科学新发现!天然防腐剂保存恐龙胶原蛋白达 1.95 亿年

科学新发现!天然防腐剂保存恐龙胶原蛋白达 1.95 亿年

由李耀昌博士带领的国际研究团队,运用国家同步辐射研究中心的加速器光源,历经两年研究,在 1.95 亿年前云南禄丰龙肋骨化石的微血管通道中,发现完整的胶原蛋白及赤铁矿微粒聚晶(Hematite),这是目前已知保存完整的胶原蛋白中,年代最久远的。研究结果于 1 月 31 日荣登顶尖期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

科学新发现!天然防腐剂保存恐龙胶原蛋白达 1.95 亿年

禄丰龙化石。

本研究团队成员包括国家同步辐射研究中心李耀昌博士、江正诚先生、黄佩瑜小姐、王俊杰博士及陈庆曰先生,以及加拿大多伦多大学 Robert Reisz 教授、国立交通大学锺昭宇博士、国立中兴大学黄大一荣誉教授、国立中央大学张荣森教授与向阳基金会廖正豪博士。

非破坏检测──真实呈现胶原蛋白在化石中的原始样貌科学新发现!天然防腐剂保存恐龙胶原蛋白达 1.95 亿年

显微镜下的禄丰龙胶原蛋白(白色箭头)与赤铁矿(红色箭头)。

有别于过去科学家将恐龙骨头溶解后再萃取出胶原蛋白的破坏性检测,本研究使用 10 微米高解析度「同步辐射红外光谱显微术」(Infrared Micro-Spectroscopy,IMS)在厚度约 30 微米(相当于头髮直径的三分之一)的化石试片,进行非破坏式二维空间扫描,并比对「分子指纹」(Molecular Fingerprint)后,证实在禄丰龙肋骨化石的微血管通道中发现第一型胶原蛋白,而第一型胶原蛋白正是血管壁的主要成分。

李耀昌表示,利用加速器光源进行非破坏性检测可以真实呈现胶原蛋白在化石中的原始样貌,同时了解胶原蛋白周围环境的影响因子,这点非常重要,有助解开胶原蛋白保存 1.95 亿年的关键。科学新发现!天然防腐剂保存恐龙胶原蛋白达 1.95 亿年

同步辐射穿透式 X 光显微镜下的 3D 赤铁矿微粒聚晶。

防腐 1.95 亿年的重要关键──赤铁黏结层

传统古生物学家认为,化石内只会留下骨头等矿物质,有机物质都会在石化过程中消失。近年来越来越多证据显示,在某些特定条件下,胶原蛋白等有机物质可能在化石里保存数亿年。

本研究首度发现,禄丰龙的胶原蛋白被「赤铁黏结层」(Hematite Cementation)紧密包覆着,功能类似食品的防腐抗菌包装,能保护胶原蛋白不被细菌等外来物分解。赤铁黏结层是由赤铁矿微粒聚晶组成,主要成分为血红素及其他含铁蛋白分解后的产物,其中铁离子扮演抗氧化剂的角色,可大幅降低胶原蛋白被分解的机率,研究团队认为这可能是防腐 1.95 亿年的重要关键。

王俊杰指出,起初以显微镜观察化石试片时,发现在禄丰龙血管通道内保存着一颗颗状似红血球的深红色球状物,研究团队感到相当兴奋。在电影《侏罗纪公园》里,科学家从琥珀里的蚊子提取出恐龙血液,并从血液中取得 DNA 进而複製恐龙,但在现实世界中,至今尚无切确证据显示能取得恐龙的血液与 DNA。本研究利用李耀昌自行设计建立的「共轭焦拉曼显微镜」进行成分检测,再以「瞬时吸收显微术」(Transient Absorption Microscopy)量测分布情形,最后使用 60 奈米超高解析度「同步辐射穿透式 X 光显微镜」(Transmission X-Ray Microscope, TXM)解析三维立体影像,结果证实它们并非红血球而是赤铁矿微粒聚晶。

胶原蛋白将有助揭开恐龙起源及演化之谜

李耀昌表示,DNA 非常脆弱,经过数亿仍然存在的机会微乎其微。但即使未能取得恐龙 DNA,未来若进一步将胶原蛋白作「蛋白质序列解析」,并比对现生生物中的恐龙近亲,例如:鸟类、鳄鱼等,将有助科学家了解恐龙的生理机制,可望揭开恐龙起源及演化之谜。