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犀牛、花豹、菱齒象、澎湖原人,讓臺灣化石廣為人知!

110/10/26 瀏覽次數 1641

國立自然科學博物館科教組主任張鈞翔專訪

張鈞翔

張鈞翔從小就是動物愛好者,這促使他踏上古生物學研究之路。圖/張鈞翔提供

張鈞翔從小便是動物的愛好者,也喜歡恐龍。出於興趣,他在東海大學生物學系取得學士與碩士之後,留學英國成為倫敦大學的古生物學博士,返國任職於臺中的國立自然科學博物館,在博物館的日常工作以外,也埋首於化石研究,替臺灣豐富的化石留下一筆又一筆紀錄。

追尋臺灣物種起源

有些滅絕的動物過去曾經在臺灣活動,只有透過化石才能知曉牠們失落的蹤跡。張鈞翔不只鑑定、分類古菱齒象、徳氏水牛、早坂犀牛、澎湖原人等動物的化石,他更關心動物們的演化過程——牠們從何地何時來到臺灣、如何適應新的環境、和其他族群與親戚有什麼關係?

張鈞翔的招牌研究領域是「臺灣第四紀哺乳動物化石」,但為什麼是第四紀?第四紀又是什麼?

第四紀(Quaternary Period)是地質學名詞,意指距今 260 萬年前延續至今的地質年代,包括較早的更新世(Pleistocene),以及距今 11,700 年前開始的全新世(Holocene)。臺灣位於歐亞大陸的邊緣,是歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊擠壓而抬升的陸地,距今約 400 萬年前才浮出海面,「所以第四紀的歷史,差不多也就是臺灣的歷史。」張鈞翔說。

這段期間,較寒冷的冰河時期與較溫暖的間冰期交錯,海平面也隨之升降。於是臺灣有時候與東亞大陸相連,讓動植物有機會遷徙來臺;有時候卻成為海島,發展出獨立於大陸的島嶼生態系。

所以說,臺灣哪裡能找到化石?

化石是過往生態系的紀錄,但是有些地點不利於化石形成,如地質較不穩定的東部;而某些地點則容易採集到化石,像是臺南左鎮菜寮溪附近,存在斷層的露頭,颱風過後甚至可以直接在河床撿到被沖刷出來的化石;另外墾丁的石灰岩洞穴龍蝦洞,以及澎湖水道的海底,都是化石的大宗來源。

定年可分為兩大類:絕對與相對定年。絕對定年比較準確,但能夠追朔的年份也有限。如「放射性碳同位素(碳14)」,只能處理距今 5 萬年以內的樣本,超過就無能為力;而其他元素如「鈾系定年法」等等,也各有各的限制。另一類則是相對定年,例如知道華北某動物距今 50 萬年,如果臺灣有其他動物和該動物一同出土,便能假設牠們大約處於 50 萬年前。

綜合各種方法推估左鎮化石的年代,應介於距今 40 到 90 萬年前。張鈞翔表示,僅管它們缺乏明確的地層脈絡,但如果曾被河流沖刷太遠,應該會被侵蝕到失去化石的樣貌,所以能被撿到的化石,仍可以判斷來自左鎮的地層。

澎湖海底的化石也是同樣的道理。冰河時期海平面較低時,東亞大陸和臺灣之間是陸地,有許多陸生生物生存;澎湖水道的海底當時是古閩江的河道,因此形成相對低谷的地形,在海底導致湍急的海流,容易將地層內的化石沖刷出來,有機會在海床上被打撈到。然而也因為如此,澎湖打撈到的化石往往不容易確認年代。

菜寮溪

臺南左鎮菜寮溪附近,是臺灣較容易採集到化石的地點。圖/張鈞翔提供

有了化石,再來要如何研究?

獲得化石以後,首先要進行形態鑑定,釐清原本是哪種動物。牙齒通常能帶來最直接的訊息,可以判斷出它屬於什麼類別,不過不一定足以識別出是何物種。

研究化石需要和大量樣本比較,各地的博物館、大學、動物園、特有生物研究保育中心等不同機構各有收藏,張鈞翔與學生便常常到國內外各處「看化石」,這是需要跨單位、跨國合作才能精進的領域。

形態以外,化石中的穩定同位素、微量元素、古代 DNA、古代蛋白質等資訊,也能帶來互補的知識。但是這些採樣手法多少會損毀化石,是否要採取這些分析方式,會比較謹慎決定。而且動物離不開環境,鑽研化石本身之外,認識古生物也需要跨領域的手段——不同定年方法、成分分析、岩石構造等資訊,都有助於了解古生物所處的環境。

那麼,距今 260 萬年前開始的第四紀,是個怎麼樣的時代呢?第四紀的動物和現代相比其實差不多,也許物種不同,主要種類卻多半已經出現,最初的人類(Homo)也已經誕生。全球氣溫比現在低 3 到 4 度,極區和高山長期冰封,但是其它地區仍然有季節變化。

在氣候寒冷,海平面降低的時期,動物更容易遷徙;而寒冷與溫暖交錯的時期,不同動物各有適應之道:許多動物喜歡資源充沛,較為溫暖的環境,卻也有物種反其道而行。例如一些猛獁象就往天寒地凍的北方發展,演化出更大的體型,以及用象牙鏟雪的適應方式。不過事後看來,如此特化的專一性適應,似乎反而讓牠們走上演化的絕路,更容易在氣候變得溫暖後而滅絕。

猛獁象

猛獁象示意圖。圖/Wikipedia

移民臺灣的動物們,來自亞洲南北各地,有時還會跑回去

第四紀的臺灣,生態環境又是怎麼樣的呢?

直覺想來,冰河時期當北方變得寒冷之際,相對溫暖的臺灣似乎適合移居;確實,澎湖水道出土的古菱齒象、德氏水牛、四不像鹿,就和北方的華北動物群類似。然而事實上,原產於東亞南方、東南亞一帶,比臺灣更南方的物種也會前來,例如如今分佈於緬甸、雲南、廣西的金絲猴,以及原產華南的早坂犀牛,也曾在臺灣出土,便是這類「南來」的代表。

藉由化石,我們也能一窺古代生態系的樣貌。有些動物體型大,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區,在寒冷的冰河時期是兼有森林、草地,資源充沛的生態系,否則環境承載力養不活這麼多大型植食動物。

張鈞翔表示,一般人通常認為臺灣地處東亞大陸的邊緣,是接收各地生物移入的輸入端;但是臺灣面積其實夠大,而且植被豐富,海拔從低到高,創造出多變的棲位,造就了臺灣能獨自演化出豐富生態系的基礎;於是,遷徙來臺的動物抵達新的環境後,可能因此衍生出新的獨特性,甚至是再將這些臺灣特色帶回東亞大陸。

澎湖原人:難解之謎需要國際合作

面對豐富而多元的材料,張鈞翔做研究並非單打獨鬥,他會主動尋找合作對象,也接受外國學者邀請一同研究,更不忘提攜後進。

學術人際網路,往往是一條牽著一條;而當「澎湖原人」這件不熟悉的古人類化石來到張鈞翔眼前,過往曾一起研究金絲猴的日本專家,便因為之前的交情,而向他推薦經驗老道的日本古人類學家海部陽介,開啟雙方的跨國合作與友誼。

澎湖原人化石打撈自澎湖水道,難以釐清具體年代,只能推測處於海平面較低的某次冰河時期,其年代應該不至於超過 40 萬年,甚至最晚可能只有一萬多年。根據保有的一截下顎與幾顆牙齒,可以斷言澎湖原人的形態具有直立人特徵,並非和我們一樣是智人;但是和北京人、爪哇人等典型的直立人相比,他的下顎更寬,相當特殊。

下顎愈來愈秀氣,是人類演化的大趨勢之一;因此在歐亞大陸幾乎最東方的臺灣,距今不是太久以前,見到這般下顎寬闊的古人類可謂出乎意料。形態上它最接近安徽距今 40 萬年的「和縣人」,中國專家為主的後續研究,主張和縣人與澎湖原人,或許同樣來自延續較久的古老血脈。

澎湖原人

澎湖原人化石打撈自澎湖水道,難以釐清具體年代,只能推測處於海平面較低的某次冰河時期。圖/Wikipedia

張鈞翔特地分享澎湖原人的投稿經驗。一開始鎖定的目標是 Nature 期刊,以棒球比喻可謂「大聯盟」等級;期刊編輯覺得有趣,不過三位審查者中只有一位支持、一位持平、一位不認同。編輯便建議將論文轉投同一出版社「3A」等級的 Nature Communication,果然不久後順利刊出。

島嶼滅絕、古菱齒象、金錢豹:多方探索,團隊合作

今年(2021 年)發表於 PNAS 期刊的論文,是另一次特別的體驗。此一研究由澳洲學者主導,主題設定為「人類對島嶼滅絕的影響」,邀請各有所長的多國學者前往澳洲,一群人在四周有袋鼠環繞的野外工作站閉關多日,每日分組討論,最後總結眾人的思想結晶寫成論文投稿,而張鈞翔也是其中一員。

生物物種原本就會持續誕生與滅絕,人類出現以後,滅絕是否加速?這項研究的主要觀點是,超過一萬年前的舊石器時代,儘管人類已經抵達不少島嶼,對各島嶼生態系的影響卻多半不大。要一直等到一萬多年前以內,人類才對島嶼生態造成比較明顯的影響,這是人口增加、科技進步,改變島嶼環境的結果。

除此之外,近來張鈞翔與許多年輕的研究者合作,持續發表臺灣出土的化石研究,成果多元。今年問世的一項研究著重於澎湖水道出土的淮河古菱齒象(Palaeoloxodon huaihoensis),根據象牙估計年齡,並且評估菱齒象族群的年齡組成。

另一篇今年發表的論文則是報告,墾丁的龍蝦洞出土的大貓牙齒,經形態分析判斷屬於花豹(又稱金錢豹,學名 Panthera pardus),而非臺灣之前已知的雲豹或雪豹。這是首度得知花豹曾經在臺灣生活。有意思的是,墾丁花豹的牙齒比同類小,或許是由於當地環境資源有限,導致體型縮小;也可能是個體差異所致:牠剛好是小隻豹。

花豹牙齒化石

墾丁的龍蝦洞出土的花豹牙齒化石。圖/楊子睿提供

讓科學廣為人知!臺灣還有許多等著被訴說的化石

和許多地方相比,臺灣數百萬年的地質年代並不太久遠,但是仍有不少化石與問題等待探索。例如日本、臺灣、菲律賓都有犀牛,但東亞外海各島嶼的犀牛關係為何?是張鈞翔希望解答的問題。

另一方面,在臺灣龐大的化石紀錄中,張鈞翔也見到某些最近不存在,可是曾在臺灣生活的動物;除了前文提及的金絲猴、花豹,還有海獅與豪豬等等,牠們的化石數量儘管很少,仍足以證實這些物種確實存在過這個島嶼,牠們獨特的臺灣經驗,都在排隊等待著被訴說。

除了做研究以外,任職於國立自然科學博物館的張鈞翔,同時長期從事面對民眾的科普活動,而持續累積的新研究和收藏也能充實展覽。像是 2017 的「象群特展」與2020年的「繽紛的生命」,便是張鈞翔精心規劃的代表作。

秉持著「讓科學廣為人知」的理念,張鈞翔透過收集化石、分析研究、與人合作、發表論文、舉行博物館展覽、對民眾演講、接受節目訪問等行為來實踐。而這些事業,都還有賴臺灣民眾的理解與支持,也希望對古生物有興趣的新秀能投入這個領域,增加我們對臺灣的認識。

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