恐龙蛋壳化石可以保存数百万年的氨基酸
作为一名科学家，实验室工作有时会变得单调。但在2017年，虽然博士。作为英国布里斯托大学古生物学专业的学生，我听到房间另一边传来一阵高兴的惊叹声。约克大学东北氨基酸外消旋化实验室负责人柯斯蒂·彭克曼(KirstyPenkman)刚刚读完色谱图上打印的数据，几乎兴奋不已。
该仪器检测到了蛋壳中古老氨基酸的明显特征。氨基酸是构成生物体中蛋白质序列的基石。但这不仅仅是一个蛋壳;它是一个普通的蛋壳。这是泰坦龙的化石，泰坦龙是一种生活在大约七千万年前的巨型食草恐龙。
没有多少有机物质能够存活数百万年，这限制了科学家研究已灭绝生物的生物学能力，而现代生物的蛋白质和DNA可以进行测序。正如彭克曼的热情所表明的那样，这些氨基酸非同寻常。
事实上，在我们的团队努力测试恐龙骨骼中近乎原始的蛋白质保存的说法时，这个结果是出乎意料的。我给彭克曼带来了各种化石骨头，但结果表明原始氨基酸没有被保存下来，而且它们甚至被埋藏环境中的微生物污染了。
测试蛋壳化石甚至不在我们最初的研究计划中。
孤儿化石碎片
然而，我刚刚看到我的同事BeatriceDemarchi、Penkman和他们的团队在380万年前的鸟蛋壳中检测到了短的蛋白质序列。我预测，如果恐龙蛋壳不保留任何原始蛋白质，那么它们的骨头也可能不会保留任何蛋白质，我想看看情况是否如此。幸运的是，我们有恐龙蛋壳的来源。
2000年左右，许多蛋壳碎片从阿根廷非法出口到商业市场。作为一个痴迷于化石的孩子，我什至从美国一家矿物商店收到了一块硬币大小的碎片。彭克曼和我测试了这个片段，以及欧洲博物馆礼品店的另一个片段。
这些化石碎片在某种程度上具有科学价值，因为它们不属于任何博物馆收藏。我们不必担心在分析过程中会损坏它们。令我们惊讶的是，我们偶然发现了一个难得的机会来研究恐龙的古代有机遗骸。
蛋壳中的氨基酸
在这一初步发现的推动下，我们的大型国际团队使用多种技术分析了来自阿根廷、西班牙和中国的更多恐龙蛋壳。尽管一些蛋壳比其他蛋壳保存的氨基酸要好得多，但总体证据表明这些分子是古老而原始的，可能有6600万到8600万年的历史。
在生命过程中，有助于钙化蛋壳的蛋白质被困在矿物晶体中。然而，我们检测到的其余氨基酸由通过与水反应从蛋白质链上断裂的游离分子组成。我们只检测到一些最稳定的氨基酸。不太稳定的那些已经消失了，因为它们已经退化了。
仍然保留的氨基酸是化学家所说的外消旋氨基酸。氨基酸可以以左手或右手构型出现。活生物体调节它们的氨基酸，使得它们几乎完全以左手构型出现。生物体死亡后，氨基酸可以在旋手性之间进行转换，直到两种构型的混合达到50-50种。
科斯蒂·彭克曼(KirstyPenkman)看到的色谱打印输出。每个峰代表仪器在分析过程中检测到的氨基酸。图片来源：埃文·赛塔
50-50的混合物被称为外消旋，这表明氨基酸很久以前就从蛋白质链中分离出来。
方解石，氨基酸档案
我们的恐龙蛋壳结果显示，与较年轻的鸟类蛋壳和软体动物壳化石相比，其退化更为严重。我们的结果也与在实验室中将蛋壳暴露在高温下模拟数千或数百万年降解的实验结果相匹配。
生物体用一种叫做方解石的碳酸钙矿物来加固这些贝壳。与构成骨骼的磷酸钙不同，方解石可以作为一个封闭系统，捕获参与钙化的蛋白质分解时的产物，包括从蛋白质序列中分离出来的游离氨基酸。这个封闭的系统使我们能够观察分析中的氨基酸。
鸟蛋壳甚至是在化石中寻找保存的蛋白质序列的最佳材料之一，更不用说游离氨基酸了。Demarchi的团队检测到了至少650万年前鸟蛋壳中仍以链形式结合的短而完整的氨基酸序列。
其他研究人员声称发现了更古老的氨基酸，以及更极端且不太可能保存的蛋白质序列。但是，我们的研究使用了更广泛的方法，并报告了我们现在知道可以很好地保存分子的组织中稳定分子的最佳信号。
我们的恐龙氨基酸可能保持着迄今为止发现的最古老的蛋白质相关物质的记录，其证据非常有力，并且是来自中生代恐龙的第一个明确证据。
使用方解石回顾过去
最终在蛋白质中表达的DNA基因序列为科学家可以研究的生物体提供了源代码。但如果化石中只保留了氨基酸的一个子集，这就像是从书中删除了除了五个字母之外的所有字母——几乎不可能进行文学分析。那么，来自古代生命的哪些信息可能会保留在这些方解石时间胶囊中呢?
一种生物信息信号可能涉及稳定同位素，稳定同位素是具有不同质量的同一元素的原子。科学家可以通过观察碳、氧或氮的稳定同位素比率来了解它们的来源，例如动物的饮食。由于蛋壳方解石是一个封闭系统，其氨基酸中的稳定同位素比率更有可能直接来自恐龙，而不是外部污染。
在未来的研究中，我们的团队将利用化石来寻找更早的时间。除了产蛋恐龙之外，其他生物也用方解石强化了它们的组织。例如，生活在五亿多年前的被称为三叶虫的海洋节肢动物的眼睛里就有方解石。
研究更古老的遗骸可以帮助科学家了解化石在很长一段时间内发生的分子变化。方解石化石，地球的分子时间胶囊，可能会向研究人员传达早已消失的生命的微弱故事，以便更好地了解它们的生物学。
我们初步分析中使用的孤儿蛋壳找到了幸福的结局。他们最终在阿根廷巴塔哥尼亚自然科学博物馆找到了新家，并被遣返到唯一已知生产这种蛋壳微观结构的省份。