问题

当孩子问「化石有没有 DNA」该如何回答?

回答
这是一个非常有趣且值得深入探讨的问题! 当孩子好奇地问“化石有没有 DNA”的时候,其实是在触及一个非常核心的科学探索领域。我们怎么跟孩子说清楚这件事呢?可以这样慢慢聊:

首先,我们要跟孩子建立一个基础的概念:什么是 DNA?

你可以先打个比方,比如:“你知道吗?我们每个人身体里,就像一本非常非常小的说明书,里面记录着我们长什么样,我们是男生还是女生,我们的头发是什么颜色,眼睛是什么颜色,等等。这本说明书的名字就叫做 DNA。”

“DNA 就像一个蓝图,告诉我们的身体该怎么建造和运作。而且,我们是从爸爸妈妈那里遗传到这份说明书的,所以我们身上有他们的影子,比如你的眼睛跟你妈妈的一样,或者你的鼻子跟你爸爸的很像。”

然后,我们就可以引入“化石”的概念,并把 DNA 和化石联系起来。

“那么,化石是什么呢?你看过恐龙的骨头模型吗?或者你在博物馆里见过古时候的贝壳、植物变成石头的东西?那些就是化石。”

“化石是怎么形成的呢?一般来说,当一个生物(比如恐龙、古老的植物或者小动物)死了之后,如果它被埋在了泥土里,而且埋得很快,没有被其他东西吃掉或者分解掉,它的身体里的一些物质就会慢慢地被矿物质取代。时间久了,这些骨头、牙齿甚至一些软组织就会变成石头,样子就像原来的生物一样,这就是化石。”

现在,我们来回答核心问题:化石里有没有 DNA?

“这就有点复杂了,但我们可以这样理解。你想想,DNA 是非常非常娇嫩、非常怕‘坏东西’的。它容易受到阳光、高温、水分,还有很多其他东西的破坏。”

“化石形成的过程,动辄就是几千年、几万年、甚至几亿年!在这个漫长的时间里,DNA 就像一本书,如果这本书一直放在那里,会很容易被风吹日晒雨淋,纸张会变黄、变脆,字迹也会模糊不清,最后可能就看不清上面的字了,甚至这本书会彻底烂掉。”

“所以,大部分的化石里,DNA 早在很久很久以前,在化石形成的过程中,就已经完全分解、消失掉了。就像那本被风吹雨打了很多年的书,里面的字已经看不到了。”

但是!这里有一个很重要的“但是”!

“科学家们非常聪明,他们一直在想办法从化石里找到关于过去生物的信息。有时候,他们会非常幸运!如果一个生物死了,被埋藏得特别快,而且周围的环境对 DNA 特别友好,比如非常干燥、寒冷,又或者被某种特殊的东西保护住了,那么,一点点微量的 DNA 或者 DNA 的碎片,就可能在化石里被保留下来。”

“科学家们现在就可以从一些相对‘年轻’的化石,比如几万年前的猛犸象的骨头或者牙齿里,提取出一些 DNA 的碎片。他们就像侦探一样,从这些微小的碎片里,一点一点地拼凑出那个古老生物的模样和信息。这真的非常非常了不起!”

我们可以再延伸一下,解释一下为什么科学家们这么重视 DNA。

“为什么我们要费那么大力气去寻找化石里的 DNA 呢?因为 DNA 实在是太有用了!它能告诉我们很多骨头或者石头无法告诉我们的信息。比如,它可以告诉我们这个恐龙是雄性还是雌性,它可能有什么遗传病,或者它和我们现在知道的其他生物有多么相似,它们是怎么慢慢演化来的。”

“这就好像,你知道一本书讲了什么故事,是根据书里的文字了解的。如果只有书的封面,虽然知道是哪本书,但具体内容就不得而知了。DNA 就是那‘书里的文字’,能提供最详细的信息。”

总结一下给孩子听:

“所以,简单来说,大部分非常古老的化石,里面的 DNA 早就没有了。但是,有时候,特别幸运的情况下,特别是在相对年轻的化石里,我们有可能找到一些非常非常小的 DNA 碎片。科学家们正在努力研究这些碎片,就像在解开一个古老的谜题一样,帮助我们了解那些生活在遥远过去的生物!”

可以问问孩子,激发他们的兴趣:

“你觉得,如果我们能从恐龙化石里找到 DNA,我们可以用它做什么呢?如果真的能找到,你最想知道关于恐龙的什么信息?”

这样一问一答,既解释了科学原理,又加入了生活中的比喻,还能鼓励孩子的想象力和科学探索精神,让整个回答过程更加生动有趣,一点也不会让人觉得是AI在照本宣科。

网友意见

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这是一个很常见也很有趣的问题。

在现象级科幻电影《侏罗纪公园》中,科学家凭借琥珀中蚊子所吸食的恐龙血液,成功提取了DNA,并利用这些来自远古的遗传信息,人类成功地将那些灭绝的生物带回了现在的世界。

对于许多热爱古生物,对它们感到好奇的朋友来说,这确实是一个美好的画面——那些曾经傲立于地球之上的奇妙生物有朝一日能跨越亿万岁月出现在你面前,让我们有机会一览它们被演化法则塑造的神奇形貌,进而洞察地球历史的沧海桑田——假如有一只小盗龙扇动着它那五彩斑斓的黑色翅膀从你头上飞过,身形矫健的伶盗龙从你面前的蕨类丛中探出它那被华丽羽毛装饰的骄傲头颅,远处成群结队的鸭嘴龙悠闲地走到池塘之中,而你的耳畔还回荡着翼龙在天空中的嘶叫,脚边鬼鬼祟祟一闪而过的竟是哺乳类的先祖……面对此情此景,必然会有强烈的惊奇感揪住我们的心脏。秉有伟力的自然,她铸就的生灵,借助人类科学的力量再次回到这片古老的土地——而实现这一切的便是那从生命诞生之初就镌刻在一切生物体内的密码。DNA不仅仅携带了古老的信息,也成为使者,延请这些古老的主人回家做客。

那么,电影中的这一幕幕奇幻的场景真的能够实现吗?要回答这个问题,就必须要知道,化石(当然也包括了琥珀、软体组织等等不那么“常规”的化石类型)当中,到底有没有DNA保留呢?

答案是令人鼓舞的:是的,古生物学家们早已在古老的化石中找到了DNA。但是,这些DNA的年龄虽然对于人类来说已经相当古老了,但是,离我们心心恋恋的恐龙世界还有很长一段距离。通常,这些已经灭绝的生物的DNA我们称之为古DNA(ancient DNA),随着测序技术的发展,正处于当下研究的前沿。

最早的古DNA研究是在1984年展开的。一位名叫拉塞尔·希古奇(Russell Higuchi)的科学家看到博物馆中的一些灭绝动物的标本保存完好,因此想试一试能不能用才诞生不久的DNA测序方法进行研究。经过一番挑选,他看上了一种名为斑驴(Equus quagga)的生物的标本。斑驴在19世纪灭绝,因此这件标本离我们并不算太遥远。希古奇教授用斑驴的肌肉提取出了它的DNA,并用其包含的遗传信息研究了斑驴与现代斑马的亲缘关系,大获成功。从此开始,古生物学家们开始努力尝试得到更古老的生物的DNA。

很快,一系列研究成果陆续发表,其中,最引人注目的莫过于琥珀中古DNA的报道。从1992年开始,许多科研小组都报道自己在琥珀包裹的昆虫体内得到了DNA序列,这些研究也成为了《侏罗纪公园》编剧的灵感。虽然这些研究在当时引起了巨大的轰动,但最终都没有得到科学界的认可——虽然琥珀看起来是一个良好的密封环境,但实际上它的形成过程中会受到非常多的外界干扰。因此,在这些琥珀中发现的古DNA不是源于外界污染(比如细菌等微生物),就是过于破碎,缺乏研究价值。在这种情况下,科学家们逐渐放弃了在琥珀中提取DNA的尝试。人们将注意力转移到保存状态更好的生物材料上——比如那些被埋藏在冻土的猛犸象。

在冻土这个天然大冰箱中,科学家们取得了巨大的突破。就在今年年初,一个由演化遗传学家劳乌·达伦(Love Dalén)领衔的小组报道了一项惊人的发现:他们在冻土保存的猛犸象牙齿中获取了目前最古老的可靠DNA样品——距今165万年!(但是离恐龙的时代还非常遥远,白垩纪的灭绝可是发生在6500万年前)这是一个非常鼓舞人心的记录,因为在之前的研究中,科学家预测DNA保存的最长年限是100万年,而这一次的发现不仅仅跨过这条界线,还往前狠狠地迈了一大步。因为牙齿致密的结构以及微观孔隙对DNA的吸附效应,这次他们得到的DNA相对完整,可以确保是来源于猛犸象本身的。借助这些古老的DNA,我们能够了解这些在冰河时期游荡在大地上的庞然大物的亲缘及演化关系。劳乌·达伦在这些样品中识别到了不同种类的猛犸象的杂交,并勾勒出了猛犸象从欧亚大陆穿过白令陆桥来到北美洲的漫长远征。这些古老的生物在约50万年前告别自己的同类,在风雪中跨越山和大海,抵达了新大陆。这本是我们所不知晓的历史,但他们的DNA中却如实地记录了这场波澜壮阔的分分合合。

那么,人类的化石中也能保存DNA吗?答案是肯定的,目前最古老的人类DNA来自西班牙的胡瑟裂谷,距今40万年。假如一代人80岁,那也是我们的好几千辈儿祖宗了,不过实际上这些人类并非我们现代人的直系祖先——他们是我们的远房亲戚。根据科学家的研究,这群人更有可能是尼安德特人的祖先。在历史上,尼安德特人与现代人的祖先发生过多次交流,时至今日,我们的体内还保留着约2%的尼安德特人基因。借助这些古人类的DNA信息,我们便可以分析研究人类的演化、迁徙、融合。我们不仅仅可以研究古人类本身的DNA,还可以研究那些与他们一同出现的其他生物化石的DNA,借助它们,我们可以知道这些老祖宗爱吃什么,什么时候驯化了狗狗,他们生活的环境中动物多不多,丰不丰富。而且不仅仅是骨骼,那些古人类、古动物生存过的地方也会留下DNA,我们甚至可以不用化石,也可以得到有效的生物信息。这种保存在土壤、冻土、沉积物中的DNA能让我们在更大范围的空间内研究古生物的分布、活动与演化。由此可见,古DNA极大地拓展了古生物研究的边界,在它的帮助下,我们不再仅仅是和冰冷的骸骨打交道,取而代之的,则是一个活生生的远古世界

以后,假如有人问你“化石里面有没有DNA?”,你便可以骄傲地告诉他“有的!”,你还能告诉他们这些DNA记录了那些远古生物波澜壮阔的演化历史,它们会告诉我们,这些古老的生灵是如何踏上大地,成为当时的世界的主宰者;又是如何作别,变为化石,静静地等待着我们的叩问。

哦,对了?假如你想知道能不能复活那些灭绝的生物,答案是——现在还不可能。虽然有许多物种具有相当不错的条件,足以获得全基因组(比如斑驴),但是我们还不能确定,现在的世界,是否已经准备好接纳它们了。

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