，便會迅速腐敗；骨骼等較硬的組織會從周圍沉積物中置換礦物元素，最終礦化，化石由此形成。施韋澤的發現卻表明，在特定條件下，某些軟組織和細胞也能夠幸運地被保存下來。

1991 年，施韋澤拿到了一份6 500萬年前的霸王龍腿骨切片樣本，她努力想把切片平鋪在載玻片上，但是沒有成功，以致觀察工作遲遲不能開展。于是，她將切片帶給另一名古生物學家蓋爾·卡利斯，并希望卡利斯能搞定這個工作。3個月后，卡利斯在電話中興奮地告訴施韋澤：“有紅細胞！”

起初，卡利斯將這些切片進行處理后觀察，并沒發現什么重要信息。一天，卡利斯帶著這枚切片和其他化石切片去參加一個古生物研討會。會議期間，有參會者問卡利斯看過的最古老的化石樣本是什么，卡利斯就拿出了隨身攜帶的那張霸王龍腿骨切片樣本，并置于顯微鏡下，讓參會者自行觀看。結果，一名古生物學家在看過樣本后告訴卡利斯：“你知道你的樣本里有紅細胞嗎？”在提醒之下，卡利斯果然在顯微鏡中找到了骨骼微孔中的一個個不顯眼的紅細胞。

施韋澤從卡利斯手中取回樣本后，立刻把樣本帶給她的導師。她的導師回憶說：“她說她看到了紅細胞一樣的結構。她拿來給我看，我一看也覺得是紅細胞。”不過，導師建議施韋澤先別急著下結論，應該試著找找能夠證明這些結構不是紅細胞的證據。

導師的目的是讓施韋澤先冷靜一段時間，如果真的找到否定紅細胞存在的證據，那么就可以不用再浪費時間了。不過，施韋澤是幸運的，她跳過了導師的建議，在骨骼化石中直接識別出了紅細胞的構成要素：保存完好的血紅素。在血紅素這個重要證據的支持下，施韋澤可以確定她在恐龍腿骨化石中發現的就是紅細胞。

2000 年的一天，美國古生物學家鮑勃·哈蒙在美國蒙大拿峽谷中發現了一具恐龍骸骨化石。這具化石后來被證實來自一頭4歲大的霸王龍。除了完整的顱骨，化石還包括部分股骨、脛骨、髖骨，以及少量椎骨和肋骨。為了紀念發現者鮑勃，該化石被命名為“鮑勃霸王龍化石”。在處理“鮑勃”股骨的過程中產生的少量化石碎片被施韋澤成功取得，她想要的正是這些碎片。

許多人認為骨骼永遠和石頭一樣硬，實際上，骨骼的強度是會變化的。例如，孕婦骨骼中的鈣質會轉移給發育中的胚胎，此時孕婦的骨骼就會稍稍變軟。同樣，每當產卵季，雌鳥會在腿骨等骨骼內側形成一種叫作“髓質骨”的富含鈣質的結構，它們就用其中儲存的鈣質孕育蛋殼。髓質骨的出現會讓雌鳥的骨骼在短時間內變得更軟。施韋澤曾經學習過鳥類學，她知道髓質骨這個結構，鳥類是恐龍的后繼物種，因此雌性恐龍也具有髓質骨。“它（鮑勃發現的恐龍）應該是個‘姑娘’，而且還懷孕了。”施韋澤一邊盯著顯微鏡中的碎片樣本，一邊對同事說。

隨后，技術人員將化石碎片的切片放入弱酸溶液。在弱酸性環境中，切片的巖石部分會緩慢溶解，但是軟組織卻不會。幾天后，施韋澤正準備將酸溶解的化石切片放在顯微鏡下拍照，卻發現載玻片上的切片產生了明顯的彎曲，導致切片在顯微鏡中很難正確對焦。她試著用鑷子把切片壓平，即便鑷子已經嵌入了骨切片，甚至在切片上留下了壓痕，可一旦拿開鑷子，切片立刻又蜷曲起來。如此反復幾次后，施韋澤才意識到這些富有彈性的結構其實是軟組織。

利用特殊的抗原標記法，施韋澤從這些軟組織中識別出了血管的部分結構、膠原蛋白和骨細胞。長久以來，蛋白質被認為無法長久保存，其在化石中的最大保存年限不超過400 萬年。不過，蛋白質能通過交聯作用對抗降解。交聯程度高的膠原蛋白抗降解能力強，而紅細胞中的鐵可以有效促進交聯，并通過鈍化蛋白質的反應性基團活性，進一步防止蛋白質被降解。

施韋澤團隊進行了相關的實驗。他們將鴕鳥的血管分別置于密閉的紅細胞溶液和水溶液中。結果，水溶液中的鴕鳥血管在第三天就產生了明顯降解，而浸泡在紅細胞溶液中的鴕鳥血管在兩年的時間里都沒有產生明顯的降解跡象，依然保持完整的結構。恐龍骨骼化石切片表明，恐龍的骨細胞上含有豐富的鐵納米顆粒，這可以解釋為什么恐龍骨骼化石能完整保存紅細胞。除了鐵的幫助，骨骼內部的微孔可以讓紅細胞遠離酶等物質，為紅細胞提供理想的保存環境。

如果膠原蛋白和紅細胞可以存活數千萬年，那么恐龍的DNA（即使是碎片）就可能保存下來。科學家能否利用這種遺傳密碼來復活恐龍？對此，古生物學家解釋說，即便我們能發現恐龍DNA，也不能保證它們是完整的。況且DNA 這類大分子不但容易水解，還會在漫長的歲月中被放射性同位素破壞得面目全非。如此一來，我們怎么知道今天發現的恐龍DNA 就是當年活躍在恐龍身體里的DNA 呢？

文章來源：《大自然探索》

（責任編輯：嵇刊）