科學新發現!天然防腐劑保存恐龍膠原蛋白達 1.95 億年

作者 | 發布日期 2017 年 02 月 02 日 15:00 | 分類 生物科技 , 科技趣聞 follow us in feedly

由李耀昌博士帶領的國際研究團隊,運用國家同步輻射研究中心的加速器光源,歷經兩年研究,在 1.95 億年前雲南祿豐龍肋骨化石的微血管通道中,發現完整的膠原蛋白及赤鐵礦微粒聚晶(Hematite),這是目前已知保存完整的膠原蛋白中,年代最久遠的。研究結果於 1 月 31 日榮登頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)。




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▲ 祿豐龍化石。

本研究團隊成員包括國家同步輻射研究中心李耀昌博士、江正誠先生、黃佩瑜小姐、王俊杰博士及陳慶曰先生,以及加拿大多倫多大學 Robert Reisz 教授、國立交通大學鍾昭宇博士、國立中興大學黃大一榮譽教授、國立中央大學張榮森教授與向陽基金會廖正豪博士。

非破壞檢測──真實呈現膠原蛋白在化石中的原始樣貌6

▲ 顯微鏡下的祿豐龍膠原蛋白(白色箭頭)與赤鐵礦(紅色箭頭)。

有別於過去科學家將恐龍骨頭溶解後再萃取出膠原蛋白的破壞性檢測,本研究使用 10 微米高解析度「同步輻射紅外光譜顯微術」(Infrared Micro-Spectroscopy,IMS)在厚度約 30 微米(相當於頭髮直徑的三分之一)的化石試片,進行非破壞式二維空間掃描,並比對「分子指紋」(Molecular Fingerprint)後,證實在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中發現第一型膠原蛋白,而第一型膠原蛋白正是血管壁的主要成分。

李耀昌表示,利用加速器光源進行非破壞性檢測可以真實呈現膠原蛋白在化石中的原始樣貌,同時了解膠原蛋白周圍環境的影響因子,這點非常重要,有助解開膠原蛋白保存 1.95 億年的關鍵。3

▲ 同步輻射穿透式 X 光顯微鏡下的 3D 赤鐵礦微粒聚晶。

防腐 1.95 億年的重要關鍵──赤鐵黏結層

傳統古生物學家認為,化石內只會留下骨頭等礦物質,有機物質都會在石化過程中消失。近年來越來越多證據顯示,在某些特定條件下,膠原蛋白等有機物質可能在化石裡保存數億年。

本研究首度發現,祿豐龍的膠原蛋白被「赤鐵黏結層」(Hematite Cementation)緊密包覆著,功能類似食品的防腐抗菌包裝,能保護膠原蛋白不被細菌等外來物分解。赤鐵黏結層是由赤鐵礦微粒聚晶組成,主要成分為血紅素及其他含鐵蛋白分解後的產物,其中鐵離子扮演抗氧化劑的角色,可大幅降低膠原蛋白被分解的機率,研究團隊認為這可能是防腐 1.95 億年的重要關鍵。

王俊杰指出,起初以顯微鏡觀察化石試片時,發現在祿豐龍血管通道內保存著一顆顆狀似紅血球的深紅色球狀物,研究團隊感到相當興奮。在電影《侏羅紀公園》裡,科學家從琥珀裡的蚊子提取出恐龍血液,並從血液中取得 DNA 進而複製恐龍,但在現實世界中,至今尚無切確證據顯示能取得恐龍的血液與 DNA。本研究利用李耀昌自行設計建立的「共軛焦拉曼顯微鏡」進行成分檢測,再以「瞬時吸收顯微術」(Transient Absorption Microscopy)量測分佈情形,最後使用 60 奈米超高解析度「同步輻射穿透式 X 光顯微鏡」(Transmission X-Ray Microscope, TXM)解析三維立體影像,結果證實它們並非紅血球而是赤鐵礦微粒聚晶。

膠原蛋白將有助揭開恐龍起源及演化之謎

李耀昌表示,DNA 非常脆弱,經過數億仍然存在的機會微乎其微。但即使未能取得恐龍 DNA,未來若進一步將膠原蛋白作「蛋白質序列解析」,並比對現生生物中的恐龍近親,例如:鳥類、鱷魚等,將有助科學家瞭解恐龍的生理機制,可望揭開恐龍起源及演化之謎。

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