你好,这是本兔的第
72
篇推送。
生物晶体中包含的有机物,最早在软体动物壳体中得到证实,在珍珠母的霰石片状晶体中发现了包裹的有机物。
a, 双壳贝江瑶珍珠母的片状晶体,经过次氯酸钠处理。b, 同一贝类的方解石棱柱。珍珠母中包含的蛋白质富含天门冬氨酸,棱柱中包含富含天门冬氨酸的蛋白质和几丁质。
然而最初人们假设这些有机物是捕获在气泡或者晶体的小型空腔中的。
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直到20世纪80年代末,人们才确认这些大分子是一类特殊的糖蛋白,位于生物产生的方解石晶体中。这些生物包括:
棘皮动物
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腕足动物
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以及软体动物
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首先将生物晶体研磨成极细的粉末,再用强氧化剂次氯酸钠
/*NaClO,84消毒液,不要为了增强清洁效果就和洁厕灵一起用*/
除去暴露在外面的有机物。当矿物也被溶解之后,就可以发现有一些蛋白质仍然存在。
随后人们证明了这些所谓的晶体内分子在其他矿化组织中也非常常见,并且通常沿着特定的晶面生长。
/*老专家一篇
science
*/
它们在晶体中的存在改变了其机械性能,
/*老专家虽然看不上nature但还是勉为其难地发了一篇
*/
这是生物体能够从这种特殊结构中获得的至少一项收益。
与发现棘皮动物晶体内大分子的同时,有一项独立于此的发现,是在现生的腕足动物壳体中提取的抗体,可以识别几百万年前的腕足动物晶体内的蛋白质。
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这一信号在将壳体研成粉末并用次氯酸钠溶解了表面有机物之后,仍然存在。因此作者们认为残余的蛋白质是位于晶体之中的。这些研究都展示了晶体内保护生物分子的保护龛,可以在表面有机物降解之后的相当长一段时间内继续保护有机分子。
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晶体内保护龛中存在的有机物大约占质量分数的0.03%到0.1%。主要组份是蛋白质,它们大多富含酸性氨基酸
/*是的,还有碱性氨基酸*/
,并且以共价键的形式键合多糖。这些是相对大的分子,因此晶体也必须足够大才能包裹这些大分子。大多数生物晶体都足够大。一个明显的例外是骨骼类材料(包括牙本质,以及矿化的肌腱),它们的晶体在整个生物矿化领域都算是很小的。(见第5章)
在考古背景中更常见的包含晶体内大分子的无脊椎动物矿化组织包括:
软体动物壳体
/*同上篇science*/
,
鸟蛋壳
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植硅石
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迄今为止还没有关于软体动物壳体和蛋壳中晶体内大分子的研究涉及考古领域。关于蜗牛和蛋壳的稳定同位素和氨基酸消旋的研究很有可能是基于晶体内有机物。
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植硅石包含质量分数1%-5%的有机物包裹于它们的蛋白石矿物相之内。
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由于植硅石的矿物相是无定型的,并不是晶体,因此“晶体内”这个描述是不准确的,但是保护龛的类型相同。包裹的大分子主要是蛋白质。迄今为止,还没有DNA发现。
但是,目前还不能够下结论说植硅石之中并不包含DNA,因为人类并没有竭尽所有的探测手段。如果植硅石之中包含DNA,那就可能局部地重建遗址周围的植被情况,利用植硅石中的DNA。
/*嘛,即使植硅石不包含DNA,也可以局部地重建遗址周围植被情况,见第6章*/
氨基酸消旋测年
尽管人们已经在骨骼、蜗牛壳、蛋壳中的蛋白质上进行了大量的努力进行氨基酸消旋测年(根据左旋氨基酸转化为左旋右旋混合物的进度)的尝试,取得的成果仍然非常有限。
能够提供比较可靠年代的生物组织有两种:鸵鸟蛋壳
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和陆地蜗牛壳
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这些矿化的组织主要包含晶体内蛋白质,以及少量晶体间蛋白质。这意味着这些蛋白质大多处于均一的环境中。也许正是这种均一的环境使得蛋白质可以以一种恒定的方式进行消旋反应。
古环境重建
陆地蜗牛、蛋壳、以及植硅石的晶体内大分子的稳定同位素组成包含了古代环境的信息。利用碳稳定同位素来重建古代环境的原理:通常植物有两种不同的光合作用途径,C3和C4,这两种途径对同位素的分馏程度是不同的。此外,某一地区C3和C4植物的比例反应了当地的气候条件。夏季温度高、土壤湿度低的地区,C4植物的比例就会比较高。
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陆地蜗牛和鸵鸟都以当地植物为食。因此其中的稳定同位素组成能够反映当地的植被。
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