约240万年前，一头现已灭绝的巨型幼象曾在东非马拉维湖湖畔的草地上漫步。如今，科学家通过研究发现，这头幼象生前以艾草树皮和桑叶为食，且可能在遭受感染后死亡。

远古动物牙齿中的牙本质（左上）等化石材料的微量样本中，含有可反映其食谱与栖息地的分子特征。图片来源：TIMOTHY BROMAGE AND BIN HU/NYU DENTISTRY

近日发表于《自然》的一项研究指出，这头大象以及其他数百万年前动物的骨骼和牙齿化石中均含有代谢物，即生物体内代谢过程产生的微小副产物。这些化合物能够揭示远古环境的诸多隐藏信息，包括土壤酸碱度、远古病原体等细节。

生物体内的代谢物来源于基础化学反应、日常摄入食物以及生物应对感染、营养不良等外界刺激时产生的反应。在研究现生动物时，科研人员通常会从血液、尿液等体液中提取代谢物，但这一方法显然无法应用于化石研究。不过，近年来部分研究发现，一些代谢物能够在生物死亡后留存于骨骼遗骸中。去年发表的一篇论文就指出，吸烟会在人体骨骼中留下独特的、可长期保存的代谢特征。

那么，骨骼、牙齿这类多孔硬组织，能否在极长时间尺度内包裹并保存代谢物？论文第一作者、美国纽约大学的生物人类学家Tim Bromage设想，在硬组织生长过程中，血液会将代谢物输送至其内部，而这些分子会无意间被困在硬组织粗糙多孔的结构里。

为验证这一猜想，Bromage和同事对出土于古人类遗址附近的动物骨骼和牙齿化石展开研究，涉及遗址包括坦桑尼亚的奥杜瓦伊峡谷、南非的马卡潘斯盖特，以及马拉维的奇旺多层。这些化石的年代跨度介于130万年至300万年之间。研究人员借助质谱仪对每块化石的微量样本进行检测，以确定其精准的化学成分。在识别出样本中潜在的代谢物后，他们将这些物质与现生近缘物种的已知化合物数据库进行比对。

令人惊讶的是，分析结果显示，每个样本中都含有数千种代谢物，其中数百种能与现生生物的化合物精准匹配。

这些研究结果为人类揭示了远古动物生活的诸多细节。例如，多具化石的主人经鉴定为雌性动物。从奥杜瓦伊峡谷出土的两只沙鼠和一只松鼠的化石中，均检测到与雌激素代写相关基因对应的代谢物；另一块取自猫头鹰粪便中的沙鼠骨骼化石，也含有可证明其雌性身份的化学标记。

通过进一步分析，科学家还发现了远古疾病的痕迹。奥杜瓦伊峡谷的松鼠、奇旺多层的大象及马卡潘斯盖特的牛科动物化石中，均检测到可能与布氏锥虫免疫反应相关的代谢物。布氏锥虫是导致人类患上昏睡病的病原体。

此外，通过将化石中的代谢物与已知植物代谢物进行比对，Bromage团队还重建了部分动物的食谱和生存环境。在一具出土于奥杜瓦伊峡谷、距今180万年的松鼠化石中，研究人员检测到芦笋和芦荟相关的代谢物。这两种植物的生长环境通常是茂密的森林。这一发现为“该遗址曾是被森林与湿地环绕的湿润栖息地”提供了有力佐证。

但美国华盛顿州立大学的生物学家、代谢组学专家David Gang提醒，研究人员在分析化石相关代谢物时需格外谨慎。他指出，想要判断化石中发现的代谢物是来自动物本身还是周边土壤，是一项颇具挑战性的工作。

对此，Bromage和同事通过分析化石周边土壤中的代谢物加以验证。他们发现，沉积物中含有与化石生物同期生存的动植物的远古代谢物，且这些物质同样存在于未受土壤浸染的动物骨骼中。在Bromage看来，这些土壤并非污染源，而是当时地表生物生存状态的真实写照。

尽管对污染问题仍存疑虑，但Gang对古代谢组学的潜力及这项新研究寄予厚望，认为其有望揭开史前时代不为人知的诸多奥秘。“这是一篇极具价值的论文，未来数年，我们实验室一定会围绕它展开讨论，也会将其纳入教学内容与学生分享。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09843-w