開啟「恐龍胚胎學」 台灣團隊榮登《Nature》封面

由中央大學光電系張榮森教授主持的國科會「早期恐龍與其古生物環境整體性研究」計畫,共同參與國際恐龍胚胎化石研究,將最新奈米光學技術導入生物考古學中,開啟「恐龍胚胎學」新學門,與多倫多大學教授羅伯.賴茲 (Robert Reisz) 院士和台灣四位作者,一同榮登4月11日出刊《Nature》雜誌封面。

最古老的恐龍胚胎化石  距今1.95 億年

此一研究起始於黃大一教授在雲南祿豐發現世界最古老的恐龍胚胎化石骨頭,這些化石的年代為 1.95 億年,其它已發現的恐龍胚胎,都屬於晚白堊紀,大約晚了 1.25 億年;此發掘在國際上首度開啟了恐龍胚胎學研究的嶄新機會。

多倫多大學教授羅伯賴茲 (Robert Reisz) 院士,成功地領導一個由五個國家參與的國際兩岸聯合研究,發掘研究雲南祿豐 200 多根不同胚胎發育階段的恐龍骨頭化石;台灣總共五位學者參與,做出關鍵性貢獻。

黃教授除了發現這些胚胎化石之外,並費盡心力自費組成了國際兩岸聯合團隊;台灣方面由中央大學張榮森教授申請國科會計畫「早期恐龍與其古生物環境整體性研究」,成功大學博後研究員彭信榮博士辛苦地完成同步輻射 BL14A1紅外光譜顯微實驗站造影,成功大學口腔醫學研究所謝達斌教授參與,以及國家同步輻射研究中心的江正誠先生製備比髮絲還薄的樣品試片,以至於台灣團隊在微觀化石樣本中成功地發現有機殘留物與其分佈;結合大陸、台灣(中央大學張榮森教授)、與國際(加拿大多倫多大學賴茲院士)三方面專家學者,於 2010 年 7 月簽訂了長期的國際兩岸聯合研究協議書(「楚雄州內祿豐動物化石群聯合研究計劃 初期協議書」);大陸方面包括楚雄彝族自治州博物館、祿豐縣恐龍博物館、和天龍科普祿豐辦事處。

五位台灣專家學者共同登上新一期的全球頂尖學術期刊《自然》封面,並與國際兩岸頂尖科學家們並列作者;這不僅彰顯台灣在此一新發現的重要貢獻,更也是兩岸學者專家聯手共創雙贏的體現。

恐龍胚胎學 探究恐龍生活的新頁

「我們正打開探究恐龍生活的一扇新窗」賴茲院士說:「這是全球第一次能看見還在恐龍蛋內的胚胎如何發育,並追蹤其成長發育過程;我們的發現將對瞭解這群動物的生物特性,產生非常重大的影響。」

這些骨頭化石代表了大約 20 隻不同發育時期的長頸蜥腳類亞目(原蜥腳類)祿豐龍胚胎個體,這是此一地區在侏羅紀早期最常見的恐龍;以祿豐龍而言,成龍可成長到約 8 公尺的體長。

黃大一教授所發現的這個早侏羅紀恐龍胚胎骨床非常罕見,相較其它恐龍胚胎化石通常出現在某單ㄧ窩或殘窩內而侷限於同一發育時期,他所發現的這些古生物,卻為散開的胚胎骨骸,來自不同孵化階段的恐龍胚胎,使賴茲團隊能探討進行中各時期變化的機會,更能串聯發展各階段而得到其全貌;團隊比較胚胎骨頭的骨化過程,觀測到胚胎內最大骨頭(大腿骨)一致性快速成長速率,還在蛋殼裡面,股骨長度從 12 增長加倍到 24 釐米;賴茲院士說,這種加速型生長顯示像祿豐龍這類恐龍,可能只有很短的孵化期。

團隊也發現即使在蛋殼裡的恐龍胚胎,其大腿骨形狀有重塑現象;檢視大腿骨的解剖構造與內部微結構,發現恐龍的肌肉透過對硬組織施力,造成股骨形狀重塑;這些證據顯示恐龍類似現代鳥類,會在孵化中的蛋裡面動來動去;這也是恐龍胚胎有蛋內運動的最古老證據。

台灣團隊更透過國家同步輻射研究中心精密的紅外線光譜造影系統,在胚胎骨頭內發現了被保存快二億年前有機殘留物的證據;賴茲院士與黃教授等並認為這些有機物質很可能是膠原蛋白纖維,膠原蛋白是骨組織內的主要蛋白質成份。

「古代動物的骨頭在石化過程中起了變化」賴茲說:「在胚胎化石裡面能找到複雜蛋白質的有機殘留物非常難得,特別是這些樣本,比過去所發現含有類似有機殘留物的化石,在年代上更早一億年之久!」

團隊目前只挖掘了大約一平方公尺的骨床,但是在這麼小的區域裡,還發現已知最古老陸生脊椎動物的蛋殼;這是首次發現即使薄於 100 微米的脆弱恐龍蛋殼,都還能被良好地保存下來的紀錄。

「祿豐龍胚胎骨床的發現,在化石記錄上是絕對的稀罕,無論從年代的遠古,或從能夠提供研究恐龍胚胎學嶄新契機的角度來看」賴茲說:「這個發掘,大大增進了我們對於這些恐龍時代最早期傑出動物成長過程瞭解,有更豐富的認知。」

文/台灣團隊