0

0
0

文字

分享

0
0
0

在琥珀中發現了恐龍時代的遠古鳥類之翼

Gene Ng_96
・2016/07/01 ・2360字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

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。

source:Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.
CT重建圖像。圖/Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber.

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:


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 20 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


2

4
1

文字

分享

2
4
1

我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 2
胡中行_96
29 篇文章 ・ 26 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。