冰河時期的海底記憶：沙錢海膽化石揭開臺灣遠古海洋祕密
數萬年前的冰河時期，臺灣的海邊是什麼模樣？或許跟你現在看到的陽光沙灘很不一樣。那時的臺灣，氣溫比現在冷得多，海平面也低了許多。而一片片圓扁如餅、有些身上佈滿神秘「月孔」的海洋生物，竟然在當時的臺灣海底熱鬧生活著！牠們就是今天要介紹的主角—沙錢海膽（Scaphechinus mirabilis）。
這種冷水型海膽現在大多只住在日本、韓國、俄羅斯等北方的冰冷海域，但牠們的「化石」卻能在現今屬於熱帶及副熱帶氣候的臺灣被發現。這些沉睡在砂土深處的沙錢海膽化石，正悄悄地告訴我們：臺灣的遠古海洋，藏著冰河時期的秘密！
國立臺灣大學地質科學系暨研究所的林日白副教授指出，這些化石不只是古生物學的重大發現，更是我們解開臺灣古氣候與古環境之謎的關鍵「線索」。
沙錢海膽從哪裡來？從化石看出臺灣曾是北方物種的避風港
林日白副教授解釋，這類冰河特有種的化石，最初在臺灣西部平原、靠近海岸的鬆軟砂岩層中出土，經專家確認後屬於奇異掘沙錢（Scaphechinus mirabilis）。
奇異掘沙錢是海膽綱星楯目（Clypeasteroida）的一支物種，為歪形海膽，目前在西北太平洋的日本、韓國及俄羅斯一帶尚有分布，在台灣的苗栗縣竹南、後龍、西湖、通霄和苑裡等地則有大量化石蹤跡。而這背後的原因，與氣候變遷息息相關。
要理解沙錢海膽曾如何在台灣繁衍，必須回到冰河時期。
根據地質與氣候模型重建，末次冰期（約距今2萬至1萬年前）時，全球平均氣溫比現在低攝氏5至8度，海平面也下降了120公尺。這使得臺灣與中國大陸之間原本被海水隔絕的臺灣海峽，變成一片廣闊的陸橋，原本的海洋退縮成寬廣的潮間帶與沙洲環境。北方的冷水海流南下，創造出沙錢海膽偏好的棲地：寒冷、近岸、沙質淺海地形。
不過，這些條件在今日台灣已極為罕見。現今海岸多為岩岸、港口與城市開發地段，加上海水溫度升高，沙錢海膽不再適合生存。台灣從沙錢海膽的樂園，變成牠的歷史紀錄。
「月孔」的祕密：海膽的身分證，也是一把鑰匙
沙錢海膽之所以受到林日白副教授如此關注，除了牠是冰河時期氣候變遷的見證者，還因為牠身上的「月孔」—那幾個由骨骼內凹所形成的孔洞，不僅是牠能抵抗潮間帶海浪衝擊的秘密武器，也是分類學上極為重要的依據。
這些月孔是楯形目海膽特有的結構，不僅可能強化結構、協助翻身與進食，更有實驗指出，其設計有流體力學上的優勢，可幫助沙錢在海底水流中穩定前行、避免翻覆。這種高度環境適應力，也讓牠們成為少數躲過白堊紀大滅絕事件、並在新生代快速繁盛的生物。
根據月孔的形狀、數量與排列方式，研究者可以精確判斷化石屬於哪個物種、哪個演化階段，甚至可能是已滅絕的古代種。臺灣出土的奇異掘沙錢海膽化石，這進一步證實：過去的臺灣海域氣溫與北亞類似，否則這類生物無法在此生存。
要讓一塊化石說話，除了觀察形態，還需結合地質與年代分析。沙錢海膽化石通常與特定地層共現，並可配合碳14或其他同位素年代測定技術，協助還原該化石出現時的時間點。結果證實這些化石最富集的層位是距今約2萬年前，冰河時期最寒冷的階段。
從化石出現的地層，可以拼湊出當時的海岸線、沙洲分布、水溫變化，甚至推估潮間帶的寬窄與潮能強弱。這項證據不僅填補了臺灣在冰河時期的海洋生態資料缺口，也幫助學者修正過往低估臺灣寒冷時期生物多樣性的觀點。
從這些沙錢海膽身上，研究者得以推估當時臺灣海岸線的位置、沙質沉積範圍與生物組成，是了解古氣候變化與海洋演化的重要拼圖。
還有多少未知等待發現？月孔的謎題仍未解
你可能覺得，既然沙錢海膽在臺灣的秘密已經被揭開了，那研究不就結束了嗎？其實奇異掘沙錢只是台灣發現的眾多海膽化石之一，林日白副教授就點出了沙錢海膽目前許多還未解開的謎題。
1、南北分布差異之謎
「奇異掘沙錢的化石，只出現在苗栗以北，過了台中就看不到了，南部發海域發現的是另外一種沙錢海膽化石，這是一個很有趣的現象，」林日白副教授指出，這代表冰河時期台灣南北的沙錢海膽群落差異非常大，而且非常明顯，可能是因為當時南北的水溫不同，導致生態群也不一樣。未來，這也是另一個值得探討研究的對象。
2、演化時間線之謎
至於臺灣發現的另一種沙錢海膽「地利圓碟海膽」（Echinodiscus tiliensis），年代可追溯至始新世，約4,000萬年前。但在世界其他區域，這類型的海膽出現時間多半落在中新世早期（約 2,300 萬年前至 1,600 萬年前），比臺灣晚了2,000萬年。臺灣的發現不僅大幅提前了沙錢海膽演化的時間線，也推翻了當時學界對其起源年代的普遍共識。儘管目前尚未有更早期的沙錢類實體化石現身，來自分子生物學的DNA分析結果卻補上了這段空白，顯示沙錢海膽極可能早在白堊紀晚期就已存在。這項交叉印證，進一步強化了台灣地區化石對全球古海膽演化研究的重要性。
3、月孔數量之謎
在世界各地的研究顯示，月孔在沙錢海膽的演化歷程中至少獨立出現了六次，分布於不同的演化支系中，有些月孔排列呈交錯狀，有些則呈波浪狀，顯示其在不同演化路徑中獨立發展的特性。在形態變異方面，月孔的數量和形狀在不同物種中有所差異，儘管大多數沙錢海膽的月孔數量為5個，但目前也曾在一些沙錢海膽身上發現過第6孔。這些形態上的差異可能反映了沙錢海膽在不同棲息環境中對水流、沉積物和覓食方式的適應策略。月孔的存在與否、數量和形狀的變化，提供了研究沙錢海膽演化歷程和生態適應的重要線索。
要回答這些問題，還需要科學家們在更多地點、挖出更多樣本，並進行更長時間的仔細比對和研究。當然，還有一個最關鍵的謎題：沙錢海膽究竟是什麼時候在臺灣「消失」的？ 隨著冰河時期結束，臺灣海域水溫回暖，牠們是不是因為不適應環境而逐漸滅絕了？還是至今仍有少數沙錢海膽「躲藏」在某個角落，只是我們還沒發現呢？
從一塊海膽化石，看見臺灣的氣候變遷記憶
或許一塊小小的沙錢海膽化石，在浩瀚的海洋生態系中，似乎微不足道。但因為牠對環境變化異常敏感，讓它成為了研究冰河時期臺灣古環境的「超級指標」！
這些被沙泥掩埋了千年的生命遺跡，不只為我們描繪出臺灣遠古海洋的樣貌，更像是一面鏡子，提醒著我們：今天我們所面對的氣候變遷，其實只是地球漫長歷史中，又一個「循環」的開始。那些曾經出現又消失的物種，正是這段歷史最真實的「見證者」。
解開沙錢海膽的種種謎題，不只是古生物學領域的一項挑戰，更是打開臺灣地質與氣候演化之門的「關鍵鑰匙」。這項研究的未來價值，將不僅僅停留在學術殿堂，更能為我們理解地球的過去、預測未來的環境變化，提供寶貴的線索。
資料來源
1. 採訪國立臺灣大學地質科學系暨研究所林日白副教授
2. 臺灣地球歷史──海膽篇｜臺大校友雙月刊第126期
https://ntualumnibm.ntu.edu.tw/bm.bimonthly.article/detail/sn/8099
3. 細說海膽化石｜新北市: 經濟部中央地質調查所, 2018
https://twgeoref.gsmma.gov.tw/GipOpenWeb/wSite/ct?xItem=228641&ctNode=289&mp=6
4. 臺灣的海膽化石｜新北市: 經濟部中央地質調查所, 2018
https://twgeoref.gsmma.gov.tw/GipOpenWeb/wSite/ct?xItem=228583&ctNode=289&mp=6
本文授權轉載自科技大觀園。
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