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重點提要
■傳統觀點認為，年代久遠的化石裡只會留下礦化的不活潑物質，所有的有機物質都已經消失。
■但越來越多證據顯示，在特定條件下，血液、骨骼細胞和爪子等有機物質可能保存在化石裡數千萬年。
■這些遠古物質有助於解答恐龍如何適應環境變化，以及牠們演化速度多快等問題。
當我透過顯微鏡，看到同事指出那薄薄化石切片裡的紅色小球時，簡直難以置信：在淺黃色的堅硬組織裡，有一條蜿蜒的血管，而那些微小的構造就位於血管中，每顆小紅球都有一個暗色核心，非常類似細胞核。事實上，這些球體看起來就像是爬行動物、鳥類等非哺乳類脊椎動物的血球（哺乳動物的紅血球沒有細胞核）。但是我對自己說，這些圓球不可能是細胞。這片骨骼切片來自一隻6700萬年前的霸王龍（Tyrannosaurus rex），那時才剛由美國蒙大拿州波茲曼的洛磯山博物館的團隊挖掘出土；所有人都知道，有機物質非常脆弱，不可能保存這麼久。
300多年來，古生物學家認為化石只能透露骨骼的大小和形狀。傳統觀點認為，動物死後環境條件若適合化石形成，周圍不活潑的礦物最終會取代所有的有機物質，像是細胞、組織、色素和蛋白質，留下全由礦物組成的骨骼。因此當我在1992年檢視著恐龍化石裡的深紅色構造時，其實正面對著「牢固的古生物學觀念也不一定是對」的跡象。只是在當時，我苦思不解：恐龍是非哺乳類脊椎動物，牠們的紅血球細胞應該有細胞核，而那紅色構造看起來也像是血球，但它們也有可能是來自我不知道的地質過程。
由於那時我還是美國蒙大拿州立大學的菜鳥研究生，研究恐龍骨骼微觀構造的經驗甚淺，於是我廣徵其他教授和研究生對這紅色構造的看法，這個消息傳到了世界恐龍權威、洛磯山博物館古生物學部門主任洪納（Jack Horner）的耳中。當他凝視顯微鏡下的物體時，眉頭緊鎖，不發一語，感覺像過了一個小時後，他抬起頭來看著我，皺眉問道：「你認為它們是什麼？」我回答我不知道，但是它們的大小、形狀和顏色，確實很像血球，而且出現的位置也符合。他哼了一聲：「那就證明它們不是。」這是個讓人難以抗拒的挑戰，而這種提出研究問題的方法到現在仍影響著我。
從那時起，我和同事在多個樣本中發現了各種有機的物質，包括血管、骨細胞、質地類似指甲的爪子碎片，這顯示化石中保存有軟組織的現象雖然並不常見，但也絕不是唯一的特例。這些發現不僅和教科書所描述的化石形成過程有差異，也讓我們對那些消失的生物有了全新的認識。例如我們從另一個霸王龍的骨骼看出，牠是一隻母恐龍，死亡時正準備產卵。又例如從一個蒙古出土的小型肉食恐龍旁發現的纖維蛋白質，證實這種恐龍有羽毛，而且從分子層次來看，還和鳥類的羽毛很像。這些都是過去單看骨骼形狀和大小無法得知的資訊。
我們的研究遭受到很多質疑，畢竟這是意料之外的發現，況且懷疑本是科學研究中合理的一環，我仍然覺得這些研究充滿驚奇和希望。研究來自恐龍的遠古有機物質將能讓我們獲得20年前難以想像的知識，並且更了解這些驚人生物的演化和滅絕過程。
看見最早的有機物質
如同俗諺所說，「不凡的主張需要不凡的證據」，謹慎的科學家在接受某個假說之前，一定會先試圖反駁。因此過去20年來，我用各種想得到的實驗，來驗證我們在恐龍和其他遠古動物化石裡發現的物質，究竟是否為軟組織。
就拿霸王龍骨骼中的紅色構造來說，我開始思考如果它們與血球或其組成物質有關（例如紅血球死亡時釋出的血紅素或血色素凝結物），它們只會保存在狀態絕佳的骨骼裡，儘管型態可能面目全非，但是在狀況差的化石裡，這些組織都會消失。在巨觀上情形明顯如此，那個幾近完整的霸王龍化石來自蒙大拿州東部，正式編號為MOR555，暱稱為「大麥克」。牠的許多骨骼很難得的保存了下來，在顯微鏡下檢查牠四肢骨骼的切片，可看到它們幾乎處於完整的狀態：大部份緻密骨骼中的血管仍是中空的，不像一般恐龍標本填滿了礦物質，而且那些紅色構造只出現在血管中，周圍骨骼和鄰近沉積都沒有，和真正血球出現的位置吻合。
我接著探討這些類似血球構造的化學成份。分析顯示它們富含鐵，而且只有這些紅色構造含鐵。不僅這些神秘小紅球的元素組成和緊鄰的中空管道不同，它們和掩埋恐龍的沉積物組成也大相逕庭。為了進一步測試紅色構造與血球的關聯，我檢查了樣本的血色素（heme）。血色素使得脊椎動物血液呈現鮮紅色，是負責將肺中氧氣運送到全身的微小含鐵分子。血色素在可調波長的雷射光刺激下，會產生特有的共振模式，而血色素的金屬核心則具有獨特的吸光模式。我們使用光譜儀測量骨骼樣本發出、吸收和散射的光，結果顯示在恐龍骨骼中確實含有特性與血紅素一致的化合物。
免疫反應是我們最具說服力的試驗之一。當身體偵測到有害外來物入侵時會產生抗體，這種專一的防禦性分子可辨識並與外來物結合。我們將恐龍骨骼的萃取物注射到小鼠體內，讓小鼠對萃取物中的有機物質產生抗體，然後讓這些抗體接觸火雞與大鼠的血紅素，結果抗體能與血紅素結合，顯示萃取物中含有血紅素或非常類似的物質，能誘發小鼠製造抗體。這項實驗支持大麥克骨骼裡含有與血紅素相似的物質。
在我們進行眾多的化學和免疫試驗中，沒有一項能反駁「顯微鏡下的神秘紅色構造是霸王龍血球」的假說，然而我們並沒直接證明類似血紅素的物質就是那紅色構造，現有技術還不夠精密，無法區別，因此我們並不能肯定地說它們就是血球。我們在1997年發表這些結果時，提出了保守的結論，僅指出化石中可能保存了血紅素蛋白質，最有可能的來源是恐龍細胞。這篇論文並未引起太多注意。
【完整內容請見《科學人》2011年第107期1月號】
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