新一系列的「文化、藝術與環境人文講座」通識課程在本學期(112下)正式展開。開辦單位崇友文教基金會唐秋玲執行長特別在首堂講座課與同學勉勵,提及開辦講座的期許,希望能幫助同學接觸到主修專業領域之外的知識,講座主題會持續聚焦在文化、藝術與環境三大主題,由各領域講師分享生活與研究經驗,為同學開展更豐富的眼界。
本學期的第一場講座,由深耕生物自然史研究的李家維教授帶我們進入生命歷史的洪流,從化石、琥珀窺探億萬年前的演化秘辛和生命故事。
化石獵人狩獵地球上最古老的動物化石
在開始談琥珀之前,李家維教授先分享他追尋化石的得意研究發現。
自詡為化石獵人的李家維教授,常在世界各地狩獵他所感興趣的化石,和中國知名學者陳均遠教授在貴州六億年前地層採集時找到地球上已知最古老的動物「海綿」,並於《科學》雜誌(Science)上發表文章,這個重大的發現,將地球最古老的動物化石年代,再往前推進六千萬年,是古生物學上重大的發現,也是目前為止的世界紀錄。
貴州的地層除了海綿化石外,還找到無數的動物胚胎,透過顯微鏡能看到細胞分裂的過程,其精緻的結構很幸運的被保存下來。這個研究提案,獲得美國NASA的經費支持,在新竹建立起同步輻射加速器穿透儀的研究室,能再深入精準的研究胚胎化石分裂,取得近千張各角度的細胞分裂照片,進一步判斷是在經過地球長期冰凍之後,出現的兩側對稱的生物,有可能是世界上最早的蟲類,將其命名為「貴州小春蟲」。
另一個得意案例,在雲南。1999年李家維教授在陝西敲化石時,接到雲南工作夥伴的電話,表示在一個大約4平方公尺的土地,找到約300塊化石,這些化石都是同一群物種,約兩、三公分長,有肌肉、頭尾、生殖腺貫穿全身的消化道、背上有脊索,身體構造細節清楚,後來被命名為「雲南海口蟲」,這個研究照片是普通生物學教科書裡的經典舉證,也是無脊椎動物過度到脊椎動物的代表案例。
尋找地球上的第一雙眼睛
從前面的研究中李家維教授發現,在六億年前地層中的化石,還沒有找到任何一種動物的眼睛,而在五億兩千萬年前的地層發現的動物,則幾乎都已經有眼睛的構造,如:昆蟲的複眼等,那麼,地球的第一隻眼睛究竟是在哪種生物、什麼地方出現的呢?而為什麼又要追求尋找第一隻眼睛呢?
李家維教授分析,眼睛構造的出現,可推論意味食物匱乏,生物演化出掠食行為,同時也代表海洋生物生態發展的轉折點。因此李教授鎖定五億五千萬年前的地層,從地圖、文獻中去找尋採集化石的目標地。
從澳洲南端到俄羅斯北邊白海,雖然有許多化石,眼睛的尋找都還是無功而返,直到因俄羅斯科學院發表的期刊文章,李家維教授來到南非北部的納密比亞沙漠化石區域,展開地毯式的搜索,終於讓李教授發現結構完整類似烏賊的生物化石,從化石的形體可以判斷出頭、足、觸手和眼睛等構造,以這項發現的研究結果,可推測五億五千萬年前,已經出現了有眼睛的生物,至於是否還能將時序往前推,則還需要再進一步的探索和研究。
走進琥珀收藏的世界
疫情前,總是在世界各地採集化石的教授,因為疫情而開始蒐集、研究琥珀。
琥珀在整個生命自然史中出現的時間較晚,因為琥珀的生成是由於植物的樹脂流進地層後,經由適當的溫度、壓力和時間才會逐漸形成,而大概三億多年前才有這類可流出樹脂的植物出現,因此目前沒有發現超過三億年歷史的琥珀。
地球上80-90%琥珀蘊藏在歐洲波羅的海一帶,其次則是中南美洲的多明尼加,年代約涵蓋在三四千萬年前,而在中國東北則可以找到五千萬年前的琥珀,台灣東部、南投等五六處也有發現少量的琥珀。
起初,李教授是在一位藏傳藝術的收藏家朋友那裡,被他巨大的沉香樹下加工過的蜜蠟琥珀吸引。「琥珀」是佛教七寶之一,也是歷久不衰的珍藏品,對生物研究家來說,能從中發現生命的演化歷程,蘊藏著對那個時代無比豐富的知識。
曾經轟動一時的電影「侏羅紀公園」,片中科學家從包裹在琥珀裡吸飽血的蚊子,提取出恐龍的DNA,成功復育這項滅絕的生物,虛構的電影想像是有機會實現的研究嗎?
這些疑問和可能的發現激起教授的好奇心,開始閱讀大量文獻資料尋找礦脈、蒐集琥珀,原以為緬甸琥珀礦脈已枯竭,然而此時緬甸北邊竟又發現新的礦脈,吸引大量的資金和人力投入,挖掘出很多琥珀,同時古生物學家也加入研究,這些被琥珀精緻保存的動植物,開啟新的研究之路。
因為新礦脈的發現,讓李家維教授更熱衷投入琥珀研究,三年間收藏兩百多塊琥珀,並在自家架設顯微鏡,享受其中獵奇的觀察過程。
李家維教授分享多張琥珀照片,闡述不同的研究發現。
從有四根筆直排列的羽毛插在一塊皮膚上的琥珀,推論出恐龍可能有羽毛,具有保暖、求偶等各種可能用途,和鳥類的飛羽有著相同的構造,可由其印證恐龍與鳥類兩者演化的相關性;在緬甸琥珀裡發現帶有許多分支的枝條和細刺的一朵奇異花,和現今在南非易失火的森林裡的一種植物長得幾乎一模一樣,表示這塊琥珀可能是一億年前在非洲形成,隨著板塊分裂、推移、碰撞、擠壓,一路到了中國大陸,且物種沒有消失,持續的在地球生存。
同時也是植物學家的李家維教授,對緬甸琥珀裡的花,更是著迷。在眾多琥珀中,找到了第25種花,花瓣、雄蕊、花藥、花萼、子房、柱頭、花粉等構造都完整包覆在琥珀裡,很期待能夠親自為其命名,留下值得紀念的研究紀錄。
琥珀的形成過程將當時的環境場景凝結起來,透過琥珀可以了解億萬年的地球動植物生態,甚至是真菌、黏菌單細胞生物的蹤影。對李家維教授來說,琥珀包含的大千世界十分令人著迷,細細品味研究,期待能有更多驚奇和突破性的發現。
講座的最後教授分享,投入古生物學的研究,讓他了解地球生命興衰的節奏,現今大量開發化石燃料、改造環境,造成氣候變遷,代表著我們也正在面臨一次生命的滅絕。
近二十年李教授投入植物保育,成立辜嚴倬雲植物保種中心,致力於保存與復育植物,目前中心的植物已有近三萬四千種,是全球最大的物種保存中心。保存是第一步,接下來李教授還有兩個野心計畫,一是在花蓮的樹林基地演練物種復育與重回原野的挑戰,二是重建因大量觀光客而導致特有物種消失、環境受到破壞的小蘭嶼。
琥珀的研究,帶我們回首過去,探索生命演化的驚喜,而同時,身處的當下則面臨消逝的危機,兩者皆具有挑戰性,但我們必須透過理解生命過去的脈絡,抽絲剝繭,一步步從中去尋找未來生命世界的解方。