2005年，研究人员报告称他们发现了距今6800万年的霸王龙的完整血管，这一发现登上了头条。这一发现燃起了古生物学家们接触已消失动物的血肉的希望。然而，本周，其他科学家对这些结果提出质疑，认为恐龙的“肉”实际上只是幼年细菌的包覆物。但最初的研究人员坚持他们的结果，称新的论点站不住脚。北卡罗来纳州立大学罗利分校的玛丽·施韦策说：“这里真的没有什么新东西。”
这就是我在今天《科学》杂志上关于由周一发表在PLOS One上的一篇论文引发的“黏液与恐龙”争议的报道的开头。我已将全文发布在此。这种故事写起来有点令人抓狂。当我联系外部专家发表评论时，我收到了许多深思熟虑、详细的正反两方面回复——然后我迅速将其压缩成寥寥数语。这些引语可能会给人们留下这样的印象：这些科学家不屑一顾或过于急于接受这篇论文，或者在他们的论证中不够谨慎。还有一些人好心地给了我他们的想法，但我甚至没有在文章中提及。唉。PLOS One鼓励对其论文进行充分、公开的讨论，所以我将从我收到的一些消息来源的冲突电子邮件中摘录长篇内容。也许这只会引起那些顽固的生物膜和恐龙狂热者（你们知道自己是谁）的兴趣，但它可能会让你们感受到这些争论在短新闻文章之外可能变得多么复杂。此外，我想我也可以利用《发现》杂志的一些硬盘空间。[粗体字是我加的。] 首先是怀疑者，化石生物膜专家弗朗西斯·韦斯特尔。
这篇论文存在一些误解和基本数据的缺乏。首先，骨骼材料似乎是从深处提取的（尽管关于骨骼实际背景的信息很少）。如果骨骼不是在水性介质中而是“深埋”时， “游动的细菌”是如何感染骨骼的？生物膜的成分是什么？我们看到了FTIR光谱，但没有峰识别的指示。既然EDX可用，作者肯定对生物膜进行了元素分析。它们的成分是什么？？黄铁矿团块在降解的有机物中很常见，它们的存在与厌氧微生物（如硫还原细菌）的活动有关。如果生物膜是现代的，这意味着在形成这种薄膜之前，曾有过还原性微生物活动。假设在死恐龙的有机物厌氧成岩降解的同时形成微生物生物膜，这难道不是更合理吗？动物死后，恐龙骨骼的历史是什么？？这是解释可能发生的死亡后变化的重要信息。化石微生物生物膜对软体部分的极好保存是一种众所周知的现象。例如，在德国梅塞尔和恩斯佩尔遗址的缺氧火山湖沉积物中发现的奇妙化石，就是生长在软体部分上的磷酸化的微生物生物膜。（我旅行时没有带参考文献，但这里有一篇，这篇文章中有原始参考文献（它是英文的）：Liebig, K., Westall, F., And Schmitz, M., 1996., A study of fossil microstructures from the Eocene Messel Formation using transmission electron microscopy. Neues. Jh. Geol. Paläont. Mh., 4, 218:231）。如果能提供生物膜的成分信息，将更容易解释数据。此外，“骨细胞和骨陷窝”中的细丝和球体可能具有矿物学起源。图像的分辨率不足以确定结构，也没有EDX元素数据。尽管该材料显然被定为现代，但如果这些薄膜结构真的是微生物生物膜，它们更可能与恐龙一样古老。“现代”日期可能是由于最近的污染（显然，恐龙骨骼自被发现以来已被广泛处理；躺在博物馆抽屉或架子上也足以造成污染）。总之，恐龙骨骼等软体部分可能是微生物生物膜而不是原始结构的假设是一个站得住脚的假设；这种现象在特定的成岩环境中很常见。然而，作者未能证明这些生物膜是来自“游动细菌”的现代污染，他们的论点不足以反驳Schweizer等人的关于一个特殊事件的研究。
现在，让我们听听这篇论文的几位支持者的意见。朴茨茅斯大学的大卫·马蒂尔普遍支持这篇论文，尽管他认为最初的研究人员可能确实发现了一些真正的恐龙蛋白质，即使不是完整的组织块。
这项工作表明，在尝试分析化石骨骼中原始分子或生物标记分子的痕迹时，我们必须多么小心。似乎细菌有能力进入最狭小的空间，并对原始生物材料造成严重破坏。不仅如此，它们还可以在化石化过程的任何阶段做到这一点，从死亡的那一刻（比如一只恐龙）到发现的那一刻。我记得在一块来自巴西的化石昆虫上发现了霉菌，污染物真菌在化石上产生了子实体，因为化石仍然充满了可用营养。在石板的其他地方只有真菌的丝状物……但是它们在化石上真是大获成功。尽管这一发现（只有因为这些细菌是最近的，因此可以进行碳定年，才真正得到证实）可能看起来是一个重大挫折，但我们不应该灰心丧气，分子古生物学家应该坚持寻找这些早已灭绝动物的神秘分子。但我们必须在分析上更加小心，在得出结论之前，我们必须反复核实我们处理的不是污染物分子。
比利时自由大学的大卫·吉兰也支持这篇论文
我阅读了 Kaye 及其同事于 2008 年 7 月在 PLoS One 上发表的报告，我完全同意他们的结论。我不是恐龙骨骼或矿物学专家，但以我微生物学家的浅薄之见，骨骼中细菌的存在或许可以解释所观察到的结构。恐龙死后，大部分肉质会被好氧异养微生物完全消化。然而，骨骼内部是一个特殊的微环境：它充满了有机物和大量含铁的红细胞。恐龙死后，我可以想象骨骼内部会变得缺氧。在这种条件下，环境中非常丰富的硫酸盐还原细菌（SRB）能够降解有机物并产生硫化氢（H2S）（沉积环境中大部分 H2S 由 SRB 产生）。这种降解会释放与有机物络合的铁。这在我的论文之一中得到了证实，其中一个活生物膜使用 Fe(III) 有机络合物沉淀出氧化铁（Gillan et al. 2000, Geomicrobiol J. 17:141-150）。这种铁的释放，加上骨骼内部细菌产生的 H2S，导致硫化铁（和/或黄铁矿）的沉淀和团块的形成。后来，在成岩作用过程中，团块中的硫化铁可能被氧化并被羟基氧化铁取代。Schweitzer 和 Horny (1999, Ann. Paleontol., 85: 179-192) 在霸王龙骨骼组织中发现了富含铁和氧的微结构，但由于它们的氧化铁成分而排除了团块的可能性。然而，Sawlowicz 和 Kaye 已经记录了恐龙骨骼中团块状黄铁矿被氧化物取代的各个阶段 (Mineralogia Polonica Spec. Pap. 29, 184-187)。因此，在骨骼中观察到的“恐龙软组织”最有可能被解释为细菌生物膜，这在自然界中非常普遍。
最后，让我们听听玛丽·施韦策的意见，她的原创工作引发了这项新研究。
这里真的没有什么新东西，尽管我非常欢迎有人尝试研究和重复我们进行的研究。Kaye 等人的论文中确实存在一些措辞（以及拼写和语法）上的错误，这似乎是他们对我们的工作、数据和解释存在根本性误解的基础。局外人没有充分认识到的是，科学是一个过程。人们进行观察，对观察形成一个可检验的假设，收集数据，然后数据要么支持要么反驳这个假设。然后进行完善和重新检验。如果一个假设经过多次检验，它就会得到加强，并最终成为一个理论，这是科学中最强有力的陈述之一。如果一个人选择挑战另一个研究人员提出的假设和支持它的数据，他有义务：1. 形成一个替代第一个假设的假设；2. 以一种比原始假设更能支持新假设的方式重新解释原始数据；3. 除了原始数据之外，产生新的数据，这些数据比原始数据更能有力地支持替代假设。这就是科学的进步。假设就是这样不断地重新形成的，因为科学是一个过程，并且随着新数据的出现而不断修订。我们于2005年首次报道了恐龙材料中明显的软组织。然后，我们根据最初的观察（顺便说一句，我们当时小心翼翼地没有夸大我们的数据）提出了两个问题。我们问：“这种现象有多普遍？”以及“我们观察到的物质的成分是什么，它是否与原始但已改变的有机体成分一致？”为了解决第一个问题，我们假设如果这些确实是原始软组织，它们就不会局限于单一生物或类型，而会在不同年龄的其他动物骨骼中出现。然后我们进行了一项跨时间研究，检查了30多个样本的化石材料，这些样本的时间跨度从现今到三叠纪。这些样本代表了多种沉积环境，跨越了几个大陆，并代表了许多分类群。事实上，我们的样本唯一共同之处就是它们是骨骼。我们首次报告的四种成分中至少有三种在约一半的测试样本中存在（形态学上），并且这似乎与环境无关——砂岩保存这种材料最好。这使我们能够建立降解和保存模型，以供进一步（和正在进行中）的测试。为了解决第二个问题，我们对我们报告的四种成分中的一种，即胶原基质（纤维状，而不是Kaye所说的丝状，这是一个很大的区别！）进行了仔细的化学和分子分析。我们在不同实验室由不同研究人员进行的多次分析支持了在这些恐龙组织中保存有与胶原蛋白一致的物质的假设。我们不只依靠形态学研究，而是采用了许多检测方法。我们不局限于主要作者进行的研究，而是由其他人独立验证了我们的结果。虽然Kaye等人讨论了我们观察到的结构的形态，并对它们提出了自己的解释，但他们没有讨论我们为支持内源性假设而提出的可观的化学和分子数据。我们确实提出生物膜产生是解释我们看到的物质的一种可能解释，但我们根据我们现有数据确定，微生物生物膜并不是对数据的简约解释（参见Schweitzer et al., 2007, Proc. R. Soc. Lond. B）。随后的研究（论文正在准备中）正在检查从深埋标本中收集的材料，并在回收后一个月内由多位研究人员独立进行多次检测。将所有数据综合起来看，生物膜完全且仅仅是导致我们报告的结构的起源或来源的说法得不到支持。例如，文献中没有证据表明生物膜会形成我们观察到的分支中空管。生物膜普遍被报道，并被定义为含有微生物体及其胞外多聚分泌物的扁平薄膜。Kaye等人指出没有观察到微生物体，只有“波状”薄膜。此外，由于这些骨骼定位中的重力“向下”，生物膜不太可能像我们报告的那样均匀分布在通道上。相反，生物膜几乎肯定会在重力“底部”更厚，而我们没有观察到这一点。尽管Kaye等人证实他们的14C数据表明是近期生物膜，但他们没有识别微生物体，而这是生物膜的标志。我看到过与他们图中相似的特征出现在残留有EDTA的标本中——即冲洗不足。我们没有对我们的材料进行14C定年，正是因为我们使用了一种富含现代碳（EDTA）的缓冲液来提取这些血管和细胞，这种缓冲液自然会在通过这种方式从矿化中释放出来的血管和细胞上留下残留物。由于Kaye等人的数据具有“大于现代”的14C日期，这意味着他们的生物膜必须在1950年（这种研究的零点日期）之后沉积并矿化。Kaye等人声称“生物膜会覆盖血管腔”，但没有提供任何证据支持这一论点，因此，他们目前只是在进行纯粹的思想实验。Kaye等人没有讨论我们的免疫学数据和对照。他们没有讨论Organ等人2008年报告的序列的系统发育分析，也没有对“生物膜”蛋白质如何从恐龙聚类到鸡，而猛犸象和乳齿象的“生物膜”聚类到大象做出任何解释。他们也没有解释我们报告的观察到的骨细胞的内部或“细胞内”结构。最后，他们没有说明我们报告的圆形结构如何能够像我们描述的恐龙血管中“血管”内含物那样在空心生物膜中自由漂浮。事实上，他们似乎只关注我们研究中方便地符合他们先入之见的方面，他们挑挑拣拣地选择关注点。正如我们在论文发表后经常说的那样，仅凭形态学不足以对这些材料的起源做出任何断言，因此我们提供了大量其他数据来支持内源性假设。Kaye等人为了支持他们观察到的材料是生物膜的说法，所做的工作远不及此。Kaye等人还夸大了他们的FTIR数据，并表明他们对这些数据可以用来表达什么存在误解。他们的恐龙材料代表了一个异质样本，其中存在许多不同的分子振动和旋转振动模式。它远非一个纯净的样本。在这种情况下，红外吸收峰相互重叠，光谱的分辨率不足以将它们分开。光谱还取决于混合物的成分和相对浓度。将所有这些变量结合起来得出某个读数与另一个读数更相似的结论，实际上是毫无意义的，尤其是在试图解释1500-400 cm-1指纹区内的峰时。这篇论文中显示的低分辨率红外光谱不足以对异质样本得出任何结论。最后，虽然我们没有对我们材料的血管结构中这些红色圆形结构的起源做出任何断言，但我们观察到的结构没有表现出已知特征为团块的微晶结构，并且文献中也没有任何地方讨论团块具有更致密的中心核心，并且结构不同于半透明的外围区域，正如我们在多个样本中展示的那样。我们现在没有，也从未说过这些是“血细胞”。我们最多只是承认它们与黄铁矿团块不一致，并且我们证明与这些微结构相关的铁可能是有机来源的，这是一个我们仍在测试的假设。我们继续通过采用多种检测方法并与许多学科的专家合作，测试化石骨骼，甚至恐龙骨骼中保留有原始材料的假设。我们正在检查以许多不同方式保存、来自许多时间跨度以及来自各种沉积环境的化石，以试图确定有助于保存的因素。虽然我们欢迎同事们的怀疑，但我们希望审稿人和读者能够像要求我们一样，要求他们达到同样的标准。科学通过审查和检验而进步。我们将尽力谨慎，不夸大我们的数据，同时检查我们所做观察的所有可能解释。我想我能说的最好的就是——敬请期待！
