怎麼證明澳洲人吃剩的蛋殼，來自 5 萬年史前巨鳥？

本文轉載自顯微觀點

火山灰掩蓋的龐貝古城中，科學家再度發掘價值非凡的考古地點：一座翻修重建中的民宅，其珍貴之處在於工地現場的工具與建材原料完好封存於西元79年，維蘇威火山爆發的時刻。現代科學家得以利用顯微鏡、能量散射X光譜（Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS）、立體X光等科技深入分析原料成分，探究古羅馬建築工藝細節。

古羅馬建築物能夠長久矗立，建材韌性是不可或缺的關鍵。散布於帝國領土、綿長堅固的引水道（aqueduct）就是文明遞嬗中備受讚嘆的例子。其中數座引水道經歷修繕，迄今持續運作，西元前19年建立的少女水道（Acqua Vergine）今天依然為羅馬城內的噴泉供應來自20公里外的活水。

現代混凝土（concrete）具備抗壓、廉價、靈活等優點的同時，也有容易龜裂與腐蝕、難以修復等問題。現代高樓大廈需要以混凝土包裹鋼筋，才能達到維持近百年的高強度。尚未掌握鋼筋強化技術的古羅馬建築師，卻能以混凝土建造出核心架構長存超過2000年的大型公共建設，這種差異是材料科學家無法忽視的。

偽裝成雜質的秘方：石灰塊

近數十年間，材料科學界普遍認為古羅馬混凝土（Roman concrete）原料中的火山灰（pozzolan）是其堅強韌性來源，因為加入水與熟石灰後，火山灰中豐富的二氧化矽（SiO₂）與氧化鋁（Al₂O₃）可以形成水合矽鋁酸鈣（C-A-S-H. Hydrated Calcium Aluminosilicate）或水合矽酸鈣（C-S-H. Hydrated Calcium Silicate）膠體，提升羅馬混凝土的強度與耐腐蝕性。

但是，水合矽酸鈣並非羅馬混凝土所特有，今日最常見的混凝土原料「波特蘭水泥（Portland Cement）」就飽含矽酸鹽，與水混合後也能形成強化結構的C-S-H膠體。且現代混凝土也能展現水泥帶來的微弱自癒能力，但波特蘭水泥建成的現代建築，預估壽命大多不到百年，遠不如以穩固穹頂籠罩信徒千年的羅馬萬神殿。

2023年，麻省理工大學（MIT）材料科學家馬西奇（Admir Masic）研究團隊發表對古羅馬建材的成份分析，指出羅馬混凝土中特殊的「石灰塊（lime clasts）」提供了材料自癒能力，可能是古羅馬公共建築屹立不搖的關鍵。

石灰塊在顯微鏡下看來是數毫米大小的白色石塊，過往被材料科學家認為是羅馬混凝土品質控管不嚴的產物，但是馬西奇團隊的目光停留在這些未曾被科學界細究的「雜質」上。

馬西奇團隊指出，在古羅馬學者維特魯威（Vitruvius）和老普林尼（Pliny the Elder）的記載中，當時對混凝土原料之一的石灰石（limestone, CaCo₃ . 碳酸鈣）純化標準相當嚴格，成品必須要呈現純白粉狀。因此他們認為，混凝土中普遍存在的石灰塊不是古羅馬建材商品管鬆散所致，而是刻意加入的材料。

馬西奇團隊前往義大利中部普里維諾（Privernum）的古羅馬遺跡進行採樣，遺跡牆壁使用的砂漿（motar, 水泥混合水與砂礫等材料，比混凝土少了碎石等骨材，其他成分相近）中散佈著比水泥基質顆粒更大的亮白石灰塊。

科學分析 確認熱混合法

透過以能量散射X光譜（EDS）、X光散射、共軛焦拉曼光譜、掃描式電子顯微鏡分析這些構成牆壁近2000年的砂漿，研究團隊發現其中的石灰塊主要以鈣質構成，而且是來自生石灰（CaO, quicklime），現代建築工法已不再將這種材料加入混凝土中。

馬西奇論及，基於史料與現代技術，多數人相信古羅馬建築工使用熟石灰（Ca(OH)₂, slacked lime. 氫氧化鈣，來自生石灰加水）混合火山灰、水以及其他骨材形成混凝土，類似現代工法。但透過精密儀器分析樣本成份，他推論古羅馬帝國曾採用熱混合（hot mixing）技術，以生石灰取代/混入熟石灰，與其他材料、水混合製成混凝土。

在熱混合過程中，生石灰不會全數與水反應產生熟石灰與熱能，部分會形成不均勻分布的細小石灰塊。而這些石灰塊在混凝土乾燥的同時，會經歷表層的水化、擴張，最終碳酸化成為較為穩定的碳酸鈣外層。而石灰塊內層則保持著生石灰（CaO）的狀態與活性。

水流引發雙重自癒機制

構成建築物的羅馬混凝土若受到強大拉力，產生裂隙，諸多石灰塊的穩定外層很可能隨之裂開，並暴露出飽含生石灰（CaO）的核心。在自然降雨之下，經過石灰塊核心的水流會獲得鈣離子，並使鈣離子與周遭的基質反應，在裂縫中形成碳酸鈣，使裂縫在延伸擴大之前就被填補。

裂縫中飽含鈣離子的水流，也能在混凝土中的火山灰顆粒旁引發火山灰反應（pozzolanic reaction），生成穩固的水化矽鋁酸鈣或水化矽酸鈣，對裂縫產生「癒合」效果，讓整體結構更加強韌。馬西奇稱這種定型後發生的火山灰反應為「後期火山灰反應（post-pozzolanic reaction）」，與製作混凝土的反應作出區別。

馬西奇團隊更採用實驗觀察熱混合技術對古羅馬混凝土和現代混凝土強韌度的影響。他們將不同工法製成的混凝土柱從中分裂，造成5公厘的裂縫，再讓水流持續流經裂縫30天。

未使用生石灰進行熱混合的混凝土柱，僅出現一般水泥具有的小幅自癒能力，稍稍縮小裂縫。而具有石灰塊的古羅馬混凝土柱，則持續癒合，在水流第20天左右完成自我修復，水流幾乎完全無法通過。

多方驗證 重譯權威史料

古羅馬混凝土驚人的自癒能力引發熱議，並非所有材料科學專家都認同以生石灰為核心的熱混合理論。

更啟人疑竇的是，熱混合法並不符合維特魯威記錄的熟石灰建築工法。他在公元前30年左右著作的《建築十書》（De architectura）是唯一流傳後世的古歐洲建築著作，從文藝復興以來，就缺少足以挑戰其權威的建築史料，遑論馬西奇團隊基於成分分析的理論。

馬西奇團隊為了奠定更強的論證基礎，在2024年前往龐貝古城尋找證據。他們在民宅工地遺跡發現的建材原料，正包含熱混合工法的原料：生石灰與火山灰的乾燥混合物。這些原料與建築工具一起堆放在尚未完成的牆體旁邊，被公元79年噴發的火山灰封存至今。

馬西奇團隊透過偏振光顯微鏡、電子顯微鏡等分析方法比對乾燥材料堆、未完成的牆體、已完成的牆體，確認了這些預拌的熱混合材料與牆體的混凝土、砂漿成分相符，支持他們的假說：古羅馬帝國龐貝城在公元前79年以熱混合工法製作混凝土。

這項材料科學考古發現不僅補充了古代建築史料的缺漏，也創立了新的建築材料理論，為未來的建築材料提供自癒功能的靈感。或許在數年之內，具備自癒能力、壽命長達上百年的大型建築就會動工。而人們也能期待更加環保、安全、需要遠見的都市規劃。

馬西奇團隊透過多樣方法及跨領域探索，穿越時空檢驗了古羅馬熱混合法工藝的假說。他們在遺跡搜索考古證據，以科學分析技術交替分析樣本，更研讀古羅馬史料，發現維特魯威與老普林尼雖然以 ’macerata’ 敘述以水消化生石灰，製作出熟石灰的過程。但維特魯威提及建築結構用的石灰消化過程，會轉而採用 ’extincta’ 一詞。

儘管在文獻中的古代拉丁文 macerata 和 extincta 都被用來指稱「生石灰加水消化為熟石灰」，並未在考古學界與材料學界引起太多注意。但馬西奇團隊懷疑，這種字眼的轉換可能暗示了古羅馬建築結構中的石灰並非來自「先製成熟石灰，再混入水與其他原料」，而是「生石灰直接混入水與其他原料」的熱混合工法。

就如馬西奇團隊最新論文提及的，即使是古代文獻，也無法盡錄古羅馬從共和時期到帝國時期的建築文化變遷。透過顯微鏡與X光譜等現代科技，搭配古遺跡的妥善保存與發掘，我們今日依然有機會理解千年前的人類，如何利用更有限的科技，達成宏偉巧妙的文明成就。

參考資料

• Linda M. Seymour et al. ,Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete.Sci. Adv.9,eadd1602(2023).DOI:10.1126/sciadv.add1602
• Vaserman, E., Weaver, J.C., Hayhow, C. et al. An unfinished Pompeian construction site reveals ancient Roman building technology. Nat Commun 16, 10847 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66634-7

F 編按：本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物，牠們看似深居簡出，但擁有多元的聲音表達：從吸引人類注意的「喵喵叫」，到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀：貓咪為什麼總愛對人喵喵叫？看貓如何用聲音征服人類的心

然而，細心的貓奴們可能會注意到，貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具，發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫，又好似一陣陣輕微的顫鳴，卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為，究竟在貓的生活中扮演什麼角色？目前科學界尚未對此有定論，但有幾種廣為討論的假說，或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫：情緒的釋放或表達？

有些貓行為專家推測，貓咪在看到獵物（如窗外的鳥、老鼠）卻無法接近時，會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感，發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時，可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣，貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯，並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

• 情緒假說：
  • 挫折：當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺，內心焦躁，遂用聲音抒發。
  • 興奮：或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮，因此嘴部不自覺抖動並出聲。

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易，因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如，研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化，才能確認牠們究竟是帶著正面興奮，或是負面挫折的情緒。不過，由於貓的獨立特質，實驗設計往往困難重重，樣本量要足夠也不容易，所以至今沒有定論。

增強嗅覺？貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為，貓咪發出「卡卡聲」時，可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」（vomeronasal organ），也稱作「賈氏器官（Jacobson’s organ）」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子，如費洛蒙或特定氣味分子，因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

• 嗅覺假說：
  • 張口呼吸：如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎，可能在嘗試讓空氣（及其中所含的氣味分子）進入犁鼻器。
  • 蒐集更多環境資訊：在確定下手前，更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率，或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而，要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為，也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道，並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行，實務上難度頗高。

聲音模仿：貓咪的「偽鳥叫」？

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說，是「模仿獵物聲音」。在野外，一些中南美洲的小型貓科動物（例如：長尾虎貓，又稱美洲豹貓或瑪家貓，Margay）曾被觀察到，在捕獵小猴群時，發出類似猴子叫聲的音調；有些當地原住民族群也傳說，叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測，家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」，可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素，試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

• 模仿假說：
  • 案例參考：野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
  • 家貓可能繼承的行為：家貓的祖先——北非野貓（African wildcat）及其他小型貓科物種，是否具備聲音模仿能力？這在生物演化研究上仍是未解之謎。
  • 缺乏大規模觀察：由於小型野生貓科動物研究資料有限，且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤，最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰：野性祖先的重要性

探討貓咪行為，常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓（Felis catus）普遍被認為源自北非野貓（Felis lybica），然而，野貓習性的研究本就不多，尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」，首先要確定：「牠們的野性祖先或其他小型貓科，也有同樣的行為嗎？」若有，家貓則可能繼承自古老基因；若無，則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

再者，貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令，常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應，並確保每隻貓的個體差異都被考慮到，這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說，貓咪坐在窗邊，一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠，一邊發出獨特的「卡卡聲」，是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物？目前沒有確切的答案。然而，也正因為這層未知，貓貓才更顯得迷人。

大型古脊椎動物化石的研究工作在台灣會如此被忽略，可以歸咎的原因也不是三言兩語可以涵蓋，大概需要縝密的爬梳台灣整體歷史發展、國家政策、人民思維等眾多不同面向才可能會有較清楚的脈絡可循。

但簡略來說，光是台灣面積不大，再加上歐美等地區的古生物學家已經在世界各地許多地區耕耘了百年以上的時光，其迷人、常常令人難以理解的古生物形態、有點加油添醋的遠古故事，陸陸續續輸入到台灣，似乎讓台灣的人們覺得古生物研究就是、該是在那國外廣大且杳無人煙的地區所產出，有著浪漫風情的遠古憧憬—而台灣這塊土地似乎就是古生物的絕緣體。

出乎絕大多數人想像之外，埋藏、沉睡在我們腳底下的遠古生物，如果我們願意投入心思、資源去挖掘、研究，大概就會像不少人夢想著何時我們可以在腳底下挖出幾個油井一樣，發展出有著極高經濟價值的「黑金」產業，鈔票似乎就會源源不絕的流出來—古生物研究所能引起的古生物經濟學，不只能豐富我們社會的教育思維、娛樂面向，那背後的經濟產值真的也能達到無法計算的天文數字—還是再次想想《侏羅紀公園》的影響力。

迷人的是，台灣鯨魚的發現還真的就是台灣早期試著要開發地底下的黑金產業所意外發現的化石！社會中不同產業的連結，常常都會有令人意想不到的關係—像是台灣很發達的漁業就不小心從海底「撈」到了能串連起南、北半球的露脊鯨（第一話），或是母子情深的灰鯨繁殖地（第五話），而這台灣鯨魚有機會冒出頭來，其實是由另一個在台灣較不為人知的「黑金」產業，也就是在試著探勘我們腳底下的石油時，所不小心「流」了出來。

採礦過程發現大型動物化石，卻被驚險「盜墓」！

第二次世界大戰結束後的隔年：一九四六年在中國大陸上海所成立的「中國石油」，經歷了國民黨和共產黨的戰爭後，一九四九年隨著國民黨正式搬到了台灣—也很自然的發展起探勘石油的鑽井或採礦等，帶有一定經濟價值相關的工作項目。

中油在一九六○年的十月底開始鑽起位於新竹竹東編號第二十四號的油井，鑽井的同時需要有鑽井液，也就是俗稱的泥漿，所以會在鑽井的鄰近地區尋找適合能製作泥漿的採礦地點。中油剛好在附近找到一九五○年代初期就已經有台灣水泥公司來挖掘、而當時已經被台灣水泥公司所廢棄的地點，要來當成可以製作竹東二十四號井泥漿原料的採礦地。

就在一九六一年的一月下旬，中油才準備好好的重新利用那已經被台灣水泥公司多年拿來製作了大量水泥的地點—也就是開採更多的礦來製作鑽井用的泥漿—沒想到一開始不久，就遇到了會延宕開挖工程進度的發現：不明的大型動物化石！

一開始發現並注意到這些看似不尋常石頭的是張南球，覺得不太對勁後就拿著兩、三塊小石頭去問竹東二十四號井駐地的地質學家：范玉來。范玉來跟著張南球到現場查看，意識到那一塊區域幾乎都散布著類似的碎塊，仔細的看著那斷面後，不只驚覺到這應該是動物的化石，提著木箱子沿途撿起、裝滿了好幾箱後，那可以連結起來的部分、看起來像是肋骨的結構也至少是以公尺為單位來計算的—手中握著的應該是隸屬於好幾公尺起跳的大型動物。

范玉來也沒有遲疑太多，從竹東就帶著滿箱的化石碎骨前往中油位於苗栗的探勘處地質組，給當時主要的地質學家孟昭彜檢視。孟昭彜確認了箱子裡的標本應該是屬於大型的脊椎動物化石沒錯後，既驚訝又興奮，但也清楚認知到自己並不是研究大型脊椎動物化石的專業人員，不只不清楚這到底是隸屬於哪一類生物，對於該如何恰當的進行大規模開挖也感到遲疑。

孟昭彜在地質學界打滾多年，即使研究領域不是專精在古生物學，也大概知道有哪些研究人員對於古生物學有一定的涉獵或興趣。除了找中油內部的同事、專長為「微體古生物研究」的黃敦友之外，也聯絡了像是台灣大學的馬廷英、林朝棨和師範大學的戈定邦等人，一起來討論該如何進行下一步。

不意外的，大家想法很一致，認為這個發現有著重大價值與意義，畢竟台灣本土有如此大型的脊椎動物化石，又有成群學術界裡的研究人員圍繞在一旁，保護著這台灣第一次在原地層中發現如此巨大的脊椎動物化石，可以想像著沉睡百萬年以上的遠古生物就要穿新衣、戴新帽，準備接受研究的洗禮，有著全新的、光鮮亮麗的裝扮來和世人見面了。

迷人的故事似乎總是一波三折—化石在野外被偷了！

化石失竊之謎：未解的盜墓事件

決定要仔細的將這一個大發現好好挖掘出來，進而提供後續深入的研究工作—中油的成員如范玉來和黃敦友就開始替露出地表的化石骨頭們穿上外套，也就是打上石膏，才能在後續搬運過程中減低對化石本身的撞擊或任何外部碰撞傷害的可能性—但挖掘、包覆的工作還在持續進行中，一九六一年的五月五日星期五早上，范玉來如常回到挖掘現場時，驚覺周遭維護的設備被破壞、好不容易已經小心翼翼挖出土的部分化石標本們也消失了！

過了半個多世紀，這「盜墓」事件的犯人仍是逍遙法外—或許該說是一直以來也沒有人啟動正式追查，到底是誰偷走了當時由孟昭彜、范玉來等中油成員正在挖掘的大型動物化石標本？被盜走的化石至今下落也同樣是沒有任何的消息。

五月四日星期四，范玉來等人仍是在化石四周持續擴大挖掘的範圍、避免破壞到化石的時候，也仔細檢視有沒有更多露出的化石標本—意味著化石大盜只有一個晚上的時間能帶走部分化石。損失雖已無法彌補，但能慶幸的是，除了已經挖掘、裝箱的標本之外，腳底下還可以看得到的表層仍有不少完整的化石骨骼。

經歷了挖掘過程中被盜墓的事件，孟昭彜等人仍是持續、盡可能的將有發現的化石標本從野外裝箱，或打上石膏後帶回實驗室。不只如此，令人興奮的是，一九六一年也有參與挖掘工作的黃敦友，在一九六四年拿到當時行政院國家科學委員會的經費支持，前往日本東北大學從事微體古生物學的碩士論文研究工作—一九六五年仍在鑽研微體古生物學的領域時，藉由一九六一年所發現的化石，發表、命名了「台灣鯨魚」！

——本文摘自《好久・不見：露脊鯨、劍齒虎、古菱齒象、鱷魚公主、鳥類恐龍⋯⋯跟著「古生物偵探」重返遠古台灣，尋訪神祕化石，訴說在地生命的演化故事》，2024 年 9 月，麥田出版，未經同意請勿轉載。