0

0
0

文字

分享

0
0
0

幾個世界之最…

timd_huang
・2013/06/13 ・6094字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

沒想到,我們一篇《自然》的論文(2013年4月11日,封面論文),竟然創了幾個記錄,我把它們記錄下來,不是要 ㄏㄧㄠˇㄅㄞ˙,而只是自己做個人記錄,人老不留白。

世界之最古老的恐龍胚胎

2003 年無意間在「百戰天龍」活動到雲南祿豐恐龍營撿到的一塊石頭,竟然引起了如此的「風波」,先是透過微型電腦斷層掃描,得知是很早期恐龍胚胎,後經兩度同位素定年,得到 1.95 億年的數字,證實為世界最古老的恐龍胚胎,比南非的大椎龍 (Massospondylus) 還早了 500 萬年;2010 上半年找到了這些恐龍胚胎出土的層位,展開三年的深入探討,終於建立了「恐龍胚胎學」;這些小小的恐龍胚胎,正是世界最古老的恐龍胚胎。

世界之最古老的陸相脊椎動物胚胎

恐龍是中生代最具有代表性的陸相(活在陸地上面)脊椎動物,但是,那個時代,在陸地上生活的,除了恐龍之外,還有其它的脊椎動物,如三列齒獸和早期哺乳動物,也都是陸相脊椎動物,所以,我這個無意間的發現,除了是世界最古老的恐龍胚胎之外,同時也是所知世界最古老陸相脊椎動物胚胎,一個發現,同時佔有兩項記錄,撿一送一,卯到啦!按:我並沒有說是最古老的脊椎動物胚胎,因為如魚類,也是脊椎動物,但牠們是海相的,所以「陸相」這兩個字不可漏失。

世界之最古老的恐龍胚胎骨床/孵育場

在 2010 年 3 月我再度探訪該地,除了恐龍胚胎骨頭和找到其層位之外,同時也在那個地方撿拾到成龍的爪子和肋骨終端,導致我認為此處是恐龍孵育場;不會飛的恐龍 (Non Avian Dinosaur) 和會飛的恐龍 (Avian Dinosaur,亦即鳥類) 有共同的特性,到了繁殖期間,大家會回到相同的地點交配、下蛋、孵蛋、育幼,因此,我同時找到恐龍胚胎骨頭和成龍骨頭,不得不讓我有此「孵育場 (Hatching Ground)」的推論;不過,從我們所做的埋藏學來說,這個地點,出土了至少三個不同孵化期的胚胎骨頭,應該是來自三窩,而且有很小水流稍微移動胚胎骨頭的跡象,所以稱為胚胎「骨床 (Bonebed)」,也說得過去;到底這邊快兩億年前的真相如何,還有待我們把那個小山包打開,才能見真章。

目前的推論和判斷是:這個恐龍孵育場,鄰近水邊,可能是湖邊或河邊,中生代只有乾季和雨季兩個季節,在某次雨季,讓水位升高,氾濫出岸淹沒了這個孵育地區,靠水邊恐龍孵育場內正在孵化中的恐龍蛋胚胎,都被淹死肌肉腐爛蛋殼破碎,淹沒的水有些流動,造成某些較大骨頭排列成相同的方向(骨床特徵),可是水的移動很緩慢力道很小,所以像直徑不到一毫米 (mm) 的肋骨,還都保存下來,如果水流力量稍大一些,只有較大骨頭,如股骨、肱骨、脊椎骨等才可能會被保存下來,纖細的骨頭,如肋骨、上下頜骨等,會被沖刷破壞掉不會被保存下來,而我們兩種證據都有,既有相同方向排列的大骨頭樣本,也找到好些小肋骨、帶著尚未長出來牙齒的上頜骨,所以先做如此存疑的推論。

至於,到底這是單次,或是多次的淹水現象,從我們現有的證據來說,還無法完全定論;我們手頭上有的材料,有廿多根胚胎大腿骨,明顯地可區分為三個不同孵化階段,從小(孵化早期)到中到大(孵化晚期),它們應該是來自三個不同的窩,這一點可以肯定;可是,到底是不是同一次事件呢?在沒有更大規模深入探討之前,這就說不准了;目前我們只開挖了估計總共有 1,000 平方米中的 1 平方米面積而已,誰知道還有什麼驚喜等著我們?

有一種可能,說這是同一毀滅事件,有些祿豐龍爸爸媽媽迫不及待先來到此處做牠們喜歡做的事,有些來得晚一點,還有一些吊車尾,姍姍來遲,好不容易找到配對的對象(台語說:(女生)撿啊撿,撿到個賣龍眼的),所以在此孵育場總共有三批,有些恐龍蛋比較早開始孵化,有些晚了一些,導致三種不同孵化階段的大腿骨化石。

可是還有另外一種可能,此處前後總共最多有三次的淹水滅絕事件:在此情境中,得假設這些恐龍爸爸媽媽,大家都一起行動,成群性致高昂 (horny) 的成龍,來到此地同時上演活春宮,下了蛋也孵化到某個階段,沒預料到水漲掩埋毀了這次努力的結晶(造成了某孵化階段的化石);俗語說,不孝有三,無後為大,辛苦做愛的結晶被老天爺毀了沒了,只好等水退陸面乾了之後,繼續回到此地努力,不能絕後啊!如此的反覆,總共三次;當然,這種情況,並不一定是在相同的季節,有可能是一年兩年後、也可能是幾十年或幾百年後重來的;恐龍孵育行為,已經證實有地點忠實性 (Site Fidelity),也就說,牠們會回到相同的地點來做這件事情,其它動物,如鮭魚和某些鳥類,也有類似的行為,牠們會回到出生地點完成牠們傳宗接代的生命任務。

世界之最古老的陸相脊椎動物胚胎骨床/孵育場

前面說過,恐龍也只是陸相脊椎動物之一,所以我們推論的世界最古老胚胎骨床/孵育場,也得把這一記錄算進去,在還沒有發現其它非恐龍陸相脊椎動物胚胎骨床/孵育場證據之前,這是完全是合情合理合法的「灌水」自我榮耀。

世界之最古老恐龍蛋殼

從上述的嘮叨描述可能的埋藏學(Taphonomy,又戲稱為「死相學」),大致可以知道,楚雄州祿豐大洼恐龍山這個胚胎點的祿豐龍蛋和胚胎,有受到相對於其它出土完整還保存在蛋殼裡面的胚胎,稍微比較大的外力(水流)影響,因此,希望能找到還保存完整蛋殼與胚胎的機會,實在不大;到如今,除了賴茲院士研究的南非大椎龍胚胎恐龍蛋之外,全世界上還沒有找到其它大約相同時期(早侏羅紀)的恐龍蛋,也就是說,早侏羅紀恐龍蛋長得什麼樣子,真的沒人知道,特別是祿豐大洼這個恐龍胚胎點,都是一堆沖散的孤魂野鬼死骨頭,期望能找到此處的恐龍蛋殼,希望渺茫;不過,人生有時候也很有趣,就如我 2003 年 1 月無意間撿起了一塊爛石頭,揭開了這個世界最古老的恐龍胚胎大戲;在我們研究過程中,賴茲院士寄了一些我們採集到的樣本給德國波昂大學的孔恩 (Koen) 博士,要他做脊椎骨的組織學切片,寄給他的樣本中,有一塊很不起眼的圍岩團塊,孔恩也不知吃錯了什麼藥無什麼聊,竟然把這塊樣本也切開了,放在偏光顯微鏡下去看,怪怪,竟然看到類似於恐龍蛋殼的東西,幾經反覆查證,終於確定這真的是此胚胎點這些孵化中恐龍蛋殼,賓果!證明這些小骨頭是恐龍胚胎骨頭,又得到一個絕對強而有力的證據,孔恩,你幹得好啊!

世界之最古老孵化中恐龍胚胎在蛋內運動證據

懷孕中的媽媽都會經歷到胎兒在肚子裡面、其實是「無時得靜」,會動來動去,這是為人(父)母者體會新生命的奧祕驚喜;從生理學來說,胎兒的運動,攸關他/她的骨頭和肌肉成長,胎兒浮在羊水裡面,比較不受地心引力的影響,肌肉的發展拉扯運動,也因而會影響到骨頭的發育,造成骨頭兩邊厚度的不對稱性,這種情況,到了小貝比出生之後開始爬走,受到地心引力作用,終而變成(如大腿骨)骨頭(橫切面)兩邊厚度對稱性;鳥類和其它哺乳類胚胎,也都可觀察到這種現象。

可是,恐龍胚胎,特別是如此早期的恐龍胚胎,是否也有相同的證據呢?證明恐龍在孵化階段的胚胎骨頭發育,受到肌肉成長的拉扯運動,導致(大腿骨橫切面)骨頭發育的不對稱性?從我們研究不同階段的祿豐龍胚胎,我們找到了世界最古老孵化中恐龍胚胎在蛋內運動的證據!

世界之最古老的有機殘留物

在我們研究中,最令我們老中次團隊興奮,也是所發表論文兩行題目中獨佔一整行的(第一行:Embryology of Early Jurassic dinosaur from China 「中國早侏羅紀恐龍胚胎學」,第二行:with evidence of preserved organic remains 「帶著保存的有機殘留物證據」) ,就是我們從這些將近兩億年的胚胎骨頭中,發現了有機殘留物,這是我們台灣團隊很值得 ㄏㄧㄠˇㄅㄞ˙ 的特點;當初,我知道我這個無意間的發現是如此重量級之後,立即考慮到一個很現實的問題,賴茲院士與他所組成的國際團隊成員,都是國際上響噹噹的古生物恐龍學者,我自己學化學的,根本是門外漢,台灣也找不到能搬上檯面的古生物學者,我們憑什麼和人家一起玩下去?在整個計畫中,完全沒有我們說話的餘地,想要插嘴都沒有機會,那怎麼辦?後來我想到了一個方向,可以讓台灣團隊從不同領域好好發揮一下,這就是我提出「看進骨頭裡面」的思維,玩傳統的古生物學,我們連幼稚園都沒入門,甭想了,可是,若從「看見骨頭裡面」來下手,正是我們可以打開一片天地的機會,台灣有各領域的專家學者一大堆,只要能說服他們放棄「隔行如隔山」的自我設限觀念,我們台灣學者專家可以玩出名堂來!在諸多領域,我們有不輸人洋人的人才群,也有些世界先進的科研設備,一點也不怕,也不會輸給其它人家;看骨頭外面的部份,我們有國際團隊,一點兒也不輸別人,所以台灣團隊從這個角度來切入,把恐龍胚胎骨頭裡面的成份組織等研究顯示出來,正好與「看到骨頭外面」的傳統古生物學,相輔相成,兩者相益得彰,也擴展了古生物學的視野範疇;其它想競爭的國際競爭團隊,肯定沒法做到這個地步,我們已經把古生物學擴展提升到另一個超高的水準,別人只能忘洋興嘆。

果真皇天不負苦心人,在十年 (2003-2013) 寒窗之後,我們團隊這幾年來努力在這些快兩億年的恐龍胚胎骨頭內,透過國家同步輻射研究中心 BL-14A 光束站的傅立葉轉換紅外線光譜 (Fourier Transformation Infrared Spectroscopy) 分析,特別感謝該工作站主任李耀昌博士的協助,我們找到了保存殘留有機物的證據,也寫入我們論文標題的第二行;這一點,除了證實我幾十年來切割化石聞到特殊味道的懷疑之外,也證實了,只要用對的方法、有足夠靈敏度的科研儀器設備,很多非常古老的化石,都可以找到有機殘留物。

如此一來,雖然回答了我個人幾十年的困惑問題,可是也立即引發更多幾個問題,如:一般的認知,化石都是古代的生物轉換成為(無機)的石頭了,怎麼有可能還保存著有機殘留物?接著,這些被保存的有機殘留物,到底是什麼?原本生物體內的有機物,到底裂解了多少?有沒有可能找到這些古生物的 DNA(〈侏羅記公園〉科幻電影)?這些複雜有機化合物之間,有什麼交互的作用;?最後,一個最重要的問題,也是可能屬於「抽地毯」(最根本)式的問題:從古代生物到變成化石的過程與機制如何?或說,這些有機物是如何被保存下來的?

能夠回答因我們找到世界最古老有機殘留物而引發以上這些相關問題,除了可修改過去石化過程的含糊認知之外,還可能大幅改寫人們對於古生物的認知--這又是一個屬於原子彈級的大好科研課題。

世界之最先創的恐龍胚胎學

 

先看一下上面這兩張圖片,這是賴茲院士在 2005 年研究發表的南非大椎龍胚胎,非常完整漂亮,不是嗎?沒錯,多少古生物學者,窮一輩子之力,不就是渴望能有機會發現和研究如此罕見又珍貴的樣本嗎?人生的福氣啦!

可是,再仔細看一看,好好想一想,「福氣 (Blessing)」與「詛咒 (Curse)」,有時是一體兩面同時存在著;我說這話,絕對沒有對賴茲院士的任何丁點不敬,而是理智地來分析討論;試想,一、如此完整漂亮的樣本,有誰會讓你我取下任何一根骨頭來切割研磨深入研究?恐怕連用手碰一下都不允許,給你看外表、或甚至只看照片,已經是很大的恩惠了,不可能有機會讓研究人員想幹什麼就幹什麼,不是嗎?二、這麼漂亮的恐龍胚胎化石,是不是只是在整個恐龍蛋孵化過程中被凝結的某短暫剎那?此胚胎在漫長孵育過程中的此剎那之前和在此之後,完全沒有,它僅有這個短暫片段時刻的紀錄,沒有連續的資料,這也就是說,如此的樣本,同時是「福氣」也是「詛咒」。

相對來說,我在祿豐所發現、比大椎龍稍微早了 500 萬年的祿豐龍胚胎,除了我最早在 2003 年初找到的那個樣本之外,其餘的都是鬆散開 (Disarticulated) 的孤魂野鬼零星骨頭,完全沒有整體胚胎的型態保存下來,從胚胎完整性的角度來說,這是個「詛咒」,無法和人家在完整度方面來做任何比較;然而,也因為它們是零散的骨頭,我們卻因「禍」得福,把「詛咒」變成了「福氣」;怎麼說?

就是因為我們找到了很多鬆散開的胚胎骨頭,我們可以進行對骨頭的切割研磨,做各種具有破壞性的實驗,而讓我們能好好地「看進骨頭內」;就以上述的有機殘留物來說,如果沒有把那根大腿骨切割研磨到大約 150µm 的厚度薄片,大約一張影印紙厚度,根本無法進行紅外線掃描,我們也就無法說這些胚胎骨頭化石內還保存著大約二億年前的有機殘留物了:這不是因「禍」得福嗎?完整的大椎龍胚胎,有可能如此讓你我做嗎?不可能啦!

再者,從我們的初期田野考察所採集到的樣本,有超過 20 根大腿骨,其中 14 根是右腿,也就是說,至少有 14 個個體;這些大腿骨粗略以大小來分,大致上有三種不同的大小,代表著三個不同的孵化階段,很有可能來自三個不同的窩;相對於完整大椎龍胚胎化石的死亡剎那,我們有整個孵化期間更多的材料,讓我們探討胚胎孵化比較完整的發育過程;在我們發表的論文中,右邊這張圖裡面的那條直線,是整篇文章中最美麗的線條。

總加起來說,藉由以上所說的這一大堆,我們我們團隊在賴茲院士睿智的領導之下,把原本是「詛咒」(「禍」)的發現,很漂亮地轉換成「福氣」,我們因「禍」得福,才能在全球首創「恐龍胚胎學」,這是別人沒法做到的,更該好好珍惜,並且在各方的協力之下,特加發揚光大,更上層樓。

75年來,雲南楚雄祿豐龍首次榮登 Nature,而且是封面論文

就在我們台灣三位作者和賴茲院士參加第二屆「雲台會」的期間,雲南省考古所的吉學平博士指出:中國恐龍學在 1938 年從大洼開啟了,可是,這麼漫長的 75 (1938-2013) 年以來,從來沒有雲南恐龍登上 Nature 而且是封面論文,即便非封面的 Nature 論文也沒有;哇!這真是一個很有趣的觀察;依照他的說法,我們這篇 Nature 封面論文,正式而且很顯要地把雲南的恐龍標示在世界恐龍地圖上;對於十年寒窗的我來說,真是個莫大鼓勵,對於團隊其他的成員而言,也是臉上很大的光彩。

稍微做一些文獻搜索,發現到現在為止,其實以前比較有學術份量的學術期刊,曾經有兩度刊登雲南的脊椎動物:一是 2001 年中科院古脊椎與古人類研究所徐星在〈古脊椎動物期刊(Journal of Vertebrate Paleontology, 21(3): 477–483)〉發表鐮刀龍超科的出口峨山龍 (Eshanosaurus deguchiianus);不過,早在 1971 年,趙喜進就在中國雲南省峨山彝族自治縣發現一些恐龍化石,他所命名的峨山龍是一種植食性的原蜥腳類恐龍;但是後來徐星又命名了肉食性的峨山龍,他所依據的樣本是一個部分下頜骨頭與牙齒,發現於中國雲南省的下祿豐組,地質年代為侏儸紀早期的赫塘階,約 1 億 9600 萬年前;也就是說,一方面「峨山龍」這個命名鬧了雙胞,趙的是吃素的恐龍,而徐的卻是吃葷的恐龍;另一方面來說,〈古脊椎動物〉期刊的份量,其 SCI 點數,遠遠低於 Nature 的 36.28 點;另外一篇報導出現於 1963 年的 Nature 期刊,H. W. Rigney 報導了歐氏摩爾根獸 (Morganucodon oehleri);可是,這種動物是哺乳形類,而根本不是恐龍。

總結來說,上述的兩篇文獻,一篇問題很大,也非 Nature 論文,另一篇根本不是雲南的恐龍,吉博士所說的沒錯,雲南所有的恐龍,自從發現 75 年以來,從來沒有上過重量級的學術期刊過,而我們這篇論文,的的確確是第一篇榮登科學界最權威學術期刊 Nature 的論文,而且還當了封面論文,更是不簡單;嗐,提出一個疑問:為何如所謂的中國恐龍王,繼承了中國恐龍學之父的衣缽,怎麼會把這麼重大的機會承讓給我這個撈河撈過界的門外漢?再者,如果我們國際兩岸團隊,還是照著傳統古生物界的遊戲規則來玩人家訂規矩的遊戲,而非不按牌理出牌,採用「看進骨頭內」的思維,我們國際兩岸聯合科研團隊,能有此小成就嗎?值得深思

本文原發表於作者部落格「催眠恐龍

文章難易度
timd_huang
24 篇文章 ・ 0 位粉絲
跟我玩恐龍去!

0

2
1

文字

分享

0
2
1
福爾摩斯碰上古人類化石,可是日期不太對勁?
寒波_96
・2023/03/08 ・2782字 ・閱讀時間約 5 分鐘

虛構人物福爾摩斯,就是偵探的代名詞。英國小說家柯南道爾創作的這位名偵探,活躍於 19 世紀晚期到 20 世紀初期,那時古人類學已經起步,博學多聞的福爾摩斯應該有機會知道某些化石。奇妙的是,他竟然還見過尚未出土的死人骨頭?

請注意,本文包含古人類遺骸的圖像。

圖/參考資料

福爾摩斯遇見古人類化石

柯南道爾的故事設定中,福爾摩斯是存在於現實歷史的虛構人物。例如故事中公元 1896 年發生的事件,現實中也應該在這個時候上演,而 1899 年更晚的事情還沒有發生。

短篇小說《三名同姓之人(The Three Garridebs)》,以一個罕見姓氏 Garridebs 導引出簡短卻高潮起伏的探案。故事中有一位角色喜歡收藏古物,也包括幾件人類化石。

華生醫師第一人稱的描述是:

「當我環顧四周,我驚訝於此人興趣之廣。這兒是一箱古錢幣。那兒有一櫃子的燧石工具。中間桌子後方是個裝著化石骨頭的大櫃子,裡頭擺著一排石膏頭骨,有尼安德塔人(Neanderthal)、海德堡人(Heidelberg)、克羅馬儂人(Cro-Magnon)等名字標示。很顯然他是許多主題的學習者。」

「As I glanced round I was surprised at the universality of the man’s interests. Here was a case of ancient coins. There was a cabinet of flint instruments. Behind his central table was a large cupboard of fossil bones. Above was a line of plaster skulls with such names as “Neanderthal,” “Heidelberg,” “Cro-Magnon” printed beneath them. It was clear that he was a student of many subjects. 」

故事中這位角色有哪些收藏品並不影響劇情,不過敘述這般瑣碎的細節,有助於強化真實感,算是一項創作技巧。這些頭骨化石不是原件,而是石膏複製品(plaster skulls),也證實角色自稱家中藏品沒什麼值得偷竊的價值。

可是故事開頭,華生醫師十分明確表示此案發生在 1902 年:

「那日期我記得特別熟,因為福爾摩斯在同一個月,拒絕一項也許有一天會講出來的爵位。……然而我重申,這使我能夠確定日期,亦即 1902 年 6 月下旬,南非戰爭結束後不久。」

「I remember the date very well, for it was in the same month that Holmes refused a knighthood for services which may perhaps some day be described…… I repeat, however, that this enables me to fix the date, which was the latter end of June, 1902, shortly after the conclusion of the South African War. 」

這兒提到 1902 年結束的南非戰爭是「第二次波耳戰爭」。真實歷史中,那時柯南道爾已經靠著福爾摩斯成為知名作家;他以醫師的本行親自參戰,擔任軍醫而受封爵士,也是柯南道爾爵士(Sir Arthur Ignatius Conan Doyle)名號中「爵士(Sir)」的由來。

對照如此明確的日期,令人愈想愈不對勁。與尼安德塔人並列的「Heidelberg」顯然指的是 Homo heidelbergensis ,但是第一件海德堡人化石要等到 1907 年才在德國出土,更早的 1902 年絕不可能存在石膏複製品,被福爾摩斯與華生見到。

1907 年在德國出土的海德堡人下顎化石「Mauer 1 」。圖/Radiometric dating of the type-site for Homo heidelbergensis at Mauer, Germany

容易起爭議的海德堡人

解開此一謎題大概不需要福爾摩斯的推理能力。《三名同姓之人》於 1924 年發表,那時海德堡人大概已經有點名氣,被取材用於偵探故事中增添血肉。柯南道爾與編輯卻沒有注意到 1902 年之際,海德堡人仍不存在。

另一方面,即使是故事發表的 1924 年,「海德堡人」也應該還沒有頭骨,不會有石膏複製品。1907 年出土,隔年公開的化石 Mauer 1 只有下顎,沒有頭骨。

1921 年在非洲南部 Kabwe 出土的化石包括頭骨,但是當時將其分類為羅德西亞人(Homo rhodesiensis),多年後才歸入海德堡人旗下。這條消息或許影響過柯南道爾 1924 年發表的創作,詳情不得而知。

1921 年在尚比亞出土的頭骨化石「Kabwe 1 」,早期被分類為羅德西亞人,後來也被歸類為海德堡人。圖/史密森尼學會(Smithsonian)教育網站

Kabwe 在 1921 年屬於大英帝國的北羅德西亞(Northern Rhodesia)殖民地,現在則是尚比亞的疆域。有人主張這群死人骨頭算是非洲的海德堡人,也有人認為是不同的羅德西亞人,還有人提出應該歸於波多人(Homo bodoensis)……反正一百多年來,海德堡人的爭議持續不休,即使配備福爾摩斯的智謀,大概也無法解開這些難題。

故事中海德堡人以外的兩款化石,尼安德塔人最初問世於 1856 年,克羅馬儂人則是 1868 年。到 1902 年都已經是特定圈子內普及的知識,也買得到石膏頭骨複製品,可謂有血有肉的安排。

大英帝國的榮耀

古人類化石中,1924 年的柯南道爾想必也知道皮爾當人(Piltdown Man)。這是英國人 1912 年偽造的化石,由紅毛猩猩和數百年前的智人骨頭加工而成,但是要等到 1953 年才證實造假。

圖/參考資料

捏造的皮爾當人被不少英國人認同,也騙過不少專家,讀過《三名同姓之人》好像能稍加體會時代背景。

故事中那位收藏家以史隆(Hans Sloan,1753 年去世後他的收藏催生出大英博物館)為楷模,實則相當平凡。他的藏品應該能代表當時對人類化石的普遍印象,也就是說,德國出土的尼安德塔人、海德堡人,以及法國出土的克羅馬儂人……榮耀的大英帝國豈能忍受!

可惜 1910 年代以後,福爾摩斯便退隱江湖不再辦案。否則以他的才智展開調查,哪需要等 40 多年才確認皮爾當人造假!

不追究那些死人骨頭,《三名同姓之人》也相當有意思。故事雖短,卻發生壞人打槍、華生流血,福爾摩斯激動、華生興奮、福爾摩斯用小刀割開華生褲子等情節,鐵與血的糾葛、靈與肉的碰撞,亂七八糟的 ❤️

延伸閱讀

參考資料

  1. 《三名同姓之人》小說原文:THE THREE GARRIDEBS

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
180 篇文章 ・ 746 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》。

1

1
1

文字

分享

1
1
1
來自恆春的意外「鯨」喜,科博館臺灣鯨魚化石挖掘團隊專訪——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/01/14 ・3975字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 採訪編輯/羅億庭|挖不了化石,就寫一寫化石,本刊編輯。
圖/科學月刊

Take Home Message

  • 去年5月,科博館地質學組的助理研究員楊子睿與團隊,在恆春的頭溝河谷中發現了一具臺灣目前保存得最完整的大型鯨魚化石。
  • 根據鯨魚的下頜骨化石,團隊推估牠的真實大小約有18公尺長,生存在約10萬年前;從肩胛骨推論牠可能是一隻小的藍鯨,或是青少年時期的大翅鯨。
  • 團隊中不少人都是第一次參與大型古生物化石開挖,過程中除了需要克服地獄般的天氣,還面臨了瘋狂進攻的蚊子、暴雨淹水等考驗,但也每天都有不同驚喜。
圖/科學月刊

當生物的生命消逝後,牠的遺體、生存痕跡便有可能留存於土地上,經過沉積物的堆積、掩埋與化石化作用(fossilization)成岩後變為化石。化石記載著這片土地曾經的過往,而透過化石也可以使我們對曾經生活於當地的古生物有更多了解。

在地球整整 46 億年的歷史中,臺灣算是很新的一座小島,出現於大約 600 萬年前。但即使是相對於地球歷史來說十分年輕的臺灣,島上的化石依舊不少。也因為臺灣的地形、地質環境特殊,在不同的地層中都分布著許多珍貴的化石,舉凡貝類、海膽、珊瑚、脊椎動物、有孔蟲(Foraminifera)等,都曾有過發現的紀錄。

出土自臺灣的脊椎動物化石中,最有名的大概是 1970 年代在臺南左鎮菜寮溪發現的早坂島犀(Nesorhinus hayasakai);近 20 年來漁民更在澎湖海溝打撈到不少古菱齒象(Palaeoloxodon)化石。

大象是陸地上最大的哺乳類動物,而海洋中最大的哺乳類動物則非鯨魚莫屬;在臺灣這座島嶼上,曾發現過鯨魚化石嗎?

圖/科學月刊
圖/科學月刊

為期四個月地獄般的挖掘

去(2022)年 5 月,由國立自然科學博物館(簡稱科博館)地質學組助理研究員楊子睿帶領的團隊,在恆春地頭溝河谷中發現了一具保存得極為完整的大型鯨魚化石。在歷經「地獄般」的三個多月後,終於成功將整具化石從地層中挖掘出來。

《科學月刊》這次也特別訪問了楊子睿與幾位這次參與化石挖掘的團隊成員們,聊一聊本次挖掘的過程及當中的辛酸血淚。

最初為什麼知道恆春當地有這具鯨魚化石,並開始挖掘呢?

「這一開始其實都是無心插柳柳成蔭。」

楊子睿回憶,去年 5 月恰好有一位德國學者來訪臺灣,因此楊子睿帶著他走訪臺灣較知名的幾個化石產地,如臺灣南部的左鎮、恆春等地,採集基本的貝類化石。

在恆春挖掘化石的途中,有一名團隊成員發現地層裡有塊看起來像是鯨魚肋骨的石頭,但大家卻都把它當成地面在踩。後續挖掘時發現這塊一直被當作地面的石頭確實就是鯨魚肋骨,且光是該處就有多達四根,而這條鯨魚肋骨也為本次挖掘揭開了序幕。

前面也提過,這次挖掘的過程如同「地獄」,原因在於挖掘化石的恆春當地幾乎都是崎嶇不平的石灰岩層,若不慎跌倒可是會破皮流血。

圖/科學月刊

除了地形之外,天氣也是造就地獄的其中一個因素。雖然現在時序已進入秋冬,但還記得每年 5~9 月那彷彿想將人就地燒死的艷陽嗎?「整天的氣溫都超過 34℃,河谷中的濕度也幾乎是 100%,即使想流汗也流不出來,」楊子睿說著當時在恆春低海拔森林挖掘的過程,「還會有一大群蚊子瘋狂進攻,防蚊液都要噴好噴滿、像一層膜一樣!」

即使過程中經歷了千辛萬苦,團隊仍成功的將這具鯨魚化石挖掘出來,呈現在眾人眼前。

解密臺灣古鯨魚的形態密碼

看見這隻鯨魚巨大的下頜骨,也讓人不禁好奇臺灣以前也曾找到過鯨魚化石嗎?這次的挖掘成果跟先前相比又有什麼不同?

楊子睿解釋,由於臺灣島的地層在形成的過程中容納了不同階段的海岸環境,因此有許多鯨豚在此擱淺後被保留在地層中,形成了化石。過往其實有不少鯨魚化石出土的紀錄,例如在大甲溪曾出現過鯨魚肋骨化石、屏東四溝、臺南左鎮也都有過鯨魚化石出土的記載。

不過先前挖掘到的化石大多只是鯨魚的其中一條肋骨、脊椎骨等,「這是臺灣到目前為止,第一次保存得最完整的鯨魚化石。」楊子睿說。

而且不僅是鯨魚,它也是目前出土最大、最完整的脊椎動物,至於這隻鯨魚之所以能夠用近乎原始的狀態被保留下來,顯示了牠在死後沒多久就迅速被掩埋。楊子睿進一步解釋,臺灣南部的造山速度相當快,當造山時抬升得愈高、雨水就會愈快將泥沙沖出,沖出泥沙後就會以愈快的沉積速率將鯨魚掩埋起來,讓牠形成一具相對完整的化石。

根據其中一根長約 223 公分的鯨魚下頜骨化石,團隊推估這隻鯨魚的真實大小約有 18 公尺長。此外,自由研究者莊智凱分析了地層中的鈣質超微化石(calcareous nannofossil),推測這隻古鯨魚應該生存在約 8 萬 5000 年前的潟湖環境。

由於人類過去幾千、幾百年來的開墾活動,在全新世(Holocene)和更新世(Pleistocene)較新地層附近的化石大部分已被毀滅,所剩無幾。「包含日本、美國發現的近代鯨魚化石都只是碎塊或是其中一部分,從來沒有過這種一整隻被我們挖出來的。」楊子睿說道。

現生已知體型最大的哺乳動物是海洋中的藍鯨(Balaenoptera musculus),最長的體長紀錄是 29.9 公尺。

目前我們有辦法辨認出這具化石可能是哪一種鯨魚嗎?楊子睿分享道,要鑑識出一隻鯨魚是哪個物種,最重要的關鍵是透過牠的「耳骨」,但這隻鯨魚化石在找到時耳骨早已風化消失,因此只能靠替代方案——肩胛骨,鑑定這具化石的物種。

目前推論這隻古鯨魚有可能是一隻小的藍鯨,或是青少年時期的大翅鯨(Megaptera novaeangliae)。

圖/科學月刊

挖掘過程中的驚喜與驚嚇

這次在臺灣挖掘出鯨魚化石的成果令人驚喜,但是除了前面提過「地獄般的環境」之外,其實挖掘過程中還有相當多不為人知的辛苦。

目前就讀臺灣師範大學地球科學系的團隊成員官鑫伯也分享,他們在挖掘的某幾天就因為當地突然下起了大雨,當下必須先有一部分人將旁邊因挖掘而產生的土堆推開,清出一條河道以避免水淹上來,甚至還利用旁邊現成的木塊做成臨時的河堤阻擋大水。

在某次挖完化石隔天回到挖掘現場時,還看到原先挖掘的地方淹了水,「那時候我超緊張!因為化石好像不要泡到水比較好。」官鑫伯笑著說,而他也只能盡快用桶子與湯匙將水撈出,以防止化石泡在水中而有所損害。

研究助理吳筱柔進一步分享,淹水的那幾天水真的來得又急又快,「團隊成員只能貼著邊邊儘速撤退,想辦法逃出去。」「我那時候壓力真的很大,因為很怕有人會出事,這樣我就會上報紙而不是上《科學月刊》了。」想起當時的情況,楊子睿也心有餘悸的說道。

談到這次的挖掘過程,其實團隊中不少人都是第一次參與這類大型古生物化石的開挖。

吳筱柔便分享當初開挖時完全看不出自己在挖的是什麼東西,有點像是尋寶的概念,她也說:「每天都有不同的驚喜,因為愈挖就會愈覺得它和自己原先的猜測不太一樣!」。

而來自文化大學生命科學系的連士賢平時則是比較常接觸現生鯨豚,所以對鯨豚的骨骼位置分布相當熟悉——但在挖掘鯨魚化石時卻完全無法用平常的解剖思維去思考。「骨骼會在土中的哪個位置?會不會因為時間與地質壓力的作用而改變形狀?」連士賢講述著種種需要考慮的事項,這些挖掘、保存、保護等處理化石的方式,都是需要在現場慢慢學習的。

成功大學地球科學系的李岱安則認為,整個鯨魚化石挖掘的過程都令她相當印象深刻,因為過往從來沒有看過這麼大的古生物化石出現在眼前。從數十天的挖掘到親眼所見鯨魚骨頭,再將化石成功運出,這一切對她來說都相當震撼。

有待揭曉的鯨魚生態故事

目前團隊已經針對這具鯨魚化石做了初步的研究,得知牠可能的物種、生存的年代,那麼未來還有哪些研究規劃呢?楊子睿說明,目前團隊想知道的是為什麼在恆春地區會有這麼多鯨魚被埋在這裡?牠們被埋在此處的原因又是什麼?對當時的整個古環境、生態系來說有什麼樣的意義?

「這一切完整的生態故事,都需要進一步討論與了解後才能將它補齊。」楊子睿表示。

這具鯨魚化石現在已經全數被運送回科博館中等待後續的清修,而清修也是一項十分浩大的工程。目前都還在將一些較大型的化石,如肩胛骨上的石膏拆卸下來,其他比較小塊的碎骨頭就必須花時間、人力慢慢進行清修。

圖/科學月刊
圖/科學月刊
圖/科學月刊

楊子睿更與我們分享,當初來訪臺灣、曾參與過前期挖掘的德國學者表示德國慕尼黑的「人與自然博物館」(Museum of Man and Nature)對這具鯨魚化石相當有興趣,希望能出借展示。

未來挖掘團隊也期望能透過與其他單位的合作,將這隻鯨魚化石完整的展示在國際與臺灣民眾眼前。

  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 1 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
所有討論 1
科學月刊_96
235 篇文章 ・ 2559 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
環境 DNA 猛獁象現蹤,化石消失幾千年後才真正滅團?
寒波_96
・2023/01/13 ・3575字 ・閱讀時間約 7 分鐘

一萬多年前冰河時期結束後,許多地方的生態系明顯改變,例如歐亞大陸和美洲的猛獁象都滅絕了,僅有少少倖存者,殘存於北冰洋的小島一直到 4000 年前。

上述認知來自對化石遺骸的判斷,可是最近由環境沉積物中取樣古代 DNA 分析,卻指出猛獁象等幾種生物,在亞洲和美洲大陸其實又延續了好幾千年。這些證據可靠嗎,猛獁象到底什麼時候滅絕?

距今 200 萬前的格陵蘭,生態想像圖。圖/Beth Zaikenjpg

古時候的環境 DNA,創下 200 萬年紀錄

DNA 原本位於生物的細胞之內,生態系中有很多生物,時時刻刻留下各自的 DNA,從土壤、水域等來源取樣分析所謂的「環境 DNA」(environmental DNA,可簡稱為 eDNA),能得知環境中包含哪些生物。

如果環境樣本能保存成千上萬年,那麼定序其中的 DNA 片段,再加上化石、花粉等不同線索,便有希望窺見古時候的生態系。

威勒斯勒夫(Eske Willerslev)率領的一項研究,藉由此法重現來自格陵蘭沉積層,距今 200 萬年之久的 DNA 片段,2022 年底發表時成為年代最古早的 DNA 紀錄,也得知當年存在格陵蘭的眾多植物與動物。[參考資料 5]

最出乎意料的莫過於乳齒象(mastodon),由於缺乏化石,古生物學家一直認為那時候的乳齒象,並未棲息於這麼北的地帶,此一發現充分展示出古代環境 DNA 的價值。然而 DNA 的探索範圍也明顯有侷限,例如該地區出土超過 200 個物種的昆蟲化石,DNA 卻只能偵測到 2 種。

猛獁象化石無存後幾千年,依然有留下 DNA

當時間尺度是百萬年時,實際是 200 萬 3300 年或是 199 萬 8700 年,也就是 200.33 或 199.87 萬,幾千年的誤差範圍無關緊要。但是當探討對象是最近一萬年,猛獁象的 DNA 究竟存在於 9000 或 6000 年前,意義就差別很大。

這兒的「猛獁象」都是指真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)。由另一位古代 DNA 名家波因納(Hendrik Poinar)和威勒斯勒夫各自率隊,同在 2021 年底發表的論文獲得類似結論:猛獁象化石消失的幾千年後,沉積物中仍然能見到 DNA,可見還有個體又存續幾千年。[參考資料 1, 2]

威勒斯勒夫主導論文的取材地點。以北極為中心,視角和台灣人習慣的地圖很不一樣。圖/參考資料 2

波因納率領的研究探討白令東部,也就是如今加拿大的育空地區,距今 4000 到 3 萬年前的沉積層;結論是原本認為早已消失的美洲馬、猛獁象,一直延續到 5700 年前。威勒斯勒夫戰隊取材的地理範圍廣得多,包括西伯利亞西北部、中部、東北部、北美洲、北大西洋,判斷猛獁象生存到 3900 年前。

更詳細看,威勒斯勒夫主導的論文指出,猛獁象在西伯利亞東北部最後現蹤於 7300 年前,西伯利亞中北部的泰梅爾半島(Taimyr Peninsula)為 3900 年前,此一年代和北冰洋的外島:弗蘭格爾島(Wrangel)之化石紀錄相去不遠。而北美洲則是 8600 年前,比波因納戰隊的 5700 年更早。

如果兩隊人馬的判斷都正確,意思是猛獁象(與某些大型動物)在北美洲延續到 5700 年前,在亞洲大陸與外島到 3900 年;比起當地出土最晚化石的時間,皆更晚數千年。

只有 DNA 不見化石,會不會是死掉好幾千年仍一直外流 DNA?

根據化石紀錄,冰河時期結束後,仍有少少生還的猛獁象在弗蘭格爾島一直延續到 4000 年前。由此想來,當大多數同類已經滅團時,某些地點還有孤立的小團體延續,並不意外。只是我們不見得能見到化石。

然而,威勒斯勒夫主導的論文受到挑戰。質疑者提出,猛獁象這類動物住在寒冷的環境,去世後遺體如果被冷凍保存,又持續緩慢解凍,在接下來的幾千年便有可能不斷釋出新鮮的 DNA,讓我們誤以為仍有活體。[參考資料 3]

舉個極端狀況。假如 2 萬年前死亡的猛獁象,去世後一直冷凍在冰層中,現在被我們取出解凍,也許其中仍保有不少生猛 DNA,可是實際上牠已經去世很久了。

上述質疑,應該是這類研究手法共通的潛在問題。發生在一百萬年前無關緊要,一萬年內卻會導致不小的誤判。

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪

距今 1 萬多年前的育空,生態想像圖。圖/Julius Csotonyi

化石消失的時刻,往往比生物滅團更早

威勒斯勒夫戰隊則回應表示:論文結論沒有問題,沈積層中取得的古代 DNA 確實來自那時在世的動物。我覺得不論觀點是否正確,回應的思路都值得瞧瞧。[參考資料 4]

為什麼動物依然存在時,見不到當時的化石紀錄?主因是動物去世後,只有極低比例的個體會變成化石。一種動物在滅團以前,通常個體數目持續降低,少到一個程度後,還能留下化石的機率已逼近 0 。所以化石紀錄最後的時間點,早於動物實際消失的年代。

和化石相比,動物遺留 DNA 的機率遠高於化石。活生生的動物就會持續排放 DNA,死亡身體分解後又會釋出不少; DNA 未必會留在原本生活的地點,不過如今的偵測技術足夠敏銳,即使只有幾段也有機會抓到。

猛獁象,活的!

是否有可能,猛獁象去世幾千年仍持續釋出 DNA 片段?的確無法排除可能性。不過這項研究中有 4 個方向,支持沉積層之 DNA 源於族群規模大減,卻依然活跳跳的猛獁象。

不同時間,各地猛獁象的粒線體 DNA 型號。可以看出趨勢是,猛獁象分佈的範圍愈來愈窄,遺傳型號也愈來愈少。圖/參考資料 2

第一,如果環境中的 DNA 來自死亡多時的動物,那麼各地區應該都會見到類似現象。實際上只在少部分取樣地點偵測到。

第二,假如猛獁象遺骸緩慢分解,DNA 持續進入沉積層,同一地點的不同取樣應該都能見到。可是同一處地點,只有少數樣本能抓到猛獁象 DNA。

第三,不同沉積層取得的環境樣本,包含當時生態系中很多生物的 DNA。存在猛獁象 DNA 的樣本,也能見到適合猛獁象生態系的其他植物;表示猛獁象的命運,很可能與適合牠們生活的環境同進退。

第四,倘若較晚沉積層的猛獁象 DNA,直接源自較早去世的個體,遺傳多樣性應該不會變化。然而較晚出現的粒線體型號明顯變少,後來只剩下一款。

實際狀況沒人可以肯定。我覺得前三點,都涉及樣本保存的潛在問題,干擾因素較多。第四點大概是最有力的證據,支持環境沉積物中留下的 DNA 並非源於死象遺骸,而是活體猛獁象。

研究日新月異,腦袋也要趕上

科學研究日新月異,不少人見到論文寫什麼就信以為真,卻不了解做研究其實有很多限制,即使是結論「正確」的論文,也會處處碰到解釋的侷限。

持續搜集證據,反覆思考才能進步。腦袋要靈活運用,但是也不要胡亂腦補!

延伸閱讀

參考資料

  1. Murchie, T. J., Monteath, A. J., Mahony, M. E., Long, G. S., Cocker, S., Sadoway, T., … & Poinar, H. N. (2021). Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA. Nature Communications, 12(1), 1-18.
  2. Wang, Y., Pedersen, M. W., Alsos, I. G., De Sanctis, B., Racimo, F., Prohaska, A., … & Willerslev, E. (2021). Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics. Nature, 600(7887), 86-92.
  3. When did mammoths go extinct?
  4. Reply to: When did mammoths go extinct?
  5. Kjær, K. H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B., De Cahsan, B., Korneliussen, T. S., Michelsen, C. S., … & Willerslev, E. (2022). A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 612(7939), 283-291.

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
180 篇文章 ・ 746 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》。