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為什麼要保護熊貓

科學松鼠會_96
・2013/12/10 ・4290字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

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在前兩篇:〈熊貓瀕危是因為繁殖力差嗎?〉〈6個關於熊貓瀕危的真假傳言〉文章中,我們論述了熊貓並沒有什麼具體的特徵是特別糟糕、能讓它「注定絕滅」的。繁殖力對熊科來說完全正常,吃竹子也不是什麼問題(只要不發生明顯氣候變化),運動能力並不差,只有消化系統還不太適應但沒產生大麻煩。

但還有一個「指控」是:熊貓是「特化」的物種,也就是說熊貓能適應的環境比較單一;而特化的物種更容易絕滅——有些人甚至會說「特化的物種就是演化的死胡同」。

這就是一個麻煩的問題了。

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先說死胡同。

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這個詞應用在一個動物身上有兩種可能的含義:

-「種群的死胡同」:它的現狀極其糟糕,其遺傳多樣性遭到致命打擊或者生存環境已經被徹底毀滅,以至於無法挽救。
-「演化的死胡同」:它在演化上做出了錯誤的抉擇,雖然現狀尚可,但注定不能適應未來的環境變化,必將滅亡。

打個比方,第一種情況就像是一個人病入膏肓、無藥可治,第二種情況就像是一個人有先天的嚴重遺傳缺陷。當然,兩種情況並不矛盾。

「種群的死胡同」是可以存在的,比如袋狼就是個典範。二十世紀三十年代的時候澳洲政府已經意識到了袋狼瀕危問題,但這時已經太晚了,野外幾乎不見袋狼的蹤影,最後只在1933年捕獲到一隻,三年後死於動物園,袋狼至此絕滅。不過,我們已經在前兩章討論過,熊貓還沒走到這一步。

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「演化的死胡同」就是個有問題的概念了。在我們無法準確預知環境未來變化的前提下,又怎能知道某個物種「注定」不能適應呢?直生論(orthogenesis)的時代已經過去了,現在我們都承認演化的主要因素是自然選擇,選擇的方向隨時在變。因此嚴格意義上的演化「死胡同」是不存在的。也許有一天你可以嘲笑熊貓點錯了技能樹加錯了天賦,但是這只是事後之明,加點的時候沒有人能預料到。

~

然後說特化。

雖然沒有死胡同,但是路上的確是有水坑的。理論上水坑都可以避開,但總會有坑來得太快,沒時間閃躲就一頭栽進去爬不出來了。現實中所有的物種絕滅其實都是這個場景。

麻煩在於,這些坑的大小形狀特徵各不相同。現實太複雜,簡單的「特化」二字根本對應不上。譬如我們平時會說「個頭大的生物容易絕滅」,往往還得意洋洋地舉出恐龍為例子(實際上恐龍大個頭的只是少數派)。「個大易滅」這句論斷本身作為一個非常粗糙的概括是勉強可以接受,但是仔細看數據會發現:海洋軟體動物的大小和絕滅幾率無關;淡水魚是體型越小越容易絕滅;陸生脊椎動物裡親緣關係相近的物種之間比較的話,大塊頭有優勢;但關係遠的物種比較,大塊頭又要吃虧;但晚始新世大絕滅那一次又是大塊頭佔便宜,因為那次是全球變冷、個大的暖和!傻眼了吧。有些規律雖然是規律,但實在太粗糙,很難直接應用到具體案例上,正如男性和女性的平均智商差異很難用來判斷具體的一男一女誰更聰明一樣。

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那麼,稍微縮小一點「坑」的範圍:對於保護生物學來說,「特化」的物種容易掉進「環境劇變」和「棲息地縮小」的坑,這大概是沒錯的。在人類影響的環境裡,這兩類坑特別的常見,所以保護生物學的確也最關注特化的物種。但是,雖然眼下我們正處於人類影響的環境劇變時代,地球歷史上很多其它的坑也相當常見—比如泛化物種遭到其他物種直接競爭的時候更可能吃虧。事實上,熊貓800萬年前的祖先—祿豐始熊貓就還是雜食的,它向素食轉變,很大程度上是因為許多北方雜食動物的到來加劇了競爭。

所以我們最多能得出結論說,如果不考慮棲息地現狀等條件,熊貓這個物種面臨人類世迅速變化的環境,絕滅的概率也比很多其它物種要高一些;但是第一這個結論的可靠程度有限,第二這還是和人類環境脫不開關係。憑這個事實是無法推斷出熊貓「應該」消失的判斷,更不能推理出我們應該放棄對熊貓的保護。F9JtkoZ

等一下。我們到現在還沒有討論我們為什麼要保護熊貓呢。

如果我是個純粹圍觀的外星人,那麼保護什麼的都無所謂。每一個物種最後都是要絕滅的,具體的恩怨情仇全都是地球內政,人把猛獁象殺光了和硬骨魚把三葉蟲消滅並無本質區別。如果熊貓因人為因素而滅絕,那是牠活該;人自己瞎搞把自己整死了,也是活該。天地不仁萬物芻狗。

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但我是個地球上的人類,是一個思想和行為的主體,我要考慮我的利益。而我的利益和野生生物是有密切關係的。

最基本的理由是,多樣性是應付不確定性的唯一真正手段。生物如此,文化亦然。我們無法預料我們會在野生生態系統裡發現什麼。也許是新的化合物可以作為藥品或者建材。也許是新的基因可以用來改良農牧業。其中大部分也許最後確實沒什麼實際用途,但我們不能忽視少數物種的潛能—這種事情上一次出現,是美洲人把他們本地的野馬殺光了。如果馬當時留了下來,按戴蒙德的觀點,美洲土著沒準也會發展出和同時期歐洲相匹敵的文明。

接下來理由是生態上的相互依存。生態系統還沒有敏感到稍微一碰就受不了的地步,但裡面的確是有關鍵環節的(所謂「關鍵種」),而不少時候我們並不確定關鍵在哪裡。城市的居民雖然表面上和自然生態系統沒什麼接觸,但其實根本沒有脫離依賴,最起碼城市也是靠大量農業輸入而來維持的,而農業效率又和周邊環境關係密切。就算有一天人類都上傳到了虛擬世界,你也不希望一次泥石流把數據中心給埋了吧。

然後的理由是審美需要。對於大熊貓而言,這個理由不用我多解釋了吧……tumblr_l7oeg9L5KM1qby0n1o1_500

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最後一條可選理由是物種的存在自身便有其價值,不以人意志為轉移的、非工具的價值。以此而論,人類現在建立保護區的「干預」,是抵消過去幹預的贖罪行為。這一條理由的成立與否,取決於每個人自己的生態倫理觀。有人覺得這根本不成立,有人覺得這才是最重要的理由。但就算是不承認生物自身價值的那些人,至少也需要尊重他人的倫理價值觀、因而間接地尊重保護行為。

保護生物學是一門面向實踐的學科,它不可避免地要討論應然的問題,所以有一點特殊性:如果我只贊同牛頓的第一第二定律卻反對第三定律,那麼所有的物理研究者都會把我一腳踢出門外。但是只要你贊同以上四條理由中的哪怕一條、並願意付出哪怕一丁點方向正確的努力,你我就是同道中人。

但對於大熊貓來說,什麼才是正確的努力呢?

我想先前的文章應該足以說服讀者,動物園和繁育中心的圈養不是根本的出路。圈養當然是作用巨大的,能夠宣傳物種現狀,提高人們的意識,帶來審美愉悅,為我們瞭解熊貓提供了至關重要的大批數據資料,萬一野外環境出現意外重大變故,圈養還是最後的保險—但是,「牠好像只有千條的鐵欄杆 / 千條的鐵欄後便沒有宇宙。」生活在它適應的環境中、和環境裡所有元素發生互動、不受干擾地表現出它的正常行為—從審美意義上講,這樣才是生物的完整面貌。如果動物園甚至不肯為動物提供起碼的豐容、遊客又只想看它的「步容在這極小的圈中旋轉」,那與看仿真模型又有何本質區別。

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再舉一例。我曾經以隨隊翻譯的身份帶一群遊客去南極半島一帶旅遊。許多沒有經驗的遊客不願聽從指揮,一定要靠近企鵝去拍照,認為這樣拍到的才最清晰—但是不到三天很多人就厭倦了,「都是企鵝,長一個樣啊」。事實上,躲在遠處拍長焦的我捕捉到了企鵝吃雪、排泄、配對儀式、交配、築巢、爭地盤、搶石頭、和賊鷗搏鬥等等有趣的行為,但這些行為當人靠得太近、企鵝感受到威脅的時候往往都不會發生。野外尚且如此,很多管理不當的動物園常常更為不堪;哪怕僅從我們自己的審美需求出發,施加太多人為干擾也是巨大的損失。

複製(Clone)和胚胎保存等技術就更不能解決根本問題了。也許如果1933年有複製技術的話袋狼可以死裡逃生,但現在熊貓還沒到那一步,複製頂多只能提供一個備份而已。而且這個備份的作用還相當有限—如果我們現在保存下細胞訊息,留到未來熊貓消失時再讓牠復活,可能會發現未來的環境已經變了,而我們的熊貓還生活在過去。野外和動物園的熊貓都有可能逐漸適應,而時光旅行的熊貓將完全無法適應未來環境,變成真正意義上的孑遺。
tumblr_mfzjveiq781r3clqao1_1280-600x337唯一的根本辦法,就是保護生物學裡所謂「原地保護」:在它本來的棲息地建立保護區,把人類「侵佔」的地區還回去。如果處理得當,當地居民可能不但不會受損,還能從保護區的建立獲益。世界自然基金會的「綜合保護與發展」(ICDP) 項目就是眾多值得關注的計畫之一。

那麼只剩下最後一個問題。我們用了三章的篇幅講熊貓,憑什麼它值得這麼多關注?就因為它萌?

地球上受到威脅的物種很多,僅IUCN紅名冊裡列出的四萬多個物種裡,就有一萬六千個屬於「瀕危」或更高的級別;幾乎肯定還有更多的受威脅物種甚至沒被人發現。保護所有物種是不現實的,撒胡椒面地使用資源最後肯定一事無成。因此保護生物學裡有一個概念叫做“傘護種”:對於一個生態系統,我挑選一個覆蓋範圍廣、容易研究、容易追蹤的物種,只要針對這個物種建立保護區,就像傘一樣連帶保護了整片區域的所有物種。熊貓就是一個合格的傘護種。

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另一方面,保護生物學如上所述並非像牙塔學科,而是希望通過宣傳喚起所有人的意識、匯聚眾人的努力。這樣的宣傳往往圍繞一個瀕危、可愛、有象徵意義、能夠引起大家關注的物種——也就是所謂「旗艦種」—為核心,以此為媒介來向大家宣傳保護的價值和正確方式。不用說,熊貓在這一點上是完美的。世界自然基金會(WWF)用熊貓作為徽標不是沒有理由的……

所以在我看來,熊貓的真正意義是一個引子。它不但保護了陝南川西的大片山區環境,還讓很多人知道了還有瀕危動物這回事,讓很多人瞭解了動物保護的基本知識,甚至吸引了一些人畢生投入保護的行業——當然也大概順帶吸引了一些人來讀我的這篇文字。也正因此,我覺得介紹一些關於熊貓的正確知識是有意義的。熊貓是萌物,但它背後有太多的故事可以講述、太多的知識可以傳遞,如果僅僅停留在看它如何賣萌,實在是可惜啊。tumblr_lsgdsjvlBt1qbz9meo1_500

(全文完)

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主要參考資料:
潘文石、呂植老師等人的著作《繼續生存的機會》。雖然是學術著作,但是多數章節並不難讀。
論文集 Priorities for the Conservation of Mammalian Diversity: Has the Panda had its Day? 相對偏專業一些。而且定價超貴-_-b
還是論文集 Giant Pandas: Biology and Conservation 。比上面兩本略新。

互動網頁:
山水自然保護中心的專題《真實的大熊貓》
好吧其實我寫的時候還不知道有這個網頁TAT。做得很好。

轉載自科學松鼠會,作者

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科學松鼠會_96
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀

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伺服器過熱危機!液冷與 3D VC 技術如何拯救高效運算?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/11 ・3194字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 高柏科技 合作,泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達(NVIDIA)、Google、微軟,甚至是 Meta 的存在,究竟是什麼?答案或許並非更強大的 AI,也不是更高速的晶片,而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初,搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機,傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題,但這場「科技 vs. 熱」的對決,才剛剛開始。 

不僅僅是輝達,微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中,希望藉由洋流降溫;而更激進的做法,則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中,來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

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但這些方法真的有效嗎?安全嗎?從大型數據中心到你手上的手機,散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技,一同看看如何用科學破解這場高溫危機!

運算=發熱?為何電腦必然會發熱?

為什麼電腦在運算時溫度會升高呢? 圖/unsplash

這並非新問題,1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時,就提出了「蘭道爾原理」(Landauer Principle),他根據熱力學提出,當進行計算或訊息處理時,即便是理論上最有效率的電腦,還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失,系統的熵就會上升,而隨著熵的增加,也會產生熱能。

換句話說,當計算是不可逆的時候,就像產品無法回收再利用,而是進到垃圾場燒掉一樣,會產生許多廢熱。

要解決問題,得用科學方法。在一個系統中,我們通常以「熱設計功耗」(TDP,Thermal Design Power)來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說,TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量,通常以瓦特(W)為單位。也就是說,TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP,例如AMD的CPU 9950X,TDP是170W,GeForce RTX 5090則高達575W,伺服器用的晶片,則可能動輒千瓦以上。

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散熱不僅是AI伺服器的問題,電動車、儲能設備、甚至低軌衛星,都需要高效散熱技術,這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料(TIM)」:提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡,散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料,而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中,晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合,表面多少會有細微間隙,而這些縫隙如果藏了空氣,就會變成「隔熱層」,阻礙熱傳導。

為了解決這個問題,需要一種關鍵材料,導熱介面材料(TIM,Thermal Interface Material)。它的任務就是填補這些縫隙,讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」,即使主線有再多車道,如果匝道堵住了,車流還是無法順利進入高速公路。同樣地,如果 TIM 的導熱效果不好,熱量就會卡在晶片與散熱片之間,導致散熱效率下降。

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那麼,要怎麼提升 TIM 的效能呢?很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁,若要更高效的散熱材料,則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成:高導熱粉末(如金屬或陶瓷粉末)與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好,盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了,受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸,高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後,會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題,高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」,說是凝膠,但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄,比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK,到這裡,「匝道」的問題解決了,接下來的問題是:這條散熱高速公路該怎麼設計?你會選擇氣冷、水冷,還是更先進的浸沒式散熱呢?

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液冷與 3D VC 散熱技術:未來高效散熱方案解析

除了風扇之外,目前還有哪些方法可以幫助電腦快速散熱呢?圖/unsplash

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量,也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限,因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷,熱量在經過 TIM 後進入水冷頭,水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好,且增加的體積不大。唯一需要注意的是,萬一元件損壞,可能會因為漏液而損害其他元件,且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮,可以考慮另一種方案,「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義,就是把均溫板層層疊起來,變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板,原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」,直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中,會放入容易汽化的工作流體,當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化,當熱量被帶走,汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法,最大的特點是:導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻,不會有熱都聚集在入口(熱源處)的情況,能更有效降溫。

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整個 3DVC 的設計,是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯,能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC,就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是,工作流體移動的過程經過設計,因此不用插電,成本僅有水冷的十分之一。但相對的,因為是被動式散熱,其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC,高柏科技一直致力於不斷創新,並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積,高柏科技開發了6項專利技術,涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後,均溫板不僅保有高導熱性,還增強了結構強度,顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步,有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術,將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中,許多冷卻液會選擇沸點較低的物質,因此就像均溫板一樣,可以透過汽化來吸收掉大量的熱,形成泡泡向上浮,達到快速散熱的效果。

然而,因為水會導電,因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些,但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時,很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS,這是一種永久污染物,會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液,例如礦物油、其他油品,又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

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另外,把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等,都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證,相信很快就能推出更強大的散熱模組。

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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3235字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

查看原始文章

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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