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幾個世界之最…

沒想到,我們一篇《自然》的論文(2013年4月11日,封面論文),竟然創了幾個記錄,我把它們記錄下來,不是要 ㄏㄧㄠˇㄅㄞ˙,而只是自己做個人記錄,人老不留白。

世界之最古老的恐龍胚胎

2003 年無意間在「百戰天龍」活動到雲南祿豐恐龍營撿到的一塊石頭,竟然引起了如此的「風波」,先是透過微型電腦斷層掃描,得知是很早期恐龍胚胎,後經兩度同位素定年,得到 1.95 億年的數字,證實為世界最古老的恐龍胚胎,比南非的大椎龍 (Massospondylus) 還早了 500 萬年;2010 上半年找到了這些恐龍胚胎出土的層位,展開三年的深入探討,終於建立了「恐龍胚胎學」;這些小小的恐龍胚胎,正是世界最古老的恐龍胚胎。

世界之最古老的陸相脊椎動物胚胎

恐龍是中生代最具有代表性的陸相(活在陸地上面)脊椎動物,但是,那個時代,在陸地上生活的,除了恐龍之外,還有其它的脊椎動物,如三列齒獸和早期哺乳動物,也都是陸相脊椎動物,所以,我這個無意間的發現,除了是世界最古老的恐龍胚胎之外,同時也是所知世界最古老陸相脊椎動物胚胎,一個發現,同時佔有兩項記錄,撿一送一,卯到啦!按:我並沒有說是最古老的脊椎動物胚胎,因為如魚類,也是脊椎動物,但牠們是海相的,所以「陸相」這兩個字不可漏失。

世界之最古老的恐龍胚胎骨床/孵育場

在 2010 年 3 月我再度探訪該地,除了恐龍胚胎骨頭和找到其層位之外,同時也在那個地方撿拾到成龍的爪子和肋骨終端,導致我認為此處是恐龍孵育場;不會飛的恐龍 (Non Avian Dinosaur) 和會飛的恐龍 (Avian Dinosaur,亦即鳥類) 有共同的特性,到了繁殖期間,大家會回到相同的地點交配、下蛋、孵蛋、育幼,因此,我同時找到恐龍胚胎骨頭和成龍骨頭,不得不讓我有此「孵育場 (Hatching Ground)」的推論;不過,從我們所做的埋藏學來說,這個地點,出土了至少三個不同孵化期的胚胎骨頭,應該是來自三窩,而且有很小水流稍微移動胚胎骨頭的跡象,所以稱為胚胎「骨床 (Bonebed)」,也說得過去;到底這邊快兩億年前的真相如何,還有待我們把那個小山包打開,才能見真章。

目前的推論和判斷是:這個恐龍孵育場,鄰近水邊,可能是湖邊或河邊,中生代只有乾季和雨季兩個季節,在某次雨季,讓水位升高,氾濫出岸淹沒了這個孵育地區,靠水邊恐龍孵育場內正在孵化中的恐龍蛋胚胎,都被淹死肌肉腐爛蛋殼破碎,淹沒的水有些流動,造成某些較大骨頭排列成相同的方向(骨床特徵),可是水的移動很緩慢力道很小,所以像直徑不到一毫米 (mm) 的肋骨,還都保存下來,如果水流力量稍大一些,只有較大骨頭,如股骨、肱骨、脊椎骨等才可能會被保存下來,纖細的骨頭,如肋骨、上下頜骨等,會被沖刷破壞掉不會被保存下來,而我們兩種證據都有,既有相同方向排列的大骨頭樣本,也找到好些小肋骨、帶著尚未長出來牙齒的上頜骨,所以先做如此存疑的推論。

至於,到底這是單次,或是多次的淹水現象,從我們現有的證據來說,還無法完全定論;我們手頭上有的材料,有廿多根胚胎大腿骨,明顯地可區分為三個不同孵化階段,從小(孵化早期)到中到大(孵化晚期),它們應該是來自三個不同的窩,這一點可以肯定;可是,到底是不是同一次事件呢?在沒有更大規模深入探討之前,這就說不准了;目前我們只開挖了估計總共有 1,000 平方米中的 1 平方米面積而已,誰知道還有什麼驚喜等著我們?

有一種可能,說這是同一毀滅事件,有些祿豐龍爸爸媽媽迫不及待先來到此處做牠們喜歡做的事,有些來得晚一點,還有一些吊車尾,姍姍來遲,好不容易找到配對的對象(台語說:(女生)撿啊撿,撿到個賣龍眼的),所以在此孵育場總共有三批,有些恐龍蛋比較早開始孵化,有些晚了一些,導致三種不同孵化階段的大腿骨化石。

可是還有另外一種可能,此處前後總共最多有三次的淹水滅絕事件:在此情境中,得假設這些恐龍爸爸媽媽,大家都一起行動,成群性致高昂 (horny) 的成龍,來到此地同時上演活春宮,下了蛋也孵化到某個階段,沒預料到水漲掩埋毀了這次努力的結晶(造成了某孵化階段的化石);俗語說,不孝有三,無後為大,辛苦做愛的結晶被老天爺毀了沒了,只好等水退陸面乾了之後,繼續回到此地努力,不能絕後啊!如此的反覆,總共三次;當然,這種情況,並不一定是在相同的季節,有可能是一年兩年後、也可能是幾十年或幾百年後重來的;恐龍孵育行為,已經證實有地點忠實性 (Site Fidelity),也就說,牠們會回到相同的地點來做這件事情,其它動物,如鮭魚和某些鳥類,也有類似的行為,牠們會回到出生地點完成牠們傳宗接代的生命任務。

世界之最古老的陸相脊椎動物胚胎骨床/孵育場

前面說過,恐龍也只是陸相脊椎動物之一,所以我們推論的世界最古老胚胎骨床/孵育場,也得把這一記錄算進去,在還沒有發現其它非恐龍陸相脊椎動物胚胎骨床/孵育場證據之前,這是完全是合情合理合法的「灌水」自我榮耀。

世界之最古老恐龍蛋殼

從上述的嘮叨描述可能的埋藏學(Taphonomy,又戲稱為「死相學」),大致可以知道,楚雄州祿豐大洼恐龍山這個胚胎點的祿豐龍蛋和胚胎,有受到相對於其它出土完整還保存在蛋殼裡面的胚胎,稍微比較大的外力(水流)影響,因此,希望能找到還保存完整蛋殼與胚胎的機會,實在不大;到如今,除了賴茲院士研究的南非大椎龍胚胎恐龍蛋之外,全世界上還沒有找到其它大約相同時期(早侏羅紀)的恐龍蛋,也就是說,早侏羅紀恐龍蛋長得什麼樣子,真的沒人知道,特別是祿豐大洼這個恐龍胚胎點,都是一堆沖散的孤魂野鬼死骨頭,期望能找到此處的恐龍蛋殼,希望渺茫;不過,人生有時候也很有趣,就如我 2003 年 1 月無意間撿起了一塊爛石頭,揭開了這個世界最古老的恐龍胚胎大戲;在我們研究過程中,賴茲院士寄了一些我們採集到的樣本給德國波昂大學的孔恩 (Koen) 博士,要他做脊椎骨的組織學切片,寄給他的樣本中,有一塊很不起眼的圍岩團塊,孔恩也不知吃錯了什麼藥無什麼聊,竟然把這塊樣本也切開了,放在偏光顯微鏡下去看,怪怪,竟然看到類似於恐龍蛋殼的東西,幾經反覆查證,終於確定這真的是此胚胎點這些孵化中恐龍蛋殼,賓果!證明這些小骨頭是恐龍胚胎骨頭,又得到一個絕對強而有力的證據,孔恩,你幹得好啊!

世界之最古老孵化中恐龍胚胎在蛋內運動證據

懷孕中的媽媽都會經歷到胎兒在肚子裡面、其實是「無時得靜」,會動來動去,這是為人(父)母者體會新生命的奧祕驚喜;從生理學來說,胎兒的運動,攸關他/她的骨頭和肌肉成長,胎兒浮在羊水裡面,比較不受地心引力的影響,肌肉的發展拉扯運動,也因而會影響到骨頭的發育,造成骨頭兩邊厚度的不對稱性,這種情況,到了小貝比出生之後開始爬走,受到地心引力作用,終而變成(如大腿骨)骨頭(橫切面)兩邊厚度對稱性;鳥類和其它哺乳類胚胎,也都可觀察到這種現象。

可是,恐龍胚胎,特別是如此早期的恐龍胚胎,是否也有相同的證據呢?證明恐龍在孵化階段的胚胎骨頭發育,受到肌肉成長的拉扯運動,導致(大腿骨橫切面)骨頭發育的不對稱性?從我們研究不同階段的祿豐龍胚胎,我們找到了世界最古老孵化中恐龍胚胎在蛋內運動的證據!

世界之最古老的有機殘留物

在我們研究中,最令我們老中次團隊興奮,也是所發表論文兩行題目中獨佔一整行的(第一行:Embryology of Early Jurassic dinosaur from China 「中國早侏羅紀恐龍胚胎學」,第二行:with evidence of preserved organic remains 「帶著保存的有機殘留物證據」) ,就是我們從這些將近兩億年的胚胎骨頭中,發現了有機殘留物,這是我們台灣團隊很值得 ㄏㄧㄠˇㄅㄞ˙ 的特點;當初,我知道我這個無意間的發現是如此重量級之後,立即考慮到一個很現實的問題,賴茲院士與他所組成的國際團隊成員,都是國際上響噹噹的古生物恐龍學者,我自己學化學的,根本是門外漢,台灣也找不到能搬上檯面的古生物學者,我們憑什麼和人家一起玩下去?在整個計畫中,完全沒有我們說話的餘地,想要插嘴都沒有機會,那怎麼辦?後來我想到了一個方向,可以讓台灣團隊從不同領域好好發揮一下,這就是我提出「看進骨頭裡面」的思維,玩傳統的古生物學,我們連幼稚園都沒入門,甭想了,可是,若從「看見骨頭裡面」來下手,正是我們可以打開一片天地的機會,台灣有各領域的專家學者一大堆,只要能說服他們放棄「隔行如隔山」的自我設限觀念,我們台灣學者專家可以玩出名堂來!在諸多領域,我們有不輸人洋人的人才群,也有些世界先進的科研設備,一點也不怕,也不會輸給其它人家;看骨頭外面的部份,我們有國際團隊,一點兒也不輸別人,所以台灣團隊從這個角度來切入,把恐龍胚胎骨頭裡面的成份組織等研究顯示出來,正好與「看到骨頭外面」的傳統古生物學,相輔相成,兩者相益得彰,也擴展了古生物學的視野範疇;其它想競爭的國際競爭團隊,肯定沒法做到這個地步,我們已經把古生物學擴展提升到另一個超高的水準,別人只能忘洋興嘆。

果真皇天不負苦心人,在十年 (2003-2013) 寒窗之後,我們團隊這幾年來努力在這些快兩億年的恐龍胚胎骨頭內,透過國家同步輻射研究中心 BL-14A 光束站的傅立葉轉換紅外線光譜 (Fourier Transformation Infrared Spectroscopy) 分析,特別感謝該工作站主任李耀昌博士的協助,我們找到了保存殘留有機物的證據,也寫入我們論文標題的第二行;這一點,除了證實我幾十年來切割化石聞到特殊味道的懷疑之外,也證實了,只要用對的方法、有足夠靈敏度的科研儀器設備,很多非常古老的化石,都可以找到有機殘留物。

如此一來,雖然回答了我個人幾十年的困惑問題,可是也立即引發更多幾個問題,如:一般的認知,化石都是古代的生物轉換成為(無機)的石頭了,怎麼有可能還保存著有機殘留物?接著,這些被保存的有機殘留物,到底是什麼?原本生物體內的有機物,到底裂解了多少?有沒有可能找到這些古生物的 DNA(〈侏羅記公園〉科幻電影)?這些複雜有機化合物之間,有什麼交互的作用;?最後,一個最重要的問題,也是可能屬於「抽地毯」(最根本)式的問題:從古代生物到變成化石的過程與機制如何?或說,這些有機物是如何被保存下來的?

能夠回答因我們找到世界最古老有機殘留物而引發以上這些相關問題,除了可修改過去石化過程的含糊認知之外,還可能大幅改寫人們對於古生物的認知--這又是一個屬於原子彈級的大好科研課題。

世界之最先創的恐龍胚胎學

 

先看一下上面這兩張圖片,這是賴茲院士在 2005 年研究發表的南非大椎龍胚胎,非常完整漂亮,不是嗎?沒錯,多少古生物學者,窮一輩子之力,不就是渴望能有機會發現和研究如此罕見又珍貴的樣本嗎?人生的福氣啦!

可是,再仔細看一看,好好想一想,「福氣 (Blessing)」與「詛咒 (Curse)」,有時是一體兩面同時存在著;我說這話,絕對沒有對賴茲院士的任何丁點不敬,而是理智地來分析討論;試想,一、如此完整漂亮的樣本,有誰會讓你我取下任何一根骨頭來切割研磨深入研究?恐怕連用手碰一下都不允許,給你看外表、或甚至只看照片,已經是很大的恩惠了,不可能有機會讓研究人員想幹什麼就幹什麼,不是嗎?二、這麼漂亮的恐龍胚胎化石,是不是只是在整個恐龍蛋孵化過程中被凝結的某短暫剎那?此胚胎在漫長孵育過程中的此剎那之前和在此之後,完全沒有,它僅有這個短暫片段時刻的紀錄,沒有連續的資料,這也就是說,如此的樣本,同時是「福氣」也是「詛咒」。

相對來說,我在祿豐所發現、比大椎龍稍微早了 500 萬年的祿豐龍胚胎,除了我最早在 2003 年初找到的那個樣本之外,其餘的都是鬆散開 (Disarticulated) 的孤魂野鬼零星骨頭,完全沒有整體胚胎的型態保存下來,從胚胎完整性的角度來說,這是個「詛咒」,無法和人家在完整度方面來做任何比較;然而,也因為它們是零散的骨頭,我們卻因「禍」得福,把「詛咒」變成了「福氣」;怎麼說?

就是因為我們找到了很多鬆散開的胚胎骨頭,我們可以進行對骨頭的切割研磨,做各種具有破壞性的實驗,而讓我們能好好地「看進骨頭內」;就以上述的有機殘留物來說,如果沒有把那根大腿骨切割研磨到大約 150µm 的厚度薄片,大約一張影印紙厚度,根本無法進行紅外線掃描,我們也就無法說這些胚胎骨頭化石內還保存著大約二億年前的有機殘留物了:這不是因「禍」得福嗎?完整的大椎龍胚胎,有可能如此讓你我做嗎?不可能啦!

再者,從我們的初期田野考察所採集到的樣本,有超過 20 根大腿骨,其中 14 根是右腿,也就是說,至少有 14 個個體;這些大腿骨粗略以大小來分,大致上有三種不同的大小,代表著三個不同的孵化階段,很有可能來自三個不同的窩;相對於完整大椎龍胚胎化石的死亡剎那,我們有整個孵化期間更多的材料,讓我們探討胚胎孵化比較完整的發育過程;在我們發表的論文中,右邊這張圖裡面的那條直線,是整篇文章中最美麗的線條。

總加起來說,藉由以上所說的這一大堆,我們我們團隊在賴茲院士睿智的領導之下,把原本是「詛咒」(「禍」)的發現,很漂亮地轉換成「福氣」,我們因「禍」得福,才能在全球首創「恐龍胚胎學」,這是別人沒法做到的,更該好好珍惜,並且在各方的協力之下,特加發揚光大,更上層樓。

75年來,雲南楚雄祿豐龍首次榮登 Nature,而且是封面論文

就在我們台灣三位作者和賴茲院士參加第二屆「雲台會」的期間,雲南省考古所的吉學平博士指出:中國恐龍學在 1938 年從大洼開啟了,可是,這麼漫長的 75 (1938-2013) 年以來,從來沒有雲南恐龍登上 Nature 而且是封面論文,即便非封面的 Nature 論文也沒有;哇!這真是一個很有趣的觀察;依照他的說法,我們這篇 Nature 封面論文,正式而且很顯要地把雲南的恐龍標示在世界恐龍地圖上;對於十年寒窗的我來說,真是個莫大鼓勵,對於團隊其他的成員而言,也是臉上很大的光彩。

稍微做一些文獻搜索,發現到現在為止,其實以前比較有學術份量的學術期刊,曾經有兩度刊登雲南的脊椎動物:一是 2001 年中科院古脊椎與古人類研究所徐星在〈古脊椎動物期刊(Journal of Vertebrate Paleontology, 21(3): 477–483)〉發表鐮刀龍超科的出口峨山龍 (Eshanosaurus deguchiianus);不過,早在 1971 年,趙喜進就在中國雲南省峨山彝族自治縣發現一些恐龍化石,他所命名的峨山龍是一種植食性的原蜥腳類恐龍;但是後來徐星又命名了肉食性的峨山龍,他所依據的樣本是一個部分下頜骨頭與牙齒,發現於中國雲南省的下祿豐組,地質年代為侏儸紀早期的赫塘階,約 1 億 9600 萬年前;也就是說,一方面「峨山龍」這個命名鬧了雙胞,趙的是吃素的恐龍,而徐的卻是吃葷的恐龍;另一方面來說,〈古脊椎動物〉期刊的份量,其 SCI 點數,遠遠低於 Nature 的 36.28 點;另外一篇報導出現於 1963 年的 Nature 期刊,H. W. Rigney 報導了歐氏摩爾根獸 (Morganucodon oehleri);可是,這種動物是哺乳形類,而根本不是恐龍。

總結來說,上述的兩篇文獻,一篇問題很大,也非 Nature 論文,另一篇根本不是雲南的恐龍,吉博士所說的沒錯,雲南所有的恐龍,自從發現 75 年以來,從來沒有上過重量級的學術期刊過,而我們這篇論文,的的確確是第一篇榮登科學界最權威學術期刊 Nature 的論文,而且還當了封面論文,更是不簡單;嗐,提出一個疑問:為何如所謂的中國恐龍王,繼承了中國恐龍學之父的衣缽,怎麼會把這麼重大的機會承讓給我這個撈河撈過界的門外漢?再者,如果我們國際兩岸團隊,還是照著傳統古生物界的遊戲規則來玩人家訂規矩的遊戲,而非不按牌理出牌,採用「看進骨頭內」的思維,我們國際兩岸聯合科研團隊,能有此小成就嗎?值得深思

本文原發表於作者部落格「催眠恐龍

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黃大一

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