中国科学家在古代恐龙细胞核中发现了有机分子残留物

诸平

Fig. 1 Reconstruction of the Jehol Biota and the well-preserved specimen of Caudipteryx. Credit: Zheng Qiuyang

Fig. 2 Photographs of three cartilage cells from the femur of Caudipteryx. Credit: Alida Bailleul

据物理学家组织网（phys.org）2021年9月24日报道中国科学院（Chinese Academy of Sciences）提供的消息，一组由来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology 简称IVPP)和山东天宇自然博物馆(Shandong Tianyu Museum of Nature简称STM) 的科学家组成的研究团队, 从中国东北的一只1.25亿年前的恐龙身上分离出了保存完好的软骨细胞，这些细胞的核中含有残余的有机分子和染色质(Organic molecule remnants found in nuclei of ancient dinosaur cells)。这项研究于2021年9月24日已经在《通讯生物学》（Communications Biology）杂志网站发表——Xiaoting Zheng, Alida M. Bailleul, Zhiheng Li, Xiaoli Wang, Zhonghe Zhou. Nuclear preservation in the cartilage of the Jehol dinosaur Caudipteryx. Communications Biology, 2021, Volume 4, Article number: 1125.  DOI: 10.1038/s42003-021-02627-8. Published: 24 September 2021. https://www.nature.com/articles/s42003-021-02627-8

这种恐龙被称为尾羽龙（Caudipteryx），是一种小型的孔雀大小的杂食动物，有长长的尾羽。早白垩纪（Early Cretaceous），它在中国辽宁热河生物群（Jehol Biota in Liaoning）浅水湖岸上游荡。 

该研究的合著者、古脊椎动物与古人类研究所（IVPP）副研究员李志恒(Li Zhiheng音译)说：“多年来积累的地质数据表明，热河生物群（Jehol Biota）的化石保存是例外的，因为细火山灰埋葬了尸体，并将它们保存到细胞水平。”

科学家们从这个标本的右股骨中提取了一块远端关节软骨，将其脱钙，并使用不同的显微镜和化学方法对其进行分析。他们意识到动物死后，所有的细胞都通过硅化作用矿化了。这种硅化作用很可能是使这些细胞得以极好地保存的原因。

他们还发现了两种主要类型的细胞:在石化过程中是健康的细胞，以及在死亡过程中是多孔的和石化的不那么健康的细胞。“有可能这些细胞甚至在动物死亡之前就已经死亡了，”IVPP的副研究员、本研究的通讯作者阿莉达·巴约勒(Alida Bailleul)说。

细胞死亡是所有动物生命中自然发生的过程。但在古生物学中，能够将一个石化细胞放置在细胞周期中的一个特定位置是相当新的。这是IVPP科学家的目标之一:改善化石中的细胞图像。

此外，此研究小组还分离了一些细胞，并用世界各地生物实验室使用的化学物质进行染色。这种紫色的化学物质叫做苏木精（hematoxylin），已知它能与细胞核结合。在对恐龙材料进行染色后，一个恐龙细胞显示出一个带有一些深紫色线的紫色核。这意味着这个1.25亿年前的恐龙细胞有一个保存完好的细胞核，它保留了一些原始的生物分子和染色质（chromatin）。

地球上所有生物细胞内的染色质都是由紧密排列的DNA分子组成的。因此，这项研究的结果提供了初步的数据，表明原始恐龙DNA的残余可能仍然保存着。但为了精确地测试这一点，该团队需要做更多的工作，并使用比他们在这里使用的染色更精细的化学方法。“老实说，我们显然对细胞核化石感兴趣，因为如果DNA被保存下来，这是大部分DNA应该在的地方，”阿莉达·巴约勒说。去（2020））年，她发表了另一项研究，报告了美国蒙大拿州（Montana）的一只恐龙的软骨细胞中异常的细胞核和生物分子保存。“所以，我们有很好的初步数据，非常令人兴奋的数据，但我们才刚刚开始了解古老化石中的细胞生物化学。在这一点上，我们需要做更多的工作。”

研究小组坚持认为，他们需要做更多的分析，甚至开发新的方法来理解可能在恐龙细胞中保存生物分子的过程，因为还没有人成功地对恐龙的DNA进行测序。在古DNA群落中，用测序的方法来确定古DNA是否保存在化石中。到目前为止，这些方法只对年轻的化石(大约100万年的历史)起作用，但它们从来没有对恐龙的材料起作用。恐龙被认为太老了，无法保留任何DNA。然而，来自IVPP和山东天宇自然博物馆（STM）的科学家收集的化学数据表明，情况并非如此。

尽管还需要收集更多的数据，但这项研究明确表明，1.25亿年的恐龙细胞化石不能被认为是100%的岩石。它们并没有被完全“石化（stonified）”。相反，它们仍然含有有机分子的残余。现在，重要的是要精确地弄清楚这些分子是什么，它们是否保留了任何生物信息和DNA残留。上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道（物理学家组织网分享数量近2700）。

Abstract

Previous findings on dinosaur cartilage material from the Late Cretaceous of Montana suggested that cartilage is a vertebrate tissue with unique characteristics that favor nuclear preservation. Here, we analyze additional dinosaur cartilage in Caudipteryx (STM4-3) from the Early Cretaceous Jehol biota of Northeast China. The cartilage fragment is highly diagenetically altered when observed in ground-sections but shows exquisite preservation after demineralization. It reveals transparent, alumino-silicified chondrocytes and brown, ironized chondrocytes. The histochemical stain Hematoxylin and Eosin (that stains the nucleus and cytoplasm in extant cells) was applied to both the demineralized cartilage of Caudipteryx and that of a chicken. The two specimens reacted identically, and one dinosaur chondrocyte revealed a nucleus with fossilized threads of chromatin. This is the second example of fossilized chromatin threads in a vertebrate material. These data show that some of the original nuclear biochemistry is preserved in this dinosaur cartilage material and further support the hypothesis that cartilage is very prone to nuclear fossilization and a perfect candidate to further understand DNA preservation in deep time.