中新網(wǎng)北京5月31日電 (記者 孫自法)恐龍蛋中常見、現(xiàn)代鳥蛋中非常罕見的次生殼單元如何形成？它是生物成因還是非生物成因？這些問題在學(xué)界一直存有爭議，也備受關(guān)注。
由中國學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)最新完成的一項恐龍蛋國際合作研究，揭示出恐龍蛋次生殼單元應(yīng)當(dāng)為生物成因的結(jié)構(gòu)，并對生物成礦機制及其功能、生長方式和演化模式進(jìn)行討論。
次生殼單元在手盜龍類蛋殼中逐漸消失的示意圖。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所 供圖這項古生物領(lǐng)域重要研究，由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所高級工程師張蜀康領(lǐng)銜并聯(lián)合該所博士后、韓國首爾大學(xué)研究教授崔勝(Seung Choi)與浙江自然博物院、荷蘭烏特勒支大學(xué)、西班牙巴塞羅那自治大學(xué)等科研人員，綜合運用電子背散射衍射、偏光顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等先進(jìn)技術(shù)手段共同完成，成果論文北京時間5月31日凌晨在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上線發(fā)表。
爭議由來
論文第一作者和通訊作者張蜀康介紹說，主龍類恐龍和龜類的蛋殼鈣質(zhì)層由殼單元組成，其中從殼膜上生長出來的稱為初生殼單元，從鈣質(zhì)層內(nèi)部生長出來的稱為次生殼單元。
盡管在現(xiàn)代鳥蛋中非常罕見，次生殼單元在恐龍蛋中卻是一個常見的結(jié)構(gòu)，但由于對這種結(jié)構(gòu)缺乏深入研究，學(xué)界對它是生物成因還是非生物成因仍有爭議。
產(chǎn)自中國的多種恐龍蛋殼都具有次生殼單元，中國學(xué)者普遍認(rèn)為它是生物成因，并且可以作為恐龍蛋的分類特征使用；歐洲學(xué)者基于對產(chǎn)自當(dāng)?shù)氐尿崮_類恐龍蛋殼的研究，則認(rèn)為次生殼單元是非生物成因。
生物成因
這次對恐龍蛋的大部分主要類群，并利用現(xiàn)生鳥蛋、龜?shù)昂枉{魚蛋作為對比材料進(jìn)行研究，電子背散射衍射分析結(jié)果顯示，恐龍蛋大部分次生殼單元的c軸都圍繞生長核心呈放射狀排列，且平行于蛋殼生長方向延伸，只有少數(shù)靠近氣孔道的次生殼單元，其c軸向氣孔道方向延伸。同時，這些次生殼單元在晶界圖上具有帶紋理的灰色背景，并且顯示出較高的晶界角均值(KAM值)。
張蜀康稱，恐龍蛋次生殼單元的上述結(jié)晶學(xué)特征與其初生殼單元幾乎完全一致，特別是與現(xiàn)生龜?shù)昂枉{魚蛋的次生殼單元的結(jié)晶學(xué)特征一致，表明恐龍蛋的次生殼單元應(yīng)當(dāng)為生物成因的結(jié)構(gòu)。
掃描電鏡和透射電鏡的分析顯示，恐龍蛋的次生殼單元具有許多細(xì)小的槽和孔洞，與鳥蛋的殼單元很相似。這些槽和孔洞是基質(zhì)纖維在埋藏過程中降解后留下的空間。值得注意的是，一些傳統(tǒng)的判斷恐龍蛋殼中生物成因與非生物成因方解石的方法，如陰極發(fā)光，但不能很好區(qū)分這兩種方解石。
新的發(fā)現(xiàn)
張蜀康指出，在一些氣孔道發(fā)達(dá)的恐龍蛋殼里，次生殼單元重疊在初生殼單元之上，或者在氣孔道內(nèi)生長。這些次生殼單元在形態(tài)和大小上都與初生殼單元相似，也具有與初生殼單元相似的功能，即作為蛋殼的結(jié)構(gòu)成分，對胚胎起保護(hù)作用；在氣孔道內(nèi)的次生殼單元還可以降低蛋殼的氣體傳導(dǎo)率，防止胚胎在發(fā)育過程中過度失水。
在一些氣孔道較少的恐龍蛋殼里，次生殼單元常常被包裹在初生殼單元或其他次生殼單元內(nèi)。這些次生殼單元沒有明確的功能，或者說它們的功能已被包裹它們的殼單元取代。
多氣孔的恐龍蛋殼內(nèi)的次生殼單元。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所 供圖值得注意的是，在氣孔道發(fā)達(dá)的恐龍蛋殼里，那些生長過程不受初生殼單元和其他次生殼單元干擾的次生殼單元的c軸也平行于蛋殼生長方向延伸，這個現(xiàn)象挑戰(zhàn)了基于對鳥蛋殼的研究而提出的“競爭假說”，即殼單元的c軸方向是由基質(zhì)纖維控制的，而不是相鄰殼單元的方解石晶體在生長過程中相互競爭的結(jié)果。
早期的研究曾提出，具有次生殼單元的恐龍蛋殼的與現(xiàn)代的楔齒蜥蛋殼相似，殼單元與殼膜纖維同時生長，而不像現(xiàn)代鳥蛋、龜?shù)昂枉{魚蛋那樣先產(chǎn)生殼膜，再形成殼單元。
本次研究則顯示，具有次生殼單元的恐龍蛋殼的生長方式與現(xiàn)代龜?shù)昂枉{魚蛋相同，殼膜先形成，然后基質(zhì)纖維與殼單元同時生長，次生殼單元的形成是由基質(zhì)纖維而不是殼膜纖維控制的。
機制變化
盡管大多數(shù)恐龍蛋與產(chǎn)蛋恐龍不能對應(yīng)，但本次研究涵蓋了蜥腳類、鴨嘴龍類和可能的基干堅尾龍類產(chǎn)的蛋，這些恐龍的蛋殼都具有次生殼單元，而包括鳥類在內(nèi)的手盜龍類的蛋殼，則極少出現(xiàn)次生殼單元。
次生殼單元的生長方式。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所 供圖研究團(tuán)隊認(rèn)為，這說明獸腳類恐龍在向鳥類演化的過程中，蛋殼形成機制發(fā)生了變化。一方面，手盜龍類蛋殼的基質(zhì)纖維與其他恐龍不同，能夠產(chǎn)生更加有序的亞層結(jié)構(gòu)，而不會相對隨機地產(chǎn)生次生殼單元。
另一方面，次生殼單元在龜類、鱷類及鳥臀類、蜥腳類和獸腳類恐龍支系中都有出現(xiàn)，而這些支系的蛋殼鈣質(zhì)層可能是各自獨立演化出來。這說明，它們的次生殼單元可能隨其蛋殼鈣質(zhì)層的演化而獨立演化出來。
張蜀康提醒，不過，從生物礦化的分子機制層面上來說，也不能排除上述所有支系的次生殼單元具有深層同源性的可能。(完)