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過去「滅絕」歷史的見證者:化石——《地球深歷史》書摘

左岸文化_96
・2021/04/25 ・4665字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 557 ・八年級
  • 作者 / 馬丁.魯維克 (Martin J.S. Rudwick)
  • 譯者 / 馮奕達

滅絕,確有其事

截至十八世紀晚期,對於相關證據有第一手經驗的博物學家們,已經有了心照不宣的共識──地球歷史的整體時間跨度,必然大幅超越前幾代人信以為真、當作常識的區區幾千年。不過,在這一段剛拓展開來的深時間跨度中究竟發生什麼事,始終五里霧中。學者們探勘、描述了歐洲好幾個地方的岩層堆疊,顯示在一段起初並無任何生命存在的期間(以第一紀岩層為代表)之後,是另一段海中充滿大量生物的時期(以第二紀岩層為代表,其中經常有豐富的化石),而人類一直到最後一刻才出現在舞台上(顯然完全沒有任何化石代表他們)。可是,就連這種粗略的地球深歷史輪廓,都帶有不確定與爭議。就說布豐吧,他把這段歷史擴張成《創世紀》中創世敘事的世俗版本,但他的說法建立在薄弱的證據上,很容易被人當成純屬想像的科幻小說。德呂克根據大量的證據,主張在相對晚近的過去曾發生一場獨一無二、斷裂性的「鉅變」;但是,由於他把這場「鉅變」跟挪亞洪水的故事畫上等號,像赫頓等拒絕採用任何宗教文獻、不接受自然常態發展會有這種例外偏差的人,便會強烈否認他。赫頓等於同時拒斥布豐以截然不同的「紀元」構成的序列,以及德呂克的戲劇性晚近「鉅變」;他反而主張地球是一架平順運轉的自然「機器」,類似的「世界」不斷重複循環,始於永恆,終於永恆。

過去基督教鴻儒把自然史上的「鉅變」跟挪亞洪水的故事畫上等號。圖/Pixabay

即便因為所有這類整體觀太自不量力、太不成熟而姑且不論,但其他博物學家的研究──在尺度上沒那麼宏大,但在田野調查方面通常做的比較透徹──在重建更可靠的地球深歷史時,成果也相當有限。尤其是,他們的圖像對於生命本身是否真有任何發展的歷程(除了姍姍來遲的人類以外),仍莫衷一是。深海發現的「活化石」意味著任何顯而易見的早期生命歷史序列,或許都只是根據對現今世界不夠充分的知識所推導的假象。例如較深、較古老的第二紀岩層中有豐富的菊石與箭石,較年輕的地層則無,但這或許只是跟牠們在當時與現在的深海棲息地位置有關。說不定,牠們並未完全滅絕。除非生物滅絕確實是自然世界經常發生的情況,否則就不能把化石當成大自然可靠的「錢幣」或「遺跡」,作為地球深歷史早期階段的可信證據。偏偏人們對滅絕一事完全無法確定:所有紀錄詳實的滅絕案例,都能歸結於人類近期的所作所為,知名案例如印度洋模里西斯島(Mauritius)上面不會飛的渡渡鳥。何況人類的本能會強烈懷疑這類大自然中生物滅絕的真實情況,無論是猶太──基督教有神論中慈愛應人的神,或是啟蒙自然神論中幾乎非位格性的至高存在,既不會也不能允許任何受造的物種走向滅絕,除非是因為罪惡的行為,或者是因為人類粗心之過。

因此,對於任何想了解久遠過去的嘗試,滅絕問題都是關鍵。正因為如此,骨頭化石才會在一八○○年前後成為博物學家注意力的焦點。「俄亥俄動物」的化石對這件事沒有決定性的影響,因為就算實際上跟任何已知哺乳類完全不同,但這種動物說不定仍然以「活化石」的樣貌,生活在北美洲或中亞未經充分探索的內陸。不過,要是能證明還有其他化石骨頭跟任何現存物種截然不同,完全滅絕的說法就會更為有力。所以,化解這種不確定性的最大希望,就在於比較化石與現今動物的骨頭,而且要調查得更細緻,檢視的物種範圍也要更大。

有一位博物學家在恰到好處的地點與時間做了這件事,事實證明他也有這一行需要的絕佳天分。法國大革命最血腥的階段恐怖統治結束後不久,年輕的喬治.居維葉(Georges Cuvier)獲得任命,成為自然歷史博物館的下級職員。自然歷史博物館才剛經歷「民主化」,從君主制舊政權底下由布豐專斷管理的巴黎學會中脫胎換骨。人在館中的居維葉得以接觸世界上最好的動物學標本蒐藏,這對於比較化石與現今物種來說,可能是最好的資料庫了。他抵達巴黎後不久,法蘭西學會(此機構取代了舊有的皇家科學院,就像自然歷史博物館的情況)便收到了若干版畫,畫的是西屬美洲出土、不久前在馬德里拼成的化石骨頭。居維葉把這些骨頭跟世界各地現存的哺乳類相比較。他提出驚人的主張:最接近這種動物的是現存的樹懶與食蟻獸,而這些他後來分類為「貧齒類」(edentates)的哺乳類動物,可是比化石骨頭小得太多了。這暗示著他稱之為「大懶獸」(Megatherium,意即「巨獸」)的動物恐怕已經滅絕了,畢竟牠體型這麼巨大,如果現今尚存,人在南美洲生活或工作的歐洲人必然會聽到消息。就像「俄亥俄動物」,「大懶獸」是自然史研究逐漸使用全球資源的絕佳實例,只是實際上仍幾乎都侷限在歐洲式的解讀。

這具巨大的化石骷髏(將近四公尺長,兩公尺高),是西班牙博物學家胡安──保蒂斯塔.弗盧.德.拉蒙(Juan-Bautista Bru de Ramon)在馬德里的皇家博物館中,用西屬南美洲布宜諾斯艾利斯附近的沖積物中找到的一套骨頭化石拼出來的。一七九六年,館方把這張當時仍未發表的版畫副本寄給巴黎的法蘭西學會,年輕的喬治.居維葉認出這動物是隻巨大的樹懶,將之命名為大懶獸(Megatherium),並斷定牠可能已經絕種了(現代的研究則以兩腳站姿呈現之,讓牠用後腳站立)。圖/《地球深歷史:一段被忽略的地質學革命,一部地球萬物的歷史》

幾乎在同一時間,居維葉仔細分析了猛獁象的化石骨頭與牙齒,跟現存的大象比較,從而強化了自己的論證。他很幸運,館方恰好獲取了相關的新標本,那是從荷蘭掠奪來的文物(法國在不久前的革命戰爭中征服了荷蘭)。居維葉證實印度象、非洲象是截然不同的物種。更有甚者,他還宣稱猛獁象與兩者完全不同。他主張其間的差異之大之徹底,就跟(打個比方)山羊跟綿羊一樣;這些差異無法只歸諸於年齡、性別或環境的影響。布豐主張在西伯利亞發現熱帶哺乳類動物遺骸一事,證明全球正逐漸冷卻,但居維葉的發現卻嚴重打擊了他的說法。此外,動物屍體是被巨大海嘯型態的大洪水從熱帶掃到西伯利亞的另一種說法,可信度也大受影響。假如猛獁象確實是不同的物種,說不定找到骨頭的地方就是牠生存的地方,意即非常能適應當地至今依舊的嚴寒氣候。這一點不久後便得到證實,有人在西伯利亞凍土中發現猛獁象骨架,連厚重的皮毛一起保存了下來。居維葉相信,這種比較解剖學的事實「就我看來,證明在我們的世界之前,還存在一個被某種災難摧毀的世界。」他來到巴黎之前就讀過德呂克的著作,這位老鴻儒的看法──「過去世界」因為猛烈的自然「革命」而與現今世界斷裂──仍清清楚楚迴盪在他心裡。

居維葉隨後研究「俄亥俄動物」,斷定牠其實跟大象或猛獁象完全不同,應該另立一個新的屬,他命名為「乳齒象」(mastodon,暗指其巨齒上乳房狀的突起物)。他進而主張在西伯利亞隨猛獁象一同發現的犀牛骨化石、巴伐利亞洞穴中找到的大型熊化石,以及從世界各地沖積層中找到的其他許多哺乳類化石,全都跟目前現存的相應物種不同(用今天的術語來說,他研究的是更新世巨型動物〔Pleistocene megafauna〕)。法蘭西學會意識到這項研究無與倫比的重要性,幫居維葉發表了一份聲明,呼籲博物學家與化石蒐藏家能把進一步的標本,或者至少是精確的素描寄來給他。縱使當時正值世界上第一場全球戰爭(編按:指十九世紀初的拿破崙戰爭),國際間仍慷慨響應,讓他得以大幅擴充相關標本的資料庫,他也穩定發表科學論文,分析一個接著一個的哺乳類化石,各自與現存最接近的相應物種做比較。

一七九九年,一具完整的猛瑪象骨骸在西伯利亞凍土中出土,送往聖彼得堡重建,重建結果在一八一五年發表。骨頭上堪堪留下了些原本包裹著整隻動物的厚毛皮。這暗示該物種已經充分適應西伯利亞北部的極地氣候,而非居住在今天印度象與非洲象所生活的熱帶氣候(居維葉早已如此主張):人們再也不能把猛瑪象當成地球漸冷,或是猛烈大洪水、超級海嘯等的證據了。(猛瑪象的巨大大腿骨〔股骨〕約一公尺長,這張圖也擺了大腿股的兩張放大圖,以充分利用印製這張版畫的昂貴銅版。)圖/《地球深歷史:一段被忽略的地質學革命,一部地球萬物的歷史》

居維葉採取精準的科學研究策略,把研究焦點擺在大型陸生動物遺骸上,因為這些物種的後代(要是有任何「活化石」存在的話)很難視而不見。就算牠們生活在各大洲未經探索的偏遠地帶,大型動物就是不太可能躲過注意;即便博物學家還沒有親眼見到活體,牠們也很可能出現在獵人的報告,甚或是原住民口耳相傳的傳說中。居維葉體認到,自己支持生物滅絕屬實的論點,只能靠機率加以證明。他能證明這些化石與現存任何物種之間有別,只要這樣的化石數量愈多,該物種就愈有可能真已滅絕(居維葉的研究在一八一二年完整發表,同年還有一部同等重要的數學機率巨作出自他的老同事皮耶──西蒙.拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,他讓機率的概念廣為人知,影響深遠)。他的論據要靠累積,隨著他對各種化石骨頭的細緻分析發表得愈來愈多,其主張也更形穩固。

居維葉讓一頭從蒙馬特(Montmartre,當時是巴黎城郊)的石膏層出土的絕種哺乳類動物之一(無防獸〔Anoplotherium medium〕)「復活」了。對於各式各樣的現存哺乳類,居維葉擁有無與倫比的比較解剖學知識與認知。藉此,他不僅能用許多四散的化石骨頭重組出整副骨架,更能重建動物的外貌與可能的姿勢,甚至加上眼睛與耳朵。不過,他從來沒有發表過這張與其他類似的圖畫,或許是因為擔心科學界的同儕會認為這些圖案純屬臆測,不能接受。圖/《地球深歷史:一段被忽略的地質學革命,一部地球萬物的歷史》

居維葉在博物館的一位同事誇獎他,說他在科學舞台上就像「雨後春筍」。年輕歸年輕,他還是很快就成了巴黎首屈一指的鴻儒之一;雖然連年戰亂,但巴黎仍然是科學世界無庸置疑的中心。他在比較解剖學上有著無與倫比的知識,讓他得以重建哺乳類化石的骨架,即使手邊有的只不過是一大堆分散的化石骨頭也難不倒他(他並未如後來的傳說那樣,宣稱自己有能力只靠一根骨頭就能重建整隻動物的樣貌,他只有說自己在情況不錯時,能辨認出這骨頭屬於哪種動物)。他對於動物身體結構與功能間關係的深度認識,更是讓他有能力推斷(幾乎跟辨識骨頭時一樣信心滿滿)這些已成化石的哺乳類動物過去如何生活、移動,以及長什麼樣子。聖經中有個段落,先知以西結在異象中見到滿是枯乾骸骨的平原。居維葉暗自援引這個典故,宣稱自己能讓化石骨頭復生,至少是在腦海中;他還用打趣的口吻說,自己可沒有神奇號角之助。他「復活」這些動物,就跟他家隔壁、博物館園區中動物園的動物一樣有生命力。居維葉等於豐富了德呂克「過去世界」的概念,讓裡頭多了一間迅速拓展的動物園,住著此前未知的各種哺乳動物,其中許多有著驚人的大小,而且全數都已滅絕。即便有更多的「活化石」現身(有是有,但情況稀少),也愈來愈難用牠們為化石和現有物種之間的差異做出全面的解釋。至此,人們已經把滅絕當成自然世界確實會發生的事情。化石因此可以當成「過去」的可靠見證,而過去與現在截然不同。深歷史確實是個陌生的國度。

——本文摘自泛科學 2021 年 4 月選書《地球深歷史:一段被忽略的地質學革命,一部地球萬物的歷史》,2021 年 3 月,左岸文化

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左岸文化_96
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左岸的出版旨趣側重歷史(文明史、政治史、戰爭史、人物史、物質史、醫療史、科學史)、政治時事(中國因素及其周邊,以及左岸專長的獨裁者)、社會學與人類學田野(大賣場、國會、工廠、清潔隊、農漁村、部落、精神病院,哪裡都可以去)、科學普通讀物(數學和演化生物學在這裡,心理諮商和精神分析也在這裡)。


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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’*)