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    德国发现的1.8亿年前“海怪”狭翼鱼龙化石仍保有皮肤和脂肪组织

    插图描绘狭翼鱼龙在世时可能的外表。学者并不知道这种动物的切确颜色与花纹,但是化石证据显示它的背部颜色比腹部深。

    插图描绘狭翼鱼龙在世时可能的外表。学者并不知道这种动物的切确颜色与花纹,但是化石证据显示它的背部颜色比腹部深。

    德国霍尔茨马登的页岩采石场出土过许多1亿8000万年前的海洋生物化石,其中包括上千具长得像海豚的爬行动物鱼龙,例如这只狭翼鱼龙亚成体。现在,学者正在分析另一具来

    德国霍尔茨马登的页岩采石场出土过许多1亿8000万年前的海洋生物化石,其中包括上千具长得像海豚的爬行动物鱼龙,例如这只狭翼鱼龙亚成体。现在,学者正在分析另一具来自霍尔茨马登的狭翼鱼龙样本,且首度发现了化石化的海兽脂。 PHOTOGRAPH BY BENJAMIN KEAR

    摄影(上)与示意(下)图片展示出新研究中这只狭翼鱼龙的细节。它的颅骨躺向左侧。 PHOTOGRAPH BY JOHAN LINDGREN

    摄影(上)与示意(下)图片展示出新研究中这只狭翼鱼龙的细节。它的颅骨躺向左侧。 PHOTOGRAPH BY JOHAN LINDGREN

    (神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Michael Greshko 编译:石颐珊):新发现证实,有些远古爬行动物与海豚的相似程度可不仅止于皮相。

    大约1亿8000万年前在现今的德国,有一只长得像海豚的爬行动物死去,并沉入古代海洋的底部。这只生物的特殊之处在于,它的躯体因为葬身海洋而得以保存惊人的细节——包括首度在史前动物身上发现的类似海兽脂(blubber)的化学痕量。

    这副12月5日发表于《自然》(Nature)期刊上的化石保存了一只狭翼鱼龙(Stenopterygius)的身体,它属于生活在侏罗纪早期的海洋爬行动物鱼龙(ichthyosaur)。它皮肤上的皱折和纹理都还在,还有含有色素和海兽脂化学痕量的细胞。

    「细看这些结构,你不但能够从细胞层级一一辨识,还能找到原有的蛋白质痕量——这只是冰山一角,后头还有《侏罗纪公园》(Jurassic Park)那类东西,」共同作者班杰明.基尔(Benjamin Kear)说道。他是瑞典乌普萨拉大学(Uppsala University)的古生物学家。

    这篇研究标志出晚近古生物学家试图从化石的微小尺度搜罗巨大研究突破的努力。

    「这项研究真的全面地探究了这只动物的化石保存……采用的尺度唯在近数十年内才成为可能,」维吉尼亚理工学院(Virginia Tech)的古生物学家凯特琳.考里瑞(Caitlin Colleary)在电子邮件中写道,她是化石分子保存专家。 「这项研究再度例证分子古生物学能够如何帮助我们重新想像这些动物在世时的模样。」

    请小心间隙

    早在科学赋予恐龙名称以前,鱼龙——原意「鱼形蜥蜴」——就已经占据19世纪自然哲学家们的想像了。皮革般的肌肤、细长颔部,和为速度而生的躯体,这种爬行动物就像是中生代(Mesozoic era),即恐龙时代的海豚。现在,它们被视作引领演化风潮的动物。

    「它们由陆地上用肺部呼吸的爬行动物演化而来,然后很快地就在3000万年后得到鱼类的外型。鱼龙最早;鲸鱼较晚,」加州大学戴维斯分校(University of California , Davis)的古生物学家藻谷亮介(Ryosuke Motani)说,他的研究专长就是鱼龙。 「它们(也)有脊椎动物中最大的双眼,有些较晚的物种有数 量最多的指头:一只鳍肢中9到10只手指。」

    超过一世纪以来,人们已经找到过一些带有软组织痕迹的鱼龙化石,这是由于这种动物埋藏在深海的低氧沉积层中。这些化石中最知名的样本来自德国霍尔茨马登(Holzmaden)的页岩采石场。页岩场出土的鱼龙大多裹着漆黑轮廓,那是皮肤与鳍的痕迹。

    自1930年代起,研究这些轮廓的学者就怀疑鱼龙有海兽脂,藻谷说。在这些有身体轮廓的鱼龙化石身上,脊骨和身体上方表面之间总是有间隙——显示这种动物的骨架外面垫着大量软组织。

    挑战在于以化学证据证明脂肪层的存在。研究人员能不能够确定这圈轮廓保存的是鱼龙自己的形状,还是大啖它尸体的细菌所铺成的细菌毯(bacterial mat)呢?化石有保存这只鱼龙原本的脂肪和蛋白质吗?为了找出答案,研究人员必须仔细探究鱼龙的化学性质。但是博物馆在处理化石的时候通常会小心地将周遭岩石移除,或使用可能污染化石的稳定剂。

    这就是为什么瑞典隆德大学(Lund University)的古生物学家约翰.林格伦(Johan Lindgren)决定寻找一具未受污染的鱼龙化石来尽可能进行多种化学分析。霍尔茨马登的豪夫史前博物馆(Urweltmuseum Hauff)拥有许多当地遗址出土的化石,而且刚好有合适的狭翼鱼龙样本。很快地,林格伦的团队就招募到23名国际学者。

    「这真的像《爱丽丝梦游仙境》(Alice in Wonderland)之类的故事,」基尔说。 「我们走进兔子洞,然后洞越来越深。」

    越来越暖

    林格伦的团队首先分析保有惊人细节的鱼龙皮肤。研究人员能够辨识出一层一层的皮层,甚至还有这只动物分解时形成的皮肤皱折。

    惊人的是,学者找到了黑色素细胞(melanophore)的痕量,这是内含黑素色的特化细胞。虽然1950年代就曾在鱼龙身上找到类似的发现,林格伦的团队采取了专属于21世纪的研究取径。研究人员使用高能光谱仪和X光扫描化石中的黑色素,并重建黑色素细胞的3D模型。团队发现,鱼龙的背部和许多现生海洋动物一样,有着比腹部更深的颜色。这种色彩型态称作反荫蔽(countershading),有助动物在水中伪装,并控制体温。

    研究人员也在保存下来的皮肤上看到海兽脂的痕迹。化学测试显示,这个皮层并非当代污染,也不像其他皮层那样以蛋白质为主。它反倒是一条黄色的脂肪带,位置和现生海豚与革龟的海兽脂所在之处相近。

    「我觉得看起来颇有说服力,」耶鲁大学古生物学家洁斯米娜.维曼(Jasmina Wiemann)说,她是专精化石分子保存的博士班学生,并没有参与这样研究。 「他们使用了许多方法,我得说,看起来很费工。」

    脂肪层的存在至少表示鱼龙能够维持稳定体温。虽然现有证据还不足以做出结论,称鱼龙与现代哺乳类——包括鲸鱼和海豚——一样是温血动物,这项发现和2010年另一篇研究一致,该研究发现鱼龙的体温高达摄氏35度。

    蛋白质结合

    或许这篇研究最重大且最具争议的宣称在于,这只鱼龙化石还保有一些原有的蛋白质。如果是真的,这只鱼龙就带有现存最古老的生物分子,大概有1亿8000年之久。

    北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的古生物学家玛丽.史怀哲(Mary Schweitzer)是这篇论文的共同作者,她使用抗体协助团队找出化石中的蛋白质。她已经采用这种技术数十年,在严密的无尘室状态下找出恐龙胶原和其他蛋白质的证据。在这个案例中,史怀哲和她的同事在鱼龙的肺中看到血红素的迹象,也在皮层中看到可能的结构蛋白(structural protein),例如胶原蛋白或角质。

    她的团队在一间禁止出现当代动物组织的研究室里分析样本。为了进一步确保阴性样本不会错误地测得阳性结果,他们也用数种抗体扫描样本,如果样本上有化石化的细菌毯,其中一种抗体会将之标示出来。

    「我们可以区辨出哪些抗体和抗原结合,而且这并不会随机发生,」史怀哲说。 「你不会看到角质(抗体)和任何东西结合;它只会在我们诠释为皮肤的部位发生结合。」

    然而有些古生物学家长久以来都批评抗体测试法倾向显示其实不存在的蛋白质。最近有学者用数种方法重新分析史怀哲最早出版的研究样本之一——鸟面龙(Shuvuuia deserti)化石上的纤维。他们没有找到任何蛋白质证据。

    「我担心这些抗体测试法很有可能将复合稳定剂、污染物和其他化石有机质错读成阳性反应,」艾文.萨伊塔(Evan Saitta)在电子邮件中写道,他是菲尔德自然史博物馆(Field Museum of Natural History)的研究人员,主导鸟面龙的重新分析。 「我希望这些研究能加进更多控制组样本……虽然这份样本的异质本质可能有助理出些头绪。」

    这些怀疑论调部分是因为史怀哲与其他人的宣称可能带来巨大影响。如果化石纪录中的蛋白质真的能保存那么完好,学者就能直接研究远古生物的蛋白质,得知这些生物如何如何生活与演化,而且能得到的资讯将比研究骨头更多。未来针对其他鱼龙,以及这篇分析中的狭翼龙鱼的进一步研究将有助厘清此事。

    「我们一定会继续(研究这具化石),」史怀哲说。 「这副标本很棒。」

    与此同时,基尔欢迎任何因这篇研究而起的议论:「来吧!」他说。 「唯有持续测试资料,我们才更了解实际情形。」




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