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台灣也有國家寶藏!從化石窺探海洋古生物保育——台大生科蔡政修助理教授專訪

科技大觀園_96
・2021/06/02 ・4438字 ・閱讀時間約 9 分鐘

大自然早已將故事埋在地底

在地球漫長的 46 億年裡,這片土地曾經生活過無數種生物,從原核生物、單細胞生物、多細胞生物到後來的生物多樣性,在人類還未出現的年代,地球上的生命演化正蓬勃發展,而大自然早已默默的將這些珍貴史料紀錄在這片土地上。

古生物死亡後的遺體或是生活痕跡許多會被當時的泥沙掩埋,在地底經過多年的擠壓、分解,生物較堅硬的部位,像是骨骼或外殼,會被保留下來跟周圍的沈積物一起變成石頭。古生物學家在野外透過分辨岩石的材質差異找出可能埋有化石的岩層,經過觀察分析,小心地將整個岩石挖出帶回實驗室進行兩到三年的清修,才是我們在博物館看到的化石。

博物館中的每一件化石,都是古生物學家慢慢挖掘、清修完成的,圖中為早坂中國犀的全身骨架化石,出土於台南左鎮菜寮溪,現展於台南左鎮化石園區。圖/台南左鎮化石園區

印象中博物館裡的化石都來自歐美,那台灣也有化石嗎?其實也有喔!這次我們邀請到主持台灣大學生命科學系古脊椎動物演化及多樣性實驗室的蔡政修教授跟我們聊聊台灣的古脊椎動物。蔡政修教授在 2004 年參與了台南市抹香鯨自體爆炸事件的解剖工作,從此迷上這個水中巨型脊椎動物。身為一名古生物學家,蔡政修教授主要從事鯨豚類化石及演化的研究,命名過四種先前完全未知的新種鬚鯨,並在台大組織了古錐 508 實驗室研究台灣本土古生物,這次就讓我們一起跟著教授深入了解這些長眠在地底的寶藏吧!

從蔡政修教授的言談中不難發現他對古鯨豚的癡迷,興奮地跟我們展示研究室裡的化石收藏。圖/科技大觀園拍攝

古生物學家「腦補」出地球演化軌跡?

古生物學家的工作可不是挖挖石頭、拿個刷子在岩壁上刷刷刷,再憑空編出一些故事這麼簡單!那些一塊一塊黑黑的化石怎麼看都長一樣,要怎麼分辨這個化石是哪種生物的哪個部位呢?蔡政修教授笑著告訴我們:「就像你們看到貓跟狗不會搞混,我們古生物學家每天都在看化石,我一看就知道這是露脊鯨耳骨了!但除了依靠經驗,科學佐證也很重要!」

從澎湖海域打撈上來的台灣更新世露脊鯨(Mysticeti, Balaenidae)耳骨,預測身長約有 10~12 公尺。圖/科技大觀園拍攝

憑藉多年與化石打滾的經驗,古生物學家在為化石做分類的時候,會先將古生物與保有完整骨骼的現生生物做比對,再用科學方式,例如同位素定年、DNA、分子技術或骨蛋白做更深入的分析,才能確認這個化石是屬於什麼物種。聽起來科技進步為古生物學研究開起另一扇窺探歷史的門,可惜的是這些科學檢驗方法有致命的缺點——需要破壞化石,而這對化石藏量本就非常稀少且資金缺乏的台灣來說可是一大瓶頸。

儘管我們沒有足夠的化石數量來進行破壞性研究,但 3D 掃描、列印的技術成熟,使科學家在新物種發表的時候,不需長途遠征去看化石結構,就能在實驗室自行列印遠在地球另一端的化石,360 度觀察化石的型態以驗證物種分類。

什麼?台灣古代曾經有巨大生物!

每當講到古生物學,我們大多會想到電影《侏羅紀公園》裡的恐龍,但其實恐龍只是古生物眾多類群裡的一個小分支而已,百萬年前的台灣陸地上有比暴龍(大約 7、8 公噸)更大的生物喔!根據近年出土的化石資料,大約在距今 258 萬年到 1 萬多年前的更新世,台灣陸地上就存在超過 10 公噸的古菱齒象(Palaeoloxodon),不僅如此,台灣甚至還曾出現過體型長達 6、7 公尺的台灣馬來鱷(Tomistoma taiwanicus)。

台灣古菱齒象化石被漁民從澎湖附近海底打撈上來,牠的祖先來自中國大陸華北地區淮河流域,是華北地區動物群因氣候變冷南遷的絕佳證據。圖/Wikipedia

細數目前台灣陸地上的大型動物,最大的也只剩下 200 公斤的台灣黑熊,為什麼我們現在都看不到這些遠古巨大生物呢?地球經歷五次大滅絕,古菱齒象、台灣馬來鱷、恐龍都不見了,為什麼台灣黑熊、路邊的小鳥可以躲過滅絕呢?蔡政修教授告訴我們,這就是近十年來正熱門的「保育古生物學」在探討的問題。

古生物都死那麼久了為什麼還要保育?

現代人一定對生物保育不陌生,常常可以在社群媒體上看到西部沿海中華白海豚和苗栗石虎的保育進展,現代保育利用保護物種棲息地、隔絕生命威脅的方式來避免物種快速滅絕。我們都知道保育工作很重要,但是那些已經不存在幾百萬年的生物,我們要保育什麼?

石虎是目前列為瀕危物種的台灣唯一現存原生貓科物種。圖/台北市立動物保育網

「保育古生物學」是藉由古生物學的研究來測試生物對於環境變化的模型或是實例來預測未來可能的演變,主要有三大研究方向:

  1. 從現生物種的化石判斷此物種是該保育的本土種還是該撲殺的外來種。像是金龜(Mauremys reevesii Gray)就曾被誤認為外來種,好險後來有找到金龜化石,才發現牠其實是瀕臨絕種的台灣原生淡水龜。
  2. 找出目前瀕危、極危物種的化石來推算物種原本的繁殖地,進行繁殖地再造,重建生態群聚、復育物種。
  3. 利用化石碎片拼湊出已滅絕動物當時的生活方式、棲息地環境、族群大小,分析出物種如何適應環境的變遷或是找出其絕種原因,再應用到現存生物的保育。

蔡政修教授認為保育古生物的特點在於用更宏觀的視野來看待保育這份工作,畢竟永續的概念是無止盡的,希望可以把眼界放寬到下一個千年、萬年,全面性的「根治」保育。

灰鯨寶寶在台灣

最經典的保育古生物例子就是灰鯨(Eschrichtius robustus)了,現存灰鯨分成東太平洋族群和西太平洋族群。東太平洋族群主要出現在阿拉斯加和美國南加利福尼亞州沿岸,原本因過度獵殺、工業污染幾乎要絕種的灰鯨,在國際捕鯨委員會的立法保護下漸漸脫離絕種危機穩定成長,但西太平洋的灰鯨就沒那麼幸運了。

東太平洋灰鯨群復育相當成功,現在他的棲息地已是著名賞鯨勝地。圖/Wikipedia

西太平洋灰鯨群目前只剩下一百多隻左右,不僅族群數量非常稀少,人類也不清楚他們的遷徙路線,如果想要復育灰鯨,除了保護現存的個體,還要努力培育下一代,那麼找到他們的繁殖地就很重要了!

由於近年來環境的劇烈變化,還有族群數量稀少導致生物生存模式有所改變,灰鯨早已搬離他們原本的繁殖地。一直以來韓國、日本、中國都有人說灰鯨的原生繁殖地在他們海域,但至目前為止都沒有直接的化石證據來支持這個說法,正當科學家苦尋無果時,沒想到讓大家尋尋覓覓的繁殖地就在台灣!

漁民從澎湖海溝打撈出兩件晚更新世時期的灰鯨頭骨化石,從骨骼大小推斷,這兩隻灰鯨只有 5 公尺,要知道灰鯨一出生大約 3~5 公尺,成年會長到 15 公尺,所以非常有可能是兩隻出生才幾個月大的灰鯨寶寶,也就是說,澎湖海溝一代曾經是灰鯨的繁殖地!這個重大發現足以讓古生物學家開始思考古生物保育的可能性:為什麼更新世時期的澎湖海溝可以孕育這麼多灰鯨?是什麼環境變遷讓灰鯨搬離原本的繁殖地呢?如果可以利用植物化石建立古環境,那是不是我們就能幫瀕危灰鯨重建家園了?

臺灣灰鯨化石復原圖,作者孫正涵。圖/開放博物館

澎湖海溝的兩個灰鯨化石就是保育古生物行動很好的開端,雖然離真正復育成功還有一大段路要走,但現在我們可以大聲說:「灰鯨在古代可是來我們台灣海峽產子、哺乳的呢!」

3D列印縮小版灰鯨頭骨化石,目前台灣只有兩件,分別珍藏於國立自然科學博物館和台南私人收藏家手上。圖/科技大觀園拍攝

台灣化石基礎研究現況與未來

跟其他國家相比,台灣的古生物研究可以說是非常「年輕」了!台灣最早的化石研究要追溯到 1930 年代日治時期,台北帝國大學(台灣大學的前身)地質學教授早坂一郎在台南左鎮的菜寮溪組織挖掘化石的團隊開始。第二次世界大戰之後,台灣因為還沒有發展本土古生物研究,後續出土的化石還是繼續送往日本研究,而這也是導致目前台灣化石藏量相當稀少的原因之一。

近年來的化石分佈大多在台南、南投出土或是台灣海峽打撈(台灣海峽深度只有 60~70 公尺,漁民在從事海底拖網作業時時常會打撈到化石),雖然說台灣陸續有許多化石出土,但相較於歐美幾百年的古生物研究和大企業的資金支持,台灣本土的古生物研究不僅資金缺乏、民眾對這個領域十分陌生,化石也大多在收藏家手上。

台灣的古生物學研究還正在起步的階段,相比於其他國家累積多年的基礎資料庫,台灣這片土地還有許多未知的寶藏等著我們去發掘,一代一代接棒下去,說不定在未來,我們站在西部沿岸就能看到灰鯨媽媽回來哺育灰鯨寶寶的場景。

蔡政修教授鼓勵學生從事基礎研究,親自傾聽遠古生物想告訴我們的故事。圖/科技大觀園拍攝

說到這裡,蔡政修教授最後跟我們分享了一個小故事:有一次教授為國高中科展得獎學生演講,一名學生問他做古生物研究可以幹嘛?還沒等教授回答他的問題,旁邊就有另一名學生搶先回答:「宣揚國威啊!」是啊!從發現灰鯨寶寶化石這件事情來看,不正是向國際展示古灰鯨是以台灣海峽為繁殖地的直接證據嗎?蔡政修教授強調,我們必須以基礎研究做背書,才能大聲跟世界訴說這個小島曾經擁有的歷史痕跡。

參考資料

  1. 【鯨非昔比】保育「古」生物學 – 到底是要保育什麼?
  2. 台大古脊椎- Fossil Lab 508 – Home
  3. 【科學史沙龍】保護海龜大家一起來&台灣的古生物學
  4. 【海人臉譜】以古鑑鯨、以古鑑今的蔡政修老師
  5. Wikipedia-Gray whale
  6. Wikipedia-Fossil
  7. 台南左鎮化石園區
  8. Youtube-蔡政修教授20190426演講

文章難易度
科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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用最新儀器,分析鯨豚死因的「鯨豚調查局」——專訪臺灣大學獸醫學院楊瑋誠教授

科技大觀園_96
・2021/06/23 ・3657字 ・閱讀時間約 7 分鐘

受訪時被問及人們鯨豚最大的誤解是什麼?「海豚過得很好,想要像海豚一樣在海裡自由自在。」台大獸醫專業學院副教授,專業為鯨豚保育醫學的楊瑋誠談到遭遇到生存危機的鯨豚,直率坦言:「我不想跟海豚一樣,尤其是在台灣。」

全世界共有 80 多種鯨豚,有 30 多種會出沒在台灣周遭的海域,許多生存狀態都岌岌可危。舉例來說,近年來大眾最耳熟能詳、在政治攻防佔有一席「會轉彎」名言的台灣白海豚(Sousa chinensis taiwanensis),就是生活在台灣海峽的特有種,近年來的觀察顯示,其族群數量約莫不超過 50 隻。

現今的鯨豚研究有哪些主要的努力目標?生活在大海中的鯨豚面臨了那些威脅?一般人對於鯨豚有哪些誤解?楊瑋誠創立粉絲頁「CIB 鯨豚調查局」,就是希望經由研究專題介紹、擱淺事件追蹤等,讓大眾更認識鯨豚。

FB 粉絲專業「CIB 鯨豚調查局」旨在讓大眾更了解鯨豚。圖/pexel

鯨豚調查局在調查什麼?

「為什麼用『調查』這兩個字,而不是鯨豚研究室,或單純的鯨豚愛好者的FB社群,是因為我們認為『調查』這兩個字是有需要的。」楊瑋誠分享當初也考慮過「救援隊」之類的稱呼,最後還是決定用「調查局」,一方面強調其中的急迫性與重要性,另一方面保留其中抽絲剝繭解開鯨豚的遭遇、針對事實下判斷的語感。

不只錯誤的迷思,人們的「感性」有時也會成為保育討論的阻礙。楊瑋誠認為,處理鯨豚面對的問題,極度需要科學、理性的證據。不管是討厭或喜歡鯨豚,都要保持理性、有多少數據說多少話。在公共政策或各種爭議上,才有討論對話的空間。

舉例來說,楊瑋誠多年前在海洋公園服務時,就曾遇過遊客投訴表演音響音量過大、認為會傷到海豚。團隊後來秉著研究精神測量水下音量,發現經過水的隔絕後,真正在水中傳播的音量,尤其是在海豚能夠接收到的音頻已經減弱到幾乎沒有影響。

「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標,在死因資訊尚未明瞭時,不少人會捕風捉影任意猜測,像是看到胃裡面有垃圾,就說死因是吃垃圾。楊瑋誠舉例,在 2020 年 1 月 19 日,宜蘭新城溪出海口擱淺的柯維氏喙鯨,外表並無重大創傷,經解剖、組織切片與細菌培養後,才在排除細菌感染的情況下,診斷是罹患了「潛水夫病」,根據過往研究,巨大噪音(如軍事聲納)會使鯨豚受到驚嚇,改變鯨豚原本潛水的模式,使鯨豚罹患潛水夫病。因此調查局也推測,這次的擱淺原因,很可能是源於台灣周邊海域軍事升溫,海上軍事演習頻繁所造成。

鯨豚擱淺事件層出不窮,「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標。圖/pexel

噪音對鯨豚的影響是非常大的,而近期即將組建的風力發電機組,其打樁造成的巨大聲響,無疑是鯨豚保育必須關注的現況。近期,楊瑋誠也發表了打樁機噪音對鯨豚影響的研究,希望能藉由科學研究提供的數據為基礎,一同制定相關規範,並在施工階段採取預防性措施。

楊瑋誠對鯨豚調查局的期許,就是能夠提供更多經過科學考驗過的數據資料,讓未來相關的保育政策討論,能有堅實的科學基礎。而他也強調,也是這二十年的人才與研究能量累積,才讓鯨豚調查局開始有機會發掘、展現更多更在地的鯨豚資訊。「生命有限、人力有限,時間要花在刀口上(累積事實與資料)。鯨豚調查局所做的每件事情都很重要。」

調查局用上了什麼特別的技術?

從 1999 年起開始鯨豚相關研究,浸淫其中超過 20 年的楊瑋誠分享,剛起步從事研究時,不僅國內資料闕如,就連國外文獻都找不到幾篇。只能一步步摸索、從實務中累積經驗與數據。

鯨豚調查局使用的技術,有沒有什麼比較特別的地方?楊瑋誠表示,一般會用在人身上的檢測儀器,像是X光機、超音波、熱成像儀等設備,都能用於擱淺鯨豚的驗傷上。過去,楊瑋誠就曾使用高解析度的熱成像儀用在擱淺海豚上面,除了偵測體溫,還能用來檢查是否有表面看不出來的瘀青,或是牙齦發炎等情況。

此外,雖然聽力對於鯨豚的重要性人盡皆知,但令人出乎意料的,世界上有在針對鯨豚進行聽力檢測的團隊不到十組,而臺灣正是其中一處,楊瑋誠說:「一般獸醫檢測中,很少有對聽力做檢測,世界上能做的人很少,臺灣更是花了兩、三年的時間,才完善了儀器、技術與人員培訓。」鯨豚聽力檢測的原理,其實跟人類新生兒一樣,都是給予聽覺刺激後用腦電圖觀察腦波變化。楊瑋誠認為目前聽力檢查需耗時 3-4 個小時,實在太長,希望未來能跟美國合作更新軟硬體,把檢查時間壓低在 1 小時以內。這樣往後就可以在野外現場直接檢查鯨豚,不用限制於有運回水池的個體。

而運用斷層掃描技術做死因分析,雖然無法取代法醫解剖,卻有機會指出一些解剖時不易發現的狀況,如骨骼上細微的骨折、骨刺、退化性關節炎,或是其他隱晦的損傷,更重要的是,解剖會破壞骨骼或臟器間的相對位置,這時不具破壞性的斷層掃描技術,就能提供相對完整的資訊,幫助辨別死因。楊瑋誠舉例,香港的研究團隊針對擱淺死亡的鼠海豚進行斷層掃描,才發現許多個體有出現頸椎脫位的情況 ,爾後才推測此類死亡的原因,有可能與受困漁網掙扎有關。此研究也揭露鯨豚與漁業衝突的另一層面相。像這樣的資料,都直接或間接支持了楊瑋誠的「調查」理念,在開始討論之前,累積源自於事實的科學數據,自有其重要性。

利用電腦斷層掃描技術做死因分析,能夠找到解剖時難以找到的細小線索,提供更加完整的資訊。圖/ pexel

不管是研究上的突破或新設備的投入,每一點數據的累積都代表我們對鯨豚欠缺的認識補足了一點,逐漸步上更理想的保育路線。

從照顧單隻海豚到保育整個族群

對不同物種先入為主的誤解,往往在進行保育討論時,造成溝通上的障礙。「有些人覺得『海豚有海就可以活』,那就表示施工的時候(海豚)就應該閃邊去。又沒有把整個海圍起來,你可以去其他地方啊!」說到大眾對鯨豚常有的迷思,楊瑋誠只能苦笑。其實就跟人類都市會劃分商業區、住宅區一樣,鯨豚在海中也有屬於自己的覓食區、育幼區、繁殖區。而各種鯨豚對於海洋自有不同的棲地需求,像是台灣白海豚就生活在深度不超過二十公尺水域,離岸多在三至五公里範圍內,大海雖大,卻也不是到處都能去的。

多數大眾對於鯨豚的關注主要從擱淺事件開始,關心的是某個個體是否回復健康、回到大海。楊瑋誠在鯨豚調查局的研究,從鯨豚面對壓力的緊迫生理、潛水夫病等疑難雜症,甚至是如何在檢測違法鯨豚肉的試紙開發,以及發現鯨豚身上有來自陸地汙染海洋的病原,皆是期待能做得更多。「我們在做的事情已經不是在保護一隻海豚,而是保護更多海豚。」

除了累積研究科學研究之餘,如何把成果傳達給更多人、發揮影響力也是同等重要的任務。經過二十年的累積,楊瑋誠團隊開始經營起 FB 粉專「CIB 鯨豚調查局」傳遞相關的知識洞見。除此之外,他也期待近年鯨豚保育議題已經開始逐漸發酵,如出現在中小學課本中,或者有更多相關的展覽等,都能加深大眾對鯨豚的認識。雖然「保護更多鯨豚」的目標任重而道遠,但楊瑋誠認為這就跟種樹一樣,即便可能要很久才能看到成果,卻絕對有努力去做的價值。

「保育一詞雖代指『保護各種生物的行為』,但其內涵是生物的『共存』,讓不同生物都能活在這個地球上。我認為推廣保育的工作,也應該秉持『共存』的概念,讓意見相左的人一同前進,才是真正的保育。透過公開數據與資料,將不同意見的人們拉向針對事實的討論,正是鯨豚調查局的初衷。」

鯨豚保育的初衷為人類與鯨豚「共好」。圖/pexel

鯨豚身為海洋食物鏈的頂點消費者,其種類與數量反應了海洋的生產能量,是海洋健康的指標物種。台灣周遭海域的鯨豚,既是自然的餽贈,維繫其健康與福祉,也應是我們無法推卸的責任。

參考資料

科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。
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