小化石大哉問：古生物學在生態保育的應用
演講者 林千翔 助研究員 中央研究院生物多樣性中心
小編：陳琬鎰、陳釤珉
大綱 & 新知
本次的演講主軸講述如何將看似不起眼的化石材料「耳石 (otolith)」運用於攝食生態、考古遺址及古生物學的研究中。耳石為硬骨魚類內耳迷路系統中的碳酸鈣結晶組織。在硬骨魚類的內耳中共有三對耳石，分別為與聽覺相關的矢狀石 (sagitta) 及與平衡相關的礫狀石 (lapillus) 和星狀石 (astericus)。其中，矢狀石在硬骨魚類的形態學中具有分類上的特殊性，可透過鑑別矢狀石的外觀來辨識其科 (Family)、屬 (Genus) 甚至是種 (Species)。此外，矢狀石亦會隨著魚齡增加而增長，並隨季節變化產生如年輪狀的結構，因此能用於推斷該魚的年齡與體型。林研究員便是利用矢狀石的形態專一性及年輪狀結構等特性，將之應用於探究不同地區的魚類組成及其族群結構變化等研究。
林研究員的研究成果包含許多面向，像是進行攝食生態的考察，藉由檢測食魚掠食者的胃部內容物，分析其中矢狀石的種類與數目比率，用以推斷該掠食者的食性。或是用以重建古魚類群落的組成，在古代遺址中採樣沉積物後，藉由鑑別並統計樣品中的矢狀石類型與尺寸，便可得知該區域過去的魚種數目及體型分佈。此外，還能運用於釐清不同時期珊瑚礁地形中的魚類群聚組成，藉由分析古代及現代珊瑚礁沉積物中的矢狀石分佈比例及其尺寸，可推導出不同時期中該區域的魚種清單及豐度，並可進一步藉由比對不同時期的數據，推估當地的經濟發展對生態所造成的影響。除了上述的研究成果，林研究員近期則致力於進行臺灣全島各時期的魚類多樣性分佈研究。其目標為探討全臺從古至今的魚類豐度與生物多樣性，並從中釐清各魚類是從何時期開始出現在臺灣。林研究員與他的研究團隊目前已在大漢溪發現 800 萬前年的化石標本，並分析出其為全世界僅臺灣特有的黃魚物種，實為另人嘆為觀止的重大發現。
藉由今日林研究員針對其研究成果的分享，讓我們理解到在砂石堆中難以分辨的各種耳石，其實在生態研究上有著相當重大的應用性及研究價值，切勿因其渺小而將之視如敝屣，只要多用心多觀察，連微小的矢狀石都擁有難以想像的大學問。
Q&A
Q1. 要如何從化石去重建出譜系發育樹？
A1. 要重建譜系發育樹主要是分析形態上的數據。如果要看某個類群，就要了解哪些形態是共衍徵，哪些是祖徵。藉由分析重要的特徵，就可以重建它們的譜系發育樹。但比較少看到用耳石來重建魚類的譜系發育，通常都是用骨骼，因為其特徵比較多。
Q2. 不同的耳石其功能是否不同？
A2. 三對耳石中，矢狀石和聽覺較相關，因為魚類的第八對聽覺神經直接連接在矢狀石上。而礫狀石與星狀石則和平衡比較有關。
Q3. 在”珊瑚礁的魚類群聚構造”的研究結果圖中，為何會造成不同分群的現象？
A3. 當特定物種或類群相較於其他種更多一些的時候，可能會和別人有區別而造成不同的分群。
Q4. 在”珊瑚礁的魚類群聚構造”的研究結果圖中，不同分群的圖中間的放射線代表什麼意思？
A4. 中間的放射線中，每一條代表我們鑑定出來的科，長度越長代表影響越大。從圖中我們發現魚種在不同時間點有發生變化，反映棲地可能有受到改變。推測可能為藻類入侵或棲地地質改變等因素，造成環境變得偏向沙地，因此增加了棲息在沙地的魚種。
Q5. 耳石在變成化石的過程中，容易破碎或被消化，是否會影響鑑定？
A5. 在鑑定的過程中看得出該樣品是否破碎，並且從破裂面就可以看到裡面的構造。
Q6. 魚的耳石跟人的耳石是同源的嗎？
A6. 以整個脊椎動物的演化來說算是同功，但只有硬骨魚會聚結成大塊的耳石。像鯊魚的話是耳沙，較為細小；兩棲爬蟲類則是方解石，在自然界是比較完整的結構，大概是跟水的含量有關係，但研究還不多。
Q7. 兩棲爬蟲類有用耳石進行分類嗎？
A7. 兩棲爬蟲類的耳石並沒有像硬骨魚一樣有專一性的特徵能進行分類。
Q8. 用耳石進行魚類的分類只能夠分到科嗎? 還是可以分到更下面的位階？
A8. 不同的類群狀況不一樣，像燈籠魚可以分到屬或種，但是在蝦虎魚分類到屬就是極限。
Q9. 魚類這麼多種，會有一些魚的耳石因太大或太小，容易破碎而不好保存因此看不到東西嗎？
A9. 會的。不同種類狀況不同，可能跟生態習性有關，像是需要游很快的魚，如果耳石太大可能會頭重腳輕。但是在石首魚這種底棲性的種類，耳石可能會比較大，因為必須維持在底部。
在尋找耳石的過程中的確有機會沒看到東西，沒看到的東西不一定不存在，但是看到的就是看到了，在做古生物研究要知道「永遠不要推測沒看到的東西」。
Q10. 有什麼現在已知的魚類，但目前從未找到耳石化石紀錄的嗎？
A10. 有，但化石紀錄不單只有以耳石作為依據，骨骼也會一起討論，會用不同的材料做不同的互補討論。
Q11. 耳石上類似年輪的構造，可用於判斷該魚類的年齡。但在利用耳石進行物種鑑別時，是否會因不同年齡之耳石在形態上的差異，導致形態鑑別時發生誤判的情形?
A11. 會。耳石特徵在幼體時的確較不穩定，因此我們在樣品的處理過程中會使用 0.5mm 的篩網將較小的耳石移除。僅鑑別亞成或成魚的耳石，可避免誤判的情形發生。
Key words : 耳石 (otolith)、矢狀石 (sagitta)、生態保育 (ecological conservation)
花絮照片:
圖一、林研究員簡介耳石分類上之研究應用
圖二、林研究員講解其研究如何實地採樣
圖三、林研究員攜帶其於菜寮溪採樣分類之成果供學生實際觀賞
圖四、學生針對演講內容踴躍提問
圖五、林研究員解惑學生之提問