史前糞便

中生代距今約為2.5億至6500萬年，直到19世紀，一具具完整的中生代海洋爬行動物化石逐漸發掘出土，在學界引起了強烈反響，人們才認識了這類生物。這些脊椎動物化石的出土，要得益于一位家住在英國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和堅持不懈的精神，挖掘出土了近乎完好無損的兩種史前生物魚龍和蛇頸龍的化石。

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家提出，在中生代的海洋曾居住著種類繁多的爬行動物。可這些動物的生活狀態是怎樣的，以什么為食，為什么后來滅絕了？

科學家們在發掘魚龍和蛇頸龍化石的過程中，還常常找到另外一種“石頭”：形狀細長，有紋理分布，有些呈彎曲狀。起初，這些石頭被命名為“毛糞石”，因為其形似有蹄動物（比如山羊）消化器官中所形成的奇形怪狀的“石頭”。最終，英國首屈一指的地質學家威廉·巴克蘭判定，這些石頭其實是糞便的化石。

巴克蘭將這種石頭命名為糞（化）石，他觀察到糞石中含有魚類的鱗片，有的還含有魚類的牙齒和骨屑。為了進一步研究這些未經消化的食物殘屑，巴克蘭求助于著名化學家威廉·海德·沃勒斯頓。根據沃勒斯頓的研究，糞石中富含磷酸鈣，這就說明糞便“主人”的食物中有相當一部分是骨骼成分，從而推斷出它們是食肉動物。

開辟新領域

這些極具開創性的研究開辟了一片全新的科研領域，即糞便學。起初，這一學科并未受到人們的廣泛接納。糞便學誕生于喬治王時代，人們普遍講求禮數莊重，“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的左右，毫不退縮，決定盡全力投身于這項新的科學領域。他與瑪麗·安寧一起花了數個星期實地勘探萊姆的高崖石壁，后來巴克蘭又踏遍英國找尋其他糞石。經過一系列的調查研究，巴克蘭于1829年2月向地質學會提交了所得的結論：一些糞石中含有體型較小的魚龍脊骨和牙齒，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。他的研究結論向世人展現了中生代海洋爬行動物的生存情景，這無疑是一幅競爭激烈、充滿殺機的畫面。

時至今日，科學家們仍在世界各個角落搜尋各個時期的石化糞便，找到的糞石最早可以追溯到志留紀脊椎動物剛出現的時期，距今約為4億年。由于糞便大多質地柔軟，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。

大多數糞石的特點都是形狀細長，可判斷出是由于推擠壓制而成。了解了糞石的形狀特征，人們立刻轉而關注其他的一些問題，這些糞便變成化石的條件是怎樣的，是什么動物排泄出這些糞便，最關鍵的一點是這些動物的食物結構到底是怎樣的？

它們吃得很好

在顯微鏡下，科學家們觀測到有些糞石中含有種子、樹葉、木頭、軟體動物的殼、魚的鱗片、骨骼或牙齒，這說明糞便來自食肉動物，那些肉食掠食者的排泄物中含有某種物質，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，經過完全礦化作用，這種化合物使得質地柔軟的糞便變成了堅硬的石頭。市場上販賣的糞石有真有假，假的一般都不含有部分消化的食物殘渣和磷酸鈣，這兩樣東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極其困難的工作。波爾德科羅拉多大學的凱倫·陳是這方面的專家，她認為永遠無法百分之百地確定一枚化石的真正“主人”，只能通過分析歷史地理環境、化石體積及其含有的生物成分做出一些假設和猜測。以此為前提，陳判斷在加拿大薩克斯其萬省河流沉積物中發掘的一個巨大糞石屬于暴龍，該化石成分的大部分都含有骨骼的碎屑，這說明暴龍通常要大力咀嚼并咬碎獵物，因而推測他們的消化功能不十分強大。

這種猜測立刻引起了古生物學家亨德里克·波伊納的興趣。波伊納早期專攻兒科醫學，一個偶然的機會，糞石研究引起了他的興趣。波伊納推測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提取糞石的DNA成分，但最終都沒有成功。經過了長達六個月的研究，波伊納終于明白了個中原因：在洞內低溫環境中風干時，糞便植物營養中豐富的糖分與周圍的氨基酸發生了化學反應，這一現象就是著名的美拉德反應，由此形成長長的葡萄糖鏈包裹住了DNA信息。因此，為了獲得DNA，就需要用一種化學藥劑將包裹它的“分子三明治”移除。

1996年，紐約的一個科研團隊發現了一種名為PTB的藥劑，它可以將美拉德反應所生成的化合物與糖尿病患者的動脈壁分離，進而防止管壁硬化。因此，波伊納靈光一閃：這樣說來，為什么不嘗試用PTB來提取糞石中的DNA成分呢？

PTB發揮了神奇的效用，最終科學家們得以分離出DNA，將糞石研究又向前推進了一步。通過分析該動物的食物結構，科學家們可以更好地重現兩萬年前其居住地的氣候環境，與今天相比，當時的氣候要干燥得多。

人類祖先的糞便

波伊納提出的研究開拓了一個前景廣闊的新領域。

海因茲洞穴年代古老，位于德克薩斯州南部，在那里曾發掘了上萬個人類糞石。考古學家們詳細研究了波伊納的結論，提議在這些人類糞石中尋找DNA的蛛絲馬跡。

20世紀七十年代中期，考古學家沃恩·勃朗特負責海因茲洞穴的發掘工作。洞中環境干燥，在過去的九千年里，這個洞穴成為數代早期人類獵食者和采集者的庇護所。因此，洞中遺留有超過兩千塊類似牛糞的化石，這對于科學研究來說無疑是一項寶貴的財富。勃朗特推測，早期美洲人類的消化功能非常強大，消化植物纖維的能力是現代美國人的15倍。勃朗特還利用顯微鏡做了相關觀察和分析，確認含有糞石殘渣的沉淀物的成分，他得出的結論是早期人類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隊分析研究了三個兩千多年前形成的糞石，其中線粒體DNA序列（也叫做單倍群）顯示這三個樣本分屬于三個不同的人，他們都是今天北美原住民的近親。與此同時，獲取的這些DNA序列也印證并豐富了勃朗特的研究成果：早期人類的食物包括有刺灌木、橡實、向日葵和一種果實可以食用的茄科植物。

考古經驗豐富的波伊納進而在糞石中找到了小型嚙齒目動物的牙齒和骨骼殘屑，另外還有魚刺及一些屬于歐洲盤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，早期人類也從事一些捕捉大型動物的狩獵活動。

近代以來，分子生物學領域不斷取得新進展，這些史前糞便也成為古生物學研究的重點。

[譯自西班牙《muy》]