【鯨彩一生】化石拼圖 重現過去 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

【鯨彩一生】化石拼圖 重現過去

2014年03月11日
作者:蔡政修(紐西蘭奧塔哥大學地質系博士生)

※編按:分子生物技術崛起之後,幾乎各物種都能藉由DNA的鑑定快速又準確的推斷其與另一物種在演化上的親緣關係;但我們卻無法藉由分子技術得知這些千百萬年的演化結果在外觀上到底有哪些差異。因此,化石標本的保存在自然史或生物學等研究上依然占有舉足輕重的地位,我們藉由化石的拼湊讓物種歷史更臻完美。【鯨彩一生】單元,將藉由比人類還早出現於地球上,且為海洋中重要的哺乳動物──鯨魚,來探討生物的精彩演化之旅,日後,我們也將更進一步介紹鮮為人知的鯨類給讀者認識,敬請期待。

每當和朋友聊到我研究的主題時,他們的第一個反應往往是「什麼,鯨魚也有化石?」。似乎對很多人來說,「化石」的聯想已經等於是恐龍。

生命演化的重要依據

「化石」簡單來說,其實就是以前「生命」所留下的證據,不管是很硬郎的骨骼或牙齒都能保存,連這些生物所走過的「痕跡」(所謂的生痕化石)也都可能留存下來,可謂名副其實的凡走過必留下痕跡。而我主要研究的化石生物就是優雅地生活在海中的鯨魚和海豚。

鯨魚化石。圖片作者:CSUF Photos,圖片來源:http://www.flickr.com/photos/csufnewsphotos/12797686503/,本圖符合CC授權使用。

從化石的角度來看,我們的視野及想像就不能只侷限於海中了,也要涵蓋「陸地上奔跑的鯨魚」,怎麼說呢?因為鯨豚的祖先最早其實是生活在陸地上的。

現生的這些海中精靈在生物分類上,基本上都是屬於同一大類──鯨目 (Cetacea),然後往下細分可以分成兩大類:鬚鯨亞目(Mysticeti)和齒鯨亞目(Odontoceti)。有趣的是,從化石來看,其實鯨魚還包含了另一大類,那就是陸地上的鯨魚──古鯨亞目(Archaeoceti)。

鯨魚的起源與發展,就是從這一群「古鯨」開始演化的。這一群古鯨裡包含了早期有四隻腳並且還在陸地上行走的像是巴基鯨(學名Pakicetus inachus)或陸行鯨(Ambulocetus natans)之類的,也有完全進到了水中生活,後肢已經退化的龍王鯨(Basilosaurus isis)或矛齒鯨(Dorudon atrox)。

巴基鯨(Pakicetus attocki)骨骼復原標本模型。作者攝於日本東京上野科學博物館。

以目前所發現的化石來看,現生的兩大類鯨魚,鬚鯨及齒鯨,就是從龍王鯨及矛齒鯨這一類的龍王鯨科(Basilosauridae)所演化過來的,但很多細節都還是不清楚,例如到底是那一種古鯨發展成鬚鯨,或那一類古鯨演化成齒鯨。

繼續更往前推一點,大家最大的疑問或許是「那這些古鯨又是從那一種生物發展而來的呢?」。長期以來,中爪獸(Mesonychia中爪獸目,已滅絕,根據目前發現的化石記錄,他們大約生活在6千萬年到3千萬年前這段時間)因為其頭骨及牙齒等形態和古鯨類的相似性,故一直被認為是鯨魚早期的祖先。

中爪獸復原標本模型。作者攝於日本北海道足寄動物化石博物館。

但是有趣的是,在90年代這段期間,陸陸續續有很多的分子研究指出鯨魚和偶蹄動物的親緣關係是非常接近的。值得一提的是,其實在18世紀及19世紀時(當時還沒有「分子技術」這種高科技),從解剖形態的角度來說,鯨魚和偶蹄動物的親緣關係就已經被提及好幾次,而其相似性包含了生殖及消化系統等。

距骨 揭露了陸地生存的真相

這些有四隻腳且在陸地上奔跑的古鯨類,大約在20世紀的70年代末期開始由一個美國團隊陸陸續續在印度及巴基斯坦發現,並在80年代開始將這些成果給發表出來。如先前所提到的,這些古鯨類在頭骨形態上和中爪獸有著極高的相似性,所以中爪獸一直被認為鯨魚的先驅者。

而90年代的分子資料開始質疑化石證據的可信度,因為分子證據支持鯨魚和偶蹄動物有著很深的親緣關係。有趣的是,在2001年,此美國團隊發表了他們在巴基斯坦所發現的一些可以將鯨魚和偶蹄動物連接在一起的化石證據──距骨(astragalus)

距骨在偶蹄動物裡,有著極度特殊的形態,即所謂的雙滑車結構(double-pulley)。如果我們發現一塊距骨,而其有著這樣的雙滑車結構,基本上就可以放心地說,這塊距骨是屬於某種偶蹄動物,而不會是奇蹄動物或是狗貓等其他動物。

因為先前所發現的古鯨類化石,雖然有四肢,但是一直都沒有發現距骨,直到2001年所發表的這篇文章,將化石證據和分子資料拉到了同一個陣線上支持鯨魚和偶蹄動物的親緣關係。

鯨目的演化。圖片作者:Lauren Anderson,圖片來源:http://www.flickr.com/photos/rhizae/7186484728/,本圖符合CC授權使用。

※原來,鯨魚祖先也曾經生活在陸地上,如此外觀的改變是花上千萬年時間淬鍊的結果,而這種演化亦發生在每種生物中,現在也依舊存在時間最細微深處不易察覺。每一種生物都是慢長時間演化出來的珍貴生命,然生態環境被人類的大肆迫壞,許多物種正快速的消失在地球上,日後,我們只能從許多化石及標本裡一窺生物的奧秘。

【延伸閱讀】

※ 本文與 行政院農業委員會 林務局   合作刊登 

作者

蔡政修

2004年參與了轟動一時的抹香鯨解剖,從此墜入了鯨魚的世界。從事鯨魚化石及演化的研究,陸續到世界各地看鯨魚標本,寫論文之餘書寫科普文章,讓大眾更進一步的瞭解鯨魚及演化的魅力。