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巴斯德與狂犬病疫苗 │ 科學史上的今天:07/06

張瑞棋_96
・2015/07/06 ・1283字 ・閱讀時間約 2 分鐘

1885 年的今天,巴斯德(Louis Pasteur, 1822-1895)的實驗室來了一對不速之客:一位憂心忡忡的母親帶著一個九歲的小男孩。她的小孩前天被狂犬咬傷,她聽說大名鼎鼎的巴斯德正在研究狂犬病疫苗,因此特地從鄉下坐火車來巴黎請巴斯德救她小孩一命。

巴斯德陷入天人交戰,因為他只是化學家與微生物學家,並沒有醫生執照,依法不得有醫療行為,更何況他剛研發出來的狂犬病疫苗只用狗做過實驗,如今若直接施打於人身上,萬一將來追究起來,肯定罪加一等。

其實巴斯德對於自己研發的疫苗頗有信心,他已有多次經驗,也都獲得良好成效。事實上,微生物所扮演的角色正是他最先發現的。那是起因於 1856 年,他到里爾(Lille)大學任教兩年後,當地的釀酒商請他幫忙解決酒會變酸的問題。巴斯德研究後發現釀酒其實是由微生物引起的發酵作用,而酒變酸也是發酵作用,只不過參與的是別種微生物。隔年八月,巴斯德發表論文,世人才知道酵母菌與乳酸菌的存在與作用。

不過酒會變酸的問題還沒解決,畢竟酒也經不起用高溫殺菌。經過多年研究,巴斯德終於在 1862 年發明將酒加熱到攝氏 60~65 度幾分鐘的方法,既能殺菌又不減損酒的風味。這個「巴斯德消毒法」不但挽救了法國的製酒業,日後也成為各國保存鮮奶的妙方。巴斯德也順勢用自己設計的鵝頸瓶證明殺菌過的溶液就不會再滋生細菌,否定了當時認為生命可以無中生有的「自然生成論」。

牛奶與酒等食物會因微生物而腐壞這件事令巴斯德懷疑疾病也與微生物有關。1879 年,他培養出雞瘟的病原菌加以實驗,有一次巴斯德度假回來竟發現助手疏忽使得培養皿乾枯了好幾天,巴斯德將乾枯的菌株接種到雞身上,結果這些雞隻被注射病原菌後竟沒有感染雞瘟。巴斯德不但因此發明雞瘟的疫苗,也發現了可以降低病菌活性以製造疫苗的方法。1881 年,他培養出造成牲畜感染炭疽病的炭疽桿菌,製造疫苗,挽救了法國的畜牧業。

狂犬病疫苗是他首度拯救人命的嘗試,如今他真的要冒著牢獄之災的風險,將疫苗注射到這位小男孩身上嗎?望著這個母親絕望中的懇求眼神,巴斯德決定放手一搏。男孩痊癒後,果然並未發作狂犬病,一個月後另一位接受疫苗注射的少年也證明有效,消息傳開後,各國傷患紛紛前來求診,巴斯德成了世界英雄,他雖然不是最先發明疫苗的人,卻是第一位清楚指出疫苗製造原理的人,也因此啟發後來的科學家研製出更多疫苗,挽救了無數人。

為了感念巴斯德的偉大貢獻,除了法國政府,多個國家也都紛紛捐助響應巴斯德成立研究中心的願望。1888 年 11 月,「巴斯德研究所」落成時,他已因中風無法言語,只能由兒子代為宣讀致詞。1895 年,巴斯德過世後即葬於巴斯德研究院地下室的禮拜堂內,墓碑上刻著他嚥氣前的最後遺言:「我已經盡了本分。」

當年那個第一位注射狂犬病疫苗的小男孩 Joseph Meister 長大後一直在巴斯德研究所當警衛──不知他內心是否視之為守護著巴斯德的墓室?直到 1940 年,納粹佔領巴黎十天後,他才被人發現自殺身亡,終於卸下這一生唯一的職責。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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臺灣首次出土花豹化石!證實墾丁也有「金錢豹」——走在 12000 年前的一線天

TRY_96
・2021/09/18 ・3797字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 作者:紀子勤、陳婧、楊子睿

台灣挖的到化石嗎?有挖掘化石的團隊嗎?

台灣位於歐亞大陸最東側,亦為東北亞和東南亞的交界處。在最近一次的冰河時期(第四紀冰河時期)期間,全球海平面下降,臺灣海峽形成陸橋,許多大型的哺乳動物通過陸橋,從四面八方遷徙至此生活、繁衍,而最終安息於此。因此,我們現在腳下的這片土地,其實埋藏了許許多多台灣第四紀陸相哺乳動物的化石,不僅數量龐大而且種類繁多。

在研究紀錄中,台灣很多地方都曾出土過陸生哺乳動物的化石,如:台南左鎮菜寮溪流域、澎湖水道、臺中大甲溪、屏東恆春西台地四溝。然而在過去的八十幾年來,大多數的化石都是由業餘採集者採集,化石的發掘地點及地層紀錄都不完整,想要藉由化石去判定當時的物種組成及生存年代更是難上加難。

那臺灣完全沒有化石挖掘的研究計畫嗎?其實是有的。1971 年,一個大型的哺乳動物化石挖掘計畫在臺南左鎮一帶盛大展開,當時由台灣省立博物館與臺灣大學的林朝棨教授、日本的鹿間時夫教授以及日本的大塚裕之教授共同合作,組成了一支犀牛化石挖掘的工作團隊。

經過數年的挖掘與復原,於1984 年林朝棨教授和大塚裕之教授將這隻犀牛命名為中國犀牛早坂氏亞種(Rhinoceros sinensis hayasakai;圖一),而現在存放於臺南左鎮菜寮化石園區,是左鎮化石園區的鎮館之寶。但可惜的是,在這次挖掘之後,台灣就沒有較為完整的化石挖掘計畫了。

圖一:左鎮菜寮化石園區的中國犀牛早坂氏亞種(Rhinoceros sinensis hayasakai)複製標本。圖 / 楊子睿拍攝。

為了進一步探索臺灣這個哺乳動物化石寶庫,2010 年由國立自然科博館地質學組張鈞翔博士與日本愛知縣教育大學河村善也教授共同合作,展開了臺灣南部石灰岩地區的探勘之旅。

在這次的探勘中,意外發現了在墾丁國家森林遊樂園區中一個未開發的石灰岩洞穴,裡面堆積了為數不少的陸生動物骨骼化石。因此開啟了墾丁洞穴的哺乳動物化石挖掘計畫,也成就了臺灣第一個在單一定點進行長時間且精細的化石挖掘研究計畫。

台灣的地質寶庫——恆春

恆春除了知名的墾丁度假勝地之外,其實也是充滿高度地質景觀多樣性的地方,也是過去台灣哺乳動物化石大量產出的地區之一(圖二)。這次研究報導的花豹牙齒化石,便是在知名的恆春石灰岩的溶蝕洞穴中發現的!

圖二:恆春半島地質圖及龍蝦洞位置(紅星處)。圖 / 陳文山,1985。

怎麼挖化石呢?不是鏟下去就完事了

在一般人的印象裡,挖化石也許就是拿著鏟子和刷子,一點一點地把埋在山壁上或沙漠中的化石取出來。但是在科學的挖掘中,有許多資訊是需要被記錄下來的。

首先,科學家在進行現地探勘時,會紀錄當地的 GPS 位置以及海拔高度,以便後人研究時能參考追蹤。再來,在開挖之前,我們需要先確定方位,並且於挖掘範圍內畫出方格區,爾後以分區、分層的方式進行挖掘,這麼做是為了記錄不同位置與不同深度所產出的化石資訊。

另外,在挖掘過程中,我們會保存部分的沉積物作為後續地層分析的依據,因為化石年代的線索不只會保留在化石上,周圍埋藏化石的沉積物,也同樣藏著很多化石年代的資訊。

這次墾丁洞穴的哺乳動物挖掘計畫,可以說是相當特別的挖掘經歷。在洞穴中,有效隔絕了天氣與人為活動對於挖掘點的破壞以及挖掘計畫的干擾,使得科學家有機會執行長期且較細緻的挖掘研究。

另外,本次挖掘計畫中,除了大型化石之外,我們也收集了一些挖掘出來的沉積物,回到實驗室後,利用 0.5 公釐的篩網淘選,因此保留了許多與齧齒類牙齒尺度相當的細小化石。

雲豹真的存在過台灣嗎?

2014 年 11 月在墾丁洞穴內進行挖掘時,研究生林芝瑜發現了三顆牙齒(圖三),從牙齒的形態學來看,這三顆牙齒屬於中型貓科動物的兩顆右側下前臼齒以及一顆下臼齒。

研究團隊初步推測是雲豹的牙齒,然而即使在臺灣過去文獻上記錄有雲豹的存在,關於雲豹的消息卻一直都是以軼事的方式流傳。從來沒有研究人員親眼見到或拍到雲豹的蹤跡,也未曾發現過類似排遺等顯示雲豹存在的證據。

圖三:於墾丁龍蝦洞中發現的三顆貓科動物的牙齒(a 為第三前臼齒 ( p3 )、b 為第四前臼齒 ( p4 )、c 為第一大臼齒 ( m1 );1 為頰側面視角、2 為舌側面視角、3 為咬合面視角)。圖 / 引用自 Chi et al. (2021))。

因此部分學者認為,我們並沒有足夠的科學證據證實臺灣曾經有雲豹存在。那如果這三顆化石牙齒就是雲豹的牙齒呢?如果這三顆牙齒真的是雲豹的牙齒,它將成為相當重要而有力的證據,除了能解決長久以來對於雲豹存在臺灣與否的爭辯,亦可以成為確認雲豹為臺灣原生貓科動物的證據之一。

化石要如何驗明正身?

化石鑑定只靠猜想是不行的!科學鑑定講究的是證據,因此科學家會透過更進一步的型態分析來檢視化石物種。在哺乳動物的化石鑑定中,我們可以透過現生的哺乳動物標本來協助辨識,藉由親緣關係相近的現生動物標本的型態,幫助我們推斷出化石的真實身分。

至於墾丁洞穴裡的三顆牙究竟是誰的呢?研究學者利用貓科中體型較接近的現生雲豹(Neofelis sp.)、虎 (Panthera tigris)以及花豹(Panthera pardus)這三種物種來進行比對,透過牙齒的特徵、輪廓以及量測的統計資料做鑑定,比對化石物種可能較接近貓科中豹亞科(Pantherinae)的哪個類群。

可惜化石最終的比對結果顯示這三顆牙齒並不屬於雲豹,反而和現生花豹最為相近,因此臺灣雲豹之謎依然無解。但幸運的是,過去的記錄中台灣並未發現過花豹的存在,因此台灣花豹化石的發現可謂是撰寫下臺灣中型貓科物種全新的一頁,也是相當重要且珍貴的生物紀錄。

花豹是從哪裡來的呢?

了解化石的真實身分之後,我們就可以進一步來探討這些花豹當年的分布情形了!利用花豹化石在亞洲地區的分布紀錄,就有機會能推測出花豹在當時的棲地範圍和遷徙路徑。

在更新世時期的岩層中,包含中國、北韓、日本等台灣周邊地區都有花豹的化石紀錄(圖四),因此我們認為臺灣的花豹很可能來自這些鄰近地區,又或者是這些花豹從台灣遷徙到了周邊地帶。雖然實際的棲地範圍與遷徙情形為何還有待未來更多的研究證實,但可以確定的是在當初廣泛分布的花豹棲息地中,台灣可是佔有一席之地的喔!

圖四:東亞地區花豹化石紀錄一覽;Ma 為百萬年前。 圖 / 修改自 Chi et al. (2021)。

晚更新世的墾丁森林遊樂園!

自 2010 年至今,研究學者在墾丁的洞穴中已發現不少的化石物種,包含豪豬、家鼠、臺灣刺鼠、高山田鼠(王國全,2015)、花豹(甘怡,2016)、新竹梅花鹿(林芝瑜,2017)、鼬獾(紀子勤,2019)、羌、獼猴及蹄鼻蝠等。

根據洞穴中花粉的分析結果顯示,晚更新世時期墾丁洞穴一帶是中海拔的原始闊葉林,和現今墾丁的環境相當類似。而在這個洞穴內所發現的化石物種中,不僅有小型的哺乳類動物,也存在著像花豹這類頂層的掠食者,可見當時的生態系已達到一定的規模。

換言之,我們可以想像,晚更新世時期的墾丁國家森林遊樂園區,其實就像是當時各種哺乳動物生存、狩獵以及繁衍的森林遊樂園呢(圖五)!

圖五:晚更新世的一隻花豹走在墾丁知名景點一線天的復原圖。圖 / 李建興繪製。

墾丁化石研究的展望

在過去的挖掘中其實還有很多挖掘回科博館保存的化石還沒有被研究和整理,這些化石標本的清理修復要花上數年的時間,再加上後續的研究,方能幫助我們了解過去生物的演化歷史。

過去古生物學以命名新物種的分類學為重,甚至有過 19 世紀化石戰爭(Bone Wars),兩個古生物學家爭相命名物種的故事。然而,古生物學走到今天,已不再是單純命名新種的「郵票蒐集者」,而是試圖以跨領域的研究方法來了解過去生物的各種面向。

當然,發現新物種仍然同樣重要,只是新的物種紀錄並不是研究的主要目的,而是透過新物種的紀錄取得了解動物群來龍去脈的新線索。

這次於墾丁國家公園發現的花豹化石,不僅更新了臺灣的化石紀錄,未來更有機會,將墾丁的化石研究與故事融入到墾丁國家公園的內容中,進而形成在地化的展示。

特別感謝墾丁國家公園對本研究的協助。

參考文獻

  • 陳文山、鄭穎敏、黃奇瑜 (1985),台灣南部恆春半島之地質,地質,第 6 期,第 2 卷,第 47-74 頁。
  • 王國全 (2015),臺灣南部墾丁地區第四紀晚期石灰岩洞穴囓齒目化石之研究,碩士論文,174 頁,國立成功大學地球科學研究所。
  • 甘怡 (2016),臺灣南部墾丁地區石灰岩洞穴內更新世晚期貓科化石之研究,碩士論文,107 頁,國立成功大學地球科學研究所。
  • 林芝瑜 (2017),臺灣南部墾丁地區更新世晚期石灰岩洞穴鹿科化石之研究,碩士論文,東海大學生命科學系。
  • 紀子勤 (2019),第四紀臺灣南部小型食肉目化石之研究,碩士論文,國立中正大學地球與環境科學研究所。
  • 陳文山、許威傑 (2010),臺灣大型哺乳動物產出更新世地層的古境意義,經濟部中央地質調查所彙刊,第 23 號,第137-163 頁。

TRY_96
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在中部某間有恐龍的博物館默默打雜的古生物學家 > <
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