大部分化石是无色的。远古的生物体也许正和我们现在所看到的许多鸟类和动物一样色彩斑斓，但化石上却没有记录它们的颜色，这是因为生物的软组织在漫长的地质年代遭到了破坏。一些化石的表面确实隐约可见某种色泽，但我们无法确定这些色泽是生物的本身颜色呢，还是由于像铁矿化等地质过程所造成的。现在有关引起化石表层色泽的分子的最新生物化学资料不仅揭示了化石颜色是如何经历了亿万年还没有衰退的，而且这些分子对于深入了解远古时期的环境意义重大。

我们现在所得知的有关化石颜色的大部分知识是从对于一类名叫腕足类的海底无脊椎动物的外壳调查中得来的。腕足类动物出现于55亿年前，它的数量极多，因为它们存在于各个时期的化石记录中，所以古生物学家对它们极感兴趣。现在的海洋中生存着大约四百种不同类型的腕足类动物，它们的壳上色彩斑斓，从深红色一直到粉红色和棕色，应有尽有。这些颜色在化石作用过程中能保存下来吗？

早在19世纪古生物学家便首次发现了化石表面有灰白色的颜色图案的残迹。这激发了他们对干腕足类动物化石表面颜色的研究。但如果色彩总是和软组织有关联，而软组织又是无法贮存的，那么那些颜色图案是如何保存下来的呢？1989年哥拉斯哥大学我们的研究小组开始着手解决这一问题，我们对组成腕足类动物壳的数不清的方解石晶粒里的分子进行了研究。在这些晶粒中，镶嵌着一些其它的分子，例如蛋白质分子，脂类分子和碳水化合物分子。把这些镶嵌在晶体内的分子分离出来困难重重。蛋白质隔膜将这些分子吸引在一起，分解晶粒就必须把隔膜破坏，同时需要在一种组织液中溶解掉它表面的剩余分子，然后必须小心翼翼地从溶液中分离出晶粒里的分子。

1990年，我们用这种方法从一只活的腕足类动物壳中分离出来了三种不同类型的蛋白质分子。我们通过加入抵抗它们的抗体来检查分子是否是从晶粒中分离出来的。结果发现直到晶粒溶解时抗体才发生反应，所以分子肯定是位于晶粒内，而不是处于它的表面。我们并没有着手去寻找有色分子，但我们的结果样品却呈现出深红色。很明显它其中包含有导致亮面呈现深红色的分子。当我们用分析化学中的一种办法将它们分离出来时，我们发现它是一种含有70个氨基酸和二个相接的类胡萝卜素的蛋白质。类胡萝卜素由碳水分子的长链组成，它使动物或植物呈现桔红色或红色，例如西红柿和胡萝卜。

自从我们最初的研究后，我们已从相隔甚远的日本和新西兰的6种红色的活腕足类动物中找到了同样的含类胡萝卜素的蛋白质。每一个种类中分子的氨基酸部分如此相似，以至于我们推定它们是同样的分子。相反，在其它10种无色的腕足类动物中，我们没有发现蛋白质或是类胡萝卜素。

含有类胡萝卜素的分子位于晶粒内部，而不是晶粒之间。这为我们解决为什么颜色图案能保存上亿年这一问题提供了重要的线索。1984年，哥拉斯哥大学的艾伦 · 威廉斯在他关于腕足类化石的研究中表明，即使在一些50多亿年前段早的化石中仍然可以通过电子显微镜发现其中含有方解石晶粒。当其它的软组织随着时间的推移消亡时，晶粒看上去仿佛起到密封胶褒的作用，它保护着含有类胡萝卜素的蛋白质分子和其它的分子。在苏格兰奥本附近的但斯塔尼斯海洋实验室工作的麦特胡 · 科林斯的研究表明，当细菌侵入壳内时，位于晶粒之间的分子在一年内便遭到了破坏。但细菌不能轻易地穿透方解石。

1988年，奥里根大学的阿特 · 鲍科特和瓦瑟大学的杰裘德 · 比纳特发现保存了40亿年的腕足类动物身上的颜色图案。通常壳表面只显示出原来颜色图案的位置，而颜色本身已经褪成模糊的棕色或黑色。这些变化也许是由于碳碳双键的断裂或是其它有关色素结构的改变引起的，这改变了它吸收光线的方式。但图案终究还是保存了下来的事实表明原有色案的剩余物是保存在生物晶粒内部的。如果它们改变不是很大，科学家们就有可能恢复它们原有的颜色。

没有尝试过从腕足类动物化石中提取类胡萝卜素。但早在1965年，加利福尼亚的斯卡里普海洋地理学研究所的马克斯 · 布努默的研究就表明从化石上提取出颜色是切实可行的。布努默弄清了17亿年前的海底百合花颜色图案中色素消褪的复杂的化学变化。即使它们受到了特别的保护，这些色素还是分解成了新的化合物。古生物学家正在对此进入深入的研究。

苏格兰中部低地有着储存良好的丰富的化石资源，其中包括腕足类动物的化石。从哥拉斯哥大学而来的我们的小组收集了许多有35亿年历史的腕足类动物化石。初看起来，它们毫无色泽。但是它们反射的光显示出了强烈集中的光带，它们和这些壳的生长光带完全一致。这又使我们的研究进入了另一个领域，因为这些壳是由磷灰石构成的。磷灰石是一种比方解石更加坚硬的地质物质。

我们在腕足类动物的晶粒中还发现了一些脂类和糖类的分子。这些早已僵死的器官的剩余物也许能为这项研究开辟出一块最有趣的领域：重建原古环境的可能性。弗吉尼亚大学的斯蒂文 · 麦克考和奥克拉荷马大学的麦克 · 安吉尔发明了一种准确地测量从壳到骨头的化石分子同位素组成的方法。根据这些检测，他们可以推断出化石所吃的食物。

类胡萝卜素是这项技术极好的候选材料，因为包括腕足类动物在内的动物不能制造出它，它们只能从食物中获得类胡萝卜素。当海水穿过腕足类动物的壳时，它能从中过滤出食物颗粒这食物中含有大量的海藻一一海藻是一种微生物，它能造出大量的色素，包括类胡萝卜素，大部分海藻制造出一些类胡萝卜素，但它们的桔红色或红色被海藻身上主要的叶绿素的绿色给掩盖了。在光合作用中，海藻的色素收集光能并把它转化为化学能。

看起来腕足类动物从海藻中获取了类胡萝卜素，并把它们和蛋白质联在一起，而后把这个复合的分子藏匿在方解石晶粒中。类胡萝卜素应该和制造它们的海藻有着相同的同位素组成。研究人员能够从化石记录中找出这一信息，而后推断出在化石的一生中存在过哪些海藻。因为环境条件——例如温度一对分子稳定的同位素结构有影响，所以研究人员能从化石分子反推出环境情况。这同样可以应用于晶粒内的氨基酸，脂类和糖类分子。依靠一些完备的化石记录，这项工作正在顺利进行。

[New Scientist，1991年11月16日]