羽毛的实验埋藏学分析

Feathers, as soft tissues (not like biomineralized hard parts), have lower potential to form fossils than hard tissues such as bones and teeth. But in the geological record, fossil feathers are not rare. Especially, abundant fossil feathers from Jehol Biota and Yanliao Biota provide unprecedented new evidence on the evolution of feathers in macrostructural, microstructural, ultrastructural and molecular aspects. The complex fossilization processes will surely cause biological data loss, and even produce pseudostructures or diagenetic features. Therefore, experimental taphonomy is crucial to deciphering the the information preserved in fossil feathers. The aim of the proposed research is to investigate the structural and chemical degradation of feathers with two approaches: (1) using elevated pressure and high temperature to simulate the effects of diagenesis on feathers, and collecting samples at different matured degrees; (2) collecting feathers with different degrading states in geothermal hot springs. The combined results of these two approaches will provide valuable references to the interpretation of the original structures and biomolecules preserved in fossil feathers. Besides, the factors that control the silicification of feathers will be investigated, which will provide insight into this special preservation mode of feathers.

羽毛，作为未经生物矿化的软组织，理论上保存潜力不如骨骼和牙齿等硬组织。但在地质记录中，羽毛化石并不罕见，尤其是产自我国热河生物群和燕辽生物群的特异埋藏的羽毛材料，从宏观结构、显微和超微结构，以及分子层面为羽毛的演化提供了证据。羽毛形成化石需要经历复杂的埋藏过程，势必造成原生生物信息的丢失，甚至产生原本不存在的结构。因而正确解析羽毛化石中保存的信息离不开实验埋藏学的研究。本项目拟采用两种方法研究埋藏过程中羽毛结构和化学组成的变化：一种是通过高温高压实验模拟成岩作用对羽毛的影响，设置温度、压力和时间等参数梯度，获取不同降解程度的羽毛；另一种是利用天然热液的极端环境对羽毛的影响，采集处于不同降解阶段的羽毛。两种结果可以互相对比和补充，将为解析羽毛化石所保存的原生生物结构和化学分子提供参考依据。同时对热液条件下羽毛的研究还将增进我们对羽毛硅化这种特殊埋藏方式的认识。

羽毛化石蕴含着羽毛和飞行演化的重要信息，但复杂的埋藏过程势必对羽毛的保存产生了影响，此外，在实验室的处理也可能对化石产生影响。本项目的主要研究内容是高温高压、氢氟酸、地热温泉等极端环境对羽毛的影响。研究发现，经高温高压处理的羽毛会出现与羽毛化石相似的特征，包括黑素体的紧密排列和羽小枝的融合，说明羽毛化石中黑素体的紧密排列与羽小枝的缺失可能是埋藏过程导致的。经氢氟酸处理后，羽毛的红外光谱中酰胺I、II、III、A、B带的峰位基本不变，但对酰胺I带的拟合分析显示羽毛中角蛋白的二级结构发生了明显的改变，说明对于关注二级结构的研究，应考虑氢氟酸处理的副作用。此外，本项目首次发现在地热温泉中，羽毛的内部结构能够硅化，保存细胞级的细节，提示古代地热温泉沉积物可能是寻找特异保存羽毛化石的理想地点。这些发现为埋藏过程及氢氟酸处理对羽毛的影响提供了重要信息，为后续的研究奠定了基础。