寻找恐龙蛋白质(2017)

蒙大拿州东北部-玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)2017年恐龙狩猎的第一天并不顺利。这个团队在夏日的烈日下一直在寻找编织在这里干旱牧场上的富含化石的地层，但没有成功。然后，在日落时，她和四名同事乘坐的老化的雪佛兰郊区爆发了一个短暂的、幽灵般的奇观-门锁上下跳跃，多个仪表盘警示灯同时闪烁。最后，汽车放弃了幽灵，完全停了下来。

这是一个坎坷的开始，在这一周里，施韦策计划在广阔的私人地产之间穿梭，寻找最北端的露出地面的被称为地狱溪地层的床层。在这一周里，施韦策计划横穿大片的私人地产，寻找最北端的被称为地狱溪地层的岩床。在附近的公共土地上，这些相同的床已经产生了数十个恐龙化石，但目前还没有古生物学家搜索过这片19世纪末定居的牧场。北卡罗来纳州立大学(北卡罗来纳州立大学)罗利市的恐龙古生物学家施韦策说，我们真的很幸运能来到这里。

她从容不迫地面对汽车的逆境，欣赏日落，而其他人则在她的政党电话中寻求帮助。与她忍受的批评风暴相比，田野工作的挑战微不足道：她的团队已经从8000万年前的恐龙身上找到了蛋白质片段。

她在“科学”和其他期刊上发表的一系列论文中列出的证据，挑战了化石是什么的传统观念：原始骨骼的石头复制品。施韦策说，如果那块石头包括活着的动物的蛋白质，我就不知道它的定义是什么了。

更重要的是，能够分析完整的恐龙蛋白将把古生物学转变为一门分子科学，就像古代DNA研究改变了我们人类祖先的研究一样。加拿大卡尔加里大学的古生物学家杰西卡·西奥多(Jessica Theodor)说，如果软组织得到保护，我们可以弄清楚一大堆东西。它是开创性的。

研究人员也许能够用分子方法绘制出恐龙的族谱，并得到长期存在的问题的答案，比如恐龙是温血的还是冷血的，以及羽毛何时开始用于飞行。施韦策的发现，如果得到证实，可能相当于瞥见恐龙的肉体。

但是，除了施韦策和她的合作者，没有人能够复制他们的工作。尽管对古代蛋白质或古蛋白质组学的研究正在蓬勃发展，每隔几周就会公布一次具有挑衅性的新结果，但大多数发现来自数千年或数十万年前的样本-比施韦策的恐龙年轻了几个数量级。

我希望他们是正确的，英国约克大学领先的古蛋白质组学研究员马修·柯林斯(Matthew Collins)说。这是一项伟大的工作。我只是不能复制它。

其他人则更为严厉，认为施韦策的蛋白质片段来自细菌或污染物。英国布里斯托尔大学(University Of Bristol)的古生物学家雅各布·文瑟(Jakob Vinther)说，没有其他实验室能够复制玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)的工作，这是有问题的，他曾尝试这样做。同样在英国的曼彻斯特大学的古生物学家迈克尔·巴克利补充说，特殊主张需要特殊证据的习语仍然存在。

施韦策进入这一领域的时间较晚，其不同寻常的背景使她成为这个仍然由男性主导的领域的局外人，她并没有被吓倒。她花了几十年的时间来立案。现在，在她的地狱溪探险中，她希望找到新的、保存完好的化石，这些化石可能含有古老的蛋白质-以及新的证据来说服怀疑者。她说：我不在乎他们怎么说我。我知道我的工作很好。

玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)和她的同事首先从鸭嘴龙股骨等化石中去除矿物质，留下有机物质。然后，他们应用一系列的光学、化学和生物学方法来精确定位古老的蛋白质，尽管结果存在争议。

0 2 0µm 0 2µm质谱抗体荧光显微镜光谱显示分子的重量，给出它们身份的线索。短冠龙对加拿大股骨区域进行了分子分析，提供了有争议的线索，识别了蛋白质片段，并提供了组成每个片段的氨基酸序列。当荧光标记的抗体结合到靶蛋白上时，它就会亮起。揭示了脱矿化石的特征。在这里，看起来像是骨细胞的东西依偎在纤维基质中，而纤维基质可能是胶原蛋白。玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)和她的同事首先从鸭嘴龙股骨等化石中去除矿物质，留下有机物质。然后，他们应用一系列的光学、化学和生物学方法来精确定位古老的蛋白质，尽管结果存在争议。

现年62岁的施韦策是蒙大拿州的第三代人，在海伦娜郊外长大，是一个保守的天主教家庭中三个孩子中最小的一个。她的父亲与她关系密切，在她16岁时死于心脏病发作，施韦策转向原教旨主义基督教寻求安慰，深深地融入了她的新社区。她还拒绝进化论，接受了地球只有6000年的信仰。

在获得听力学本科学位后，施韦策结婚并育有三个孩子。她回到博兹曼的蒙大拿州立大学(Montana State University)攻读教育学学位，计划成为一名高中科学教师。但后来她旁听了杰克·霍纳(Jack Horner)的恐龙讲座。杰克·霍纳现已从大学退休，他是原版《侏罗纪公园》电影中这位古生物学家的模特。演讲结束后，施韦策走到霍纳面前，问她是否可以旁听他的课程。

嗨，杰克，我是玛丽，施韦策回忆起曾对他说过的话。我是一位年轻的地球创造论者。我要告诉你，你对进化论的看法是错误的。

嗨，玛丽，我是杰克。他告诉她，我是一个无神论者。然后他同意让她旁听课程。

在接下来的6个月里，霍纳让施韦策大开眼界，看到了支持进化论和地球古老的压倒性证据。施韦策说，他没有试图说服我。他刚摆出证据。

她拒绝了许多原教旨主义观点，这是一个痛苦的转变。这让我付出了很大代价：我的朋友，我的教会，我的丈夫。但这并没有摧毁她的信仰。她觉得她看到了上帝在推动进化方面的杰作。她说，这让上帝变得更强大。

1990年，她自愿到霍纳的实验室工作，将暴龙的霸王龙骨头切成薄片进行分析。在光学显微镜下，施韦策看到了一组组红色的圆形结构，它们在全世界看起来都像红细胞。

Schweitzer知道这相当于古生物学上的异端：根据教科书，当化石形成时，除了最坚硬的有机质之外，所有的东西都会腐烂，剩下的是剩余的矿物质和新的矿物质的混合物，这些矿物质已经渗入并形成了骨头的形状。与此同时，蛋白质中脆弱的氨基酸链会迅速断裂。施韦策感到有点害怕，她不想告诉任何人，尤其是霍纳，她在望远镜下看到了什么。

她向一位传播这一消息的研究生同学吐露了心声。霍纳刮起了风，把施韦策叫了进来。她回忆说，它们位于合适的位置，很适合做红血球。但它们不可能是红细胞。我们都知道这一点。

霍纳自己盯着幻灯片看了5到10分钟。“证明给我看，他们不是，”他说。

施韦策说，这一刻是她人生的转折点。她说，这是别人对我说过的第二有影响力的话。(第一次是她的前夫称她在恐龙方面的工作无关紧要。)&这就是科学的工作方式。你不能证明某事是真的。但你可以反驳它。从那以后，我一直试图反驳它。我还有。

为了追逐血细胞铅，霍纳建议施韦策和他一起攻读博士学位。她在1995年获得博士学位，也就是她40岁生日的前几天。她开始与霍纳和其他人一起发表论文，提出证据表明那些明显的红细胞是恐龙化石中潜伏的有机残留物的明显迹象。

在1997年发表在“脊椎动物古生物学杂志”上的第一篇论文中，Schweitzer、Horner和他的同事报告说，对霸王龙股骨提取物的光谱分析和化学分析表明，蛋白质是保存完好的，包括现代动物骨骼中丰富的一种胶原。

2005年，Schweitzer、Horner和两位同事尝试了另一种技术。他们溶解了霸王龙化石样本中的矿物质；他们在“科学”(Science)杂志上报道，剩下的是看起来像毫米长的血管的结构，当被微小的镊子拖拽时，这些结构像真正的组织一样弯曲和伸展。现供职于华盛顿州西雅图伯克博物馆的霍纳将这块化石脱矿的想法归功于Schweitzer，这在古生物学中很少见，但对于研究现代骨骼的生物学家来说很常见。他说，先入为主的观念是什么都不可能留下来。

两年后，施韦策在“科学”杂志的两篇论文中提出了最具爆炸性的主张。在他们6800万年前霸王龙的样本中，Schweitzer和他的同事发现了现代胶原中常见的微观结构，例如每65纳米就有一条周期性带，这反映了纤维是如何组装的。在另一组证据中，研究小组发现抗胶原抗体与这些所谓的纤维结合。最后，他们与哈佛大学质谱专家约翰·阿萨拉(John Asara)一起分析了这些相同的区域，他获得了六个胶原片段的重量，从而计算出了它们的氨基酸序列。这些序列与今天的鸟类相似，支持了丰富的化石证据，证明鸟类是从灭绝的恐龙进化而来的。

其他人则对这一发现提出质疑，认为在显微镜下看到的结构可能是细菌生物膜，质谱结果可能反映了现代鸟类胶原蛋白的污染。

但施韦策的团队继续前进。2009年，她、阿萨拉和同事在“科学”杂志上报告说，他们已经从第二只恐龙身上分离出蛋白质片段，这是一种8000万年前的鸭嘴龙。阿萨拉的实验室确定了八个胶原蛋白片段。这一次，Schweitzer将化石提取物的样本送到了一个独立的实验室，该实验室还检测到了三个胶原碎片。

总而言之，序列显示声称的鸭嘴龙胶原蛋白与霸王龙和鸟类的亲缘关系比与现代爬行动物的亲缘关系更密切。阿萨拉当时说，这证明了第一项[霸王龙]研究不是一蹴而就的奇迹。两个实验室还通过抗体测试检测到了层粘连蛋白和弹性蛋白，尽管质谱未能找到这些蛋白质的序列。

在寻找化石的第二天，Schweitzer和他的同事们在雪佛兰被拖曳和修理的过程中起步缓慢。最后，他们又回到了田野里，在地狱溪露出水面的地方扇形散开。6600万年前，霸王龙和三角龙在这里炎热潮湿的土地上漫步，穿越蜿蜒的河流三角洲。现在，地面干燥裸露，所以古生物学家可以看到从侵蚀的山坡上窥视出来的骨头。

Schweitzer一边走路一边扫视地面，她解释说，之前收集的化石很可能被从细菌到人类的各种现代蛋白质污染。如果她发现了一具新的骨架，她会将其中的一部分包裹在周围的材料中，以防止现代污染物进入，并避免使用通常用来将脆弱的化石粘合在一起的有机胶水。

但经过8个小时的化石搜寻，研究小组只发现了几块散落的骨头碎片。施韦策说，今天没有霸王龙。

她需要更多的化石来平息持续不断的批评。除了提高污染的幽灵，巴克利和其他人认为，抗体经常非特异性结合，并产生假阳性结果。批评人士还指出，2007年论文中报告的六个氨基酸序列中有一个是错误分配的，很可能是不正确的。阿萨拉后来同意并撤回了这一特定序列。

爱尔兰科克大学的古生物学家玛丽亚·麦克纳马拉(Maria McNamara)说，这令人担忧。如果你要提出保护要求，你真的需要有严谨的论据。在这一点上，我不认为我们已经到了那个地步。

巴克利和他的同事还对鸵鸟和鳄鱼的蛋白质组进行了更深入的研究，他们在5月31日的“皇家学会学报B：生物科学”上报道了这一点。他们发现，据报道，施韦策的数据中有一个恐龙独有的蛋白质序列，实际上与现代鸵鸟的序列相匹配。因此，巴克利说，所谓的恐龙蛋白可能是现代样品中的污染物。你不能排除它。

柯林斯补充说，施韦策的样本没有显示出某些氨基酸在数百万年后预期的降解；他的研究表明，蛋白质最多可以存活100万年左右。

文瑟的研究结果也让他心存疑虑。他利用热量将分子分解成挥发性成分，并通过质谱仪运行，从而在恐龙化石中寻找有机物。他发现了相对稳定的有机分子的迹象，如胆固醇和黑色素，但他从未见过蛋白质的组成部分。

Schweitzer和她的团队对所有这些批评都进行了详细的反击。北卡罗来纳州立大学博士后和质谱专家埃琳娜·施罗特(Elena Schroeter)指出，在他们的恐龙样本中看到的胶原蛋白大多缺乏柯林斯追踪的氨基酸。在那些特定的氨基酸存在的地方，许多确实被降解了。

对于Vinther的批评，Schweitzer说他的方法不适合寻找微量的蛋白质，所以他不能复制她的团队的结果也就不足为奇了。他们不遵循我们的技巧，当他们没有得到同样的结果时，他们就会批评我们，她说。

她补充说，她的团队发现的不仅仅是胶原蛋白：他们已经从8种蛋白质中恢复了序列，这些蛋白质似乎是从血管中分离出来的，所有这些蛋白质都与常见的血管蛋白相匹配，如肌动蛋白、微管蛋白和血红蛋白。施罗特说，很难想象所有这些都源于污染。她问道，在什么情况下，污染变得如此不可能，以至于这不是一个吝啬的解释？

今年1月，Schweitzer的团队在“蛋白质组研究杂志”(JPR)上报告说，他们已经重新做了2009年的分析，以回应批评，分析了这种鸭嘴龙的新骨头，并修改了他们的实验室程序，以避免污染。我们在化石周围留下了整整一米厚的沉积物，没有使用胶水或防腐剂，只在无菌环境中暴露了骨头。Schweitzer说，(在新的研究中)质谱仪在运行样本之前清除了污染物。研究小组确定了八个蛋白质片段，其中两个与之前发现的完全相同。

当时，哥本哈根大学丹麦自然历史博物馆的古蛋白质组学专家恩里科·卡佩里尼(Enrico Cappellini)称这篇论文是一个里程碑。“方法论和程序”(Method…Procedure)。他说，所有这些都是在最先进的水平上完成的。蛋白质序列的证据看起来是真实的。它的影响是巨大的。"；

在JPR论文发表后，一些人表示，他们对持续存在的怀疑感到困惑。瑞典隆德大学(Lund University)的恐龙古生物学家约翰·林德格伦(Johan Lindgren)最近开始与施韦策合作，他说，我不明白。这似乎有双重标准，一些研究人员忽略了施韦策的多条证据，同时提出了他们自己大胆的主张，但支持较少。她非常小心，不夸大她在做什么。

西奥多对此表示同意。她说：我确实认为文化因素在其中起了作用。她指出，很少有女性在恐龙古生物学领域担任高级职位。我并不是说这些批评是站不住脚的，但它们比她应得的更加尖刻。她说，施韦策推动研究人员重新思考他们的假设，这应该得到极大的赞誉。即使她在某些细节上被证明是错的，她也刺激了大量的工作。

回到蒙大拿州的牧场，施韦策的声音听起来很重，因为她谈到了她的批评者，似乎她从这些遭遇中积累了伤疤组织。她说，这有点让我疲惫不堪。也许我并不适合这个角色。战斗也影响了她的资助；她的国家科学基金会拨款将在秋季用完。她说：我一直在担心实验室能否继续运转。

但当她走过地狱溪的一片干旱地带时，她再次为发现的前景而振作起来。它让人上瘾，她一边说，一边扫视地面寻找古老的骨头。多亏了一位私人捐赠者，她又获得了一年半的资金。卡佩里尼已经同意与她的实验室并行分析恐龙牙齿的样本，这可能会为她关于蛋白质可以存活很长时间的说法提供独立的支持。

因此，施韦策继续前进，轻快地穿过荒地，寻找化石和少量蛋白质，也许有一天，还会被接受。她说，我不太擅长打架。但是我很固执。