2

0
1

文字

分享

2
0
1

紅皇后與有性生殖

科學月刊_96
・2011/05/13 ・4501字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 580 ・九年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

紅皇后假設是演化學中知名的理論,原本只是提出生物因為彼此競爭而會有共同演化現象,後更引伸來解釋有性生殖的出現。

程樹德

英國作家卡洛(Lewis Carroll)在他的奇幻大作《愛麗絲鏡中奇遇》(Through the looking glass, and what Alice found there)裡,描寫小女孩愛麗絲在夢中變成棋子,與紅皇后博弈(圖一)。紅皇后腳步疾行如風,但人卻總留在原地,落後於她的愛麗絲喘著大氣說:「在我們家鄉,您走得這麼快,肯定早不知走到那去了!」紅皇后說:「那是多慢的國度,在這你光是費勁跑,也只能留在原地。如果想到別的地方去,你至少得跑兩倍快才行!」

化石堆裡窩出紅皇后

1973年,終日窩在美國芝加哥大學收藏的化石堆及書山中的范華倫(Leigh van Valen),在研究海洋化石多年後,得到一個結論:「一科動物,不管牠在地球史上已存活了多久,牠滅絕的機率依然不會更小,而是隨機的變動,其意義即是不管過去表現多佳,想要生存,未來依然是危機重重呢!」

多年浸淫在化石堆,沒有太注重邊幅的范華倫,提出理論時鬍子長得快要比老年時的達爾文還長了。他體會到物種之間的生存競爭一向不容易,一物種縱使再適應牠所在的物理環境,但牠的競爭者和敵人不會讓牠鬆一口氣,因為這些競爭者也要適應同一個環境。由於資源有限,生存成了一場兩方競爭者無法雙贏,趨向零和的博弈。

范華倫在自己的理論中提出兩個重點。首先,生物面臨惡劣的物理環境,如乾旱冰冷飢饉,對生存誠然是挑戰,但在造成生物死亡的原因當中,物理環境占的比例算小,大多讓生物致死或失去繁殖能力的,仍以寄生蟲、掠食者及競爭者為主,因此他在論文中把演化壓力的主方向,由物理環境轉到生物環境。

其次,既然生物在需要生死搏鬥的競爭當中會不停變化,那為何有些物種的形態始終滯留不變,甚至長達百萬年呢?范華倫認為生物會變,是因為與其他生物的武裝競賽,其變的重點可能是內在的生理及生化結構。這競賽可能表面似乎不變,但底下「鴨子划水」較勁更殷呢!這讓范華倫回憶起兒時讀到的紅皇后一角,她跑得飛快卻始終留在原地,便以此為自己的這項理論取了個童話般的名字——「紅皇后假設」(Red Queen Hypothesis),用來表示物種必須不斷演化,才能在競爭中保持現有地位,不致於被競爭者淘汰。

圖一:愛麗絲在鏡中世界遇上紅皇后,被強迫跟她競技。這一幕讓范華倫有所感觸, 用來命名他的演化理論。

范華倫把紅皇后假設稱為一個新演化定律,向一流學報投稿,但都被退了回來,最後論文被一個當時新設立的期刊《演化理論》(Evolutionary Theory)所接受,成了該期刊第一卷的第一篇。由於此文甚受演化學界重視,《演化理論》便因這篇論文一砲而紅。

雖然范華倫起初以「演化的軍備競賽」為主軸立論,但其他學者將之延伸到「有性生殖」上,使這一個理論有了新的面向。與無性生殖相比,有性生殖比較麻煩,不但雌雄要互相尋覓,而且雄性對生殖的貢獻雖稱緊要,但相對於雌性而言,投入資源之比例較小。因此若一個物種內,同時存在著有性生殖與無性生殖方式,那讓兩者競爭後代數量,則對行有性生殖者是很不利的。舉個例吧:若無性生殖(孤雌生殖)每次生4個子代,每一子代又生4個,第二代即有16個個體;但有性生殖要雌雄合作,方生4子,4子之中只有兩雌,故第二代只有8個個體,才兩代在數量上就有此差異,再久些有性生殖者豈不被排擠光了?因此若其他條件不變,有性生殖恐怕鬥不過無性生殖,不太可能演化出來。

有性生殖優勢何在?

但有性生殖畢竟出現了,而且不少動物都以之為唯一的繁殖方式,那麼尋求它的優點,就是眾多演化學家提出有性生殖優勢理論的目的了。就這些理論所注重的題材,大致可以區分為兩類:遺傳上或生態上的優勢論。

從遺傳的層次來看有性生殖,它的優點是能造成個體基因的重新組合。雌雄各約貢獻了一半的基因,造成新子代,因而第一個有性生殖的優勢理論,認為好基因能因代代重組而歡聚一堂,產生更能適應外在環境的個體,這些個體再生殖更多後代,讓好基因的比例繼續累積上升,最終取代較次的基因。但好基因畢竟稀少,要在大族群內讓許多好基因聚首,真要等待不少時光,因此第一個理論的缺陷,便是發生的速度太慢了。

相對地,壞基因常因突變而產生,無性生殖者除不掉這些阻礙生存能力的基因,長久累積下來,後代子孫便會含有許多壞基因,適應不了環境,容易早夭。這個理論是由遺傳學家穆勒(Herman Muller)所提出,別名叫穆勒撐高機(Muller’s ratchet),取自撐高機裝置的特性——以單方向懸動拉抬重物,若反向運動恐會壓死底下的工作者,故會有安全裝置預防意外發生,藉此來形容基因的累積不會輕易往反向移動。相較之下,有性生殖可藉基因重組,拋棄壞突變,故有性生殖的第二個優勢理論,便是立足於避免壞基因在穆勒撐高機下累積的困境,甚至讓撐高機的機制反轉,經有性生殖淘汰掉壞突變較多的後代。

然而以上兩個基於遺傳上的優勢理論,均有發生時間過於遲緩,難以觀察的缺陷,於是生態解釋應運而生。理論演化學家威廉斯(George Williams)注意到,草在所生長環境周邊蔓延時,會向外長出無性的根或莖,但是當要送出遠行的小種子時,才會行有性生殖。相似的還有蚜蟲在氣候穩定的夏天行無性生殖,秋末才進行有性生殖,讓後代待在囊狀卵中熬過環境惡劣的冬天。威廉斯以彩票為例,說明這兩種模式背後的策略。

無性生殖就像購買大量同號碼的彩票,而有性生殖像買少量但號碼張張不同的彩票,兩者相較,前者中獎時雖然獲益會比後者高,但是後者的得獎機會要遠高於只買單一號碼,以此來比喻無性生殖與有性生殖在不穩定環境下尋求生存的效宜,故他的理論又被稱為彩票理論(lottery principle)

加拿大蒙羅特羅市的貝爾(Graham Bell)試著為彩票理論來尋找證據。依據彩票理論,動植物若處在高緯度或高海拔處,因地理環境艱困而多變,那麼為了產生能適應變化的後代,行有性生殖者應該多於無性生殖。此外淡水環境易有旱澇、冰凍及溽暑等變化,而海水環境較穩定,故淡水生物行有性生殖的機會應該較海水生物要高。但貝爾研究的結果卻跟預期相反,反而是體形較小的無性生物喜住在多變或相對艱困的環境。

既然彩票理論也不怎麼受現實的證據支持,美國科學家季士林(Michael Ghiselin)便根據經濟學理論,提出分歧是對物種較佳經營策略的說法,他認為同種生物其實也會和同胞兄弟競爭,如果這些子代能有不同之處,可能會提高整體的存活率。就像是若父母靠某行業維生,到子代時如果沒有作出改變,兄弟全都開設同樣的店,則這個行業可能就會因為出現太多同行的競爭者導致難以為繼了。貝爾將這理論命名為「樹根糾纏的河岸論」(tangled bank hypothesis),源自於達爾文大作《物種起源》的最後一段,提到一個生物聚集的河岸。

圖二:噬菌體能入侵細菌體內,藉細菌的資源增殖。這張 電子顯微鏡照片中,小顆粒群即為噬菌體,右邊的半圓形 則為被噬菌體入侵的細菌。

貝爾的一位學生伯特(Austin Burt)接著推論,若河岸論有理,那麼體形小而生育率高的生物在行減數分裂時,染色體交換(crossover)發生的比率應該會多些,以增加後代的變異。結果卻又跟理論相反。他算出在一個週期的減數分裂中,人類染色體發生交換的平均數量有30個、兔子10個,原本預期應該最高的小鼠只有3個,表示長壽且成熟較晚的哺乳類,其染色體交換的頻率反而比較高。

以上諸多理論不是發生時效太慢,就是缺乏證據支持,因此演化學家只好繼續構思新的理論。當范華倫的紅皇后假設一出現,應用該理論的有性生殖優勢理論就應時而生,其中一例是針對寄主跟寄生蟲的關係,來說明有性生殖的好處。

由於寄生蟲既多種又難防,因此寄主與寄生蟲的演化鬥爭,就無時無地不在進行,而有性生殖的好處,恰好在於能創造不同於親代的子代。只是有性生殖的子代基因會重組,上一代能有效抵禦寄生蟲的基因組合,在下一代反可能被打破,這似乎與前文有些矛盾,但考慮寄生蟲也可能演化出破解上一代抵禦能力的招數,則下一代寄主產生的新招數,反而讓同在演化的寄生蟲所難以預料。

用細胞及分子生物學來說明更易解釋,寄生蟲想侵入寄主,必定要結合到寄主細胞表面的接受器,故接受器似鎖,而寄生蟲的侵入蛋白似鑰匙。寄生蟲如果演化的速度夠快,便有機會演化出鑰匙蛋白,以入侵寄主;而寄主方面可以靠有性生殖存個鎖庫,每一代都拿出不同的鎖,用來防止寄生蟲破解。

美國科學家賴夫利(Curtis Lively)為此跑到紐西蘭研究一種淡水螺(Potamopyrgus antipodarum)和牠的寄生吸蟲(trematode)的關係。此螺會行純孤雌生殖,也行有性生殖,兩種生殖方法的螺均有分布在該島湖泊及河流中,而能寄生這種螺的吸蟲會吃掉螺的性器官,使其無法產生後代。

賴夫利針對66個湖中的螺,調查牠們有性及無性生殖的個體比例,以及被吸蟲侵擾的頻率,發現如果湖中的吸蟲越多,則該湖中的雄螺比例越高,表示他們比較常行有性生殖,亦表示這支持紅皇后假設。

紅皇后的性演化理論自此有了證據的支持,而范華倫原設想競爭者之間的演化軍備競賽,尚不易有實驗的佐證,因為寄生蟲雖世代較短,但若寄主壽命很長,則不易觀察出兩種生物的演化互動,但若利用可以短時間大量繁衍的微生物,讓寄主是細菌而寄生蟲是噬菌體病毒(圖二),則比較容易研究它們的共同演化關係。

軍備競爭 終獲證據

由英國利物浦大學、牛津大學等四個單位聯合發表的一篇論文,利用一個簡單的實驗,來測驗病毒與細菌的共同演化關係。這個共同演化實驗,使用了1000隻噬菌體病毒(Φ2噬菌體病毒),來感染1000萬隻假單胞桿菌(Pseudomonas fluorescens),待兩天後再取出60微升的菌液,建立下一代的細菌跟病毒。

在這種處理中,細菌跟病毒都有可能演化,故可視為一個共同演化體系。而在對照用的控制組中,則是先用氯仿破壞細菌,使其釋放菌體內的病毒,再取60微升病毒液感染原始菌株,在這種操控下只有病毒可能演化,而細菌因為一直反覆使用原始菌株,故演化的機率極低。如此做了12代(換瓶一次叫一代),共計6個共同演化的實驗組及6個病毒單獨演化的控制組,然後再分離族群內的病毒,決定其核酸序列,與起始的祖先相比對,並繪製親緣關係樹。結果發現,共同演化組中有5群病毒,與開始實驗時的原始病毒序列相差甚多,而只進行病毒演化的6個族群,與原始病毒序列相差較少,可見病毒在有寄主細菌共同演化的競爭壓力下,其分子演化速率才會較快,這正與紅皇后假設相符。

研究者還取共同演化跟單獨演化的病毒,去感染不同族群內演化的寄主,發現共同演化出來的6組病毒感染力各有不同,但是控制組單獨演化的病毒,已完全不能感染實驗組經歷過共同演化的寄主細菌,表示這些細菌有了明顯的改變,雖躲不掉被共同演化的病毒感染,但已能抵禦控制組中單獨演化的病毒侵襲。

研究者從這些病毒的序列中,發現有4個基因發生最多的變化,其中一個基因是負責病毒尾狀構造的蛋白,在病毒進行感染侵入細菌時有重要功能,所以是共同演化受到競爭壓力最大的地方。經過12代演化後,病毒的尾部長度明顯縮短了,或許表示短尾的病毒比原本尾部較長的病毒更能感染寄主。

在這個簡單實驗中,研究團隊蒐集證據,支持范華倫的軍備競賽假設,即當寄主與寄生蟲互鬥時,雙方分子可能共同發生高速演化,造成遺傳分歧的後果。相對於人類的科技發展,發展最快的時段,不也是在有競爭壓力下的幾次大戰跟冷戰期間嗎?

引用文獻:
1. Ridley, M., The red queen:sex and the evolution of human nature, Penguin Books, 1993.
2. Paterson, S., et al., Antagonistic coevolution accelerates molecular evolution , Nature, vol. 464:275-278, 2010.

本文作者為程樹德,任教於陽明大學微免所

文章難易度
所有討論 2
科學月刊_96
231 篇文章 ・ 2285 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
準備出國啦!Surfshark VPN 快趁黑五買起來,上網購物最安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

本文由 Surfshark VPN 贊助。

兩、三年以來的防疫生活,終於迎來全面 0+7 的這一天啦!返國之後不再需要隔離的一天來了,冰友們,你是不是已經收拾好心情、收拾好行李,在進行機+酒的比價了呢?除了規劃好出國行程、找好景點與美食店家,想要讓自己不可或缺的網路生活也更加安全,一定要趁即將到來了感恩節黑五期間,把超優惠的 Surfshark VPN 服務買起來,為自己的網路生活加買最平安的保險!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

在疫情下,網購成為了更多人的日常。不僅各樣的在地購物節為網友帶來眾多優惠,全球化的購物活動,台灣當然也不會缺席!美國感恩節(Thanksgiving)都是 11 月第四個星期四,但是感恩節後的週五,便是聖誕節前的購物佳期啟動日,這一天通常都會業績超標(在收支表上呈現正向收入(顯示為黑色字體,而非赤字的紅色字體),各家的瘋狂優惠都會在黑五祭出!相信許多精打細算的朋友,對黑五購物節絕對不陌生(很可能還搶過很多優惠!!)

網購怎能漏掉「亞馬遜」!

雅虎奇摩之於台灣,就像是亞馬遜(Amazon.com)之於美國那麼的有名!絕對也是什麼都賣、什麼都不奇怪的最佳代表。

如果你平常就很喜愛一些美國品牌,趁著黑五的日子到亞馬遜清空購物車,覺對優惠不會讓你失望。這時候,透過 Surfshark 連線到亞馬遜美國站,絕對會顯示的價格絕對讓你眼睛為之一亮,這時候最新搭載 M2 晶片的 iPad Pro,獨家支援動態島顯示的 iPhone 14 Pro,絕對是最好入手的時機。除此之外,亞馬遜平台經典的 Kindle 閱讀器,也是超合適的禮物,送禮自用兩相宜啊!另外要特別留意,購買時可以確認商品有沒有幫忙送到台灣,如果還沒有,可以先跟美國的朋友確認一下,邀請他們回國時幫你一起帶回來!

跨國追劇最爽快

對於喜愛追劇的朋友,品味可能相當豐富且多元,畢竟欣賞優秀影視作品,不現語言,更是不限地區啊!只不過,若是你訂閱 Netflix 等跨國 OTT 服務,都會有各地不同的上架影視作品,可能會讓你無法在第一時間就能夠立即「追」到劇,讓你等得心癢癢!還好這一切只要連上 Surfshark VPN 都能解決,Surfshark 支援超過 100 國的 VPN 連線,無論你想看韓國、日本還是哪一國的最新戲劇,通通讓你一秒追到最新進度!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月

專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

出差大陸翻牆超方便

在過往出國、返國都需要隔離的階段,肯定讓不少工作上需要經常往返多國之間的朋友,感到生活驟變。所幸,在防疫政策解封之後,一切都可逐漸恢復正常。對於經常有需要到中國大陸出差的朋友,肯定都會感受到網路斷聯的不方便,因為無論是 LINE、Facebook Messenger、YouTube、Gmail 等你可很能天天都在使用的網路服務,大陸都無法使用。這還不打緊,連跟家人、朋友報平安也很不便。這時候 Surfshark 連上,就可以幫助你輕鬆「翻牆」,跟台灣親人網路無距離!

 

上網不留痕跡,不被追蹤最自由

對於一個人來說,最私密的資料之一,除了你的個資,就屬我們每天耗費大量時間逗留的網路。我們所在網路上留下的痕跡,絕對是超真實的自己,當然你不會期待這樣的自己被「搜尋引擎」、「網路廣告」公司了解得太透徹,好像你在網路上的一言一行,都被監視著。

..0000000\0;也可隱藏IP位置,避免被廣告商追蹤;更可以為你我阻擋惡意程式、釣魚軟體等,讓你防止被攻擊,以及被網路充斥的廣告打擾,好處多又多!

如果對於 Surfshark 還覺得不夠熟悉的話,不得不告訴大家,今年 Surfshark 榮獲第六屆 CyberSecurity Breakthrough 頒發的「VPN 年度最佳解決方案」(VPN Solution of the Year),也就是成為今年最推薦的 VPN 方案。CyberSecurity Breakthrough 是全球領先的獨立市場情報組織,致力於表揚當今全球資訊安全市場上的頂尖企業、技術和產品。有了他們「掛保證」,代表 Surfshark 絕對是品質、信譽都讓你安心的VPN 服務。

講了這麼多,是不是讓你感到很心動了。如果你原本就是網路重度使用者,用來上網的設備是樣樣都有,Surfshark 一個帳號就能支援所有設備,CP 值超高!趁著年度超狂黑五購物節的到來,送給你自己兩年安心無虞的網路生活,肯定是送自己的最好禮物!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

1
0

文字

分享

0
1
0
為什麼花錢買票看贗品?每分鐘都有一位傻 B 誕生
寒波_96
・2022/11/18 ・2454字 ・閱讀時間約 5 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

造假是人類複雜心智的一大產物,歷史上各式各樣的作假、贗品層出不窮。作家 Kristine De Abreu 在 ExplorersWeb 網站的文章[參考資料1],整理歷史上的 6 起贗品案例,時過境遷後回顧,這些造假頗有趣味。

龐貝石碑

6 起案例最早的是龐貝石碑。這個「龐貝」不是義大利那個龐貝城,在紐約。公元 1820 年有人找到一塊石碑,上頭有看似陌生的圖像、文字,但是無人能釐清來歷。此後衍生出不少相關的假說與討論。

1894 年,工程師史威特(John Edison Sweet)出面宣稱那是他叔叔的惡作劇。這類藍色窗簾的案例十分普通,也很常見。

龐貝石碑,現在擺在當地的地方小博物館展示。圖/參考資料1

卡迪夫巨人

1868 年,當時某些基督教信徒根據「創世記」,主張世界上曾經有巨人漫步。美國的無神論者胡爾(George Hull)設局惡搞,製作石頭巨人誆騙信徒,希望藉此證明他們是一群盲信的傻B。

惡搞產品身高 3 公尺,重 1350 公斤,成本 2600 美金(約現在的 54000 元)。本來想運到墨西哥,但是太重,最後埋在紐約的卡迪夫親戚家,1869 年「發現」後被稱為卡迪夫巨人(Cardiff Giant)。

假巨人騙到一些人,不過也很快被識破。後來有人以 23000 美金收購(約現在的 50 萬元)。不論當初意圖是否達到,胡爾都大撈一筆。

當時有位東搞西搞的掮客……沒禮貌,是知名經紀人巴納姆(P.T Barnum) 想買卻被拒絕。於是巴納姆也製作自己的巨人,還宣稱那才是真正的假貨 XDDD

假巨人當時興起一股熱潮,許多觀眾付費參觀。對於這些花錢看假貨的觀眾,有人表示:「每分鐘都有一位傻 B 誕生(There’s a sucker born every minute)」。這句流傳頗廣的話,到底是誰講的其實沒有定論,不過江湖傳言就是巴納姆自己。

卡迪夫巨人 1869 年的照片。圖/New York State Historical Association Library

伊特拉斯坎勇士雕像

美國的里卡狄兄弟(Pio Riccardi 和 Alfonso Riccardi)與其兒子們,有一門獨特的家族事業:偽造雕像。他們在 1915 到 1918 年製作 3 具 2 公尺高的伊特拉斯坎勇士雕像(Etruscan Terracotta Warriors),並成功賣給紐約的大都會博物館。

伊特拉斯坎文化位於義大利,年代早於羅馬帝國,歷史應該超過 2000 年,可是雕像狀態太好,有人懷疑是假的。1960 年代費歐拉凡提(Alfredo Fioravanti)出面承認,他當初協助兩兄弟造假。

一群當年世界頂尖的專家,散發滿身的權威感,架勢十足地檢視皮爾當人,卻沒人察覺這批「化石」是徹徹底底的偽物。圖/John Cooke 作於 1915 年

皮爾當人

前幾起贗品案都無傷大雅,但是皮爾當人(Piltdown Man)深深地傷害學術。它可謂人類演化研究史上,最大的造假醜聞。

1912 年,名字和達爾文(Charles Darwin)有點像的英國業餘研究者道森(Charles Dawson)宣稱,在薩塞克斯發現古人類的化石,引發一陣轟動。他在 1915 年又宣布找到化石,這批化石後來合稱「皮爾當人」。

當時一些學者認為,皮爾當人可以填補演化史上,人與猿的缺失環節。英國出土的化石,也支持大英帝國在人類演化史上的地位。業餘人士道森一心想躋身上流,加入英國皇家學會,最終卻沒有如願,在 1916 年去世。

一直有人懷疑皮爾當人的真實性。終於在 1953 年證實皮爾當人分別具有人與猿的特徵,根本是因為皮爾當人不是一個人,而是由猿和人的骨頭拼裝而成。

偽造的伽利略手稿。圖/密西根大學

伽利略手稿

美國的密西根大學 1934 年購入一份「伽利略手稿」,據說是伽利略本人 1609 年的手筆。造假兼打假專家威爾丁(Nick Wilding)在 2022 年 8 月證實,那是假的。決定性的證據來自紙張上的 BMO 水印,它要等到 1770 年才出現,遠遠晚於伽利略的年代。

推測這份假貨來自造假名人尼可查(Tobia Nicotra),他在 1930 年代復刻哥倫布、莫札特、林肯等等名人,製作超過 600 件贗品。

偽造的維京人文蘭地圖。圖/耶魯大學

維京人的文蘭地圖

有些贗品花費數十年破解,有些則一開始就知道是假的,後來再漸漸補足證據。就像某些偵探故事,一開始就知道誰是兇手,後來才釐清作案過程,可謂證明題。

美國的耶魯大學 1960 年代取得一份 15 世紀地圖,上頭繪有文蘭(Vinland),也就是維京人在美洲的殖民地。幾乎一開始就判斷這份地圖是假的,不過做證明題也有意思,圍繞其衍伸出有趣的議題。現在知道,此圖字體不符合年代以外,使用墨水含有天然的鈦,證實這是晚於 1920 年代的字跡。

至於維京人是否曾經抵達美洲?1960 年代在這份贗品地圖出現不久後,考古學家於加拿大東北部的紐芬蘭,尋獲蘭塞奧茲牧草地遺址(L’Anse aux Meadows),證實維京人確實在美洲留下足跡。只是文蘭在哪裡,仍是謎題。

參考資料

  1. Why Did They Do It? Six Archaeological Forgeries and the People Behind Them
  2. Analysis unlocks secret of the Vinland Map — it’s a fake

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
175 篇文章 ・ 673 位粉絲
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》。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
過去從地球誕生到寒武紀大爆發,化石證據能告訴我們什麼樣的歷史?——《丈量人類世》
商周出版_96
・2022/10/11 ・3402字 ・閱讀時間約 7 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 作者:陳竹亭

從冥古宙到元古宙

從地球開天闢地起,46-40 億年的期間稱為冥古宙(Hadean, 4567-4000 Ma,Ma=百萬年),也就是指比已知岩石更早之前的時期。在這地球形成的最初階段,應該有過隕石撞擊、高溫、熔岩翻天覆地的淬煉,月球也在此期間形成。

目前尚未能確認此一時期的地表岩石,而地球上能夠找到最老的礦物,則是在澳洲大陸西部得到的鋯英結晶,成分是矽酸鋯(ZrSiO4),放射線定年有 43.7 億年之久。鋯英結晶可耐數千度的高溫,是經歷了極高溫的最老的晶礦遺跡。

40-25 億年的期間稱為太古宙(Archean, 4000~2500 Ma)起始於約 40 億年前的內太陽系經歷了重轟炸後期的結束,已有可靠的最古老岩石記錄的地質年代,一般是以高度變質的變質岩(metamorphic rock)為主。加拿大西北部找到的阿卡斯達片麻岩,定年有 40.3 億年,是目前地球上已知最老的岩石。

阿卡斯塔片麻岩的碎片。圖/Wikipedia

格陵蘭西南部找到最早的沈積岩伊蘇阿綠石帶發現變質的鐵鎂質火山沉積岩,利用鈾—鉛鋯石定年法分析的結果,距今約有 37-38 億年。有研究團隊認為該處有微生物或藍綠藻堆砌構成的疊層石,不過事實上,古代的疊層石只有少數含有微生物化石,在尚不穩定的太古宙環境中發生生命的機會,仍有許多爭議。比較可靠的證據是在澳洲西部發現艾佩克斯燧石中的微生物化石,定年的結果是 34.65 億年。

元古宙(Proterozoic)或稱原生宙的時期,是 25-5.4 億年間,此時代的岩石已經十分普遍,發育良好,而且已經有細菌和低等藍藻存在。元古宙最重要的環境大事,就是大氣層中氧氣的累積。因為太古宙基本上是個無氧的環境,25 億年前的大氧化事件將還原性太古宙以甲烷為主的原始大氣,轉變為氧氣豐富的氧化性大氣,導致了地球持續 3 億年的第一個「休倫冰河時期」(The Huronian glaciation or Makganyene glaciation)。

距今約 24 億年時,海中開始增加豐富的亞鐵離子,促使藍綠藻進行光合作用而產生大量的氧氣,稱為「大氧化事件」(Great Oxidation Event)或氧化災變。這些氧來自藍綠菌的光合作用,但突然增加的原因仍不得而知。

大氧化事件使得地球上礦物的成分發生了變化,也導致日後動物的出現。但是氧氣在一個無氧的環境中出現,是莫大的「環境災難」,因為氧氣對許多厭氧生物可說是「極毒」之氣,所以也有人用「氧氣危機」,甚至「氧氣浩劫」來形容當時的狀況。

距今約 24 億年(圖中 Stage 2)時,藍綠藻進行光合作用,產生大量氧氣,稱為「大氧化事件」。圖/Wikipedia

另一件元古宙生物圈的大事,就是細胞的演化。最早提出原核生物(prokaryote)和真核生物(eukaryote)概念的是法國的夏棟(Édouard Chatton, 1883-1947),最有名的則是馬古里斯(Lynn Margulis, 1938-2011)於 1967 年提出了葉綠體(chloroplast) 和真核細胞中的自主胞器粒線體(mitochondria)是經由「內體共生」理論(endosymbiotic theory) 成為細胞胞器的證據。1979 年, 顧爾德(G. W. Gould)和德林(G. J. Dring)也共同提出真核生物的細胞核可以由格蘭氏陽性菌(Gram positive bacteria)形成芽孢。在 20 世紀末,細菌的內體共生已經成了十分普遍的學說。

在化石方面的證據,澳洲的苦泉(Bitter Springs)有最早的真核細胞化石紀錄。用碳—14 定年包埋這些化石的岩石,發現這些化石約有 12 億年之久。有些分子生物學家用 DNA 序列回推演化時鐘(molecular clock),推測大約早在 20 億年前就可能出現了真核生物。艾克里塔許(Acritarchs)的細菌化石約有 16.5 億年,格里帕尼亞(Grypania)藻類約有 21 億年,有些叢枝形的菌類則有 22 億年之久。整體而言,真核生物的起源有可能更早,但是成為地球上主要的生命形式,可能要晚至距今8 億年之後。

寒武紀生命大爆發

顯生宙(Phanerozoic)是 5.41 億年到 251.902 百萬年前的時期,是較高等生物開始以爆炸量出現的世代,分為古生代(Palaeozoic Era)、中生代(Mesozoic Era) 和新生代(Cenozoic Era)。

顯生宙是較高等生物開始以爆炸量出現的世代。圖/Wikipedia

古生代開始於 542±0.3 百萬年,結束於 251±0.4 百萬年。包括六個紀(period): 寒武紀(Cambrian)、奧陶紀(Ordovician)、志留紀(Silurian)、泥盆紀(Devonian)、石炭紀(Carboniferous)、二疊紀(Permian)。寒武紀、奧陶紀和志留紀為早古生代,泥盆紀、石炭紀和二疊紀則為晚古生代。

伯吉斯頁岩(Burgess Shale) 的名稱是來自伯吉斯通道,位在加拿大英屬哥倫比亞的洛基山脈。黑色的頁岩形成於寒武紀中期,寒武紀是顯生宙的開始,距今約 5.41 億年前至 4.854 億年前。

英國威爾斯則是最早被研究的寒武紀地層。大約為 5.05 億年前。在幽鶴國家公園(Yoho National Park)的伯吉斯頁岩,含有非常著名而且保存狀態極佳的化石床。頁岩中的動物相極具科學價值,其中有化石紀錄中極少見的軟體有機的部分,也有已經石化的部分。

這些化石最早是在 1909 年由美國古生物學家瓦爾卡特(Charles Doolittle Walcott, 1850-1927)所發現。他曾擔任華盛頓 D. C. 的史密森尼(Smithsonian)博物館館長。他每年都回到伯吉斯的採石場收集樣本,直到 1924 年瓦爾卡特 74 歲時,已經收集了 65,000 件樣本。瓦爾卡特注意到許多像是節肢動物(arthropod)的微化石,都是新的獨有種。

圖/商周出版提供

1962 年,西蒙尼塔(Alberto Simonetta)著手重啟調查瓦爾卡特留下的東西,才注意到瓦爾卡特只觸及伯吉斯頁岩化石的皮毛。也是在那時,才有人注意到化石的生物根本無法依照現有已知的生物分類。

最近的研究結果, 更證明其中許多是全新的動物門(animal phyla)。即使在 21 世紀,有些無脊椎動物(invertebrates)的化石還是無法分類。顯然在五億年前的寒武紀,曾經發生過海中較高等全新生物的爆量發生事件。

1984 年在中國的雲南澂江縣,也發現了保存十分完整的澄江古生物化石群,時間距今約有 5.20 -5.25 億年。整理的結果共涵蓋了 16 個門類、200 餘個物種的化石。由於化石埋藏地質條件十分特殊,不但保存了生物硬體化石,更保存了非常罕見清晰的生物軟體印痕化石。

中國科學院南京地質古生物研究所的侯先光研究員,首先在澂江縣帽天山的頁岩地發現了娜羅蟲(Naraoia)的化石,這是海中的一種節肢動物,長 2-4.5 cm,存活於寒武紀到志留紀。這是世界上第二個寒武紀生命大爆炸的遺跡,實際的時間比伯吉斯頁岩化石更要早 1 千萬年以上。

這種海中生命爆量的出現,猶如聖經創世記的七日創世,許多信徒相信地球上所有的活物是七日內由上帝所創造出來,各從其類,是所謂的「創造論」(creationism)。但如此解釋在極短的時間內,地球上突然出現了大量、多種類的生命,基本上就是卓姆斯基所說的,將不解的問題歸入「神祕」(mistery),只有愕然的驚嘆,沒有悟性理解的突破。

米開朗基羅的名畫《創造亞當》。圖/Wikipedia

科學家根據化石資料,「寒武紀大爆發」沈積化石群,是在 5.41 億年前的寒武紀,幾乎所有重要的動物門都在很短的 1 千 3 百萬年到 2 千 5 百萬年的時間內出現了。在 46 億年的自然史上,這種幾乎是「轉眼」或「瞬間」的短時間內發生的大量較高等動物的多樣性,是極為少見的例子,也導致了大多數現代動物門的發散。此外,事件前後的生物複雜度也相差甚大。

動物界的「門」(phylum)是生物分類法中的一級,位於界(kingdom)和綱(class)之間,有時在門下也分亞門。目前動物界有 34 個門,植物界則有 12 個門(Division),真菌界有 8 個門。現有的系統發生學就是研究不同門之生物間的關係。

生命大爆發之前的生物體,大多為單細胞生物或是菌落,但大爆發之後的生物體卻和現在的海洋動物頗為相像,多樣化速率的加速和生命的變異程度也與現今相似。雖然這究竟是化石資訊不足,還是寒武紀當時環境或是生物本身的因素所致,至今尚無定論。有人提出盤古大陸「超級大山」的形成和毀滅,可能是導致生命界劇變的原因。

無論如何,寒武紀大爆發的事件,事實上開創了顯生宙,註記了古代生物史上生命發生至為精采的一頁。

——本文摘自《丈量人類世:從宇宙大霹靂到人類文明的科學世界觀》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

商周出版_96
101 篇文章 ・ 344 位粉絲
閱讀商周,一手掌握趨勢,感受愜意生活!商業出版為專業的商業書籍出版公司,期望為社會推動基礎商業知識和教育。