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施韦泽的危险发现

当这位害羞的古生物学家在霸王龙股骨中发现柔软、看起来新鲜的组织时,她打破了过去与现在的界限。然后,一切都乱了套。

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自从玛丽·希格比·施韦泽瞥见一只霸王龙的断裂股骨以来,这位内向的科学家的生活就再也不同了。古生物学领域也随之改变。两年前,施韦泽在北卡罗来纳州立大学的实验室里通过显微镜观察,看到了栩栩如生的组织,这些组织本不应该出现在化石恐龙骨骼中:纤维状基质,像人皮肤上湿润的结痂一样有弹性;看起来是柔软的骨细胞,其三维形状完好无损;还有半透明的血管,看起来就像是直接来自动物园里的一只鸵鸟。

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按照古生物学的所有规则,这些生命痕迹应该早已从骨骼中流失。科学家们普遍相信,软组织最多只能存活数万年,而不是霸王龙在蒙大拿州地狱溪组行走至今的6500万年。但施韦泽往往不理会这些教条。她只是观察和思索,探究和深入,追随她的科学好奇心。这让她看到了其他古生物学家忽略的东西——并可能颠覆我们能从过去中学到多少东西的基本假设。如果生物组织能通过化石化过程存活下来,它就能打开一扇时间之窗,不仅展示灭绝动物是如何进化的,还展示它们每天是如何生活的。“化石有更丰富的故事要讲述——关于恐龙生活的砰砰心跳——而我们却不愿倾听,”休斯顿自然科学博物馆古生物学策展人罗伯特·T·巴克说。“这是其中一个壮观的证明。”与此同时,这些霸王龙骨骼中的内容也让一些创世论者感到兴奋,他们将施韦泽的发现解释为地球并没有科学家所声称的那么古老的证据。“我邀请读者退后一步,思考显而易见的事情,”卡尔·维兰德去年在《创世答案》网站上写道。“这一发现极大地支持了恐龙化石根本不是数百万年前的产物,而是在几千年前的灾难性条件下大多被化石化的观点。”像这样的言论让施韦泽置身于一场激烈的文化争议中心,因为她不仅是一位开创性的古生物学家,还是一位福音派基督徒。仅凭这一事实,就促使一些著名的古生物学家对她的科学研究更加怀疑。一些创世论者则从另一个方向质疑她的工作,敦促她驳斥达尔文进化论。但在她的宗教生活中,施韦泽并非比她在科学事业中更像一个教条主义者。在这两个领域,她都以一种简单而强大的连贯性行事:理解世界荣耀的最佳方式是睁开眼睛,诚实地审视眼前的一切。施韦泽生性沉默寡言,很少接受采访,也避免对她的科学研究或宗教信仰发表宏大的声明。她没有用关于她惊人发现的新闻报道来装饰她的办公室墙壁,而是用耶利米书中的一段经文:“因为我知道我向你们所怀的意念是赐平安的意念,不是降灾祸的意念,要叫你们末后有指望。”施韦泽对化石化过去的非传统观点植根于她持久的惊奇感。她5岁时,哥哥给了她一本奥利弗·巴特沃斯的《巨大的蛋》,这是一本以当时关于恐龙和鸟类之间密切亲缘关系的有争议观念为基础的奇幻小说。她成为了一名恐龙迷,但就像经常发生的那样,成年后她的兴趣转向了其他方向。她夏天卖刨冰和烟花。她与聋哑儿童一起工作。她获得了沟通障碍的本科学位和中学教育证书。1989年,施韦泽在代课和抚养三个孩子之间分配时间,重新回到了她童年对恐龙的迷恋。她找到著名的恐龙科学家杰克·霍纳,询问她是否可以旁听他在蒙大拿州立大学的脊椎动物古生物学课程。他很欣赏她令人耳目一新的非传统思维。“她真的不像个科学家——这很好,”落基山博物馆古生物学策展人霍纳说。“科学家们都会思考得一样,所以让来自不同领域的人加入进来是件好事。他们提出问题的方式非常不同。”施韦泽第一次涉足古生物学“彻底上瘾了”,她说。她不仅对科学着迷,而且对她来说,挖掘古老地层就像阅读上帝杰作的历史。施韦泽在两座教堂做礼拜——蒙大拿州的一座福音派教堂和她回到北卡罗来纳州老家时的一座无宗派教堂——当她谈到她的信仰时,她那多刺的举止就会消失。“上帝是如此多维,”她说。“我看到了幽默感。我在周围的世界中看到了他的怜悯。这让我好奇,因为创造者在创造中显现出来。”与许多创世论者不同,她觉得世界在数十亿年中进化的观念在神学上令人兴奋:“这让上帝比把他看作一个一下子变出所有东西的魔术师要伟大得多。”施韦泽的职业生涯始于古生物学家开始以更具多维性的方式提出自己的问题之时。直到20世纪80年代,研究人员更有可能接受地球科学而不是生物学方面的培训。他们经常将化石视为地质标本——矿物结构,其主要价值在于展示史前动物的骨骼形状。相比之下,年轻一代的古生物学家专注于使用通常与活生物体研究相关的现代技术重建诸如生长速度和行为等细微细节。“这使得恐龙从好奇的化石变成了生物实体,”史密森尼国家自然历史博物馆研究与收藏副馆长汉斯-迪特·苏斯说。这种转变的视角与施韦泽的直觉不谋而合,即恐龙遗骸不仅仅是石块。有一次,当她处理从地狱溪采集的霸王龙骨骼时,她注意到化石散发出一种明显的有机气味。“它闻起来就像我们实验室里一个死前接受过化疗的尸体一样,”她说。鉴于传统观点认为这些化石完全由矿物质组成,施韦泽在向霍纳提及此事时感到很焦虑。“但他说,‘哦,是的,所有地狱溪的骨头都有气味,’”她说。对于大多数老派古生物学家来说,死亡的气味甚至没有被注意到。对于施韦泽来说,这意味着生命的痕迹可能仍然附着在这些骨头上。她早在20世纪90年代初就看到了异常保存的迹象,当时她正在研究将化石切片粘附到显微镜载玻片上的技术方面。有一天,一位合作者带着一张霸王龙切片去参加一个会议,并给一位病理学家看,病理学家在显微镜下检查了它。“那个人看了看说,‘你有没有意识到你骨头里有红细胞?’”施韦泽回忆道。“我的同事把它拿回来给我看,我全身都起了鸡皮疙瘩,因为每个人都知道这些东西不会存活6500万年。”

施韦泽回忆道,当她把载玻片给霍纳看时,“杰克说,‘向我证明它们不是红细胞。’那就是我读博士时做的事情。”她首先排除了污染物和矿物结构。然后,她使用半打涉及化学分析和免疫学技术来分析这些所谓的细胞。在一项测试中,一位同事给老鼠注射了恐龙化石提取物;这些啮齿动物产生了对火鸡和兔血红蛋白有反应的抗体。所有数据都支持霸王龙化石含有血红蛋白分子碎片的结论。“这些蛋白质最可能的来源是恐龙曾经活着的细胞,”她在1997年的一篇论文中写道。那篇文章发表在《美国国家科学院院刊》上,引发了一小阵新闻头条。霍纳和其他人认为施韦泽的研究经过精心操作且可信。然而,霍纳说,“大多数人都非常怀疑。在我们的领域里,人们经常提出新想法,反对者会说,‘我就是不相信。’她很难在期刊上发表论文。”施韦泽也因她非传统的古生物学和分子生物学融合而受阻。“这两个学科我们通常不会在同一句话中看到,”俄亥俄大学解剖学教授劳伦斯·威特默说。在一个学科中常规的技术,当应用于另一个学科时却显得很奇怪。“如果她研究的是现代动物,她所做的事情就没有什么特别之处了,”霍纳说。但分子古生物学是闻所未闻的。“这是一个她发明的广阔领域,”霍纳说。施韦泽在资金最少的情况下坚持不懈,继续寻找比科学理论可能预测的更长时间的活组织保留。当一群化石猎人在阿根廷内乌肯市的一个垃圾场发现了一堆保存完好的鸟蛋时,他们最初认为蛋壳中除了沙子什么都没有。施韦泽将这些遗骸置于扫描电子显微镜和原子力显微镜下,得出结论,这些7000万年前的蛋仍然含有完整的胶原蛋白的胚胎。八年来,施韦泽的职业生涯在创新但不引人注目的项目中起伏不定。然后,她在霸王龙股骨中发现了那种有弹性的物质。

施韦泽的突破,就像她早期对恐龙骨骼尸体气味的洞察一样,都源于地狱溪组的化石田,那里崎岖的荒地非常偏远,大部分地区甚至没有未铺设的道路。地狱溪位于蒙大拿州的东北角,是恐龙灭绝前地球上最后一批被恐龙统治的地方之一。霍纳的目标是对地狱溪的恐龙种群进行一次全面的普查——“就是出去收集所有东西,”他说。2000年,在他一个卫星营地附近,野外队队长鲍勃·哈蒙正在吃午饭,他注意到一块霸王龙的脚骨从他够不到的砂岩悬崖中伸出来。哈蒙爬上一把平衡在岩石堆上的折叠椅,又发现了一块骨头,然后又一块,然后又一块。当团队挖掘出所有骨头并用石膏包裹起来时,这批收藏重达3000磅,比直升机能吊起的还重。由于没有其他运输方式,科学家们不情愿地切开石膏外套,掰断了霸王龙3.5英尺长的股骨。在此过程中,化石骨骼掉落了一些碎片。工人们用铝箔纸将它们包裹起来,运到北卡罗来纳州立大学,施韦泽刚刚在那里任教。“杰克把这些碎块给了我,说,‘看看你能用它们做些什么,’”她回忆道。施韦泽正在应对文化冲击和最近的离婚,她的研究陷入了低谷。“我没有出去招揽新项目,”她说。“我只是想度过每一天。”当她打开霸王龙挖掘现场的纸箱,拿出最大的碎片时,她的实验室里仍然堆满了未开箱的纸箱。她用生物学家的眼光看着它,立刻发现它不仅仅是一块化石。时间和历史开始倒流。“天哪,”她对她的实验室助理詹妮弗·维特迈尔说。“这是一只雌性,而且怀孕了。”施韦泽看到的是髓骨,一种在雌性鸟类长骨内生长的组织。髓骨在排卵期间产生,用于储存产卵所需的钙;然后它就消失了。“我在解剖镜下观察了它,”施韦泽说。“不可能是其他东西了。”髓骨甚至含有类似现代鸟类的间隙和迷宫般的纤维图案。在那之前,没有人发现过恐龙体内的这种组织,因此无法明确区分这种动物的性别。“我们以前尝试过的所有方法都只是猜测,”施韦泽说。例如,研究人员曾试图根据生物体的身体形状或头部冠的大小来区分雄性和雌性。现在他们有了一种将性别与形态联系起来的方法,并且借鉴与活体动物的相似之处,甚至可以与行为联系起来。第二次惊喜发生在2004年1月。当施韦泽参加一个部门的墨西哥卷饼派对时,维特迈尔气喘吁吁地冲进了房间。“你不会相信发生了什么,”这位实验室助理结结巴巴地说。维特迈尔一直在值夜班,分析霸王龙肢体的碎片。她刚刚将一块髓骨碎片浸泡在稀酸中,以去除一些磷酸钙。这在恐龙实验室中是一个不寻常的操作。科学家通常认为化石化的恐龙是由岩石组成的,会在酸中完全溶解,但施韦泽想更仔细地观察化石的精细结构,并将其与现代鸟类进行比较。那天晚上,维特迈尔惊叹于一小段脱钙的股骨:“当你晃动它时,它会随风飘动。”施韦泽和维特迈尔思索着这种有弹性的样本的含义,感到困惑和欣喜若狂。这些遗骸看起来像是软组织——特别是基质,骨骼的有机部分,主要由胶原蛋白组成。然而,根据当时的普遍理解,这似乎是不可能的。“每个人都知道软组织是如何降解的,”施韦泽说。“如果你取一份血液样本并将其放在架子上,大约一周内你就找不到任何可识别的东西了。那么为什么恐龙体内会剩下任何东西呢?”接下来,施韦泽检查了恐龙皮质骨的一块。“我们把骨头放在了同样溶液中,”她说。“骨矿物质溶解了,留下了这些透明的血管。我一看,就说:‘不行。这不可能。这根本不可能发生。’”她开始对她为博士论文获得的另一只恐龙的骨骼碎片进行同样的处理。“果然,”她说,“到处都是血管。”不到一个月后,当施韦泽仍在收集软组织数据时,第三次突破来了。维特迈尔走进实验室,看起来很焦虑。“我想我们的一些东西可能被污染了,因为我看到这些东西漂浮着,它们看起来像虫子,”她说。施韦泽担心在发表文章之前会失去她的恐龙血管,于是赶紧去抢救样本。她发现的东西让她大吃一惊。通过显微镜,她看到了看起来像完美形成的骨细胞,也就是骨头内部的细胞。过去正在咆哮着苏醒过来。

随之而来的大量宣传,有时甚至带有夸张的成分(《渥太华公民报》的一篇报道吹嘘道:“侏罗纪公园式的发现可能成为重现霸王龙的第一步”),让她感到不安。她试图忽略媒体,但无济于事。自从这些文章发表以来,她已成为世界上最著名的古生物学家之一。她的发现挑战了动物保存的基本假设,以至于她的同事们将她的研究——以及她本人——置于显微镜下。

如果软组织能存活6500万年,霍纳说,“那么,由于我们对保存方式的假设,我们可能错过了很多东西。”印第安纳大学-普渡大学韦恩堡分校的古生物学家詹姆斯·法洛补充说,“如果你在这种情况下能保存软组织,那一切皆有可能。”施韦泽的工作为比较恐龙组织与活体动物组织提供了可能性。它还可以让科学家重建古代生物学,例如史前疾病。如果古生物学家在恐龙化石中发现血管通道,他们也可能发现生活在动物内脏中的线虫或蛔虫。“我敢打赌,很快就会有人在白垩纪骨骼中发现白垩纪寄生虫,”巴克说。“研究流行病学和病理学的可能性非常酷。”

另一方面,圣地亚哥斯克里普斯海洋研究所的有机地球化学家杰弗里·巴达无法想象软组织能存活数百万年。他说施韦泽发现的细胞物质一定是来自外部的污染。即使霸王龙死于比地狱溪更冷更干燥的气候,环境辐射也会使其身体降解,巴达说:“骨骼会疯狂吸收铀和钍。你体内的辐射剂量足以摧毁生物分子。”其他人质疑施韦泽的彻底性。“照片很惊艳,但论文却远远不够,”安大略省麦克马斯特大学的分子进化遗传学家亨德里克·波伊纳说。施韦泽还没有证明她发现的有弹性的组织确实由原始恐龙的分子组成。波伊纳列举了施韦泽可以进行的一系列测试,包括寻找蛋白质的组成部分,然后对其进行测序以确定其来源。“我明白你希望论文发表得又快又亮眼,”波伊纳说,“但我更倾向于更长的、具有确凿真实性的工作。”施韦泽同意。“我是一个确凿的科学家,”她说。“我宁愿把论文搁置起来,直到我们有大量数据。”但她表示,如果不发表期刊文章,她就无法获得资助。“如果没有《科学》杂志的论文,我根本没有机会,”她说。“这是在美国做科学最悲哀的部分:你完全被能给你带来资金的东西所驱动。”自发表以来,施韦泽已经进行了波伊纳建议的许多分析,初步结果令人鼓舞。对于科学家来说,最终的考验是让独立研究人员重复你的结果。到目前为止,还没有人急于这样做——很少有人同时具备分子生物学和古生物学方面的专业知识,更不用说进行这项工作所需的热情了。但确实有活动。都柏林大学学院的帕特里克·奥尔正在召集地质学家和有机地球化学家,以寻找1000万年前的青蛙化石中的软组织。芝加哥大学的古生物学家正在建立一个实验室,以在更多的霸王龙遗骸中寻找类似的组织;霍纳正在开始对其他恐龙骨骼进行脱钙。在印第安纳波利斯儿童博物馆的恐龙实验室里,巴克已经进行了一些观察。“我还没有发现任何东西,”他说,“但如果很快有人发现更多粘稠、有弹性的东西,我一点也不会感到惊讶。”当科学家们努力理解这些骨骼的意义时,另一个群体对如何解释这些结果毫无疑问。这些报告很快被相信上帝在不到1万年前创造了地球上生命的圣经原教旨主义者所接受。几十年来,他们一直致力于为自己的观点披上科学的外衣。创造研究所在圣地亚哥附近设有一所研究生院,有11名拥有生物化学、地质学和其他科学博士学位的教师。会议提供诸如创世洪水物理学等主题的论文。“任何时候有经验证据,对他们来说都是金子,”威斯康星大学麦迪逊分校科学与医学史教授罗纳德·纳姆伯斯说。对施韦泽来说,试图通过经验证据证明自己的宗教信仰是荒谬的,甚至可以说是亵渎的。“如果上帝是他说的那样,他就不需要我们歪曲和扭曲科学数据,”她说。“对上帝来说,最重要的是我们的信仰。因此,他不会允许自己通过科学方法被证明。”一些创世论者注意到施韦泽的福音派信仰,试图向她施压,让她站在他们一边。“现在是时候让‘科学’界坦白了:这意味着当公众发现他们被误导时,他们将追究其责任,”施韦泽收到的一封最近的电子邮件写道。她收到了几十封类似的信件,其中一些甚至带有威胁性。这些宗教攻击比科学攻击更让她受伤。“这让我心如刀割,”她说。“这些人声称代表我所爱的基督。他们做得并不好。难怪我的许多同事都是无神论者。”她对一个狂热分子说:“你知道,如果我所拥有的基督形象只是你对我的态度,我就会逃跑。”具有讽刺意味的是,白垩纪恐龙骨骼的内部反而加深了施韦泽的信仰。“自从我成为科学家以来,我的上帝变得如此伟大,”她说。“他没有待在我的盒子里。”施韦泽的研究也没有停留在熟悉的界限内。现在,科学在追溯过去方面可以走多远已经没有明确的限制。特别是,DNA这个词总是挂在每个人的嘴边。“如果细胞能保存下来,那么细胞的组成部分也可能保存下来,”解剖学家劳伦斯·威特默说。“这可能会让对现代动物进行的分子和遗传研究有可能应用于恐龙样本。”尽管科学家认为DNA不稳定,但施韦泽在2003年发表了一篇论文,概述了几种可能的分子保存方式。例如,降解过程本身可能会产生复杂的聚合物,从而减缓DNA的进一步破坏。一提到DNA,人们的思绪就会飞到科幻小说中克隆恐龙的描绘。2005年,一家苏格兰报纸宣布,多亏了施韦泽的工作,“科学家们离……让地球上最凶猛的捕食者从灭绝中复活又近了一步。”甚至美国国家科学基金会也模糊了界限。多年前,当它授予霍纳一项研究霸王龙血细胞的拨款时,该机构特意将公告时间与电影《侏罗纪公园》的上映时间同步。施韦泽嘲笑恐龙公园的幻想。她说,如果有人真的发现了恐龙DNA,它也只会是碎片化的、不完整的。即使科学家们能够重建一个完整的恐龙基因组,她也怀疑任何现代动物能否产出能够培育恐龙胚胎的卵。即使这个障碍能够克服,一只存活的恐龙在2006年也可能不会存活很久:“据我们所知,肺组织的功能,血红蛋白的功能,都是为与今天截然不同的大气而设计的。”事实上,施韦泽甚至没有费心去寻找DNA。她只是以她特有的方式埋头工作:保持她的眼睛和她的态度敞开。“很多事情都在一起表明,保存状况比我们以往认为的要好得多,”她说。“我认为说‘你永远不会从恐龙骨骼中提取DNA,你永远不会从恐龙骨骼中提取蛋白质,你永远不会做这个,你永远不会做那个’是愚蠢的。作为一名科学家,我认为你不应该使用‘永远’这个词。”

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