琥珀裡的昆蟲,為什麼歷經數百萬年都不會腐爛?
― 樹脂造就的天然時空膠囊
你是否曾在博物館或飾品店,看過透明的金黃色石頭裡,封著一隻姿態完整的小昆蟲?這就是所謂的「琥珀」,其中有些甚至保存著數百萬年前的昆蟲,模樣彷彿昨天才死去一樣。為什麼經過這麼漫長的歲月,它們既沒有腐爛,也沒有分解,還能保持原本的樣子呢?
你是否曾在庭院或公園的樹幹上,看過滲出透明黏稠液體的情形?這叫做「樹脂」,是樹木受傷時為了保護傷口而分泌出的黏稠液體。
琥珀,據信就是遠古樹木分泌的這種樹脂,經過漫長歲月變化成堅硬石頭狀物質的結果。當樹脂還是黏稠液體的時候,小昆蟲有時會因為那股黏性而黏住,就這樣被樹脂整個包住。
照理說,昆蟲的身體死後應該很快就開始分解,但為什麼琥珀裡的昆蟲不會這樣呢?
一般認為,樹脂中含有的特定成分,能夠抑制分解昆蟲身體的微生物活動。
樹脂變硬凝固後,分解所需的空氣與水分完全無法接觸到昆蟲的身體。
接下來,我們依序看看「防腐作用」與「隔絕」這兩種機制。
琥珀的真面目:遠古樹木的「樹脂」
樹脂,是樹木受傷或即將被昆蟲啃食時,為了封住傷口、抵禦外敵而分泌的物質。它黏性強,隨著時間經過會從表面開始變硬。琥珀,被認為就是這種遠古樹木的樹脂,埋藏在地層之中,經過漫長歲月變成化石的產物。
為什麼昆蟲不會被分解:樹脂的防腐作用
昆蟲的身體通常在死後,會因為周圍微生物的作用,在相對短的時間內被分解。然而,樹脂中含有能抑制微生物活動的成分。此外,包住昆蟲的樹脂一旦凝固,昆蟲身體周圍所需要的空氣與水分就會被完全隔絕。「防腐作用」與「隔絕空氣、水分」這兩種效果相互結合,一般認為正是因此,昆蟲的身體才能不被分解,長期保持原本的樣子。
而是樹脂徹底切斷了分解所需要的「材料」本身。
樹脂變成「琥珀」這種石頭的漫長歷程
剛從樹木滲出的樹脂,被認為還處於柔軟、化學性質也不穩定的狀態。這種樹脂埋藏在地層之中,經過漫長歲月持續受到地底的熱與壓力作用後,樹脂裡的分子彼此結合,逐漸變化成堅硬穩定的琥珀這種物質。這個變化過程,一般認為通常需要數百萬年到數千萬年這樣極為漫長的時間。
受電影等作品影響,有些人可能會有「從琥珀裡的昆蟲提取DNA,讓遠古生物復活」的印象。但依照目前的科學看法,DNA是非常容易損壞的物質,在數百萬年這麼漫長的歲月中,大部分都會分解殆盡。琥珀雖然很擅長保存外形,但並不代表連DNA這類分子都能完好無損地保存下來。
可以自己動手確認的事
- 尋找松樹或冷杉等容易分泌樹脂的樹木(學校或公園裡常見)
- 在不傷害樹木的前提下,仔細觀察從樹幹滲出的透明黏稠樹脂
- 每隔幾天到同一個地方觀察,確認樹脂表面逐漸變硬的過程
- 試著想像,這種變硬的過程若經過漫長到令人難以想像的歲月,就會變成琥珀
觀察身邊樹脂的變化,有助於想像琥珀形成所需要的、遠比想像中更漫長的時間流逝。
總結
琥珀裡的昆蟲之所以不會被分解,一般認為是因為樹脂所含的成分抑制了微生物的活動,加上凝固後的樹脂完全隔絕了空氣與水分。從樹木分泌出的樹脂,經過漫長歲月持續受到地底的熱與壓力作用,逐漸變化成堅硬穩定的琥珀這種物質。經過這個過程形成的琥珀,可以說是封存著遠古生物姿態的天然時空膠囊。
琥珀裡的昆蟲至今仍保持著昔日的模樣,並不是因為時間停止了,而是因為分解這種「變化本身」,被封閉在一個無法發生的環境之中。
想知道更多 ― 用語、數值與教科書的關聯從國中理科到研究中的話題,皆會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「數學」課程範圍
- 高中+高中教科書中屬於進階、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目(地球化學)的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」教授、是研究人員目前正在探究中的話題
國中用語:關於琥珀的詞彙
- 樹脂:樹木為了保護傷口而分泌的黏稠液體。
- 化石:遠古生物或其部分身體,經過漫長歲月留存在地層中的產物。
- 琥珀:遠古樹脂變成化石後,具有透明感的物質。
高中用公式驗證:把琥珀的年代和人的一生做比較
把琥珀年代的長度,拿來和人一生的長度做比較,藉此實際感受那段難以想像的漫長時間。
相當於人一生的幾倍 = 琥珀的年代(年)÷ 人一生的長度(年)
| 人一生的長度 | 這裡以80年作為參考值 |
| 相當於人一生的幾倍 | 40000000 ÷ 80 = 500000 |
| 以「萬倍」為單位表示 | 500000 ÷ 10000 = 50 |
| 結果 | 相當於人一生大約50萬倍的歲月 |
| 相當於人一生的幾倍 | 100000000 ÷ 80 = 1250000 |
| 結果 | 相當於人一生大約125萬倍的歲月 |
這個數字光看可能很難想像,但這也代表昆蟲的姿態在如此漫長的歲月裡,幾乎沒有改變地被保存下來。
※ 琥珀的年代會因產地而有差異,這裡的數值是常見介紹中的參考年代。
高中+樹脂中與防腐有關的成分
樹脂中據信含有一種名為「萜類」(terpenes)、帶有獨特氣味的成分。其中部分成分被認為具有抑制微生物增殖的作用,一般認為這也是樹脂保護昆蟲與樹木本身免受微生物侵害的機制之一。
大學樹脂變成石頭的過程:「成岩作用」
在地球化學領域中,樹脂受到地底的熱與壓力作用,逐漸變化為化學性質穩定的琥珀,這一連串的過程稱為「成岩作用」。在這個過程中,一般認為樹脂內的分子彼此結合(聚合),形成更大且穩定的結構。
研究目前尚未釐清的事
- 樹脂變化為琥珀的詳細化學反應全過程,是地球化學領域至今仍在持續研究的課題。
- 琥珀之中究竟能保存生物分子(如蛋白質片段)到什麼程度,科學上的討論也仍在進行中。
- 從琥珀所封存的遠古生物化石中,有時會發現前所未知的新物種,這在古生物學領域是持續進行中的研究對象。
即使是一小塊琥珀碎片,也蘊藏著地球化學與古生物學交會、至今仍在持續研究的豐富課題。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・化石與地層 | 樹脂、化石、琥珀的基本用語 |
| 高中 | 數學・比例計算 | 把琥珀的年代和人的一生做比較的計算 |
| 高中+ | 化學・天然物質(進階) | 樹脂中所含的防腐成分(萜類) |
| 大學 | 地球化學 | 成岩作用使樹脂變化為琥珀 |
| 研究 | 地球化學・古生物學(研究中) | 化學反應過程的釐清、生物分子保存的極限、新物種的發現 |
- 地球科學相關教科書・資料中,關於琥珀生成過程的解說。
- 古生物學相關資料中,關於琥珀所保存生物化石的解說。
- 化學領域中,關於樹脂中萜類抗菌作用的研究回顧。
- 分子生物學領域中,關於古代DNA保存極限的研究回顧。
- 地球化學領域中,關於樹脂成岩作用(琥珀化)的研究回顧。
※ 琥珀的年代會因產地而有差異,這裡的數值是常見介紹中的參考年代。
※本文為大眾科學解說。若要接觸琥珀或化石等天然礦石,請確認產地與販售者的相關資訊,切勿隨意在天然產地進行開採或採集。