生命科學

琥珀裡藏著誰的尾巴?

緬甸北部地層中發現的一塊琥珀,完好封存了一段謎樣的帶羽尾巴。科學家努力找出「受害」動物的真實身分,也意外揭開羽毛演化史。

撰文/徐星

生命科學

琥珀裡藏著誰的尾巴?

緬甸北部地層中發現的一塊琥珀,完好封存了一段謎樣的帶羽尾巴。科學家努力找出「受害」動物的真實身分,也意外揭開羽毛演化史。

撰文/徐星


有什麼方法能夠讓恐龍復活?看過電影「侏羅紀公園」的人應該都還記得,那座小島上活躍的恐龍源自一塊非常不起眼的琥珀:中生代時期的一隻蚊子吸取了恐龍血液,然後不幸葬身琥珀之中;億萬年後,這塊琥珀被人發現,恐龍血液因此重現世人眼前,其中保存的DNA也成為日後恐龍復活的藍圖。


找出保存有恐龍血液的琥珀,於是成了廣大恐龍迷的夢想。沒有想到,這個看似遙不可及的夢想居然在去年底實現了:一塊在緬甸北部地層中深藏近一億年的化石重見天日,它不但保存了恐龍身體的一部份──類似乾屍的恐龍尾巴,甚至還保有恐龍的血液成份。


當北京中國地質大學的邢立達首次向我展示這塊琥珀的時候,我簡直不敢相信自己的眼睛所見。在燈光照耀下,琥珀中保存的一段毛茸茸的尾巴就像來自活生生的小動物;在尾巴的周圍,有氣泡,有碎屑,還有幾隻栩栩如生的昆蟲。


難纏的尾巴


這段尾巴是來自一頭非鳥類恐龍(non-avian dinosaur)嗎?「非鳥類恐龍」這個名詞聽起來好像有些彆扭,其實指的就是傳統定義上的恐龍。在恐龍大家族中,除了我們慣稱的恐龍,還包括鳥類(參見58頁〈鳥,不為飛行而生的恐龍〉)。想要知道這段尾巴到底來自非鳥類恐龍還是鳥類,最直接的方法就是觀察這段尾巴的骨骼形態。恐龍的骨質尾和絕大多數鳥類的骨質尾長得不一樣:前者一般很長,由至少20多節尾椎所組成;後者一般較短,尾椎數量少,後部尾椎融合成單一結構,稱為尾綜骨(pygostyle)。不過,研究這段尾巴的骨骼形態似乎沒那麼容易。不同於一般的鳥類或非鳥類恐龍化石,這段尾巴的骨骼由化石化(fossilization)的羽毛、皮膚甚至可能還有肌肉等軟組織完全包裹,無從顯露真實面目,因此我們無法獲得骨骼資訊來判斷這未知動物的分類位置。


當然,我們可以選擇使用破壞性的方法,也就是去除包裹尾椎的軟組織化石。不過,相信沒有人願意這樣做,因為這會毀壞保存精美的羽毛,也毀壞那些像木乃伊般的軟組織。幸好現代科技的發展為古生物學研究提供了更好的方法,例如X光微電腦斷層掃描(即我們常說的micro CT或μCT)和同步輻射光源都能用來觀察化石,幫助我們獲取傳統觀察技術難以取得的資訊。


邢立達邀請了中國科學院動物所的白明和高能物理研究所的黎剛一起研究這塊精美的琥珀,他們用中國科學院動物所的micro CT儀、北京和上海的同步輻射X光micro CT儀掃描了標本。借助這些技術,琥珀中的尾巴終於露出了廬山真面目。這段全長不到四公分的尾巴居然由多達九節中後部尾椎組成;由此推測,一段完整的尾巴可能包含25節以上的尾椎,這個數量與許多小型恐龍類似。這些尾椎的整體輪廓和許多恐龍中後部尾椎非常相似,我們甚至在3D重建的琥珀尾椎腹側看見一條縱溝,這在許多恐龍尾椎腹側都有。


如此看來,這塊琥珀裡確實保存了一段恐龍尾巴!尾椎的數量和形態支持這樣的推斷。但是我們也不能高興得太早,畢竟在鳥類中也有長尾巴的傢伙,例如始祖鳥(Archaeopteryx lithographica)和熱河鳥(Jeholornis)。更麻煩的是,這段尾巴太短了,不到四公分,而且非常纖細,說明這隻動物體型很小,估計不到20公分長。一般來說,非鳥類恐龍體型大,而鳥類體型小,從這一點判斷,這個小傢伙似乎更可能是隻小鳥。不過,有些種類的非鳥類恐龍體型也很小,例如白堊紀晚期生活在河南西峽的西峽爪龍(Xixianykus),成年體重據估只有120公克,身長不到50公分。此外,還有一種可能性:這段尾巴之所以這麼短,是因為它來自一頭恐龍小寶寶。


封住羽毛演化的瞬間


不僅骨骼形態支持這段尾巴可能來自一頭恐龍,尾巴上著生的羽毛也是如此。在尾巴兩側整齊排列的兩排羽毛,既不像毛茸茸的小雞絨羽,也不像大鳥的尾羽,因為它們雖然像尾羽一樣呈片狀,卻沒有由羽小鉤等細微結構形成的封閉羽片(有關羽毛形態,參見70頁〈微觀羽毛演化史〉)。從已經發現的各種恐龍化石來看,相對原始的獸足類恐龍,例如暴龍家族的帝龍(Dilong),牠們的羽毛還沒有出現羽片,更近似鳥類絨羽;而和鳥類親緣關係很近的恐龍,例如竊蛋龍家族的尾羽龍(Caudipteryx),則已經有正羽了,牠們前肢和尾巴上的正羽和鳥類的飛羽幾乎一樣,具有粗壯的羽軸和封閉的羽片。從這個角度來看,這段尾巴上的羽毛展現了一種過渡形態,即在閉合的正羽出現之前的一種羽毛:有開放的羽片。換句話說,琥珀中的小恐龍代表的是恐龍演化為鳥類過程的中間環節。


我們可以想像,在近一億年前緬甸北部的一座大森林中,一隻渾身長滿羽毛的小恐龍正在一棵大杉樹下玩耍。牠背部羽毛是栗棕色的,腹部羽毛則接近白色,這種上深下淺的保護色,讓這個小傢伙不容易被其他更大的掠食性恐龍發現。炎熱的天氣讓松脂不停地流淌下來,在樹根下形成黏呼呼的松脂堆。雖然羽毛的保護色有助於這隻小恐龍躲避敵害,但這可憐的小傢伙沒有注意到腳下的松脂堆,不幸一腳踏了進去,再也沒能出來。經過一段時間,牠的身體大多腐爛風化,但尾巴卻深埋在松脂當中。滄海桑田,尾巴和松脂一起形成了化石,於是有了今天的發現。


對我們來說,想像這隻小恐龍如何葬身琥珀之中固然有趣,但我們更好奇的是恐龍羽毛究竟如何演化。琥珀中的有羽毛恐龍化石雖然不完整,但有著其他有羽毛恐龍化石沒有的優勢。有羽毛恐龍化石在許多國家都有發現的記錄,諸如中國、德國、俄羅斯和加拿大,尤其是中國遼寧西部和周邊地區於侏羅紀中晚期和白堊紀早期沉積形成的湖相頁岩,埋藏了大量有羽毛恐龍化石,許多化石非常完整,也很精美,就像藝術品一樣。但世上沒有十全十美的事,這些精美的有羽毛恐龍化石有個明顯的缺陷:保存的羽毛看上去很漂亮,但在顯微鏡下細細觀察就會發現,諸如羽小枝和羽小鉤這樣的細微結構通常都沒能保存下來;這給想要重現羽毛演化史的我們帶來了難題。而琥珀中保存的羽毛往往能保存最細微的結構,讓科學家得以了解恐龍羽毛的完整形態。緬甸的琥珀恐龍化石中,看得到羽小枝已經出現了,甚至能夠清楚看見羽小枝是怎樣與羽枝和羽軸連接的。


恐龍復活之鑰藏在血液裡?


大眾感興趣的地方顯然與科學家不同,他們更關心的是,這塊琥珀也保存了恐龍血液嗎?能藉由這塊琥珀讓恐龍重獲新生嗎?從科學角度來說,顯然不可能,原因非常簡單:恐龍血液中的細胞在脫離恐龍身體之後不可能存活,甚至構成細胞的有機大分子也不可能完整保存。也許有恐龍迷還記得,科學家在7000多萬年前形成的恐龍骨骼化石中發現了紅血球和膠原蛋白片段;他們甚至發現,這些紅血球的化學成份和稱為鴯?(emu)的現生鳥類非常相似。這是否表示恐龍血液能夠被保存下來呢?事情沒有那麼簡單!首先,在恐龍骨骼化石中發現的這些卵形結構是否來自紅血球,還有待確認;其次,即使真的是恐龍的紅血球,也只是保存了細胞外形和某些化學成份的細胞化石,完全不具任何活性。


當然,這些細胞就算沒有活性,但如果能夠完整保存基因組資訊,理論上,我們還是可以嘗試復活恐龍。但我們知道,像DNA這樣的有機大分子在脫離活體後,構成DNA的基本單位即核?酸之間的化學鍵會斷裂,使DNA很快降解成大分子片段、繼而變成小分子。有科學家利用來自紐西蘭的恐鳥(Dinornis)化石,計算了DNA的降解速度,他們發現,即使保存條件極好,一個DNA分子完全降解的時間也不會超過680萬年,更別說距今至少6600萬年前的恐龍DNA了。

用琥珀中的恐龍尾巴復活恐龍的夢想看來是難以實現了。不過,我們的琥珀卻為恐龍化石能夠保存血液成份提供了證據。透過一種稱為近緣X光吸收細微結構(NEXAFS)光譜術的方法,我們發現這段恐龍尾巴化石富含鐵元素,其中80%以上為二價鐵,來自血紅素和鐵蛋白。一些最新研究更得出了令人震驚的結果:台灣國家同步輻射研究中心助理研究員李耀昌等人的研究顯示,在雲南祿豐近兩億年前的恐龍化石中,居然還保存有化石化的血管、甚至膠原蛋白片段。這意味著,包括琥珀中的恐龍化石在內的各種恐龍化石,都有保存軟組織的巨大潛力。這些化石化的軟組織正為我們開啟一扇窗,讓我們窺探中生代恐龍世界不為人知的秘密。


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