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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

蕭昀_96
・2018/01/16 ・2306字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 587 ・九年級

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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蕭昀_96
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澳洲國立大學生物學研究院和聯邦科學與工業研究組織─澳洲國立昆蟲標本館聯合培養博士生,國立臺灣大學昆蟲學系學士,中研院臺灣生命大百科(TaiEOL)編輯人員、泛科學專欄作者,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(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 。因為攻讀博士所以持續焦慮中。


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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)