古老化石中的化学物质揭示动物生活细节

约240万年前，一头现已灭绝的大型象在东非马拉维湖长满青草的岸边漫步。如今，科学家们发现，这是一头幼年象，曾啃食艾草树皮和桑叶，且可能在死前正与感染作斗争。本月初发表在《自然》杂志的一项研究显示，这头象及其他数百万年前动物的骨骼和牙齿化石中含有代谢物——体内代谢过程产生的微小副产品。这些化合物能揭示过去环境的隐藏信息，包括土壤酸碱度和古代病原体等细节，为了解过去提供了新视角。

加利福尼亚科学院的人类学家香农·图辛厄姆（未参与该研究）表示，这项研究“开创了古代谢组学这一领域”，使其成为“从数百万年前的化石中提取数据的可靠生物分子工具”。

生物体通过化学反应、食物及对感染或营养不良等外部刺激的反应产生代谢物。以往研究活体动物时，代谢物多从血液或尿液中提取，但化石研究无法如此。不过近期研究发现，代谢物可在骨骼残骸中留存，例如去年有论文指出吸烟导致的代谢特征能保存在人类骨骼中。在这项新研究中，纽约大学生物人类学家蒂姆·布罗梅奇设想：硬组织生长时，血液输送的代谢物会被困在其多孔结构中。“我在半梦半醒间想出了这个方法。”他与同事研究了坦桑尼亚奥杜瓦伊峡谷、南非马卡潘斯盖特和马拉维奇翁多 beds 出土的130万至300万年前的动物化石，用质谱仪分析样本化学成分，并与现代生物化合物数据库比对。

分析发现每个样本含数千种代谢物，数百种可明确匹配现代生物。“质谱数据非常出色，单个样本分析需一个月。”布罗梅奇说。研究结果揭示了古代动物生活的细节：奥杜瓦伊峡谷的两只沙鼠和一只松鼠化石含雌激素代谢相关基因的代谢物，表明为雌性；一只沙鼠骨骼也有雌性化学迹象。此外，奥杜瓦伊峡谷的松鼠、奇翁多 beds 的象及马卡潘斯盖特的牛科动物化石中，发现了可能与布氏锥虫（致人类昏睡病的寄生虫）免疫反应相关的代谢物。“能从奥杜瓦伊峡谷如此古老的化石中提取这些分子信号，太惊人了，”图辛厄姆说，“这些标本保留的生物档案比我们之前认为的丰富得多。”

通过比对化石与已知植物代谢物，研究还重建了部分动物的饮食和环境。例如180万年前奥杜瓦伊峡谷的松鼠化石含芦笋和芦荟相关代谢物，表明当时存在茂密森林树冠，支持了该遗址曾是湿润栖息地的新评估。

华盛顿州立大学专家大卫·刚指出，需谨慎区分代谢物来源是动物自身还是土壤。布罗梅奇回应称，他们检测了周围土壤代谢物，发现其含同期生物代谢物，且未接触土壤的骨骼中也有，故土壤是当时生物的反映。尽管有污染担忧，刚仍认为该研究“有趣，未来几年会被广泛讨论”。