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我們,生命,這一切,都是「資訊」

oeo
・2013/01/23 ・3960字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

credit: CC by Vilseskogen@flickr

文 /oeo

「身體就是一個資訊處理器。…六十億位元組成一個人。」

「波赫士一九四一年小說《巴別圖書館》,這間(其他人稱之為宇宙的)圖書館收藏了所有資訊,但在那裡發現不了任何知識,因為所有知識都在那裡,毫無根據地一起被堆疊在架子上。在掛著鏡子的走廊裏,無數的架子上,人能找到一切,又什麼都找不到。什麼是資訊過量?這就是最好的例子。」常常,我們都處於「資訊淹沒資訊」的窘境。幾年前的某段時間(其實現今仍然偶爾發作),我也得過另一種「書冊消化不良症」,也就是購入太多書冊而沒有時間品讀的困擾,為了解決這個嚴重的問題,還特別再買了一本書叫做《不用讀完一本書》,也真的沒有讀完那本書…

十多年前參加一個「科科網」舉辦的「科幻狂想曲」網路徵文競賽,題目大致是「三千年後的人類是什麼樣子?」我的投稿小小驚喜地獲選刊登,還得到了一小台那時並不十分普及的MP3撥放器,而我的狂想答案正是:「地球人化作訊息,向外太空不斷傳送…」我們生活在一個「資訊時代」,甚至是一個「資訊爆炸」的時代,大概是現代文明人一個很大的共識、感知與困擾,一九六七年,媒體理論家麥克魯漢寫道:「人類從食物採集者變身為資訊採集者。」所言不假,厲害的是,這句話幾乎不能算是一句形容或比喻,它就是實際現象的描述。而詹姆斯・葛雷易克的「資訊」一書最令人激賞之處,就屬它把「資訊」有深度與廣度地好好探究、闡述一番,資訊「意味著組織與秩序的普遍法則,也是組織與秩序的精確度量單位」。生物有基因,文化則是有迷因(meme)。從某個角度說來,「資訊」不單是科技、產物與學門類別,我們、生命、這一切,都是「資訊」!

曾經和幾位具有資訊專業背景與從事相關工作的朋友聊到像是「資訊理論」這種主題,工程師和專家們其實能提供的相關訊息有限,我們終將發現,「資訊」在現今強調分工專業的產、官、學界的對待與處置中,其實並沒有辦法做到巨細靡遺或是完整精粹,而且「原味」必定散失不少!更讓人讚嘆一個科普主題「資訊」,可以談到如此鞭闢入裏,觸類旁通的境界,「資訊」自身的「資訊密度」其實異常高濃,不是電腦相關、資訊產品、理工背景……等等粗略用詞與範疇可以畫地自限、獨斷獨行的。像在非洲,「有些人的通訊工具直接從『說話鼓』跳到手機,越過了中間各個階段。」而「目前世界上有六千多種語言沒有文字,只有幾十種語言例外。」鼓手不是在打訊號,而是在說話。單就這點,就已經給予人們無限的文化發想與啟思。

根據《資訊》一書,「資訊理論」的奠基者克勞德•夏農將這個理論建立如一座橋樑,「連接資訊與不確定、資訊與熵、資訊與混沌,催生了光碟與傳真機、電腦與網際空間、摩爾定律和矽谷。資訊處理隨之誕生。還有資訊儲存與檢索,許多人開始為鐵器和蒸汽機之後的新時代命名。」甚至惠勒用隱晦的文字寫道:「所謂真實,會從我們對是否問題的最終分析當中浮現。」又說:「所有物體本質上都可用資訊理論來理解,我們所在的是一個參與的宇宙。」從這個角度看,宇宙就像電腦,是一臺巨大無比的資訊處理器。這也讓人想起佛說:「諸行無常,諸法無我。」「一切都在燃燒!」

《資訊》還有一個精彩之道,在於追本溯源的功夫,它並不只是談以電腦或網際網路為主體的現成事物,還探究了從語言、文字、印刷這些關於資訊根源的事物,如同思想家霍布斯所言:「印刷術雖然是天才的發明,比起文字還是相形見拙。」……歷史是資訊意識到自身的過程。並認為「摩斯系統將資訊從一種形式轉變成適合電路傳送的另一種形式,需要的本事遠超過電報的機械原理。歷史以摩斯之名稱呼這套代碼,而非他發明的電報機,實在非常恰當。」

雖說「現代科學是一門瞭解物質世界及其法則的學問」,但「也許神經和電線不只相似,而是同一種東西,將訊息從底層傳到感覺中樞。」思想家巴貝吉發現大自然用年輪編寫過去的資訊,這一點發人深省:樹木將一整組複雜的資訊紀錄在樹體內。「每一場雨、每一次溫度變化、每一道風都在植物上留下了足跡。足跡很輕沒錯,我們甚至察覺不到,但依然永遠紀錄在木質纖維中。」而那些具有原創性的思想家與科學家,令人敬佩的就是宏大的視野與細膩的思維,常常顯示岀一種「萬物靜觀皆自得,大塊假我以文章!」的風采,那不是只有感性的,本質上還有理性的。就我們現今來看是資訊科學的始祖,他們開始動念關心或至少好奇的事物通常都不會只是所謂冰冷的專業與狹隘的符碼,他們其實還是把焦點與著力點放在人、生活、世界這類亙古大題上。例如1949年夏天,書本版「通訊的數學理論」問世前,夏農用一張紙和一支鉛筆,在紙上垂直畫一條線,寫上十的乘冪,從100到1013,將這條縱軸命名為「位元容量」,接著列出可以用來「儲存」資訊的設備。桌上加法器(十個十進位數字)使用的數字輪只能儲存三位元出頭。夏農在103底下寫「穿孔卡(各型態可)」,104注明「單行距打字頁(三十二個符號)」,接著在105附近寫了一個很古怪的東西:「人的遺傳構成」。這是前所未有的想法。華生當時還是印地安納大學動物系的二十一歲學生,DNA的結構要到多年後才被發現。

從這個角度上,我們可以感受,資訊、語言、文明、生命、這一切,其實並不是那麼分門獨立、毫無相關的。語言學家薩皮爾表示(1921):「說話的聲音不是語言的基本事實……語言是一種結構,就內在層面而言,是思想的模具。」「思想的模具,這個說法很華麗,但夏農需要的是從更具體而且可以計數的角度看待語言。就他看來,模式就是贅餘。在日常語言中,贅餘有助於理解,但在密碼中卻是致命缺點。夏農估計英文的贅餘度大約百分之五十。…一般的文字段落可以縮短一半而不會漏失資訊(If u cn rd ths…)」「夏農想出一個優雅的算式,以機率函數計算資訊量―機率的對數(以二為底最方便)加權總合。他算的是某一訊息不可能性的平均對數值,其實就是「意外度」:

H=-Σpi log2 pi

pi是任一訊息的機率。夏農表示pi會不斷出現,這一類量值「做為度量資訊、選擇和不確定性的單位,在資訊理論中扮演重要角色」。的確,H無所不在,一般稱之為訊息的熵或夏農熵,甚至直接稱為「資訊」。「由此產生的單位可稱為二元數位(binary digit),簡稱位元(bit)。」位元是資訊量的最小單位。」看到這個數學式,相信有生物學、生態學背景的人並不會感到太陌生,甚至有一種「他鄉遇故知」的雀躍,在後期熱門的「生物多樣性」的指標計算上,我們終於更深入地了解這些數值結果,在資訊科學發展的源頭中找到「意義」。

「生物不僅會減少環境的無秩序,生物本身就是模式與結構的奇蹟,從骨骼、肉、甲殼、葉子、花、循環系統到代謝途徑都是證明,彷彿我們都是唐吉訶德,來到這個宇宙的目的就是減少熵值。」「一九四三年,薛丁格於都柏林法定公共講座決定回答什麼是生命?這個偉大問題,分子生物學就是這本講座內容編成的書的偉大遺產。薛丁格從一個謎團講起,它稱之為生物穩定性之謎。生物和密閉氣體的差異很明顯,後者充滿機率與變動,無法捉摸,前者的結構卻非常恆定,似乎完全無視於薛丁格的波動力學,不僅在生物體內恆定,還透過遺傳延續到下一代。薛丁格覺得這一點需要解釋。」而威納說:「酶的穩定狀態就是失去活性,生物體的穩定狀態就是死亡。」薛丁格認為,生物能避開第二定律一段時間,至少看起來如此,正是生物讓人感覺「如此奧祕」的原因。薛丁格這位嚴謹的物理學巨星甚至用了一種聽起來有些奇幻(像是宮崎駿動畫中的情節)的說法:「生物以負熵為食。」無怪乎科幻大家克拉克說了那句:「任何高超的科技,無異於魔法!」

當然「資訊」也具備了無限的延伸性,只要觸及真正科學與智慧的探究,就很難固著與縮限在一種特定形式上的事物,即便這樣做是一種方便的過程與必要的手段,真正的精華與讚嘆往往都在於事物發展的流變與脈絡上,例如「電話簿是當年世上最厚、排版最密的書,它是那麼不可或缺,感覺不可能從資訊地表上消失,結果完全相反,剛過二十一世紀就成了垃圾。」資訊載體再重要,也不該模糊、遮蓋我們思辨資訊本身的渴求,如果「當科學家明白資訊的真諦,就開始思考它也許是最基本的單位,比物質還基本。」唯一跟愛因斯坦和波耳共事過的科學家惠勒甚至用一句真言向世人宣告:「萬有源自位元。」

似乎對資訊發展顯露深刻信心的愛倫坡曾說:「沒有思想會消逝,你難道沒有想過話語的物理力量?難道每一個字不都是空氣中的一個脈動?」每一個說出口的字,無論被一百人聽間或沒有人耳聞,都不會消逝在空氣裡,而是會留下無可抹滅的印記。而詩人艾略特對於資訊就沒有這般樂觀,1934年他如此表達:

言語的知識,但不是沉默的知識;

文字(word)的知識,無知於道(the Word)

知識讓我們更接近無知,

無知讓我們更接近死亡,

但接近死亡不代表接近神。

就算無神論者也可以輕易發現,「焦慮取代滿足,渴望和抑鬱形成上癮般的循環。人還在經驗一件事,下一件事會是什麼的想法已經闖了進來。」「這是富足的拮据,再次提醒我們資訊不是知識,知識也不是智慧。因應的策略跟著出現,方法很多,但其實只有兩種:過濾與搜尋。」「選出真實需要功,遺忘需要更多的功。這是伴隨全知而來的詛咒:任何問題的答案也許都在彈指之間……―但我們還是不清楚自己知道什麼。」我們是否該慶幸意義與趣味不是同一件事?更多的資訊或無法滿足的資訊並不等同必然的悲哀,就像「巴哈C大調前奏曲包含多少資訊?做為一組時間和頻率的模式,這首曲子可以被分析、追蹤和理解,但只能到一個程度。音樂和詩一樣,和所有藝術一樣,注定不會有完全的理解。能被徹底掌握的,只會令人感到無趣。」當年,波赫士寫下:「當人說巴別圖書館收錄了所有的書,最初浮現的是無邊的喜悅,所有人都感覺擁有了一份完整無缺的秘密寶藏。任何個人或世界的問題的徹底解答都能在某個六角形中找到。宇宙得到了證明。」波赫士又說:「一切都被寫下,這份確定否定了我們,將我們貶為幻影。」我們,生命,這一切,就只是資訊!

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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只是買了標示不清的商品而已,會付上多大的代價?「資訊揭露」的必要與兩難——《資訊超載的幸福與詛咒》
天下文化_96
・2022/08/28 ・2649字 ・閱讀時間約 5 分鐘

除了嚴格規範,「資訊揭露」也是另一種做法

相較於較積極的監督管理方式,要求資訊揭露的一大優點在於較為靈活,也尊重自由市場運作的機制。政府監理法規往往會大刀一舉砍下,忽略異質性可能造成嚴重的不良效果。

舉例來說,強制規定電器必須達到一定的能效標準,就可能導致後續生產的產品性能變差,或提供消費者不想要的性能。

相較之下,要求提供資訊,是尊重消費者選擇的自由。要求汽車製造商測量並公布汽車安全規格,想買車的人可以在安全與其他考量(例如價格和樣式)上做出權衡;要是餐廳顧客都能知道餐點熱量,想減肥的人可以善用這項資訊,不擔心熱量的人也不受影響。

選購汽車時,業者公布汽車的規格與安全檢測,對消費者來說是相當重要的資訊。圖/Pixabay

單純揭露資訊,並不會干擾消費者自主,甚至有助於個人做決定時的自主權(以及決定的品質)。而且如果設計得當,還能提升決策時的效率。

然而,怎樣才是好的資訊揭露?

怎樣才叫設計得當?美國芝加哥大學法學院講座教授歐姆瑞.班夏哈(Omri Ben-Shahar)和密西根大學醫學院教授卡爾.施奈德(Carl Schneider)的一篇文章凸顯這個問題,篇名耐人尋味:〈強制資訊揭露的失敗〉(e Failure of Mandated Disclosure)。

兩位作者足足花了 12 頁列出美國聯邦與各州法律、行政規則,以及法院裁決中卷帙浩繁、有時荒謬無比的資訊揭露要求。

這些要求涵蓋幾乎所有類型的貸款、銀行帳戶、共同基金、信用卡、證券經紀人、信用報告機構、投資顧問、自動提款機、當鋪、發薪日貸款(payday loan)、先租後買(rent-to-own)合約、分期付款銷售、各類保險合約、汽車租賃、自助倉儲設施、汽車拖吊廠、汽車維修行,包山包海不一而足。

強制業者揭露,並不一定可以達成目的。圖/Pixabay

其中或許最有趣(可能也略顯驚悚)的例子,是要求加州殯葬業者告知棺材買家:「並無任何科學或其他證據顯示,具有密封裝置的棺材能夠保存人類遺體。」

對於資訊揭露的各項規定,班夏哈與施奈德深表懷疑。部分原因出於揭露方式通常設計不佳,部分原因則出於他們認為最後注定會失敗。

為什麼需要刻意揭露這些資訊?

不論他們的論點是否正確,只要仔細讀過文中列出的清單就會發現,政府通常在特定情況下才會強制要求揭露資訊:其一是買方手中的資訊較少、賣方手中的資訊較多;其二是買賣雙方的交易誘因在一定程度上不對等(請注意,在許多重要案例中,所謂買賣雙方指的可能是提供與接受建議的人)。

例如以下情況:

  • 汽車經銷商與汽車買主的互動。賣方比較了解自己販售汽車的安全性,但汽車安全性對於買方更重要。
  • 連鎖餐廳與用餐者的互動。賣方比較了解自己販售餐點的營養成分,但餐點的營養成分對於買方更重要。
  • 醫師和患者的互動。賣方比較了解不同的醫療檢測與療法,但可能會出於個人誘因,向患者推薦不符合患者最佳利益的特定檢測、藥物或服務(例如手術)。
  • 製造商與消費者的互動。製造商將生產工作外包給不當對待勞工或破壞環境的承包商,而消費者雖然喜歡低價,卻也想購買「綠色環保」或符合社會責任的產品。

資訊揭露除了想解決傳統資訊不對稱(asymmetric information)或誘因不一致(misaligned incentives)所形成的市場失靈;有時也是為了保護消費者不受傷害。

市場失靈是個體經濟學的術語,當競爭市場的運作發生問題時的經濟理論。圖/iportret

現在除了傳統的經濟理論,也能從心理學與行為經濟學得到支持強制資訊揭露的論點。這套新的論點,處理的是所謂「行為市場失靈」(behavioral market failure)。

行為經濟學參考一般經濟學的外部性(externality)概念,帶入內部性(internality)概念,也就是消費者替自己製造成本,但在決定當下並未意識到這件事。

舉例來說,吸菸者可能很享受吞雲吐霧,卻不想得肺癌;暴飲暴食造成肥胖問題的人,享受美食時很開心,卻仍苦惱於伴隨而生的健康問題;今天揮金如土快樂花錢的人,等明天發現口袋空空,可能也高興不起來。

想公開資訊,也要問人家願不願意啊!

請注意,光憑內部性這一點,還不足以構成充分理由要求強制揭露資訊;至少還要證明雙方的誘因有一定程度的不對等。

假設買方在第一時間做出的決定,將在下一個時間點造成長期的成本,而且程度超過第一時間得到的短期效益。這時,如果賣方的誘因與買方的長期利益一致,所提供的資訊或產品應該會努力減少或消除買方的內部性。

但很顯然,情況多半不是如此。

舉例來說,當速食店顧客並未加以考量餐點熱量對於健康的影響時,業者反而可能利用這一點,提供生產成本低、卻不利於健康的餐點。同樣的,買車的顧客沒注意油耗表現時,車商也可能大推生產成本低、更符合顧客其他需求的吃油怪物車款。

資訊揭露的形式十分多元,但究竟哪一種形式最合適,則視市場失靈的狀況而定;而根據能否驗證資訊真偽(資訊錯誤會受罰),決定會完全不同。

我們有辦法逼迫或是合理要求醫生公布所有療法背後的考量嗎?圖/Pixabay

舉例來說,速食店的熱量標示與車商的油耗標章都能夠透過科學驗證;但在醫師針對患者是否適合進行臨床實驗的判斷上,我們很難認定醫師是依專業做出診斷,抑或是收了介紹費。

假設資訊能加以驗證,資訊揭露就可以關注在解決資訊不對稱的問題;提供資訊給資訊不足的買方或建議的接受者,讓這場資訊競賽更公平。

舉例來說,政府要求藥廠在處方藥的包裝外加注警告標示,目的是減少藥廠與患者間的資訊不對稱。藥廠掌握藥物副作用的相關資料,但患者在資訊揭露後才能得知;要求車廠提供油耗標章,也是基於相同的道理。

——本文摘自《資訊超載的幸福與詛咒》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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對資訊焦慮 Say No!在資訊爆炸的時代,「知道」到底會讓人變快樂還是更痛苦?——《資訊超載的幸福與詛咒》
天下文化_96
・2022/08/26 ・2204字 ・閱讀時間約 4 分鐘

有的時候,無知反而更快樂

如果你想搬到新的城市,或許會想了解那裡住起來是什麼感覺;如果你要買房子,也可能會想知道屋頂是否牢靠,或是空調夠不夠力;就算是買新的筆電、車子或手機,肯定會先掌握產品資訊,包括價格、性能、耐用性等;而來到大選的投票日,你也會想知道每一位候選人的政見願景。

人手一機的時代,我們幾乎 24 小時不斷吸收來自世界各地的資訊。圖/Pressmaster

所以,我們通常認為「得到資訊」是有幫助的,但到底什麼時候得到資訊是好事?以及究竟好在哪裡?

事實上,我們其實沒興趣知道大量的資訊。很多資訊對我們來說毫無價值,只不過是浪費大腦容量,還可能無聊透頂。

甚至有許多資訊我們寧可不知道,因為這些資訊會讓我們感到不悅或痛苦;有時候我們不想要知道,是因為我們沒有動機想要取得某些資訊,因此不會特別主動去得知某些資訊;但也有時候,我們想要不知道,因為我們有動機想排斥某些訊息,於是刻意主動迴避。

除了體重計上的數字,你還會迴避哪些資訊?

你沒興趣知道的事,可能包括餐廳隔壁桌那位先生頭上有幾根頭髮、你的車究竟用了哪幾種貴金屬、巷口咖啡店的豆子是來自巴西、哥倫比亞、布達佩斯,還是其他地區。

而你或許想要不知道的事,諸如是否會罹患阿茲海默症、基因上是否容易得癌症和心臟病、所有同事對你的實際看法,以及你可能在幾歲時死亡;你或許也不想要知道啤酒、咖啡、披薩、冰淇淋對於健康造成的風險,這些食物可能對未來造成傷害,卻提供當下的愉悅。

如果你滿腦子都想著風險,這些食物只會帶來恐懼、內疚和羞愧。這種時候,無知或許才是幸福的。(就像我今天早上量了體重,搞得我心情很糟。)

想想看你的另一半說有事要告訴你的時候,心中是不是非常忐忑,到底要不要知道呢?圖/irinapavlova1

「資訊迴避」(information avoidance)的情況相當常見,顯示人們常常寧願不知道某些資訊,或是積極設法迴避資訊。

但用了哪些辦法、又付出什麼代價?我已經說過,最重要的問題應該在於「得到資訊能否讓人們變得更幸福」,而這也代表應該個別評估:某項資訊對於所涉及族群(就算只有一個人)而言,會帶來怎樣的影響?

可以用幸福來衡量「知道的代價」嗎?

當然,接下來得談到幸福的定義。

經濟學家總愛將「支付意願」(willingness to pay, WTP)掛在嘴邊,覺得只要知道你願意為了取得某樣事物(衣服、食物、運動用品、筆記型電腦、汽車或資訊)支付多少金額,就能判斷這個事物對你的得失利益。

但對於將「支付意願」當做判斷標準,我有些不同的看法,而且偏向負面。真正重要的應該是人們能否幸福快樂,而不在於支付意願高低。

一個明顯的缺點是:如果民眾本來就沒錢,哪談得上支付意願?但讓我們姑且先擱置這個問題,單純就支付意願進行討論:以這個方法來判斷某人想要某樣事物的程度會有哪些優缺點?從優點來看,至少原則上這項標準應該會涵蓋某人所關心的一切面向。

購買「會員身分」以換取消除廣告,也可以作為近年來人們付錢換取「不知道」的案例。圖/Pixabay

有時民眾會願意為了取得資訊而付出大筆金額;但有時民眾就是一毛也不想出;有些人甚至情願付錢換取「不接受某些資訊」。

還有哪些情況讓人「寧願不知道」?

後面會看到,要談支付意願,還必須先看看民眾當時是否理性、是否擁有完整的背景資訊。關鍵在於,當他們被問到對於某項資訊的支付意願時,這些人可能根本沒有足夠的參考資訊。

也就是說,他們是在「資訊不足」的狀態下,判斷自身支付意願的高低。此外,就算取得某項資訊能讓生活品質大為改進,也可能因為面臨生計困頓,加上太多的不公義,根本無心取得這些資訊。

舉例來說,如果你壓根就不知道那些省錢小撇步能讓你賺到多少錢,又怎麼會有興趣得到那些資訊?此外,支付意願也會受到各種認知偏誤影響,例如現時偏誤(present bias,只看眼前而不看未來),或是現成偏誤(availability bias,誤以為承擔某些風險比較容易有成效)。

支付意願的高低,一方面可能是出於理性的選擇,希望避免痛苦;另一方面也可能想保留驚喜的可能。我們總希望在對的時間點得到資訊,太早或太晚都不行。

驚喜派對若過早露餡就沒意思了;讀懸疑小說也不能太快被劇透。但與此同時,很多人也可能低估自己的適應能力,於是一談起健康,就不想聽到任何壞消息,但其實長痛不如短痛,而且或許新的療法即將問世。

民眾對不同資訊的支付意願高低有別,已經足堪玩味。而更有趣的是,民眾甚至有時候願意付錢避免得到某些資訊。

——本文摘自《資訊超載的幸福與詛咒》,2022 年 8 月,天下文化 ,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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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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