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【Gene思書齋】地球用岩石寫億年的日記

Gene Ng_96
・2016/12/11 ・2254字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

西方建築用了大量石材,所以䇄立千年不倒。古埃及、古波斯、古希臘、古羅馬等古文明業已不在,但留下的文明古蹟仍讓人對古世界有許多豐富的想像;即使是中世紀的愚昧,還留有有法國巴黎的聖母院、德國柯隆的大教堂、義大利米蘭的大教堂、奧地利維也納的聖史蒂芬大教堂,都叫不信教的遊人也讚嘆。

可是到了吳哥古蹟,那裡上百個鬼斧神工的廟宇建築,其氣象之宏偉、雕工之精緻,讓歐洲的哥德式大教堂相形見絀。這些都是人類用岩石留下的文明足跡。可是岩石記錄下的,何止是的這些幾千、幾百年的短暫歷史呢? 美國結構地質學家貝鳶業如(Marcia Bjornerud)在《地球用岩石寫日記:追蹤 46 億年的地球故事》(Reading The Rocks: The Autobiography of the Earth),就要來告訴我們,岩石本身,就記錄了好幾十億年的歷史,在訓練有素的眼光下,岩石就像地球的日記。

《地球用岩石寫日記:追蹤46億年的地球故事》,貓頭鷹出版。
《地球用岩石寫日記:追蹤46億年的地球故事》,貓頭鷹出版。

對我這門外漢來說,岩石是冰冰冷冷的,似乎只有用在經典建築上才有生命力。然而岩石,如果知道怎麼研究和解讀,可以讀出各種各樣的資訊,真是佩服地質學家豐富的想象力,以及他們深入探究的精神。其實,學會解讀岩石,是自然史(natural history)的一個重要部分,是過去博物學家(naturalists)的基本訓練之一。國內外所有自然史博物館,岩石的收藏和生物標本相比幾乎可以等量齊觀。可惜博物學家的訓練和精神,在功利又高度分工的這個時代,幾乎是蕩然無存。

身為一個生物學家,我們都知道要用生物來講故事,算是比其他領域如化學、物理和數學來得輕鬆太多,因為許多生物本身就很有趣,有時候甚至在臉書上有人放張奇特生物的照片,就能引來許多討論和按讚。有時候,有數學宅或工程宅放了數學圖案或程序,也能引來會心一笑,可是放岩石卻能熱烈按讚分享的,似乎還沒看到過,啊……不對……其實有,如果那顆岩石是顆鑽石的話。

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在相對不討喜的情況下,《地球用岩石寫日記》要來告訴我們岩石背後的深意。《地球用岩石寫日記》並非一本市面上介紹岩石種類、名稱和成分而已的圖文書。貝鳶業如主要要談的是岩石形成和地球科學的各種知識和理論。

對我這演化生物學家來說,岩石最最最有趣之處,不在其本身,而是包在裡頭的化石。事實上,地質年代,就是用主要化石的演替來製訂和命名的。但事實上,化石並不是地球的日記,它比較像台灣某些媒體報導,充滿各種偏見、謬誤,極大部分國家社會真正重要的大事不報,專挑精簡聳動的來報,或者這裡抄一點那裡手掰一段。

於德國南部發現的始祖鳥(Archaeopteryx lithographica)化石。圖/By James L. Amos - National Geographic Society, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36117298
於德國南部發現的始祖鳥(Archaeopteryx lithographica)化石。圖/By James L. Amos – National Geographic Society, CC0, wikimedia commons.

化石也差不多如此,留下來的大多是意外,侷限在少數地區,而且在形成過程中,大部分生物組織都破壞殆盡,只留下扭曲的硬組織,古生物學家要花極大力氣去復原。所以要解讀化石的真相,是極費功夫的,也是件智力上很有挑戰性的工作。不過,收集了許許多多片面的化石資料後,古生物學還是有信心可以重塑過去地球的景象。演化生物學大師古爾德(Stephen Jay Gould,1941–2002)的經典之作 Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History,啟發了許多人對動物早期演化的認識和想像,但在學術界也有相當的爭議和討論,《地球用岩石寫日記》也提到了這點。

前科學博物館館長李家維教授,在貴州瓮安和雲南澄江生物群的發現,就改寫了教科書,讓我們對動物早期演化有了新的認識;像是近廿年來,許許多多有羽恐龍的發現,尤其是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的周忠和及徐星的研究和發現,也讓我們瞭解到羽毛這一演化的創新,究竟先在什麼樣的動物上先出現,以及獸腳類恐龍如何演化成鳥飛上天。

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《地球用岩石寫日記》說的雖然是歷史,但卻有以史為鑒的意味。可是人類確定從歷史上學到的教訓,就是人類永遠學不到歷史的教訓。《地球用岩石寫日記》中文書名有點小誤導,除非那「日記」是在《星際效應》(Interstellar)的那顆米勒星,在上頭一小時是地球七年──因為岩石告訴我們的故事,往往以幾十萬年,甚至百萬、千萬年為單位。

我們智人(Homo sapiens)這個物種二十萬年前出現在地球。如果把地球的 46 億年歷史壓成一天,我們直到最後 3.75 秒才現身。可是在這百年間,地球上卻產生了幾十萬年甚至百萬年才產生的變化。如果說我們破壞了地球,可能不算正確,因為地球已經發生過五次大滅絕,再來一次,對她來說不算什麼──我們破壞的不是地球,而是人類自己的未來。

《地球用岩石寫日記》雖然寫得很清晰,但對我這生物學家來說,整本書一張附圖都沒有,讀起來還是不免有些吃力,不少處要努力在腦海中想像,還不如用圖來讀比較有效率和輕鬆。另外,《地球用岩石寫日記》提到和演化有關的理論和爭論等,也需要相當的背景才能搞懂。整體而言,《地球用岩石寫日記》不算是本深入淺出的入門書,需要一定的背景才好讀懂,但讀了會頗有收獲。

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 30 位粉絲
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

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【2023 年搞笑諾貝爾化學與地質獎】舔石頭以外,猛獁象竟是海龜湯?
寒波_96
・2023/10/20 ・2211字 ・閱讀時間約 4 分鐘

搞笑諾貝爾獎每年都是新的開始,2023 年也不例外。今年「第 33 次第一屆搞笑諾貝爾獎」頒發十個獎項,「化學與地質獎」以看似獵奇的舔石頭博取不少眼球,不過得主揚.扎拉謝維奇( Jan Zalasiewicz)的文章中,其實還提到另一件知名的歷史公案。

1951 年晚宴真相,竟然是海龜湯?!圖/americanoceans

1951 年晚宴真相,竟然是海龜湯?!圖/americanoceans

文學史上用味覺帶出情節,最知名的案例之一是普魯斯特的小說《追憶似水年華》開頭,由瑪德蓮的味道切入,接著進入意識的海洋游泳。扎拉謝維奇的文章開頭,也從品嚐岩石的味道切入,自由切換不同的題材。

地質學家為什麼要舔石頭?《舌頭、石頭,迸出新滋味?科學家為什麼要舔石頭?——2023 搞笑諾貝爾獎》一文有精簡介紹。最主要的理由是,缺乏現代儀器之際,舌頭可謂方便的化學感應器,能提供有用的資訊。

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當然,即使有了現代儀器,舌頭還是很方便的工具。

處於意識流科學史中,扎拉謝維奇的文章從舌頭感應器,十分合理地切換到一場宴會。那場 1951 年的晚宴中,據說提供猛獁象肉製作的餐點。

這場晚宴由美國的「探險俱樂部(The Explorers Club)」舉行,主辦方宣稱當天有道菜,來自已經滅絕的動物大地懶(Megatherium)。但是幾天後有報紙披露,宴會中的奇珍異獸不是大地懶,而是來自阿留申群島,25 萬年久遠的猛獁象!

1951 年保存至今的晚餐。圖/取自 參考資料3

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奇妙的是,當天的餐點竟然有少量樣本被保留至今。當時沒有參加的豪威斯(Paul Griswold Howes)寫信要到一份樣本,一直保存到他去世為止。後來樣本輾轉來到耶魯大學的皮博迪自然史博物館(Yale Peabody Museum)。

那一餐到底是大地懶,還是猛獁象呢?2014 年,耶魯大學的研究生葛拉斯(Jessica Glass)等人成功由樣本中取得 DNA,結果在 2016 年發表。比對之下相當明顯,答案是綠蠵龜。

現今綠蠵龜是保育類動物,合法的狀況下沒有機會吃到。然而 1951 年那個時候,綠蠵龜尚未面臨滅團威脅,仍然是普遍的食材。

區區綠蠵龜製成的海龜湯,當然無法彰顯晚宴的尊絕不凡。不過俱樂部宣稱的大地懶,怎麼又會變成猛獁象?

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最可疑的是當天在場的俱樂部成員尼可斯(Herbert Bishop Nichols),他也是基督科學箴言報(The Christian Science Monitor)的科學編輯。可考的記錄中,他第一個對外提出相關描述,後來被視為吃猛獁象的證據。

海龜湯的幾位相關人猿。(A) 據說將食材從北極帶回的極區探險家 Father Bernard Rosecrans Hubbard。(B) 極區探險家 George Francis Kosco。(C) 晚宴主辦人 Wendell Phillips Dodge。(D) 保存樣本的 Paul Griswold Howes。圖/取自 參考資料3

如果真的是那道菜的材料,那麼狀況就是:俱樂部用綠蠵龜做菜,宣稱是大地懶,報紙以訛傳訛寫成猛獁象。

「吃猛獁象」之類的傳聞,雖然不是嚴謹的科學,卻因為有噱頭而容易引人注目。作為沒多少負面影響的玩笑,也沒有人想要特別澄清。使得這類事件的真相,往往不了了之。

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儘管沒有特別獲得搞笑諾貝爾獎關注,對於這道海龜湯的追根究底,倒是相當符合搞笑諾貝爾獎的精神。

海龜湯以後,扎拉謝維奇的文章意識又跳躍到另一種已經滅團的生物:貨幣蟲(Nummulites)。許多古生物,當初也是其他古生物的食物。儘管擁有堅硬的外殼保護,貨幣蟲這種生物依然有機會成為美食。

1912 年的時候,英國古生物學家庫克派崔克(Randolph Kirkpatrick)提出一個觀點:地球有一段時間存在非常大量的貨幣蟲,後來它們變成稱為「貨幣球(Nummulosphere)」的地層,是地殼岩石的源頭。

看起來很搞笑,可是庫克派崔克是認真的。所以他即使生在現代,應該也沒有獲得搞笑諾貝爾獎的機會。

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2023 年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮影片(化學與地質獎從 10:18 開始):

延伸閱讀

參考資料

  1. The 33rd First Annual Ig Nobel Prizes
  2. Eating fossils
  3. Was Frozen Mammoth or Giant Ground Sloth Served for Dinner at The Explorers Club?
  4. Mammoth meat was never served at 1950s New York dinner, says researcher

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1019 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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舌頭、石頭,迸出新滋味?科學家為什麼要舔石頭?——2023 搞笑諾貝爾獎
PanSci_96
・2023/09/30 ・3674字 ・閱讀時間約 7 分鐘

J……J 個是!這顆石頭一接觸到我的舌頭,它就像火一樣燃燒,同時留下苦澀和尿味的味道,在這之後還留下了一點甜味。

圖/Youtube

這,這一顆石頭不一樣,它有酸辣味和硫酸鹽味,卻同時給我一種難以形容的愉悅感!就像在品嘗紅酒的酸味一樣!

圖/Youtube

等等,我並沒有壞掉,我現在做的事是某些地質學家和古生物學家真的會做的事,而且這件事還得了諾貝爾獎!只是是搞笑諾貝爾獎。

搞笑歸搞笑,舔石頭卻真的是再實用不過的方法。因為,舌頭真的是太好用了!

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地質地科系祖傳秘招——舔石大法!

2023 年的搞笑諾貝爾獎的化學與地質獎頒給了地質學家揚.扎拉謝維奇,得獎的原因不是因為特定研究,而是它整理了地質學家和古生物學家「品嘗」岩石和化石的「研究史」。

有在跟我們直播的泛糰肯定知道,在今年搞笑諾貝爾獎頒發的隔週,上個月的 9 月 18 日,我們在 YouTube 官方舉辦的 2023 YouTube Festival 活動中,辦了一個實體見面會。在見面會中我們介紹了今年其中三個搞笑諾貝爾獎,其中就包含這則「地質學家為什麼要舔石頭」。另外兩個獎項分別是操縱死靈蜘蛛,和研究為什麼上課為什麼會令人感到無聊。這場見面會也有同時開直播,連結放在右上角的資訊卡,裡面提到不少有趣的觀點,歡迎去直播存檔複習。

當天,除了就像開場演繹的,不同岩石真的嚐起來味道不一樣以外,有一個地科系的觀眾,現場分享了另一個有趣的觀點。但先說聲抱歉,那時候觀眾手持的麥克風訊號沒有進到我們的混音器,所以在線上收聽的朋友沒有聽到前半段。

我們這邊重新轉述一下,這位觀眾說早在這個獎項頒發前,就知道用舔石頭來辨識種類的這種方法了,因為他的老師就是這麼教他的!沒想到,這竟然是地科與地質系祖傳的秘技嗎!

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舌頭比手指還好用?

但除了味道外,觀眾還分享了一個這次搞諾沒有提到的原因,就是舌頭的觸覺可能比手還靈敏。某些岩石例如砂岩跟頁岩,可能用手摸不出差別;用舌頭舔,竟然就能分別出差別。

什麼,舌頭真的這麼厲害嗎?想想好像也是,我們吃東西的時候會用舌頭去感受食物的形狀,這些觸感甚至也是我們品嘗食物時,了解食物的重要一環。除此之外,我們還可以找出食物中的魚刺,或是卡在牙縫中的菜渣,有些人還能幫櫻桃梗打結呢。

圖/Giphy

但好像從來沒有人拿舌頭和手去做比較,因為只要講到觸覺,我們第一時間就會認為手指更加靈敏。

其實,還真的找到有人研究過,一群俄亥俄州立大學食品科技系的實驗團隊,就研究了這個問題。他們準備了幾個形狀極為相似的樣品,樣品的長度、厚度、缺口的大小都一樣,只有缺口處的傾角不同。

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傾角從 45 度到 90 度都有,每塊的角度以 5 度為間隔。受試者必須拿起兩塊樣品,並在蒙眼的情況下,分別用摸或舔的方式來分辨出兩者分別為哪一塊。其中一塊始終是 90 度,另一塊則是從 65 度開始角度遞增。

這次的實驗有 30 位受試者,結果表明,使用手指來分辨兩塊樣品,平均要兩塊的角度差超過 19.81 度時,才能分辨出差異。如果用舌頭舔呢?只要兩者的角度差超過 12.75 度,就能分辨出差異!比用手摸的角度差小了許多,也就是舌頭真的比較靈敏。

實驗結果數據,JND(Just Noticeable Difference)表受試者在樣品相差幾度時能感受到差異。圖/Comparison of The Tactile Sensitivity of Tongue and Fingertip Using a Pure-Tactile Task

當然,這個實驗還有兩個方向值得討論,一是這只針對物體邊緣形狀的靈敏作分析,但觸覺有許多不同感受,例如紋理、粗糙程度等,所以可能每種觸覺做出來的實驗結果會不同。這個實驗看起來不難做,各位可以準備一些能放入嘴的材料,例如請朋友直接將比較硬的芭樂切成不同形狀來舔舔看差別,就能簡單復刻這個實驗甚至更改參數,有實際測試的觀眾也不要忘記留言告訴我們。我們這邊也同步徵求花京院來協助我們實驗。

而另一點是,關於舌頭為什麼有跟手指同等,甚至更強觸覺的生理機制,本篇研究僅止於現象探討,還未有深入研究。

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圖/Giphy

濕濕的石頭更好觀察?

除了味覺和觸覺外,舔石頭還有另一個重要的原因,就是濕潤的石頭紋理更清楚,更方便研究。

這應該大家都有經驗,在學校的大理石地板拖地,或是海邊的鵝卵石,沾到水之後,石頭的紋理都更加清楚,看起來也更漂亮。但這又是為什麼呢?

影響的原因有很多,但影響最大的,就是濕潤的表面讓石頭更「平」,產生類似拋光的效果。但為什麼磨平拋光,顏色就更好看呢?

我們知道光線照到鏡子會產生反射,但鏡子很平整,如果現在照射到的是一個凹凸不平的表面,光線就會往四處反射,這種現象稱為漫反射。當我們只想看石頭上的其中一點時,旁邊的光卻會雜亂的跑進我們的眼睛,影響到對比度。並且各種顏色的色光聚在一起會形成白光,因此這些漫反射而來的光線,就會以白光的形式被我們看到。白話文就是,物體的對比下降了,但是整體的亮度提高,變成我們常看到灰白色的石頭表面。

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直到石頭被拋光,或是因為濕潤產生拋光的效果,這些漫反射就會減少,石頭整體變得比較暗沉,但是斑紋之間的對比度提高了。這就是為什麼粗糙的石頭顯得灰白,浸濕之後卻呈現深沉而圖樣明顯的原因。

還沒完,薄薄一層水還會造成更多影響。例如,這層折射率介於空氣與石頭之間的介質,可以幫助光線稍微穿透岩石的表層後再反射出來,提供視覺上更多的紋理細節。如果將水換成木工中常使用的亮光漆,除了反射與折射外,亮光漆中的分子,還足以讓光線產生散射,讓你在上不同厚度的亮光漆時,能產生不同的顏色變化。

簡單來說,不論是水還是漆,這薄薄的一層介質,能像相機的鏡片一樣,透過光學調校,將更清楚、細節更多的影像送進相機的感光元件,也就是我們的眼睛上。而替換不同的鏡片,就能改變我們看到的樣子。

有介質存在於空氣與觀測物間時,光會產生折射,造成不同視覺效果。圖/askamathematician.com

這個看似玩笑的舔石頭研究,確實好像又有幾分認真的道理,我們自己在研究的時候,最開始也覺得超ㄎㄧㄤ,後來又發現能學到不少冷知識。

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最後也想調查一下,除了舔石頭以外,大家還對哪一則搞笑諾貝爾獎有興趣,希望我們也來講講呢?

  1. 帶電的筷子,能讓食物更好吃?
  2. 哪些人有倒著說話的特殊能力?
  3. 要多少人抬頭看天空,才會吸引路人跟著抬頭?

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PanSci_96
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最早的脊椎動物:牙形石一開始居然被當成石頭?——《直立猿與牠的奇葩家人》
大塊文化_96
・2023/08/18 ・1483字 ・閱讀時間約 3 分鐘

地球古生代的海洋岩石中散布著微小的牙形石口器化石。
這些重要的指標化石被誤解了一百多年,牠們屬於地球上最早的一批捕食性脊椎動物:一類外觀狀似鰻魚、在海洋中存在超過兩億八千五百萬年的動物。

原本不被當成動物的牙形石

在牙形石(conodonts)首次被發現後的一百多年裡,人們只將牠們視為微小的礦物形狀。

牙形石現在被認為是一種狀似鰻魚的動物,是世界上最早的捕食性脊椎動。圖/大塊文化

就像顯微鏡底下的雪花,牠們有許許多多令人驚嘆的形式:鉤形與扇形、梳狀、種子狀圓球、星形與有節的螺旋狀。這些比米粒還小的奇怪化石出現在寒武紀,一直到三疊紀岩層都還有牠們的蹤跡,遺留下像是麵包屑般的隱密痕跡。

直到一具保有軟組織的精美牙形石化石出土,古生物學家才終於發現這些奇怪的形狀到底是什麼。原來,這些東西是一種狀似鰻魚卻沒有下頷的動物的礦化口器。

有些物種不比指甲長,有些長度則將近半公尺(二十英寸)。

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更重要的是,牠們是脊椎動物,這讓我們更加認識地球的脊椎動物是如何演化出現。在三疊紀,海平面產生變化、海洋酸化,以及其他新興海洋生物的出現,讓牠們難以承受,才導致牠們的滅絕。

由於這個絕妙的動物群體在生命史上續了很長一段時間,成為重要的指標化石,得以解釋深度時間與幾千年來岩石形成的歷史。

透過顯微鏡才發現牙形石是動物

一八五六年,波羅的海德意志人生物學家海因茨.克里斯蒂安.潘德爾(Heinz Christian Pander, 1794–1865)首次辨識出牙形石。

我們只能從它們微小堅硬的部分來瞭解這些動物,這些部分的礦物質與人類的牙齒和骨骼類似。牙形石化石大多非常小(可以小到兩百微米,亦即 0.2 公釐),大頭針的針頭就可以裝下一打。

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一些牙形石口器,像雪花般散落在早期的化石紀錄中。圖/大塊文化

在它們被發現之後的幾年間,科學家試圖弄清楚這些微小結構屬於哪一種生物。大多數人認為這些化石是口器或爪子,或許屬於已經滅絕的蠕蟲或蝸牛,也有人甚至認為它們可能來自一種植物。

直到一百二十多年後,才有一件動物化石在蘇格蘭出土,保有軟組織,而且礦化口器也完好無缺。過沒多久,更多牙形石的化石在美國、南非等地的特異埋藏化石庫出土。

這些新化石顯示,這不但是一種體型細長的動物,而且是一種脊椎動物,因為牠有脊索,沿著身體呈現之字形的肌肉排列,還有不對稱的尾鰭。

牠們更有一對可利用帶狀肌肉旋轉的眼睛,這種特徵只見於脊椎動物。

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牙形石的飲食習慣

牙形石的口器有著驚人的多樣性,這意謂著牠們正在試驗各種不同的飲食。其中有一些可能屬於濾食性動物,張著嘴在浮游生之間游動。

有一些則會主動獵捕食物。牙形石的齒狀結構有細微的磨損,表示牠們會抓咬、剪切與磨碎食物。

這讓牙形石成為世界上最早演化出現的捕食性脊椎動物之一―但絕不是最後一批。

——本文摘自《直立猿與牠的奇葩家人:47種影響地球生命史的關鍵生物》,2023 年 7 月,大塊文化,未經同意請勿轉載。

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大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。