主題回顧 — 古生物學

在各種生命科學學門蓬勃發展的現代，在地球科學跟生命科學交叉點上的古生物學（Paleontology），反倒是相對冷門的題材。這門研究古地質年代中所涵蓋生物的學門，著眼於透過研究化石等遺跡，配合地質方面的探討來了解該地層存在的生物。其目的是重新描繪出遙遠時空彼方所應有的生命樣貌，並進一步了解地球的演變。Investigator 在去年十月，報導了一系列的研究來介紹這門整合性的自然史研究領域，不僅僅侷限於化石挖掘個案，也包含了應用生物資訊技術來分析大尺度的生物多樣性與物種變化 [1]。在這系列的報導回顧中，古生物學這門富含多樣性的學科，作為結合最新科學潮流與古典演化理論的橋樑，讓我們連結了地球生命過去與現在，也提醒了我們該思考環境變遷的多樣可能未來。

化石型態分析可說是古生物學研究中最直接的材料，畢竟能存留下來的古生物型態與活動證據，大多是以化石的樣貌凍結了時間展現在我們面前。從細小的微體古生物到滅絕的巨獸，從如蘇鐵、羊齒蕨等植物到如珊瑚、菊石、盾皮魚及恐龍之類為我們熟知的動物化石，隨著生科研究器具與方法的進步，解開的謎團也愈清晰。因此，我們報導了硫化古菌宛如時空膠囊般的演化 [2]，維管束植物的孢子體行光合作用能力的變化 [3]、甚至對現代癌症研究相關的恐龍腫瘤之化石證據 [4]。這些發現支持了演化學說（數十億年少有變化的硫化菌型態反映了高度穩定不變的環境）、揭示了最早的陸生維管束植物如何發展出能獨立於配子體行光合作用的孢子體、還有恐龍化石中發現的血管瘤、骨母細胞瘤或是腦瘤等腫瘤的蹤跡，這讓我們有機會知道腫瘤疾病的病理演化，對了解今日的疾病有很大的幫助。

恐龍一直是整個古生物學的明星，不僅僅在化石型態的研究上，恐龍消失後的生物圈也是熱門的議題。我們報導了一群科學家如何透過行為模式的觀察推敲恐龍到鳥類的演化史，從有趣的 “在尾巴上裝上掃帚” [5]，到進一步的結合發生生物學與分子生物學的知識，調控改變了鳥喙的發育來佐證鳥類祖先與恐龍的關係 [6]。也因此，我們相信恐龍這謎樣的巨獸並沒有消失，而是以鳥類為名活在當前的地球上。縱使巨獸們令人嚮往，但生為人類，對於己身從何而來如何而去的議題總是會多一分注意，從去年十月的古生物學報導中我們回顧了古老的人屬化石——澎湖原人 [7]。這研究除了顯示東亞的直立人型態多樣性的存在，也再一次的讓大家驚豔於澎湖海溝中哺乳動物化石的豐富。

萬物之靈的人類對於這個世界與生態圈造成的影響是巨大的，但到底我們的行為是好是壞，如果缺乏地球歷史提供的線索，我們往往陷入迷惘之中。這時候，回顧大尺度的生物多樣性、物種滅絕與環境變遷的古生物學研究就能指引出一條可能的道路。宇宙、地球與生命的交互作用就在生生滅滅中，而在數次的大滅絕過後，是如何恢復今天繁盛的生命圈？回顧我們報導的研究，兩組不同團隊對於二疊紀 – 三疊紀滅絕事件造成的海洋生物多樣性變化 [8]，以及白堊紀大滅絕事件對於昆蟲 – 植物的共演化相關的研究中發現 [9]，不同生態棲位的功能多樣性，能夠在大滅絕後作為基礎並持續演化而恢復繁榮生機。同時南美與北美的比較研究指出，南美生態能在白堊紀大滅絕後相對快速恢復，是因為滅絕事件時的南美洲的生物具有較高的多樣性。此類的研究強調多樣性對於抵抗滅頂之災，以及爾後的復甦穩定的重要。這些研究敲響了今天的警鐘，因為人類活動造成的滅絕速度已經遠超過推算出的歷史平均速度 [10]，這樣的數據，配合古生物學中對人類演化的研究，不難發現人類在短暫的演化過程中得到了快速改變生態結構的力量 [11]，而如何使用這力量，就是人類社群應該深思的。

跨領域、跨尺度的古生物學研究主題雖然是 Investigator 系列報導中較少見的題材，但我們希望在回顧這一系列的報導後，藉由描繪出大尺度地球生命歷史上的多樣性改變以及地球的變化，能夠瞭解並反思我們征服的手段與步調，理解並尊重生命與環境作為指引今日與未來的生命方向。

參考文獻：

1. 【古生物學：連結過去與現在生命的橋樑】 https://investigator.tw/6852/
2.  Schopf, J. W., Kudryavtsev, A. B., Walter, M. R., Van Kranendonk, M. J., Williford, K. H., Kozdon, R., … Flannery, D. T. (2015). Sulfur-cycling fossil bacteria from the 1.8-Ga Duck Creek Formation provide promising evidence of evolution’s null hypothesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(7), 2087-2092. doi:10.1073/pnas.1419241112
3.  Libertín, M., Kvaček, J., Bek, J., Žárský, V., & Štorch, P. (2018). Sporophytes of polysporangiate land plants from the early Silurian period may have been photosynthetically autonomous. Nature Plants, 4(5), 269-271. doi:10.1038/s41477-018-0140-y
4.  Rothschild, B. M., Tanke, D. H., Helbling, M., & Martin, L. D. (2003). Epidemiologic study of tumors in dinosaurs. Naturwissenschaften, 90(11), 495-500. doi:10.1007/s00114-003-0473-9
5.  Grossi, B., Iriarte-Díaz, J., Larach, O., Canals, M., & Vásquez, R. A. (2014). Walking Like Dinosaurs: Chickens with Artificial Tails Provide Clues about Non-Avian Theropod Locomotion. PLoS ONE, 9(2), e88458. doi:10.1371/journal.pone.0088458
6.  Bhullar, B. S., Morris, Z. S., Sefton, E. M., Tok, A., Tokita, M., Namkoong, B., … Abzhanov, A. (2015). A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history. Evolution, 69(7), 1665-1677. doi:10.1111/evo.12684
7.  Chang, C., Kaifu, Y., Takai, M., Kono, R. T., Grün, R., Matsu’ura, S., … Lin, L. (2015). The first archaic Homo from Taiwan. Nature Communications, 6(1). doi:10.1038/ncomms7037
8.  Foster, W. J., & Twitchett, R. J. (2014). Functional diversity of marine ecosystems after the Late Permian mass extinction event. Nature Geoscience, 7(3), 233-238. doi:10.1038/ngeo2079
9.  Donovan, M. P., Iglesias, A., Wilf, P., Labandeira, C. C., & Cúneo, N. R. (2016). Rapid recovery of Patagonian plant–insect associations after the end-Cretaceous extinction. Nature Ecology & Evolution, 1(1), 0012. doi:10.1038/s41559-016-0012
10.  De Vos, J. M., Joppa, L. N., Gittleman, J. L., Stephens, P. R., & Pimm, S. L. (2014). Estimating the normal background rate of species extinction. Conservation Biology, 29(2), 452-462. doi:10.1111/cobi.12380
11.  Kathleen Lyons, S., Amatangelo, K. L., Behrensmeyer, A. K., Bercovici, A., Blois, J. L., Davis, M., … Gotelli, N. J. (2015). Holocene shifts in the assembly of plant and animal communities implicate human impacts. Nature, 529(7584), 80-83. doi:10.1038/nature16447

撰文｜陳彥善
審稿｜藍冠鈞