科學家破譯象牙資訊，重制猛犸象的生活

科學家們首次破譯了古代象牙中的一種化學物質，揭示了前所未有的豐富史前傳記。

作者：紮克·聖喬治

裂開的猛犸象牙（前景）被放置在阿拉斯加費爾班克斯大學的阿拉斯加穩定同位素研究實驗室。在背景中，研究人員Karen Spaleta準備了一塊猛犸象牙齒的碎片進行同位素分析，這将揭示猛犸象的完整生活史。攝影：JR Ancheta，阿拉斯加大學費爾班克斯分校

象牙記錄了猛犸象的生活故事。牙齒從巨大的床上萌芽，然後細胞分裂，甚至每天。

"象牙的尖端屬于年輕的猛犸象，"阿拉斯加費爾班克斯大學的生态學家馬修·伍勒（Matthew Wooller）說。介于兩者之間的一切都濃縮了猛犸象的生命。"Ivory記錄了主人的旅行，飲食甚至死亡。這個概念很簡單，很難獲得象牙的化學成分并加以解釋。

Wooller的研究團隊正在這樣做。他們分析了大約17，000年前猛犸象的象牙，發現了它們從出生到死亡的活動細節。該團隊還追溯了猛犸象在阿拉斯加冰河時代28年的旅程，标志着科學家首次如此精細地重建了猛犸象的生活史。

這項研究最近發表在《科學》雜志上，提供了猛犸象如何生活的線索，包括它們與人類的可能互動。這項工作還可以幫助解釋為什麼這些标志性動物最終滅絕，以及當今的大型哺乳動物如何應對穩步變暖的世界。

範德比爾特大學（Vanderbilt University）的古生物學家拉裡薩·德桑蒂斯（Larissa DeSantis）表示，研究人員已經盡可能地重制了猛犸象的生活，但無法"回去給猛犸象戴上GPS項圈"。DeSantis沒有參與這項研究。

"單獨閱讀這篇論文，我覺得世界知名的動物學家珍·古道爾（Jane Goodall）正在觀察這些動物。

猛犸象牙的分析

2018年夏天，我在伍勒的辦公室見到了他，當時他是阿拉斯加同位素研究實驗室的負責人。同位素是具有相同質子數的不同核素，不同中子數的不同元素以及略微不同的原子品質。近年來，科學家利用同位素重建了古代人類的飲食，破解了謀殺案，甚至确定了毒品走私路線。

"這是一個蓬勃發展的行業，"Wooller說。

伍勒後來在一封電子郵件中寫道，他的名字與他的最新主題驚人地相似。（"我們稱它為Wooller Mammoth，"該論文的合著者，佛羅裡達州古生物學家Gregory Erickson開玩笑說。但這隻是一個相似的名字;伍勒的頭發和臉都很幹淨，他的眼鏡穿得很整齊，他有一種純正的英國口音。

他帶我走出辦公室，穿過走廊去實驗室。實驗室的硬币上挂着圓柱體，骨頭和碎片。在房間中間的黑色試驗台上，有一頭猛犸象的象牙，長約1.7米，比我的胳膊還粗。它從中間垂直分裂，就像一個長長的熱狗面包螺旋。

Wooller解釋說，象牙具有非常獨特的内層結構，看起來像一堆冰淇淋蛋筒，但其外層的層之間的劃分是不規則的。為了捕捉象牙的完整化學記錄，該團隊需要從象牙的中心對其進行采樣。該項目的第一個挑戰是用鋼帶打開彎曲的22公斤象牙。"我們折斷了幾把鋸片，"他說。

在鋸掉象牙後，研究小組從其中心切下一塊楔形切片，每片5厘米長，然後将其塞進實驗室側面的機器中。該機器稱為雷射燒蝕多接收器電感耦合等離子體質譜儀，它使用雷射蒸發或熔化微小的材料。然後分析所得化學物質的原子品質。

該機器可以讀取每厘米内的幾個同位素讀數，提供其他方法無法提供的詳細資訊。慢慢地，它的雷射在象牙上畫了一個點狀的軌迹，梳理了象牙碎片中的化學線索。

"就像一個化學GPS"

氡的同位素是這項研究的核心。動物通過食用從地下岩石中吸收氡的植物來獲得氡。不同的地質區域具有不同的氡同位素特征。雖然阿拉斯加的氣候自更新世以來發生了巨大變化，但其地質結構并沒有改變。當猛犸象在陸地上進食時，密封在象牙中的氡氣成為它的旅行記錄。象牙"就像一個化學GPS，"Wooller說，這是一個34萬件的GPS。

"這是超高分辨率的資料，就像使用雷射觀察猛犸象牙上的日常钽同位素一樣，"該研究的聯合負責人，渥太華大學的地球化學家Clément Bataille說。

為了将氡的資料點與地圖上的實際位置聯系起來，Wooller的團隊還使用了現代阿拉斯加田鼠。阿拉斯加大學的北方博物館收藏了這種小型食草齧齒動物。它們通常不會走得太遠，是以它們牙齒中的氡氣很好地代表了它們所居住的地質區域。"這些小老鼠就像公民科學家，"伍勒說。"他們正在實地對局勢進行抽樣。

當時在沃勒實驗室（Worler Lab）攻讀博士學位的巴塔耶（Bataille）和朱麗葉·芬克（Juliette Funck）使用田鼠資料繪制了阿拉斯加的氡氣圖。然後，Bataille建立了一個模型，将象牙上的資料點與地圖相關聯。伍勒指出，該模型考慮了某些實體現實，例如猛犸象無法飛行或爬上懸崖，"是以可以排除某些景觀。巴塔耶開始追蹤猛犸象的死亡，逐漸追蹤其起源。

剛讀這篇論文，我就覺得珍·古道爾在看這些動物。

當Wooller和他的同僚們努力追蹤猛犸象的活動時，加州大學聖克魯茲分校的Beth Shapiro和Katie Moon從猛犸象化石中提取了古代DNA的片段，以了解它們的性别。他們還使用放射性碳測年法來确定其誕生的世紀。

在佛羅裡達州立大學，埃裡克森分析了由季節變化引起的象牙微小條紋，甚至日常活動和睡眠周期，标志着猛犸象生命的歲月和日子。這些細節共同将象牙中所含的化學物質變成了一本前所未有的豐富的冰河時代傳記，一個關于家庭、移民和過早死亡的故事。

追随Kik的腳步

該團隊綽号猛犸象Kik，這是一頭雄性猛犸象，出生于17，100年前，位于現在的阿拉斯加東北部。它誕生于更新世最後一個冰河時代的開始。阿拉斯加和俄羅斯之間有一片廣闊的平原，冰川因為太幹燥而無法形成。科學家們正在争論這個地區是什麼樣子，這裡發現的大量化石（野牛，猛犸象，馴鹿，馬，牦牛和獅子）表明它就像寒冷中的塞倫蓋蒂。這片土地上覆寫着草，輕松的草和灌木青蒿素，科學家現在稱之為猛犸草原。

Kik在阿拉斯加内陸布魯克斯山脈以南的一小片地區度過了他生命的最初幾年。它在兩歲時斷奶，碳和氧同位素記錄了這種飲食變化。在接下來的幾年中，其活動範圍擴大了。Wooller說，它似乎更喜歡在低地度過冬天，夏天在山上度過 - 也許是為了避免昆蟲叮咬。

它來回移動，其遷徙模式反映了現代非洲大象的運動。長期以來，科學家們一直在推測這一點。"我們研究了大象的活動，以推測猛犸象在這片土地上可能會做什麼，"他說。"但直到現在，還沒有證據。

Kik的經曆可能以另一種方式很好地反映了現代大象的情況："當它是一頭年輕的猛犸象時，它可能是大象群的一員，"Wooller說。猛犸象一定是和母親一起度過了童年，也可能是和一大群其他雌性和年輕的猛犸象一起度過的。事實上，跟蹤年輕的Kiks也意味着跟蹤它所在的象群。

當Kik16歲時，他的軌迹突然改變了。事實上，當雄性非洲象和亞洲象達到性成熟時，它們會離開象群四處遊蕩，要麼獨自一人，要麼與其他雄性大象成群結隊。Kik也是如此。它開始向更遠的地方移動，穿過布魯克斯山脈西部邊緣的山口到阿拉斯加的北坡，這仍然是馴鹿群遷徙的唯一途徑。

"他們曾經與猛犸象一起遷徙，"伍勒說。"我認為這是一個整潔的場景。

該團隊研究的最後一個同位素打開了Kik故事的結果。在它27歲生日的夏天，它牙齒中的氮同位素開始發生變化。不同的食物産生不同的氮同位素特征，自那年夏天以來，Kik的氮同位素一直與捕食者相似。對于草食性猛犸象來說，這隻能意味着一件事：Kik正在消耗自己。它正在遭受饑餓。

阿拉斯加大學費爾班克斯分校（University of Alaska Fairbanks）的四世紀科學家、該研究的合著者丹尼爾·曼恩（Daniel Mann）說，有時年長的大象會挨餓，因為它們的牙齒太磨損而無法使用。但Kik還很年輕，象牙是在猛犸象頭骨的碎片旁邊發現的，這使得科學家能夠檢查牙齒，看看它們是否處于良好狀态。"我懷疑它以某種方式受到了傷害，"曼恩談到猛犸象時說。

在生命的最後一年的秋天，Kik從現在的阿拉斯加南部半島出發前往布魯克斯山脈的東北側。它停在那裡，整個冬天都在科爾維爾河以西的沙丘地區漫遊。然後，在冬末或早春，它來到了科爾維爾河（簡稱Kikiakrorak河）支流雕刻而成的淺峽谷的邊緣，在那裡它結束了它的生命，并在那裡沉睡了17，000年。

舊線索預示着未來的災難

"擁有這樣一個單一動物的資料集真是太神奇了。育空古生物學家格蘭特·紮祖拉（Grant Zazula）說，他沒有參與這項研究。"這将真正為阿拉斯加和育空地區的新項目開辟許多機會，那裡有非常豐富的化石可供研究。

同位素研究還可以幫助解決猛犸象最大的謎團之一：為什麼它們會滅絕。許多科學家認為，人類獵人是猛犸象和許多其他大型哺乳動物在更新世晚期和早期滅絕的原因。這種"過度殺戮"假說的支援者認為，即使是一小群人也可以殺死這種繁殖緩慢的哺乳動物。其他科學家認為，氣候變化在物種滅絕中發揮了更大的作用。

伍勒說，雖然Kik的故事沒有涉及這場辯論，但它确實指出了人類捕食和氣候變化的可能影響。

該地區人類存在的最早明确證據發生在大約14，000年前，即Kik死後數千年。考古學家一直在争論人類何時到達北美，但猛犸象直到大約13，000年前才在阿拉斯加大陸滅絕，是以猛犸象和人類可能在那裡共存了1000多年。

北美野牛和加拿大馬鹿似乎是獵人的首選目标，該研究的共同作者，北方博物館的考古學家Joshua Reuther說。Kik遵循固定遷移路線的事實表明，猛犸象也可能是一個非常有吸引力的目标。"社群動物比駝鹿等孤獨的動物更可靠，"他說。

在Kik死後的數千年裡，猛犸草原慢慢地生長着樹木，減少了猛犸象最喜歡的栖息地，限制了它們在陸地上的活動，甚至可能迫使它們更接近新的和危險的獵人。它還表明了現代動物可能面臨的壓力，因為氣候變化會導緻生态系統的突然變化。科學家說，阿拉斯加不斷變化的氣候導緻馴鹿的活動發生了變化，馴鹿是猛犸象的古老遷徙夥伴。

"我們生活在一個人類和氣候變化都對動物産生影響的世界裡，"德桑蒂斯說。"如果這是導緻更新世的大型動物滅絕的緻命組合，那麼我們真的需要謹慎。

（譯者：陌生人身上的鮮花）