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夏日炎炎學得快?

老狐狸
・2012/07/17 ・1269字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

蜥蜴巢中的溫度會影響到幼體的體型大小、速度跟性別,現在,對於爬蟲類來說,可能還需要加上學習這一項。研究者發現,孵化溫度較高的個體,學習的速度也會比較快。這項結果還沒有被廣泛證實,但是說明了在較溫暖的氣候條件下,會提供蜥蜴較大的生存機會,幫助牠們逃離天敵的捕食。

原產於澳洲東南部的三線石龍子(Bassiana duperreyi),一種小型食蟲性的蜥蜴。雌型石龍子會將卵產在有陽光曝曬的岩石或是木頭之下,讓太陽幫牠們的巢位加溫。雪梨大學的兩爬學者,Richard Shine 跟他的同事發現,在 1997 到 2006 年之間,三線石龍子巢中的溫度上升了約 1.5℃,儘管雌性蜥蜴試圖將巢挖得更深;並提早在春季時產卵。

就目前而言,溫度的提升對於蜥蜴媽媽而言似乎並不是個壞消息。在正常溫度範圍下,溫度較高的巢位似乎可以產出奔跑速度較快的幼體,同時也保有相當平均的性別比(溫度較低的巢位會產生就高比例的雄性,對於低溫的耐受性較好;但平均的性別比會提高整體的幼體的數量)。Joshua Amiel,Shine 研究室的一位博士生,十分好奇在溫度較高的情況底下,胚胎腦部的發育是否也會與常溫下有所不同。他採集了野外的雌性個體,並讓她們在有人工基質(沙及蛭石,一種常用於園藝上的底材)的坡離培養皿上產卵。將其中一半的卵放在 22℃ 的生長箱中,另外一半則放在 16℃ 的生長箱中,直到牠們孵化為止。

當小石龍子只有幾週大,比你的小指還要小的時候,Amiel 會對她們進行簡單的學習能力測試。每隻蜥蜴會被放置在 24℃ 的籠子裡,裡面有兩個可供躲避的地方-反過來的花盤,側面有開孔可以讓蜥蜴進出,其中一個開口會用樹脂玻璃封死的。聰明的蜥蜴在撞上玻璃幾次之後,就會放棄偽躲避地點,而只從真正的開口進出,Amiel 解釋道。

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他在為期四天的實驗中,每隻個體共測試了 16 次。用畫筆輕觸蜥蜴的尾部刺激牠們進行躲避。若在 30 秒內蜥蜴的吻端撞上樹脂玻璃,Amiel 將其記為「失誤」;反之,若成功得找到躲避處,則記為成功「逃脫」。

「不論何種溫度孵化的個體『失誤』的次數大致相同,22℃ 孵化的蜥蜴,在實驗的後 2 天成功『逃脫』次數,平均比實驗的前 2 天多了 1~2 次,但在 16℃ 並未顯出這樣的變化。」Amiel 說道。Amiel 與 Shine 將其發現發表在 Biology Letters 上,從較溫暖的巢孵化可能有更高的機會逃離牠們的掠食者的捕食,例如貓或是笑翡翠

「孵化的溫度對於蜥蜴發育的影響非常之大,同樣影響蜥蜴的學習能力也是合理的,」加州大學聖克魯茲分校的兩爬學者 Barry Sinervo 說道。但他補充說道「每個物種都有其最適的孵化溫度,若超過,可能學習能力會在退化,因此蜥蜴從氣候變遷所得到的任何好處可能僅現於特定時間與地區。」

田納西大學諾克斯維爾分校的爬蟲行為研究者 Gordon Burghardt 贊同這項研究對於蜥蜴學習能力與氣候之間關係的重要性,但他對結果持保留態度。部份是因為在試驗設計上 Amiel 已知蜥蜴來自何種孵化溫度,同時也知哪個躲藏處是沒問題的。Burghardt 說「非使用單盲試驗,無意識造成的偏差或是不具意義的行為提示都會造成問題。」

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Amiel 承認這項只是初步的研究,但他非常期待繼續進行新一輪的實驗與數項認知測試。「目前我們有許多蜥蜴的卵正要孵化呢!」Amiel 說道。

全文引自 Could Climate Change Alter Lizard Learning? [10 January 2011]

本研究發表在 Biology Letters

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老狐狸
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老是喜歡東找找西摸摸的路人 狐疑的踏入了一個很適合東翻西找的小路裡 狸貓的足跡都可以讓我駐足半天 是非對錯無關緊要 我只是想要好好的看看我住的世界

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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軍機操演太吵,蜥蜴狂吃紓壓
胡中行_96
・2023/05/01 ・1935字 ・閱讀時間約 4 分鐘

軍機操演保衛國家,噪音卻會干擾周遭社區。[1]人類的聽力範圍,約在 20 至 20,000 赫茲之間;與蜥蜴的 100 到 5,000 赫茲,部份重疊。[2]所以別只想到自己,請多關懷鄰居──此處不堪其擾的,可能還包括蜥蜴。學名 Aspidoscelis neotesselatus 的科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴(Colorado checkered whiptail),列屬美國科羅拉多州的特別關注物種(species of special concern),[3]並被美軍視為瀕危物種(species at risk)。[2]由於其棲地涵蓋美國陸軍卡森堡軍事基地(US Army Fort Carson Military Base),科學家想知道軍機航道下的噪音壓力,是否會影響牠們的健康和生育。[3]

科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴。圖/Koopasteve on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

孤雌生殖

Aspidoscelis屬之下,某些種的蜥蜴只有雌性,採行孤雌生殖(又稱單性生殖;parthenogenesis),[4]卵不用受精就能長成胚胎。這種方法一般會使物種幾無變異,遇上疾病或環境變化,便容易被一舉殲滅。[5]比較特別的是,牠們過去有的曾與同屬不同種的雄性雜交,多少豐富了基因,混血產生的科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,還因此擁有三套染色體。[4, 5, 6]孤雌生殖的 Aspidoscelis 屬蜥蜴,例如:科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,[4]製造卵子時,比有性生殖(sexual reproduction)多複製一次染色體,才進行分裂。如此一來,無需精子湊對,依然能發展出正常胚胎。[5, 7]

噪音的影響

研究團隊於 2021 年進入繁殖季的一個月後,也就是 6 月期間,跑去卡森堡軍事基地一帶,測量飛航範圍的地面噪音:[3]軍機演練時,33.9 到 112.2 分貝;其他時候,則為 30.1 至 55.8 分貝。科學家也觀察科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,在這兩種情況下的行為,並幫牠們抽血、秤重、量身長、照婦科超音波等。[2, 3]最後,將所有蒐集到的數據,依照設定的指標逐項分析:[3]

  • 皮質酮(corticosterone):當壓力來襲,腎上腺會分泌皮質酮,來調節能量供給。軍機劃過天際的日子,科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴的皮質酮,一如預期地上升。[3]
  • 血糖(plasma glucose):歐洲海鱸(European sea bass;學名:Dicentrarchus labrax)遇到人為噪音時,血糖會提高,以應付壓力下所需的耗能。儘管這種現象聽起來相當合理,但是科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴的血糖卻無動於衷。[3]不曾飆高以因應外界刺激,也沒有消耗過頭而直直下墜。
  • 反應性氧代謝物(reactive oxygen metabolites):人為噪音會使歐洲濱蟹(shore crabs;學名:Carcinus maenas),加速代謝,而提高耗氧。科學家原本覺得,科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴也會這樣。誰知道牠們血液中的反應性氧代謝物,出乎意料地於軍機操演時下降,懷孕者濃度又比其他個體更低。[3]
  • 補償性進食(compensatory eating):壓力暴食不是人類的專利,認識科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴後,有沒有倍感欣慰?牠們受軍機的噪音干擾,有時原地進食,有時邊走邊吃。整體來說,在壓力下吃多動少。[3]
  • 酮體(ketone bodies):當血糖供不應求,身體會代謝脂肪,產出酮作為能量來源,[3, 8]此即生酮飲食(ketogenic diet)的減肥原理。奇妙的是,人類努力控制飲食,才能達到的狀態,[8][註]科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴竟得來全不費工夫。在軍機的噪音下,牠們的血糖明明沒有變化,脂肪就直接開始代謝。體型小的個體,酮體濃度較高。[3]

共存共榮

綜合以上,由上升的皮質酮,可以確定軍機飛行的噪音,會給科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴帶來壓力。科學家認為,牠們一方面狂吃,所以血糖沒有下降,反應性氧代謝物甚至減少;另方面不等血糖耗盡,就搶先燃脂製造酮體當補給。在這個機制的調節下,儘管居住環境不太理想,抗壓消耗很多能量,但是科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴適應得還算可以。當然,如果願意體貼孕婦,科學家建議軍機最好於繁殖季節期間,避開蜥蜴數量密集的地區,或是飛高讓地面噪音低於 50 分貝。[3]以後當美軍飛航演練,維護人類社會的和平與穩定;期望科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴也能安心增產,拓展成繁榮昌盛的族群。

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備註

生酮飲食有痛風、腎結石和營養失調等潛在副作用,[8]嘗試前請找醫師評估。

參考資料

  1. Kirk A. (10 APR 2023) ‘What’s that noise? Colorado Air National Guard to fly F-16s at night’. 9News.
  2. Dijkstra M. (29 MAR 2023) ‘Lizards at US Army installation are stress eating during flyovers’. Frontiers Science News.
  3. Kepas ME, Sermersheim LO, Hudson SB, et al. (2023) ‘Behavior, stress and metabolism of a parthenogenic lizard in response to flyover noise’. Frontiers in Amphibian and Reptile Science, 1:1129253.
  4. Walker JM, Montgomery CE, Cordes JE, et al. (2019) ‘Morphological Variation, Habitat, and Conservation Status of arthenogenetic Aspidoscelis tesselatus Pattern Class C in the Canyonlands of Southeastern Colorado, USA’. Herpetological Conservation and Biology 14(1):119–131.
  5. How an Asexual Lizard Procreates Alone’. (02 JUN 2022) National Geographic.
  6. Parthenogenesis’. Britannica. (Accessed on 20 APR 2023)
  7. Newton AA, Schnittker RR, Yu Z, et al. (2016) ‘Widespread failure to complete meiosis does not impair fecundity in parthenogenetic whiptail lizards’. Development, 143(23):4486-4494.
  8. Diet Review: Ketogenic Diet for Weight Loss’. Harvard T.H. Chan School of Public Health. (Accessed on 19 APR 2023)
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發現四腳蛇化石:蛇界的始祖鳥
旻妤
・2015/07/30 ・2902字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

2016/11/18編按:有新的觀點認為這可能不是蛇的化石,而是伸龍(dolichosaur),一種水生蜥蜴的話時。相關文章歡迎參考國家地理的這一篇文章:轟動一時的「四腳蛇」可能只是恐龍時代的蜥蜴?

始祖鳥具有鋒利的牙齒、腳上三趾有彎爪、長的骨質尾巴,這些是恐龍的特徵,而牠也同時有羽毛、翅膀,和現代的鳥類相似,因此被認為是恐龍演化到鳥類的橋樑,後來也陸續發現有羽毛的恐龍化石,證實鳥類是從恐龍演化而來。

在爬蟲類演化的部分,現在科學家普遍接受蛇是從蜥蜴演化而來,但對於是陸生還是水生的蜥蜴一直以來有很大的爭議,各有理論支持。直到最近發表的這篇四腳蛇化石的研究,終於解開了一些謎團。

四腳蛇就是扮演了始祖鳥的角色。牠是在巴西發現的化石,約有1億2000萬年歷史,是第一個發現有四隻腳的蛇類化石。牠的體長只有20公分,前肢和後肢分別為4毫米與7毫米,因此乍看之下很難看出牠的四肢,但放大一看竟然還有五個指頭!

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Dave Martill/University of Portsmouth 圖片來源:Science news

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蛇怎麼會有腳?是蜥蜴吧你不要騙我了

一般辨認蛇跟蜥蜴就是從有沒有腳來判斷,但其實有些較原始的蛇類也有前肢或後肢的殘留構造,也有蜥蜴是沒有四肢的。所以辨別蛇跟蜥蜴應該從以下幾點來判斷:

1.尾巴長度:蛇的尾巴很短,蜥蜴的尾巴很長。尾巴的算法是從泄殖腔開始,到身體最末端。

2.腹鱗:蛇的腹部鱗片特化成只有一片,蜥蜴的話會是很多片排列在一起。

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左:排灣腹鏈蛇的腹鱗,圖片來源:ng論壇 ;右:雪山草蜥的腹鱗(汪仁傑) 圖片來源:TaiBIF

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3.眼瞼:蛇的眼瞼是整片的,所以他們不能眨眼,但大部分蜥蜴可以。

4.舌頭有無分叉:想必大家對蛇吐出舌頭的畫面很熟悉吧,蛇的舌頭都有明顯分叉,但是多數蜥蜴沒有喔~

5.有無外耳孔:蛇的外耳、中耳退化,沒有外耳孔,蜥蜴有。

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Dave Martill/University of Portsmouth 圖片來源:nature news

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「雖然牠有四隻腳,但有其他的特徵清楚地顯示出牠是蛇。」——尼可拉斯・朗里奇(Nicholas Longrich),英國巴斯大學(University of Bath, UK)考古學家,同時也是這篇論文的共同作者如此說。

朗里奇說,化石的最前端,具有完整的骨頭,呈現一個緊緊纏繞的線圈形狀,看起來就像是個沒有四肢的身軀。除了迷你的四肢外,牠的頭骨大約是人類一個指甲的大小,脊椎有160個脊椎骨,尾部有112個脊椎骨。

四腳蛇的脊椎超過150節(蜥蜴的脊椎沒有這麼長),牙齒呈現尖的、有一點彎曲。另外牠具有橫越整個腹部寬度的鱗片(也就是「腹鱗」,蛇類為了在地上爬行特化出來的構造),這是爬蟲類有鱗目中只有蛇才有的特徵。

「這個生物無疑地是蛇。」耶魯大學(Yale University)的Bhart-Anjan Bhullar雖然沒有參與研究,但在看到化石之後就這麼說:「沒有一個其他的爬蟲類像牠一樣綜合了這些特性。」

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「擁抱的蛇」

這個物種被命名為Tetrapodophis amplectus,屬名Tetrapodophis在希臘文中是四腳的蛇的意思,而種名amplectus來自拉丁文意為「擁抱」。

科學家更深入的觀察四腳蛇後發現,牠的四肢具有纖長的指頭,末端還有細小的爪子,因此推測牠的四肢不是用來爬行,也不是演化過程中剩餘的、沒有用的痕跡,比較有可能用來抓住獵物或是在交配時抓住配偶,這也是種名用了「擁抱」這個詞的原因。「牠是一隻擁抱的蛇。」朗里奇教授說。

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JULIUS T. CSTONYI 圖片來源:science news

這個化石已經出土數十年才開始被關注,起先是由研究團隊中的大衛・馬提爾(David Martill),英國普茨茅斯大學(the University of Portsmouth),在德國的Solnhofen博物館中發現。但朗里奇說,覆蓋在化石上面的石灰岩,還有化石呈現的褐至橘色,都指向巴西東北部的一個特定區域。不過這個化石是如何從巴西跑到德國的博物館中,卻是無人知曉。(其實那些科學家也不是很在意)

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四腳蛇令科學家著迷的地方

四腳蛇的脊椎總共有272節,這已經超過科學家認為動物在開始失去四肢之前體長可以到達的極限的兩倍,這也是四腳蛇令人驚訝的地方。馬丁・科恩(Martin Cohn),美國佛羅里達大學(University of Florida, Gainesville)的演化發育生物學家說,這表示動物的四肢在演化中重新找到它的用途,而不是隨著身體延長而逐漸萎縮。在蛇類演化的模型裡,科學家一直認為是他們的身體先不斷變長,四肢才開始退化。但四腳蛇的發現顯然違背了這個假設,表示身體的延長和四肢的退化可能是獨立的兩件事情,科恩解釋。

科學家們普遍認為蛇是從蜥蜴演化而來,是因為發現的化石證據表示在骨骼構造上,蛇與蜥蜴很相近。有一派學者認為蛇是從「洞蜥」演化而來,這種蜥蜴生活在洞穴中,這能解釋為何蛇的聽力、視力都退化,身體也變成流線型。另一派學者則認為蛇是從滄龍(沒錯就是侏羅紀世界裡面最後出來撿尾刀的那隻)演化而來,後來才移居到陸地上生活。在這種假設下,外耳的退化是因為在水中沒有作用,透明的眼膜也是因為要在水中活動。有些化石的研究報告發現滄龍和蛇的骨骼結構相似,而且蛇的化石旁邊也出現和滄龍生活相同時期的沈積物。

四腳蛇大幅縮小的四肢、長長的身軀、短的口鼻部,都是適應爬行、鑽洞而在演化上保留下來的特徵;沒有利於游泳的扁平狀尾巴,而是圓柱狀,也沒有發現鰭的構造。因此科學家們推測四腳蛇是生活在洞穴中的陸地生物,蛇類並不像先前一些科學家認為的是由海洋生物演化而來,朗里奇表示。

加拿大阿爾伯塔大學(University of Alberta, Edmonton, Canada)的脊椎考古學家邁克爾・考德威爾(Michael Caldwell)表示,所有的脊椎生物,當然包括爬蟲類,都有一個小小的骨頭叫做「椎間體」(intercentrum),然而四腳蛇的脊椎骨中並沒有發現這個構造。四腳蛇的脊椎構造和在2億5000萬年前那次大滅絕(二疊紀大滅絕)絕種的兩生類有較高的相似度。「我覺得這個生物遠比研究團隊所說的令人興奮。」考德威爾說。不過四腳蛇應該不是最原始的蛇,因為可能還有很多在二疊紀大滅絕前的爬蟲類化石還沒被找到。

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四腳蛇,一個擁有完整的蛇軀體,卻有四肢,像是當初填補恐龍演化到鳥缺失的那塊拼圖——始祖鳥一樣,補齊了科學家一直遍尋不著,蜥蜴演化到蛇的那個關鍵證據。

參考資料:

原始論文:

David M. M., Helmut T., and Nicholas R. L., 2015. Four-legged snake from the Early Cretaceous of Gondwana. Science, 349:416-419

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旻妤
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編輯實習生,就讀臺大森林系,輔修生化科技系。雖然念森林但非常討厭蟲,不過待在山上當野孩子的時光總是滿開心的。