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怎麼用地球人的眼光看《星海爭霸》蟲族中的蟑螂和刺蛇?

Rock Sun
・2017/02/03 ・3399字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

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有在玩遊戲的人應該對《星海爭霸》這款即時戰略遊戲並不陌生。《星海爭霸》帶給了我們可以說是遊戲史上最完整的世界(宇宙)觀之一,從裡面科幻、空想的軍事單位到物理、萬物的原則,都有詳細的故事和背景。

當然,這樣的遊戲中當然少不了跟現實科學相關的元素(或漏洞)。

來自Carbot的可愛教室(圖/Starcraft Wiki)
來自 Carbot 的可愛教室。圖/Starcraft Wiki

遊戲中的種族之一——蟲族,是一種能藉由吸收其他物種來強化自己的進化部隊,與其說他們是噁心原始,不如說他們是相當進化的生物,將生存發揮到了極致:誰的基因有用,我就用誰。 儘管整個《星海爭霸》的故事背景是設定在一個外星系,但未來的人類竟然都能在那邊生存了,那我想拿地球稍微比較一下應該不算過分吧!那就把蟲族的的部隊中的兩大菁英:蟑螂和刺蛇,拿出來用地球上的眼光來看吧!

超強「蟑螂」,本體基本上是蛞蝓?

(圖/starcraft wiki)
外星蛞蝓。圖/starcraft wiki

作為整個軍團的核心之一,蟑螂的重要性可以說是無法比擬,理所當然,他們的背景資料也是相當的豐富。從資料庫中,我們可以知道許多關於蟑螂的二三事,讓我們可以好好分析這個物種:

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  1. 蟑螂的中心能力是來自一種會分泌的酸性黏液、還能快速自我治療的蛞蝓
  2. 這種蛞蝓是可以從土壤吸收養分治療傷口與受損的組織,並組成外殼
  3. 擁有高度特化的條紋導管,所產生的酵素可以將蟑螂的強酸唾液化為武器。蟑螂利用導管周圍的肌肉,激射出酵素與唾液的混合液。
  4. 有些理論相信蟑螂並非對自己的強酸體液免疫。即使在體內不斷受到強酸腐蝕的情況下,蟑螂強勁的恢復能力仍可保持體內組織結構性的完整

真實世界的蛞蝓們

《星海爭霸》中的蟑螂竟然是一個圍繞著蛞蝓打轉的物種!但是真實世界的蛞蝓真的能辦到嗎?先不討論外星蛞蝓,我們先來看一下地球上的蛞蝓。

蛞蝓的黏液與人類的鼻涕很像,由水、多醣體和一些蛋白質所構成,除了保護蛞蝓不會脫水外,也提供蛞蝓「變速」功能,在不同地形、坡度、生存情況(如遇到危險)下,牠會調整黏液的成分、產量來改變移動能力。至於蛞蝓的外皮,或著是稱為外套模,是與蝸牛相比退化了許多的殼,簡單的鈣質外套模是蛞蝓儲存鹽分的器官和連結器官的介質。

聽說在宇宙的某處,我很猛!圖/By Carla Isabel Ribeiro - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8879390
聽說在宇宙的某處,我很猛!圖/By Carla Isabel Ribeiro – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

所以說在地球上你要找到一種能夠吐酸和組成硬殼的蛞蝓,基本上是不可能,因為光自己就受不了了。

但是看看《星海》中蟑螂的介紹:

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「蟑螂並非對自己的強酸體液免疫。即使在體內不斷受到強酸腐蝕的情況下,蟑螂強勁的恢復能力仍可保持體內組織結構性的完整」

所以要從蛞蝓變成蟑螂一個最大的門檻在於要有超強的「自我恢復力」。

另外一種蛞蝓的表親:海蛞蝓,某種程度上在化學物質的利用上更勝陸地上的好朋友。海蛞蝓在受到攻擊的時候,第一階段會釋放出墨汁與蛋白質混和的煙霧彈,如果掠食者還是不罷休,海蛞蝓會進入第二階段:釋出一種使掠食者反胃的化學物質,讓他們失去食慾。這種物質是一種生物的次級代謝產物,和植物的防捕食化學機制類似,海綿也會產生類似的物質。所以如果把蟑螂的酸性攻擊當作次級代謝產物的一部分,還蠻合理的,因為他不影響生物本身的生存和生長,沒有它或許蟑螂還活得更好。

  • 香蕉蛞蝓黏液的秘密

能噴酸液的節肢動物—鞭蠍

現在我們跳脫蛞蝓和超強恢復力不談,現實地球上還有什麼會噴酸液的生物,能來和《星海》中的蟑螂比較一下呢?

其實地球上還有一種能噴射酸液的節肢動物——鞭蠍(Whip scorpion, Thelyphonus doriae)。牠外表看似蠍子(但牠其實不是蠍子),除了又圓又大的螯,和比蠍子還要更像外星人的外型外,鞭蠍最吸引人的地方大概就是那個鞭狀的尾巴。鞭蠍的體內沒有毒腺,但在尾部的地方有一個混和乙酸和辛酸的腺體,當鞭蠍被打擾的時候,牠腺體四周的高壓會將這些酸液噴出,這些聞起來像醋的液體雖然對大型動物無害,也不會腐蝕你的相機鏡頭,但足以使牠擊退掠食者,甚至給一些更小型的節肢動物送終。

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鞭蠍。圖/By Acrocynus - Acrocynus, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3791054
鞭蠍。圖/By Acrocynus – Acrocynus, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

如果要找一個蟑螂在地球上的遠親,我想鞭蠍大概毫無爭議,只差把金鋼狼的基因加進去了。

蟲族大砲「刺蛇」

(圖/starcraft wiki)
外星毛毛蟲。圖/starcraft wiki

至於蟲族的玻璃大砲——刺蛇,又是另外一種進化方式了,而且某種程度上看起來更無害。

  1. 在刺蛇的蟲殼盔甲下裝載了上百發的穿甲脊刺,能朝著從地面或空中接近的敵人發射。
  2. 刺蛇那非凡的肌序(4000 條肌肉,而人類只有大約 600 多條)讓牠們可以用令人震驚的速度射出針脊刺,輕易地穿透 2 公分厚的實心新型鋼鐵板,就連在最遠距離也不例外。
  3. 一種毛蟲狀、軀幹擁有細密刺毛包覆的草食生物叫「怠惰蟲」是刺蛇們演化的來源,這些刺毛擁有中度麻痺作用,用於抵擋攻擊。

看起來刺蛇其實是隻帶刺的毛毛蟲囉?

其實要在現實世界中找到帶刺的動物其實不少,如海膽、刺蝟……,還有許多隱性的帶刺動物如刺絲胞動物門的生物,但我第一個想到最接近的物種是豪豬。

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看同樣有刺的豪豬,怎麼抵禦敵人?

豪豬(或稱箭豬,但不是刺蝟)除了滿身的刺外其實圓滾滾、還蠻可愛的,但他不是豬,而是齧齒目(也就是老鼠的近親)。豪豬分為新大陸及舊大陸種:舊大陸種的豪豬,刺是長在一個類似甲殼的身體部位上;而新大陸種的刺則是像頭髮一樣,直接與皮肉相連。 當牠們遇到危險時會背對威脅,並把身上的刺「豎起」 (注意不是射出喔),目的並不是攻擊或獵殺,而是讓掠食者攻擊後感到強烈的痛楚,知難而退。

牠身上的刺平均直徑有 0.5 公分,大概像原子筆的筆芯那麼粗,而且前頭有些微的倒鉤,所以一但被箭豬的刺刺到,不但難以拔下來,每次動作還會加深傷口,甚至引發細菌感染。

  • 豪豬與牠身上的刺

但是重點來了,豪豬並不會射出刺。 這些由角蛋白(類似我們的指甲)構成的刺並不會主動出擊,而是因為豪豬一受到驚嚇或威脅,身上會起類似雞皮疙瘩的反應,皮下的豎毛肌會將刺豎起,由於刺的根部脆弱,稍微一碰到就很容易脫落,進而使攻擊者「中鏢」。

說到肌肉在自體防衛上的表現,還有會噴出毒液的眼鏡蛇,牠的毒腺也是經由肌肉擠壓,由毒牙中空部分噴出,所以說到噴射出物體,肌肉可說是功不可沒。

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所以我們能發現,藉由肌肉射出脊刺的刺蛇,其實相當接近現實的生物了。想像一下,有一天你皮下肌肉變得十分發達,只要起雞皮疙瘩,就會觸動皮膚表層的毛飛出去,這大概就是刺蛇攻擊的方式了。也就是說刺蛇可能相當於經過改造、能力加強的豪豬,牠們一直處於戰鬥狀態,擁有取之不盡、用之不絕的「疙瘩力量」,讓牠們隨時可以射出脊刺來攻擊敵人。

刺蛇的咬合力大輸地表生物

另外一個我還蠻在意的設定是 :

「刺蛇的厚顎也是演化自怠惰蟲,利用進化來提高雙顎功能後,牠的咬合力有 450 公斤,能夠輕易咬斷肉體、骨骼和新型鋼鐵。」

太多嗎?不,太少了。對比人類僅有 40 公斤的咬合力是強很多沒錯,但是 450 公斤在動物界上只是「還可以」的等級,一票動物如北極熊、老虎、鱷龜、鬣狗等,不僅咬合力跟他不相上下,甚至更強大。

咬合力箇中翹楚如大白鯊、河馬和鱷魚家族,可是遙遙領先刺蛇數倍以上,以鹹水鱷來說,咬合力可達 3000 多公斤。所以你說刺蛇能夠在克普魯星區咬穿新型鋼鐵,我真不知道該說新型鋼鐵中看不重用,還是地球上的猛獸們其實太強大了。搞了半天,或許待在地球上也沒有比較美好,身在強敵中不知強啊。

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恐怖的蟲族看似強大,但是在其兇猛的外表底下,我們還是可以在地球上找到一些牠們的影子,讓人不禁想問,如果你是蟲族主宰,你想同化誰?

參考資料:

  1. Aaron, The Vinegaroon and its Acidic Defensive Spray, Next Gen Scientist, 2014.9.8
  2. 23 most strongest animal bites in the world of PSI, Tail and Fur, 2016.11.27
  3. 謝伯娟,〈無殼蝸牛──蛞蝓與半蛞蝓〉,環境資訊中心,2005 年 8 月 9 日。
  4. Spitting cobra, Wikipedia
  5. 豪豬,維基百科
  6. Starcraft Wiki
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Rock Sun
64 篇文章 ・ 962 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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為什麼腿短短,走路還搖搖晃晃?解密企鵝賣萌的背後真相!——《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》
晨星出版
・2023/10/24 ・1652字 ・閱讀時間約 3 分鐘

企鵝搖搖晃晃地走路

圖/giphy

說到用兩隻腳走路的鳥類,就不得不提企鵝。企鵝用兩隻腳在冰上搖搖晃晃走路的樣子非常可愛。在水中卻可以自由自在地高速游泳、追捕魚,這兩種樣子帶給人的印象有非常大的不同。

話說,企鵝意外地可以走很長一段距離。牠們會在地上蒐集石頭來作巢,所以當然要可以走到築巢的地點。通常企鵝類的繁殖群會位在距離海岸線幾百公尺的地方,但有時會在距離海岸 3 公里以上的內陸,想像企鵝排成一列搖搖晃晃地走 3 公里,實在是可愛至極。

說是這樣說,但是走 3 公里,我們人類都覺得有點遠了,企鵝真的可以搖搖晃晃走過去嗎?

牠們的走路方式感覺效率很差,好像很累。企鵝走路時腳會使用的力量以及計算其所需能量的研究顯示,企鵝的走路方式一如外表印象,效率很差。大概所有人都會覺得「我想也是」吧,但我們不妨來仔細思考為什麼會效率很差。

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圖/giphy

鵝生好累!企鵝其實一直蹲著?

在討論企鵝的步行時,首先得要知道的是其獨特的體型。企鵝看起來是用兩隻腳站著,腳感覺極端的短。大概因為身上的毛色彷彿穿著燕尾服一樣,總覺得像是人類的喜劇演員一般。

但是牠嚴格說來並不是「站著」。看企鵝的骨骼圖(圖一)就很清楚。髖關節跟膝關節強烈彎曲的姿勢,以人類來說就是「蹲著」。換言之,企鵝時時刻刻都是蹲著的,連走路時也是蹲著的狀態。試著自己蹲著走路看看,就會像企鵝那樣搖搖晃晃地。牠們搖搖晃晃的姿態,背後的祕密就是體型與姿勢。

而由此延伸,企鵝的步行方式非常沒效率的理由,可能就是身體橫向搖擺和轉動幅度非常大。搖擺跟旋轉的動作,對前進而言怎麼看都是不必要的舉動,但是根據之前的研究,其實企鵝不搖晃反而效率會更差。之前也說過雙足步行的動能跟位能要有效率地轉換,才能有效率地運動,但企鵝似乎是用橫向搖擺的動作來進行這種能量轉換。

圖一、企鵝的樣子跟人很像,所以如果讓企鵝在山手線月台上排隊,也不會有人發現(右),但是如果看骨骼(左),企鵝蹲下來就可以跟站著的人類簡單區分開來。

短腿優先?

也就是說,企鵝走路效率不佳的理由,跟牠們這種體型跟姿勢有關。

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企鵝的腳確實很短,以現在還活著的企鵝種類來說,體型最大的皇帝企鵝的體重將近 20 公斤,和澳洲的平胸鳥類鶆䴈幾乎相同,然而比較這兩種鳥類的腿長的話,鶆䴈的髖關節大概在 80 公分高的位置,而皇帝企鵝大概在 30 公分高左右。明明體重差不多相同,企鵝的腳的長度卻只有鶆䴈的一半以下,步行效率差也是沒辦法的事。

本章已經反覆提過好幾次,腿愈長一般來說會步行速度愈快、效率也愈好,企鵝的短腳和蹲下的姿勢非常不適合走路,這點沒有人能否定。

圖/giphy

企鵝的腳會這麼短,恐怕是為了在寒冷地帶保住體溫。雖然也有棲息在熱帶的企鵝,但多數企鵝都棲息在極地,在水中跟地面上不失去體溫就是牠們最重要的課題。四肢末梢要是比較長,就會因為體積的表面積變大,容易失去體溫。所以在寒冷地帶演化的物種,耳朵等突出部位通常都會比較小。

雖然意外地能走很長距離,但企鵝仍然主要屬於在寒冷地區游泳的鳥類,為此演化出的短腿跟蹲著的姿勢,必須讓身體左右搖晃走路來補足才更有效率。

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——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》,2023 年 8 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

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動物移動方式大不同!獵豹為什麼跑這麼快?——《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》
晨星出版
・2023/10/23 ・1560字 ・閱讀時間約 3 分鐘

動物的移動方式及進化

動物會使用肌肉骨骼系統來進行各種運動,有時是只動身體的一部分,有時則是移動整個身體,讓自己移往其他地方的情況。理所當然的是,動物將自己整個身體移動到其他地方,會比只有動一部分身體需要更多的能量。所以移動時會特別需要注重效率。

動物們在進化過程中獲得各種生活形態,以及適合該生活形態的移動方法。只要看看動物們的走路方式,就能理解這個進化過程。

像山椒魚等兩棲類動物,以及蜥蜴、壁虎等爬蟲類,都是從軀幹伸出四肢來撐起身體,並扭動身軀,一一藉著四肢的支點往前方移動(圖一)。扭動軀體的運動跟魚在游泳時的軀幹動作很類似。兩棲類和爬蟲類是脊椎動物進化過程中最初上陸的動物們,本來就擁有類似魚那樣扭動身軀的身體構造,要善用這種構造在陸地上運動,就演化出了這樣的走路方式吧。

圖一、壁虎的步行姿勢。隨著步伐,脊骨(白線)會左右大大彎曲。

後來兩棲類中有一部分軀幹變短、後肢也變得發達,那就是蛙類(圖二)。長長的後肢可以產生強大的跳躍力。說到彈跳,身體要是扭來扭去的穩定性就不好,要是身體變短,就不會扭來扭去的了。因為獲得了短身軀跟長後肢,使得蛙類可以進行大幅度跳躍。

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圖二、青蛙的骨骼標本。長腳可以進行強力跳躍,短短的軀幹則讓跳躍時可以保持身軀穩定。

一部分的爬蟲類(恐龍類)和哺乳類的四肢又更加發達,可以進行多樣化的運動。他們的四肢不只是變長,還跟兩棲類或蜥蜴等爬蟲類不一樣,四肢不是生長在身體兩側,而是下方。往下生長的四肢可以高高舉起軀幹,只要前後擺動四肢就能移動了。

比起移動整個身體,只有四肢動作的效率會比較好。另外,體幹如果可以不激烈動作,身體就可以比較安定,而且更容易控制。結果就能實現高速運動。另外,像鹿或是馬等擅長跑步的動物,牠們的四肢,特別是末端部分會很長(圖三)。腳變長的話,跨一步的距離也就會變長,可以跑得比較快。

圖三、馬(左)和人(右)的骨骼,馬的掌骨跟肱骨差不多是同樣長度,人的骨骼圖為臼田隆行作畫。

本來哺乳類也不是軀幹就保持不動,而是軀幹跟四肢經常一起協調地動作,但是方向跟魚或蜥蜴的橫向運動不同,是身體往腹背方向彎曲再伸直,像是為人熟知的貓科動物跑步時的動作。例如,獵豹跑步時,身體會大大彎曲再伸直,用全身力氣來有力地跳躍並讓步伐加大,創造出陸地上最快生物才有的跑步速度。(圖四)

圖四、跑步中的獵豹。跑步時脊骨(白線)會往腹背方向大大彎曲再伸直,讓每一步的步伐距離變長。

所有哺乳類雖有程度差別,但似乎都有像這樣身體往腹部方向屈伸的動作。前面所述的馬跟鹿等動物,雖然看起來軀幹動作沒這麼大,但脊骨還是會反覆進行彎曲再伸直的動作。只是活動程度比貓科動物少得多了。

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稍微離題一下,從陸地再度回到水中的哺乳類也不例外,海豹或海狗、鯨魚等動物,游泳時的脊椎也是往腹背方向屈伸的。魚類一般是身體往兩側扭動來游泳,所以我們可以說水棲哺乳類的身體往腹背方向屈伸,是因為從腳配置在軀幹下方的哺乳類演化而來,可以說水棲哺乳類才有這樣的特性吧!

——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》,2023 年 8 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

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晨星出版
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