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不用一條腿一隻手代價的顯微攝影

timd_huang
・2011/04/28 ・3840字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 455 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

對於認真玩化石(或礦物)的玩石家來說,如果提起礦物或化石的顯微攝影,大多數人腦子裡面會浮起什麼念頭?可能馬上會想起,若要做顯微攝影的話,起碼要有一台顯微鏡,而且這必須是稱之為「礦物顯微鏡」或「解剖顯微鏡」的,從物鏡到樣本,必須有足夠的空間(至少好幾公分),不是一般醫學顯微鏡的物鏡幾乎貼到樣本那種,除此之外,還要加上一個套管,才能把相機接上去;如此一來,這整套設備,大概好幾萬新台幣跑不掉,對於一般玩家來說,哼,這可要有點考慮了,老美有句俗語說:「costing an arm and leg」,僅僅為了如此簡單的功能,花上辛苦賺來的大把鈔票,經濟算盤很難算吔!老美的說法,就是需要砍下一隻手或一條腿去賣,錢才夠!或許吧,這就是我很多年以來試圖推廣收藏顯微礦物,一直都很失敗的原因;即便諸多顯微礦物在顯微鏡下,結晶漂亮得比林志玲還要來得美,可是入門的門票就要好幾萬,不玩也罷。

去(2010)年10月,我寫了ㄧ篇文章〈石光歲道〉,提到一個基本上沒有什麼花費,就可做到的「愛瘋」(手機)近拍裝置,從壞掉的光碟機拿下小鏡頭,黏在迴紋針上,要用的時候,把迴紋針彎一彎,放大鏡頭蓋在手機鏡頭前,就可以拍出一些近拍的照片,對於需要常跑野外的我來說,非常好用;但是,實際使用起來,還是有一點訣竅,因為如此加裝以後,放大倍率固然大幅提昇,可是景深也變得很淺短,愛瘋又沒有可裝三腳架的螺絲孔,用手拿著做近拍,對焦可要好好練習,才能抓得準。

目前我身為國際兩岸聯合世界最古老恐龍胚胎計畫的主持人之一,正在如火如荼進行中,我自己又沒有學校公家、花錢不心痛的設備,怎麼辦?如何把手中的樣本做出一些顯微照片,以供進一步研究?最近自己動手做的手又癢了,加上「窮則變、變則通」的人生大道理,終於找出了一個便宜又好用的方法--此法,可能有好多人已經想出來過,但是,我還是無法安撫自己的興奮,故此來個野人獻曝,與大家分享。

沒錯,這是一個非常簡單,花費新台幣二、三百塊左右(或以下),短時間內就可自己做好的「近拍數位顯微鏡照相機」,用你的電腦螢幕當觀景器,最棒的是:半行電腦程式都不必寫;說來難以相信吧?不過卻是千真萬確。

好了,不要賣關子了,說穿了,你不要笑,去買一個、或找一個不用的「網路攝影機(Webcam)」,網路拍賣有好多選擇,現在的感光畫素,有好多家產品號稱二、三千萬畫素,有的前面還配有二極燈(LED)燈打光,通常都有USB接線與驅動軟體。

基本上所需要的主要材料,就是這一個;如果你想要做一些放大倍率的變動、固定近拍相機與可調整物件位置等等的話,用用你的腦筋,可從家用材料中改用;如果想要攝影品質好一點的話,可能需要把舊的數位相機鏡頭拆下來用。

先把網路攝影機鏡頭扭轉下來(通常這類的鏡頭都可拆下),手不要摸到鏡頭;接著打開外殼,可以看到類似下張照片的一塊電路板,其中最重要的是那塊感光晶片,其它必要的電子零件也都完整好好的,啥都不要動,接到電腦的接線,更不要動它;如果你和我一樣從小有手癢的毛病,而且不喜歡原本廠商所提供的外殼,可以把外殼拆下丟掉,自己做一個漂亮的盒子,塗上不反光的黑色。

原本的網路攝影機,為何無法做近拍?其實不是不能,而是網路攝影機原本的目的,並不是近拍用的,所以鏡頭的位置放在特定的位置,以便有足夠的拍攝角度讓一般使用者使用;如果你近拍的倍率不會常常改變,只要把剛才所拆下來的鏡頭,反過來黏到原本鏡頭孔就可以了,哇啦!你的網路攝影機,現在已經變成近拍數位顯微照相機!以前要花好幾萬去買顯微鏡、套筒、專用數位相機等等,甭用啦!台語說:「講破不值三文錢」,請把那些省下來的錢拿來請我吃飯!(一笑)。

為什麼把鏡頭反轉就變成近拍呢?這就扯到一點點光學物理,關鍵在於放大鏡片到感光晶片的距離,這距離越大,成像的放大倍率也越大;有沒有注意到,原本鏡頭內鏡片到感光晶片的距離?當把鏡頭反過來裝的時候,這個距離被拉大了,因而讓放大倍率也增加了。

按:其實放大倍率有兩種方法:一、在我〈石光歲道〉文章所介紹的,是在相機鏡頭前再加一片凸鏡,相當於把相機鏡頭的焦距縮短、也就是鏡頭放大倍率增加了;二、相機鏡頭放大倍率(焦距)不變,但是把鏡頭與感光片的距離拉大,也就是本文所用的方法;這也就是以前底片相機做近拍時,加裝蛇腹或延伸環同樣的道理。

說到放大倍率,到底要怎麼知道呢?如何測量出來呢?為了找出一個簡單的方法,我折磨了好幾天,腦筋陷在死胡同裡走出不來,哈!原來我不是那麼聰明,我脖子上的豬頭和很多別人的差不多「笨/聰明」,為了節省篇幅和大家的痛苦,我個人的痛苦摸索過程就不要說了,直接把解決方法說出來:找一隻有毫米(mm,或更細小精密)刻度的尺,用剛改裝好的近拍照一張,將這張數位相片以100%、也就是不要任何縮放列印出來,用剛才的尺量一下兩個相鄰毫米刻度的距離,這就是該近拍相機的放大倍率,比方說,量出來是99.5毫米,那麼它的放大倍率就可算相當於顯微鏡的100X,就這麼簡單。

前面說過,光是把鏡頭反轉黏裝上,只能得到一個固定的放大倍率,因為鏡頭和感光晶片的距離被黏死了是固定的;那麼,如果需要更高倍率的話,要怎麼辦?其實也不難,在過去的攝影界有一招,就是在相機機身和鏡頭之間,加裝延伸環,老式的相機還可看到折疊式的蛇腹,用以調整兩者的距離;因此,就必須找找材料,自己動手做一個可以伸縮的鏡頭筒,不要忘記要把筒內部漆上不反光的黑色,要不然後果不堪入目。

至於,哪來可以延伸的管子呢?家裡面拖地掃把柄、窗簾桿、浴室掛塑膠布遮簾那根、…等等等,遠在天邊,也近在眼前,不是嗎?切一段下來,不就是現成的材料?

鏡頭的考慮:

如果想要好一點的相片品質,可能需要改用一個好一點的鏡頭,畢竟,鏡頭的好壞,和相片的品質有絕對無法分割的關係,原本兩三百塊網路攝影機所用的鏡頭,品質能到什麼地步,大概可以猜出來,為何以前老式相機的鏡頭會那麼貴?當然不是沒有道理的;不過,也不必太灰心,現在好多過時的數位相機,不用也白不用丟到垃圾桶,還不如來個廢物利用,把它的鏡頭拆下來,裝到上面的延伸管上面,那不就可以有個可以伸縮的鏡頭了?

使用注意事項:

1. 把相機(含感光晶片與鏡頭)與被拍物件固定下來:每個人只有兩隻手,無法一手拿機身,一手拿鏡頭,又有另外一隻手拿被照的樣本;從經驗來說,找一個攝影用的翻拍架,把相機連同鏡頭固定在上面,被照物放在翻拍架底板上,那就可以只用一隻手調整兩者的距離,一直到影像很清晰;上次〈石光歲道〉文章內介紹愛瘋近拍的最大困擾,就是難以把相機放在正確的焦距距離,手會動來動去。

2. 保持感光晶片與被照物兩個平面的平行,利用翻拍架,很容易達成;請記得,放大倍率越大,攝影的景深(影像清晰的距離)就越淺,當放大到一百倍的時候,景深往往只有一毫米左右,因此,如果這兩者不平行,就會有一部份清晰,另外部份模糊;如何確定兩者盡量平行?裝相機的時候,拿個水平儀幫幫忙,水平儀在五金行都可以買得到。

3. 要有足夠的照明,照出來的效果才會好,雖然網路攝影機所附的電腦程式可能有調整光圈快門的功能,可是還是比不上有好的光源;最好的光源是免費的自然光,不會有陰影;若是用桌上的檯燈,可能得到有色差的結果:鎢絲燈的色溫只有3200ºK,偏紅;若用省電燈泡(日光燈),則會出現陰冷調,因為這種光源沒有足夠的暖色光;6500ºK的二極燈,或可考慮,但是,最好的還是免費的自然光。

4. 如何在所得的數位照片附上比例尺?首先必須算出放大倍率,然後在影像處理或繪圖軟體內畫出一條照比例長度的線,標註該線的實際長度;比方說,如果放大倍率是80X,則畫一條160mm長的直線,代表實物的2mm。

5. 如何做化石的切面顯微照片?在學術界做化石的切面照片,通常要找人先磨成可透光的薄片,黏在載玻璃上,然後用透光式的顯微鏡去看去照相,這種方法當然有其必要,可是,從業餘的玩石家角度來說,不要說通常沒有整套的顯微鏡和攝影設備,連想磨成可以透光的薄片,也不是那麼容易的事情;不過,我們業餘玩石家,其實還是可以拍到化石切片的照片,我們不用透光式,改用反光式攝影,結果應該沒有差多少;最簡單的方法,就是把要看的化石,先用粗(100目)再用細(1,000目)砂紙磨平,然後拿家裡小朋友玩的塑膠泥土把它固定在翻拍架底座適當位置上,就可以拍攝到該化石的(反光式)近拍切面;記得,盡量保持此切面平行於相機的感光晶片。

這是一根恐龍的小骨頭顯微照片

上面那張照片,就是最好的實證,一根直徑大約只有5毫米的恐龍小骨頭,在80X放大之下,骨頭骨質、血管、骨髓部份等等等,都可以看得清清楚楚;比對於下面這張照片,直徑略同的“骨頭狀”化石,外型很類似,可是內部結構完全不同,哈!這會是什麼碗糕呢?原來是恐龍的腱化石,兩者的結構完全不同!

哼!怎麼會在同一個地點,找到一般恐龍的化石,也找到恐龍腱呢?恐龍腱只有鳥腳類的恐龍才有的,竟然出現在大部份是原蜥腳類恐龍的地方,真是個有趣的發現啊!

鳥腳類恐龍才會有的恐龍腱化石切面

再來一張更有挑戰的成果照片,這是一根我發現的世界最古老恐龍胚胎,大約二億年前的恐龍胚胎之肋骨,其直徑你自己看照片的比例尺好了。

以區區幾百塊錢的設備,自己在家就能得到如此的成果,優力卡(Eureka)!給自己拍拍手。
更多成果,請見:http://www.facebook.com/#!/DinoDragon?sk=photos

本文原發表於催眠恐龍[2011-02-09]

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跟我玩恐龍去!

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烘焙東西軍,有添加麵包 vs. 無添加麵包,今天想吃哪一道?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/09/20 ・2178字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦!這一集真的很「熱」,因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤!麵!包!

第一位華麗登場的,是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」,另外一位古意老實、動作慢條斯理的,則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決!

《烘焙東西軍》這次邀請了「有添加師傅」和「無添加師傅」來烤麵包。圖/家樂福提供

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅,其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好,是好快、好吃、好美!為何會這麼說呢?

食品添加物存在於食品中許久,早期因為食物加工技術不夠精良,為了食品安全無虞,便添加可以讓食物安定的添加物,延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等,因此,長期以來受到業者及消費者的偏愛。

有添加師傅憑著「好快、好吃、好美」稱霸市場多年。圖/家樂福提供

不過,近來由於食安事件頻繁,食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷,在追求好吃、好快、好美的背後,卻可能造成身體上的負擔與健康風險!製造過程是否安全合理?乾淨衛生?也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭,消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份,開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒,能夠透過改善製程,有效減少添加物的必要性。終於,在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下,古意老實、耗費工時的無添加師傅,多年以後,開始受到矚目啦!

在這場世紀對決中,有添加師傅在民眾都還來不及反應時,就已經做好了熱騰騰的麵包,每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁,簡直是施了魔法一樣!但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包,難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎?

反觀無添加師傅,他按部就班的從麵粉開始精心挑選,接著再逐一加入可以溯源的材料,接下來,順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了,無添加師傅仍然不為所動,他循序漸進,寧可耗時製作,堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持,那是因為他秉持著麵包不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法,做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃,更重要的是每一口都吃的健康又安心!

無添加師傅堅持不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統工法。圖/家樂福提供

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮,無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過,當評審們吃下麵包後,外表質樸的無添加師傅,竟然擄獲了評審們的心!

怎麼辦到的呢?這是因為花了較多時間製作的無添加麵包,保濕度較佳,口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐,會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊!他不同於外表上看起來質樸敦厚,只要用心切開,裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果,是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是怎麼來的?

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福,2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」,也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」,更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序,取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」,並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包,都只能做到製程及配料上的無添加;而追求極致的家樂福,自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始,掌握源頭,做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範,取得 A.A. 無添加標章,第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包,嚴選在地好食材、講求動物福利,選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢,以醜蔬果製作配料,減少食材浪費,更導入環保包材,友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決,我們看到了,天公疼憨人,穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程,受到消費者的青睞——這一場對決,由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包,「無添加師傅」獲勝。

【家樂福食物轉型計畫】烘焙東西軍「有添加麵包」v.s.「無添加麵包」的世紀對決,今天你選哪一邊?影/YouTube
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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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
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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
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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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