客觀日本

【恐龍王國福井的最新研究】(上)熱點話題不斷:挖掘新種化石、開創數字古生物學、開設恐龍學部

2025年01月27日 生物醫藥

2024年3月起,北陸新幹線延伸至福井縣。今後肯定會有更多的人通過福井縣的宣傳活動知道這座日本首屈一指的「恐龍王國」。2024年,關於福井縣的頭牌——「恐龍」,熱門話題不斷。筆者對有關恐龍的最新研究進行了採訪。

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為筆者擔任向導的今井拓哉(福井縣立大學恐龍學研究所副教授/福井縣立恐龍博物館研究員)

與加拿大、中國齊名的世界三大恐龍博物館

從福井縣的縣政府所在地福井市出發,向山間驅車約一小時便可抵達勝山市。作為恐龍王國的核心地區,「福井縣立恐龍博物館」便座落在這裡。用「核心」來形容勝山市,不僅僅是因為博物館的存在,還因為所有以「福井」地名命名的新種恐龍,都是從勝山市發掘出來的。

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位於福井縣勝山市的福井縣立恐龍博物館。設計師為已故的黑川紀章先生

福井縣立恐龍博物館於2000年開館,是以展示恐龍為中心的日本規模最大的地質古生物學專業博物館。該館與加拿大、中國的同類設施並稱為世界三大恐龍博物館。截至2023年3月底,該館的累計入館人數已超過1300萬人次。為了迎接北陸新幹線的延伸,博物館在2023年進行了大規模的翻新和擴建。2024年,開館以來的目標——年入館人數突破100萬即將成為現實。

在採訪當天,從早上開始便有大量遊客到來,令筆者驚嘆。

所有新種化石均出自北谷町

我們首先造訪了位於勝山市北谷町的發掘現場。這裡是所有新種恐龍化石的出土地,截至2011年度的已被調查區域被指定為了日本國家天然紀念物,也是恐龍博物館的附屬設施「野外恐龍博物館」的一部分。由於這裡提供從挖掘出的岩石中尋找化石的體驗活動,對普通遊客而言,無疑是一大熱點。

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在通往發掘現場的林間小路上,眾多福井恐龍的標示牌在歡迎遊客的到來

採訪時間正值盛夏。面對車周圍飛舞著的大群牛虻,筆者略顯手足無措,而今井副教授則笑著告訴我們:「這附近還有熊出沒哦。」享譽世界的北谷發掘現場,坐落在一片人跡罕至的深山溪谷中,野生動物和昆蟲才是那裡真正的主角。

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發掘現場所在的地層為手取層群北谷層。這片區域在恐龍時代曾是亞洲大陸東緣的蜿蜒曲折的河流地帶

這片地形是由流經乾谷的杉山川沖刷山體形成的。從裸露的地層中可以發現貝介類等化石,因此自古以來就深受當地化石愛好者的喜愛。然而,1982年隨著一塊中生代鱷類化石的發現,情況發生了劇變。福井縣隨即在1988年啟動試掘調查,並於次年正式展開全面發掘工作並持續至今。

新種恐龍的發現始於2000年發現的日本首例新種恐龍——福井盜龍(Fukuiraptor),目前總計發現了6種新種恐龍。在正在研究中的化石中,還有不少有望成為新種的標本。此外還陸續發現了一些其他的珍貴化石,除了最具代表性的新種原始鳥類福井翼龍(Fukuipteryx)外,還有類似鼠類的哺乳動物、貝介類、5種蟑螂化石和最古老級別的鱉類化石等。

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恐龍化石發掘現場的標示極具臨場感

恐龍化石多集中在被稱為骨牀層的地層中。能在僅有數米的極近距離觀察到1億2000萬年前恐龍生活過的地方,實在令人興奮。據介紹,下一階段的發掘計劃正在準備申報中,讓我們期待未來可能出現的更多重大發現。

利用工業CT掃描器進行無損分析

離開發掘現場後,我們前往展示和收藏發掘成果的博物館本館。除了福井縣出土的新種恐龍化石外,這裡還展出了以國内外50具恐龍骨架為核心、超過1000件的標本,讓人頗為震撼。雖然很想詳細介紹這些令人感動的展覽,但此刻更想分享福井縣恐龍研究最前緣的成果。

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截至2024年11月4日的企畫展中,今井副教授借來的北美恐龍化石正式展出。此圖是被稱為「黑美人」的霸王龍的頭骨化石。(照片由Science Portal編輯部加工)

近年來,以今井副教授為代表的福井縣恐龍研究團隊,正積極推進名為「數字古生物學」的新學科。相比以往通過化石的外觀特徵進行比較和研究的方法,他們使用了工業CT掃描器和計算機圖形(CG)等數字工具,該手段已成為全球範圍内的趨勢。例如,使用CT掃描器可以輕鬆實現對化石内部結構的非破壞性分析,而過去只能通過破壞化石才能探查。

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將CT掃描得到的數據3D化後進行截面分析

該技術已經取得了多項成果。例如,在2024年,研究人員通過對福井盜龍進行CT掃描,測量了其骨骼的生長線,發現這是一隻約4歲左右的幼年個體(福井盜龍等異特龍類的壽命通常被認為在22至28歲左右)。

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福井盜龍的生長線。生長線就像植物的年輪一樣,每年在動物骨骼中刻畫出線條(供圖:福井縣立大學)

利用高精度的SPring-8突破瓶頸

前面提到的成果是與位於兵庫縣的大型放射光設施「SPring-8」共同研究的產物。使用大學原有的普通工業用CT掃描器時,由於精度問題,難以進行生長線的分析。而利用SPring-8的高能X射線CT掃描技術,這一難題得以突破。

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直徑長達約500m的大型設施SPring-8(供圖:理化學研究所)

合作研究的契機源自一次學會上的海報展示。當大學方瞭解到SPring-8可以進行化石分析後,主動提出了合作意向,隨即展開了聯合研究。最初的研究對象是福井翼龍化石。這些被周圍岩石緊密包裹的恐龍化石,手工提取極為困難,導致研究陷入了瓶頸。

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今井副教授當年的博士論文課題就是照片中福井翼龍的原位骨架

這裡就要依靠SPring-8的高精度CT掃描。儘管這是雙方的首次嘗試,但最終成功獲得了埋藏在岩石中的化石部分的三維數據。瓶頸被突破,福井翼龍也被正式認定為新種恐龍。並且還發現了福井翼龍與被稱為鳥類祖先的羽毛恐龍有很多相似之處,因此也被歸為極其原始的鳥類類別。 

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基於SPring-8的分析結果製作的福井翼龍原位模式圖(供圖:福井縣立大學)

通過此次合作,不僅大學方面掌握了新的研究方法,SPring-8方面也推進了將知識投入實際應用的研究。今井副教授強調:「將古生物學的知識應用於其他領域有著深遠的意義,將帶來學術價值的提升。」

探討演化過程中,發現福井前期白堊紀樣本的獨特價值

雖然數字古生物學作為一種新興的研究方法備受期待,但在恐龍研究大國如美國等地,其應用並不普遍。這是因為,在那些具有豐富化石挖掘歷史的地區,樣本數量眾多,在需要分析截面時,隻需通過切割化石即可滿足需求。而在福井,由於所有新種隻發現了單個個體,這種方法顯然不適用,這也使得兩者在研究思路上產生了本質差異。

那麼,與那些恐龍研究大國相比,福井的恐龍研究在國際上的價值到底體現在哪些方面呢?擁有美國留學經驗的今井副教授指出:「北谷地區是白堊紀前期的地層,而美國等地主要是白堊紀後期,發現的恐龍化石所處時代不同。在探討演化的過程中,福井能夠提供大量來自白堊紀前期的樣本,這一點尤為重要。」

此外,今井副教授還提到:「當時的日本與歐亞大陸相連,中國的主要化石產地距離海岸線較遠。在東亞海岸環境中,像福井這樣發掘出大量恐龍時代化石的地方非常少。」

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福井的恐龍博物館與泰國的西倫通博物館建立了姐妹館關係,以加速亞洲恐龍研究的合作交流。採訪當天,從泰國運來的化石正在進行清理工作。

推動日漸衰退的地球科學複興

今井副教授在新幹線延伸帶來的機遇下,積極投身到推廣和宣傳活動中。例如,2024年3月在東京車站地下的商業設施「GRANSTA八重洲」舉辦的活動中,四天的時間裏吸引了超過1200人駐足觀看與參與。2024年10月底還參與了由科學技術振興機構(JST)主辦的科學論壇「Science Agora」的展示及演講。

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在GRANSTA的活動中,今井開發的VR研究體驗吸引了大量觀眾(供圖:福井縣立大學,由編輯部加工)

活動的主要目標當然是吸引遊客前往福井縣和提升對福井的恐龍的關注,但作為一名研究者,今井副教授還有一種使命在身,那就是對地質學領域衰落的危機感。今井副教授擔心,如果作為恐龍研究基礎的地球科學衰退,那麼日本的恐龍研究便沒有未來。

「主要原因是地球科學在考生們選擇專業時並不受歡迎,而且與工程學等應用類學科相比難以帶來經濟效益。然而,地球科學是人類在地球上生存與發展的基礎學科。不應僅以應試或工業的簡單價值為導向,應給予足夠的重視。」

在這樣的情況下,福井縣立大學將在2025年新開設「恐龍學部」。顧名思義,這是日本首個以恐龍研究為核心的本科生專業,首年度計劃招生30名。今井副教授期望,新學部不僅能推動福井縣的恐龍研究的發展和人材培養,還能成為複興地球科學的引領者。

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日本文部科學大臣於2024年8月批准開設「恐龍學部」(供圖:福井縣立大學)

古生物學與地質學研究的基地

包括直接命名在内,即將擔任該學部負責人的西弘嗣教授(恐龍學研究所所長)解釋了這一大膽決策的背景:「‘恐龍’是福井縣的象徵。推動恐龍研究,並將其成果作為縣的重要資產,是本學部的重要使命。同時,基於迄今為止的研究成果,我們相信能夠打造一個能代表日本的古生物學和地質學研究基地的學部,這便是開設該學部的初衷。」

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「恐龍學部」的前身——恐龍學研究所所長西弘嗣教授(供圖:福井縣立大學)

恐龍有著眾多愛好者,是一項強有力的文化内容。可以說在日本,這一領域的興衰與福井縣息息相關,希望大家能夠繼續關注相關動態與進展。

原文:關本一樹/JST Science Portal 編輯部
中文:JST客觀日本編輯部

【相關鏈結】
福井縣立大學恐龍學研究所官網
福井縣立恐龍博物館官網
福井縣立大學「恐龍學部特設網頁」

日語原文