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侏羅紀公園再現–世界最早的恐龍胚胎及有機體的發現和研究
 
 
張榮森教授為「早期恐龍與其古生物環境整體性研究」計畫主持人,共同參與了國際恐龍胚胎化石研究,並將最新奈米光學技術導入生物考古學中,不僅開啟「恐龍胚胎學」新學門,其研究成果還榮登《Nature》雜誌封面。張主任在演講中介紹了恐龍胚胎學的研究進展。他說:侏羅紀公園能再現嗎?早期恐龍與其古生物環境整體性研究計畫給了部分答案,侏羅紀公園再現不是由琥珀中蚊蟲的恐龍血,而可能是出於此計畫發現的世界最早恐龍胚胎化石中的有機體!我們從脫散的骨骸中分析出胚胎發展的接續圖,我們也應用了同步輻射傅立葉轉換紅外線光譜儀做精細分析。相對於以前用去鈣化骨頭萃取有機殘留物的研究,我們能在原處針對某組織進行非接觸式的探測,這種檢驗的方法不會受到微生物或人為污染,未來也許可以發現DNA的片段。

本次演講介紹兩億年前恐龍骨床現場還原成活生活現恐龍巢穴的有趣過程,並且也介紹了現代光學工具如何應用在古生物的研究上。

講演內容綱要

五月二十九日晚間的第七場春季展望演講,由國立中央大學光電研究所及生命科學研究所的 張榮森 教授擔綱。張教授的演講主題是「侏羅紀公園再現-世界最早
的恐龍胚胎及有機體的發現與研究」,他從侏羅紀公園的故事出發,一步步的解釋電影情節中的恐龍研究工作,並連結現實中他的團隊在恐龍考古的經驗,說明化石研究的發現過程,進而還原恐龍在胚胎及生長時期的樣貌,展現出恐龍研究多采多姿的面向!

「在雲南找恐龍化石時,看著茂密的樹都把天遮住了…,越看恐龍越使心靈擴大」,當張教授提到恐龍時眼睛閃閃發亮,從言談間就能感受到他對恐龍的熱愛與重視。回想當初會研究恐龍,是因緣際會想到使用尖端科技來研究古早化石,而科技部也給予支持,所以就主持了「早期恐龍與其古生物環境整體性研究」這個計畫。張教授參加的研究團隊,拿著相對國外微薄許多的研究經費,在發現恐龍胚胎化石的短短幾年間,以驚人的研究成果登上世界頂尖期刊《Nature》的封面,並獲選2013年科學成就獎第四名!

為何恐龍胚胎化石的發現,對自然科學研究有這麼深遠和震撼人心的影響?張教授說,這次恐龍胚胎化石的發現打破了「DNA和有機體只能存在十萬年」的定律。藉由紅外線光譜的檢測,證實胚胎中發現的胺基酸來自於一億九千五百萬年前的那個時代。

這次恐龍胚胎的研究,主要針對中國雲南發現的「祿豐龍」。祿豐龍身長五公尺,有著粗壯的尾巴,是目前中國境內發現最早的恐龍。研究團隊分析200多根不同胚胎時期的恐龍骨頭,並建構出恐龍胚胎發育的變化過程。其中最有趣的就是觀測到恐龍胚胎大腿骨的生長情形,經過分光顯微鏡的觀察與結構重建,發現祿豐龍大腿骨成長快速,而且在蛋中會激烈地動來動去,類似現代鳥類的發育。

除了恐龍胚胎學的發展,臺灣團隊最大的貢獻就是利用新竹國家同步輻射研究中心的精密紅外線光譜系統,在恐龍胚胎大腿骨中發現「有機殘留物質」!經過研究,推測該物質就是古老的膠原蛋白纖維,可說是目前發現最早的蛋白質。相較於傳統化學使用破壞性的檢測方法,臺灣團隊利用光譜儀器分析恐龍胚胎,不只可以更精確地了解其有機結構,也更完整地保存恐龍胚胎化石。

在演講中,張教授播放了經典的恐龍電影-「侏羅紀公園」的片段。當看到電影中使用琥珀中蚊子的血來抽取恐龍DNA進行重建時,張教授說這個實驗在真實世界不太可能成功,因為在琥珀中的恐龍血還是會被氧化,甚至會遭受細菌的侵入,如果真的要拿到不受汙染的DNA,可能要在有琺瑯質保護的牙齒或骨頭中尋找。不過他也說,以現在的生物技術,我們的確可以藉由DNA來製作蛋白質,然後進一步重建出當時的物種。

DNA的發現除了可以重建當時的生物外,也常運用其分子鐘的功能來定年。在實驗前,需經過高溫滅菌、PCR平行比對等步驟,來確認所取的DNA是否受到汙染。當所拿的DNA確定是來自被研究的生物後,就可利用活體生物中胺基酸含量的L值,比上死亡後生物體中胺基酸含量的D值計算出生物所存的年代。張教授說其實這個分子鐘的概念老祖宗早就知道,因為經過現代研究發現神經細胞要七天才會完全分解,所以人死亡時要到七天之後才會感受不到疼痛,而這或許就是為何有七天後才下葬的習俗吧!

張教授認為恐龍的滅絕可能是因為二氧化碳的變化,當人類當前因為環境變遷面臨第六次生物滅絕時,他說侏羅紀公園電影中經典的台詞-「生命會自己找到出路」的現象可能會再次發生。而當我們不再是這個星球的霸主時,或許聰明的章魚、老鼠、猩猩可以成為未來的接班人。所以現在研究恐龍也是讓自己更謙虛,從了解恐龍滅絕的過程中進一步更加認識自己。最後,張教授也不忘提醒要用愛來感化這個世界,放下心中成見,才能讓這個世界更美好!
 
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