在一个看似不可能的地方,隐藏着一个欣欣向荣的生命世界
2019-07-30 17:06

在一个看似不可能的地方,隐藏着一个欣欣向荣的生命世界

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Nick Longrich,标题图来自视觉中国


在加拿大的荒地寻找恐龙的一个技巧就是寻找橙色。一般来说,恐龙的骨头多呈暗褐色、棕褐色和灰色。但在荒地上,所看到的景观大多数都是被风和水侵蚀的岩石,在那些灰褐色的砂砾中,有时你会看见橙色的闪光。如果你走进看,可能会发现那是一块风化的恐龙骨。


那些橙色的东西是长在骨头上的地衣,骨头让地衣在侵蚀的土地上有了一个稳定的立足点。这些骨头是多孔的,在干旱期能锁住水分,而且还富含磷酸盐等矿物质,这对地衣的生长至关重要。7600万年前就已死亡的生物居然在现代生态系统中仍扮演着重要角色,想来也是很奇怪,但生命就是这样,一有机会便会生长。


阿尔伯塔省恐龙公园的地衣。图片来源:Nick Longrich


生命几乎遍布地球的各个角落。在深海热泉的喷口,有大量细菌繁殖;在切尔诺贝利的内部,真菌在肆意生长;在南极寒冷的冰原下,线虫在蠕动爬行。最引人注目的是深层生物圈,这是一个巨大的地下微生物生态系统,它从我们脚下开始,一直延伸到地下数公里的岩石中。


生命为什么不居住于被掩埋的化石中呢?


如果化石中有生命,那么鉴定化石中原本的生物材料就会变得非常困难。而这正是我们新的研究开始的地方,它为在恐龙骨骼中发现的有机物提供了一份详细的报告。


流行的化石概念认为,化石中的骨头已经完全矿化,并且全部被新的材料所取代。很明显,这种观点是错误的。大多数骨骼中的原始矿物质——磷酸钙会被保存下来。这和生活在几百万年前的恐龙体内所拥有的物质是一样的。


神奇的是,有机分子有时也会持续存在。我们已经利用一些古老的DNA重新构建了一些近期灭绝的物种的基因组,并因此发现了一些过去的未知物种,比如我们人类的近亲——丹尼索瓦人就是一个例子。古老的蛋白质揭示了已灭绝的哺乳动物箭齿兽的进化史,化石色素让我们知晓了恐龙身上的条纹,以及它们的蛋上的斑点。


提取自恐龙化石的有机物。图片来源:Evan Saitta


更了不起的是,从恐龙的骨骼中,科学家还发现了DNA、蛋白质,甚至是细胞和血管等物质。但这些比已确认的最古老DNA和蛋白质还要古老一个数量级以上,因此一直存在一些争议。利用恐龙的DNA和蛋白质来恢复恐龙的组织以重现进化是一个非常诱人的想法,但目前我们尚不清楚这些物质在数千万年之后是否还能存活。


化石中的DNA大约每500年就会消失一半,在150万年后基本上就会变得无法读取。蛋白质则更有弹性一些,最古老的蛋白质可追溯到400万年前,但将蛋白质中的氨基酸结合在一起的肽键也会随着时间的推移而降解,因此尚不清楚它们能否在已存在了7500万年的恐龙化石中存活下来。


与此同时,像细菌、原生生物、真菌、植物根系和线虫等生物会在地下茁壮地成长。为了确保我们有的是恐龙组织,首先我们需要排除那些不那么令人兴奋的其他可能性,比如因细菌生物膜造成的污染。


狩猎微生物


为了了解恐龙骨骼中生物物质的来源,我们开展了一次独特的野外考察,不是针对恐龙,而是针对生存在它们骨骼中的微生物。我们在阿尔伯塔省恐龙公园里挖出了一头尖角龙的骨床。我们用漂白剂、酒精和喷枪对工具进行消毒,然后用锡箔纸包裹化石,以防止它受到污染。但这些化石中仍充满了生命,这些生命来自于骨头内部。


从化石中提取的氨基酸显示了生命的明显特征。氨基酸以左、右手构型存在。生物会制造左旋氨基酸,但在死亡后,它们的结构会慢慢地来回变化,形成左旋和右旋分子的混合体。古氨基酸的比例为1:1,但在骨骼中主要存在的是左旋分子,显示出了最近的生物活性。


一个尖角龙的头骨。图片来源:Nick Longrich


我们还研究了骨骼中的碳。生物会从大气中CO₂中摄取碳,其中包含放射性碳-14。碳-14会发生放射性衰变,大约每6000年就有一半的碳-14原子消失。没有任何碳-14可以存活7600万年之久,但是骨骼中却充满了碳-14。那么这些恐龙要么死于几千年前,要么就是被生物污染了。


为了弄清曾有什么生活在骨头中,我们从化石中提取了DNA和相关的分子RNA,结果发现了惊人的结果:一个欣欣向荣的细菌群落。这些骨头中含有的细菌DNA是周围泥岩中的50倍。它们不是空着的坟墓,而是成为了一个充满微生物的独特微生物群落。


骨骼不同于岩石,它可以为骨髓、血管和细胞提供开放的空间,这些承载了水和营养物质的空间就为微生物创造了生存空间。骨骼还含有制造DNA和细胞膜所需的磷。此外,从骨头中提取的与在其他地方发现的恐龙组织相似的有机组织和血管样结构,被可以与DNA结合的荧光染料点缀得像发光的圣诞树一般。丰富的DNA表明这些有机物是由细菌而不是恐龙制造的。


大海捞针


寻找有机化石有点像大海捞针,但这并不是说明“针”不存在。我们找到了一个更好的方法来区分“针”与“稻草”。虽然我们没有发现恐龙蛋白质,但我们发现了一些同等厉害的东西,那就是恐龙体内的生命


阿尔伯塔省的荒地。图片来源:Nick Longrich


当被我们发现的那头尖角龙死时,它的身体成为了其他生物的食物——霸王龙、苍蝇、甲虫,然后还有细菌和真菌。这一过程在它死后很久仍在继续:它曾被埋在白垩纪的河漫滩下,后来滚滚而来的海水让这它躺在海底100米以下,再后来它躺在了冰河时代的冰川下,最后,躺在了今天的这片不毛之地之下。在如此漫长的时间里,它的骨头中聚集着许许多多的微生物。


想起来这很不寻常,在一个大型恐龙的遗骸中,微小的微生物世界在数百万年的时间里出现、进化和消失,在那些活着的与早已死去的之间,扮演着一个复杂的角色。


撰文:Nick Longrich(巴斯大学古生物学高级讲师)


原文标题为“Dinosaur bones: hidden life revealed inside them”,首发于2019年7月26日的The Conversation。原文链接:https://theconversation.com/dinosaur-bones-hidden-life-revealed-inside-them-120536. 中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Nick Longrich,标题图来自视觉中国

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系hezuo@huxiu.com

正在改变与想要改变世界的人,都在虎嗅APP

读了这篇文章的人还读了...

回顶部
收藏
评论1
点赞5