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300万年前的化石,揭示了颜色的秘密

时间:2019-05-27|栏目: 考古 • 进化 |点击:6

    300万年前的化石,揭示了颜色的秘密

    对300万年前的老鼠化石进行同步X射线扫描,发现了褐黑素的化学痕迹(亮黄色)。| 图片来源:曼彻斯特大学

    1.

    颜色对于哺乳动物在野外生存中的进化作用是显而易见的,无论是在赤狐还是斑马身上,我们都能看到这一点。对地球上的生命来说,颜色在进化过程中扮演着重要的角色,它对已引导了进化数亿年的选择过程也同样起着重要作用。

    一直以来,用于研究化石的技术还不能很好地探索古老动物的色素沉着,这使得对那些已成为化石的动物的颜色研究只能完全靠猜,即使有幸找到了含有少量羽毛、鳞片或皮毛的化石,这些软组织的原始颜色通常也早已消失。

    而今天我们要讲的是一块非常“珍贵”的化石,这块化石中“住着”一只大约生活在300万年前的老鼠,这种老鼠所属的物种早已灭绝。之所以说它珍贵,是因为岩层几乎完好地保存了这只老鼠的整个骨架,连同它的身体、脚和尾巴上的大部分皮毛和皮肤,甚至连它那娇小的耳朵也保存了下来。

    利用这一化石,一支由曼彻斯特大学的研究人员领导的国际研究团队采用了一项新的技术,在完整地保护好珍贵化石标本的前提下,从这块古老的老鼠化石中识别出了赋予毛发红色的色素。这是科学家首次从早已灭绝的生物化石中鉴别出色素,他们将这一重大突破发表在了最近的《自然通讯》期刊上。

    2.

    Phil Manning教授是这项研究的首席古生物学家,在他看来,看似毫无生机的化石其实拥有巨大的潜力,科学家可以从中揭开许多与原始生物有关的秘密。利用这些化石,他们可以重现与这些动物的生、死有关的关键方面,甚至能推测出曾在它们被掩埋前后发生的那些能影响它们后来的保存的事件。

    过去,科学家们通过各种技术,收集到了包括恐龙羽毛和恐龙蛋等化石的颜色线索。大约在十年前,科学家利用高能同步加速器的X射线来识别一种名为真黑色素的化学特征,这种色素能使皮肤、头发等组织呈现出黑色、棕色和灰色。真黑色素非常稳定,它们可以很好地被保存在数百万年之久的化石里。也正因如此,我们才对始祖鸟和一些原始鸟类的羽毛的明暗模式有较好的了解。

    真黑色素还有一种名为褐黑素的“姐妹”色素,这种色素能使皮毛发肤呈现出红色或粉色,但它非常难以捕捉。与真黑色素相比,赋予了狐狸等许多动物红色调的褐黑素非常不稳定,它们很难在化石里被保存下来。

    300万年前的化石,揭示了颜色的秘密

    化石中的老鼠曾生活在300万年前的德国中部地区。| 图片来源:曼彻斯特大学

    在新的研究中,科学家发现,这块完好地保存了300万年的化石中的老鼠与现有的小林姬鼠是近亲,而小林姬鼠的毛发略呈红色,因此科学家推测,在这些已经灭绝的老鼠身上应该也含有大量的褐黑素。于是,他们决定从这块化石上开始寻找发现褐黑素迹象的突破口。

    3.

    曼彻斯特大学的地球化学教授Roy Wogelius是新论文的合著者之一,他进行过大量对于动物色素的研究。在一篇发表于2016年的论文中,他仔细研究了现代羽毛色素中不同的痕量金属(微量金属),发现真黑色素含有铜,而褐黑素含有硫和锌。于是他猜想,追踪这些金属或许就能在化石中发现褐黑素的踪迹。

    但是,当时他们苦于不知道对于一些含有褐黑素的现存动物来说,硫和锌在褐黑素中有着怎样的分布,这使得他无法将从对化石的分析中得到的硫和锌的数据与现代生物体进行比较。于是,他和他的团队用了几年的时间去分析现代组织,然后再回过头去分析一些从化石标本中得到的结果。

    他们利用SLAC的斯坦福同步加速器辐射光源(SSRL)以及英国的钻石光源(DLS)的同步加速器辐射,让化石沐浴在强烈的X射线中。这些X射线会与色素中的痕量金属发生相互作用,凭借这些相互作用,研究人员可以重现这种老鼠皮毛的红色。

    这种方法的关键在于要鉴别出那些被古老生物体吸收到软组织中的痕量金属,并将它们与现有物种吸收微量金属的方式进行比较。实验表明,这种老鼠皮毛中的痕量金属和有机化学物质的结合方式,与它们和那些组织中含有高浓度红色色素的动物体内的有机色素的结合方式完全相同。他们还将这些在化学上的发现转换成声波,这样就能听到化石中不同颜色色素的声音频率。

    4.

    这是一项非常艰难的工作,它涉及到物理学、古生物学、有机化学和地球化学等等许多学科。如Manning所强调的那样:“生物化石就像是一个远古的化学档案库,要破解这些复杂的化石化学档案中的问题,需要跨学科团队的共同努力。这样一来,我们得到的就不仅仅是古生物学信息。”

    新的技术是一种在不损伤化石的情况下就可对化石进行整体分析的精妙方法。Wogelius相信利用这种技术,他们还可以在更古老的化石中检测到褐黑素的存在。他说:“通过团队合作,我们第一次得以在动物化石中发现褐黑素的化学痕迹。现在我们知道了未来应该往什么方向寻找,我们希望的是,这些结果能让我们更有信心地重建已经灭绝的动物,从而为进化的研究开辟另一个维度。”

    Manning教授说:“从化石记录中收集的信息正在影响多个领域,例如气候研究、生物废弃物和放射性废物的掩埋、石油泄漏对现存物种的环境影响的测量,以及对化石生物的技术开发。虽然我们的研究是牢牢扎根于过去的,但我们把目光投向了未来。”

    参考链接:

    [1] https://www.nature.com/articles/s41467-019-10087-2

    [2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/uom-3my052019.php

    [3] https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190521075110.htm

    [4] https://www.sciencemag.org/news/2019/05/3-million-year-old-mouse-just-gave-scientists-key-decoding-ancient-red-pigments

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