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恐龙的基因真的还能保存到现在吗?

来源:环球科学

图片来源:Pixabay

就恐龙遗骸而言,这一小块化石看起来毫不起眼。它既没有雷龙股骨那样的大块头,也不如霸王龙下颚那样令人印象深刻,这只是一块来自一头死于七千万年前,被称做亚冠龙(Hypacrosaurus)的幼年鸭嘴龙头骨上的软骨。但它可能含有一些我们从未见过的中生代的遗留物:恐龙DNA的降解残留。

理应来说,遗传物质完全不能够保存这么长时间,生物死后DNA就开始分解了。2012年一项对恐鸟骨骼的研究显示,有机体的遗传物质以半衰期512年的速度降解。这意味着古生物学家们最多只能寄希望于从死于过去680万年内的生物身上提取出可识别的DNA序列,而这远远晚于非鸟类恐龙灭绝的时间。

但我们有了亚冠龙软骨。在今年早些时候发表的一项研究中,中国科学院古生物学家Alida Bailleul和同事指出,她们不仅在这个化石里发现了原始蛋白质和软骨形成细胞的踪迹,还找到了与DNA一致的化学特征。

复原这种古生物的遗传物质将会是一项重大的科学进展。通过对如猛犸象、大地懒等灭绝时间较晚的生物进行类似研究,古生物学家们得以修正生物遗传谱系或是探究种间的内在关系,甚至可以在像外表颜色变化这样的生物特征上得到一些见解。非鸟类恐龙的DNA将会为这种“吓人的大蜥蜴”带来更多生物学上的信息。不仅如此,这项发现将会佐证遗传物质能够保存几千万年,而不是单单一百万年的可能性。化石的作用不单是保存骨骼与脚印:它包含着将地球上所有生物联结在一起的基因信息的碎片。

但首先,古生物学家需要确定这些遗传物质痕迹的真实性,这些古DNA残留的碎片可没有《侏罗纪公园》里那些样本的质量高。充其量,它们似乎只是基因分解的残留物,根本无法读取,属于分解后的组分,而不是完整的基因序列。尽管如此,这些碎片遗留还是要比现有化石中下一个已知最古老的降解遗传物质要早上了几百万年。

如果这个结果能被支持,Bailleul和她同事们的研究发现将表明有机体生化特征的存在时间比人们以往的认知要多几千万年。这也为生物信息学专家们打开了一个崭新世界的大门。“我认为这般保存完好的化石确实要比以往认为的要更普遍,因为身为研究人员,我们看过的化石材料还不够多”,Bailleul说,“我们得一直搜寻下去。”

问题是,这些蛋白质和其他物质的残留真是如我们所想的那样吗?Bailleul的论文发表后不久,受其关于恐龙骨骼内生物分子代表意义的争论启发,普林斯顿大学地球科学家Renxing Liang带领其团队于最近报道了新发现:在尖角龙(Centrosaurus)——和亚冠龙同时期的一种角龙身上发现了某种意料之外的微生物。研究人员说,他们发掘了骨骼内的DNA,却发现它来自于一些之前从未见过的细菌和其他微生物。骨骼自有独特的微生物组,其中的蛋白质和可能的遗传物质可能属于恐龙自己,也可能属于化石化过程中的外来细菌,这给辨别其来源带来了混淆。

这项发现表明,化石中栖息的细菌群落和周遭环境中的不一样,这给对恐龙DNA、蛋白质和其他生物分子的搜寻带来了困难,新生的有机物覆盖掉了旧的,可能会造成一些误导信息。“即使所有的有机物痕迹都能被保留下来,”Liang说,“识别过程无异于大海捞针,从而很可能导致错误的结果。”

“目前分子古生物学是有争议的,”Bailleul说。第一个分歧点在于,当研究人员寻找古生物分子的踪迹时,他们使用的技术是用来寻找已降解或是长时间演变后留下的完整痕迹的。更重要的是,仍然有许多专家并不清楚恐龙骨骼是如何从活体有机组织变成被矿物硬化后的化石的。“我们还没搞清楚怎样用化学方法去研究分子层面上化石化的复杂机理,并且我们对微生物在其中所扮演的角色也所知有限。”Bailleul说。比如,目前我们尚不清楚化石外部的现代微生物是如何和内部的微生物相互作用的。

这些未知事物,连同尚未成熟仍在发展的学术协议,给当前关于恐龙骨骼里那些小玩意究竟代表什么的争论火上浇油。亚冠龙软骨的研究着眼于微观层面的细节,并使用了与DNA结合的化学染色剂。与此对立的是,对尖角龙骨骼的研究使用了DNA测序的手段以了解其内部残留遗传物质的性质,却没有涉及它的微观结构。

Bailleul承认,在研究恐龙骨骼中的微生物时重要的一点,是考虑到以前未知的微生物形式。但她也指出,细菌进入软骨细胞并模仿其细胞核,并以这种方式骗过了研究人员是不太可能的。但古生物学家兼作家Ross Barnett表示,“你一般不会过于怀疑自己的研究。” Ross Barnett没有参与上述两项研究。

Ross Barnett认为,现有学术争论中最大的难点之一是缺少成果的复现。古生物学家们也早就经历过这样的问题:1993年《侏罗纪公园》首映时就有一些论文宣布发现了中生代的DNA,这一声称随后因其他研究团队无法重现同样的实验结果而被推翻。尽管在那之后古生物学这一学科得到了发展,不同实验室复现相同结果仍是必需的环节。“如果同一地点出土的化石样本能被分批独立地送往不同的实验室,让他们各自做抗体,做染色,并得到一致的结果,整件事的可信度就会高很多。”Barnett说。但由于一些关于恐龙化石保护方面的主张,这种合作尚未开展。

然而,随着对古生物骨骼的继续探索,分子古生物学正在制定相关标准与学术协议。“我希望古生物学家或者生物学家,或者两者一起都能来为之做出努力,”Bailleul说,“如果我们协同合作,就可以更快找到答案。”

即使上述关于恐龙遗留有机物质的观点被证伪,这一发现仍能带来意想不到的好处。人们认为细菌群落在骨骼的保存与矿化中起到了作用,从而辅助恐龙遗骸变为化石。“之后对恐龙骨骼中曾生活着的微生物群落DNA的研究,将可能进一步揭示地质时期内微生物在化石化过程与遗骨保存中所扮演的角色。”Liang说。

“这些问题非常棘手,” Bailleul说。 “但若我们继续努力,还是有希望找出大多数答案的。” 毕竟就现在而言,没有什么是亘古不变的。

作者简介:Riley Black,作品包括《遗骨的钥匙》和《我亲爱的雷龙》,住在犹他州盐湖城。

翻译:俞曦晨

审校:费哲妮

引进来源:科学美国人

引进链接:https://www.scientificamerican.com/article/possible-dinosaur-dna-has-been-found/

本文来自:环球科学
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