霸王龙骨折肋骨中血管结构的原位分析揭示恐龙骨骼愈合的血管生成机制

本研究通过同步辐射显微CT(SR-μCT)结合X射线荧光(XRF)和近边吸收结构(XANES)等先进技术，首次对加拿大晚白垩纪霸王龙(RSKM P2523.8)骨折肋骨中的血管样结构进行原位三维形态与化学分析。研究发现这些结构由黄铁矿氧化形成的针铁矿(FeO(OH))和赤铁矿(Fe2O3)双层矿化铸型组成，其独特性状和仅存于骨折区域的特征表明其血管生成(Angiogenesis)起源，为恐龙骨骼愈合机制研究提供了新靶点。

　　

在古生物学领域，恐龙软组织的保存机制一直是未解之谜。虽然以往研究曾报道过哈弗斯管(Haversian canals)中的血管残余，但对骨折愈合过程中产生的血管网络却鲜有认知。加拿大皇家萨斯喀彻温博物馆收藏的霸王龙标本RSKM P2523.8——迄今发现的最大且保存最完整的暴龙个体之一，其肋骨骨折处为破解这一难题提供了独特窗口。

为探究恐龙骨骼愈合的生物学过程，萨斯喀彻温大学联合加拿大光源中心的研究团队采用多尺度分析方法：通过同步辐射显微CT实现17.82μm分辨率的原位三维重建；结合X射线荧光图谱定位铁、硫等元素分布；利用X射线近边吸收谱分析铁化学价态；辅以光学显微镜和扫描电镜(SEM)进行微观形貌表征。所有分析均在保持化石原始状态的前提下完成。

样本概述
骨折肋骨显示明显的愈合骨痂(callus)，薄片分析识别出三个骨组织区域：髓质边缘的粉碎区(Zone 1)、皮质骨外缘的完整哈弗系统(Zone 2)和新生骨痂区(Zone 3)。反射显微镜揭示两代黄铁矿：首代为细粒莓球状，次代为粗晶态，两者间存在氧化形成的"锈层"。

三维断层成像
同步辐射CT首次捕捉到直径100-500μm的蜿蜒高密度结构，从骨松质区垂直穿越骨单位延伸至骨痂。这些结构仅在骨折区域出现，其分支模式与小鼠骨折血管生成实验高度相似。更大直径(1mm)的管状结构存在于骨痂附近，通过阈值渲染构建的三维模型显示其部分矿化、部分中空的典型铸型特征。

化学显微分析
SEM-EDS显示血管铸型以铁、氧为主，含硫斑块。同步辐射XRF证实铁为最优势元素，锰、铅等微量存在。XANES拟合揭示主体成分为三价铁羟基氧化物(95.6%针铁矿)，硫热点区则含88%黄铁矿(FeS₂)与磁铁矿混合相。双层沉积结构明显：内层为部分氧化的粗晶黄铁矿，外层为完全氧化的细粒针铁矿。

讨论与意义
研究团队提出创新性成岩路径：骨折血管在埋藏初期被细粒黄铁矿充填，后期氧化形成针铁矿/赤铁矿双层结构。铁元素可能源自血液血红蛋白(hemoglobin)中的三价铁，而血管的大表面积加速了矿化过程。该发现不仅首次证实恐龙骨折愈合中的血管生成现象，更建立了病理骨骼作为软组织研究新靶点的价值——骨折区域因血管密度增高而更易保存矿化结构。

这项发表于《Scientific Reports》的研究开创性地将同步辐射原位分析应用于古病理学，其技术路线(如SR-μCT与μXANES联用)为未来探索恐龙生理学设立了新标准。团队特别指出，大型标本的病理骨骼可能蕴含更丰富的血管网络，这将成为后续研究的重要方向。通过对比现生鳄类与鸟类的骨折愈合血管，或将重构血管生成在恐龙演化中的关键作用。