中生代距今約為2.5億至6500萬(wàn)年，直到19世紀(jì)，一具具完整的中生代海洋爬行動(dòng)物化石逐漸發(fā)掘出土，在學(xué)界引起了強(qiáng)烈反響，人們才認(rèn)識(shí)了這類(lèi)生物。這些脊椎動(dòng)物化石的出土，要得益于一位家住在英國(guó)海濱小城萊姆里杰斯的年輕女士瑪麗·安寧，正是她憑借著敏銳的直覺(jué)和堅(jiān)持不懈的精神，挖掘出土了近乎完好無(wú)損的兩種史前生物魚(yú)龍和蛇頸龍的化石。

可疑的石頭

1821年，威廉·科尼貝瑞和亨利-托馬斯·德·拉貝切兩位古生物學(xué)家提出，在中生代的海洋曾居住著種類(lèi)繁多的爬行動(dòng)物?？蛇@些動(dòng)物的生活狀態(tài)是怎樣的，以什么為食，為什么后來(lái)滅絕了？

科學(xué)家們?cè)诎l(fā)掘魚(yú)龍和蛇頸龍化石的過(guò)程中，還常常找到另外一種“石頭”：形狀細(xì)長(zhǎng)，有紋理分布，有些呈彎曲狀。起初，這些石頭被命名為“毛糞石”，因?yàn)槠湫嗡朴刑銊?dòng)物（比如山羊）消化器官中所形成的奇形怪狀的“石頭”。最終，英國(guó)首屈一指的地質(zhì)學(xué)家威廉·巴克蘭判定，這些石頭其實(shí)是糞便的化石。

巴克蘭將這種石頭命名為糞（化）石，他觀察到糞石中含有魚(yú)類(lèi)的鱗片，有的還含有魚(yú)類(lèi)的牙齒和骨屑。為了進(jìn)一步研究這些未經(jīng)消化的食物殘屑，巴克蘭求助于著名化學(xué)家威廉·海德·沃勒斯頓。根據(jù)沃勒斯頓的研究，糞石中富含磷酸鈣，這就說(shuō)明糞便“主人”的食物中有相當(dāng)一部分是骨骼成分，從而推斷出它們是食肉動(dòng)物。

開(kāi)辟新領(lǐng)域

這些極具開(kāi)創(chuàng)性的研究開(kāi)辟了一片全新的科研領(lǐng)域，即糞便學(xué)。起初，這一學(xué)科并未受到人們的廣泛接納。糞便學(xué)誕生于喬治王時(shí)代，人們普遍講求禮數(shù)莊重，“糞便”這一話題自然難登大雅之堂。然而，巴克蘭不受旁人之見(jiàn)的左右，毫不退縮，決定盡全力投身于這項(xiàng)新的科學(xué)領(lǐng)域。他與瑪麗·安寧一起花了數(shù)個(gè)星期實(shí)地勘探萊姆的高崖石壁，后來(lái)巴克蘭又踏遍英國(guó)找尋其他糞石。經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)查研究，巴克蘭于1829年2月向地質(zhì)學(xué)會(huì)提交了所得的結(jié)論：一些糞石中含有體型較小的魚(yú)龍脊骨和牙齒，這證明了排泄這些糞便的“史前怪獸”甚至可以大口生吞比自己弱小的同類(lèi)。他的研究結(jié)論向世人展現(xiàn)了中生代海洋爬行動(dòng)物的生存情景，這無(wú)疑是一幅競(jìng)爭(zhēng)激烈、充滿殺機(jī)的畫(huà)面。

時(shí)至今日，科學(xué)家們?nèi)栽谑澜绺鱾€(gè)角落搜尋各個(gè)時(shí)期的石化糞便，找到的糞石最早可以追溯到志留紀(jì)脊椎動(dòng)物剛出現(xiàn)的時(shí)期，距今約為4億年。由于糞便大多質(zhì)地柔軟，與骨骼相比更難于形成化石，因此糞石十分稀有。許多因素都不利于糞便的保存和石化：糞便有可能被其他動(dòng)物吞食，有可能被微生物分解，有可能溶解在水中，或者干脆就碎裂分散成土屑逐漸消失。

大多數(shù)糞石的特點(diǎn)都是形狀細(xì)長(zhǎng)，可判斷出是由于推擠壓制而成。了解了糞石的形狀特征，人們立刻轉(zhuǎn)而關(guān)注其他的一些問(wèn)題，這些糞便變成化石的條件是怎樣的，是什么動(dòng)物排泄出這些糞便，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是這些動(dòng)物的食物結(jié)構(gòu)到底是怎樣的？

它們吃得很好

在顯微鏡下，科學(xué)家們觀測(cè)到有些糞石中含有種子、樹(shù)葉、木頭、軟體動(dòng)物的殼、魚(yú)的鱗片、骨骼或牙齒，這說(shuō)明糞便來(lái)自食肉動(dòng)物，那些肉食掠食者的排泄物中含有某種物質(zhì)，有助于糞便的保存。肉和骨骼里集中含有大量的鈣和磷，這兩種元素易化合形成磷酸鈣，經(jīng)過(guò)完全礦化作用，這種化合物使得質(zhì)地柔軟的糞便變成了堅(jiān)硬的石頭。市場(chǎng)上販賣(mài)的糞石有真有假，假的一般都不含有部分消化的食物殘?jiān)土姿徕}，這兩樣?xùn)|西恰恰是形成糞石必不可少的原料。

確定糞便主人的身份是一項(xiàng)極其困難的工作。波爾德科羅拉多大學(xué)的凱倫·陳是這方面的專(zhuān)家，她認(rèn)為永遠(yuǎn)無(wú)法百分之百地確定一枚化石的真正“主人”，只能通過(guò)分析歷史地理環(huán)境、化石體積及其含有的生物成分做出一些假設(shè)和猜測(cè)。以此為前提，陳判斷在加拿大薩克斯其萬(wàn)省河流沉積物中發(fā)掘的一個(gè)巨大糞石屬于暴龍，該化石成分的大部分都含有骨骼的碎屑，這說(shuō)明暴龍通常要大力咀嚼并咬碎獵物，因而推測(cè)他們的消化功能不十分強(qiáng)大。

這種猜測(cè)立刻引起了古生物學(xué)家亨德里克·波伊納的興趣。波伊納早期專(zhuān)攻兒科醫(yī)學(xué)，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，糞石研究引起了他的興趣。波伊納推測(cè)一些保存良好的糞便可能含有許多分子層面的信息。有研究人員曾嘗試過(guò)提取糞石的DNA成分，但最終都沒(méi)有成功。經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月的研究，波伊納終于明白了個(gè)中原因：在洞內(nèi)低溫環(huán)境中風(fēng)干時(shí)，糞便植物營(yíng)養(yǎng)中豐富的糖分與周?chē)陌被岚l(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象就是著名的美拉德反應(yīng)，由此形成長(zhǎng)長(zhǎng)的葡萄糖鏈包裹住了DNA信息。因此，為了獲得DNA，就需要用一種化學(xué)藥劑將包裹它的“分子三明治”移除。

1996年，紐約的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種名為PTB的藥劑，它可以將美拉德反應(yīng)所生成的化合物與糖尿病患者的動(dòng)脈壁分離，進(jìn)而防止管壁硬化。因此，波伊納靈光一閃：這樣說(shuō)來(lái)，為什么不嘗試用PTB來(lái)提取糞石中的DNA成分呢？

PTB發(fā)揮了神奇的效用，最終科學(xué)家們得以分離出DNA，將糞石研究又向前推進(jìn)了一步。通過(guò)分析該動(dòng)物的食物結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們可以更好地重現(xiàn)兩萬(wàn)年前其居住地的氣候環(huán)境，與今天相比，當(dāng)時(shí)的氣候要干燥得多。

人類(lèi)祖先的糞便

波伊納提出的研究開(kāi)拓了一個(gè)前景廣闊的新領(lǐng)域。

海因茲洞穴年代古老，位于德克薩斯州南部，在那里曾發(fā)掘了上萬(wàn)個(gè)人類(lèi)糞石?？脊艑W(xué)家們?cè)敿?xì)研究了波伊納的結(jié)論，提議在這些人類(lèi)糞石中尋找DNA的蛛絲馬跡。

20世紀(jì)七十年代中期，考古學(xué)家沃恩·勃朗特負(fù)責(zé)海因茲洞穴的發(fā)掘工作。洞中環(huán)境干燥，在過(guò)去的九千年里，這個(gè)洞穴成為數(shù)代早期人類(lèi)獵食者和采集者的庇護(hù)所。因此，洞中遺留有超過(guò)兩千塊類(lèi)似牛糞的化石，這對(duì)于科學(xué)研究來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一項(xiàng)寶貴的財(cái)富。勃朗特推測(cè)，早期美洲人類(lèi)的消化功能非常強(qiáng)大，消化植物纖維的能力是現(xiàn)代美國(guó)人的15倍。勃朗特還利用顯微鏡做了相關(guān)觀察和分析，確認(rèn)含有糞石殘?jiān)某恋砦锏某煞郑贸龅慕Y(jié)論是早期人類(lèi)主要以沙漠中的植物為食，比如龍舌蘭和木薯。

那么放大其中包含的DNA成分是不是還可以為我們提供更多的新信息？波伊納和他的合作團(tuán)隊(duì)分析研究了三個(gè)兩千多年前形成的糞石，其中線粒體DNA序列（也叫做單倍群）顯示這三個(gè)樣本分屬于三個(gè)不同的人，他們都是今天北美原住民的近親。與此同時(shí)，獲取的這些DNA序列也印證并豐富了勃朗特的研究成果：早期人類(lèi)的食物包括有刺灌木、橡實(shí)、向日葵和一種果實(shí)可以食用的茄科植物。

考古經(jīng)驗(yàn)豐富的波伊納進(jìn)而在糞石中找到了小型嚙齒目動(dòng)物的牙齒和骨骼殘屑，另外還有魚(yú)刺及一些屬于歐洲盤(pán)羊或者是大角羊的基因序列，還有美洲羚羊和棉尾兔的基因序列。因此，早期人類(lèi)也從事一些捕捉大型動(dòng)物的狩獵活動(dòng)。

近代以來(lái)，分子生物學(xué)領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)展，這些史前糞便也成為古生物學(xué)研究的重點(diǎn)。

[譯自西班牙《muy》]