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犀牛、花豹、菱齿象、澎湖原人,让台湾化石广为人知!

张钧翔从小就是动物爱好者,这促使他踏上古生物学研究之路。图/张钧翔提供

张钧翔从小就是动物爱好者,这促使他踏上古生物学研究之路。图/张钧翔提供

台南左镇菜寮溪附近,是台湾较容易采集到化石的地点。图/张钧翔提供

台南左镇菜寮溪附近,是台湾较容易采集到化石的地点。图/张钧翔提供

澎湖原人化石打捞自澎湖水道,难以厘清具体年代,只能推测处于海平面较低的某次冰河时期。图/Wikipedia

澎湖原人化石打捞自澎湖水道,难以厘清具体年代,只能推测处于海平面较低的某次冰河时期。图/Wikipedia

垦丁的龙虾洞出土的花豹牙齿化石。图/杨子睿提供

垦丁的龙虾洞出土的花豹牙齿化石。图/杨子睿提供

(神秘的地球uux.cn报道)据《科技大观园》(特约编辑 寒波):台湾“国立自然科学博物馆”科教组主任张钧翔从小便是动物的爱好者,也喜欢恐龙。出于兴趣,他在东海大学生物学系取得学士与硕士之后,留学英国成为伦敦大学的古生物学博士,返台湾后任职于台中的“国立自然科学博物馆”,在博物馆的日常工作以外,也埋首于化石研究,替台湾丰富的化石留下一笔又一笔纪录。

追寻台湾物种起源

有些灭绝的动物过去曾经在台湾活动,只有透过化石才能知晓它们失落的踪迹。张钧翔不只鉴定、分类古菱齿象、徳氏水牛、早坂犀牛、澎湖原人等动物的化石,他更关心动物们的演化过程——它们从何地何时来到台湾、如何适应新的环境、和其他族群与亲戚有什么关系?

张钧翔的招牌研究领域是「台湾第四纪哺乳动物化石」,但为什么是第四纪?第四纪又是什么?

第四纪(Quaternary Period)是地质学名词,意指距今 260 万年前延续至今的地质年代,包括较早的更新世(Pleistocene),以及距今 11,700 年前开始的全新世(Holocene)。台湾位于欧亚大陆的边缘,是欧亚大陆板块与菲律宾海板块挤压而抬升的陆地,距今约 400 万年前才浮出海面,「所以第四纪的历史,差不多也就是台湾的历史。」张钧翔说。

这段期间,较寒冷的冰河时期与较温暖的间冰期交错,海平面也随之升降。于是台湾有时候与东亚大陆相连,让动植物有机会迁徙来台;有时候却成为海岛,发展出独立于大陆的岛屿生态系。

所以说,台湾哪里能找到化石?

化石是过往生态系的纪录,但是有些地点不利于化石形成,如地质较不稳定的东部;而某些地点则容易采集到化石,像是台南左镇菜寮溪附近,存在断层的露头,台风过后甚至可以直接在河床捡到被冲刷出来的化石;另外垦丁的石灰岩洞穴龙虾洞,以及澎湖水道的海底,都是化石的大宗来源。

定年可分为两大类:绝对与相对定年。绝对定年比较准确,但能够追朔的年份也有限。如「放射性碳同位素(碳14)」,只能处理距今 5 万年以内的样本,超过就无能为力;而其他元素如「铀系定年法」等等,也各有各的限制。另一类则是相对定年,例如知道华北某动物距今 50 万年,如果台湾有其他动物和该动物一同出土,便能假设它们大约处于 50 万年前。

综合各种方法推估左镇化石的年代,应介于距今 40 到 90 万年前。张钧翔表示,仅管它们缺乏明确的地层脉络,但如果曾被河流冲刷太远,应该会被侵蚀到失去化石的样貌,所以能被捡到的化石,仍可以判断来自左镇的地层。

澎湖海底的化石也是同样的道理。冰河时期海平面较低时,东亚大陆和台湾之间是陆地,有许多陆生生物生存;澎湖水道的海底当时是古闽江的河道,因此形成相对低谷的地形,在海底导致湍急的海流,容易将地层内的化石冲刷出来,有机会在海床上被打捞到。然而也因为如此,澎湖打捞到的化石往往不容易确认年代。

有了化石,再来要如何研究?

获得化石以后,首先要进行形态鉴定,厘清原本是哪种动物。牙齿通常能带来最直接的讯息,可以判断出它属于什么类别,不过不一定足以识别出是何物种。

研究化石需要和大量样本比较,各地的博物馆、大学、动物园、特有生物研究保育中心等不同机构各有收藏,张钧翔与学生便常常到国内外各处「看化石」,这是需要跨单位、跨国合作才能精进的领域。

形态以外,化石中的稳定同位素、微量元素、古代 DNA、古代蛋白质等资讯,也能带来互补的知识。但是这些采样手法多少会损毁化石,是否要采取这些分析方式,会比较谨慎决定。而且动物离不开环境,钻研化石本身之外,认识古生物也需要跨领域的手段——不同定年方法、成分分析、岩石构造等资讯,都有助于了解古生物所处的环境。

那么,距今 260 万年前开始的第四纪,是个怎么样的时代呢?第四纪的动物和现代相比其实差不多,也许物种不同,主要种类却多半已经出现,最初的人类(Homo)也已经诞生。全球气温比现在低 3 到 4 度,极区和高山长期冰封,但是其它地区仍然有季节变化。

在气候寒冷,海平面降低的时期,动物更容易迁徙;而寒冷与温暖交错的时期,不同动物各有适应之道:许多动物喜欢资源充沛,较为温暖的环境,却也有物种反其道而行。例如一些猛犸象就往天寒地冻的北方发展,演化出更大的体型,以及用象牙铲雪的适应方式。不过事后看来,如此特化的专一性适应,似乎反而让它们走上演化的绝路,更容易在气候变得温暖后而灭绝。

移民台湾的动物们,来自亚洲南北各地,有时还会跑回去

第四纪的台湾,生态环境又是怎么样的呢?

直觉想来,冰河时期当北方变得寒冷之际,相对温暖的台湾似乎适合移居;确实,澎湖水道出土的古菱齿象、德氏水牛、四不像鹿,就和北方的华北动物群类似。然而事实上,原产于东亚南方、东南亚一带,比台湾更南方的物种也会前来,例如如今分布于缅甸、云南、广西的金丝猴,以及原产华南的早坂犀牛,也曾在台湾出土,便是这类「南来」的代表。

藉由化石,我们也能一窥古代生态系的样貌。有些动物体型大,容易被看到,像是澎湖水道出土大量的大象、水牛化石,表示如今沉在海底的地区,在寒冷的冰河时期是兼有森林、草地,资源充沛的生态系,否则环境承载力养不活这么多大型植食动物。

张钧翔表示,一般人通常认为台湾地处东亚大陆的边缘,是接收各地生物移入的输入端;但是台湾面积其实够大,而且植被丰富,海拔从低到高,创造出多变的栖位,造就了台湾能独自演化出丰富生态系的基础;于是,迁徙来台的动物抵达新的环境后,可能因此衍生出新的独特性,甚至是再将这些台湾特色带回东亚大陆。

澎湖原人:难解之谜需要国际合作

面对丰富而多元的材料,张钧翔做研究并非单打独斗,他会主动寻找合作对象,也接受外国学者邀请一同研究,更不忘提携后进。

学术人际网路,往往是一条牵着一条;而当「澎湖原人」这件不熟悉的古人类化石来到张钧翔眼前,过往曾一起研究金丝猴的日本专家,便因为之前的交情,而向他推荐经验老道的日本古人类学家海部阳介,开启双方的跨国合作与友谊。

澎湖原人化石打捞自澎湖水道,难以厘清具体年代,只能推测处于海平面较低的某次冰河时期,其年代应该不至于超过 40 万年,甚至最晚可能只有一万多年。根据保有的一截下颚与几颗牙齿,可以断言澎湖原人的形态具有直立人特征,并非和我们一样是智人;但是和北京人、爪哇人等典型的直立人相比,他的下颚更宽,相当特殊。

下颚愈来愈秀气,是人类演化的大趋势之一;因此在欧亚大陆几乎最东方的台湾,距今不是太久以前,见到这般下颚宽阔的古人类可谓出乎意料。形态上它最接近安徽距今 40 万年的「和县人」,中国大陆专家为主的后续研究,主张和县人与澎湖原人,或许同样来自延续较久的古老血脉。

张钧翔特地分享澎湖原人的投稿经验。一开始锁定的目标是 Nature 期刊,以棒球比喻可谓「大联盟」等级;期刊编辑觉得有趣,不过三位审查者中只有一位支持、一位持平、一位不认同。编辑便建议将论文转投同一出版社「3A」等级的 Nature Communication,果然不久后顺利刊出。

岛屿灭绝、古菱齿象、金钱豹:多方探索,团队合作

今年(2021 年)发表于 PNAS 期刊的论文,是另一次特别的体验。此一研究由澳洲学者主导,主题设定为「人类对岛屿灭绝的影响」,邀请各有所长的多国学者前往澳洲,一群人在四周有袋鼠环绕的野外工作站闭关多日,每日分组讨论,最后总结众人的思想结晶写成论文投稿,而张钧翔也是其中一员。

生物物种原本就会持续诞生与灭绝,人类出现以后,灭绝是否加速?这项研究的主要观点是,超过一万年前的旧石器时代,尽管人类已经抵达不少岛屿,对各岛屿生态系的影响却多半不大。要一直等到一万多年前以内,人类才对岛屿生态造成比较明显的影响,这是人口增加、科技进步,改变岛屿环境的结果。

除此之外,近来张钧翔与许多年轻的研究者合作,持续发表台湾出土的化石研究,成果多元。今年问世的一项研究着重于澎湖水道出土的淮河古菱齿象(Palaeoloxodon huaihoensis),根据象牙估计年龄,并且评估菱齿象族群的年龄组成。

另一篇今年发表的论文则是报告,垦丁的龙虾洞出土的大猫牙齿,经形态分析判断属于花豹(又称金钱豹,学名 Panthera pardus),而非台湾之前已知的云豹或雪豹。这是首度得知花豹曾经在台湾生活。有意思的是,垦丁花豹的牙齿比同类小,或许是由于当地环境资源有限,导致体型缩小;也可能是个体差异所致:它刚好是小只豹。

让科学广为人知!台湾还有许多等着被诉说的化石

和许多地方相比,台湾数百万年的地质年代并不太久远,但是仍有不少化石与问题等待探索。例如日本、台湾、菲律宾都有犀牛,但东亚外海各岛屿的犀牛关系为何?是张钧翔希望解答的问题。

另一方面,在台湾庞大的化石纪录中,张钧翔也见到某些最近不存在,可是曾在台湾生活的动物;除了前文提及的金丝猴、花豹,还有海狮与豪猪等等,它们的化石数量尽管很少,仍足以证实这些物种确实存在过这个岛屿,它们独特的台湾经验,都在排队等待着被诉说。

除了做研究以外,任职于“国立自然科学博物馆”的张钧翔,同时长期从事面对民众的科普活动,而持续累积的新研究和收藏也能充实展览。像是 2017 的「象群特展」与2020年的「缤纷的生命」,便是张钧翔精心规划的代表作。

秉持着「让科学广为人知」的理念,张钧翔透过收集化石、分析研究、与人合作、发表论文、举行博物馆展览、对民众演讲、接受节目访问等行为来实践。而这些事业,都还有赖台湾民众的理解与支持,也希望对古生物有兴趣的新秀能投入这个领域,增加我们对台湾的认识。




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