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重建羅迪尼亞大陸的「羅塞塔石碑」:來自 4.7 億年前的大灣穆氏海百合

羅迪尼亞大陸的失落環節

1912 年,德國地質學家韋格納(Alfred Lothar Wegener)提出了「大陸漂移學說」,認為遠古時代的地球僅有一塊名為「泛古陸」(Pangea,或稱盤古大陸)的超大陸,除了大陸漂移現象在其後被更進一步的「板塊構造論」所吸納闡釋,遠古超大陸的存在亦得到了前寒武紀地質學證實和發展,其中羅迪尼亞大陸(Rodinia)更是公認存在於新元古代(11.5 億到  7 億年前)的超級古陸。

羅迪尼亞大陸包含了絕大多數古老陸塊 (Craton,克拉通,又稱古陸),此一超大陸以勞倫大陸(北美克拉通)為核心 (Laurentia,即北美和格陵蘭),東南側有波羅地大陸 (東歐克拉通)、亞馬遜克拉通和西非克拉通圍繞;南邊為拉普拉塔克拉通和聖法蘭西斯科克拉通;西南則是剛果克拉通和喀拉哈里克拉通;東北則為東南極克拉通、印度次大陸和澳洲大陸。

超級古陸──羅迪尼亞大陸的重建圖。圖/ wikipedia

但是,在羅迪尼亞大陸的重構中,有些陸塊的位置則尚存有爭議,其中華南陸塊的配置即為爭論的交點之一,一派學者認為應將華南陸塊置於勞倫西緣與澳大利亞—南極東緣的中間地帶,此構成勞倫與澳大利亞和南極兩大陸塊之間的「失落環節」(missing link),然而這個主張卻遭到另一派學者的反對和質疑。誠如破譯古埃及象形文字的關鍵是有賴於羅塞塔石碑 [註] 的出土,重建羅迪尼亞大陸顯然也需要找到它的「羅塞塔石碑」。

  • [註] 羅塞塔石碑(Rosetta Stone)為一塊製作於公元前的石碑,刻有古埃及法老的詔書,由於這塊石碑同時刻有同一段內容的三種不同語言版本(古埃及象形文、埃及草書、古希臘文),使今人得以解讀出埃及象形文之意義與結構,故為研究古埃及歷史的重要里程碑,而羅塞塔石碑也被用來暗喻要解決一個謎題或困難事物的關鍵線索。

羅塞塔石碑。 圖/wikipedia

2017 年 10 月底由臺大地質系林日白副教授和俄亥俄州立大學、波蘭科學院及北京大學合作發表在《亞洲地球科學期刊》(Journal of Asian Earth Sciences)的研究則為華南陸塊的位置謎團綻放了新的曙光,無疑是重建羅迪尼亞大陸的「羅塞塔石碑」。

發現新種海百合:大灣穆氏海百合

海百合(Crinoid)。 圖/2211438 @Pixabay

海百合(Crinoid)是一類棘皮動物,始見於奧陶紀地層,身體呈花狀,擁有多條腕足,其身上覆有石灰質的內骨骼,有些可自由游動,有些則固著生活,海百合會以充滿黏液的管足來濾食海水裏的微生物,它們在石炭紀時的多樣性極高,後因「二疊紀/三疊紀滅絕事件」迅速退出地球歷史舞臺。

林日白老師等人在湖北省宜昌大灣組(約 4.7 億年前,奧陶紀早至中期)發現了一種古老的海百合,命名為:大灣穆氏海百合 Muicrinus dawanensis Lin, Ausich, Balinski, Bergström & Sun, 2018,其屬名表彰知名棘皮動物化石專家穆恩之先生;種名則指的是大灣組,大灣穆氏海百合屬於埃爾海百合科(Iocrinidae),本科為習性固著生活的滅絕科群,活躍於奧陶紀中晚期,大灣穆氏海百合為本科最早的化石紀錄。

大灣穆氏海百合(Muicrinus dawanensis)發現於湖北省宜昌大灣組(約 4.7 億年前,奧陶紀早至中期),為埃爾海百合科最早的化石紀錄。 圖/原始論文

這個研究除了增進了我們對遠古海百合的生物多樣性的認識,此外透過系統發育分析並結合古地質環境事件以及比較分析目前已報導的海百合化石物種,作者們進一步闡述了海百合綱的演化、地理分布和本發現在羅迪尼亞大陸的重建中所扮演的關鍵性角色:

海百合綱的古生物多樣性
基於目前對於大陸地區報導的化石生物群研究,作者們認為其埋藏的海百合古生物多樣性理應平行於全球的多樣性格局,並進一步預測大陸地區應能再發現更多的海百合化石物種。

埃爾海百合科的地理分布格局
包含大灣穆氏海百合,埃爾海百合科 (Iocrinidae)無疑是奧陶紀地理分布遼幅最為廣闊的類群之一,本科遍布阿瓦隆尼亞大陸(Avalonia)、岡瓦納大陸(Gondwana)和勞倫大陸(Laurentia),包括了 12 個屬階分類元(含亞屬)。

對於羅迪尼亞大陸的重建的啟示:
根據作者們針對埃爾海百合科已知物種所做的系統發育分析,出土於華南陸塊的穆氏海百合屬 (Muicrinus與分布於勞倫大陸的韋斯特德海百合屬(Westheadocrinus互為親緣關係最接近的姊妹群,由於本科為行固著生活而非自由游動的類群,因此穆氏海百合和韋斯特德海百合的近緣關係暗示了「華南陸塊─勞倫大陸」間的生物地理連結,並且進一步支持了羅迪尼亞大陸的「失落環節」(missing link)假說,即華南陸塊應位於勞倫西緣與澳大利亞—南極東緣的中間地帶以構成其連結。

分布於華南陸塊中奧陶世(約大坪期)的穆氏海百合和勞倫大陸產的韋斯特德海百合親緣關係最為接近,意味著「華南陸塊──勞倫大陸」生物地理連結並且支持羅迪尼亞大陸的「失落環節」(missing link)假說。 圖/原始論文

遠古生物的物種新發現,雖然表面看似只是又增加一個滅絕的生物命名種,然而若適當地配合上系統發育學、比較形態學、生物地理學及地質事件等,我們不僅得以窺伺生物的演化之謎,更可進一步探討古地理和地球演變。這些古代生物的發現,無疑是探索過去地球脈動的「羅塞塔石碑」。

  • 這項研究成果已於 2017 年 10 月 31 日線上刊載於《亞洲地球科學期刊》(Journal of Asian Earth Sciences)

原始論文:

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關於作者

蕭 昀

國立臺灣大學昆蟲學系學士,石探記科學團隊成員,研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,聚焦菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。現任臺灣物種名錄(TaiBNET)、臺灣生命大百科(TaiEOL)編輯人員、嘎嘎昆蟲網版主、泛科學專欄作者。