恐龍基因的發(fā)現(xiàn)之路

1994年9月24日，美國古生物學家杰克·霍納領(lǐng)導的團隊，從一具6500萬年前的恐龍骨骼化石中首次發(fā)現(xiàn)并提取出恐龍的脫氧核糖核酸（DNA）。美國《科學》雜志回顧了30年前這一轟動古生物學界的大事件。

患有失讀癥的古生物學家

“侏羅紀”系列電影把恐龍這種遠古生物展現(xiàn)得活靈活現(xiàn)，其中有杰克·霍納擔任科學顧問的功勞?；艏{1946年6月15日出生于美國蒙大拿州謝爾比?！犊茖W》雜志曾于1994年10月刊發(fā)采訪霍納的專題報道，其中提到，霍納的成功讓他學生時代的老師們感到驚訝，因為他當初學習成績一直很不好。用霍納自己的話說，“學習起來很累，閱讀、寫作以及做數(shù)學題都非常慢”。在高中畢業(yè)考試中，霍納的數(shù)學沒及格，這讓他那身為數(shù)學老師的父親很失望。

父親知道，霍納從小就對古生物很感興趣。于是，他支持霍納發(fā)展自己的愛好。后來霍納考取了蒙大拿大學，主修冷門的地質(zhì)學和動物學專業(yè)。在4年的大學生涯中，霍納的學習成績?nèi)匀徊焕硐?，總共掛?科，沒達到畢業(yè)要求，因此沒能獲得文憑和學位。

大學肄業(yè)后，霍納一直找不到理想的工作，做過圖書館管理員、社區(qū)大學教師助理等。在逆境中，霍納對古生物學的熱情絲毫未曾消減。年輕的霍納一邊謀生，一邊繼續(xù)研究古生物學。他還不斷給全美各大博物館、自然科學館發(fā)去求職信，表示“可以做任何工作，只要和古生物學沾邊就行”。

直到1975年，年近30歲的霍納才被研究機構(gòu)接納——美國普林斯頓大學自然歷史博物館聘請他做助理研究員?；艏{終于可以把愛好和職業(yè)結(jié)合在一起了。他主攻恐龍方面的研究，不辭勞苦地奔赴各地參與挖掘恐龍化石，包括他的家鄉(xiāng)蒙大拿。

在發(fā)表了一些水準頗高的研究論文后，霍納在業(yè)界的知名度不斷提升。1982年，蒙大拿州洛磯山博物館聘請霍納擔任首席古生物學家。他的實驗室獲得了大量先進的設備，可以對各類恐龍化石進行詳細的研究。1986年，霍納的母校蒙大拿大學授予他榮譽博士學位。

霍納取得成功并不是偶然的。從20世紀80年代起，他引領(lǐng)了古生物學的一場變革，其核心是進行更多的分子古生物學研究，并將統(tǒng)計學應用其中。他對于“再造”古生物很感興趣，這類研究需要搜集海量數(shù)據(jù)。具體來說，霍納和他的團隊努力搜集同一物種的諸多標本，主要是化石，這樣就可以更細致地觀察物種的個體發(fā)育學（生物的成長和發(fā)育）特征，并據(jù)此解釋其行為。這有別于傳統(tǒng)的研究方法——僅僅繪制說明各物種之進化關(guān)系的進化分支圖。

值得一提的是，霍納遭遇學習困境的原因在1979年被找到了——他在那一年被確診患有失讀癥?；加羞@種疾病的人難以認識和理解書寫的或印刷的字詞、符號甚至色彩，即難以識別視覺信號的語言含義。它與大腦優(yōu)勢半球內(nèi)側(cè)“枕額腦回”的損害有關(guān)。在醫(yī)學上，失讀癥與失寫癥統(tǒng)稱為“視覺性說示不能”。

在從事研究工作之余，霍納每年都參加普及失讀癥相關(guān)知識的公益活動。他以自己的親身經(jīng)歷激勵患病的孩子：“這是一種學習障礙，你們可能難以閱讀、寫作和計算。我也是這樣，直到今天還在和失讀癥作斗爭。不過不用怕，我們可以按照自己的節(jié)奏來學習，多思考我們喜歡的東西……”

恐龍化石的發(fā)現(xiàn)歷程

在洛磯山博物館展廳的墻壁上，簡要記錄著恐龍化石的發(fā)現(xiàn)歷程，其中包括霸王龍骨骼化石。這份記錄是由霍納擬定的——他想表達的是：自己取得的研究成果是以前人的努力和成果為基礎的。

1677年，英國牛津大學教授羅伯特·普勞特發(fā)現(xiàn)了一種巨齒龍的化石，這是有記錄的人類最早發(fā)現(xiàn)的恐龍化石。但囿于當時的相關(guān)知識體系和技術(shù)條件，普勞特誤以為那是一種身形巨大的古人類遺骸的化石。1822年，英國的一個考古團隊在該國南部發(fā)現(xiàn)了禽龍化石，當時它被稱為“類似大鳥的古生物”。1824年，英國地質(zhì)學家威廉·布克蘭發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)恐龍的科學報告。他以禽龍化石和斑龍化石為切入點，論述了這種遠古時期的生物，但沒有給它們擬定通用的稱謂。1841年，英國科學家理查德·歐文在研究一些恐龍化石后認為，它們很像蜥蜴，于是把這種史前生物命名為恐龍，意為“恐怖的蜥蜴”——這就是恐龍名稱的由來。

1902年，美國恐龍化石采集者巴納姆·布朗在蒙大拿州黑爾溪發(fā)現(xiàn)了一具巨型肉食爬行動物的骨骼化石。當時他在美國國家歷史博物館工作。在那之后的兩年，布朗致力于從堅硬的砂巖中挖掘出這種動物的整副骨架。由于骨骼相當沉重，布朗用馬匹拉動雪橇，把一塊塊骨頭運送到附近的公路上，再用卡車運往美國國家歷史博物館——這就是全球第一具完整的霸王龍骨骼化石。

美國國家歷史博物館把這種巨型肉食爬行動物命名為霸王龍，并公開進行了展示。在安裝骨架時，館長和布朗原本計劃重塑霸王龍的風采——展現(xiàn)出一頭“靈巧如鳥的巨獸”。但是他們無法把重達兩噸的骨骼擺放成他們心目中的理想姿式，最終只能將它組合成略顯呆板的直立狀態(tài)。

在霸王龍之后，其他大型恐龍的化石也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。1910年，布朗率領(lǐng)的考古團隊在加拿大艾伯塔省境內(nèi)的紅鹿河峽谷進行了大規(guī)模挖掘工作。他們在那里找到了保存極為完好的戟龍、盔龍和尖角龍等恐龍的骨骼化石，以及一些恐龍皮膚化石。

霍納之所以在這份記錄中重點描述霸王龍化石，是因為它正是恐龍DNA的來源。1994年9月24日，霍納和他的研究團隊宣布，從霸王龍腿骨化石中分離出了一段DNA。根據(jù)這段DNA所表達的信息，霸王龍與現(xiàn)代鳥類在遺傳學上存在相似之處，說明兩者之間有著某種形式的關(guān)聯(lián)。

持續(xù)30年的“雞龍”項目

自1994年起的30年來，霍納和他的追隨者從未停止實施一個項目：從恐龍的當代后裔——雞的身上獲取源自恐龍的DNA，然后“復活”恐龍。霍納表示，這個項目即使最終不能創(chuàng)造出“當代恐龍”，對于保護瀕危動物也具有重大意義。

在邁克爾·克萊頓的小說《侏羅紀公園》（“侏羅紀”系列電影正是以它為藍本）中，科學家從保存于琥珀中的蚊子體內(nèi)提取出未被消化的恐龍血液，從而獲得了恐龍的DNA?；艏{曾在電影《侏羅紀公園》及其續(xù)集《失落的世界》等影片中擔任科學顧問，他很清楚小說和影片中提出的理論。但霍納并不認為這一理論可以付諸實踐。他指出，無論人們在琥珀中找到的遠古時期的蚊子有多么完好，都無法從其體內(nèi)的血液中獲得足夠復制恐龍的DNA。

據(jù)《科學》雜志報道，霍納早在1994年公布恐龍DNA的相關(guān)研究成果時就強調(diào)，DNA雖然可以被復制甚至放大，但它只是組成生物的基因材料的很小一部分，不足以“再造”恐龍。

霍納指出，唯一使DNA在數(shù)千萬年后仍能保存下來的方法，是它自身不斷地復制、遺傳——這正是恐龍演化為鳥類的過程?；艏{及其團隊在1994年底啟動了“雞龍”（由“雞”和“恐龍”兩個單詞組合而成）項目，該項目延續(xù)至今，推動了演化發(fā)育科學的發(fā)展。

在主流生物學界，鳥類由恐龍演化而來已經(jīng)成為共識。長期以來，古生物學家一直在研究恐龍和鳥類的骨骼結(jié)構(gòu)變化。與此同時，分子生物學家對現(xiàn)代鳥類的基因進行了研究。通過整合這些研究成果，霍納希望他主導的項目能厘清從恐龍到鳥類的整個演化過程，并將其原理應用于“再造”恐龍的實踐。

需要指出的是，雞似乎并不是最適合用來“復活”恐龍的現(xiàn)代鳥類，科學家應該有其他選擇。鴕鳥是現(xiàn)代鳥類中最為原始的種類；沙丘鶴在近1000萬年的進化過程中幾乎沒有變化；還有一種名為麝雉的鳥，其雛鳥在長出羽毛之前生有類似恐龍的爪子，能用來攀爬樹枝。然而，鴕鳥、沙丘鶴和麝雉等鳥類顯然很難成為實驗對象。相比之下，雞屬于高度馴養(yǎng)的家禽，很容易照料，而且成本不高。

另外，選擇雞作為實驗對象，使科學家能從幾十年來有關(guān)雞的基因組和解剖學研究中獲益。由于雞對于人類而言具有相當大的經(jīng)濟價值，科學家在它身上進行了大量研究，家禽科學已經(jīng)成為一個龐大的研究體系。

基因組的演化并不是那么井井有條。老的基因會被淘汰，但不會被完全拋棄。舉個例子：在雞的基因組中保留著控制恐龍前肢和前爪生長的基因。后來在一些胚胎的發(fā)育階段，出現(xiàn)了將這些骨頭融合成翅膀的基因，于是有關(guān)前肢和前爪的基因就逐漸被淘汰了。不過，雞仍然具備長出前肢和前爪的潛力。如果能找出引發(fā)骨融合的基因，并阻止它的表達，那么被淘汰的那部分基因就有可能重新獲得表達的機會，即讓雞長出前肢和前爪。

在雞的DNA中，很可能還保留著控制恐龍尾巴和牙齒等性狀的基因，它們經(jīng)過千百萬年的演化失去了活性。如果在胚胎發(fā)育階段把這些基因重新激活，那么就可能從雞蛋中孵化出“雞龍”。

霍納堅信，通過這個基因工程項目，能夠把雞改造成縮小版伶盜龍（因《侏羅紀公園》而為人們所熟知的一種小型掠食性恐龍），即“雞龍”。他設想中的“雞龍”長著長長的尾巴、較長的牙齒以及不長喙的頭部，它還有取代翅膀的長有爪子的前肢。

霍納主導的這個項目在2005年取得重大進展。那年9月的一天，“雞龍”項目的參與者，美國威斯康星大學生物學家馬修·哈里斯正在進行一項常規(guī)實驗，實驗對象是雞的胚胎。這個胚胎攜帶了一種代號為TALPID2 的基因突變，這種基因突變會影響胚胎的正常發(fā)育。哈里斯檢查16天大的雞胚胎頭部時，偶然注意到在雞的喙邊有一些微小的突起，這是他以前從未見過的生物結(jié)構(gòu)。他很驚訝，于是對胚胎的頭部進行解剖觀察，發(fā)現(xiàn)在雞的喙邊區(qū)域竟然長出了牙齒。雖然牙齒很小，但看得出來是圓錐形的劍齒，與恐龍的牙齒很像。

在上述研究成果的基礎上，耶魯大學和哈佛大學的科學家通過改變雞胚胎發(fā)育的相關(guān)基因，讓雞長出了圓形的鼻子，其外形非常接近鱷魚的鼻子。

上述實驗成果證實了霍納的猜測：在雞的身上仍然保留著其遠古祖先的古老基因。在特定條件下，這些古老的基因有可能被激活。

霍納認為，鑒于基因遺傳學的復雜性，“雞龍”項目可能還要延續(xù)許多年。他相信，人類遲早有一天能夠依靠基因遺傳學“復活”恐龍，也能找到有效阻止瀕危生物滅絕的方法。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com