在古代骨胶原蛋白中发现5万年前北美大型哺乳动物神秘消失的线索 _哺乳动物

USNM 23792 ，长毛象，史密森学会古生物学系。来源：Gary Mulcahey 。
据Frontiers：50000年前，北美被巨型动物统治。伐木的长毛象在苔原上游荡，而森林里则是高耸的乳齿象、凶猛的剑齿虎和巨大的狼的家园。野牛和高大的骆驼成群结队地在整个大陆上迁徙，而巨大的海狸则在湖泊和池塘中活动。在落基山脉以东的许多地区都发现了重达1000公斤的巨大地懒。
然后，在最后一个冰河时代结束的某个时候，北美的大多数巨型动物都消失了。如何以及为什么仍然存在激烈的争论。一些研究人员认为，人类的到来至关重要。也许这些动物被猎杀，也许人类只是改变了它们的栖息地或争夺重要的食物来源。
但其他研究人员认为，气候变化是罪魁祸首，因为地球在经历了数千年的冰川温度后融化，环境的变化速度快于巨型动物的适应速度。这两个学派之间的分歧一直很激烈，争论也很激烈。
尽管经过几十年的研究，这个冰河时期的谜团仍未解开。在这一点上，研究人员根本没有足够的证据来排除一种或另一种情况——或者实际上已经提出的其他解释（例如疾病、彗星撞击事件、多种因素的组合）。其中一个原因是，他们追踪巨型动物存在的许多骨骼都是碎片化的，很难识别。
虽然一些地方保存得很好，但其他地方的条件对动物骨骼很苛刻，将它们磨损成更小的碎片，这些碎片经过了太多的改变，无法识别。这些衰变过程包括暴露、磨损、破碎和生物分子衰变。
这些问题使我们缺乏关于特定巨型动物物种分布在哪里、确切何时消失以及它们如何应对更新世晚期人类的到来或环境的气候变化的关键信息。
将现代技术应用于老年骨骼
发表在《哺乳动物科学前沿》上的一项新工作旨在解决这一信息不足问题。为了做到这一点，他们将注意力转向了华盛顿特区史密森尼国家自然历史博物馆的特殊藏品。该博物馆收藏了过去一百年来进行的大量考古发掘的发现，是一个非凡的动物骨骼库，与北美巨型动物是如何灭绝的问题密切相关。

用于ZooMS分析的样品板的制备。使用移液管沉积的微小液滴中含有少量磨碎的胶原蛋白，这些胶原蛋白将在质谱仪上进行分析。来源：Samantha Brown
然而，其中许多遗骸严重分散且无法辨认，这意味着至少到目前为止，它们揭示这一问题的能力是有限的。
幸运的是，近年来考古勘探的新生物分子方法得到了发展。考古学家不再前往挖掘新的遗址，而是越来越多地将注意力转向科学实验室，使用新技术来探测现有材料。
一种这样的新技术被称为ZooMS——质谱法动物考古学的缩写。该方法依赖于这样一个事实，即尽管动物死亡后，其大多数蛋白质会迅速降解，但一些蛋白质，如骨胶原蛋白，可以长期保存。由于胶原蛋白在不同的动物分类群甚至单个物种之间经常以微小而微妙的方式存在差异，胶原蛋白序列可以提供一种分子条形码，帮助识别无法识别的骨片段。
因此，从微量骨骼中提取的胶原蛋白片段可以在质谱仪上分离和分析，以进行传统动物考古学家无法进行的残余骨骼鉴定。
选择考古材料进行研究
研究人员决定使用这种方法重新访问史密森尼博物馆的存档材料。他们的研究是一项试点研究，提出了一个关键问题：史密森尼博物馆收藏的骨骼是否能保存足够的胶原蛋白，让我们更多地了解其储藏室中的碎片骨骼材料？
答案并不明显，因为许多挖掘工作发生在几十年前。虽然这些材料在过去十年左右一直储存在一个最先进的、气候可控的设施中，但挖掘的早期意味着现代标准不一定适用于所有阶段的处理、加工和储存。
研究小组检查了五个考古遗址的骨骼材料。这些遗址的年代均为更新世晚期/全新世早期（约13000至10000日历年前）或更早，位于美国西部的科罗拉多州。最早的发掘于1934年，最近的发掘于1981年。
尽管这些遗址中的一些材料是可识别的，但其中大部分是高度碎片化的，没有保留能够对物种、属甚至科进行动物考古鉴定的诊断特征。一些骨头碎片看起来非常没有希望——它们被漂白和风化，或者边缘变圆，这表明它们在埋葬在现场之前是通过水或沉积物运输的。

1961年在兰姆泉的挖掘，显示埃德·刘易斯（站在左边）和沃尔多·韦德尔，以及两名外勤人员。格伦·斯科特（Glenn Scott）出现在挖掘坑中，旁边是一些裹着石膏夹克的猛犸骨骼，以供保存。来源：美国地质勘探局公共领域图片。
发现卓越的生物分子保存
他们的发现使他们大吃一惊。尽管许多藏品年代久远，许多材料的外观都不太理想，而且骨骼本身的起源也很古老，但它们还是取得了出色的ZooMS结果。事实上，80%的骨骼样本产生了足够的胶原蛋白用于ZooMS鉴定。73%能鉴定到属水平。
他们使用ZooMS确定的分类群包括野牛、长毛象（长毛象属）、骆驼科（骆驼科），可能还有长毛象（乳齿象属）。在某些情况下，他们只能将标本分为广泛的分类群，因为许多北美动物仍然缺乏ZooMS参考库。这些数据库在欧亚大陆相对发达，但在其他地区则不然，对于识别样本在质谱仪上运行时产生的光谱至关重要。
他们的发现对博物馆收藏具有重要意义。研究人员所研究的材料在各个方面都是自然历史博物馆中展出的迷人材料的穷亲戚。
从表面上看，这些高度零碎、微小且不可知的动物骨骼缺乏灵感，也缺乏信息。但与其他生物分子工具一样，ZooMS揭示了几十年来既没有引起研究人员也没有引起游客注意的被忽视标本中保留的丰富信息。
研究结果还强调了这些藏品在解决正在进行的关于巨型动物灭绝的确切时间、地点和方式的辩论方面的潜力。通过开放分析构成大型动物记录大部分的碎片骨骼材料，ZooMS有可能帮助提供丰富的新研究数据，以解决有关大型动物灭绝的长期问题。ZooMS提供了一种相对简单、快速、廉价的方法来从很久以前挖掘的遗址中提取新信息。
他们的研究还强调了保护考古藏品的重要性。当研究人员和机构资金紧张时，那些不光彩或没有明显立竿见影的考古文物和骨骼可能会被忽视，甚至被丢弃。至关重要的是，向博物馆提供足够的资金，以长期照顾和安置考古遗迹。
正如他们的分析所示，这种古老的材料可以以意想不到的方式找到新的生命——在这种情况下，我们可以使用微小的骨骼碎片来帮助我们更接近于解开地球上一些有史以来最大的动物为什么会从古北美洲的景观中消失的谜团。