近日,，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表了北卡羅來納州立大學(xué)和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院科學(xué)家的研究成果,，他們在距今古老的霸王龍骨骼化石和乳齒象骨骼化石中發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì),，引起了學(xué)術(shù)界的很大關(guān)注,。在古老的化石中成功測定蛋白質(zhì)序列,，是分子古生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)突破性進(jìn)展,。
筆者從2001年開始就注意到Mary Schweitzer和John Asara等人的研究,，他們那時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了保存特別好的恐龍化石材料,，并開始進(jìn)行系統(tǒng)的分析。2005年,，Mary Schweitzer就曾在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章介紹,，這些骨化石內(nèi)部結(jié)構(gòu)保存完好，尚能識別出軟組織,，是非常特異的化石材料,。兩周前在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的兩篇文章，一篇介紹了在這些骨骼化石中測定的蛋白質(zhì)的序列及其分析方法,；另一篇則介紹了其軟組織中的血管和細(xì)胞結(jié)構(gòu),。根據(jù)這些化石材料內(nèi)部保存狀態(tài)以及所測定的蛋白質(zhì)序列特點(diǎn)判斷,，受到人類行為污染的可能性不大，完全有可能屬于原始保存的分子水平的物質(zhì),。
分析結(jié)果顯示,，從霸王龍化石中提取的蛋白質(zhì)序列，雖然并不完整,，只是片斷,，但部分序列和現(xiàn)代鳥類的骨膠原蛋白質(zhì)完全吻合，部分蛋白序列與兩棲動物的相似,。這不僅能為鳥類起源于恐龍的假說提供重要的分子化石證據(jù),，而且也從側(cè)面說明，研究結(jié)果源于人類污染的可能性很小,。
以往的研究表明,，在古老的骨骼化石內(nèi)部及化石之外的地層結(jié)構(gòu)中，都能發(fā)現(xiàn)古代氨基酸的存在,，甚至在幾億年前的地層中也能發(fā)現(xiàn)古老的氨基酸,。但是，在遠(yuǎn)古化石中發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的報(bào)道卻非常少見,，或者只在考古材料中有所發(fā)現(xiàn),，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在動物死亡后非常容易降解。這次美國科學(xué)家在數(shù)千萬年前的化石中識別出蛋白質(zhì),，是一次突破性進(jìn)展,。他們一方面采用先進(jìn)的質(zhì)譜技術(shù)測定了這些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用分子生物學(xué)方法獨(dú)立檢測到了上述膠原蛋白的存在,。
分子古生物學(xué)是從分子水平研究古生物學(xué)問題,。廣義地說，分子古生物學(xué)研究的對象是所有殘存在地層中的源于古生物的有機(jī)分子,，包括核酸(DNA與RNA),、氨基酸、脂類,、甾類,、碳水化合物、其他生物標(biāo)志化合物等及其衍生物,，事實(shí)上,，這些古生物有機(jī)分子大量存在于古代沉積物中，占沉積物總量的2%之多,。隨著研究手段的不斷提高,，分子古生物學(xué)具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
然而，地層中大多數(shù)有機(jī)分子經(jīng)過地質(zhì)作用后所保留的生物學(xué)信息(如古生物分類學(xué)意義、古生態(tài)意義等)已難以提取,，它們在地層中的變化途徑及其機(jī)制則是現(xiàn)代有機(jī)地球化學(xué)研究的關(guān)鍵問題,。美國科學(xué)家在分析這些骨化石的時(shí)候，采用了質(zhì)譜分析的方法,，這也是一種嶄新的思路,。盡管質(zhì)譜分析是一種常用的地質(zhì)學(xué)研究方法，但一般用來分析痕量或微量元素的質(zhì)量,。美國科學(xué)家將這種方法用于分析蛋白質(zhì)序列,，對于分子古生物學(xué)來說是一種新的方法，值得學(xué)習(xí),。
盡管廣義的分子古生物研究已有較長一段歷史,，20世紀(jì)60年代初期就有人提出 Molecular Paleontology 一詞，但是長期以來,，這一研究課題一直作為有機(jī)地球化學(xué)的一個(gè)副產(chǎn)品,，而且涉及的都是一些極穩(wěn)定的有機(jī)分子及其衍生物。20世紀(jì)80年代以后,，由于現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展,，使得人們可能研究極其微量的生物大分子,，作為生物遺傳信息載體的DNA首先在較新的絕滅生物中被分析出來,。20世紀(jì)90年代，分子古生物領(lǐng)域的熱門話題中,，DNA研究占主導(dǎo)地位,。盡管如此，有關(guān)古DNA的研究中仍然存在許多未知因素和爭議,，比如外源DNA的污染問題,、古DNA的保存極限問題等等；從目前的認(rèn)識看,，古DNA研究領(lǐng)域尚處于探索性階段,。
近年來，分子古生物領(lǐng)域里另一個(gè)值得注意的思路是,，越來越多的研究者將古生物資料(化石記錄)與現(xiàn)代分子生物學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合,，以探討歷史生物界的進(jìn)化事件，即通過研究演化進(jìn)程末端的現(xiàn)生生物的DNA或蛋白序列,，結(jié)合相關(guān)生物類群的地層記錄,，進(jìn)而討論它們的演化問題。生物的演化歷程在它們遺傳信息的載體——DNA分子序列上留下了不可磨滅的烙??；根據(jù)現(xiàn)生生物DNA序列建立的系統(tǒng)樹，不僅可用于獨(dú)立驗(yàn)證以化石資料為依據(jù)的系統(tǒng)分析，而且,，它與可靠的化石記錄一起,，可計(jì)算生物的演化速率。這一研究方法提供了一種新的不單純依賴地層記錄來研究古生物進(jìn)化的途徑,，并可與傳統(tǒng)的古生物研究結(jié)論進(jìn)行比較和一致性分析,。這一新的研究方法有利于克服化石記錄的不完整性所帶來的缺陷，對于一些不易在地層中保存的生物類群的研究尤其重要,；而分子生物學(xué)數(shù)據(jù)與化石記錄的結(jié)合,，能更詳實(shí)地揭示生物界進(jìn)化中的關(guān)鍵步驟和進(jìn)化機(jī)制中的外在因素。
目前,，國內(nèi)分子古生物學(xué)開始跟進(jìn)國際上的研究趨勢,，例如發(fā)掘第四紀(jì)以來的古DNA和氨基酸；研究古DNA的保存問題,；結(jié)合分子生物學(xué)數(shù)據(jù)和化石記錄,，研究古生物分支事件及其時(shí)間；用分子生物學(xué)和形態(tài)學(xué)相結(jié)合的方法,，研究一些重要化石類群的系統(tǒng)學(xué)和進(jìn)化特征等,。希望分子古生物學(xué)這一新興研究方向成為古生物學(xué)中不可或缺的一部分。(本報(bào)記者李晨采訪/整理)
（楊群 中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員,、中國古生物學(xué)會常務(wù)理事兼秘書長,，長期從事微體古生物學(xué)與分子古生物學(xué)研究）
