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生命之樹的第三次開花

商周出版_96
・2013/07/25 ・3295字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2052單書封文 / 喬納山.羅(Jonathan Loh)

在未來四十年內,將會發生一件事,不僅會改變我們物種的歷史,更會改變演化本身。我們也許不知道這會在什麼時候發生,但到二○五二年時,我們將會完全了解,這已經發生了。像這樣的事件以前發生過兩次,但發生的方式不一樣,第三次也還是不一樣。

在描述過去這些事件,以及未來事件時,我將使用生命之樹(Tree of Life)的比喻。這棵樹的外圍分枝會偶而且突然地開花,而且開得十分壯觀。 在過去,這種開花情況已經發生過兩次,上一次開在它外圍無數分枝的其中一枝的頂端。第一次開花發生在五億五千萬年前,當時,所有多細胞有機體剛剛展開演化過程,第二次則是人類多元文化的開始,時間在七萬到八萬年前。第三次開花即將在這棵生命之樹的外圍邊緣開始,將會導致新的多元演化。

想像一下,把地球歷史濃縮成一年。地球在大約四十五億年前,凝結了從太陽表面噴出的熱塵和氣體而成形;我們把這個時間稱之為一月一日零點(00:00)。接著,地球開始冷卻。大約在三月的時候,第一批生命出現了,但一直到十一月,地球上所有的生命體都是單細胞的。到了十一月中旬,單細胞生命開始聚集在一起,形成笫一個多細胞生命形式,這被稱作「埃迪卡拉紀動物群」(Ediacaran fauna)。

第一次開花 

埃迪卡拉只持續了幾天時間,接著,在十一月十八日就被寒武紀大爆發(Cambrian explosion)給吹跑了:這是指演化活動突然大量出現,產生了很多新的生命形式,這種大規模的演化是之前未曾有過的。有著極其複雜度的奇異生命體出現了。很多有著堅硬的甲殼,以及擁有無堅不摧的武器。演化的武器競賽就此展開。到了十一月二十日早晨,一切都過去了。第一次開花期結束了,但所有生命體從那時候起,就一直按照當時的基本藍圖來進行演化。

生命之樹繼續長出枝葉和成長,產生新的物種,失去一些舊的,這持續了大約五億多年。接著,在十二月三十一日傍晚,一次不尋常、空前的事件發生了。這根特別的外圍樹枝 ──幾百萬根樹枝中的其中一枝──外表看來並沒有什麼特別,雖然牠屬於一個很大的哺乳動物物種,但絕對不是其中體形最大,也不是跑的最快,更沒有擁有最厚的甲殼或最厲害的武器。但牠卻開始說話了。在那根樹枝上的這個物種,就是我們,因為我們擁有這項傑出和獨一無二的創新──語言──結果,生命之樹開始了第二次繁茂的開花期。

第二次開花 

現代人類最初在二十萬年前左右出現,當時已經是這個地球年的最終時刻了。人類語言是如何或何時演化的,並不知道。一開始也許只是手勢,而不是聲音。但一旦固定了,就會形成一種全新模式的演化──文化演化。文化演化的形態和物種類似,都是經由突變、遺傳傳輸和選擇來進行。文化的傳輸並不是透過父母身體的DNA傳給後代,而是透過行為學習,從某一個體傳到另一個體。透過語言,這樣的傳輸變得極其容易。

今天,全世界大約有七千種語言,每一種都可以被用來表達不同的文化。這些語言代表文化之樹最外圍的樹枝,但另外還有很多已經消失的語言,它們的樹枝在長出來之後不久就枯死了。跟物種一樣,某些語言可以被分類成好幾個家族,擁有共同的祖先,但卻又各自獨立。

生物與文化演化之間的最大差別,就是速度。生物演化很慢,文化演化則很快速,所以在一生當中是可以見得到的。另一個差別是,在不同語言之間會出現借用的情況。借用語言,就等於不同物種之間交換遺傳物質,但這是大部分生命體無法作到的。

雖然語言起源的日期並不知道,但幾乎可以確定是在七萬到八萬年前。當時,全球人口大約是十萬個個人,大部分都居住在非洲大陸。在這時候,也就是最後冰河期的中葉,大約就在十二月三十一日的二十三點五十二分左右,人們開始移出非洲,逐漸分散到亞洲各地,沿著海岸線移動,同時沿著河谷向上游遷移。他們的後代子孫成功橫渡東南亞大陸和澳洲之間的海峽,時間大約在四萬到六萬年前。其他的則向北移動進入歐洲,或是經由地峽進入美洲。人類最後一次的大規模遷移並不是在陸地,而是在太平洋,人類最後終於在一千年前抵達紐西蘭,或者,就在半夜前的七秒鐘。

人類分散到全球各地後,這些移民就形成小小的孤立團體,生活在一起,並且把他們的語言和文化傳承下去。文化演化引發數千種的地方變異,最後導致了人類語言和文化的廣大多樣性。這是生命之樹第二次開花,就是文化大爆發。

滅絕 

多樣化通常會伴隨著減絕。至少發生過五次物種大滅絕,全球物種多樣化突然大量減少,時間分別在十一月二十六日和十二月二日、十二日、十五日和二十六日。在十二月十二日,大約在二億四千五百萬年前,九六%的物種都絕種了。在十二月二十六日,也就是六千五百萬年前,最後一次大滅絕造成恐龍的滅絕。不過,在每次大滅絕之後,生物多樣性很快就會恢復,甚至超越之前的物種最高數量。

今天,我們就站在第六次大滅絕的邊緣。但這一次,我們喪失了文化和生物多樣性。全世界一半人口只使用二十五種語言中的其中一種,剩下的七千種語言中,其中大約一半的語言,每一種的使用者都不超過一萬人。

語言會消失,是因為這些語言的使用者,不是死亡,就是更常見的,改而去使用第二種語言,在不到幾個世代之後,就忘掉了他們原來的母語。而隨著他們語言的消失,他們的文化也跟著沒落。最根本的原因則是全球化、移民、現代通訊,或者,有時是受到了壓迫。

生物─文化多樣性的喪失,似乎不可能會在二○五二年之前逆轉。然而,在生物─文化多樣性減少的同時,我相信,另一種快速多樣性,將會從生命之樹邊緣的一根語言樹枝裡迸發出來。這種語言將不會是英文,也不是中文,而是一種很近代的語言,是被發明出來的一種:電腦語言將會引發第三次開花。

第三次開花

這將不會是工程師用來寫軟體時使用的那種電腦語言。這將會是電腦用來寫它們自己的程式時使用的語言。在寫這樣的程式時,使用的是造成生物和文化多樣性的相同的演化運算法則。

基本原則是,一部電腦,可以給它一個目標和初步的程式,讓它可以運作。這部電腦接著就會把程式複製好幾遍,把亂數變化引進到編碼中。它會運作新一代的程式,選擇運作得最好的程式,淘汰其他的。這樣的循環不斷重複,一遍又一遍,直到它產生出一個程式,可以滿足最初的目標。當然,在生物或文化演化中,是沒有終極目標的;也不會有數位演化。程式的選擇將由廣大的應用程式市場來決定。

因為效率愈來愈高,電腦編寫的程式將開始取代人類寫的程式,接著,電腦設計的電腦將取代人類設計的電腦。最後,人類將無法完全了解電腦是如何運作的了。到了二○五二年,電腦已經進化出人工智慧,甚至已經有了人工意識。最初,電腦依靠人類來把它們製造出來,並供應它們電力,但這些將逐漸由電腦來完成。大多數人類將會歡迎電腦科技如此蓬勃發展,因為它將提供極其不平凡的新應用程式,會使得他們的生活變得更輕鬆或更富裕。

電腦編寫程式的快速多樣化,已經開始,但一直要到二○五二年才會成熟。生命之樹的新樹枝將由眾多程式組成,就如同較舊的樹枝由眾多物種或語言組成,但它們的形式或功能還不清楚。人類文化是透過模因(meme,傳承文化資訊的單位)來傳播:想法可以從一個人複製給另一個人。模因類似於文化的基因,但是寄居在意識中而非細胞裡。電腦文化生存在人類意識之外,從這部電腦傳輸到另一部電腦。我建議,把這種傳輸的基本單位叫作exeme(executable meme,可執行的模因),數位的模因或基因的相似體。

因此,我們將來面對的,將會是這樣的未來:在其中,兩個古老的演化多樣化將會逐漸衰減,而一種新的演化則正在升起。這不是我們在意識中策劃的或想要的,只是,這就好像我們人類老祖先選擇說話,或是我們的單細胞祖先選擇演化成多細胞物種。之所以會發生這樣的演化,單純是因為某種根本上的創新促成大規模的演化多樣化。這會把我們帶到那兒去?我們能夠控制電腦文化嗎?或者,電腦將來看待人類,會像我們現在看待其他物種那樣嗎:有趣,有用處,甚至是必要的,但基本上卻只是低等的生命形式?

喬納山.羅(英國人,一九六三年出生)是動物學家,專門研究生物與文化多樣化的監測與保育。他是倫敦動物學會(Zoological Society of London)的名譽研究員,也是世界自然基金會顧問。

 

摘自《2052》,由商周出版。

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恐龍稱霸地球的秘訣,竟是牙齒自帶避震器?——《追光之旅:你所不知道的同步輻射》

天下文化_96
・2021/09/12 ・1747字 ・閱讀時間約 3 分鐘

《侏羅紀公園》系列電影掀起大家對恐龍的好奇,但其實科學家早就在研究遠古時代的各種生物。以恐龍為例,平均每星期會發現一種新種恐龍,每年大約會發現五十種新種恐龍。而在探討物種起源及鑑定遠古生物領域,同步輻射分析技術也展現了它的獨特價值。

例如,南非威特沃特斯蘭德大學(University of the Witwatersrand)領導的國際科學家團隊,針對一些世界上最古老的恐龍蛋胚胎頭骨,進行 3D 複製重建,發現牠們的頭骨生長順序與當今的鱷魚、雞、烏龜和蜥蜴相同,研究成果發表在《科學報導》(Scientific Reports)上。

美國自然歷史博物館收藏的恐龍蛋化石,內部留有胚胎構造。圖/WIKIPEDIA

在台灣,由加拿大多倫多大學教授賴茲(Robert Reisz)與台灣學者組成國際團隊,花費兩年時間,運用超高解析二維紅外光譜顯微術,在活躍於一億九千五百萬年前的雲南祿豐龍胚胎股骨化石中,發現殘留有機物,找到古化石內保存複雜有機物的最古老紀錄。這個破天荒的發現在 2013 年登上了《自然》(Nature)雜誌封面。

此外,在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中,國輻中心研究員李耀昌也發現全球最古老且保存完整的膠原蛋白與赤鐵礦微粒聚晶。

「即使經過億萬年時空轉換,恐龍的軟組織經血液中鐵的氧化及碳酸鈣化包覆作用後,還是有機會被保存下來,」李耀昌表示,這將有助科學家進一步了解恐龍的生理機能與遺傳密碼。

李耀昌團隊將成果發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊,並獲選為《發現》(Discover)雜誌「 2017 年全球百大發現」第十二名,是近年來台灣學者主導的研究成果首度登上《發現》雜誌全球百大發現。

英國 Dinosaurland 化石博物館的鐮刀龍巢與蛋化石。圖/WIKIPEDIA

發現牙齒裡的避震器

恐龍胚胎裡有膠原蛋白,恐龍的嘴巴裡則是自帶「避震器」。

國輻中心團隊與台灣博物館、台灣石尚博物館、中國大陸北京自然博物館、加拿大安大略皇家博物館,以及中國大陸地質科學院地質研究所合作,蒐集十五種肉食性與植食性恐龍牙齒,利用同步輻射穿透式 X 光顯微術與現代的眼鏡凱門鱷牙齒進行研究比對,首度發現肉食恐龍牙齒具有避震結構。

在肉食性恐龍牙齒的琺瑯質與象牙質中間,存在一層相對柔軟且布滿微細孔洞的被覆牙本質層,可以保護牙齒,避免因撕裂骨肉造成牙齒瞬間斷裂。這項研究結果修正了過去對於原始爬蟲類牙齒結構的認知,因此登上國際知名期刊《科學報導》(Scientific Reports)與各大媒體。為了蒐集恐龍牙齒進行研究比對,國輻中心研究員王俊杰透露了一段小故事。

「當時我到桃園興仁花園夜市拜訪鱷魚攤,沒想到使用斜口鉗幫鱷魚拔牙時,斜口鉗當場應聲斷裂,只好再買一把硬度更高的老虎鉗,費了好大一番功夫才順利拔下鱷魚牙齒。」

透過同步輻射 X 光顯微鏡發現暴龍牙齒藏有「避震器」,保護牙齒不致斷裂。1:X光下的暴龍牙齒構造。2:暴龍牙齒外觀。 3:無避震結構的牙齒內部應力分布。4:有避震結構的牙齒內部應力分布。圖/王俊杰提供

牙齒的特殊結構,使得肉食恐龍成為頂尖獵食者,稱霸地表一億六千五百萬年。相較於人類咬合力約為 40 公斤、眼鏡凱門鱷咬合力約 1,000 公斤,以及咬合力可達 2,000 公斤、目前世上咬合力最大的動物—— 灣鱷,「暴龍的咬合力約 6,000 公斤,且拖行的獵物體重可能超過 1 公噸,但靠著微小的避震結構設計,便不致因巨大應力而造成牙齒斷裂,」王俊杰說。

遠古生物的活動型態一直是科學家亟欲解開的謎題,透過同步光源高解析度檢測技術,可以幫助我們了解古生物化石組織結構的細微差異,提供了一種嶄新的古生物分類與古生態研究檢測方法,而藉由恐龍胚胎化石中探測到的有機質殘留物,未來將可逐步解開更多遠古生物的奧祕。

——本文摘自《追光之旅:你所不知道的同步輻射》,2021 年 8 月,天下文化

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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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