在蛋殼化石中檢測(cè)到的有機(jī)物質(zhì)可以解開恐龍的秘密

作為一名科學(xué)家，實(shí)驗(yàn)室工作有時(shí)會(huì)變得單調(diào)。但在2017年，當(dāng)我在英國(guó)布里斯托爾大學(xué)攻讀古生物學(xué)博士學(xué)位時(shí)，我聽到房間對(duì)面?zhèn)鱽?lái)一陣歡快的驚呼聲。

柯斯蒂·彭克曼，負(fù)責(zé)人東北氨基酸外消旋實(shí)驗(yàn)室在約克大學(xué)，剛剛閱讀了從色譜圖上打印出來(lái)的數(shù)據(jù)，幾乎上躥下跳。

該儀器檢測(cè)到了古代的跡象氨基酸在蛋殼里。氨基酸是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)序列的組成部分。

但這不僅僅是一個(gè)蛋殼;這是一塊化石泰坦巨龍一個(gè)巨型草食性恐龍生活在大約7000萬(wàn)年前。

在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間里，沒有多少有機(jī)物質(zhì)能夠存活下來(lái)，這限制了科學(xué)家研究已滅絕生物的生物學(xué)能力，而現(xiàn)代生物的蛋白質(zhì)和DNA可以被測(cè)序。正如彭克曼的熱情所暗示的那樣，這些氨基酸是非凡的。

事實(shí)上，在我們團(tuán)隊(duì)努力測(cè)試的過程中，這個(gè)結(jié)果是出乎意料的聲稱近乎原始的蛋白質(zhì)保存在恐龍骨。我給彭克曼帶來(lái)了各種化石骨頭，但建議的結(jié)果沒有原始氨基酸被保存下來(lái)，而且它們甚至被微生物污染從他們被埋葬的環(huán)境來(lái)看。

測(cè)試蛋殼化石甚至不在我們最初的研究計(jì)劃中。

孤兒化石碎片

然而，我剛剛看到我的同事比阿特麗斯·德馬奇，Penkman和他們的團(tuán)隊(duì)在以下方面檢測(cè)到了短蛋白質(zhì)序列380萬(wàn)年前的鳥蛋殼.我預(yù)測(cè)，如果恐龍蛋殼沒有保留任何原始蛋白質(zhì)，那么它們的骨骼很可能也不會(huì)保留任何蛋白質(zhì)，并想看看情況是否如此。幸運(yùn)的是，我們有恐龍蛋殼的來(lái)源。

2000年左右，許多蛋殼碎片從阿根廷非法出口到阿根廷商業(yè)市場(chǎng).作為一個(gè)癡迷化石的孩子，我甚至從一家美國(guó)礦物商店收到了一枚硬幣大小的碎片。彭克曼和我測(cè)試了這個(gè)碎片，以及歐洲博物館禮品店的另一個(gè)碎片。

這些化石碎片在某種程度上獲得了科學(xué)價(jià)值，因?yàn)樗鼈儾粚儆谌魏尾┪镳^藏品。在分析過程中，我們不必?fù)?dān)心損壞它們。令我們驚訝的是，我們偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)來(lái)研究恐龍的古代有機(jī)遺骸。

蛋殼中的氨基酸

在這個(gè)初步發(fā)現(xiàn)的推動(dòng)下，我們的大型國(guó)際團(tuán)隊(duì)使用各種技術(shù)分析了更多來(lái)自阿根廷、西班牙和中國(guó)的恐龍蛋殼。

盡管一些蛋殼比其他蛋殼保存的氨基酸要好得多，但總體證據(jù)表明這些分子是古老而原始的，可能在6600萬(wàn)至8600萬(wàn)年之間。

在生命過程中，有助于鈣化蛋殼的蛋白質(zhì)被困在礦物晶體中。然而，我們檢測(cè)到的其余氨基酸由游離分子組成，這些游離分子通過與水反應(yīng)而從蛋白質(zhì)鏈上脫落。我們只檢測(cè)到一些最穩(wěn)定的氨基酸。不太穩(wěn)定的沒有，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)退化了。

仍然保留的氨基酸是什么化學(xué)家稱外消旋.氨基酸可以以左手或右手構(gòu)型出現(xiàn)。生物體調(diào)節(jié)它們的氨基酸，使它們幾乎完全以左旋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。生物體死亡后，氨基酸可以在雙手之間轉(zhuǎn)換，直到它們達(dá)到兩種配置的 50-50 種混合物。

50-50 的混合物被稱為外消旋，表明氨基酸已從其蛋白質(zhì)鏈中分離出來(lái)很久以前.

方解石，氨基酸檔案

我們的恐龍蛋殼結(jié)果顯示，比在較年輕的化石中看到的更極端的退化。鳥蛋殼和軟體動(dòng)物殼.我們的結(jié)果也匹配那些來(lái)自實(shí)驗(yàn)的在實(shí)驗(yàn)室中將蛋殼暴露在高溫下，模擬數(shù)千年或數(shù)百萬(wàn)年的降解。

生物體用一種碳酸鈣礦物稱為方解石.與構(gòu)成骨骼的磷酸鈣不同，方解石可以通過捕獲參與鈣化的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物（包括從蛋白質(zhì)序列中分離出來(lái)的游離氨基酸）來(lái)充當(dāng)封閉系統(tǒng)。這個(gè)封閉的系統(tǒng)使我們能夠在分析中觀察氨基酸。

鳥蛋殼甚至在最好的材料在化石中找到保存下來(lái)的蛋白質(zhì)序列，更不用說(shuō)游離氨基酸了。Demarchi的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)檢測(cè)到至少?gòu)镍B蛋殼中檢測(cè)到仍然結(jié)合在鏈中的短而完整的氨基酸序列650萬(wàn)年前.

其他研究人員聲稱已經(jīng)找到了更古老氨基酸，以及更極端以及不太可能聲稱保留的蛋白質(zhì)序列。但是，我們的研究使用方法范圍更廣并報(bào)告了我們現(xiàn)在組織中穩(wěn)定分子的最佳信號(hào)知道可以很好地保存分子.

我們的恐龍氨基酸可能保持著迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老的蛋白質(zhì)相關(guān)材料的記錄，證據(jù)非常有力，并且是第一個(gè)明確的證據(jù)中生代恐龍.

使用方解石回顧過去

DNA中的基因序列最終在蛋白質(zhì)中表達(dá)，為科學(xué)家可以研究的生物體提供了源代碼。但是，如果化石中只保留了一部分氨基酸，這就像從一本書中刪除了五個(gè)字母之外的所有字母——幾乎不可能進(jìn)行文學(xué)分析。那么，這些方解石時(shí)間膠囊中可能存在哪些來(lái)自古代生活的信息呢？

一種生物信息信號(hào)可能涉及穩(wěn)定同位素，它們是具有不同質(zhì)量的相同元素的原子?？茖W(xué)家可以看看穩(wěn)定同位素比率碳、氧或氮，以了解它們的來(lái)源，例如動(dòng)物的飲食。由于蛋殼方解石是一個(gè)封閉系統(tǒng)，其氨基酸中的穩(wěn)定同位素比率更有可能直接來(lái)自恐龍，而不是外部污染。

在未來(lái)的研究中，我們的團(tuán)隊(duì)將使用化石來(lái)搜索更遠(yuǎn)的時(shí)間。產(chǎn)卵以外的生物恐龍用方解石加固他們的組織。例如，生活在五億多年前的海洋節(jié)肢動(dòng)物稱為三葉蟲他們的眼睛里有方解石.

研究更古老的遺骸可以幫助科學(xué)家了解化石在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的分子變化?；浇馐堑厍虻姆肿訒r(shí)間膠囊，可能會(huì)為研究人員提供早已逝去的生命的微弱故事，以便更好地了解他們的生物學(xué)。

我們初步分析中使用的孤兒蛋殼發(fā)現(xiàn)了一個(gè)幸福的結(jié)局。他們最終在阿根廷獲得了新家巴塔哥尼科自然科學(xué)博物館，巴塔哥尼亞的自然科學(xué)博物館，被遣返到唯一的省份已知產(chǎn)生該類型蛋殼微觀結(jié)構(gòu)。

埃文·托馬斯·賽塔，古生物學(xué)博士后，芝加哥大學(xué)

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