利用微量金属重构化石的真黑色素分布图案

上一篇 / 下一篇  2011-08-31 23:14:13

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研究人员利用保存下来的残留金属来绘制早起鸟类化石中的色素图案

艺术家们想象的圣贤孔子鸟的色素着色的图案,其中图片版权归以下个人和组织所有:曼彻斯特大学的R. Hartley; 黑山地质研究院(Black Hills Institute)的T. Larson; G. Stewart; 美国斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室.

【towersimper注:本文为译文,有部分改动,仅用作研究之用,不得用作商业开发,转载请标明翻译者towersimper,原文来自Megan Scudellari, The Scientist, "Color by Number Fossils", June 30, 2011】

已知最古老的有喙鸟(beaked bird)拥有深黑色的身体,深黑色的颈部,和沿着它的羽毛产生的引人注目的图案。

这篇研究论文[1]“Trace metals as biomarkers for eumelanin pigment in the fossil record (微量金属作为化石记录中的真黑色素的生物标记)”于2011年06月30 日在线发表在Science杂志上,也是第一次绘制出微量金属在化石中的分布,从而重构色素图案。这些发现表明色素化学组成可能是填充史前色彩调色板的关键,从而可能为古老物种和颜色在进化中所扮演的角色提供大量信息。

曼彻斯特大学的一名古生物学家Phillip Manning说,“这远不只是颜色方面的研究”,“我们正在绘制1.2多亿前的有机体中存在的生物化学途径”。

耶鲁大学的一名古生物学家Jakob Vinther (为参与该项研究)说,“这真是一份很好的研究”,“这是对其他分析方法的一个极好的补充,因为他们能够以一种破坏性非常少的方式研究整个有机体中的黑色着色的程度。”

2010年,两个研究小组,包括耶鲁大学的Vinther和他的同事们,通过分析黑色素体(melanosome)的结构[2]来推算颜色的方式重构了恐龙化石羽毛的颜色图案[3]。黑色素体是含有色素的细胞器,如同生物涂料罐一样,保存在很多化石中。这一过程已经为恐龙和早起鸟类提供一些色素信息,但是它的应用范围局限于与仅有的两种黑色素体结构相关联的那些色素,另外这一过程还要求移除和破坏来自化石中的小样品。

Manning与来自曼彻斯特大学的Roy Wogelius和来自位于加利福尼亚州的美国斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)的Uwe Bergmann一起决定看看在不依赖黑色素体存在的情况下化石中是否存在残留的色素。他们特定地寻找微量的金属,因为金属元素经常整合进黑色素(melanin)中,而黑色素是在整个植物和动物世界(包括人类皮肤)中发现的一种重要性的色素分子。

通过使用美国斯坦福直线加速器中心提供的X射线技术,研究小组扫描了已灭绝的鸟类的全部化石---不用对它们取样或破坏它们---并且检测微量金属(包括铜、镍、锌、铁以及更多)的化学残余量。Manning说,“无论哪种存在于化石中,只要我们以某种特定的能量激发这种原子,我们就能将它绘制出来”。如研究人员通过使用斯坦福同步加速器辐射光源(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource)提供的快速扫描X射线荧光技术来分析一块1.2亿年前的圣贤孔子鸟(Confuciusornis sanctus)化石。

铜元素是在不同样品中有着最显著性的分布的微量金属之一。铜与黑色素的最常见形式真黑色素(eumelanin)结合在一起,而真黑色素也是造成包括人类在内的很多现代物种深黑色头发和棕黄色眼睛中的棕黄色或黑色着色的原因。基于铜的存在,研究小组已能够确定迄今记录在案的最古老的带有鸟喙的圣贤孔子鸟中的真黑色素图案,同时也确定了在中国甘肃发现一种最古老的代表着产生现代鸟类的祖先世系的甘肃鸟(Gansus yumenesis)的真黑色素图案。这个研究小组也根据来自于活的有机体上的组织(如鱼、鸟类羽毛和乌贼墨囊)对他们的技术进行修正。


铜(浅色的区域)揭示一种古代鸟的颈部和身体上的深黑色色素

Manning说,尽管他们已能够绘制深黑色色素的分布图案,科学家们迄今仍然不能诊断出真正的颜色。他补充道,然而,随着研究的进展,利用X射线技术,科学家们可能能够追踪出其他的化学物信号,从而确定更多的化石着色。

1. R.A. Wogelius, et al., “Trace metals as biomarkers for eumelanin pigment in the fossil record,”Science, doi:10.1126/science.1205748, 2011.

2. Quanguo Li et al., "Plumage Color Patterns of an Extinct Dinosaur", Science, 12 March 2010: 327(5971), Page:1369-1372, DOI: 10.1126/science.1186290.

3. Fucheng Zhang et al., "Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds", Nature 463, 1075-1078 (25 February 2010) | doi:10.1038/nature08740.


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