恐龙骨头里的“软证据”

邵峰

穿着七分裤和无袖衫、打扮得一点儿都不像科学家的玛丽·施韦泽，正在昏暗的实验室里痴痴地注视着显示屏上一根根纤细的血管。血管，正是血管——来自一头霸王龙破碎的腿骨化石。她咯咯笑着说：“我真是太兴奋了！”在血管中，一个个红细胞清晰可见，施韦泽把它们亲切地称为“小豆子”。

施韦泽开创了用现代生物科技研究恐龙化石的先例，她证明了即便在数千万年前的化石内部也可能存在保存完好的软组织和红细胞，这颠覆了研究化石的传统方法。这些证据能帮助科学家还原恐龙血管和肌肉的运行模式，从而帮助科学家了解恐龙的更多进化细节。

一旦生物死亡，血管、肌肉和皮肤这类软组织在丧失免疫系统保护后，便会迅速腐败；骨骼等较硬的组织会从周围沉积物中置换矿物元素，最终矿化，化石由此形成。施韦泽的发现却表明，在特定条件下，某些软组织和细胞也能够幸运地被保存下来。

1991 年，施韦泽拿到了一份6 500万年前的霸王龙腿骨切片样本，她努力想把切片平铺在载玻片上，但是没有成功，以致观察工作迟迟不能开展。于是，她将切片带给另一名古生物学家盖尔·卡利斯，并希望卡利斯能搞定这个工作。3个月后，卡利斯在电话中兴奋地告诉施韦泽：“有红细胞！”

起初，卡利斯将这些切片进行处理后观察，并没发现什么重要信息。一天，卡利斯带着这枚切片和其他化石切片去参加一个古生物研讨会。会议期间，有参会者问卡利斯看过的最古老的化石样本是什么，卡利斯就拿出了随身携带的那张霸王龙腿骨切片样本，并置于显微镜下，让参会者自行观看。结果，一名古生物学家在看过样本后告诉卡利斯：“你知道你的样本里有红细胞吗？”在提醒之下，卡利斯果然在显微镜中找到了骨骼微孔中的一个个不显眼的红细胞。

施韦泽从卡利斯手中取回样本后，立刻把样本带给她的导师。她的导师回忆说：“她说她看到了红细胞一样的结构。她拿来给我看，我一看也觉得是红细胞。”不过，导师建议施韦泽先别急着下结论，应该试着找找能够证明这些结构不是红细胞的证据。

导师的目的是让施韦泽先冷静一段时间，如果真的找到否定红细胞存在的证据，那么就可以不用再浪费时间了。不过，施韦泽是幸运的，她跳过了导师的建议，在骨骼化石中直接识别出了红细胞的构成要素：保存完好的血红素。在血红素这个重要证据的支持下，施韦泽可以确定她在恐龙腿骨化石中发现的就是红细胞。

2000 年的一天，美国古生物学家鲍勃·哈蒙在美国蒙大拿峡谷中发现了一具恐龙骸骨化石。这具化石后来被证实来自一头4岁大的霸王龙。除了完整的颅骨，化石还包括部分股骨、胫骨、髋骨，以及少量椎骨和肋骨。为了纪念发现者鲍勃，该化石被命名为“鲍勃霸王龙化石”。在处理“鲍勃”股骨的过程中产生的少量化石碎片被施韦泽成功取得，她想要的正是这些碎片。

许多人认为骨骼永远和石头一样硬，实际上，骨骼的强度是会变化的。例如，孕妇骨骼中的钙质会转移给发育中的胚胎，此时孕妇的骨骼就会稍稍变软。同样，每当产卵季，雌鸟会在腿骨等骨骼内侧形成一种叫作“髓质骨”的富含钙质的结构，它们就用其中储存的钙质孕育蛋壳。髓质骨的出现会让雌鸟的骨骼在短时间内变得更软。施韦泽曾经学习过鸟类学，她知道髓质骨这个结构，鸟类是恐龙的后继物种，因此雌性恐龙也具有髓质骨。“它（鲍勃发现的恐龙）应该是个‘姑娘’，而且还怀孕了。”施韦泽一边盯着显微镜中的碎片样本，一边对同事说。

随后，技术人员将化石碎片的切片放入弱酸溶液。在弱酸性环境中，切片的岩石部分会缓慢溶解，但是软组织却不会。几天后，施韦泽正准备将酸溶解的化石切片放在顯微镜下拍照，却发现载玻片上的切片产生了明显的弯曲，导致切片在显微镜中很难正确对焦。她试着用镊子把切片压平，即便镊子已经嵌入了骨切片，甚至在切片上留下了压痕，可一旦拿开镊子，切片立刻又蜷曲起来。如此反复几次后，施韦泽才意识到这些富有弹性的结构其实是软组织。

利用特殊的抗原标记法，施韦泽从这些软组织中识别出了血管的部分结构、胶原蛋白和骨细胞。长久以来，蛋白质被认为无法长久保存，其在化石中的最大保存年限不超过400 万年。不过，蛋白质能通过交联作用对抗降解。交联程度高的胶原蛋白抗降解能力强，而红细胞中的铁可以有效促进交联，并通过钝化蛋白质的反应性基团活性，进一步防止蛋白质被降解。

施韦泽团队进行了相关的实验。他们将鸵鸟的血管分别置于密闭的红细胞溶液和水溶液中。结果，水溶液中的鸵鸟血管在第三天就产生了明显降解，而浸泡在红细胞溶液中的鸵鸟血管在两年的时间里都没有产生明显的降解迹象，依然保持完整的结构。恐龙骨骼化石切片表明，恐龙的骨细胞上含有丰富的铁纳米颗粒，这可以解释为什么恐龙骨骼化石能完整保存红细胞。除了铁的帮助，骨骼内部的微孔可以让红细胞远离酶等物质，为红细胞提供理想的保存环境。

如果胶原蛋白和红细胞可以存活数千万年，那么恐龙的DNA（即使是碎片）就可能保存下来。科学家能否利用这种遗传密码来复活恐龙？对此，古生物学家解释说，即便我们能发现恐龙DNA，也不能保证它们是完整的。况且DNA 这类大分子不但容易水解，还会在漫长的岁月中被放射性同位素破坏得面目全非。如此一来，我们怎么知道今天发现的恐龙DNA 就是当年活跃在恐龙身体里的DNA 呢？

文章来源：《大自然探索》

（责任编辑：嵇刊）