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標題: 1.3億年前羽毛發現β角蛋白有助古生物色彩復原  
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1.3億年前羽毛發現β角蛋白有助古生物色彩復原


保存完整羽毛的始孔子鳥化石Eoconfuciusornis


  泮燕紅等對收藏于山東天宇自然博物館的一件始孔子鳥類化石標本的羽毛,進行了詳細的超微結構分析和生化分析,首次從分子層面證實了β角蛋白和色素體在距今1.3億年化石中的保存。研究的鳥類化石屬於始孔子鳥,該鳥類最早命名於2008年,屬於孔子鳥科,代表了早期鳥類演化中最基幹的類群之一。始孔子鳥化石目前僅發現於我國河北省的豐寧地區,屬於早白堊世,代表了中國境內已知最古老的鳥類化石之一。此外,由於這類鳥類牙齒已經完全退化,發育了角質喙,因此也代表了最早具有角質喙的鳥類。河北豐寧的鳥類化石不僅時代古老,僅次於世界上最古老的鳥類-始祖鳥,而且還以保存精美的羽毛而著稱。

  研究者將采自該化石標本的8個羽毛樣品在南京古生物所進行前處理,隨後分別進行了掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)觀察,結合免疫螢光、免疫電鏡等生化方法,以及超高解析度的元素能譜分析。同時與現生雞的羽毛在超微結構、生化反應、色素體元素能譜分析的結果等方面進行了逐一對比,證實了在化石羽毛中確實含有殘留的β角蛋白。由於以往報導過β角蛋白的化石標本的時代都來自晚白堊世(不早於7500萬年),因此此項工作把β角蛋白能夠保存的時代往前推進了至少5000萬年。

  現生鳥類具有五彩繽紛的顏色和色彩,主要取決於羽毛具有的色素體以及羽毛內部的結構。而羽毛的色素種類也有多種,例如,球狀的棕黑色素,棒狀的真黑色素等,兩者大小約為1微米左右,它們均由黑色素細胞產生,黑色素顆粒可隨羽毛的形成進入到羽毛的不同部位,從而與羽毛的內部結構等因素一起決定羽毛不同的顏色。

  科學界對化石鳥類和恐龍羽毛顏色的認識經歷了頗為曲折的過程。早在上個世紀80、90年代古生物學家將鳥類化石羽毛中的色素體狀的結構首先鑒定為細菌,認為細菌參與了羽毛化石的保存過程。2008年,美國耶魯大學的Jakob Vinther等人首次提出過去鑒定的鳥類化石羽毛中的“細菌”實際上是羽毛的色素體。2010年我國學者張福成等人首次報導了帶羽毛恐龍的羽毛中色素體的保存。近年來學術界開展了大量古鳥類、帶羽毛恐龍等不同類群生物化石色素體的研究,為恢復滅絕生物羽毛等器官的顏色和色彩開闢了一個全新的領域。

  然而,以往對化石羽毛色素體的分析還主要局限於微觀形態學的對比,以往化學分析手段也未能精准把色素的信號原位標定到色素體上。由於色素體本身無論在大小和形態學方面與細菌都十分相似,因此有學者指出,如何用化學方法準確區分色素體與微生物變得十分必要。基於這樣的爭議和問題,泮燕紅等採用了多種化學和分子技術分析方法,其中免疫電鏡和超高解析度的元素能譜分析,都是第一次應用到化石分析中,實現了化學信號在納米級別的原位標定。他們的研究結果不僅首次在距今1.3億年化石中證實了β角蛋白的保存,而且也驗證了羽毛化石中以往頗具爭議的納米級的微體結構被β角蛋白包裹,確實為羽毛的色素體,排除了細菌的可能性。此項研究對今後更好地認識遠古化石中的軟組織結構、化石分子的保存以及羽毛超微結構的演化都具有重要的意義。




2016-11-23 08:03 AM#1
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