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骨骼與石頭:古脊椎動物學與香港地質

香港大學古脊椎動物學家文嘉棋博士

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歡迎大家再次到來!在這篇文章中,你會看到一些我最新的恐龍研究,當中增進了我們可取自化石的資料。你是否已準備好認識更多有關恐龍的外觀、結構和棲息地?你可以透過 Twitter@PalaeoPittman 找到我。希望大家喜歡!

早期三角龍親緣動物鸚鵡嘴龍的三維偽裝模式及尾部剛毛結構

最近,我和我的合作夥伴Thomas G Kaye(美國科學促進基金會)借助尖端激光造影技術,製作迄今最精細的彩色恐龍重建形象。該種恐龍為1億2,000萬年前的早期三角龍親緣動物鸚鵡嘴龍(Psittacosaurus),其標本數以百計,其中包括幼體至成年體,但我們聚焦於把軟組織保留得最好的一件(圖1)。

圖1:研究標本的照片:鸚鵡嘴龍(Psittacosaurus sp. SMF R 4970)。該標本存放於德國法蘭克福森肯伯格自然歷史博物館。照片來源:Jakob Vinther。

由英國布里斯托大學Dr Jakob Vinther率領進行的新近研究在享負聲譽的科學期刊《當代生物學》上發表,當中揭示鸚鵡嘴龍擁有顏色較淺的腹部和較深色的背部(圖2)。由於這種「反蔭蔽」能跟身體在陽光下產生的影子形態互相抵消,因而讓鸚鵡嘴龍得以掩飾其三維形狀和改善其偽裝模式(圖3)。較淺色的腹部和顏色較深的背部之間的分界線位於身體較低水平位置(圖1),這與那些在有較多漫射光的密閉棲息地(例如森林,與熱帶稀樹草原等承受更多直射陽光的空曠棲息地相反)生活的現存動物情況相符(圖4)。這正好跟鸚鵡嘴龍以森林為棲息地的已知觀點切合,表示恐龍與現存動物以相同的方式利用反蔭蔽效果。


圖2:以兩項新近研究結果為基礎的鸚鵡嘴龍(SMF R 4970)修正版本重建形象。鸚鵡嘴龍是擁有兩條腿,大小如狗隻的三角龍親緣動物。照片來源: Bob Nicholls/Paleocreations。


圖 3:由於身體的圖案結構跟身上的光影分布互相抵消,因此反蔭蔽可在陽光之下掩蓋動物三維形狀。(i)深淺色均勻及略呈柱狀的物體因為投下影子而易於被看見。(ii)反蔭蔽是一種色彩樣式,能配合某物體一般在影子中部分的明亮色調及通常在直射光線下暴露部分的深暗色調。(iii)由於其明暗深淺跟投下的影子互相抵消,以致略呈柱狀的物體在產生反蔭蔽效果時看來呈扁平形狀。


圖4:呈現反蔭蔽效果的現代動物。留意腹部的白色位於身體較低位置,情況就如鸚鵡嘴龍那樣。這是由於兩種動物都在森林生活,較多漫射光有利產生分級或低水平的反蔭蔽效果。Credit: By Caesar Choi

我和Mr. Kaye採用的激光造影法名稱為激光刺激螢光造影法,由於皮膚上的鱗片會發出明亮螢光(圖5),因而比以往更能良好呈現鸚鵡嘴龍的顏色圖案。這種造影法亦有助使被深色黑色素(使我們的皮膚和毛髮呈現顏色的抗性色素)所掩蓋的腹部鱗片較淺顏色變得清晰(圖5),這些色素可能在動物分解時由其內臟滲漏出來。在激光刺激螢光造影法的原理中,來自激光的光子與化石內的礦物原子發生交互作用,然後藉由釋放不同顏色的光子而散失能量──發出螢光。該項技術能迅速提供化石的化學圖,通常可呈現在正常光線下無法看見的解剖學資訊。我們採用的鸚鵡嘴龍標本尾部亦保留了一些奇特的長剛毛,並透過激光刺激螢光造影法顯示出與皮膚近似的螢光色彩(圖5)。我們認為這來自跟動物鱗片和剛毛角蛋白融合的磷酸鈣礦物鹽,並由此獲得有關剛毛成分的線索。


圖5:鸚鵡嘴龍(SMF R 4970)的激光刺激螢光影像展現前所未有的顏色圖案細節。留意顏色較深的背部和較淺色的腹部,呈現在恐龍身上產生的反蔭蔽效果。照片來源:Credit: Thomas G Kaye & Michael Pittman。


圖6:尾部剛毛看來跟部分現代鳥類的刺狀和絲狀構造相似,但這些構造並非真正的羽毛。比例尺為1厘米。照片來源:Sven Tränkner/森肯伯格自然歷史博物館。

在另一項於8月底發表的研究中,我與Mr. Kaye和 Dr. Vinther(及其學生 Evan Saitta)夥同法蘭克福森肯伯格自然歷史博物館的Gerald Mayr,由後者帶領我們就尾部剛毛作出前所未有的描述。我們揭示這些剛毛以一束束的方式排列,並具有向基部擴闊的髓。在另外兩個鳥臀類恐龍物種(鳥臀類是兩大恐龍類群之一,另一類群是包括獸腳類[暴龍及其親屬]在內的蜥臀類)中可找到這類結構較纖細的不同類型,但其解剖學資訊尚待透過嶄新技術作仔細研究。由於鸚鵡嘴龍的剛毛與部分現代鳥類並非真正羽毛的刺狀和絲狀結構相似(圖6),致使我們無法肯定恐龍皮膚(鱗片、剛毛、絲狀結構和羽毛)的結構是否全都由最早期恐龍的相同祖傳構造演化而來。我們的研究對這個極熱門的未解之謎意義重大,一如我之前的文章,我們尚須看看日後的研究將可再揭露些什麼。

 

資料來源:

1. 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. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.06.065 PDF - http://www.cell.com/pb-assets/journals/research/current-biology/S200backup/vinther.pdf)
Video summary - https://www.youtube.com/watch?v=BEzguRJAuXE

2. Mayr, G., Pittman, M., Saitta, E., Kaye, T.G. & Vinther, J. Structure and homology of Psittacosaurus tail bristles. Palaeontology, 1-10. http://dx.doi.org/10.1111/pala.12257

媒體報道:

> BBC science news: http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-37376893
> National Geographic: http://news.nationalgeographic.com/2016/09/dinosaur-camouflage-fossil-find/
> SciShow video report: https://www.youtube.com/watch?v=ueoeO_9Eu_E
> Dinosaur George podcast: http://www.dinosaurgeorgepodcast.com/105-2-continuation-of-105-psittacosaurus-color-and-shading/ and http://www.dinosaurgeorgepodcast.com/105-psittacosaurus-tail-bristles/

 

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