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“不可能保存至今”的恐龙DNA被找到了?

时间: 2020年04月22日 | 作者: Riley Black | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
今年早些时候,一些研究人员却指出,他们可能在一种鸭嘴龙的软骨化石中可能找到了恐龙的DNA碎片。这项研究将引领一场古生物领域的革命,还是又一次的乌龙事件?


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亚冠龙(图片来源:paleontology.us)


根据古生物领域公认的观点,在生物死亡后,体内的DNA开始持续降解,因此古生物学家在理论上只能恢复距今680万年内的生物DNA序列,而对于至少6500万年前的恐龙,不可能找到其DNA。今年早些时候,一些研究人员却指出,他们可能在一种鸭嘴龙的软骨化石中可能找到了恐龙的DNA碎片。这项研究将引领一场古生物领域的革命,还是又一次的乌龙事件?


撰文 | Riley Black

翻译 | 石云雷

审校 | 吴非


这枚微小的恐龙化石看似并不起眼。它不如迷惑龙(梁龙的一种,最大的恐龙之一)的股骨那般巨大,也不像霸王龙的颌骨那样令人心生畏惧。这是一块软骨碎片,它的主人是一只生活在7000万年前的幼年亚冠龙(Hypacrosaurus,属于鸭嘴龙科)。但它普通的外表下,可能藏着之前被认为不可能存在的物质——恐龙DNA的降解产物。


根据目前公认的理论,遗传物质不可能保存如此漫长的时期。在生物死后,其体内的DNA就会开始降解。2012年,一项对恐鸟骨骼的研究发现,生物体内遗传物质的半衰期为521年。这也意味着,古生物学家只能寄希望于恢复距今680万年以内的生物的DNA序列。而对于在6500万年前灭绝的非鸟恐龙,其遗传物质早已消失。


但是,一项对亚冠龙软骨的研究,正试图挑战这一观点。今年早些时候,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的博士后Alida Bailleul等人在一项发表于《国家科学评论》的研究中指出,他们发现的一块亚冠龙软骨化石不仅含有这只恐龙的原始蛋白、软骨细胞,还显示出DNA的化学特征。


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如果能从如此古老的化石中获得恐龙的遗传物质,这将是一项重大的发现。化石记录不仅是古生物的骨骼和足迹,还包括古生物的遗传物质碎片,它们能将地球上的一切生命紧密连接。在研究已灭绝的近代生物,如猛犸象和巨型树懒时,古生物学家能修正它们的亲缘关系谱图,探究物种间的亲缘关系。此外,他们还能发掘一些全新的生物学特征,如动物的皮肤颜色变化。同样,来自非鸟类恐龙的DNA将为理解其生理特征的出现提供丰富的新信息。


如果这项研究的结论成立,这表明生物体内的生物化学物质或能存在数千万年,远长于之前认为的数百万年。“我认为有幸得以保存的古生物遗传物质,会比我们此前认为得更常见,因为目前我们检测的化石数量还远远不够。”Bailleul说。


但前提是,古生物学家需要确认这些DNA碎片真实存在。就在上述论文发布后不久,受恐龙骨骼化石中生物分子争议的启发,普林斯顿大学的古生物学博士后Renxing Liang领导研究团队,报道了一种存在于白垩纪的尖角龙骨骼化石中的罕见微生物。研究人员找到并分析了骨骼中的DNA,发现它们属于此前从未见过的细菌和其他微生物。这块骨骼化石中独特的微生物组,也让研究人员感到困惑:这些蛋白质和可能存在的遗传物质是来自于恐龙本身,还是来自在化石形成过程中栖息在此的细菌?


在化石中发现的微生物群落,与化石周围的微生物群落并不相同。这也让对恐龙DNA、蛋白和其他生物分子的搜寻工作变得更加复杂了。因为现代的物质可能会覆盖过去在其中生存的生物,形成假象。“即使所有的有机物都能被保存下来,”Liang说,“鉴别过程也将会是很大的挑战,因为从众多分子中寻找属于恐龙的如同大海捞针,可能导致潜在的错误结论。”


“目前,分子古生物学还是一门有争议的学科。”Bailleul说。第一个关键问题是,研究人员使用的技术手段本身是用于寻找完整的分子,但在寻找古生物分子的踪迹时,这些分子在漫长的时间中已经被降解、遭到改变。更重要的是,对于恐龙通过矿物交待作用转变为坚硬化石的过程,古生物学家还有诸多疑问。Bailleul说:“我们还没有完全了解生物分子化石化的复杂化学机制。”例如,我们并不清楚化石周围环境中的微生物,是否与骨骼内部的微生物存在相互作用。


这些不确定因素,加上分子古生物学的研究方法还有待发展,进一步加剧了这一争议:恐龙骨骼化石中的这些生物学物质代表了什么?在亚冠龙软骨的研究中,研究人员观察了它的显微结构,并使用了能结合DNA的化学染料。但在尖角龙的研究中,研究人员通过DNA测序分析了骨骼中残留的遗传物质的性质,并没有观察骨骼的显微结构。


Bailleul承认,在研究恐龙的骨骼化石时,考虑其中前所未见的微生物是十分重要的。但她提出,细菌不太可能进入软骨细胞,并且用它们的遗传物质误导研究者,让研究人员误以为这些微生物才是真正的研究材料。


Barnett表示,在这场争议中一个最大的难题是,我们很难进行重复实验。古生物学家曾经也面临过这个问题:1993年,在电影《侏罗纪公园》(Jurassic Park)上映时,一些研究表示发现了中生代时期的DNA。但随后,这些研究结果均被推翻了,因为其他研究团队在重复实验中,无法得到相同的结果。虽然在那之后,古生物遗传学发生了一些改变,但多个实验室能重复得到一致的结果,依然十分重要。Barnett说:“如果另一个研究团队通过独立采样,使用自己的抗体和染料,获得了相同的研究结果。这将会增加研究的可信度。”不过,这样的合作到目前为止还没有开展。


然而,随着科学家陆续发现隐藏在古生物骨骼化石中的线索,分子古生物学也正在发展制定相应的标准。“我希望有更多的古生物学家和生物学家尝试做这些事情,”Bailleul说,“如果我们在这个方向上共同努力,将能更快得到答案。”


即使恐龙的“DNA分子”被证实是一场乌龙,这样的努力也能产生一些意料之外的收益。微生物群落被认为参与了骨骼的保存过程,当骨骼被矿物质替换时,这些微生物能帮助恐龙残骸变成化石。“将来,通过研究这些曾栖息在恐龙骨骼中的远古微生物群落的DNA,将有益于理解在地质时期,这些微生物在恐龙骨骼的矿化和保存中发挥了怎样的作用。”Liang说。


“这些都是非常难的问题,”Bailleul说,“但如果我们不断地尝试,将有希望找到大多数答案。”就目前情况而言,没有什么是一成不变的。


原文链接:

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