2017年3月29日 星期三

如果一具標本是"假的"該怎麼解?

這隻雙尾蝶標本的右後翅其實來自小雙尾蝶,是一具拼裝標本
從腹面看這具拼裝標本
小雙尾蝶的右後翅黏合到身體的技術還不錯
看起來整個和胸部分離的後翅才是雙尾蝶的真正後翅
大家都聽過論文造假,但你有沒有聽過標本造假?其實假標本(fake specimen)或拼裝標本並非不常見,而且經常存在一些"漂亮到不忍令人解剖"的分類群上。

除了一般正常的生物研究標本之外,會有那些類型的標本是"假"的?假的程度有何不同?真的會影響科學研究嗎?

  • 為了譁眾取寵而捏造的標本:還記得鴨嘴獸剛被發現時,歐洲學者認為那根本就是造假標本的故事嗎?為什麼在那個年代的學者會有那樣的懷疑?那就是因為造假之風太盛行。標本造假的用意就是為了出名,但是為什麼會有出名的可能?那是因為殖民時期歐洲人需要海外見聞,而這樣的需求就養出了一些招搖撞騙的騙子,專門製造假標本來愚弄科學界或有錢人。假標本的製作通常是很精巧的,對於缺乏生物常識的人來說就會覺得非常逼真。近年最有名的假標本事件大概就是遼寧古盜龍的騙局。由於帶羽恐龍研究在當時是非常重要的題材,競爭者眾,任何一具標本的出土都可以被科普媒體當成天大的新聞,因此那對帶羽恐龍研究是有一些小影響。但是因為該事件後來所有恐龍化石研究,在標本的檢查上都變得更為謹慎;
  • 為了藝術價值而偽造的標本:承上段,由於假造標本有一段長久的歷史,這使著有些藝術家和收藏家為了重現或緬懷當年的情境,而開始製造一些更精巧的假標本。例如江本創所設計的幻想標本就是非常精采的創作,但這與科學已經沒有關係;
  • 刻意雜交而產生的樣本:例如在1990年代,有一些中國淡水龜被描述成新種。例如Stuart & Parham (2007)就踢爆什麼Ocadia glyphistoma、Ocadia philippeni都是繁殖場中刻意雜交然後再賣給不知情科學家的"假物種"。對於搞不清楚動物繁殖產業中雜交作業的科學家來說,看到那些奇怪的個體會以為是撿到寶;
  • 刻意藉由選育來強化某些性狀而出售的標本:知名的例子就是鳥翼蝶,還有一些容易在人工環境下飼養的大型鳳蝶,好比大鳳蝶。有些大鳳蝶的亞種具有非常高的雌性多態性,因此有些繁殖者就會不斷地經由累代繁殖來增強某些性狀,然後產生在自然界中非常稀少的性狀組合。然後再謊稱一個採集地點來賣給收藏家或科學家。這樣的造假其實沒有那麼嚴重,因為那比較像是把灰狼在一兩年內馴化成吉娃娃,然後宣稱那是新種後賣給科學家。物種本身是一樣的,就只是刻意用人擇的方式挑出特別的個體,因此生物學家本身的知識量得足夠才能看清楚這個迷團;
  • 展示用填充復原標本:最有名的"假標本"就是所有博物館中的度度鳥。事實上沒有任何一隻度度鳥的完整標本被留下來,只有殘骸,例如存在牛津大學動物學標本館的腳與頭部就是。那很多博物館中看到的度度鳥標本是什麼玩意兒?那些通通都是使用鵝毛貼上假身體重建的假標本。其目的就是展示,而不是科學研究。這樣的標本並不影響科學研究,但若沒有清楚說明,就有可能影響公眾的認知;
  • 為了避免標本不完整而進行的修補:這類的問題也經常出現在蝴蝶標本上。有許多蝴蝶本身稀少,或非常漂亮(例如鳥翼蝶),所以有些收藏家,甚至是科學家為了不想看到"不完整的標本",所以在標本被解剖以後,就會黏一個假肚子上去,或是使用其它蝴蝶的翅膀來修補受損翅面。有一些修補比較精細,基本也還是拿同種蝴蝶來補,但有些修補很荒謬,就像我在上面所顯示的這隻雙尾蝶,就是由兩個物種所湊起來的。一開始朋友問我"這會不會是雜交種"?我認為可能性很低,為什麼呢?沒有任何一個已知的蝴蝶種間雜交個體顯示這種"只有一個翅膀屬於其中一個親本"的樣子。我們收到標本之後仔細地檢查了後翅基部與後胸的連結處,結果發現這隻標本原本已經腐壞,所以胸部破損嚴重。原本的後翅早就脫落,再以非常粗糙的方式黏回。但是黏得比較精巧,看起來翅基與翅腱骨都對上的,居然是另一種的後翅。以這樣的標本來說,因為不涉及科學研究,大體上也沒什麼害處。但有沒有什麼樣的修補是有害科學研究的呢?

    有的。我曾經見過有A物種的模式標本,因為被人為損毀之後接上B物種的翅膀。像這樣的狀況來說,B物種的拼接並不影響A物種發表的合法或有效性,但是,在標本檢查與引用時,一定要註明應來自B物種的拼接部份排除。

其實標本的造假有時候還不是最嚴重的,最容易傷害科學資訊品質的,反而是標本籤的資訊,好比海拔、地點、經緯度、年代,這才是最令人摸不著頭緒,也難以檢驗其真偽的部份。

2017年3月23日 星期四

當我們看到某個高階分類體系有大變動時,應該關注什麼議題?

圖片來自Nature 543: 501-506.
恐龍(Dinosauria)的親緣關係在Baron et al (2017)發表在Nature的這篇文章中被大翻新了。許多科普媒體和一般媒體也大幅報導了這項研究成果。我大致上看了10篇外電報導後發現,多數的文章會花一點篇幅聊聊恐龍是什麼樣的生物、在大眾心目中的地位是什麼。然後再進入主題說明過去恐龍親緣關係架構為什麼是根據骨盆型式發展出一個二叉式(dichotomy)結構,也就是由鳥臀類(Ornithischia)加上蜥臀類(Saurischia),最後再談談這個由Seeley在1887年所提出來的架構在這個最新研究中受到什麼樣的挑戰。最後提到原本屬於蜥臀類的獸腳類(Theropoda)與鳥臀類因為在新的假說中變成姐妹群,因此這個姐妹群就得到一個新的「分支群名」(clade name),被稱為Ornithoscelida。

好,然後故事就結束了。

高階分類群的變革對許多舊有的知識架構當然有很大的影響,但是我們在看待這類論文的時候應該要做什麼?要馬上把自己腦袋中的分類架構翻新一次,然後就開始傳頌這個新體系,否定舊體系嗎?其實不是這樣的。

當我們看到這類文章的時候其實是有幾個問題應該思考的:
  1. 舊有假說是如何被建立的?當時對演化的概念是什麼?和現在的概念可以擺在同一個天平看待嗎?事實上Seeley在1887年提出構想的時候,現代的支序學概念根本連萌芽都還沒有,因此舊有假說或許被現代演化生物學的演算結果推翻了,但是我們不能因此強烈批評過往假說是錯的,因為沒有比較的基礎;
  2. 舊有假說的分類群取樣密度為何?
  3. 舊有假說對特徵演化(character evolution)的概念是什麼?漸變式的?跳躍式的?
  4. 舊有假說所採用的特徵完整度有多高?就現在的眼光來看有多少缺失資訊(missing data)?
  5. 在目前最新的假說與舊有假說之間,還有沒有其它假說可以拿來相提並論?這也就是說,不要忽視其它過往作者的努力,即使有些假說非常過時或無稽。
  6. 那麼最新的這個假說是怎麼被重建的?分類群取樣綿密嗎?有代表性嗎?被納入的物種的特徵完整度高嗎?特徵分析的品質如何?二態和多態特徵所佔比例為何?外群是誰?是多外群嗎?"0"這個狀態會置於那一個類群?這個被重建的新假說除了bootstrap以外還有沒有其它方法評估其穩定性與可靠度?作者有沒有故意不解釋bootstrap值低落的原因?有沒有可能刻意拉掉公認難搞的分類群來拉高bootstrap值?這個樹被重建後還有沒有被做過其它假說檢測?例如使用Templeton's test或是Kishino-Hasegawa test來檢驗新假說的可靠程度?
  7. 這個假說的定年是仰賴什麼做的?每一個化石定年本身的誤差範圍和親緣關係樹定年校正的誤差範圍有沒有加成性?
  8. 如果這個新假說被接受了,那麼究竟會影響到多少我們對特徵演化的觀點?會不會影響生態假說?
  9. 有沒有分類群消失了?有沒有新分類群出現了?有沒有舊分類群需要被重新定義?
其實以這篇文章來說,我個人是有一些疑問的,而且我甚至認為要不是這個發現的確有趣,如果談論的只是現生物種,甚至很有可能是不會被接受的,為什麼呢?
  1. 這篇研究的特徵在樹的重建之前,被直接指定為"有序的"(ordered)。這在支序分析都是很奇怪的,因為一般來說我們必須要對特徵演化方向保持中立,所以不應該在事前指定特徵演化方向。但,這篇文章就這麼做了。如果可以事前指定方向,那還需要外群來置根(rooting)嗎?
  2. Fig.1所顯示的bootstrap frequency和Bremer support都很低,尤其是蜥臀類那個分支群根本就沒有。在這麼低狀況下為何能宣稱這麼大的變動呢?
  3. 作者使用了幾種方式來重建關係,包含更換外群,或是納入或不納入特定分類群,還有改變特徵的排序。但是這些假說並沒有以統計方式來比較其樹型差異(topological difference)是否顯著?

最後,那個叫Ornithoscelida的分類群並不是新成立的分類群,而是動物學家賀胥黎早在1870年就建立的類群。這也就是說,Nature這篇論文的作者只是「恢復」使用Ornithoscelida,絕對沒有新創。這個類群的中文翻譯應該是什麼呢?ornitho是鳥,scelida是來自希臘文的skelis,也就是後腿之意。那我們把這個類群稱為「鳥腿群」可以嗎?