化石骨骼揭开远古世界的秘密

科学家通过分析与健康和饮食相关的代谢信号，成功重建了古代气候和景观的细节，包括温度、土壤条件、降雨和植被。这项发表在《自然》杂志上的研究指出，这些地区过去的环境比现在同区域要温暖湿润得多。

代谢物是生物体内消化及其他化学过程中产生和使用的分子，能揭示疾病、营养和环境暴露等信息。虽然代谢组学已成为现代医学研究的有力工具，但很少应用于化石研究。目前，大多数古代遗迹研究依赖DNA，而DNA主要用于建立遗传关系，无法反映日常生理活动。

领导这项国际研究团队的纽约大学牙科学院分子病理生物学教授、纽约大学人类学系附属教授蒂莫西·布罗梅奇表示：“我一直对代谢感兴趣，包括骨骼的代谢率，想知道能否将代谢组学应用于化石来研究早期生命。结果发现，骨骼（包括化石骨骼）中充满了代谢物。”

### 为何化石骨骼能保存化学物质
近年来，科学家发现胶原蛋白（为骨骼、皮肤和结缔组织提供结构的蛋白质）能在古代骨骼（包括恐龙化石）中留存。

布罗梅奇同时担任纽约大学牙科学院硬组织研究室主任，他说：“我想，如果胶原蛋白能保存在化石骨骼中，那么其他生物分子可能也在骨骼微环境中受到保护。”

骨骼表面多孔，布满微小血管网络，可与血液交换氧气和营养。布罗梅奇提出，在骨骼生长过程中，血液中循环的代谢物可能被困在骨骼内的微小空间中，从而得以保存数百万年。

为验证这一想法，团队使用质谱分析法（将分子转化为带电粒子进行识别的技术）。对现代小鼠骨骼的检测发现了近2200种代谢物，该方法还在部分样本中检测到胶原蛋白。

### 测试早期人类活动地区的化石
研究人员随后将该方法应用于130万至300万年前的动物化石骨骼。这些样本来自坦桑尼亚、马拉维和南非的早期发掘地，这些地区以早期人类活动闻名。

这些化石属于现代近亲仍生活在附近的动物。团队分析了啮齿类动物（小鼠、地松鼠、沙鼠）以及羚羊、猪、大象等大型动物的骨骼，识别出数千种代谢物，其中许多与现存物种的代谢物高度匹配。

### 骨骼中记录的健康、饮食与疾病
许多检测到的代谢物反映了正常生理过程，如氨基酸、碳水化合物、维生素和矿物质的分解。一些化学标记与雌激素相关基因有关，表明某些化石动物为雌性。

其他分子则揭示了疾病迹象。一个典型案例是坦桑尼亚奥杜瓦伊峡谷约180万年前的地松鼠骨骼，显示其感染了导致人类昏睡病的寄生虫。这种疾病由布氏锥虫引起，通过采采蝇传播。

布罗梅奇说：“我们在松鼠骨骼中发现了一种该寄生虫特有的代谢物，这种寄生虫会将其释放到宿主血液中。我们还观察到松鼠的代谢组抗炎反应，推测是由寄生虫引起的。”

### 追溯古代饮食与环境
化学证据还揭示了动物的食性。尽管植物代谢物数据库远不如动物的完整，但研究人员识别出与芦荟、芦笋等区域性植物相关的化合物。

布罗梅奇解释：“这意味着，以松鼠为例，它啃食了芦荟，这些代谢物进入其血液。由于芦荟对环境条件有特定要求，我们现在能了解更多关于温度、降雨量、土壤条件和树冠的信息，本质上重建了松鼠的生存环境。我们可以为每种动物构建一个故事。”

这些重建的栖息地与之前的地质和生态研究一致。例如，坦桑尼亚奥杜瓦伊峡谷下层被描述为淡水林地和草原，而上层则为较干燥的林地和沼泽地区。所有研究地点的化石证据一致表明，过去的气候比现在更湿润温暖。

布罗梅奇表示：“利用代谢分析研究化石，或许能让我们以全新的细节水平重建史前世界环境，就像我们是当今自然环境中的野外生态学家一样。”

### 研究团队与支持
其他研究作者包括纽约大学牙科学院的胡斌、谢尔·普德尔、萨桑·拉比耶和肖莎娜·亚卡尔；纽约大学格罗斯曼医学院的托马斯·纽伯特、克里斯托弗·劳伦斯·德赫苏斯和赫迪耶·厄尔朱门特-布罗梅奇；以及来自法国、德国、加拿大和美国机构的合作者。该研究得到了利基基金会的支持，扫描电子显微镜的额外支持由美国国立卫生研究院提供（S10 OD023659和S10 RR027990）。