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古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?

admin 2019-10-27 185人围观 ,发现0个评论

古生物化石是我们了解远古生物的时间胶囊,但是因为矿化作用,生物体内大量的生命物质无法保存(生命物质首先要是有机物,然后必须是生物细胞古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?自己生产的,骨骼和牙齿中的碳酸钙、磷酸钙等等因为不是有机物所以不算),这使得研究古生物的生理和生化机制变得异常困难,而且也给鉴别古生物带来了困难。如果古生物的某些生命物质能够保存至今,那就可以为考古研究提供更丰富古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?的信息,对于复原古生物也具有重大意义,说不定还能克隆已经灭绝的古生物。

保存异常完好的海百合化石

  • 化石是怎么被矿化的?

矿化是有机物体长时间埋藏在地下发生的一种石化过程。生物体内的空隙(生命中充满液体或气体的空间)被富含矿物质的地下水所渗透。矿物质从溶液中析出占据空隙。这个过程可以在非常小的空间内发生形成精细的矿物质沉淀铸形,如植物细胞壁所构成的空间。要形成矿化,有机体必须在死后快速地被沉积物覆盖,否则生物体腐烂就无法保存其细胞精细结构本来的形状。遗骸在被覆盖时腐烂的程度决定了化石形成后的细节,因此大部分化石最后就只剩下不易腐败的骨骼或牙齿,皮肤、羽毛甚至软组织化石非常珍稀。矿化并不是只针对生物体,它在自然界广泛存在,因为它就是一种成岩作用。

那古生物残迹或者化石中最耐保存的生物物质是什么呢?

显然不是DNA

发表在英国皇家学会会刊上的一项研究估计,来自骨骼的DNA的半衰期仅为521年:经过一段时间后,将其中一半的核苷酸键断开,再过521年后,核苷酸键再次减半,依此类推。

来自骨骼的DNA521年的薄情寡欢半衰期,这似乎是绝大多数生物分子有记录的最长半衰期,因为RNA和tRNA的半衰期分别小于20分钟和36-60小时,而半衰期最短的生物分子只具有几毫秒至几分钟的半衰期,例如神经递质乙酰胆碱。

因此,到目前为止,不管是从矿化的化石,还是从琥珀当中都没有发现超过150万年的可供研究的DNA样本。因为即使在最佳保存条件下,化石样品中含有足够的可用于现代测序技术的DNA的年龄上限区间为0.4-150万年。早期的研究所宣称的从白垩纪恐龙化石中获取的较老的古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?DNA 实际上只不过是样本污染造成。

  • 琥珀是怎么形成的?

琥珀是植物分泌的树脂由覆盖的沉积物的环境下,持续的热量和压力去掉了树脂混合物当中的萜烯类有极分子从而形成了琥珀(又被称为硬树脂)。但许多树木生产的树脂往往被物理和生物过程分解,例如阳光、雨水、微生物(如细菌和真菌)和极端温度都会使树脂分解。为了使树脂能够有足够长的时间以变琥珀,它必须能够抵御腐蚀,或者保存在不会腐败的条件下。

琥珀中的一只蚂蚁

细菌内生孢子

此外,一些细菌的孢子也可以保存非常长的时间,而且还能够保存,据目前研究至少可达上千万年时间,因为这些孢子具有很多层复杂的荚膜(见下图,至少有7层)。

细菌孢子结构

内生孢子主要是由厚壁菌门中的一些细菌休眠而形成,这种所谓的内生孢子非常坚韧,它并非一种繁殖结构。“内生孢子”只是暗示其具有孢子或种子样的形式,但它并非真正的孢子(即,不是后代),它不过是细菌自身的一种紧致的休眠形式,细菌自我萎缩而成。 内生孢子的形成通常是由缺乏营养物而引起,通常发生在革兰氏阳性细菌中。

但是,即便细菌孢古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?子可以坚持数千万年,但孢子内的DNA能否保鲜(非低温下)就难说了。

胶原蛋白

在温暖的气候条件下,DNA是几乎无法保存的。但幸运的是,蛋白质却可以。在考古发现的牙齿当中,胶原蛋白在DNA已经降解的情况下仍然得以留存,这使得科学家们往往可以通过对不同牙齿的胶原蛋白进行比较研究,来区分非洲不同原始人类的骨骼。

而基于从泥盆纪到侏罗纪的八个物种分类群的一项研究发现,在所有这些化石中都发现了保存良好的纤维微丝,暗示了胶原蛋白的存在。而似乎胶原戴白的保存质量主要取决于胶原纤维的排列,例如紧密的排列有利于保存,而跟化石的年代没有太大关系(泥盆纪4.1亿年-侏罗古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?纪1.5亿年)。

动物考古学使用质谱和蛋白质序列分析特定蛋白(例如胶原蛋白)的差异来确定不同动物物种之间的进化关系。散弹枪蛋白质体分析法等技术使研究人员能够识别蛋白质组和不同种类蛋白质中氨基酸的确切序列。可以将这些序列与不同进化枝内的其他生物进行比较,以确定它们在系统发育树中的进化关系。蛋白质在化石中的保存比DNA更多,使研究人员能够从拥有180万年历史的动物牙齿和380万年前的蛋壳矿物晶体中获取蛋白质样本。

甲壳素(几丁质外骨骼)

几丁质(又叫甲壳素)是N-乙酰基-D-葡糖胺的链聚合物,是化学和热稳定性最高的葡萄糖衍生物之一。这种氨基多糖的结构是真菌细胞壁、昆虫和节肢动物的外骨骼(例如龙虾,螃蟹和虾),软体动物的齿舌、以及头足类动物的喙(包括鱿鱼和章鱼)的主要成分。

虽然中国贵州省中寒武纪凯里组发现过含碳薄膜,美国威斯康星州发现过奥陶纪的真菌菌丝和孢子(年龄约为4.6亿年)化石,但都没有发现几丁质的迹象,早期认为,最古老的几丁质可以追溯到渐新世(25.00.5百万年前)和晚始新世(34-36 百万年前)。

但近年最新的发现是:最古老的几丁质—蛋白质分子的迹是在宾夕法尼亚纪(3.1亿年前)蝎子角质层和志留纪(4.17亿年前)广翅鲎的角质层中被发现。据2013年报道, Vauxia海绵样本中在5.05亿年前(中寒武纪)伯吉斯页岩中也发现了甲壳素。

Vauxia海绵

看来甲壳素是迄今为止古生物体化石中保存得最久的生命物质了。

结语

当然上述所有这些比较都是在一般条件下进行的,如果有类似南北极那样的低温,那么生命物质的保存时间就要长很多。生命物质本身的脆弱性是跟生命所需要的分子可塑性相关的,我们很难想象某种惰性分子能够成为生命的基质古生物化石中最耐保存的生命物质是什么?DNA仍是蛋白质?,因为不断演化和适应才是生命的本质。

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