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看進骨頭內恐龍胚胎學--《科學月刊》

科學月刊_96
・2015/09/24 ・3791字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

作者/黃大一(美國俄亥俄州立大學生藥學博士班,中興大學客座教授,曾任蘋果公司中文電腦研發顧問、中華玩石家地科協會創始人理事長、天龍科普國際基金會亞太總監)

對於本文的讀者來說,這篇文章可能有些另類,因為我不打算照著學術界的傳統論文方式,言必孔孟那樣硬梆梆、引用好多其它論文註解等等,反而是從科普的角度來著筆,加上自己的實戰經驗,一方面介紹我這些年來所著迷瘋狂的恐龍研究,另一方面也記錄些許個人的心路歷程,如果出現筆鋒帶著感情嘻笑怒罵的言詞,也只好敬請多多海涵我的臭屁,我的「陰謀/陽謀」其實很單純:如果能因而激發後浪超越前浪,那我的人生就很值得了。

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各種孵化階段的恐龍胚胎大腿骨中央橫切面。(作者提供)

「恐龍胚胎學」的建立

2013年4月11日,五個臺灣學者專家的恐龍胚胎論文被刊登於國際頂尖期刊Nature,又榮獲為當期封面論文,這是臺灣從未有過的紀錄,然而,這項成果的開端,必須回朔到十年前的偶然。2003年,玩石家地科協會到中國雲南舉辦「百戰天龍」活動,那時我在中央電視臺的採訪過程中,無意間撿到一個恐龍胚胎化石。

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這塊2003年無意間撿到的怪石頭,就是改變人們對於恐龍認知的「始作俑者」。 (作者提供)

後來在2009年初,這個化石被證明是世界最古老的恐龍胚胎化石。透過這樣的契機,「恐龍胚胎學」因而成為恐龍學範疇中的一個新領域。 我們能夠有幸首先創立「恐龍胚胎學」,透過以下所述「看進骨頭內」的研究方針,藉由各種先進的科研儀器設備和方法,我們將深入瞭解為什麼恐龍胚胎發育過程會如此快速?恐龍為什麼會長那麼大?部分問題的答案,已經在2013年的Nature封面論文內敘述,而目前我們正在進行幾個很有趣的課題,以充實「恐龍胚胎學」的內涵。

在研究世界最古老的恐龍胚胎過程中,「看進骨頭內」是我與國際兩岸聯合團隊,考量臺灣過去沒有好好培養古生物學專家,而不得不「異想天開」所提出來給臺灣科研界的一條新路,為臺灣學者們打開了一個新思維領域。臺灣從光復以來未曾培養過古生物學者,以我個人來說,在視蒼蒼髮茫茫而齒牙動搖的年紀,想要重頭去學習古生物學已經太晚了。

所以,我乾脆放棄傳統古生物學那種「看骨頭外表(系統型態描述)」的作法,把這些看骨頭外面的事項,交給團隊裡諸多世界頂尖的科班古生物學者,他們才是訓練有素的學者專家,在這方面,我還沒進幼稚園呢!雖然如此,臺灣學者們也不能妄自菲薄,透過我這個「看進骨頭內」的思維,我們來探看恐龍骨頭裡面到底是怎麼回事?

皇天不負苦心人,我們還是能在全球古生物界,做出領先傲人的成果來。我們團隊所發表的Nature封面論文,就是五位臺灣學者專家以「看進骨頭內」的方式所完成。這五位專家沒有一位是科班的古生物學者,甚至有好幾位剛開始的時候,老是搞不清楚「古生物學」和「考古學」的差異,經常考古來考古去,鬧了不少笑話。

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五個臺灣學者專家的恐龍胚胎論文被刊登於Nature期刊,又同時榮獲為封面論文,是台灣從未有過的紀錄。

恐龍胚胎的福與禍

從恐龍學的角度來說,平均每個禮拜都會有新的恐龍被發現,而科幻電影如《侏羅紀世界》等,長期以來對於普羅大眾的灌輸,使得恐龍議題一直維持在相當高的熱度,從來沒有其它的古生物(如三葉蟲、菊石等)能有此榮幸。但是,在這麼多的科學論文和普羅新聞當中,有關於恐龍胚胎的,相當稀少,而且如果有的話,絕大部份都是中晚白堊紀的恐龍胚胎,年齡才七、八千萬年的「晚輩」!我們這個是1.95億年前、最早期恐龍的胚胎。

再者,過去所發現的恐龍胚胎,「死相」都太漂亮了,完整或幾乎完整的恐龍胚胎捲曲在恐龍蛋裡面,漂亮得很。可是從另一個角度來說,如此的樣本,同時兼具「福」與「禍」,「福」是這麼可愛罕見,「禍」呢?因為太完整漂亮,斷絕了進行深入骨頭內研究的路,誰會讓你我拔出某根骨頭來切割,看到骨頭裡面去?於是,只能做到傳統古生物學的型態描述。進一步想,完整絞合的恐龍胚胎樣本所提供的資訊,只是該孵化中恐龍蛋被掩埋的那個剎那,在剎那之前和之後的恐龍胚胎發育,完全無法提供任何資訊,所以這些「死相」完美的恐龍胚胎樣本,一方面是福氣,同時也是詛咒。

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這些零散的骨頭樣本,提供了我們絕對的機會,讓我們進行「看進骨頭內」。(作者提供)

相對的,在我所發現的恐龍胚胎地點,除了上一段提到的那顆怪石頭有比較完整的樣本之外,我們還撿拾到很多非絞合(Disarticulate)的零散骨頭,從完整度來 說,可說是完全沒有漂亮完整的「死相」。但是從另外的角度來說,這個「禍」才是真正的「福」,因為它們提供了比完整恐龍胚胎更多的資訊,如透過測量股骨的 長度和直徑,我們分析出在這個採集點的恐龍胚胎,至少有三個不同孵化的階段,有可能是來自三個恐龍蛋的窩,或該地點曾經有三次淹水事件。

相對於其它完整絞合的恐龍胚胎樣本只能提供孵化過程中某瞬間的狀態,我們的材料讓我們研究恐龍胚胎的某一段期間,有如片段的視訊,而非單獨一張拍立得照片。又因為這些數量 不少的胚胎骨頭都是零散的,我們可以選擇某些來「犧牲」,做成切片,藉由各種先進的科研設備儀器,仔細觀察其內部構造,進行「看進骨頭內」的研究,揭開更 多恐龍寶貝的奧祕。

從小骨頭看見大世界

透過這些毫不起眼的零散骨頭,提供一個絕無僅有的好機會,讓我們建立恐龍胚胎學,利用同一物種的恐龍胚胎化石來研究,探討(至少在此物種的範疇)恐龍胚胎的孵化發育成長過程。這種機緣,是那些完美死相恐龍胚胎化石所無法提供的。我們認為恐龍胚胎學,至少囊括「化石生物學(PaleoBiology)」、「化石生理學(PaleoPhysiology)」、「化石化學(PaleoChemistry)」等三個主要學科領域。

深入研究恐龍胚胎學,可以提供或解答很多恐龍的奧祕,比方說,祿豐龍在牠的時代,是地球上體型最大的動物,體長達12公尺!這個世界最古老的祿豐龍胚胎,我估計孵化出來的時候,大約只有20公分,那麼,牠們如何快速成長到12公尺這麼大?早期侏羅紀原蜥腳類至中晚期侏羅紀的後代蜥腳類恐龍,如梁龍、馬門溪龍、泰坦龍等等吃素的龐然怪獸,體長可達五、六十公尺,體重上百公噸,牠們是地球從古到今最大的動物,如此龐大現象(Gigantism),到底怎麼一回事?

說來我們臺灣有點悲哀,光復以後,為了求溫飽,好多基礎科學被忽略了,沒有培養古生物學者。從我個人的角度來說,這剛好是「福」與「禍」攪和在一起。在這項重大發現的研究中,因為我本身沒有古生物的專業訓練,在臺灣也找不到適當的人選幫忙,只好另外打開一條路,以「看進骨頭內」來帶著臺灣的其它學者參與這項研究,我們從上述的諸多骨頭,透過必須使用極端破壞性的幾種同步輻射設備,觀測到一些很有趣的恐龍胚胎化石內涵:如圖四,將直徑只有0.846釐米的大洼祿豐龍胚胎肋骨,切磨成15微米的薄片,並用國家同步輻射的穿透式X光顯微掃描後,把諸多的單格掃描組合成右方的馬賽克,可以看到以前從未有人看過的資訊,提供很有用的胚胎發育骨頭成長訊息。

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左為大洼祿豐龍胚胎肋骨剖面,利用同步輻射穿透式X光顯微鏡掃描後,可看到胚胎發育階段中小肋骨內的結構(右)。左方照片內的綠色框標示掃描區域為寬0.16釐米,長0.846釐米。(作者提供)

在國家同步輻射研究中心,我們也利用同步輻射傅立葉快速轉換紅外光譜顯微鏡(Synchrotron Radiation FTIR Microscopy),掃描這些快兩億年前的恐龍胚胎股骨切片,在骨質和諸多原始管狀空間(Primary Tubular Cavity)交界處,看到了有機殘留物的波峰。但當時我們在論文中也僅保守地說,我們找到了保存有機殘留物的證據。

發現有機物

近日的後續分析,我們終於可說這些有機殘留物,就是第一種膠原蛋白(Collagen I)與其分解物。對於提出「看進骨頭內」的我來說,這個結果證明了我的引導思維沒錯,我們團隊走在正確的道路上。

有趣的是,我們原本投遞到Nature論文的題目,被期刊主編做了修改,新的標題總共有兩行,其中第二行:「帶著保存有機殘留物的證據(with evidence of preserved organic remains)」特別強調在這些快兩億年前的胚胎化石內,還保存著原本胚胎骨頭內的有機物,這不就是給我們臺灣團隊最大的肯定嗎?更也是「看進骨頭內」的一個有力支撐,同時也給傳統型態描述的古生物學,打開了另外一扇門,通往另外一個更高更寬廣的新古生物學範疇。

一般來說,通常認為化石是古代的生物已經變「化」成「石」頭,石頭是無機的礦物,因此在化石裡面,不應該或說不可能還保存著有機物,我們的成果,除了提出這是化石內保存有機物的最古老證據之外,更徹底推翻了這個「化石裡面不可能保存著有機物」的錯誤認知,這是一個抽地毯式的影響。

200〈本文選自《科學月刊》2015年9月號〉

延伸閱讀:
有恐龍的血就能重現恐龍?
與古人類學大師的初次相遇─肯亞李奇會館

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科學月刊_96
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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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為什麼恐龍可以長得這~麼大,這合理嗎?牠們的食量又會有多驚人?──《 誰讓恐龍有了羽毛? 》
臉譜出版_96
・2022/08/18 ・4023字 ・閱讀時間約 8 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

古生物學的意義是?一窺打破規則的物種!

經常有人問我「到底為什麼要學古生物學?」我通常會碎念一些關於生命起源和演化的事,以及對生命歷史和地球環境這類更廣泛的文化理解。

然而,一個關鍵原因是有些古老生物打破了所有規則。

生物學家說,大象的體形是陸地動物中的極限,再長太多肉反而會把自己壓垮,或是在氣候變遷時餓死。

Elephant, Trunk, Tusks, Forest, Jungle, Pachyderm
既然大象是體型的極限,那恐龍究竟是如何生存下來的?。圖/pixabay

然而,恐龍,尤其是蜥腳類這群恐龍,就成了一個絕佳的例子,說明不可能的事情如何成真——我們不能說在侏羅紀時代的重力比較小,或是牠們一輩子都待在水裡(儘管有些瘋子真的提出這些主張)。

那麼,到底要如何解釋這些大到令人難以置信的巨大蜥腳類的存在?

這個馬丁.桑德當初產生的疑問,在今日許多古生物學家的共同努力下已經得到解答。

他有一個了不起的想法,而且他為一項二〇〇四~二〇一五年的長期研究計畫,募集到五百萬歐元的資金,這可能是每個學童都夢寐以求的計畫——他的計畫名稱是「蜥腳類恐龍的生物學:巨獸的演化」(Biology of the sauropod dinosaurs: the evolution of gigantism)。

桑德招募了二十多名研究人員,不僅有古生物學家,還包括營養專家、植物學家和動物園管理員。他想要一勞永逸地解決蜥臀類恐龍之所以如此龐大的原因。

古生物學家盯上體型最巨大的恐龍:高胸腕龍

他心中早就鎖定最大的恐龍,即在坦尚尼亞、東非和美國中西部晚侏羅世地層中的腕龍(下圖)。牠的骨架相當驚人,有 26 公尺長,相當於兩輛從頭量到尾的普通馬車,牠的頭拔地而起,有 9 公尺高,相當於是 3 層樓的高度。

圖/臉譜出版

與其他蜥臀類恐龍不同的是,腕龍有超長的前腿,會將身體的前半部分墊高,有點像是長頸鹿,頸部的椎骨顯示頸部的自然位置大約呈 45 度角,這與梁龍和圓頂龍等其他蜥臀類恐龍不同,牠們的頸部是保持水平的。

所以,桑德的研究重點是弄清楚這些 40~50 公噸重的巨獸是如何運作的。

如果用大象的食量來推估,恐龍需要吃下多少東西?

二〇一一年,我前去波昂參加了其中一場國際聯合會,聽到讓我很感興趣的報告,其中有一個是人體生理實驗,一群美國教授招募學生進行一系列奇怪的飲食計畫,比方說一個月只吃漢堡或萵苣(這類實驗在今天可能不會獲得允許),還有一個是負責測量大象和其他野獸攝食和排泄的動物園管理員。

動物園管理員報告,大象每天必須吃掉多達 270 公斤的草料。

正如桑德所點出的,若蜥腳類恐龍的生理機能與現代大象相同,牠們對食物的需求將會是現代大象的 10 倍,即 2.7 公噸。

人類只需要一個大盤子,就可以解決一餐,那麼恐龍呢?圖/Pixabay

那是一堆和客車一樣大的樹葉。此外,動物園飼養員注意到,他們的大象每天將這 270 公斤的植物性食物變成 70 公斤的糞便——那可以裝滿幾十輛手推車。

桑德想知道中生代的蜥腳類恐龍會食用哪些植物,以及蜥腳類的生理與大象有何不同。當然,牠們的骨組織學已經顯示出牠們是溫血動物,但這類恐龍的體形巨大,足足有 50 公噸左右,若是牠們的攝食率跟大象一樣,攝取的食物可能還不夠填滿牠們超長的脖子。

破解恐龍「長得大,卻吃得少」的秘密!

因此,他將我們對恐龍,特別是蜥腳類恐龍的認識彙整起來,畫出一張認識牠們生長祕密的概述——這張圖顯示出蜥腳類這種有史以來最大的動物究竟是如何達成這項不可能的任務。

集種種特徵於一身!蜥腳類恐龍為甚麼可以長得這麼大?圖/臉譜出版

這是透過一套組合達成的:生下許多後代、小型蛋、沒有親代照顧;頭小、不咀嚼、類似鳥的肺——這在吸收氧氣上比爬行類和哺乳類更有效率。這些特徵讓蜥腳類恐龍能夠以最少的食物攝取量長成巨大的體形——食量可能與大象差不多,甚至更少,但體形大出十倍。

牠們藉由龐大的身軀來穩定體溫,而不如大象和人類那樣,透過大量進食和一套複雜的內部加熱系統。牠們產下小型的蛋後就一走了之,不像大象和人類會投入大量時間和精力照顧一兩個嬰兒,耗盡母親的儲備食物。

桑德的網狀圖非常有說服力地解釋了這一切——這就是蜥腳類之所以能擺脫大象以及哺乳類體形限制的原因。

除了大恐龍,也有「侏儒」恐龍

在恐龍的世界裡,不僅有三層樓高的腕龍,也有小到可以當寵物的小型恐龍。圖/wikipedia

既然都達到這樣巨大的體形,為什麼後來恐龍又變小了?

獸腳類中的手盜龍這一分支的體形變得愈來愈小,並長出長臂來適應樹棲以及最終的飛行模式(見《 誰讓恐龍有了羽毛? 》第四章和第八章)。牠們在樹上跳來跳去的新生活方式可以解釋為何恐龍會轉變成小體形。

在各地,有一些恐龍因為生活在島嶼上而體形變得很小。最著名的是特蘭西瓦尼亞(Transylvania)的侏儒恐龍——這地名聽起來像是電影裡才有的地方,但在現實生活中真有其地。

這些侏儒恐龍確實生活在過去羅馬尼亞人稱為特蘭西瓦尼亞的這個角落,牠們最初是由法蘭茲.諾普薩男爵(Baron Franz Nopcsa)所描述的,他是當時(十九世紀末)奧匈帝國一位落魄的貴族。

特蘭西瓦尼亞(Transylvania)這種侏儒恐龍,最初是由法蘭茲.諾普薩男爵(Baron Franz Nopcsa)所描述的。圖/臉譜出版

我第一次前去羅馬尼亞研究是在一九九三年,就在這個國家以武力抗爭推翻了親蘇政府的四年後——我看到布加勒斯特大學的一些建築物上的彈孔。

Discovery 頻道當時很想拍攝關於諾普薩的節目,主要是因為他的人生相當豐富——他不僅是一位貴族,還是一名同性戀,帶著他忠實的祕書兼情人巴哈茲德.多達(Bajazid Doda)一起遊歷歐洲。

諾普薩會說多種語言,並在英國、法國和德國的研討會上談論他的恐龍研究,但是得出售他的化石收藏,才有辦法維持財務。

他在一次世界大戰期擔任雙面間諜,遊走在奧匈帝國和英國之間,還與阿爾巴尼亞的游擊隊合作,並自願擔任阿爾巴尼亞的國王。最終,在貧困和絕望中,他在一九三三年舉槍射殺了多達和他自己。

這樣的人生對一部三十分鐘的影片來說綽綽有餘,但是我還是堅持認為我們需要加入一些科學,而且侏儒恐龍確實具有重要的生物學意義。

諾普薩是第一個提到特蘭西瓦尼亞恐龍是侏儒的人,那是在一九一二年於維也納召開的一次會議上。他觀察到特蘭西瓦尼亞恐龍的體長很少超過四公尺,而當中最大的蜥臀類恐龍,後來命名為馬扎爾龍(Magyarosaurus dacus),體長僅有六公尺,但牠們在其他地方的親戚物種都有十五~二十公尺長。

圖/臉譜出版
圖/臉譜出版

尋找恐龍「侏儒化」的原因

在發表論文後的討論中,奧地利傑出的古生物學家奧特尼奧.阿貝爾(Othenio Abel)也同意他的看法,並表示這種現象與冰河時代生活在地中海島嶼上的大象、河馬和鹿的侏儒化(dwarfing)類似。

就這樣,諾普薩和阿貝爾兩人搞定了這件事。有許多演化論點來解釋這種現象,但很明顯地主要是因為島嶼所能夠支持的物種較少,與大陸生態系相比,要精簡許多。

因此,隨著物種數量、食物和活動範圍的減少,動物會發展出適應這類環境的體形、飲食和習慣,所以大型動物必須變得更小。

在晚近的一百萬年間,在馬耳他、西西里島和薩丁島等地中海島嶼上的侏儒象,其肩高只有五十公分到一公尺,而今天的成年大象的肩高可達到四~五公尺。

顯然,大象、河馬和其他非洲哺乳類必定是在地中海海平面比今天低很多的時候過海來到這些島嶼,因為那時的海水還冰封在巨大的北方冰帽中。

特蘭西瓦尼亞的侏儒化恐龍生活在哈采格(Haţeg)島上,這座島的長度在一百~兩百公里之間,是晚白堊世的幾座大島之一,當時海平面非常高,淹沒了歐洲南部大部分的地區。

歐洲在白堊紀晚期的海平面非常的高。圖/臉譜出版

針對蜥腳類的馬扎爾龍(Magyarosaurus)和鳥腳類的沼澤龍(Telmatosaurus)和查摩西斯龍(Zalmoxes)這三種侏儒化恐龍的骨骼進行組織學研究,發現牠們都處於成年,而不是幼年。但牠們的體長僅有那些牠們生活在歐洲和北美大陸近親的三分之一到二分之一。

牠們不僅體形縮小,而且不知何故似乎是較為「原始的」恐龍,比在大陸上親緣關係最近的種類要原始個兩三千萬年。據推測,牠們的祖先已經在沿海地帶定居,隨著海平面上升而切斷各族群間的聯繫。

然後,當牠們在大陸地區的近親繼續演化之際,島嶼型的恐龍在複雜度較低的生態系中繼續過著一樣的生活,可能也沒有遭受到同樣的競爭壓力。

因此,除了這些罕見的島嶼型恐龍外,大多數恐龍在演化過程中都變得愈來愈大。有趣的是,恐龍表現出與哺乳類相同的適應能力,當小體形具有演化優勢時,牠們可能會變小。

——本文摘自《誰讓恐龍有了羽毛? 》,2022 年 7 月,臉譜出版

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臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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這是真的嗎?傳說級的暴龍之血,引起古生物學家的學術攻防戰!──《 誰讓恐龍有了羽毛? 》
臉譜出版_96
・2022/08/17 ・4514字 ・閱讀時間約 9 分鐘

流傳了六千萬年的血液!找到疑似暴龍的血管和細胞

體認到 DNA 不能持續存在個幾千年,讓大家失望不已。也因此,所有那些聲稱找到數百萬年前昆蟲、植物和細菌 DNA 的投稿文章,最後全都被學術期刊拒絕。

千萬年下來,DNA 幾乎無法保存良好,使得古生物學家難以藉此完全破解恐龍的秘密。圖/Pixabay

然而,要是恐龍化石中存在有其他種類的蛋白質呢?好比說骨骼中特定的蛋白質?一九九七年發表了一篇發現恐龍血跡的文章,又為大家帶來新希望。

由瑪麗.史懷哲(Mary Schweitzer)領導的蒙大拿州立大學(Montana State University)的研究團隊表示,他們已經從保存完好的暴龍骨骼中抽取出蛋白質和血液化合物。

若真是如此,這將使我們對恐龍的生理學有更進一步的認識——它們的血紅蛋白結構可能會提供攜氧能力的線索,解決恐龍是否為溫血動物的爭議。

瑪麗.史懷哲因為受到一具保存異常完好的暴龍骨架所啟發,而展開她尋找古代蛋白質的探尋。「就某些方面來看,它幾乎與現代骨骼相同,並沒有受到礦物質的填充,」她說。

外面一層緻密的骨層似乎阻止了水分進入,所以內部的骨骼看來和新鮮的一樣。史懷哲鑑定出這些內部區域的蛋白質和可能的 DNA。她這樣描述當時的興奮之情:

實驗室裡充滿了驚奇的低語聲,因為我注意到血管內有一些我們以前從未注意到的東西:微小的圓形物體,呈半透明的紅色,中間則是黑色的。

然後一位同事過來看了看,大喊道:「你找到紅血球。你找到紅血球了!這看起來就跟一塊現代骨骼一樣。

但是,當然,我無法相信。我問實驗室的技術員:「這骨骼畢竟有六千五百萬年的歷史。紅血球怎麼可能保存那麼久?」

瑪麗.史懷哲的研究團隊可能在暴龍的骨骼中,找到了牠們的血管以及細胞。圖/Science

然後我們對這根可能含有紅血球的骨骼進行測試。骨骼中似乎確實含有血紅素,這是血液中的血紅蛋白分子上負責攜帶氧氣的那部分。

血紅素呈紅色,這也是血液呈紅色的原因,因為這當中富含鐵,在與氧氣結合時就會呈現紅色,這有點類似鐵生鏽時會出現顏色變化的原理。

質疑:這些是恐龍本身的組織,還是外來汙染?

然而,許多其他科學家質疑這些報告,並認為骨骼中富含鐵的痕跡與血液或血液製品無關,可能只是這動物在遭到掩埋很長時間後進入骨骼的鐵質。

在受到許多評論——有些公平,有些可能不公平——後,瑪麗.史懷哲和她的團隊在二〇〇五年又在《科學》雜誌上發表了一篇後續文章,題為「暴龍的軟組織血管和細胞保存」(Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurus rex)。

她的團隊溶解掉一些四肢部位堅硬骨骼的磷酸鈣,留下了由狹窄的血管組成的殘留物,其中包含可以擠出的圓形物體。

從圖 A 中可以發現,脫礦的骨骼基質具有彈性,在箭頭處,拉伸後仍然可以恢復,而在圖 C 箭頭處可以看到纖維狀的特徵。圖/Science

脫礦後的骨骼基質是纖維狀的,並保留了一些原始彈性——在一根將近有七千萬年的化石上,這是非常驚人的。

在後來針對相同材料的研究中,史懷哲和她的同事進行了一系列生化測試,試圖證明這些彈性纖維線是由膠原蛋白組成,就像在原始骨骼中那樣。

骨骼通常由兩種主要材料組成:磷灰石礦化針,這是一種磷酸鈣,會嵌入在纖維性的膠原蛋白中。正是這種彈性蛋白質和硬礦物質的結合,賦予活體骨骼有趣的特性,讓骨骼能夠彎曲(在某個角度範圍內),但彎太大還是會脆裂折斷。

在沒有磷灰石晶體的地方,膠原蛋白形成軟骨,這種柔軟的材料讓我們的耳朵和鼻子變硬,也是鯊魚骨骼的主要成分。

不久之後,在二〇〇八年,托馬斯.凱耶(Thomas Kaye)及其同僚將重新解釋所有這些化石發現,指出這全是人為因素所造成的。他們說,這個疑似血管的構造可能是細菌膜,而所謂的紅血球只是黃鐵礦晶體,是一種硫化鐵礦物。

反轉、反轉再反轉,究竟誰比較靠近真相?

瑪麗.史懷哲對這些批評並不買單,到了二〇一五年,她的研究似乎得到了另一個研究團隊的證實,他們表示從八塊白堊紀時代的恐龍骨骼中取得膠原蛋白和紅血球。

然而,到了二〇一七年,又有一篇文章發表,曼徹斯特的麥克.巴克萊(Michael Buckley)及其同事顯示,這些暴龍的膠原蛋白主要是由實驗室汙染物、土壤細菌以及鳥類血紅蛋白和膠原蛋白所組成的。

他們特別指出,那個所謂的恐龍蛋白質與現代鴕鳥的序列相吻合——這是很容易出錯的地方,若是在分析化石材料的實驗室中,也處理這些現代生物的樣本,就會出現這樣的錯誤。

然後,情況變得比較明朗。在二〇一八年的一篇論文中,耶魯大學的博士生亞斯米娜.偉曼恩(Jasmina Wiemann)帶領的一個小組再次研究了那些去除所有礦物質後的化石骨骼中的血管和其他褐色物質。

她進行了一連串複雜的測試,發現這些血管和組織都是真的,但其組成已經不是最初的蛋白質,可能只有膠原蛋白還保持原樣。

其他的成分都已腐爛,轉變成另一種形式,稱為N-雜環聚合物(N-heterocyclic polymers)——所以事實上,瑪麗.史懷哲是對的,她發現的確實是血管、皮膚細胞和神經末梢的一部分,只是在化石化的過程中,蛋白質發生本質上的轉變。

原始的膠原蛋白有可能被保存下來,但處理時必須格外小心,確保它沒有受到汙染。在一九九二年,荷蘭研究人員傑哈德.麥瑟(Gerard Muyzer)從兩隻白堊紀恐龍的骨骼中找到另一種骨蛋白,稱為骨鈣素(osteocalcin)。

有可能是骨鈣素(osteocalcin)讓恐龍骨頭組織可以逃離腐化的命運。圖/Wikipedia

骨鈣素存在於所有脊椎動物的骨骼中,其作用類似於荷爾蒙,可以刺激骨骼修復以及其他生理功能。骨鈣素是一種堅韌的蛋白質,可以非常牢固地與骨礦物質結合,正是因為如此,似乎可以逃過腐化的命運。

它也是一種相對較小的蛋白質,由大約五十個胺基酸組成。在二〇〇二年,曾經為一隻五萬五千年前的野牛化石的骨鈣素分子進行完整定序。也許有一天,我們也可以幫恐龍的骨鈣素定序。

雌、雄恐龍長得到底一不一樣?

長久以來古生物學家一直認為,恐龍具有雌雄二形性,也就是兩性的外觀不同,至少有些種類是如此,就如同之前在第四章中看到的。

在過去,有人曾認為晚白堊世長角的角龍類和長冠的鴨龍類這些植食性動物是如此,牠們的骨架組成大同小異,只是頭上頂著的冠或角不同。

但若根據這種說法,奇怪的案例就出現了:所有的雄性會在一個時期都生活在一個地方,而所有的雌性,也就是頭骨稍微有些差異的個體,則碰巧在另一個時期生活在另一個地方。

這個例子讓假設完全無法成立!

然而,近來恐龍的雌雄二型性再度成為焦點,因為現在我們可以辨識一些羽毛顏色和圖案細節。

有許多動物的雄性、雌性具有非常迥異的外表,恐龍是否也有類似的現象?圖/Wikipedia

現在普遍認為,許多恐龍的羽毛可能是用於展示,而條紋和頭冠則暗示著雄性在交配前的求偶展示,就跟多數鳥類一樣,而這正是性擇在恐龍演化中扮演的關鍵作用,如之前在第四章所提到的。

髓質骨,也許是破解恐龍性別的關鍵!

最棒的是,我們或許能夠根據這些明確的證據來辨別某些恐龍的性別。

大多數的雌鳥都長有一種特殊的骨骼叫做髓質骨(medullary bone),這是一種填充髓腔的海綿狀骨骼,會出現在某些肢體骨骼的核心。

在現代鳥類中,最初是一九三四年在鴿子身上注意到,然後在麻雀、鴨子和雞的骨架中也有觀察到。鳥的身體可以很快生成髓質骨,也可以很快地將其拆解回收,算是一種鈣質的儲藏庫,在需要形成蛋殼時可以快速釋出原料。

後來的研究發現,所有的現代鳥類都是如此。

生理實驗顯示,在雌鳥開始產卵時,髓質骨會在整套骨架的許多骨骼核心累積,然後隨著鈣進入發育中的蛋殼而減少。髓質骨的發育和轉移會隨著季節而出現週期性的變化,主要是受到雌激素(Oestrogen)和其他與繁殖週期相關的荷爾蒙所控制。

二〇〇五年,瑪麗.史懷哲首次在現代鳥類之外的暴龍身上發現髓質骨。從那時起,也陸續在其他獸腳類恐龍和鳥臀目中的腱龍(見隔頁)和難捕龍(Dysalotosaurus),以及已滅絕的孔子鳥和企鵝(Pinguinis)中發現。

由位於開普敦的南非博物館的阿努蘇亞.欽薩米-圖蘭(Anusuya Chinsamy-Turan)及其同僚所發表的一篇關於孔子鳥的研究特別有說服力,因為他們證明鑑定出髓質骨的化石都是雌性標本(參見下圖)。

白色箭頭處,即為雌孔子鳥的髓骨。圖/臉譜出版

在中國博物館蒐集到的數千個烏鴉大小的孔子鳥標本中,已經確定出雌雄兩性的形態。

有一個非常經典的標本是在同一塊石板上同時有雄鳥雌鳥——推測是雄鳥的那隻,長有旗桿般的長尾羽,而假設是雌鳥的那隻則沒有。

因此,就跟現代鳥類一樣,雄性長有荒謬的裝飾品,以便向較為敏感但外表單調的雌性炫耀,試圖展現牠強韌的特性,暗示牠將會是一個好父親。

欽薩米-圖蘭及其同僚在一個顯微切片中發現了位於內腔的髓質骨,其海綿狀的骨組織與一般較為規則和緻密的骨骼完全不同。髓質骨只有在雌性身上發現,從來沒有在雄性身上發現——雖然也不是所有的雌性都有,因為牠們死時並非都處於繁殖季。

不過,在其他例子中對於髓質骨的功能則還有爭議,比方說有研究指出在暴龍和異特龍等大型恐龍身上也有發現髓質骨。他們提出另一種解釋,認為些大型恐龍中之所以有海綿骨,可能與生長突增(growth spurt)有關。

有些體形較大的恐龍,生長速度非常快,幾個月內,體重可增加數百公斤,因此會需要快速取得和調動鈣質,我們將在第六章談這類恐龍。

在現生鳥類,甚至是化石鳥類中,髓質骨的存在是為了繁殖,這一點毋庸置疑,但只有在小型恐龍身上發現這類骨骼,也許是因為產卵對牠們來說是一項巨大工程,就像對今天的鳥類一樣。

從這一對孔子鳥的化石可以看見明顯的雌雄二型性。圖/臉譜出版

深入研究恐龍骨骼,認識牠們的生理機能和交配行為是一回事,但我們到底能不能一如本章開頭的主題所問的,設計出一隻活生生的恐龍呢?

——本文摘自《誰讓恐龍有了羽毛? 》,2022 年 7 月,臉譜出版

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