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開卷嚴選:我們的身體裡有一條魚

2009-10-25 16:41迴響:3點閱:2378

 2006年,蘇賓發表了他所挖掘到的四足魚「提塔利克」(Tiktaalik roseae)化石,這是一種同時帶有原始魚類與兩棲動物特徵的古代生物,證實了長久以來的推論:陸上的動物的確是從水中的魚演化而來,我們都是魚的後代!

 這項發現不只登上《科學》期刊,各大媒體也爭相報導,包括ABC新聞「夜線」節目、ABC夜間新聞、CNN、NBC「今日秀」節目、美國公共廣播網、BBC、《紐約時報》、《華爾街日報》、《經濟學人》、《Time》 雜誌。

 透過這本書,我們隨著古生物學家的腳步,一起到冰天雪地的北極、荒涼的戈壁沙漠、非洲的不毛之地探險。最後,你會發現,這些見識卻讓我們更加瞭解自身從何而來,又是如何變成今天的模樣。

 

我們的身體裡有一條魚
Your Inner Fish-A Journey into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body

作者:蘇賓(Neil Shubin)
譯者:楊宗宏
出版社:天下遠見文化公司
定價:320元
出版日期:2009/10/29
類別:科普

作者簡介:蘇賓(Neil Shubin)

美國古生物學家,芝加哥大學解剖學教授。

 

【書摘】

 我們是誰?我們為何長成這副模樣?對這些問題,古代的魚類骨頭或許能給我們點啟發。

化石反映出我們的身世

 在位於北緯80度附近的艾士米爾島(Ellesmere Island)上,我首次看到那條能揭露我們身體構造的化石魚。

 那是一個飄著雪的七月天午後,我正在審視一塊三億七千五百萬年前的石頭。我與同事來到這個荒無人煙的地方,就是為了尋找從魚演變成陸生動物過程當中,那個扮演著重要角色的的化石。從石塊中露出來的是這條魚的唇部,這可不是條普通的魚,牠的頭是上下扁平的。當我們看到扁頭時,我們就知道碰上不尋常的東西了。如果我們能從懸崖中挖出更多這魚的骨頭,或許就能見到我們遠古祖先的頭骨、脖子、甚至四肢了。

 一顆扁平的頭,究竟能告訴我什麼?能透露動物從大海進駐到陸地經過了哪些歷程呢?

 我們即將舉出的例子,是生命史中一個重大的轉變——登上陸地的魚類。地球形成後的數十億年來,生物都是活在水裡面;不過,到了三億六千五百萬年前,已有生物在陸地上棲息了。

 生活在這兩種環境中,有極大的差別。在水裡呼吸所需的器官,與在陸地上非常不同;同樣的,排泄、覓食、和四處移動,也都需要不一樣的器官。基本上,動物必須發展出全新的軀體,才能適應陸上的環境。乍看之下,這兩種環境的鴻溝似乎大到無法跨越。然而當我們檢視證據時,該變的真的都變了,而看來不可能的事也的確都發生了。

逛動物園預測岩層中的化石

 在尋找年代正確的岩石時,有個事實對我們很有利:藏有化石的岩層並不是隨機排列的。岩石座落何處、其內包藏何物,都是相常有規則的;我們可以利用這個特性,來設計挖掘計畫。

 不同種類的岩石,經過數十億年的變遷,在地球上一層層的覆蓋著。在岩層內的化石,也會依循年代順序排列,底層的物種與上層的可以完全不同。假使我們能夠找到一根涵蓋所有生命史的岩石長柱,我們便可以從其中找出包羅萬象的化石來。在最底層,我們看不到什麼有生命跡象的東西;再上一層,則會有許多不同樣式、類似水母的生物;往更高層,便會找到具有骨骼、附肢以及各種器官(像眼睛)的動物;在那些之上,第一個有脊椎的動物將會出現等等;而含有第一個人類的岩層,會位在所有這些岩層之上。

 像這樣一根涵蓋地球全部歷史的石柱,當然是不存在的。確切的說,地球上每個區域的岩石都只代表一小片段的時間而已。要看到全部歷史,我們需要比較各個岩層和其內部的化石,然後就像拼圖一樣,把它們一塊塊拼湊起來才行。

 石柱內含有一系列由簡而繁的化石種類,大概不至於令人感到訝異。較不為人知的是,在比較化石與其類似的現生動物之後,我們竟然能夠詳細預測出每一個岩層將會存在什麼樣的物種。這種比較得來的資料,有助於預測古老的岩層中將會出現什麼動物化石。事實上,把人類與動物園或水族館的動物做比較後,我們即能預測出,世界各地的岩層中化石出現的序列了。

 逛動物園,怎能幫我們預測哪裡可以找到重要的化石呢?

 動物園內,各式各樣的動物互不相同,就看你以何種角度來看。不過,讓我們不要專注在牠們的差異上。為了要從牠們身上找到可用來做預測的特徵,我們得專注在牠們之間有什麼共通之處。這樣我們便能依牠們的共同特徵,來將牠們分門別類。

 所有物種都可以像俄羅斯套筒娃娃那樣來歸類,較大一群動物裡面,包含較小一群動物,如此一路下去。就在這樣做的時候,我們就會發現自然界某種非常基本的特質。

 譬如,動物園與水族館中的動物,基本上都有一顆頭和一雙眼睛,我們暫且把牠們稱做「凡物」。這些有頭有眼的動物中,有一部分動物有四肢,我們就叫牠們「有四肢的凡物」。這些有頭、眼及四肢的動物中,有一小群動物的頭腦超大、用兩隻腳走路、還會說話;這一小群動物其實就是我們人類。運用這個方法,我們當然可以將所有的生物分出更多小群,但是即使只分三層,這樣的分類便具有預測的能力了。

 世界各地岩層內的化石,就經常可以這樣依序分列,而我們就用這特性,來設計新的化石勘測計畫。

 人類數百年來所蒐集的化石,除了幫助我們將生物分類外,也構成很大的地質年代紀錄,以及存活於各時期內的生物資料庫(或目錄)。如今,我們可以推斷出生物發生重大變異的約略年代。

 岩石內化石的順序提供了強有力的證據,說明我們與其他物種的關連。假如我們挖出六億年前的岩石,發現了最早的水母與土撥鼠的骨骸並列躺著,那麼我們可能得改寫教科書了。那隻土撥鼠的化石紀錄會比第一隻哺乳動物、爬蟲類、魚類,甚至第一隻蠕蟲還要早。更嚴重的是,那隻古老的土撥鼠化石將會指出,我們對地球的歷史及地球上的生命的認識都是錯的。幸好,自過去一百五十多年來,人們幾乎挖遍了地球上每一塊大陸上所有找得到的岩層,而上述那樣的觀察倒還沒發生過。

 現在讓我們回到先前的問題:如何尋找第一條在陸地上行走的魚的親戚。依我們的分類體系,這物種應該介於「凡物」和「有腳的凡物」之間。根據這個推測,我們從已知的岩石資料,找到強力的地質證據,顯示這個重要的關鍵期,應是在距今三億八千萬年前到三億六千五百萬年前之間。那段時期的較年輕岩層中,也就是距今三億六千萬年前,蘊藏有多種動物的化石,看來像是兩棲類或爬蟲類。

 我的同行,劍橋大學的克拉克(Jenny Clack)和其他一些人,從格陵蘭的三億六千五百萬年的岩石中,找到了兩棲類的化石。那化石有脖子、耳朵、以及四條腿,看起來不像魚。但是從三億八千五百萬年的岩石中,我們找到了整條魚的化石。它們有鰭,鱗片和圓錐形的頭,而且沒有脖子,怎麼看就是條魚。從這些發現,不難想像,要找到由魚過渡到陸生動物的證據,就得專注在三億七千五百萬年前的岩石。

從失敗中學習

 北極是非常遼闊、空曠的地帶。我們有興趣的岩石,散布在寬約1,500公里的區域中。而我們要找的動物,身長只約1.2公尺。我們得有法子來標定出蘊藏目標化石的那一塊小範圍。

 我們不斷的嘗試、失敗,再由失敗中學習,最後才發現到要找的化石。1999年,我們第一次野外挖掘期的地點,是在加拿大極區西邊的麥維島(Melville Island)。我們下放的地點,正處在遠古海洋的邊緣,但事前我們並不知道。

 那裡的岩石蘊藏豐富的化石,而我們也找到許多各式各樣的魚類化石。問題是這些魚都像是深海魚類,而不是我們希望找的那類動物,牠們應該會在淺的河川或湖泊處,有利陸生動物崛起的地方。

 根據顏柏利的地質分析,2000年我們決定將挖掘地點向東移到艾士米爾島上,因為那裡的岩石包含古代的河床。不久,我們便找到了像硬幣大小的魚骨頭化石。

 我們真正有所突破,是在2000年挖掘期快結束之前。

 就在離我們預定返家日期的前一週傍晚,隊員們都已回到了營地進行晚餐前的工作:整理當天蒐集的化石、記錄野外筆記,並準備晚餐。而當時還是大學部的學生、對古生物學極有興趣的唐斯(Jason Downs)尚未依時返回營地。這著實令人擔憂。

 我記得當時與隊員坐在主帳棚內,隨著時間分秒過去,我們的憂慮也跟著升高。就在我們開始擬定搜尋計畫時,我聽到拉開帳棚拉鏈的聲音。一開始我只看到唐斯的頭,他臉上帶著瘋狂的眼神,並且上氣不接下氣的喘著。

 唐斯用還在顫抖的手,將口袋中的化石成把掏出來,他延遲返回營地的原因就不言自明了。他將化石塞滿了所有的口袋,外套、褲子、襯衫和背包的口袋都是。所有這些化石骨頭,都從一處只容得下一輛小型轎車停放的區域內找到的,而那裡離我們的營地約1.6公里。晚餐顯然可以先擱著了。

 北極的夏天有二十四小時是白晝,不用擔心太陽會下山,我們隨手抓了巧克力棒,便出發到唐斯發現化石的地點。由於數量龐大的骨頭散布整座山丘,我們無法明確鑑定出化石是來自哪個岩層。我們花了數天的時間,追溯碎片的蹤跡,試挖一些洞,簡直就把我們的地質鎚當成了探測杖,來幫忙尋找從懸崖冒出的骨頭。我們花了兩個夏天的時間,都在挖掘這些化石魚上。

 然而,我們又再度失敗了:找到的這些魚,都是熟知的種類,與東歐年代相近的一些岩石區中找到的魚雷同。總結來說,這些魚與陸生動物的親緣關係並不相近。

看到一顆扁平的魚頭

 2004年,我們決定再試一次。這次是決定成敗的關鍵時刻。遠征北極的費用實在太高了,在缺乏重大發現的情況下,我們就只得放棄。

 就在2004年7月初的四天之中,這一切全都改觀了。當時我正在採石場的底部翻動石塊,大部分的時候是在敲碎冰塊,而不是石頭。我敲開一塊冰,看到了令我永生難忘的東西:一堆我們在這片採石區從沒見過的鱗片。順從鱗片的引導,我注意到被冰覆蓋住的另一團東西。那看來像是一組頜骨,不過不像是任何我曾見過的魚的頜部,而且似乎連接到一顆扁平的頭上。

 次日,我的同事蓋特希(Steve Gatesy)在採石場的頂端翻掘石塊。他移開一塊拳頭大小的石頭,結果某隻動物的吻端就露了出來,正對著他。這化石跟我在採石場底端洞中發現的那條被冰蓋住的魚一樣,它的頭是扁的。這是個新發現,而且很重要。不像我發現的那條魚,蓋特希找到的化石很有機會是完整的。我們看到的是魚的前端,運氣好的話,其餘的骨頭或許會穩當的保存在崖壁內。

 那個夏天剩下的日子裡,蓋特希便一片片的將化石周圍的岩石移除,以便能將整個化石骨架搬回實驗室,做最後的清理。蓋特希處理化石的精湛技術,使這個化石標本成為至今為止,所有發掘出的水陸過渡期動物化石中最好的一個標本。

既像魚,又像陸地上的動物

 我們帶回實驗室的標本,基本上是一塊內藏有化石的大石頭。在實驗室裡,化石處理師花了兩個月的時間,一小塊、一小塊的將岩石移除,他們通常是以牙醫用的工具或小尖鑿來處理。每天都有新的解剖構造從這塊動物化石顯現。每次磨出一個大區塊時,幾乎都讓我們對陸生動物的起緣有了新的理解。

 2004年秋天從這些石頭逐漸顯露出來的,是一隻介於魚和陸生動物之間的漂亮動物。

 魚類和陸生動物,從很多觀點來看,是有所不同的。魚的頭呈圓錐形,而早期陸生動物的頭幾乎像鱷魚,是扁的,而且眼睛朝上。魚沒有脖子,肩部是靠幾片骨板和頭部相連接。早期的陸生動物就像牠們的後代一樣有脖子,這表示牠們的頭可以獨自轉動,不需與肩膀連動。

 除此之外,兩者之間還有許多較大的差異。魚的身上蓋滿了鱗片;陸生動物則無。而且有一點很重要,魚有鰭;陸生動物則有四肢,其上有手腕、手指、腳踝、腳趾。我們可以這樣繼續比較下去,並可表列出一長串魚與陸生動物的差異。

 不過,我們發現的新物種將這兩類動物間的藩籬給打破了。這物種就像魚,頭上有鱗片,鰭上有膜。可是,就像早期的陸生動物一樣,牠的頭呈扁平狀,而且有脖子。牠的鰭的內側,則可見到對應於陸生動物的上臂與前臂,甚至部分手腕的骨頭,而關節也一應俱在。這是一條鰭上有膜,但鰭內卻具有肩膀、手肘和腕關節的魚。

 在這條魚身上所能找到的陸生動物特徵,可以說都非常原始。例如,牠的上臂肱骨的形狀和突起,長得有點像魚、又有點像兩生類。同樣的,顱骨和肩胛的形狀也有類似的情形。

 找這條魚花了我們六年的時間,不過這具化石證實了古生物學上的一個預測:這條新發現的魚不只是介於兩類動物之間,並且牠出現在正確的地質年代,以及正確的古代環境——牠是從三億七千五百萬年前的古代河流所形成的岩石中找到的。

 我們與努那福特的長老議會聯繫,希望能用伊努伊特語來為這條魚命名。我送了張那化石的照片給他們,那些長老提出了兩個建議:Siksagiaq或Tiktaalik。我們選了後者,好讓不講伊努伊特語的人也能唸得出來,而且也是因為這個字的原文意思就是「大淡水魚」的關係。

成了各界焦點

 2006年4月,提塔利克(Tiktaalik)發表的當天,成了包括《紐約時報》在內的各大報紙的頭版新聞。這種關注,讓我向來平靜的生活,頓時在那個星期給打斷了。

 然而對我來說,整個事件中最值得珍惜的片刻,不是看到報紙上政治漫畫、社論或部落格上對這個發現的熱烈討論,而是發生在我兒子的幼稚園裡。

 就當這件事在媒體上喧騰之際,我兒子納山尼爾的幼稚園老師請我帶化石,到學校為小朋友們講解。我依約帶著提塔利克魚的複製化石,來到我兒子的課堂,準備面對那群亂哄哄的小朋友。出乎我的意料之外,在講到我們如何在北極找到這個化石,並讓他們看這條魚尖銳的牙齒時,這二十位四到五歲的小孩子,竟然非常守規矩。

 我問他們,這化石應該是屬於哪種動物,很多人迅速舉起手來。第一位小朋友說,這是鱷魚。我問他為什麼,他說這化石有扁平的頭,眼睛長在頭頂上,而且有很大的牙齒,長得就像鱷魚或爬蟲。

 第一位講完後,開始有其他小朋友表示不以為然,我從其中挑了一位來回答。這一位小朋友說,這不是鱷魚,而是一條魚,因為牠有鰭和鱗片。然而,有另一位小朋友大喊:「也許牠兩種都是。」

 提塔利克魚的特徵,所透露出來的信息是這麼直接,甚至連幼稚園的小孩都認得出來。

 

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2009-10-25 16:41作者:開卷分類:開卷嚴選迴響:3點閱:2378

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