這塊怪石其實是人類發現的首塊恐龍腦部化石。
2004年一個漆黑的冬夜,在英國蘇塞克斯的一片海灘上,傑米·西斯科克斯(Jamie Hiscocks)發現了一塊奇異的石頭。
「借著手電,我可以很清楚看到它的表面結構細節。」靠獵尋化石謀生的西斯科克斯說,「我一看就知道,這可不是什麼普通的石頭。」
西斯科克斯向牛津大學的古生物學權威馬丁·布拉奇耶(Martin Brasier)展示了化石標本。經過鑑定,布拉奇耶認為,這是一頭恐龍的顱內模,即沉積物在頭骨內形成的化石,而這塊頭骨來自於禽龍,一種生活在白堊紀的恐龍。
但它卻不是那種很常見的顱內模。首先,它的表面很不光滑。「看上去幾乎呈波紋狀,有凸脊和凹槽。」布拉奇耶生前的學生亞歷山大·劉(Alexander Liu)說。(布拉奇耶於2014年死於車禍。)
這讓研究人員興奮不已。通過更進一步的觀察,人們發現了幾毫米厚的像血管一樣的結構層,還找到了腦膜的蛛絲馬跡,這種保護大腦的堅韌外膜被以礦物的形式保存了下來。
動物死亡之後,其腦部的分解非常快,以至於在此之前,人們從未發現過陸生脊椎動物的腦部化石。
於是,研究人員在10月份出版的《倫敦地質學會》特刊中宣布,這是人類發現的第一塊恐龍腦部化石。
這項發現讓人們滿懷期許,也許不久的一天,古生物學家就能藉此解開恐龍智力的謎團。但更令人驚異的是,腦組織竟也能形成化石。
軟組織很少留下化石
人在禽龍面前是多麼弱小。
之前,人們從未發現過恐龍的腦部化石,這是有原因的。
恐龍生活在很久很久以前,幾乎所有的屍骸都腐爛殆盡了,身體和骨頭也被分解,沒有留下一絲痕跡。
在極少數情況下,出於種種偶然因素,其組織和骨架得以在岩石中留存為化石。在這些罕見情況中,有機組織變成化石,被礦物質所替換。但像腦組織這樣的軟組織分解得很快,極難得以保存。
那麼,是什麼將這塊腦組織保存下來,使之免於微生物的吞噬呢?為了揭開謎底,研究人員拿出了法醫般的精神。
最終,他們拼湊出這樣一幅圖景。
一切始於大約1.33億年前的白堊紀,當時的地球比現在溫暖得多,兩極幾乎沒什麼冰,陸地面積只有現在的三分之二,其餘部分都被水覆蓋。大陸板塊剛剛開始分離。
在這個陌生的世界中,一頭巨大的禽龍正在史前時代的英國漫步,它的身體像馬,長著一條尾巴,背部是一條高聳的脊背。
當這頭禽龍死後,以下這些機緣巧合使它的腦部變成了化石:
1)它可能頭朝下墮入水中而死,這就從一定程度上阻斷了空氣。(若暴露在氧氣中,腦組織會迅速分解。)
2)由於頭骨完好無損,所以當一小部分腦組織開始分解時,分解所釋放的化學物質留在了腦顱內。分解「釋放出營養物和酶,富含鐵和磷酸鹽等物質。」亞歷山大·劉解釋說。
3)在這些營養物和酶的作用下,其餘的腦組織被保存了下來。這些營養物和酶還具備其他的化學成分,足以啟動礦化過程。
4)也許沒過幾天,被保存下來的部分——只有幾毫米厚,緊貼在頭骨上——開始被磷酸鹽和碳酸鹽礦物所替換。通過化學反應,礦物質替換掉有機物,並模仿出它們的結構。
隨著時間的推移,腦化石與身體其餘部分分離,在潮汐和風暴的裹挾下,在英國的潮池中安了家。(英國的海岸線因其暴露的沉積岩,成為化石獵尋者的最愛。)
2004年的一場冬季風暴過後,先前被淹沒的海灘露出水面,此時,西斯科克斯碰巧經過。「它這麼脆弱,再來一場風暴可能就毀了。」西斯科克斯說。
科學家在化石中發現了血管,或表明這確實屬於腦組織
多年來,這塊化石一直被布拉奇耶作為次要項目來研究。(他一般研究更為古老的化石,接近生命起源時期。)劉表示,大多數研究都由布拉奇耶的學生進行,而學生們同時還從事其他項目的研究。所以研究人員用了很長時間來證實這一猜測。
「數據中最有說服力的是血管。」劉說,「那些直徑、分叉方式、分布地方以及空心等特點,都跟血管完全吻合。」
在電子顯微鏡下,這些血管清晰可見。循著圖中的箭頭,可以看到空心管狀結構。
在電子顯微鏡下,可以看到化石中的空心管狀結構。
下圖中,管狀結構的分叉與常見的毛細血管無異。
化石中分叉的血管。
除了血管和腦膜的痕跡,劉說,它們還發現了皮層組織化石的蛛絲馬跡,但對此,他們並不是很確定。
據他介紹,這篇論文本要於2010年發表,但布拉奇耶把時間延後了。他希望西斯科克斯能保證將化石放入博物館,供所有人研究和觀賞。
但直至目前,這塊化石的歸宿仍未確定。
從這塊化石中,我們能否看出恐龍智力的端倪?
禽龍腦部重構圖。淺藍色的頂部區域是原化石的形狀。
從很多層面上講,就恐龍本身而言,這一發現的啟示並不是很大。
「恐龍有大腦,這我們都知道。」劍橋大學古生物學家、論文合著者大衛·諾曼(David Norman)說。他說,這篇論文最大的意義是證明了一個概念:如果環境恰到好處,像大腦這樣柔軟黏稠的組織也可以形成化石。
若能收集到更多的恐龍腦部標本,恐龍智力之謎也許能得到解答:它們的大腦是更像現代爬行動物,還是更像現代鳥類?
現代爬行動物的腦組織往往不會占滿顱腔,它比頭骨小很多,需要其他組織的支撐。而鳥類的腦部通常占去大部分的顱腔空間。
如果恐龍的腦部更接近鳥類,那就說明,它們可能比一般的爬行動物更聰明一些。
有跡象顯示,這頭禽龍的腦部確實占據了大部分顱腔空間,但這一證據並不充分。由於它可能是頭朝下死的,腦組織可能被擠到了頭骨頂部。
「你不能據此判斷說,恐龍的腦部比我們想像中要大。」諾曼說。不過劉指出,從腦部的大小來看,禽龍的智力至少和現代鱷魚不相上下。(算不上動物王國中的佼佼者,至少也是個狡猾的捕獵者。)
研究人員最關心的不是「恐龍到底有多聰明」,他們探求的問題比這宏大得多。
「它正在揭開地球歷史之謎。」諾曼說。
它們當初生活的星球,跟我們今天生存的星球大不相同。是什麼樣的生物學和生理學基礎,使它們得以繁衍生息?
「問題幾乎是無窮盡的。」他說。
而這塊化石又激發出了更多的疑問。
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