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在琥珀中發現了恐龍時代的遠古鳥類之翼

在《侏羅紀公園》中,科學家從琥珀中的蚊蟲抽取恐龍的DNA來複製恐龍,這在現實中恐怕不可能辦得到,但琥珀還是給了科學家驚喜。琥珀的前身是樹脂,羽毛被樹脂黏在樹上,對小鳥來說應該是個悲劇吧。可是一個發生在中白堊紀的悲劇,卻讓古生物學家在琥珀中發現了恐龍時代的遠古鳥類之翼。

繪圖:張宗達 圖片來源:邢立達提供。

圖/張宗達繪製,邢立達博士提供。

中國地質大學的古生物學家邢立達,和加拿大皇家薩斯喀徹溫省博物館無脊椎動物古生物學館長 Ryan McKellar 等人,從兩個來自緬甸北部克欽邦胡康河谷的琥珀,意外地發現其中包裹了兩個鳥類翅膀和部分軟組織,一個標本被稱作「天使之翼」,另一個稱作「羅斯」,標本保存有九千九百萬年之久。此研究於 6 月 29 日(2016 年)發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

紫外線下的天使之翼。 圖片來源:邢立達提供。

紫外線下的天使之翼。圖/邢立達博士提供。

羅斯。圖片來源:邢立達提供。

羅斯。圖/邢立達博士提供。

兩個標本都不大,前者只有 1.8 公分,後者只有 1.2 公分,從尺寸和骨骼發育判斷,是早熟性的幼鳥。他們利用了電腦斷層掃描及 UV 光來分析重建羽毛的立體結構,顯示兩者可能是同一物種的反鳥。「天使之翼」和「羅斯」裡的反鳥,體長可能只有 3.5 公分。

手、天使之翼標本實際大小重建圖,by Shenna WANG。 圖片來源:邢立達

天使之翼標本實際大小重建圖,by Shenna WANG。 圖/邢立達博士提供。

一般來說,能留下化石供後世古生物學家瞻仰的,大多是堅硬的組織如骨骼,只有少數化石能在沉積岩中留下羽毛等軟組織的印痕,讓科學家發現原來獸腳類恐龍可能大多長有羽毛。在琥珀中找到古鳥類軟組織,更是稀有罕見而難能可貴。

琥珀是樹脂的化石,原本樹脂是植物分泌來保護傷口和對付害蟲真菌的,樹脂流出植物體外會快速揮發水份等流質而硬化,並且還會聚合。樹脂黏性很高,能夠讓被包裹的組織快速脫水,加上本身就有抑菌作用,能夠精緻地保存樣本。

從這兩個鳥類琥珀標本來研判,應該是屬於「反鳥類」,之所以得名,是因為牠們的肩杵臼關節的連接方式與現生鳥類相反。反鳥的飛行能力相對較弱,通常都有牙齒和爪翼,牠們生存了數百萬年,在白堊紀末期與近親恐龍一起滅絕了。

標本DIP-V-15100的顯微照片,研究團隊將該標本命名為「天使之翼」。 source:Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.

標本DIP-V-15100的顯微照片,研究團隊將該標本命名為「天使之翼」。
圖/Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.

標本DIP-V-15101的顯微照片,研究團隊將該標本命名為「羅斯」。 source:Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.

標本DIP-V-15101的顯微照片,研究團隊將該標本命名為「羅斯」。
圖/Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.

這些反鳥幼鳥已有現生鳥類的羽毛類型,棕色和白色的羽毛清晰可見,已有明顯的初級飛羽和次級飛羽,所以應該是早熟鳥,類似小雞小鴨,出殻後不久就能獨自活動和覓食,而且身體有絨毛保護;與早熟鳥相反的是晚熟鳥,雛鳥出殻後無法獨立生活,仍需父母照料哺育一陣子,而且身體赤祼無毛。早熟鳥在演化上先出現,後來新鳥小綱一些樹棲鳥類演化成晚熟鳥,例如雀鳥和鸚鵡等就是晚熟鳥。

「天使之翼」,可以清晰地看到層疊的飛羽。 圖片提供:邢立達博士

「天使之翼」,可以清晰地看到層疊的飛羽。圖/邢立達博士提供。

台灣大學生態與演化生物學研究所陳志冠、清華大學生命科學系黃貞祥、中興大學生命科學系鄭旭辰、台大生命科學系丁照棣及中研院生物多樣性中心李文雄院士等人,就發現原來晚熟鳥的雛鳥赤裸無毛,是因為羽毛發育的所需分子 SHH 的表現被抑制,讓雛鳥羽毛發育停頓。他們進而利用 RNA 定序發現,SHH 可能受到 FGF16 的抑制。 12dgdd

陳志冠把 FGF16 選殖到一種鳥類反轉錄病毒載體感染了雞胚胎,感染到病毒而表現 FGF16 的皮膚,羽毛發育就會受到抑制,證實了 FGF16 參與了絨毛發育的抑制。這個發現發表在《分子生物與演化》(Molecular Biology and Evolution)期刊。 frtgff

邢立達等人的此發現,再次指出早熟鳥是祖徵,晚熟鳥是後來演化出的,可能透過提高表現 FGF16 分子而抑制了絨毛發育而形成的。

台北市立大學運運動健康科學系的曾國維也參與了研究,他在「果殻網」指出,「天使之翼」標本中有雙向爪痕,標本四週還有大量腐敗物,以及裸區暴露出的皂化外觀等,顯示牠至少在被樹脂部分包裹時還活著。而「羅斯」標本則沒有這些特徵,可能來自死鳥,在被包進樹脂前就已腐化。

「天使之翼」和「羅斯」提供了大量訊息讓我們能夠瞭解白堊紀一群已滅絕的反鳥,相信未來古生物學家還會有更多精彩的發現。

本研究第一作者邢立達博士與第二作者Ryan C. McKellar教授。

本研究第一作者邢立達博士與第二作者Ryan C. McKellar教授。圖/邢立達博士提供。

原學術論文:

參考資料:

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

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關於作者

Gene Ng

來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋