2017年3月1日 星期三

螢光下的羽翼

儘管恐龍的外貌仍有許多未解之謎,但透過近年來的新發現,當代的古生物學家們已經能夠約略地勾勒出潛在的輪廓。雖然我們並不能直接透過觀察化石的顏色得知恐龍原本的樣貌,但如果透過某些殘留在皮膚、鱗片或羽毛上的黑色素,我們便能推敲這隻恐龍的體色大致的分布情形,以及可能含有那些顏色。

黑色素的結構中含有許多的通道,這些通道就像一層一層的小房間,裡面則容納著黑色素體。雖然科學家曾運用這樣的方式復原距離鳥類親緣較遠鸚鵡嘴龍(Psittacosaurus),但目前在這方面運用上最廣泛的還是莫過於那些帶羽毛恐龍。因為黑色素體其實有著各種形狀,而每一種不同的形狀變代表著一種不同的顏色,藉由這些帶羽毛恐龍羽毛上保留下的黑色素體,古生物學家得以比對現在鳥類羽毛中蘊含黑色素體的形狀,以推斷這隻恐龍原先大概帶有那些顏色。
赫氏近鳥龍(Anchiornis huxleyi)。Credit: Julius Csotonyi.

舉個比較容易理解的例子:假設科學家們從恐龍的羽毛上觀察到圓形的黑色素體,科學家就會去找這個形狀在現代鳥類羽毛上對應的顏色,假設在現代的鳥羽上找到圓形的黑色素體是黑色的,我們就可以推估這個含有圓形黑色素體的區塊是黑色的、而方形可能是紅色、橢圓形可能代表綠色。當然這樣的假設前提是立基在恐龍羽毛和現代鳥類羽毛上的黑色素體都能呈現相同顏色的狀況下,實際上我們並無法得知兩者的反應出的顏色是否是一致的、或者彼此之間存在什麼樣的關係。

早在2010年,一項由中美聯合主導的研究便利用了這樣的方式還原了帶羽恐龍─赫氏近鳥龍(Anchiornis huxleyi)身上的顏色。在該項研究中,古生物學家發現近鳥龍身體羽毛的顏色以黑、灰二色為主,頭頂上還有一部分呈現紅棕色、四肢上的羽毛則呈現出黑白相間的樣貌。

雖然已經能夠推估可能的顏色,但對於重建近鳥龍確切的身體輪廓仍有許多未解之謎。稍早另一項由中國臨沂大學和香港大學共同主持的研究中或許又為這個問題揭露了新的曙光!在研究中王孝理和文嘉棋(Michael Pittman)博士用高強度的雷射去照射化石標本以觀察附著在骨骼旁的軟組織,以精準的觀察其原有的外貌與輪廓。

在這項研究中,研究團隊利用雷射誘導螢光技術(Laser-stimulated fluorescence, LSF)在暗房中以強烈的紫色光直接照射200多具近鳥龍的化石標本,在強光的照射下,那些保存於石板上的膚質原子會受到刺激而發出螢光,這時研究團隊就能使用帶有雷射過濾器鏡頭的相機拍攝這些高度清晰的影像。這同時也是首次以定量精確地重建帶羽恐龍身體輪廓的嘗試。
在雷射誘導下反射出的螢光精確地顯現了近鳥龍羽翼的輪廓,注意附著在肱骨與橈骨間的翼膜結構。Credit: Wang, X. et al. (2017).

然而,並非所有的標本在強光照射下都能看見這些清晰的細節,在這些眾多的標本當中只有12具標本呈現出螢光反射的現象,即使如此這些為數不多的標本還是讓古生物學家們驚奇的發現赫氏近鳥龍與當代鳥類的高度相似性!
透過雷射誘導螢光技術解析出的近鳥龍各部位身體輪廓。Credit: Scott Hartman, Wang, X. et al. (2017).

這些解析出的身體輪廓包刮了近鳥龍鼓棒狀的大腿、位於足部圓狀的鱗片殘留、細長的尾部結構以及帶有類似現代鳥類翼膜的翅膀,其中翼膜的附著的方式較淺,這顯示赫氏近鳥龍可能是一種善於滑翔的動物。這些首次被觀察到的特徵印證了過去古生物學建立在骨骼研究上對於帶羽恐龍形態的推測。
螢光反射下的足部結構,腳掌上的鱗片清晰可見。Credit: Wang, X. et al. (2017).

這項針對赫氏近鳥龍的研究相當別具意義,生存於距今約1.6億年前的赫氏近鳥龍是目前已知年代最古老的帶羽毛恐龍,因此赫氏近鳥龍同時也是在研究鳥類起源與飛行上重要的指標物種。雖然近鳥龍身上的羽毛分布方式仍顯示他們仍相對原始,但如果近鳥龍的身體結構已經與現今的鳥類如此雷同,這表示這些獸腳類恐龍很可能在更早就已經嘗試過各種不同的演化曲徑邁向晴空。


References:

Quanguo Li. et al. Plumage Color Patterns of an Extinct Dinosaur. Science. 327 (5971): 1369–1372. doi:10.1126/science.1186290 (2010).

Wang, X. et al. Basal paravian functional anatomy illuminated by high-detail body outline. Nat. Commun. 8, 14576 doi: 10.1038/ncomms14576 (2017).

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