化石中的代谢物，讲述了疾病、饮食和气候的故事

在一新发表于《自然》杂志的研究中，科学家首次从生活在约130万至300万年前的动物骨骼化石中，分析出了与代谢相关的分子。这些与动物健康状况和饮食相关的代谢线索，使研究人员得以勾勒出它们的生存环境图景，包括当时的温度、土壤、降雨以及植被状况。研究结果显示，与今天相比，这些环境在当时整体上更加温暖、也更加湿润。

化石中的代谢物

生物体的代谢率，是指生物在获取、转化并将能量分配至生长、繁殖和维持生命等过程时，所需的能量总和。而代谢物则指的是在这些化学过程中，产生并参与其中的分子。研究代谢物可以提供有关健康与疾病的信息，同时也能反映饮食和环境暴露等外部因素。

在研究活体动物时，科学家通常会从血液或尿液等体液中提取代谢物。但对于化石而言，这种做法显然不可行。虽然代谢物组学研究正日益广泛地应用于人类疾病和药物研究，但几乎没有科学家尝试将这一方法用于理解史前世界。长期以来，关于史前世界的相关研究主要集中在化石中的DNA上，而DNA研究的核心用途在于厘清生物之间的遗传关系。

在这项新研究中，研究人员将注意力转向一个问题：像骨骼、牙齿和象牙这样的多孔硬组织，是否能够在极其漫长的时间尺度上捕获并保存代谢物？

对于骨骼这样的硬组织，其表面呈海绵状结构，周围环绕着毛细血管网络，在血液与骨组织之间不断交换氧气和营养物质。研究人员推测，在这些硬组织的形成过程中，血液中携带的代谢物会进入骨组织，而这一过程可能会使部分代谢物分子滞留在组织内部粗糙而多孔的结构之中。

从现代骨骼到远古化石

为了验证这一推测，研究人员利用一种被称为质谱法的分析方法，首先对现代小鼠的骨骼样本进行了检测。质谱法是一种可以将分子转化为离子进行检测的技术，能确定精确的化学组成。利用这一方法，他们鉴定出近2200种可用于分析的代谢物。

在此基础上，研究人员利用同样的方法，分析了出土于坦桑尼亚、马拉维和南非等古人类遗址附近地区的动物骨骼和牙齿化石。这些动物化石的年代介于距今约130万至300万年之间。

他们重点选择了那些在这些遗址附近仍有现存亲缘的物种，如啮齿类动物（包括老鼠、地松鼠和沙鼠），以及羚羊、猪和大象，并对其骨骼化石进行了分析。

在识别出样品中可能存在的代谢物之后，他们将这些分子与数据库中已知由相似现代生物产生的化合物进行比对。分析结果显示， 在每一个化石样本中检出了数千种代谢物，其中相当一部分与现代动物体内的代谢物是相同的。

化石讲述的故事

这些研究结果为了解古代动物的生活提供了极为细致而丰富的线索。

首先，研究人员在骨骼化石中所发现的许多代谢物反映的是正常的生物学功能，包括氨基酸、碳水化合物以及维生素和矿物质的代谢。其中一些代谢物与雌激素相关的生理通路有关，暗示部分个体可能为雌性。

进一步的分析还揭示了这些动物对疾病的生理反应。例如，在坦桑尼亚奥杜瓦伊峡谷，研究人员分析了一只距今约180万年的地松鼠骨骼，并在其中发现了证据，显示这只地松鼠曾感染一种寄生虫性疾病。这种疾病在人类中被称为昏睡病，由布氏锥虫（

Trypanosoma brucei

此外，通过将化石中的代谢物与已知的植物代谢物进行比对，研究人员还能重建部分动物的饮食结构及其所处环境，推断这些动物曾经取食过哪些植物。尽管有关植物代谢物的数据远不如人类和动物健康领域那样丰富，但研究人员仍然识别出了几种具有明显区域特征的植物代谢物。

在那只距今约180万年的奥杜瓦伊峡谷地松鼠化石中，研究人员发现了表明其曾以芦笋和芦荟为食的代谢物，而这类植物通常指向具有茂密树冠覆盖的环境。因此研究人员能够进一步推断当时的温度、降雨、土壤条件以及树冠覆盖情况，进而基本上重建了这只地松鼠所处的生态环境。这一发现为近年来对该遗址的新一轮重新评估提供了有力支持：该地区在当时应当是一个湿润的栖息地，周围分布着森林和湿地。

可以说，围绕每一只动物，研究人员都得以讲述一个完整的环境故事

一种新的分子生态学

这些重建出的环境条件，与其他研究对数百万年前这些地区环境的认识高度一致。研究人员认为，利用代谢分析研究化石，或许就能以前所未有的精细程度重建史前世界的环境，就仿佛我们是身处当时自然环境中的野外生态学家一样。

不过，也有学者指出，在分析与化石相关的代谢物时，必须格外谨慎。因为一个棘手的问题在于，我们很难判断在动物化石中发现的代谢物，究竟是由该动物自身产生的，还是来自周围土壤中后期渗入化石的分子。

对此，这项研究的作者回应称，他们正是通过分析化石周围土壤中的代谢物，来应对这一问题的。他们发现，这些沉积物中保存着与化石动物同时代、共同生活的植物和动物所留下的古老代谢物；而这些代谢物同样也出现在那些并未直接暴露于土壤中的动物骨骼样本中。

#参考来源：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1109901

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09843-w

#图片来源：

封面图&首图：TIMOTHY BROMAGE AND BIN HU/NYU DENTISTRY