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在琥珀中遇見遠古恐龍的羽毛尾巴

Gene Ng_96
・2016/12/16 ・1913字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

《侏羅紀公園》一直到拍到第四集《侏羅紀世界》,裡頭所有獸腳類恐龍,仍然是光秃秃的好害羞,可是近廿年來大量的古生物學發現,已經確認了好幾種獸腳類恐龍,其實應該是毛茸茸的,而且還有各種各樣的奇特羽毛,和現今鳥類相比,恐怕是不遑多讓。

1993 年《侏儸紀公園》第一集的恐龍主角暴龍:「我就是光溜溜,而且也沒在害羞的!(設計對白)」圖/JURASSIC PARK, 1993. ©Universal/courtesy Everett Collection, from IMDb
1993 年《侏儸紀公園》第一集的恐龍主角暴龍:「我就是光溜溜,而且也沒在害羞的!(設計對白)」圖/JURASSIC PARK, 1993. ©Universal/courtesy Everett Collection, from IMDb
2015《侏儸紀世界》中的帝王暴龍。過了20多年這系列電影中的恐龍還是沒有羽毛啊!圖/IMDb
2015《侏儸紀世界》中的帝王暴龍。過了20多年這系列電影中的恐龍還是沒有羽毛啊!圖/IMDb

然而,在絕大多數過去出土的化石中,羽毛是被壓扁的,雖然大多數羽毛平時就很扁,但是羽毛畢竟是最複雜的皮膚附屬物,羽毛也能夠有繁複的立體構造,變成化石被壓扁後,有些立體結構不好判斷,因此演化上的變化也難以決定。

1860年發現的始祖鳥羽毛化石,真的是扁扁的...圖/By H. Raab (User:Vesta) - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8305343
1860年發現的始祖鳥羽毛化石,真的是扁扁的…圖/By H. Raab (User:Vesta) – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

緬甸琥珀中發現了恐龍尾巴

遠古的羽毛有沒有可能被其他方法保存下來?不是不可能,在加拿大、法國、日本、黎巴嫩、緬甸和美國,其實都有發現包裹了羽毛的白堊紀琥珀,讓科學家瞭解遠古羽毛的立體形態。可是那些琥珀羽毛的主子是何方恐龍或鳥類,幾乎無法判斷,因為缺乏其他身體組織以供研究。

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,從一個來自緬甸東北部克欽邦胡康河谷的如杏桃般大小的琥珀,發現了一段獸腳類恐龍的尾巴,標本保存有九千九百萬年之久,是首個被發現保存在琥珀中的非鳥類恐龍組織。他們也在同個地區出土的同樣年代的琥珀中發現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」。

代號 DIP-V-15103 琥珀裡不同角度的恐龍尾巴。圖/取自原始論文
代號 DIP-V-15103 琥珀裡不同角度的恐龍尾巴。圖/取自原始論文

克欽邦是緬甸聯邦內以克欽族為主體的高度自治邦。目前克欽獨立軍控制全邦,緬甸國防軍正在進攻克欽邦,企圖摧毀克欽民族武裝力量。克欽邦在過去兩年前來一直盛產琥珀,刑立達是在克欽邦首府密支那的工藝品市場發現該未經打磨的琥珀。

他們利用光學顯微鏡及微電腦斷層掃描儀來研究代號 DIP-V-15103 琥珀裡的樣品。在尾巴上,還帶有像是絨毛的羽毛,讓我們能夠從中判斷羽毛早期的演化!琥珀裡的羽毛已有羽軸,並非絨毛。由於標本裡面的尾椎是分開的,所以不可能來自鳥類,因為鳥類尾椎瘉合成尾綜體,所以尾部羽毛可以一起被帶動。該尾巴可能來自一隻幼年虛骨龍,上頭保存的羽毛,連毛囊和羽毛都清晰可見。

顯微鏡觀察琥珀裡的羽毛在不同角度下的照片。圖/取自原始論文
顯微鏡觀察琥珀裡的羽毛在不同角度下的照片。圖/取自原始論文

在那些羽毛帶有短而纖細的羽軸,羽軸上有交錯的羽支,而羽支上已有羽小支,這支持了羽支在演化和發育上,融合形成羽軸前,就已帶有羽小支的理論,不過由於羽支是交錯排列的,和傳統的模式不同,表示羽毛的演化,可能比已知的還複雜多樣。那些羽毛無法形成相互勾連、緊密結合成羽片,比較像是現代鳥類的裝飾羽。

(A及B)恐龍尾巴上最大片的羽毛描繪圖及照片。(C)羽毛的可以演化發育路徑及步驟。代號 DIP-V-15103 琥珀裡的羽毛可能支持3b的路徑雖然並沒有反駁3a的可能,但是其形態因為羽支的交錯排列,和傳統的理論仍有不同。圖/取自原始論文
(A及B)恐龍尾巴上最大片的羽毛描繪圖及照片。(C)羽毛的可以演化發育路徑及步驟。代號 DIP-V-15103 琥珀裡的羽毛可能支持3b的路徑雖然並沒有反駁3a的可能,但是其形態因為羽支的交錯排列,和傳統的理論仍有不同。圖/取自原始論文

除了羽毛帶來的驚喜,他們也發現琥珀中的碳化軟組織,有大量二價鐵離子的訊號,顯示尾巴裡有血球蛋白。

克欽邦已有幾個琥珀帶來驚喜,未來可能還會有更多發現,讓演化生物學家能夠瞭解羽毛的演化!

 

 

原學術論文:

  • Lida Xing et al. 2016. A Feathered Dinosaur Tail with Primitive Plumage Trapped in Mid-Cretaceous Amber. Current Biology 26: 1-9; doi: 10.1016/j.cub.2016.10.008

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Gene Ng_96
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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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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)


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胡中行_96
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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。