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讓媽媽萬古留芳-試論「黃大一啥米碗糕體」

timd_huang
・2011/04/22 ・3092字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

人生苦短,老媽能活到這麼一大把年紀,實在難得,值得慶幸,我們為人兒女的,除了平日更該好好照顧老人家之外,該如何給她老人家祝壽呢?苦思良久,實在難為,最後終於有個念頭浮現出來,應該把我最近發現的埃迪卡拉紀新古生物,以媽媽的名字來命名,讓此後全世界凡是提到這個地球生命演化史上重要的古生物,大家永久都用她的名字來稱呼,也因而讓她萬古留芳;因此,請把以下科普短文內「黃大一啥米碗糕體」改為「黃楊清蓮體(Chinglain huangyoung, nov. gen., nov. sp. Huang 2009)」,屬名為「清蓮體」,種名為「黃楊」。
——————————————————-

記得幾年前,當我最早得到那塊很奇怪、擺在櫃子裡面五年多、我叫它為「啥米碗糕」的化石嗎?費了好大的功夫到處找人鑑定到底是啥玩意都沒結果,去年春天終於有人透過網路點了我一下,後來經過國際上專精於這類生物化石的專家,如哈佛大學的A. Knoll博士們的協助鑑定,確認這是一塊埃迪卡拉紀的化石,因而展開了去年春末以來的人生大追尋,也終於在我六十歲大壽後第二天,親自到了雲南中部這個地點考察,採集了更多的樣本。

怪化石

從這塊很可能改寫地球生命史和達爾文生物演化學說的樣本、以及世界其它各地的化石證據來看,在寒武紀之前的埃迪卡拉紀,地球上曾經有過巨大繁盛的生物群,可惜又遺憾的是,世界各地埃迪卡拉紀的化石,泰半是鑄模化石(Cast & Imprint Fossils),而非實體化石(Body Fossils),因而導致科學家們對於這些奇怪有趣生物的研究,只能隔鞋搔癢從鑄模外表做些猜測,看著照片說故事,而無法直搗黃龍摸到真相;然而,雲南中部的這些埃迪卡拉紀化石,卻是該時代生物變成的實體化石,從研究的角度來說,這是絕對的優勢,從此之後,至少有幾個真東西樣本,可以讓我們好好玩玩。

上面這張圖的樣本,提供了這個「啥米碗糕體」的很多資訊,牠長得太奇怪了,叫大部份人家「生眼珠發眉毛」以來都沒有看過,我最早曾經比照其它類似的埃迪卡拉生物查恩盤蟲(Charniodiscus),臆測了此生物的復原圖,像個樹葉,上有「葉片」,中間有「葉梗」,底端有個「吸盤」吸附於海底;然而,這次親臨該化石點考察,帶來更為震驚的結果,在現場我撿到了好多此生物的碎片,從一面來看,就是「啥米碗糕體」的一部份,可是,翻過到另一面來看,哈!竟然太像朵西繩蟲(Funisia dorothea),讓我嚇了一大跳,以為找到了證據,可以推翻去(2008)年人家才在〈科學〉雜誌發表的此新埃迪卡拉生物,證明朵西繩蟲並非單獨管狀的生物體;不過,我錯了,再仔細端詳一下,那天剛到現場時所認為牠是朵西繩蟲的想法,很快就幻滅了,因為這些碎塊,其實是「啥米碗糕體」的兩面。

回家後花了好長久的一段時間不眠不休,終於把這次帶回來的埃迪卡拉紀怪化石清理到一個可用的階段,特別選擇幾個主要的樣本照相記錄,還花了三天用彩色列表機列印出來;同時,也綜合手頭上這些樣本所提供的資訊,自己外行充內行,用繪圖軟體畫出兩張想像的「黃大一啥米碗糕體(SaMiWanKao huangdayi, nov. gen., nov. sp. Huang 2009)」復原圖。

底面
上面

綜合來推測,這個「黃大一啥米碗糕體」,可能長得如以上兩張圖示的樣子。

從“底面”圖來看,可以明顯看到一根比較粗大的管狀中央主軸,中央主軸兩邊有直徑稍小的管狀次分軸,次分軸與中央主軸的夾角大約50 – 75度,從次分軸又有直徑更小的管狀第二級分軸,第二級分軸約略和中央主軸平行;整個生物體外緣以大約相等於次分軸直徑的彎管封閉連接;中央主軸、次分軸和第二級分軸的管狀組合結構很明顯;從這些軸的橫切面來看,它們都是管狀的結構,就是「上面」圖示內「豆腐干」(見下段說明)的接縫處,也就說,中央主軸、次分軸和第二級分軸的橫剖面是Ω形狀的;在所有這些軸內中央都以管路連通,構成整個生物體內的網絡結構。

從「上面」圖來看,兩邊則有像一堆「豆腐干」連排在一起,形成方塊網,每個「豆腐干」中央部分稍高,而四周接線部分凹進去,形成略微方塊狀的交叉線群,其中比較明顯較深的是從主軸分出去的次分軸,凹進去比較淺、並與較深凹線交叉、約略平行於主軸的是第二級分軸;整體看來有一點類似於好多朵西繩蟲排在一起。

本文所謂的「底面」和「上面」,僅是為了說明方便。

主軸的一端(左邊),稍微突出於相連的身體部份,但是突出量並不大,約為半公分,從此端看,似乎有幾葉「唇」片環繞中間的空洞,暫稱為「尾端」;相對另一端則突出比較長,可多於兩公分,而且靠近終端的表面有小瘤狀凸起,也有幾葉「唇」片環繞形成中間的空洞,這一端就暫稱為「頭端」吧!因整個生物體來看,外形類似於芭蕉扇,或許應該改叫這怪生物為「黃大一芭蕉扇體」比較適當。

上段所用的「尾端」和「頭端」兩詞,只是為說明方便而姑且用之的,事實上有可能剛好相反。

埃迪卡拉紀這些原始生物型態構造實在太奇怪了,和現生生物的形狀太不同了,也都不像從寒武紀以來的各種生物化石,很難說某生物體的那一端是頭、那一端是尾巴,有好多甚至是無頭無尾的怪生物,再者,牠們不只沒頭沒尾,甚至到底有沒有「嘴巴」,科學家們都還有爭論。

生物有頭、有尾、有嘴巴,對於我們一般常人來說,或許是天經地義、沒什麼了不起的事情,可是從生物演化的角度來說,從最原始無頭無尾沒有嘴巴的動物,發展到有頭、尾、口的出現,在動物演化過程中是絕對非常重大躍進階段,目前的認知以為,動物的這些頭、尾、口(和眼睛、脊索)等重要生理器官功能與特徵,要到5.3億年前寒武紀生命大爆發時期才出現,可是,如果雲南的這些埃迪卡拉紀實體化石所提供的資訊證明,動物的這些重要特徵,早在5.8億年前埃迪卡拉紀時代就已經有了,那麼,地球生命演化史,不是得做某些必要的思考和修改嗎?

目前雖然尚無法確認此群生物到底是動物或植物,或將某埃迪卡拉紀生物分類於動物界、植物界、凡德生物界(Vendobionta)、或某位發現的新生物界,但是從初步化學分析的結果來說,可以判斷牠們是軟體生物;就以本文論述的這個生物來說,看來牠很可能是一個剛剛被我發現、未曾被他人描述過的軟體動物。

綜合研判初步推論,此生物從『頭端』唇片處吸入海水,透過身體內的管狀網絡過濾,取得海水中的浮游生物與有機體為食物,然後從『尾端」把水和廢棄物排放出去,因此是一種濾食性生物;但是,這個「『頭端』唇片處吸入海水」,是否就等於有「嘴巴(口)」呢?我不知道,有待進一步探討。

這個生(動)物,除了可能是很少移動或緩慢移動的濾食生物可能性之外,是否還有一種可能,此生物可藉著吸水和排水來運動,如章魚的噴射機制?或是在海中翩翩起舞被稱為「西班牙舞者(Spanish Dancer)」的海蛞蝓?若有此可能,牠在必要的時刻(如面臨危機),可能是個快速的動物家,再者,牠會像某種鯨魚(鯊魚)那樣張著「嘴巴」吸水取食游泳的生物?或是像清道夫吸塵器吸食海底碎屑的底棲生物?

此外,是否也有可能這種芭蕉扇狀的生物體之“豆腐干”,亦即,由次分軸和第二級分軸所涵蓋的部份,實際上由如蜘蛛網的細微結構組成,功能也像蜘蛛網一樣,用來捕取不幸跑到或掉入這些『蜘蛛網陷阱』內的可憐生物?若是如此的話,那麼在埃迪卡拉紀的生物群中,雖然有沒有掠食生物還有爭議,但至少已經出現了捕食類生物;如果這項可以經過進一步研究而證實的話,在地球上最古老的多細胞複雜生物演化中,將是一件意義重大的發現。

有關於此生物的種種生理機制與特性,現在剛剛露出了一點曙光,透過現有的實體證據,加上無限的想像力,將會有更多有趣的發現。

哈!真沒想到,從這麼一塊原本搞不清楚到底是啥米碗糕(啥玩意)的石頭,竟然會在我人生正式進入銀法族之際,掀起了我人生中這麼大的波瀾,不虛此生。

本文原發表於「催眠恐龍」[2009-01-25]

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timd_huang
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跟我玩恐龍去!

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頭好撞撞追求女生的「獬豸鹿」,和長頸鹿脖子變長有什麼關係?
寒波_96
・2022/08/31 ・2359字 ・閱讀時間約 4 分鐘

長頸鹿最顯眼的特色莫過於長脖子。牠們祖先的脖子沒有那麼長,從短頸鹿變成長頸鹿是為什麼呢?一般說法是長脖子有利於覓食,天擇有優勢。然而一篇 2022 年的論文,報告一款長頸鹿的遠古親戚之餘,還主張脖子變長和性擇有關:男生脖子長有利於求偶。此一論點能相信嗎?

長頸鹿男生用脖子互撞,是爭取女生的手段之一。圖/參考資料 1

頭好撞撞向女生求愛!

進入主題以前,先請大家動動腦:分類學中,馬是馬科,人是人科,豬是豬科,牛是牛科,羊是牛科(!),鹿是鹿科,長頸鹿是哪一科?

這個問題很容易答錯,正確答案是:長頸鹿就是長頸鹿科(Giraffidae)。

多數人大概根本不知道有個長頸鹿科,它如今獸口單薄,只剩下住在非洲的長頸鹿、㺢㹢狓兩群。不同人對於長頸鹿有幾個物種見解不一,反正就是一群類似的長頸鹿。㺢㹢狓的知名度很低,許多人是從博客來 Okapi 網站的吉祥物認識牠。㺢㹢狓沒有長脖子,這點與許多長頸鹿科的古代親戚類似。

長頸鹿科及其近親們,古時候的多樣性遠勝現在。獬豸鹿便是其中一員,牠們住在中新世(Miocene)早期, 約莫 1700 萬年前的新疆。多年下來古生物學家在準噶爾盆地蒐集到幾件化石,可以推測獬豸鹿的體型,以及腦補頭部、頸部的狀況。

獬豸鹿男生想像圖。圖/參考資料 3

新發表的論文將其定義為新的物種:Discokeryx xiezhi,屬名和種小名都是新的。屬名 Discokeryx 的英文意思為 round-plated horn,可以翻譯作圓板角;種小名 xiezhi 則來自傳奇上古神獸「獬豸」,本文皆稱之為獬豸鹿,唸作蟹智露

研究者根據化石認為,獬豸鹿的頭部、頸部適應衝撞,頭好撞撞的戰鬥值很高,男牲求偶時可能用衝撞來爭搶女牲。會用腦袋撞來撞去的動物並不罕見,論文分析後主張,獬豸鹿的撞擊能力可謂難波萬,比所有古今的牛、羊、馬、豬都更能撞。

不過接下來的推論乍看有點神奇:脖子長有利同性競爭,於是愈來愈長變成長頸鹿!?

獬豸鹿、長頸鹿,與眾多親戚們的演化關係。圖/參考資料 1

向女生求愛,使得脖子長?

關於這點,其實沒有比較明確的證據。論文的思路是,長頸鹿古早近親們在頭部、頸部變化的花樣不少,堅頭曼們競爭女生的性擇力量,應該是適應的一大影響力。長頸鹿祖先的脖子變長,或許就是為了求偶有優勢。

長頸鹿和獬豸鹿的親戚關係如何?應該沒有直接關係。獬豸鹿住在 1700 萬年前的新疆草地,長頸鹿脖子變長則發生在 500 萬年前的非洲草地,算是上新世(Pliocene)早期。沒有證據支持獬豸鹿是長頸鹿的直系祖先,兩者頸部是獨立演化,適應方向也不一樣。

獬豸鹿和長頸鹿的年代差距非常遠。圖/參考資料 1

然而,論文很努力類比,強調兩者的相似。假如頭、頸適應的主要驅動力是性擇,獬豸鹿超耐撞是性擇所致,那麼長頸鹿脖子超長也有機會是性擇造成。

動物吃進不同的食物,會影響身體構造的成分,能夠由穩定同位素判斷飲食組成。對新疆獬豸鹿的牙齒分析得知,牠們當年應該住在乾燥的草地,也許乾旱到其他大型動物都不太能生存。

現在的長頸鹿也時常住在資源稀缺,不太有牛、羊的棲位。苦行的邊緣路線,或許是長頸鹿及其部分古代親戚的特色。

獬豸鹿生活的生態系想像圖,牠們或許能住在比其他動物更邊緣的棲位。圖/參考資料 2

一項特徵的演變,受到性擇影響之外,也可能涉及天擇。論文的說辭是,長頸鹿脖子變長一開始為性擇影響,尺寸增長有利於獲得女生歡心;脖子變長以後更容易取得資源,也對天擇有利。所以長期看來性擇、天擇兩個方向,都支持脖子延長的趨勢,也衍生出如今的長頸鹿。

不過這件事和獬豸鹿有關係嗎?好像沒有。

長頸鹿的脖子變長,和男牲競爭女牲有關嗎?這題交給各位讀者自行判斷。

延伸閱讀

參考資料

  1. Wang, S. Q., Ye, J., Meng, J., Li, C., Costeur, L., Mennecart, B., … & Deng, T. (2022). Sexual selection promotes giraffoid head-neck evolution and ecological adaptation. Science, 376(6597), eabl8316.
  2. Strange fossil solves giraffe evolutionary mystery
  3. How the giraffe got its neck: ‘unicorn’ fossil could shed light on puzzle
  4. This ancient giraffe relative head-butted rivals with an ‘amazing sexual weapon’

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
172 篇文章 ・ 619 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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為什麼恐龍可以長得這~麼大,這合理嗎?牠們的食量又會有多驚人?──《 誰讓恐龍有了羽毛? 》
臉譜出版_96
・2022/08/18 ・4023字 ・閱讀時間約 8 分鐘

古生物學的意義是?一窺打破規則的物種!

經常有人問我「到底為什麼要學古生物學?」我通常會碎念一些關於生命起源和演化的事,以及對生命歷史和地球環境這類更廣泛的文化理解。

然而,一個關鍵原因是有些古老生物打破了所有規則。

生物學家說,大象的體形是陸地動物中的極限,再長太多肉反而會把自己壓垮,或是在氣候變遷時餓死。

Elephant, Trunk, Tusks, Forest, Jungle, Pachyderm
既然大象是體型的極限,那恐龍究竟是如何生存下來的?。圖/pixabay

然而,恐龍,尤其是蜥腳類這群恐龍,就成了一個絕佳的例子,說明不可能的事情如何成真——我們不能說在侏羅紀時代的重力比較小,或是牠們一輩子都待在水裡(儘管有些瘋子真的提出這些主張)。

那麼,到底要如何解釋這些大到令人難以置信的巨大蜥腳類的存在?

這個馬丁.桑德當初產生的疑問,在今日許多古生物學家的共同努力下已經得到解答。

他有一個了不起的想法,而且他為一項二〇〇四~二〇一五年的長期研究計畫,募集到五百萬歐元的資金,這可能是每個學童都夢寐以求的計畫——他的計畫名稱是「蜥腳類恐龍的生物學:巨獸的演化」(Biology of the sauropod dinosaurs: the evolution of gigantism)。

桑德招募了二十多名研究人員,不僅有古生物學家,還包括營養專家、植物學家和動物園管理員。他想要一勞永逸地解決蜥臀類恐龍之所以如此龐大的原因。

古生物學家盯上體型最巨大的恐龍:高胸腕龍

他心中早就鎖定最大的恐龍,即在坦尚尼亞、東非和美國中西部晚侏羅世地層中的腕龍(下圖)。牠的骨架相當驚人,有 26 公尺長,相當於兩輛從頭量到尾的普通馬車,牠的頭拔地而起,有 9 公尺高,相當於是 3 層樓的高度。

圖/臉譜出版

與其他蜥臀類恐龍不同的是,腕龍有超長的前腿,會將身體的前半部分墊高,有點像是長頸鹿,頸部的椎骨顯示頸部的自然位置大約呈 45 度角,這與梁龍和圓頂龍等其他蜥臀類恐龍不同,牠們的頸部是保持水平的。

所以,桑德的研究重點是弄清楚這些 40~50 公噸重的巨獸是如何運作的。

如果用大象的食量來推估,恐龍需要吃下多少東西?

二〇一一年,我前去波昂參加了其中一場國際聯合會,聽到讓我很感興趣的報告,其中有一個是人體生理實驗,一群美國教授招募學生進行一系列奇怪的飲食計畫,比方說一個月只吃漢堡或萵苣(這類實驗在今天可能不會獲得允許),還有一個是負責測量大象和其他野獸攝食和排泄的動物園管理員。

動物園管理員報告,大象每天必須吃掉多達 270 公斤的草料。

正如桑德所點出的,若蜥腳類恐龍的生理機能與現代大象相同,牠們對食物的需求將會是現代大象的 10 倍,即 2.7 公噸。

人類只需要一個大盤子,就可以解決一餐,那麼恐龍呢?圖/Pixabay

那是一堆和客車一樣大的樹葉。此外,動物園飼養員注意到,他們的大象每天將這 270 公斤的植物性食物變成 70 公斤的糞便——那可以裝滿幾十輛手推車。

桑德想知道中生代的蜥腳類恐龍會食用哪些植物,以及蜥腳類的生理與大象有何不同。當然,牠們的骨組織學已經顯示出牠們是溫血動物,但這類恐龍的體形巨大,足足有 50 公噸左右,若是牠們的攝食率跟大象一樣,攝取的食物可能還不夠填滿牠們超長的脖子。

破解恐龍「長得大,卻吃得少」的秘密!

因此,他將我們對恐龍,特別是蜥腳類恐龍的認識彙整起來,畫出一張認識牠們生長祕密的概述——這張圖顯示出蜥腳類這種有史以來最大的動物究竟是如何達成這項不可能的任務。

集種種特徵於一身!蜥腳類恐龍為甚麼可以長得這麼大?圖/臉譜出版

這是透過一套組合達成的:生下許多後代、小型蛋、沒有親代照顧;頭小、不咀嚼、類似鳥的肺——這在吸收氧氣上比爬行類和哺乳類更有效率。這些特徵讓蜥腳類恐龍能夠以最少的食物攝取量長成巨大的體形——食量可能與大象差不多,甚至更少,但體形大出十倍。

牠們藉由龐大的身軀來穩定體溫,而不如大象和人類那樣,透過大量進食和一套複雜的內部加熱系統。牠們產下小型的蛋後就一走了之,不像大象和人類會投入大量時間和精力照顧一兩個嬰兒,耗盡母親的儲備食物。

桑德的網狀圖非常有說服力地解釋了這一切——這就是蜥腳類之所以能擺脫大象以及哺乳類體形限制的原因。

除了大恐龍,也有「侏儒」恐龍

在恐龍的世界裡,不僅有三層樓高的腕龍,也有小到可以當寵物的小型恐龍。圖/wikipedia

既然都達到這樣巨大的體形,為什麼後來恐龍又變小了?

獸腳類中的手盜龍這一分支的體形變得愈來愈小,並長出長臂來適應樹棲以及最終的飛行模式(見《 誰讓恐龍有了羽毛? 》第四章和第八章)。牠們在樹上跳來跳去的新生活方式可以解釋為何恐龍會轉變成小體形。

在各地,有一些恐龍因為生活在島嶼上而體形變得很小。最著名的是特蘭西瓦尼亞(Transylvania)的侏儒恐龍——這地名聽起來像是電影裡才有的地方,但在現實生活中真有其地。

這些侏儒恐龍確實生活在過去羅馬尼亞人稱為特蘭西瓦尼亞的這個角落,牠們最初是由法蘭茲.諾普薩男爵(Baron Franz Nopcsa)所描述的,他是當時(十九世紀末)奧匈帝國一位落魄的貴族。

特蘭西瓦尼亞(Transylvania)這種侏儒恐龍,最初是由法蘭茲.諾普薩男爵(Baron Franz Nopcsa)所描述的。圖/臉譜出版

我第一次前去羅馬尼亞研究是在一九九三年,就在這個國家以武力抗爭推翻了親蘇政府的四年後——我看到布加勒斯特大學的一些建築物上的彈孔。

Discovery 頻道當時很想拍攝關於諾普薩的節目,主要是因為他的人生相當豐富——他不僅是一位貴族,還是一名同性戀,帶著他忠實的祕書兼情人巴哈茲德.多達(Bajazid Doda)一起遊歷歐洲。

諾普薩會說多種語言,並在英國、法國和德國的研討會上談論他的恐龍研究,但是得出售他的化石收藏,才有辦法維持財務。

他在一次世界大戰期擔任雙面間諜,遊走在奧匈帝國和英國之間,還與阿爾巴尼亞的游擊隊合作,並自願擔任阿爾巴尼亞的國王。最終,在貧困和絕望中,他在一九三三年舉槍射殺了多達和他自己。

這樣的人生對一部三十分鐘的影片來說綽綽有餘,但是我還是堅持認為我們需要加入一些科學,而且侏儒恐龍確實具有重要的生物學意義。

諾普薩是第一個提到特蘭西瓦尼亞恐龍是侏儒的人,那是在一九一二年於維也納召開的一次會議上。他觀察到特蘭西瓦尼亞恐龍的體長很少超過四公尺,而當中最大的蜥臀類恐龍,後來命名為馬扎爾龍(Magyarosaurus dacus),體長僅有六公尺,但牠們在其他地方的親戚物種都有十五~二十公尺長。

圖/臉譜出版
圖/臉譜出版

尋找恐龍「侏儒化」的原因

在發表論文後的討論中,奧地利傑出的古生物學家奧特尼奧.阿貝爾(Othenio Abel)也同意他的看法,並表示這種現象與冰河時代生活在地中海島嶼上的大象、河馬和鹿的侏儒化(dwarfing)類似。

就這樣,諾普薩和阿貝爾兩人搞定了這件事。有許多演化論點來解釋這種現象,但很明顯地主要是因為島嶼所能夠支持的物種較少,與大陸生態系相比,要精簡許多。

因此,隨著物種數量、食物和活動範圍的減少,動物會發展出適應這類環境的體形、飲食和習慣,所以大型動物必須變得更小。

在晚近的一百萬年間,在馬耳他、西西里島和薩丁島等地中海島嶼上的侏儒象,其肩高只有五十公分到一公尺,而今天的成年大象的肩高可達到四~五公尺。

顯然,大象、河馬和其他非洲哺乳類必定是在地中海海平面比今天低很多的時候過海來到這些島嶼,因為那時的海水還冰封在巨大的北方冰帽中。

特蘭西瓦尼亞的侏儒化恐龍生活在哈采格(Haţeg)島上,這座島的長度在一百~兩百公里之間,是晚白堊世的幾座大島之一,當時海平面非常高,淹沒了歐洲南部大部分的地區。

歐洲在白堊紀晚期的海平面非常的高。圖/臉譜出版

針對蜥腳類的馬扎爾龍(Magyarosaurus)和鳥腳類的沼澤龍(Telmatosaurus)和查摩西斯龍(Zalmoxes)這三種侏儒化恐龍的骨骼進行組織學研究,發現牠們都處於成年,而不是幼年。但牠們的體長僅有那些牠們生活在歐洲和北美大陸近親的三分之一到二分之一。

牠們不僅體形縮小,而且不知何故似乎是較為「原始的」恐龍,比在大陸上親緣關係最近的種類要原始個兩三千萬年。據推測,牠們的祖先已經在沿海地帶定居,隨著海平面上升而切斷各族群間的聯繫。

然後,當牠們在大陸地區的近親繼續演化之際,島嶼型的恐龍在複雜度較低的生態系中繼續過著一樣的生活,可能也沒有遭受到同樣的競爭壓力。

因此,除了這些罕見的島嶼型恐龍外,大多數恐龍在演化過程中都變得愈來愈大。有趣的是,恐龍表現出與哺乳類相同的適應能力,當小體形具有演化優勢時,牠們可能會變小。

——本文摘自《誰讓恐龍有了羽毛? 》,2022 年 7 月,臉譜出版

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臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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這是真的嗎?傳說級的暴龍之血,引起古生物學家的學術攻防戰!──《 誰讓恐龍有了羽毛? 》
臉譜出版_96
・2022/08/17 ・4514字 ・閱讀時間約 9 分鐘

流傳了六千萬年的血液!找到疑似暴龍的血管和細胞

體認到 DNA 不能持續存在個幾千年,讓大家失望不已。也因此,所有那些聲稱找到數百萬年前昆蟲、植物和細菌 DNA 的投稿文章,最後全都被學術期刊拒絕。

千萬年下來,DNA 幾乎無法保存良好,使得古生物學家難以藉此完全破解恐龍的秘密。圖/Pixabay

然而,要是恐龍化石中存在有其他種類的蛋白質呢?好比說骨骼中特定的蛋白質?一九九七年發表了一篇發現恐龍血跡的文章,又為大家帶來新希望。

由瑪麗.史懷哲(Mary Schweitzer)領導的蒙大拿州立大學(Montana State University)的研究團隊表示,他們已經從保存完好的暴龍骨骼中抽取出蛋白質和血液化合物。

若真是如此,這將使我們對恐龍的生理學有更進一步的認識——它們的血紅蛋白結構可能會提供攜氧能力的線索,解決恐龍是否為溫血動物的爭議。

瑪麗.史懷哲因為受到一具保存異常完好的暴龍骨架所啟發,而展開她尋找古代蛋白質的探尋。「就某些方面來看,它幾乎與現代骨骼相同,並沒有受到礦物質的填充,」她說。

外面一層緻密的骨層似乎阻止了水分進入,所以內部的骨骼看來和新鮮的一樣。史懷哲鑑定出這些內部區域的蛋白質和可能的 DNA。她這樣描述當時的興奮之情:

實驗室裡充滿了驚奇的低語聲,因為我注意到血管內有一些我們以前從未注意到的東西:微小的圓形物體,呈半透明的紅色,中間則是黑色的。

然後一位同事過來看了看,大喊道:「你找到紅血球。你找到紅血球了!這看起來就跟一塊現代骨骼一樣。

但是,當然,我無法相信。我問實驗室的技術員:「這骨骼畢竟有六千五百萬年的歷史。紅血球怎麼可能保存那麼久?」

瑪麗.史懷哲的研究團隊可能在暴龍的骨骼中,找到了牠們的血管以及細胞。圖/Science

然後我們對這根可能含有紅血球的骨骼進行測試。骨骼中似乎確實含有血紅素,這是血液中的血紅蛋白分子上負責攜帶氧氣的那部分。

血紅素呈紅色,這也是血液呈紅色的原因,因為這當中富含鐵,在與氧氣結合時就會呈現紅色,這有點類似鐵生鏽時會出現顏色變化的原理。

質疑:這些是恐龍本身的組織,還是外來汙染?

然而,許多其他科學家質疑這些報告,並認為骨骼中富含鐵的痕跡與血液或血液製品無關,可能只是這動物在遭到掩埋很長時間後進入骨骼的鐵質。

在受到許多評論——有些公平,有些可能不公平——後,瑪麗.史懷哲和她的團隊在二〇〇五年又在《科學》雜誌上發表了一篇後續文章,題為「暴龍的軟組織血管和細胞保存」(Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurus rex)。

她的團隊溶解掉一些四肢部位堅硬骨骼的磷酸鈣,留下了由狹窄的血管組成的殘留物,其中包含可以擠出的圓形物體。

從圖 A 中可以發現,脫礦的骨骼基質具有彈性,在箭頭處,拉伸後仍然可以恢復,而在圖 C 箭頭處可以看到纖維狀的特徵。圖/Science

脫礦後的骨骼基質是纖維狀的,並保留了一些原始彈性——在一根將近有七千萬年的化石上,這是非常驚人的。

在後來針對相同材料的研究中,史懷哲和她的同事進行了一系列生化測試,試圖證明這些彈性纖維線是由膠原蛋白組成,就像在原始骨骼中那樣。

骨骼通常由兩種主要材料組成:磷灰石礦化針,這是一種磷酸鈣,會嵌入在纖維性的膠原蛋白中。正是這種彈性蛋白質和硬礦物質的結合,賦予活體骨骼有趣的特性,讓骨骼能夠彎曲(在某個角度範圍內),但彎太大還是會脆裂折斷。

在沒有磷灰石晶體的地方,膠原蛋白形成軟骨,這種柔軟的材料讓我們的耳朵和鼻子變硬,也是鯊魚骨骼的主要成分。

不久之後,在二〇〇八年,托馬斯.凱耶(Thomas Kaye)及其同僚將重新解釋所有這些化石發現,指出這全是人為因素所造成的。他們說,這個疑似血管的構造可能是細菌膜,而所謂的紅血球只是黃鐵礦晶體,是一種硫化鐵礦物。

反轉、反轉再反轉,究竟誰比較靠近真相?

瑪麗.史懷哲對這些批評並不買單,到了二〇一五年,她的研究似乎得到了另一個研究團隊的證實,他們表示從八塊白堊紀時代的恐龍骨骼中取得膠原蛋白和紅血球。

然而,到了二〇一七年,又有一篇文章發表,曼徹斯特的麥克.巴克萊(Michael Buckley)及其同事顯示,這些暴龍的膠原蛋白主要是由實驗室汙染物、土壤細菌以及鳥類血紅蛋白和膠原蛋白所組成的。

他們特別指出,那個所謂的恐龍蛋白質與現代鴕鳥的序列相吻合——這是很容易出錯的地方,若是在分析化石材料的實驗室中,也處理這些現代生物的樣本,就會出現這樣的錯誤。

然後,情況變得比較明朗。在二〇一八年的一篇論文中,耶魯大學的博士生亞斯米娜.偉曼恩(Jasmina Wiemann)帶領的一個小組再次研究了那些去除所有礦物質後的化石骨骼中的血管和其他褐色物質。

她進行了一連串複雜的測試,發現這些血管和組織都是真的,但其組成已經不是最初的蛋白質,可能只有膠原蛋白還保持原樣。

其他的成分都已腐爛,轉變成另一種形式,稱為N-雜環聚合物(N-heterocyclic polymers)——所以事實上,瑪麗.史懷哲是對的,她發現的確實是血管、皮膚細胞和神經末梢的一部分,只是在化石化的過程中,蛋白質發生本質上的轉變。

原始的膠原蛋白有可能被保存下來,但處理時必須格外小心,確保它沒有受到汙染。在一九九二年,荷蘭研究人員傑哈德.麥瑟(Gerard Muyzer)從兩隻白堊紀恐龍的骨骼中找到另一種骨蛋白,稱為骨鈣素(osteocalcin)。

有可能是骨鈣素(osteocalcin)讓恐龍骨頭組織可以逃離腐化的命運。圖/Wikipedia

骨鈣素存在於所有脊椎動物的骨骼中,其作用類似於荷爾蒙,可以刺激骨骼修復以及其他生理功能。骨鈣素是一種堅韌的蛋白質,可以非常牢固地與骨礦物質結合,正是因為如此,似乎可以逃過腐化的命運。

它也是一種相對較小的蛋白質,由大約五十個胺基酸組成。在二〇〇二年,曾經為一隻五萬五千年前的野牛化石的骨鈣素分子進行完整定序。也許有一天,我們也可以幫恐龍的骨鈣素定序。

雌、雄恐龍長得到底一不一樣?

長久以來古生物學家一直認為,恐龍具有雌雄二形性,也就是兩性的外觀不同,至少有些種類是如此,就如同之前在第四章中看到的。

在過去,有人曾認為晚白堊世長角的角龍類和長冠的鴨龍類這些植食性動物是如此,牠們的骨架組成大同小異,只是頭上頂著的冠或角不同。

但若根據這種說法,奇怪的案例就出現了:所有的雄性會在一個時期都生活在一個地方,而所有的雌性,也就是頭骨稍微有些差異的個體,則碰巧在另一個時期生活在另一個地方。

這個例子讓假設完全無法成立!

然而,近來恐龍的雌雄二型性再度成為焦點,因為現在我們可以辨識一些羽毛顏色和圖案細節。

有許多動物的雄性、雌性具有非常迥異的外表,恐龍是否也有類似的現象?圖/Wikipedia

現在普遍認為,許多恐龍的羽毛可能是用於展示,而條紋和頭冠則暗示著雄性在交配前的求偶展示,就跟多數鳥類一樣,而這正是性擇在恐龍演化中扮演的關鍵作用,如之前在第四章所提到的。

髓質骨,也許是破解恐龍性別的關鍵!

最棒的是,我們或許能夠根據這些明確的證據來辨別某些恐龍的性別。

大多數的雌鳥都長有一種特殊的骨骼叫做髓質骨(medullary bone),這是一種填充髓腔的海綿狀骨骼,會出現在某些肢體骨骼的核心。

在現代鳥類中,最初是一九三四年在鴿子身上注意到,然後在麻雀、鴨子和雞的骨架中也有觀察到。鳥的身體可以很快生成髓質骨,也可以很快地將其拆解回收,算是一種鈣質的儲藏庫,在需要形成蛋殼時可以快速釋出原料。

後來的研究發現,所有的現代鳥類都是如此。

生理實驗顯示,在雌鳥開始產卵時,髓質骨會在整套骨架的許多骨骼核心累積,然後隨著鈣進入發育中的蛋殼而減少。髓質骨的發育和轉移會隨著季節而出現週期性的變化,主要是受到雌激素(Oestrogen)和其他與繁殖週期相關的荷爾蒙所控制。

二〇〇五年,瑪麗.史懷哲首次在現代鳥類之外的暴龍身上發現髓質骨。從那時起,也陸續在其他獸腳類恐龍和鳥臀目中的腱龍(見隔頁)和難捕龍(Dysalotosaurus),以及已滅絕的孔子鳥和企鵝(Pinguinis)中發現。

由位於開普敦的南非博物館的阿努蘇亞.欽薩米-圖蘭(Anusuya Chinsamy-Turan)及其同僚所發表的一篇關於孔子鳥的研究特別有說服力,因為他們證明鑑定出髓質骨的化石都是雌性標本(參見下圖)。

白色箭頭處,即為雌孔子鳥的髓骨。圖/臉譜出版

在中國博物館蒐集到的數千個烏鴉大小的孔子鳥標本中,已經確定出雌雄兩性的形態。

有一個非常經典的標本是在同一塊石板上同時有雄鳥雌鳥——推測是雄鳥的那隻,長有旗桿般的長尾羽,而假設是雌鳥的那隻則沒有。

因此,就跟現代鳥類一樣,雄性長有荒謬的裝飾品,以便向較為敏感但外表單調的雌性炫耀,試圖展現牠強韌的特性,暗示牠將會是一個好父親。

欽薩米-圖蘭及其同僚在一個顯微切片中發現了位於內腔的髓質骨,其海綿狀的骨組織與一般較為規則和緻密的骨骼完全不同。髓質骨只有在雌性身上發現,從來沒有在雄性身上發現——雖然也不是所有的雌性都有,因為牠們死時並非都處於繁殖季。

不過,在其他例子中對於髓質骨的功能則還有爭議,比方說有研究指出在暴龍和異特龍等大型恐龍身上也有發現髓質骨。他們提出另一種解釋,認為些大型恐龍中之所以有海綿骨,可能與生長突增(growth spurt)有關。

有些體形較大的恐龍,生長速度非常快,幾個月內,體重可增加數百公斤,因此會需要快速取得和調動鈣質,我們將在第六章談這類恐龍。

在現生鳥類,甚至是化石鳥類中,髓質骨的存在是為了繁殖,這一點毋庸置疑,但只有在小型恐龍身上發現這類骨骼,也許是因為產卵對牠們來說是一項巨大工程,就像對今天的鳥類一樣。

從這一對孔子鳥的化石可以看見明顯的雌雄二型性。圖/臉譜出版

深入研究恐龍骨骼,認識牠們的生理機能和交配行為是一回事,但我們到底能不能一如本章開頭的主題所問的,設計出一隻活生生的恐龍呢?

——本文摘自《誰讓恐龍有了羽毛? 》,2022 年 7 月,臉譜出版

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