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当一只侏罗纪恐龙得了骨髓炎……

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古生物学家发现了一块特殊的恐龙化石,推测这只恐龙生前很可能患了骨髓炎。

患病的恐龙有多痛苦?从中能“洞见”一场怎样的厮杀?

文/记者 白竟楠 编辑/吉菁菁

采访专家

邢立达(中国地质大学(北京)副教授)

冉 浩(中科院昆明动物所客座研究人员) 

王 溢(云南省玉溪市博物馆文博馆员)

亿万年前的恐龙生病了,会是一个什么样的场景?它们会发烧吗?如果受伤了,伤口发炎了怎么办?虽然这听起来有些滑稽,但是如同人类一样,几万年前的恐龙也会生病,如果它们病况严重,可能会伴随着伤痛而渐渐死去。目前,古生物学家已经发现了恐龙病理证据。

3月22日,中国地质大学(北京)的邢立达副教授、云南省玉溪市博物馆的文博馆员王溢、中国科学院昆明动物所客座研究人员冉浩等学者发表论文显示,他们在云南玉溪的一具恐龙骨骼化石上找到了独特的病变证据,该成果于22日发表在自然出版集团旗下开放获取期刊《科学报告》(Scientific Reports)上。

一组标本中的“一只”伤员

1997年,在云南省玉溪市易门县脚家店,玉溪市博物馆的古生物学家们发现了三件禄丰龙标本,化石被零散地掩埋在土地深处,其中一件虽然已经显得有些“混乱”,但它也逃不出古生物学家敏锐的双眼,这组化石包括了肩胛骨、肋骨、肱骨、坐骨、肢骨和椎骨等骨骼模块,这是一只相对完整的禄丰龙的化石。

禄丰龙是生活在侏罗纪早期的植食性中等蜥脚形类恐龙,它有长长的脖子和尾巴,但头很小,四肢很粗大,它也是恐龙中体型最大的一种类群,相比于著名的梁龙、迷惑龙等恐龙年代更早。禄丰龙是我国老一辈古生物学家杨钟健先生在抗日战争时期的云南禄丰发现的,因此得名,它是我国第一具完整的恐龙化石标本,这也是中国人自己发掘、研究、装架的第一种恐龙。这组化石被发现之后就被送到了云南省玉溪市博物馆进行清理、编号、收藏,没有人发现这组化石中有什么与众不同的特征。

▲受伤的禄丰龙场景复原图 (张宗达绘)

1998年,王溢在室内整理修复的时候发现了一块“特殊”的骨骼化石。

“我本身做兽医出身,看到这个肋骨化石的时候感到它很特别。修复过不少恐龙化石,这样独特的形态还从没见过。二十年来,我咨询过不少研究人员,有人说它是因为生前被肉食恐龙咬过,也有人说它可能是自身有疾病。我一直把这根肋骨化石单独收藏着。” 王溢说。

这根肋骨也引起了更多人的注意。邢立达2015年见到了实物并开启了对它的研究,他说:“这根肋骨有一定程度的变形,在其三分之一处有一个奇怪的穿孔。这个孔是长形的,长5.4厘米,宽大约2厘米,并且洞穿了整根肋骨。但是,从孔的边缘看起来非常圆滑,不像是后来遭到破坏形成的,如果是死后形成,骨骼不可能有这么光滑的病灶,更像是在生前出现的状况,并被自己的身体吸收改造了。”

这也证明了他们的猜想:这是一个生病恐龙的骨骼化石,而科学家要做的就是为这个病变找到最合理的解释。

▲病变肋骨(摄影/邢立达)

古生物的疾病也需要研究?

“化石”“生病”,这听起来毫不相关的两个词组成了一个研究领域——古病理学,这要求研究者不仅要具备古生物学的知识,还必须同时具备动物医学知识,这门学科能够帮助我们了解一种疾病在生物演化史中是如何起源和发展变化的,也能够帮我们了解古生物与当时环境之间的相互关系。

恐龙古病理学研究在国内目前刚刚起步,邢立达和冉浩也是最早研究这门学科的专家之一。国外的古病理学研究已经进行了很多年,此次论文的合作研究者美国卡内基自然历史博物馆的布鲁斯·罗斯柴尔德(Bruce M. Rothschild)教授,就是一位资深古病理学研究专家。而远古人类和古哺乳动物的古病理学研究,比如古人的骨骼、哺乳动物的骨骼病变等研究历程就更长远了。

冉浩介绍,古病理学的兴起是随着化石的发掘和研究必然出现的学科,古代动物也会生病,那么化石材料中也会存在病变痕迹,虽然软组织病变无法保留成化石,但骨骼病变化石可以为专家研究提供线索。在分析研究化石过程中,就会发现这些病变的化石,它们与现代动物的病变有一定的相似性,所以也就成为专家研究的一门科学。

根据生物进化规律,古生物演化成现代生物过程中会有所进化、有所保留,古生物的疾病也会伴随着生物演化在变化,因此,科学家就可以知道一种疾病的病变演化过程,从疾病演化角度来说,就可以把一种疾病追溯到十分久远的时代,甚至跨物种。而且,还可以通过古病理研究古代动物病变,来推测生物存活和进化与环境之间的相互作用,进而来推测古生物的生存状态。因此,古生物病理学对于整体古生物的研究与生物进化的研究都有着十分重要的意义。

▲玉溪的禄丰龙化石装架上病变肋骨的位置(摄影/邢立达)

用先进的设备“解密”古老的故事

“肋骨上的这种情况通常是骨骼被侵蚀所造成的。”邢立达说,“为了进一步弄清楚这种侵蚀对肋骨造成的影响有多大,我们对肋骨进行了显微CT扫描和三维重建。结果显示,在恐龙肋骨内部也形成了空腔,这意味着这是一次深达骨髓的病变。”

其实,这里用“侵蚀”这个词汇是因为翻译不能更完美地表达论文里用的“defect”的含义,它意思是骨骼存在“丢失”,这应该是由细菌侵蚀骨骼造成的,细菌在感染恐龙肋骨之后,对肋骨的骨质进行侵蚀,从而造成骨骼的部分缺失。

▲肋骨病灶的CT 图像(制图/邢立达)

古病理学专家布鲁斯·罗斯柴尔德教授表示,通过与现生脊椎动物的骨骼疾病进行比对,可以判断出造成这处病变的原因极可能是细菌感染。应该是恐龙受到了一次意外伤害,某种锋利的东西刺伤了恐龙,伤及肋骨,伤口没有及时愈合,细菌沿着伤口侵袭了肋骨,并逐渐扩散感染,最终造成了骨髓炎。

英国中央兰开夏大学高级讲师帕特里克·伦道夫·奎尼博士表示,“这是第一次在蜥脚形类恐龙中发现这种病变。在阿根廷的包鲁巨龙(Baurutitan)化石上也曾发现过骨髓炎的证据,但那是一种生活在白垩纪晚期的大型蜥脚类食草恐龙,比侏罗纪早期要晚得多,所以这是一次令人兴奋的发现,有助于我们更加充分地理解这类恐龙的古病理。”

不过,发现的过程并不是一帆风顺的。在研究过程中,最初使用的CT扫描设备精度不足,在化石的横断面中,似乎内部骨骼存在模糊的圆形异物。他们当时猜测是否是卡住了另一只恐龙的牙齿。后来,使用更高精度的显微CT再次进行扫描,原来这个异物是化石形成过程中出现的矿物质结晶。

“我们要把环境的干扰剔除掉,才能还原事实的真相。从位置来看,如果是因为撕咬而卡住的牙齿,出现的位置有些不太合适,所以没有抱着能有更大的发现的想法。虽然如果发现嵌入牙齿的骨骼化石会让这个发现更加出彩,但是我们必须尊重事实,谨慎求证。”冉浩说。

从伤口“洞见”的一场厮杀

“对恐龙来讲,这肯定是一件很痛苦的事情。”冉浩表示,“伤口感染到这种程度需要足够的时间,这意味着恐龙在受到伤害后又存活了一段时间,它忍受着越来越严重的痛苦。我们可以通过现生的鸟或爬行动物的情况来推断它当时可能具有的一系列症状和行为变化,如体温升高、免疫力减弱、呕吐、乏力、活动范围减小等等。我们不知道它是否最终死于这次感染,但毫无疑问,这会给它的生存造成很大的影响。”恐龙是介于爬行动物和鸟类之间的进化阶段,爬行动物的症状和鸟类症状可能都会有,因此,受伤后感染的恐龙机体会发生哪些变化要依靠进化证据来推测。

不过,要想知道这只恐龙在受伤之后到底存活了多久难度很大,因为化石无法保留软组织,无法判断创伤的程度,也不知道恐龙本身的抵抗力如何。但可以确定的是,它不是在遭到伤害后立即死亡的,因为细菌侵蚀已经对其造成骨质损失,细菌先要击败免疫系统入侵生物体,而且不仅破坏表层骨质,还要深入骨髓,能有如此大的伤害不是几天能造成的。

▲展示肋骨病变部位(摄影 /邢立达)

关于造成伤害的起因,“我们认为当时很可能发生了一次捕食事件,禄丰龙受到了食肉恐龙的攻击,可能是牙齿的撕咬,也可能是爪子的抓伤。”邢立达解释说,“但因为某些原因,它成功摆脱了食肉恐龙的追杀,并幸存了下来”。

冉浩补充说,虽然不能完全排除它可能是自己受伤的,但这种可能性很小,因为创口造成骨感染说明在受伤之时就已经伤到了骨骼,自己伤害自己的可能性较小,而且伤口局限,应该是非常尖锐的利器刺伤所致,可以从肋骨骨骼丢失孔形状判断,也像是自上而下刺伤造成的。而自然灾害一般会造成骨折和更大面积的创伤。据推测,捕食者很可能是另一种著名的恐龙,和禄丰龙生活在同一时代的中国龙(Sinosaurus)。

“这是一种头部有两个突起骨脊的肉食性恐龙,长约六米,有着非常锋利的像牛排刀一样的牙齿和有力的头部,它们适合捕食大体型猎物,比如禄丰龙和云南龙等。”冉浩说,“这也是一种猜测,因为中国龙与禄丰龙生活在同一时代,而且是对禄丰龙造成危害可能性最大的一种龙。中国龙可能会猛扑上去撕咬猎物,在捕猎的过程一些牙齿可能会脱落或折断。”

古生物研究需要前人研究来提供更多的证据,这项发现利于后人在研究中寻找依据和可以比对的样本。整体而言,这一发现填补了我国在蜥脚形类恐龙古病理学上的空白,丰富了恐龙病理学知识,也加深了我们对侏罗纪早期各种恐龙之间相互关系的理解。■

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