瞧!这块琥珀里有恐龙
2017-03-10冉浩
冉浩
缅甸琥珀是个大宝库
琥珀虽然看起来晶莹剔透,但实质上却是生物化石。它们是远古树木上滴落的树脂,经过了漫长的地质历史以后慢慢形成的。虽然在化学成分上有了诸多变化,但与其他化石内的成分几乎完全被替换成石质不同,琥珀的主要成分仍然是有机质。因此,琥珀像松香一样,是可以被点燃的。
今天,我们能在世界上很多地方发现琥珀,但多数琥珀的埋藏规模都很小,其中欧洲的波罗的海沿岸、美洲的多米尼加等地琥珀埋藏量较大,也比较著名。在我国,抚顺地区也有不少琥珀出产。另一个距离我们较近且规模较大的化石产地则是缅甸北部克钦地区的胡康河谷。在古代,缅北地区受中国控制,琥珀常进贡给皇家,也曾被称为中国琥珀。缅甸琥珀形成于距今0.99亿年前的白垩纪,硬度较高,是研究恐龙时代生态环境的非常好的科学材料。
那个时候,缅甸地区森林茂密,空气炎热,不时会有树脂滴落下来,粘上或者包裹住一些东西,比如周围活动的小虫。在亿万年后,它们依然生动,我们还能在一些琥珀中看到小虫挣扎的痕迹,甚至连它们当时生活环境中的一些碎屑、小叶片也一同包裹,生动地反映了它们当时的生活场景。这些琥珀就像时间胶囊一样,封印了远古的故事,让我们能够通过它们一窥过去。由于缅甸琥珀中不少珀体较大,里面能包裹的东西种类繁多,比如蒲公英的种子、蜥蜴的爪子、鸟类的毛,还有一些我暂时不能透露的东西(大家可以小小期待一下)……这些都让我们得以一窥恐龙时代地质环境的奥秘。我们曾经在想,如果某一天能够发现一头被琥珀封印的小恐龙,那就更好了。
我们这个愿望终于实现了,尽管只是一截尾巴,而在这之前,我们也是有所斩获的。
我们其实已经有个鸟
团队首先是在2016年上半年发布了两只古鸟类的翅膀标本,分别被命名为“天使之翼”和“罗斯”。不过您可别指望它有多大,太大了琥珀包不住——“天使之翼”展开后为18毫米,而“罗斯”只有12毫米,换句话说,这两只翅膀的主人大概也就只有蜂鸟般大小。
由于两只翅膀外观相似、大小相近,两块琥珀的埋藏年代和位置也相同,大家认为它们很可能属于同一种古鸟。从表面上观察,两只翅膀乍看都接近黑色,但在各种光照条件下进行宏观和微观观察之后,科学家发现天使之翼标本是以黑色为主的胡桃棕色,而罗斯标本的大部分区域则呈现出更深的棕黑色。两件标本的廓羽颜色从略浅于飞羽的颜色过渡到银色或白色。
除了普通的显微观察,显微CT技术也被用来对标本进行了扫描,这是一种非破坏性的CT技术,可以用来扫描化石,并且得到标本内部的三维影像。其中,天使之翼标本保存较好,包括了桡尺骨、掌骨、指区,以及多种不同形态的羽毛。而从骨骼发育的比例上来看,两只翅膀的主人都还是幼鸟,不过从羽毛的覆盖程度上来看,也许它们已经有了一定的运动或飞行能力。或者说,它们是早熟型的鸟类,因为幼鸟就有比较强的活动能力,可以自己觅食,独立性强,能够减轻鸟父母的哺育压力,这是一种进化上的生存策略。
另一个特点是鸟的翅膀上有爪子,并且一共有三根指头(在今天的鸟翅膀上是看不到这种结构的)。这是一个非常重要的原始特征,既肯定了琥珀样本的真实性,也是对过去古鸟复原形象的确认。翅膀的主人应该属于已经灭绝了数千万年的远古反鸟。反鸟的肩带骨骼的关节组合与现生鸟类的正好相反,因此而得名。反鸟的翅膀上一般有爪子,嘴巴里也有牙齿,这些都是现代鸟类所没有的特征。
通过研究,更多的信息被呈现了出来。天使之翼标本中存在爪子挣扎的痕迹,翅膀四周有大量的腐败物和气泡,这表明标本至少在被树脂部分包裹时还依然活着,其大部分腐败过程在树脂的包裹环境中发生。或者说,天使之翼标本的主人是被树脂活活粘死在了树上。而罗斯标本则没有这些特征,说明它很可能来自一具尸体,在其接触树脂前就已经完全腐败。
反鸟,作为恐龙进化中的一个分支,和恐龙们一同共享白垩纪,不过,它们随着另一个姐妹分支——今鸟的崛起而逐渐走向没落,最终在白垩纪结束的时候灭绝。
它确实是恐龙
团队在鸟翅膀琥珀发布之前其实已经拿到了恐龙尾巴的琥珀,但是由于鸟类样本较多,国内外同行可能会有较激烈的竞争,所以,我们在两组样品同步研究的过程中,优先安排鸟类样本撰写和论文发表,然后才来发表恐龙样本的论文。
其实,当你乍看琥珀伊娃的时候,最显眼的并不是恐龙尾巴,而是两只和恐龙尾巴保存在一起的蚂蚁——已经灭绝的蜂蚁。而那条毛茸茸的尾巴却有些像一小截植物,并不显眼,以至于拿到琥珀的人给它起名为“蚂蚁上树”。
不过,邢立达博士已经在古脊椎动物领域摸爬滚打了多年,他一眼就看出来,这段“植物”很可能是某种脊椎动物的尾巴。不过,当时并没有完全确认它一定是恐龙尾巴,也许是一段鸟尾巴?
为此,我们对琥珀中尾巴上的羽毛形态进行了分析——这是一些非常原始的羽毛。你可不要以为恐龙都是一些浑身光溜溜的家伙。从20世纪末开始,就有一系列帶羽毛的恐龙化石出土,证明至少有一部分恐龙在生前是长有羽毛的。今天,它们没有灭绝的后裔——鸟类,更是长有羽毛的典范。不过,从龙羽到鸟羽是经过了漫长的演化的,化石记录能够反映出这种进化的过程,科学界已经有所了解。而琥珀中的羽毛形态原始,是恐龙羽毛演化过程的一个中间环节,这暗示着标本的主人应该是一条小恐龙。
为了进一步确认标本主人的身份,我们使用了显微CT、同步辐射等技术对样本进行了无损扫描,确认其内部结构。我们发现,这条尾巴内部存在9块尾椎骨,而且尾椎骨的形态并不同于鸟类。虽然古生物学界从没见过琥珀里的恐龙组织,但我们已经挖出来了足够多的恐龙骨骼化石,对恐龙骨头的形态已经相当了解!尾椎骨形态显示,它不仅是条龙尾巴,而且属于和鸟类关系较近的手盗龙类!
所以,这块琥珀里面的确实是恐龙的尾巴无疑。根据这条毛茸茸的小尾巴,我们推断它总长也就是18厘米多一点,所以很可能是吃昆虫的小恐龙,并且请画师结合手盗龙类的特点绘制了复原图。当然,有了这块标本,我们第一次看到了如此“新鲜”的恐龙组织,复原出的恐龙会更贴近现实。然而,为什么这么萌?
生物复活?还是不行……
缅甸琥珀中有很多小虫保留下来,我们又有了古鸟和恐龙的琥珀样本,将来还会有更多的古脊椎动物的材料。那我们能不能像《侏罗纪公园》里设想的那样,采用同样的生物技术,从琥珀中提取出这些生物的DNA,然后将它们复活,重建白垩纪的生态环境,搞一个“白垩纪公园”呢?
目前看来,这一想法还不能实现。因为一旦生物死亡,它体内的DNA就开始降解——残存的DNA酶会破坏DNA,苟延残喘的微生物也会参与DNA的分解,而在漫长的地质历史中,缓慢的自然降解也会破坏DNA。按照目前的数据,DNA的半衰期为521年,也就是每过521年,DNA的化学结构就会破坏到仅剩下原来的1/2……
在这样依次递减的情况下,大约只要150万年,DNA就已经破碎到无法解读了。即使在低温等最佳保存条件下,最多经过680万年,DNA也会几乎完全降解。尽管琥珀的密闭作用能够隔绝一些外部环境,但琥珀中蕴含的水分本身就是对DNA极大的威胁。更何况我们这个标本已经过去了9 900万年。
因此,利用这些琥珀是无法获得有价值的DNA信息的,目前,通过这一思路来复活恐龙,也只能停留在科幻电影中了。
不过,我们在样本中检出了较丰富的亚铁离子,这是血红蛋白的标志之一。未来,从蛋白质的角度进行一下分析,倒是不错的。有可能的话,我们会做这方面的研究。另外,其中扫描得到的一些细致结构也需要进一步研究。