2016年9月17日 星期六

還以顏色

曾經有很長的一段時間,人們認為只有那些生物中最堅硬的部分,例如:骨骼與硬殼,才會形成化石。現在我們已經知道,其實在某些特殊情況下,生物的軟組織也能夠藉由在形成化石的過程中被礦物取代而被保留下來,而這些「礦化組織」(mineralised tissue),使得我們能有機會一窺這些遠古生物的肌理紋路。

另一種取徑則是藉由生物的色素沉著(pigmentation)。近期的研究顯示,黑色素體有時會被保存於生物的皮膚、毛髮以及羽毛之中。藉由這個發現,2010年由北京自然博物館和耶魯大學的研究人員得以利用化石中沉積的黑色素體對比現生鳥類飛羽中的黑色素體,以重建復原那些帶羽毛恐龍身上的顏色。

現在,分子古生物學家亞可維爾(Jakob Vinther)與他的研究團隊運用雷射誘導螢光成影技術(Laser-Stimulated Fluorescence, LSF)重新檢驗了一具發現於中國遼寧省的鸚鵡嘴龍(Psittacosaurus)標本─SMF R4970。並將他們的研究成果發表於最新一期的《當代生物學》(Current Biology)期刊上。
標本號SMF R4970的鸚鵡嘴龍化石。Credit: Jakob Vinther.

鸚鵡嘴龍是一種原始的角龍亞目(Ceratopsia)恐龍,這個屬底下已被辨識出的物種高達11種,同時也是恐龍這個類群當中被辨識出最多物種的一個屬,生存於距今約1億2320萬年前的早白堊紀。外觀可愛的鸚鵡嘴龍是小型的二足動物,就是在《變形金剛4:絕跡重生》(Transformers: Age of Extinction)片頭出現的那一隻。

SMF R4970是隻命運乖舛的鸚鵡嘴龍,經由黑市非法管道被賣到國外。經推測出土於眾多羽毛恐龍所在的義縣組(Yixian Formation),後來被法蘭克福的申根堡自然博物館(Senckenberg Naturmuseum)買下,並準備無償送還給中國。

這具標本的完整度相當驚人,牠的全身被鱗片覆蓋,較大的鱗片以不規則的方式排列出現,而在每個較大鱗片間的空隙則由較小的圓形塊狀鱗片來填補,這樣的排列方式也出現在後期較晚出現的大型角龍亞目當中,例如:開角龍(Chasmosaurus)與三角龍(Triceratops)。牠四肢上的斑紋也被完整的保留了下來,前肢有著一些較大的點狀圓斑、後腿上則是由小圓點構成的條紋狀斜斑紋組成。
在雷射誘導螢光(LSF)成像下顯示出SMF R4970五彩繽紛的樣貌。Credit: Thomas G. Kaye & Michael Pittman.

此外,牠的尾巴上方還有個向後延伸、排列長約16公分的管狀剛毛。它的結構與一些較為原始的獸腳類(Theropods)恐龍身上的原始羽毛相當類似,但目前對於這個構造在演化上的來歷仍不清楚,有些科學家認為這是種原始的羽毛、其他則認為這個構造是平行演化的結果。
尾部的管狀剛毛在雷射誘導螢光成像下的特寫。Credit: Thomas G. Kaye & Michael Pittman.

研究團隊發現,這隻鸚鵡嘴龍的體色在靠近脊椎的部分會比較暗沉;相反的,越靠近恐龍肚子的位置顏色就越淺,而同樣的情況也呈現在恐龍的尾巴上。這樣的情況被稱之為「反蔭蔽」(countershading),當光線由上而下映照在動物的體表上,淡色的部分能與光線融為一體、而暗色的背部則能夠讓動物隱身在掩蔽之中,這個原理就好像在戰場上穿著迷彩服的士兵將自己融入環境之中。
根據SMF R4970所復原重建的鸚鵡嘴龍模型,「反蔭蔽」的體色讓牠們能夠充分地融入森林中。Credit: Robert Nicholls.

你能在許多現生的動物找到這樣的例子,許多飛禽與海洋動物也運用這個方式來躲避潛在的掠食者。而藉由鸚鵡嘴龍身上的體色,我們可以預測這些動物當時是棲息在什麼樣的環境之中。

為了驗證鸚鵡嘴龍身上的體色是否也能達到反蔭蔽的效果,亞可維爾的研究團隊在仔細地蒐集完SMF R4970身上的色彩信息後,將所有相關的資訊彙整交給了專門從事古生物重建的藝術家羅伯尼可斯(Robert Nicholls),並試圖重建了一隻同樣尺寸大小的鸚鵡嘴龍模型。

研究團隊先將一隻全身灰色模型放在各種光影映照的情況下,找出光影在恐龍身上分布的模式,並對比化石標本上有關體色分布的相關訊息。結果發現,正如同其他發現於義縣組的小型恐龍與其他出土的素材顯示,鸚鵡嘴龍是一種棲息在森林裡的動物,藉由這樣的方式使得我們得以了解並重建恐龍時代的地貌和牠們的生活史。


References:

Vinther, J., Nicholls, R., Lautenschlager, S., Pittman, M., Kaye, T. G., Rayfield, E., Mayr, G. and Cuthill, I. C. 2016. 3D Camouflage in an Ornithischian Dinosaur. Current Biology. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.06.065

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