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【Gene思書齋】鳥羽之美:鳥為何有多彩多姿的羽毛?

Gene Ng_96
・2015/05/19 ・4028字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

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鳥類,在生物學上,其實就是一種爬蟲類,牠們的祖先就是恐龍。我們認識到的「恐龍」,嚴格來說,應該叫做「非鳥類恐龍」,而鳥類則是「鳥類恐龍」。我和朋友打賭,說賭輸了請他們吃恐龍肉,如果真賭輸了,用雞排就能應付了。

當初我念生命科學時,有朋友問我是因為當時最紅的桃莉羊嗎?我的答案是,不是,是因為看了科幻電影《侏羅紀公園》(Jurassic Park)的原著小說。曾身為醫生和科學家的科技驚悚小說之父麥可‧克萊頓( Michael Crichton,1942 -2008),在原著小說中加入了不少紮實的科學知識,讓我一賭生命科學的奧妙。

《侏羅紀公園》的小說和電影熱潮,甚至在學術界引起不少認真的討論。書中提到用蛙的基因體來改造成恐龍,現在看來是頗不實際的,因為鳥類的基因體和恐龍的才最相像,而且何必想要從琥珀的蚊子中抽取到恐龍的 DNA呢?那樣只會抽到一堆蚊子的 DNA,還不如用演化基因體學的方法來推估恐龍和鳥類基因體究竟可能差異在哪,再用基因工程改造鳥類。

雖然《侏羅紀公園》在當時很前衛,可是1993年的《侏羅紀公園》到2015年夏天將上映的《侏羅紀世界》,轉眼間又過了廿幾年。在這廿幾年間,科學家對恐龍的認識,又更上了層樓。其中,最具顛覆性的新認識,就是發現原來好些在《侏羅紀公園》中出現的恐龍,原來表皮不是像鱷魚或蜥蜴那樣光禿禿、滑溜溜的,而是像鳥類那樣長著光鮮亮麗的羽毛。

《侏羅紀公園》和《侏羅紀公園 2:失落的世界》中,動作迅速、伶俐而且異常殘暴的迅猛龍,身體應該要覆蓋者羽毛才對。不知如果當時電影中跳來跳去攻擊獵物的迅猛龍是全身毛絨絨的,會不會讓主角和觀眾們都很囧。

羽毛主要是由蛋白質組成的,當恐龍或鳥類死亡後,羽毛會被細菌或真菌分解,只有少數遠古的幸運兒,有機會成為化石後,還完整地保留羽毛,供後人欣賞。過去的廿年中,古生物學家們在中國新疆準噶爾盆地、內蒙古東南部和遼寧西部以及德國和俄國西伯利亞侏羅系地層中,在中國東北地區、蒙古戈壁地區、北美、南美以及非洲的白堊系地層中發現了大量帶羽毛的恐龍化石。這意味著具有毛狀衍生物和羽毛可能是獸腳類恐龍,甚至是大部分恐龍的普遍特徵。所以,真實的獸腳類恐龍如迅猛龍,搞不好應該都長成這些德性:

《侏羅紀公園》的系列電影和小說中出場的恐爪龍、嗜鳥龍、美頜龍、雙脊龍,其實身上也都帶有光鮮亮麗的羽毛。在《侏羅紀公園》裡頭,最接近鳥類的恐龍可能就是迅猛龍,而最接近鳥類的現生爬蟲動物是鱷魚。鳥類從恐龍演化而來的證據有骨骼解剖、行為和生理上的相似,這些相似處尤其來自馳龍科的恐爪龍、傷齒龍科的蜥鳥龍等等,除了羽毛之外,有化石證據顯示這些恐龍會利用胃石進行消化,這和一些草食性鳥類頗為相似;恐龍的骨骼也有氣腔,意味著恐龍可能像鳥類一樣是內溫動物;恐龍不僅也會築巢並育幼,牠們的蛋和鳥類的也很相似;恐龍的骨骼特徵顯示牠們的骨骼同樣生長迅速等等。有了這些證據,反而很難排除鳥類的祖先就是一種獸腳類恐龍的可能性。

可是無論如何,沒有任何一隻鳥長得像迅猛龍或鱷魚啊。那是因為在鳥類這一群動物裡頭,演化出太多新穎的特徵了!與其他陸生脊椎動物相比,鳥是一個擁有很多獨特生理和形態特點的動物。鳥身披羽毛,前肢演化成翅膀,具有堅硬的喙,其他特徵還有蠟膜、孵卵斑、距、尾脂腺、嗉囊。鳥的體型大小不一,最大的鴕鳥體高可達2.5公尺,而最小的吸蜜蜂鳥體長最小僅5公分。目前全世界為人所知的現存鳥類一共有一萬多種。

鳥繼承了恐龍的羽毛,從此外觀產生了很大的變化,大到沒人會把鳥當作爬蟲動物,雖然生物學上牠們是,也不會有人把鳥當作恐龍。恐龍變成鳥,也非沒有爭議,《羽的奇蹟》Feathers: The Evolution of a Natural Miracle)這本好書,讓我們去探索科學家們,是如何看待恐龍演化成鳥這回事。雖然獸腳類恐龍成鳥,算是學術的共識了,可是仍有一派BAND的學者,堅持「Birds Are Not Dinosaurs」XD

提出羽毛演化重要理論的科學家,耶魯大學的鳥類學家普魯姆(Richard Prum)曾在2013年訪台,計畫了許多賞鳥旅程,甚至為了一種稀有的鳥類到馬祖去賞鳥。一般上,要作科學研究,一定要懂英文,可是在鳥類的起源和羽毛演化這個領域,許多貢獻卓越者,卻有中文名字,例如在〈鳥羽之美:台灣版《羽的奇蹟》〉中提到的鍾正明院士,還有中國科學院古脊椎動物及古人類研究所的周忠和及徐星等等。

羽毛是最複雜的角質化皮膚衍生物,就因為複雜,所以羽毛有許多功能,《羽的奇蹟》這本好書將為你一一道來。羽毛不僅對鳥類有用,對人類來說,最大的功用之一就是保暖吧。就因為有羽毛,連天寒地凍的南極都有鳥的蹤跡,真是不折不扣的鳥地方啊。

台灣冬天,許多人愛穿輕盈的羽絨衣、蓋溫暖的羽絨被,《羽的奇蹟》帶我們去見識了羽毛工廠,和全球特殊的羽毛供應鏈。台灣也貢獻了不少羽毛到國際市場,其中決定羽毛供應的,是台灣人愛吃的薑母鴨、烤鴨、燒鴨和鵝肉哦XD

羽毛對鳥類而言,另一大用處還有保護牠們嬌嫩的皮膚。

就是有羽毛,讓蜂鷹能抵抗虎頭蜂的圍攻。日本戰國時期,有些武士的鎧甲也用上了羽毛。雖然羽毛只能提供一些保護力,不如鋼鐵堅硬,可是羽毛質輕,讓日本武士有更大的機動力,真動起手來不見得會輸給披上堅硬盔甲的戰士。

羽毛還有一大功能,是有助飛行:

鳥是怎麼翱翔上天的,學界仍議論紛紛,就像《羽的奇蹟》裡頭提到的,有人提出是爬到樹上滑翔下來的,也有人提出是從陸地上助跑飛上去的,都各有各的證據支持,在學界還未定案。

不過,恐龍演化出羽毛的用意,恐怕不是為了保暖,因為當時地球還很溫暖。也非飛行,因為早期長羽毛的恐龍還不會飛。恐龍長羽毛,很可能是為了把妹!就像現代鳥類一樣,長出千變萬化的羽毛來把妹。像孔雀的開屏,就是鳥界的一大盛事!

還有冠青鸞(Argus pheasant)這就分佈在東南亞的雉類,其羽毛上的圓點,還有漸層,彷彿像一顆顆立體的珠子鑲在羽毛上:

連長得不太可愛的鴕鳥,都會用羽毛跳舞把妹:

《羽的奇蹟》作者索爾・漢森(Thor Hanson)提到,他為了寫這本書,還到拉斯維加斯去看了歌舞秀,真是個好藉口啊XD

拉斯維加斯最受歡迎的歌舞秀「Jubilee!」舞者的舞姿,和以上鳥類求偶有沒有異曲工同之少呢?她們身上的舞衣,就是披上假真價實的鳥羽!羽毛,曾是歐美時尚界的聖品,是女仕衣物的基本裝飾品,有人作羽毛生意發了大財,可是也有人因羽毛退流行而家破人亡。《羽的奇蹟》為我們述說了這段有趣的歷史,例如南非曾經盛極一時的鴕鳥生意。連珍貴的鴕鳥羽毛,都曾讓西方列強反目呢!

提到鳥用羽毛把妹,就不能不提幾內亞的天堂鳥:

當地物產豐富到,這些鳥類實在吃飽太閒了,公鳥勤練舞藝,用身上亮麗的羽毛來把妹。

有朋友可能會好奇,為何鳥類會長出這麼多樣的羽毛來把妹,其他動物卻不是如此?這是個好問題,原因有很多,一樣羽毛夠複雜,能產生變化,不是我們哺乳動物簡單的毛髮能相提並論的。而且鳥類的視覺一般上來說頗好,有興趣可以參考這本好書《鳥的感官:當一隻鳥是什麼感覺?》Bird Sense: What It’s Like to Be a Bird?)(請參見〈鳥的超強感官〉)。所以訊號(羽毛)和感官(眼睛)對上了,就能變幻無窮。

鳥類優異的感官也不限於視覺啊,鳥的鳴唱也是遠近馳名的。鳥類不僅能用嘴歌唱,還能把羽毛當弦弓,以下影片介紹的就是《羽的奇蹟》提到的梅花翅嬌鶲:

能用羽毛發出樂音把妹的,還不只是梅花翅嬌鶲,還有蜂鳥:

以上例子說不定還僅是冰山一角而已。羽毛能帶給我們的驚喜恐怕還不止以上例子。

鳥類是充滿創意的動物,把羽毛用作多用途,能飛翔又能把妹,讓自己和人類能溫暖。可是我們人類也不遑多讓啊《羽的奇蹟》提到用毛鉤釣魚,我雖然沒試過,不過已經聽許許多多玩過的老美說,那是個很能讓人上癮的嗜好;中國人寫字用歷史悠久的毛筆,用的是獸毛,可是西方人用的,就是鋼筆的前身羽毛筆。看了《羽的奇蹟》的解說,才知道原來羽毛筆的製作也是門絕活,用羽毛筆寫好字,現在也能算是絕活了吧XD

《羽的奇蹟》把羽毛的身世和用途寫得興味盎然,不僅是鳥羽的傳記,也是人類的文化史。除了《羽的奇蹟》,祁偉廉先生的《鳥羽:台灣野鳥羽毛圖鑑》也值得大力推薦,這本圖鑑是一本集實用和藝術質賞價值於一身的好書。《鳥羽》全書蒐藏了42科108種、近3000枚取自台灣野鳥身體各部位的羽毛,以實物大小呈現。優雅地帶我們遨遊美麗的羽毛世界(請參見〈鳥羽之謎〉)。

本文原刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


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人類的遠古好兄弟:認識鯊魚的「適應性免疫系統」——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/23 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

你可能聽過這個說法:鯊魚不會得癌症。事實上,牠們的免疫系統接近完美,牠們幾乎不會得任何疾病,牠們的免疫系統在過去幾億年裡都沒多大變化。是不是很神奇?

可惜,這都是無稽之談。沒錯,鯊魚的免疫系統非常驚人,全身分布有許多有趣而且有效的抗菌和抗病毒分子,牠們患癌症的概率也的確比人們通常預計的更低,但是鯊魚仍然會患上各種疾病,包括腫瘤。除此之外,數百萬隻鯊魚每年死於愚蠢。不是牠們自己的愚蠢(就智力而言,鯊魚還行),而是人類的愚蠢,特別是那些認為鯊魚軟骨產品可以「提高免疫力」、抗發炎甚至抗癌的江湖郎中。那種認為「鯊魚有完美的免疫系統」的觀念是由那些想透過賣軟骨藥而大賺一筆的藥商推動的,這背後的研究也不可靠。真正的科學研究已經揭穿了這些騙人的鬼把戲,但是依然有人在獵殺鯊魚,依然把它們的骨骼碾碎,當成「神奇的藥方」。

所謂「鯊魚的免疫系統從未改變過」的說法也經不起推敲。根據化石證據,我們的確發現今天的鯊魚跟牠們幾億年前的祖先「看起來 」 沒什麼差別,顯然,這讓一些人認為,鯊魚在其他方面也沒有任何變化。但這裡有一個重要區別:鯊魚的體型解決的是在水中穿行的問題;鯊魚的免疫系統解決的則是對抗病原體的問題。水沒有發生演化,但是病原體卻一直在演化。想必你明白我的意思了。

模樣特別古老的皺腮鯊(Chlamydoselachus anguineus)。圖/WIKIPEDIA by Citron

鯊魚有適應性免疫系統,也有完整可辨認的 T 細胞、B 細胞、抗體,以及各種其他組成。鯊魚跟人類的適應性免疫系統有許多差異,畢竟,我們分開的時間已經很久了。不過,牠們在許多基本的細節上跟我們類似,我們可以自信地說,某種類似的適應性免疫系統在四億年前(我們分開的時候)就已經出現並且發揮功能了。

牠們選擇留在水裡,發育出可以替換的鋒利牙齒,追逐魚類,而我們(更準確地說,是那些不再是硬骨魚的我們)則爬到岸上,失去了鰓,發育出了四肢,又過了許多年,我們回到海裡,拍攝了多部關於鯊魚及其鋒利牙齒的驚悚電影。儘管如此,我們的免疫系統提醒我們,在不同的外表之下,鯊魚和我們其實是失散多年的兄弟

但是,讓我們沿著演化史再往回走一步,來到所有的脊椎動物分成兩類—有頜與無頜脊椎動物—的時間點。你也許沒聽說過還有無頜脊椎動物;老實說,這一類生物後來活得不太好,只有兩個科的動物避免了滅絕的厄運,活到了今天:七鰓鰻和盲鰻。這兩種動物長得都比較搞笑,牠們看起來像是努力要長成魚,但是好像不太合格,直到最近,人們一直都認為牠們並沒有適應性免疫系統

屬於無頷類的盲鰻,是韓國炒魚菜的原料。圖/WIKIPEDIA

也許牠們不需要:第一批有頜脊椎動物可能是掠食者,而掠食者往往會活得更久,後代更少,而且一般更注重質而不是量。同樣可以推斷,牠們在演化過程中對感染的抵抗力更強。鯊魚、人類、其他魚類以及所有有頜脊椎動物都有一個胸腺和脾臟,而且在各個物種裡無論是形狀還是功能看起來都比較類似,但是七鰓鰻和盲鰻就沒有。研究人員仔細檢查了無頜脊椎動物的基因組,發現牠們也沒有 T 細胞、B 細胞或者抗原受體的重組基因。但是問題在於,牠們實際上是有適應性免疫系統的—只是跟我們的不一樣而已。

這一點其實意義重大。我們以為我們的適應性免疫系統相當特殊,但是我們現在看到,適應性免疫系統在脊椎動物中似乎出現了兩次,而且是獨立演化出來的。

這也許是一種經典的趨同演化(convergent evolution):正如鳥類和蝙蝠各自以不同的方式演化出了翅膀,無頜脊椎動物使用一種和我們一樣的隨機重排機制,來增加抗原受體基因的多樣性,但是牠們使用的是跟我們這些有頜脊椎動物完全不同的一套基因,這種重排機制使用的是不同的酶,做著完全不同的事情。同樣地,牠們的淋巴球類型跟我們的也不一樣。不過,牠們的免疫系統看起來跟我們的一樣有效。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
156 篇文章 ・ 373 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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