用同步辐射加速器分析世界上最古老的恐龙蛋

一些世界上最古老的恐龙蛋和胚胎。1976年在南非金门高地国家公园发现的一窝Massospondylus carinatus（大椎龙属）蛋。图片：Brett Eloff

一支由南非威特沃特斯兰德大学领导的国际科学家团队，利用欧洲同步辐射加速器（ESRF）强大而无损的同步加速器技术，对一些最古老的恐龙蛋胚胎的骨头进行了高度详细的3-D复制。他们发现头骨的生长顺序与当今的鳄鱼、鸡、乌龟和蜥蜴相同。这些发现发表在《科学报告》上。

科学家在《科学报告》中发表了约2厘米长的胚胎头骨的3-D重建图。这些胚胎于1976年在金门高地国家公园（南非自由州省）发现，属于南非的标志性恐龙Massospondylus carinatus，这是一种5米长的草食动物，筑巢于2亿年前的自由州地区。

以前，胚胎的科学实用性受到其极其脆弱的性质和微小的尺寸的限制。2015年，来自金山大学（University of Witwatersrand）的科学家基米·夏佩尔（Kimi Chapelle）和乔纳·乔尼埃（Jonah Choiniere）将他们带到法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射加速器进行扫描。在同步加速器上，以光速传播的844米电子环发射出高功率的X射线束，可用于无损扫描包括化石在内的物质。以单个骨细胞的分辨率，以前所未有的详细程度扫描了胚胎。

掌握了这些数据，并且在金山大学实验室进行了近三年的数据处理之后，该团队得以重建了小恐龙头骨的3-D模型。英国伦敦自然历史博物馆的合著者之一文森特·费尔南德斯（Vincent Fernandez）说：“世界上任何实验室的CT扫描仪都无法生成这类数据。” 他补充说：“只有像欧洲同步辐射加速器这样的大型设施，才能释放出最激动人心的化石的潜能。这项研究是欧洲与南非国家研究基金会之间全球合作的一个很好的例子。”

Massospondylus carinatus恐龙胚胎的3D数字重建。图片：金山大学/基米·夏佩尔博士

迄今为止，人们认为这些蛋中的胚胎在孵化之前就已经死亡。然而，在研究过程中，第一作者夏佩尔博士注意到了与活着的恐龙亲戚（鳄鱼、鸡、乌龟和蜥蜴）的正在发育的胚胎相似。通过比较头骨的哪些骨骼处于其胚胎发育的不同阶段，夏佩尔博士及合作者证明，Massospondylus carinatus的胚胎实际上比以前认为的年轻得多，并且胚胎发育成熟度大约是60％。

研究小组还发现，每个胚胎在其发育中的颌骨中都保留着两种类型的牙齿。一组牙齿由非常简单的三角形牙齿组成，在孵化之前它们已经被吸收或脱落，就像今天的壁虎和鳄鱼一样。第二组与成年恐龙非常相似，并且将与胚胎一起孵化。夏佩尔博士说：“发现这些胚胎不仅有牙齿，而且有两种类型的牙齿，真让我感到惊讶。它们的牙齿是如此之细；它们的宽度在0.4至0.7毫米之间。它比牙签的尖端还小。”

研究人员得出的结论是，恐龙就像它们的爬虫类亲戚一样在蛋中发育，其胚胎发育方式在2亿年中没有改变。“令人难以置信的是，在超过2.5亿年的爬行动物进化过程中，蛋中头骨的发育方式几乎保持不变。”乔纳·乔尼埃教授说，他也是该论文的合著者。

研究小组希望将其方法应用于其他恐龙胚胎，以评估其发育水平。他们将研究Massospondylus carinatus胚胎的其余骨架，以了解它是否也与当今的恐龙亲戚在发育上有相似之处。Massospondylus carinatus胚胎的胳膊和腿已经显示出孵出的幼崽很可能通过两条腿行走。

Massospondylus carinatus胚胎发育成熟度的水彩画，分别为17％，60％，100％。图片：Mélanie Saratori