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全台最大科學知識社群
  1. 大多數人的高中生活不外乎就是上課、讀書、考試、被念的四階段循環,然後不知不覺地就上了大學,高中生有可能參與一個科學研究並正式發表嗎?台北市中正高中曾偉哲同學,在台大昆蟲系實驗室以昆蟲分類學做一個專題,受徐振甫及筆者的指導,經過了接近一年的形態研究和論文寫作,在 2018年 6 月 22 日以第一作者的位置順利將研究成果刊載國際動物學期刊《Zootaxa》(動物分類群)。

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  2. 台灣位於地震帶上,地震知識不可不知。而地震研究絕對不只是地震與景而已,將研究成果帶入政府、企業部門,使人人都了解下一步該如何走,才能將學術研究的最大價值發會出來。

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  3. 科學家透過海狗的特殊生理性,研究快速動眼期對於高等哺乳類的重要性,讓人類更了解睡眠這項重要的生理現象。

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  4. 1988 年美國國會聽證會上,今年(2018)獲「唐獎」的漢森博士作證發言:「全球暖化已經發生了。」警告溫室效應會造成極端氣候、冰原融化、海平面上升。他的發言正式吹響了關注全球暖化議題的號角......

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  5. 本文為系列文章,在此之前你可能會想先看看 人類該如何學習自然而變得文明?—那些含有「泛生態」意涵的科幻作品發想與凝望
    由核心概念到描述細節,在電影《阿凡達》(Avatar) 在科學科技設想描述上都是不折不扣本系列希望介紹的「真生態科幻」概念代表性的入門作品,尤其在主角人物與植物網路的通訊、生物溝通的情節刻劃。

    [caption id="attachment_144018" align="aligncenter" width="560"] 圖/imdb[/caption]

    在這個故事中,地球人和納美人各自的象徵意義都很明顯。人類在耗盡地球資源後轉而掠奪外星領土,代表的是經濟利益和帝國主義的入侵;而納美部落好比荒野里的原住民,是所謂欠發達的原始文明。這樣從第三世界批評視角來看,凸顯的是國際上發達地區和欠發達地區在承擔環境代價方面的不平等。另外一個重要的點在於納美部落類似泛神論的信仰,包含了 Aldo Leopold 大地倫理學和 Albert Schweitzer 敬畏生命的思想,提倡生態整體主義中將自然萬物視為一體的觀點,而人類也該是其中的一部分。

    事實上,科幻作品甚至科技命題中,生物、生態不該只是怪物、災難、背景、問題,而可以是主角、方向、主題、解答,不僅止於仿生學所精的探究與研發,更是涉及探討整體、文明層級的議題。綜觀凱文‧凱利這樣的科技評論家、歷史學家、生態學家所提出的評論,我想明列幾項生態文明的前提假設:

    科技(史)大於(先於、久於、早於)人類歷史
    文明廣於人類國際(國家、帝國、明顯政體……)。史學家對歷史的批評常常忽略了眾生與生態。工業、資訊文明的發達也不代表之前的文明沒有工業、資訊。生態文明亦然。
    世界不同於人類的所見所聞,人類屬於現今科學認知中,極少數(不到百分之一)主要依賴視覺、聽覺感知世界的生物種類,就接收化學刺激的能力而言,我們其實是白癡。相形之下,大多數其他生物則是天才。事實上,有 99 %以上的動物、植物、菌類和微生物都完全(或幾乎完全)仰賴一些特定的化學物質(費洛蒙)來和同類溝通,同時它們也可以藉著分辨其他幾種化學物質(阿洛蒙 allomone,或稱利己傳訊素)的不同,得知它們的獵物、掠食者和共生夥伴是屬於哪一個物種。如果人類依據其他感官如電磁地球、氣味大陸來探究世界、發展文明,是不是可能發展出迥然不同的世界觀?!
    在生態網絡中,群體間的關係、相即(interbeing,彼有故此有,此成故彼成)重於個體單元。
    地球是一個老久、經典、活躍、巨大的實驗室

    被忽視的生態互動關係
    近年非常多的新研究顯示,生物,尤其植物的感知與溝通,遠遠超出人類早期的認知與理解,例如專書《樹的祕密生命》、《樹木的祕密語言》、《樹之歌》當中,都有關於實際而非比喻植物之間、植物與其他生物之間訊息、作用的結盟與網路精彩介紹。生態學首重「關係」的這種立場與本質,遠因、近因探究本身,就非常值得未來文明尤其在溝通、通訊、資訊網路發展上作為典範與參考。但不幸的是也需注意生態學長期受化約主義主導,目前最被科學掌握、發現的範疇,仍以二元(例如兩種物種)相互式的關係為主,例如互利共生、偏利共生、捕食、競爭、合作等。但生態上的關係其實相當多樣,除了有直接、間接之分,也有三元、多元之實。但以目前生態的理解發現,要得以實際應用恐怕仍是是緩不濟急,如果未來要應用於人類科技,就表示要更積極、全面的解析與應用。

    人類中心的文明與發展,問題並非限於道德、環境面相,更是嚴重的仍是科學、科技的問題。人類尺度觀點以視覺、聽覺為主,智慧屬於「腦」運作範疇容易忽略微生物、地下部生態、深海生態…等其他範疇。當我們提及「種子的勝利」、「樹木的智慧」很容易被歸類為文學形容筆法或是不夠「科學」,但科技通訊是否能學習參考生物彼此間的通訊;讓人想起「克羅原則 (Krogh’s principle) 」:每一個生理學中的疑問,都有某種生物最適合用於此問題的研究。

    例子舉例來說,我們面臨的問題,解方很可能是一種非常稀罕、在遙遠偏僻的世界意外尋得的生物。例如,黃石公園溫泉裡的微生物具有能夠承受高溫的酵素,在分子與生物工程研究的過程中,此酵素讓許多研究得以進行。水晶水母具有的綠色螢光蛋白質的基因,是研究基因排列與細胞的蛋白質定位不可或缺的。不知道從什麼時候開始,跳蚤體內幫助彈跳的枝節彈性蛋白也成了市面上具高乘載能力的可再生原料。……果蠅和擬南芥屬的阿拉伯芥,為現今生物研究中最重要的模式生物,而水母的螢光蛋白質與螢火蟲的螢光酶,是分子生物學中不可缺少的工具。雜種楊樹因其缺乏抵禦土壤桿菌的抵抗力而不被林業使用,但對於樹木的分子研究卻相當重要。

    對過去的科學界來說,這些都是意想不到的驚喜。而人類學家深知,所謂文明上的古老、傳統、原始、落後、舊有、長久……都不是同義詞,也不必然並陳,納入生態的文明省思與前瞻可就無限寬廣了。
    生態–電子計算與網路的願景
    《阿凡達》此類作品,也提醒我們從「生態–電子計算與網路」向度思考科技發展與願景。《科學人》2015年 No.165,希達哥 ( Cesar A. Hidalgo) 在〈當地球是個大硬碟〉一文中,提及:
    「樹木知道何時開關基因以對抗寄生蟲、生根長葉,藉此我們可以把樹木想像成一台計算機。同理,把地球視為一台硬碟,人們產生的資訊是否快把它塞爆了?」

    「儘管生命已經演化數十億年,而人類的文化活動也有數千年之久,若我們把資訊定義成某種『秩序』 (order) ,計算整個地球的資訊量,便會發現地球這個大硬碟還大有空間。這個『想像實驗』道盡了宇宙秩序產生的諸多有趣事蹟。整體來說,由於熵 (entropy) 持續增加,宇宙極度敵視秩序的產生,但資訊仍會隨著時間增長。」

    「希爾伯特 (Martin Hilbert) 和羅培茲 (Priscilla Lopez) 在2011年的研究,當時兩人分別在南加州大學以及西班牙加泰隆尼亞開放大學。他們把地球上所有的文字、圖片以及影音檔案的文化資訊量做了推算,得到的結論是,截至 2007 年為止,人類已經儲存了 21021 位元。但地球上的資訊量其實遠比這些文化資訊量還多,舉凡人類設計的物體(例如你的汽車和鞋子)或生物系統(例如核糖體、粒線體和DNA)都是資訊的展現。事實證明,地球上的大部份資訊是以生質 (biomass) 的型式儲存。根據羅伊德的公式,我估計地球大約含有 1044 位元;這數字看似很大,但只佔地球容量的九牛一毛罷了。即使人類每年持續增加 1021 位元的資訊量,就算花上宇宙年齡的一兆倍,離塞爆地球硬碟的時間還是差遠了。」

    「一旦把地球想成是硬碟,我們還可由此獲知另一個更驚人的天機:秩序的產生雖然遭逢重重阻礙,資訊還是會逐漸成長。今日的地球硬碟比昨天或10億年前塞了更多資訊,原因之一是生命的出現,生質包含了一大堆資訊,但地球上秩序的成長也是基於文化資訊的產生。」
    阿凡達展現的生態文明:物種的溝通交流
    《阿凡達》也呈現出語言與溝通在親疏甚至敵我關係界定中,塑造了文明的重要影響。如果說潘朵拉星球稱得上是很初階的生態文明,其中一個成立要件就是優勢智慧生物能和其他生物溝通並加以利用。詩意一點的說法即是:他們聽得懂眾生的話!

    [caption id="attachment_144019" align="aligncenter" width="560"] 在阿凡達的文明中,他們能與其他生物溝通。圖/imdb[/caption]

    因為無視或不懂他人或別種生物的語言,科技、文明發展很自然地就會排除、忽略甚至對立於他人或別種生物。現今的社會發展,如果和機器的溝通與「語言」蓬勃發展,和他人或別種生物的溝通與「語言」卻逐年消減,我們真的會有機會建立一個建全平衡的高科技文明嗎?

    人類語言的詞彙多樣性和大自然相生相息,《從世界變得寂靜開始》一書提及芬蘭的拉普蘭人沒有一個專門的詞稱呼馴鹿,而是每個年齡層的馴鹿都有不同的名稱。密克馬可語是美國北部最東北部所使用的阿爾岡昆語族中的一支,它是由樹名的音調所發展出來的語言,根據秋天時風吹過樹冠所發出的聲音。內亞島上逾百種的當地語言中,光是當地鳥類名稱,就有上百種的說法。巴布亞皮欽語族中的克里奧語裡的小鳥就分成兩種:白天的小鳥和晚上的小鳥。許多名稱在現代往往也都隨著動物滅絕而消失。卡羅來納長尾鸚鵡滅絕後,德拉瓦族的語言中,用來稱呼牠的詞彙是「忘了」。在復活節島上的當地語言中,隨著倒周圍的水域乾涸,海豚的名字也消失了。這些都在在證明:生物生態及其科學的興衰必定影響人類科技、文明的興衰。

    積極探究、學習甚至參與、融入眾生的溝通與通訊,對人類自身與文明整體必定有所豐富與助益。我們所喜歡的「天籟」,其實也只是大自然中的一小部分聲音而已。

    依照生態學大家愛德華.威爾森所言:1
    「許多昆蟲都仰賴紫外光生活,例如,蝴蝶就是憑著花瓣所輻射出的紫外光尋找花朵。而在地底下,植物的小根和真菌菌絲也不斷散發出一縷縷氣息,之後便滲入落葉層和土壤的隙縫中。每個地方的氣味都不相同。即使兩地之間相距只有一毫米,也各有各的氣味。這些氣味形成了各種不同的模式。螞蟻和其他小型無脊椎動物能夠藉此便認自己所在的位置,但人類貧乏的感官卻無法察覺。」

    「生物並不只是把費洛蒙釋放到空氣和水中,讓其他生物能夠接收到而已。事實上,它們會很精準的針對特定的對象發送訊息。如果你想了解任何一種費洛蒙溝通方式,得要有『信息素作用區(active space) 』的概念。當氣味分子從源頭(大多是動物或其他種生物體內的某個腺體)往外飄散時,會形成羽毛狀的煙雲。其中心的氣味會維持一定的濃度,足已被同類偵測到。經過數千或數百萬年的演化之後,每一種生物所釋放的氣味分子都有特定的尺寸和結構,在不同的信息中所釋出的分子量也不同,同時接收者的嗅覺對這些氣味也很敏感。」
    參考生物的嗅覺能力,讓資訊邁向新里程
    [caption id="attachment_144020" align="aligncenter" width="560"] 在地球上所有使用費洛蒙的生物中,螞蟻可能是最先進的一種。圖/vlada11@pixabay[/caption]

    單是慎重參考生物感測當中的嗅覺,資訊、通訊、網路理論與應用就很有可能邁向嶄新里程。例如只要每一立方公分中有一千三百萬個某種的性費洛蒙分子,就能促使一隻雄性的印度穀蛾(Indian meal moth)採取行動。若干蛾類彼此之間的性費洛蒙差異非常的細微。品種相近的蛾可能只差一個原子,或有沒有雙鍵、雙鍵的位置在哪裡等等,有時甚至只差一個同分異構物。「信息素作用區」是從雌蛾體表的某一個點開始,然後逐漸擴張,之後又漸次縮小,到了另外一個點之後便消失了,形成一個大致上是橢球形(有如紡錘狀)的實體。而爬蟲類「雄性的響尾蛇會尋著費洛蒙的氣味找到願意和牠交配的雌蛇。同時,無論雄蛇或雌蛇都會不停的吐蛇信,嗅聞地上的氣息,因此可以很精準的追蹤並撲殺花栗鼠,就像獵人可以很精準的用他的槍瞄準一隻綠頭鴨並加以射殺一般。」1
    「動物之所以演化出『信息素作用區』,除了要達成交配和辨識的目的外,也是為了要傳達各式各樣的資訊。遇到敵人來襲時,兵蟻會釋放出具有警告作用的化學物質,將此一情況告知同一窩的螞蟻。相較於性費洛蒙和和追蹤費洛蒙,這類化學物質的結構很簡單,而且釋放出的量很大,」

    「(信息素作用區)也行進得又快又遠,因為這個時候不僅沒有必要顧慮到隱私,最好還能讓敵我雙方同時都聞到,而且愈快愈好。其目的是,讓更多的同巢夥伴提高警覺並採取行動。兵蟻在偵測到警告費洛蒙之後,會做好戰鬥準備、衝上戰場,負責養育幼蟻的工蟻則會將小寶寶搬運到蟻窩的深處。」
    如上述這種分類、分級、分流的資訊技術,不禁讓人想起現今人類資訊科技安全隱私的困境、常用一套規格、技術解決根本上多樣且不同的需求與問題,如能參考生物技術,會否能帶來有劃時代的革新?
    根據威爾森的觀點,「在地球上所有使用費洛蒙的生物中,螞蟻可能是最先進的一種。牠們的觸角上的嗅覺和其他感覺受器,比目前已知的任何一昆蟲都多。牠們在社會生活中會用到十至二十種(視螞蟻的種類而定)費洛蒙。每一種費洛蒙所傳達的意義都不相同。不僅如此,牠們還可以同時分泌多種不同的費洛蒙,以產生較複雜的信號。隨著分泌的時間或地點不同,這些費洛蒙所代表的意義也會改變。同時,牠們也可以改變費洛蒙分子的濃度,藉以傳達更多的信息。有幾種植物也會用費洛蒙溝通。至少它們可以藉此知道鄰近植物所發生的危難,並採取行動加以回應。」

    「有幾種植物會受到蚜蟲(北方溫帶地區特別常見的一種昆蟲,牠們會吸取植物的汁液,並可能因此而造成嚴重的損害)侵擾。每當此時,這些植物便會開始分泌費洛蒙。這些費洛蒙飄散到空中後,不僅會刺激鄰近的植物分泌防禦性的化學物質,同時還會吸引那些喜歡寄生在蚜蟲身上的小黃蜂前來。有幾種植物還會使用另一種防禦方式:它們會透過共生的真菌(這些真菌會同時纏繞在幾棵植物的根上,使它們彼此相連),把它們受到攻擊的訊息傳送到其他植物那兒。」
    就連細菌也會以類似分泌費洛蒙的方式進行溝通:「關於菌落的形成,目前科學家研究得最多的,乃是「生物膜」(biofilm)形成的現象:自由遊動的細菌會群聚在某個表面上,並分泌出一種物質包住一整個菌落,加以保護。我們的四周和人體之內,到處都是這類微型的社會組織,其中最常見的包括:浴室裡未經清洗的表面所形成的污垢,以及當我們刷牙刷得不夠乾淨時,牙齒表面所形成的牙菌斑。」

    《科學人》No.170,高登 ( Deborah M. Gordon) 在〈小螞蟻大數據〉中也提及:「地球上每片陸域棲地都有螞蟻生活的蹤跡,種類超過1萬4000種。」而作者發現:
    「每一種螞蟻所使用的互動機制都不同」。

    「螞蟻從來就不會齊步行軍,也不會聽從單一指揮官的指揮」。

    「蟻群並非唯一不需要中央控制的系統。這類集體行為隨處可見,例如天空中盤旋飛舞的大群椋鳥、讓你可以閱讀這個句子的神經網路,以及與基因作用而製造出蛋白質的分子。不管是螞蟻、椋鳥、神經元或小分子,這些集體行為都是透過個體間簡單的互動達成的。」
    人類在非常近期才發現我們所居住的這個世界其實充斥著費洛蒙,由於人類的眼目和耳朵遠離了幾乎所有其他的生物。在地球的生物當中,超過 99%的物種體積都非常微小,並且貼近地表,遠低於我們感官所在的位置,因此很難被我們所注意到。

    但是科學科技並非「贏者全拿,亙古不變」,或許未來會出現某些時空背景,能夠讓我們如阿凡達的世界中一樣利用生態系的模式進行溝通;在各種條件成熟的情境下,生態中的各種生存、生活「解決方案」也許正是我們人類在溝通、通訊、資訊、網路發展的真正高科技處方!

    參考資料:

    《人類存在的意義— 一個生物學家的思索》

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  6. 因此接下來的討論,將概略檢視、探索眾多科幻作品,雖然有不成比例的多數作品其主題是探討都是機械主義、物質科學主導的文明,但其實可以發現到作為科學、文明發展的關鍵觸媒「生態與科幻」,才真正直接或間接決定了作品中的文明進展與品質。

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  7. 鈾、碳、鐵、鈦、金、銀、矽七種化學元素,改變了我們的生活。像是鐵帶來更堅固的軍艦、鋼帶來台北101般的摩天大樓;黃金成了貨幣,銀除了當貨幣還帶給我們的攝影,讓我們進入有圖有真相的圖史時代、可裂變鈾給我們帶來核彈和核能;沒有鈦,就沒有冷戰時代時的黑鳥偵察機。但它們帶來的不總是幸福,也激發了人類的貪婪,尤其是資本家為了駕馭使用這些元素資源的權力,這幾百年到最近幾十年,世界各地燒殺擄掠的事件層出不窮!

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  8. 為了符合社會期待,我們擅長欺騙,不僅是欺騙他人,連自己的意識也蒙騙,因為我們想要自己成為好人。我們為何在潛意識裡藏有刻板印象,並非是因為我們天生邪惡,是因為我們演化來的心智,常常要在複雜的狀況下省力地快速作出判斷,那些無法有刻板印象快速省力地作出判斷的人,已經演化的長河中被天擇淘汰掉了。

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  9. 防曬是為了要防止陽光中紫外線導致皮膚傷害,那防曬傷跟防曬黑差在哪裡?MedPartner 帶你一次搞懂紫外線,還有為什麼防曬這麼重要!

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  10. 讓電腦擁有理解人類語言的能力,就是自然語言處理(Natural Language Processing,縮寫 NLP)。然而,人和人之間就會誤會彼此的語言了,電腦要如何理解語義?中研院資訊科學研究所的馬偉雲助研究員說明:以中文來說,最基本的,要先教電腦學會「斷詞」和「理解詞的意思」。

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