▲大鼻龍的中子電腦斷層掃描影像。(圖／國輻中心提供)

 

【勁報記者羅蔚舟/竹科報導】
國科會轄下的國家同步輻射研究中心（國輻中心）與加拿大多倫多大學、美國哈佛大學、澳洲中子散射中心及中國吉林大學所組成的跨國研究團隊，在古生物演化領域取得重大突破!成功解析距今約2.89億年前、早二疊紀時期的爬蟲類「大鼻龍（Captorhinus）」木乃伊化石，不僅揭開早期羊膜動物（Amniotes）呼吸系統演化的重要線索，更刷新目前已知最古老的軟組織與蛋白質保存紀錄，研究成果已於4月8日刊登於國際頂尖科學期刊《自然》（Nature）。

 

▲大鼻龍示意圖。(圖／國輻中心提供)

 

大鼻龍外型像小型蜥蜴，比恐龍出現的時間早了約4000萬年。這具珍貴化石出土於美國奧克拉荷馬州Richards Spur洞穴系統。由於當地特殊的地質環境，包含富含石油滲漏的碳氫化合物，以及缺氧泥質條件，有效抑制微生物分解，使化石以近乎「木乃伊」狀態保存，完整保留皮膚、軟骨與胸廓等軟組織。面對如此罕見的標本，研究團隊結合形態學、分子分析與同步輻射技術，展開了跨尺度生命演化研究。

 

相較於兩棲類主要依靠皮膚與口腔幫浦換氣，人類與所有陸生脊椎動物等羊膜動物的「肋骨呼吸系統」，能提供更高效率的氧氣交換，成為脊椎動物成功適應陸地生活的重要演化突破，也奠定後來羊膜動物大規模演化與稱霸陸地的基礎。

 

▲同步輻射紅外顯微術實驗站 。(圖／國輻中心提供)

 

國外研究團隊透過｢高解析中子電腦斷層掃描技術（Neutron Computed Tomography）｣，進行非破壞性的三維重建，首次清楚觀察到大鼻龍的完整呼吸結構，包括軟骨胸骨、胸骨肋、肋骨延伸構造與肩帶之間的連動關係。研究證實，大鼻龍已具備利用肋骨擴張胸腔進行呼吸的能力。

 

此外，國輻中心研究團隊利用台灣光源（Taiwan Light Source）紅外顯微ATR-FTIR光譜（SR-µATR-FTIR）技術，對化石中的骨骼、軟骨與皮膚進行分子分析，成功在微米尺度下偵測到蛋白質的訊號。由於古生物分子訊號極微弱，傳統光源難以有效分析，而同步輻射光源具有高亮度與高訊噪比特性，得以精準辨識遠古生物殘留的分子痕跡。研究結果顯示，這具化石中仍保留蛋白質的分子訊號，成為目前已知最古老的陸生脊椎動物軟組織與蛋白質保存紀錄，比過去已知紀錄大幅提前近一億年。這項發現提供對遠古軟組織保存機制的新理解。

 

國輻中心李耀昌博士表示，此次研究成果不僅為早期羊膜動物呼吸系統的演化提供新的科學觀點，也凸顯跨尺度分析技術在古生物研究中的重要性。研究團隊結合中子電腦斷層影像與同步輻射紅外顯微光譜技術，分別從三維形態結構與分子層級進行互補分析，不僅能重建化石的胸廓結構與可能的呼吸機制，更能進一步解析其中保存的化學與分子資訊，建立由形態到分子的整合性證據鏈，進一步還原數億年前生命演化與生理功能的關鍵細節。