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發現四腳蛇化石:蛇界的始祖鳥

旻妤
・2015/07/30 ・2902字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2016/11/18編按:有新的觀點認為這可能不是蛇的化石,而是伸龍(dolichosaur),一種水生蜥蜴的話時。相關文章歡迎參考國家地理的這一篇文章:轟動一時的「四腳蛇」可能只是恐龍時代的蜥蜴?

始祖鳥具有鋒利的牙齒、腳上三趾有彎爪、長的骨質尾巴,這些是恐龍的特徵,而牠也同時有羽毛、翅膀,和現代的鳥類相似,因此被認為是恐龍演化到鳥類的橋樑,後來也陸續發現有羽毛的恐龍化石,證實鳥類是從恐龍演化而來。

在爬蟲類演化的部分,現在科學家普遍接受蛇是從蜥蜴演化而來,但對於是陸生還是水生的蜥蜴一直以來有很大的爭議,各有理論支持。直到最近發表的這篇四腳蛇化石的研究,終於解開了一些謎團。

四腳蛇就是扮演了始祖鳥的角色。牠是在巴西發現的化石,約有1億2000萬年歷史,是第一個發現有四隻腳的蛇類化石。牠的體長只有20公分,前肢和後肢分別為4毫米與7毫米,因此乍看之下很難看出牠的四肢,但放大一看竟然還有五個指頭!

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Dave Martill/University of Portsmouth 圖片來源:Science news

蛇怎麼會有腳?是蜥蜴吧你不要騙我了

一般辨認蛇跟蜥蜴就是從有沒有腳來判斷,但其實有些較原始的蛇類也有前肢或後肢的殘留構造,也有蜥蜴是沒有四肢的。所以辨別蛇跟蜥蜴應該從以下幾點來判斷:

1.尾巴長度:蛇的尾巴很短,蜥蜴的尾巴很長。尾巴的算法是從泄殖腔開始,到身體最末端。

2.腹鱗:蛇的腹部鱗片特化成只有一片,蜥蜴的話會是很多片排列在一起。

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左:排灣腹鏈蛇的腹鱗,圖片來源:ng論壇 ;右:雪山草蜥的腹鱗(汪仁傑) 圖片來源:TaiBIF

3.眼瞼:蛇的眼瞼是整片的,所以他們不能眨眼,但大部分蜥蜴可以。

4.舌頭有無分叉:想必大家對蛇吐出舌頭的畫面很熟悉吧,蛇的舌頭都有明顯分叉,但是多數蜥蜴沒有喔~

5.有無外耳孔:蛇的外耳、中耳退化,沒有外耳孔,蜥蜴有。

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Dave Martill/University of Portsmouth 圖片來源:nature news

「雖然牠有四隻腳,但有其他的特徵清楚地顯示出牠是蛇。」——尼可拉斯・朗里奇(Nicholas Longrich),英國巴斯大學(University of Bath, UK)考古學家,同時也是這篇論文的共同作者如此說。

朗里奇說,化石的最前端,具有完整的骨頭,呈現一個緊緊纏繞的線圈形狀,看起來就像是個沒有四肢的身軀。除了迷你的四肢外,牠的頭骨大約是人類一個指甲的大小,脊椎有160個脊椎骨,尾部有112個脊椎骨。

四腳蛇的脊椎超過150節(蜥蜴的脊椎沒有這麼長),牙齒呈現尖的、有一點彎曲。另外牠具有橫越整個腹部寬度的鱗片(也就是「腹鱗」,蛇類為了在地上爬行特化出來的構造),這是爬蟲類有鱗目中只有蛇才有的特徵。

「這個生物無疑地是蛇。」耶魯大學(Yale University)的Bhart-Anjan Bhullar雖然沒有參與研究,但在看到化石之後就這麼說:「沒有一個其他的爬蟲類像牠一樣綜合了這些特性。」

「擁抱的蛇」

這個物種被命名為Tetrapodophis amplectus,屬名Tetrapodophis在希臘文中是四腳的蛇的意思,而種名amplectus來自拉丁文意為「擁抱」。

科學家更深入的觀察四腳蛇後發現,牠的四肢具有纖長的指頭,末端還有細小的爪子,因此推測牠的四肢不是用來爬行,也不是演化過程中剩餘的、沒有用的痕跡,比較有可能用來抓住獵物或是在交配時抓住配偶,這也是種名用了「擁抱」這個詞的原因。「牠是一隻擁抱的蛇。」朗里奇教授說。

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JULIUS T. CSTONYI 圖片來源:science news

這個化石已經出土數十年才開始被關注,起先是由研究團隊中的大衛・馬提爾(David Martill),英國普茨茅斯大學(the University of Portsmouth),在德國的Solnhofen博物館中發現。但朗里奇說,覆蓋在化石上面的石灰岩,還有化石呈現的褐至橘色,都指向巴西東北部的一個特定區域。不過這個化石是如何從巴西跑到德國的博物館中,卻是無人知曉。(其實那些科學家也不是很在意)

四腳蛇令科學家著迷的地方

四腳蛇的脊椎總共有272節,這已經超過科學家認為動物在開始失去四肢之前體長可以到達的極限的兩倍,這也是四腳蛇令人驚訝的地方。馬丁・科恩(Martin Cohn),美國佛羅里達大學(University of Florida, Gainesville)的演化發育生物學家說,這表示動物的四肢在演化中重新找到它的用途,而不是隨著身體延長而逐漸萎縮。在蛇類演化的模型裡,科學家一直認為是他們的身體先不斷變長,四肢才開始退化。但四腳蛇的發現顯然違背了這個假設,表示身體的延長和四肢的退化可能是獨立的兩件事情,科恩解釋。

科學家們普遍認為蛇是從蜥蜴演化而來,是因為發現的化石證據表示在骨骼構造上,蛇與蜥蜴很相近。有一派學者認為蛇是從「洞蜥」演化而來,這種蜥蜴生活在洞穴中,這能解釋為何蛇的聽力、視力都退化,身體也變成流線型。另一派學者則認為蛇是從滄龍(沒錯就是侏羅紀世界裡面最後出來撿尾刀的那隻)演化而來,後來才移居到陸地上生活。在這種假設下,外耳的退化是因為在水中沒有作用,透明的眼膜也是因為要在水中活動。有些化石的研究報告發現滄龍和蛇的骨骼結構相似,而且蛇的化石旁邊也出現和滄龍生活相同時期的沈積物。

四腳蛇大幅縮小的四肢、長長的身軀、短的口鼻部,都是適應爬行、鑽洞而在演化上保留下來的特徵;沒有利於游泳的扁平狀尾巴,而是圓柱狀,也沒有發現鰭的構造。因此科學家們推測四腳蛇是生活在洞穴中的陸地生物,蛇類並不像先前一些科學家認為的是由海洋生物演化而來,朗里奇表示。

加拿大阿爾伯塔大學(University of Alberta, Edmonton, Canada)的脊椎考古學家邁克爾・考德威爾(Michael Caldwell)表示,所有的脊椎生物,當然包括爬蟲類,都有一個小小的骨頭叫做「椎間體」(intercentrum),然而四腳蛇的脊椎骨中並沒有發現這個構造。四腳蛇的脊椎構造和在2億5000萬年前那次大滅絕(二疊紀大滅絕)絕種的兩生類有較高的相似度。「我覺得這個生物遠比研究團隊所說的令人興奮。」考德威爾說。不過四腳蛇應該不是最原始的蛇,因為可能還有很多在二疊紀大滅絕前的爬蟲類化石還沒被找到。

四腳蛇,一個擁有完整的蛇軀體,卻有四肢,像是當初填補恐龍演化到鳥缺失的那塊拼圖——始祖鳥一樣,補齊了科學家一直遍尋不著,蜥蜴演化到蛇的那個關鍵證據。

參考資料:

原始論文:

David M. M., Helmut T., and Nicholas R. L., 2015. Four-legged snake from the Early Cretaceous of Gondwana. Science, 349:416-419

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旻妤
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編輯實習生,就讀臺大森林系,輔修生化科技系。雖然念森林但非常討厭蟲,不過待在山上當野孩子的時光總是滿開心的。

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。
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