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豆類作物當綠肥還是輪作?問問老祖先吧!—— 2016國際豆類年

葉綠舒
・2016/10/22 ・1407字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

豆類作物可以作為綠肥(green manure),這在農業上已經廣被應用了。事實上,中國在漢朝時便已經發展出複雜的輪作系統,將土地分成三份,第一年夏天第一塊地種黍、第二塊地種小米、第三塊地種大豆;每一塊地以黍→小麥→大豆→小米的順序輪作,田地的養分會因為有大豆加入輪作而不至於缺氮,而每年都可以有小米、黍、大豆、小麥可吃(參 1)。

不過,近代的綠肥,卻是將豆類作物(pulse crop,泛指一年生的豆科植物,參 2)種在田地裡,在開花後、結子前將它們的莖與葉割下後,將莖葉耕入土中或是留在土壤表面作為覆蓋。等到次年在田地裡種植其他非豆類作物時,去年的豆類作物便「化做春泥更護花」了!

在這樣的操作下,所選擇的豆類作物便不一定要是大豆、蠶豆這類可以食用的豆類作物了;只要是豆科一年生的植物都可以採用。

蠶豆(Vicia faba)。圖 / Wiki
蠶豆(Vicia faba)。圖 / Wikipedia

可是,這樣的操作,在種植綠肥的那段時間,農夫是沒有收入的。難道綠肥真的就只能夠當作肥料使用嗎?與漢朝的老法子相比,究竟是把豆類拿來輪作好,還是直接當作綠肥好呢?

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加拿大農業及農業食品部萊斯布里奇研究中心(Agriculture and Agri-Food Canada Lethbridge Research Centre)的研究團隊,比較將豌豆(Pisum sativum)、蠶豆與野豌豆(chickling vetch,Lathyrus sativus)作為綠肥,或是列入輪作系統,兩種不同的操作對於往後數年土壤中氮與碳含量變化的影響(參 3)。

研究發現,以豆類植物作為綠肥時,超過百分之八十的氮與碳都在第一年釋放到土壤中了。第三年以後,只有百分之三到五的氮與碳釋放出來。相對的,當我們把豆類植物列入輪作系統時,雖然第一年釋放的氮與碳較少(百分之七十的碳、百分之六十三的氮),但是到了第三年,還是有不少的氮與碳(氮百分之十三到十六,碳百分之九到十八)釋放到土壤裡。而且,比較豌豆與蠶豆發現,輪作能提供的碳與氮,相較於綠肥要多一倍

野豌豆。圖 / Wiki
野豌豆。圖 / Wikipedia

除此之外,豌豆、蠶豆與野豌豆裡面,固氮效果最好的是蠶豆與野豌豆;尤其當把蠶豆納入輪作時,能固定的氮量更高。考慮到蠶豆是很好的食物(對蠶豆症患者除外),研究團隊建議可以把蠶豆納入輪作系統,而非只充作綠肥使用。如此一來,農夫可以有蠶豆作為收成的一部分,比單純將豆類作物當作綠肥的收益更高;且蠶豆在種植後數年,都會持續釋放出氮與碳,農夫也可以調整肥料的使用量,降低成本;再加上輪作可以使得單一作物的害蟲無法持續繁殖,真的是一舉數得唷!

我們不知道為何古人選擇輪作而非綠肥,畢竟古代的中國人並沒有將實驗數據一一整理留下的習慣;不過,看到加拿大的研究團隊的成果,不論古人是湊巧也好、是實驗後刻意的選擇也好,看來老祖宗們還真的走了一條經濟又方便的路呢!

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參考文獻

  1. T.R. Sinclair,C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds of Change:Agriculture’s Imprint on World History. ISBN:9781845937058
  2. Wikipedia. Pulse (legume).
  3. Newton Z. Lupwayi and Yoong K. Soon. 2015. Carbon and Nitrogen Release from Legume Crop Residues for Three Subsequent Crops. Soil Science Society of America Journal. 79 (6): 1650 DOI: 10.2136/sssaj2015.05.0198

編按:「紅豆!大紅豆!(芋頭!)ㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋ,你要加什麼料?」各種豆類不只是吃銼冰的好配料,它們默默成為我們生活中無比重要的一部分。 2016 年是國際豆類年,臺灣大學科學教育發展中心(CASE)針對各種常見豆類的基因體密碼作介紹,讓我們能更了解其中的「豆」知識。

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心其他單位需經同意始可轉載。

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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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

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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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孟德爾與他的豌豆,開創「遺傳學」先河!——《生命之鑰:一場對生命奧祕的美麗探索》
三采文化集團_96
・2021/12/02 ・2104字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 作者 / 保羅.納斯爵士(Sir Paul Nurse)
  • 譯者 / 邱佳皇

編按:筆者是知名遺傳學家和細胞生物學家,致力於控制細胞複製的研究工作,也就是所有生物生長和發展的基礎。於 2001 年獲頒諾貝爾生理學/醫學獎(Nobel Prize in Physiology or Medicine),同時也是阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎、拉斯克獎與皇家學會科普利獎章的獲獎者。

在本書中,保羅.納斯用優美、詼諧的語調幫讀者上了一堂生物學簡史,引領我們思考科學家長久以來追尋的生命之謎,讓讀者彷彿身歷其境、穿梭在各個時代的實驗室裡,感受那些科學發現過程的挫敗和欣喜。並除了學術理解,更希望帶給讀者哲學性的思考能力。

我有兩個女兒和四個孫子,他們所有人都極為與眾不同。比方說,我其中一個女兒莎拉是一名電視製作人,另一個女兒艾蜜莉是物理學教授。但她們有些特徵還是會和彼此、和她們的孩子或我與妻子相同。家人之間的相似度可能很高或只有部分相似,相似的地方包括身高、眼珠顏色、嘴巴或鼻子曲線,甚至一些特別的習性或臉部表情等。家人之間也會有很多差異,但無法否認的是,每代之間都有延續性。

所有生物的父母和子女間,一定會有某種程度的相似,那是亞里斯多德和其他古典時期思想家很久之前就認證的理論,但生物遺傳的基礎一直是個難解之謎。多年來出現過各種解釋,但有些解釋在今日看來有些古怪。比方說亞里斯多德就認為母親對孩子的影響只有在腹中的成長,就像某種土壤品質對植物的影響,只有從種子到發芽的階段而已。有些思想家則是認為遺傳基礎是來自「血液的混合」,也就是說孩子是從雙親那邊獲得平均的特徵。

直到發現基因後,我們才更加了解遺傳的運作方式。基因不只幫助我們理解家人間複雜的相似性和獨特性,也是生命用來建造、維持和繁殖細胞的關鍵訊息來源。更進一步說,基因也是細胞製造的有機體的關鍵訊息來源。來自現位於捷克布爾諾修道院的孟德爾(Gregor Mendel),是第一位解開遺傳學神祕面紗的人。但他的研究標的並不是人類費解的遺傳型態,而是用豌豆這種植物進行謹慎的實驗,而他所研究出來的概念,最終引導我們發現目前稱之為基因的遺傳單位。

豌豆, 荚, 绿色, 蔬菜, 植物, 棕色蔬菜, 棕色的植物
豌豆的各個構造,包括莖、葉、花、果莢、種子。圖/Pixabay

孟德爾不是第一個用科學實驗來探究遺傳學的人,甚至不是第一個用植物來尋找答案的人,有些更早期的植物育種家描述了植物的某些特徵如何以不如我們預期的方式代代相傳。兩種不同的親株植物混種後的下一代,有時候看起來會像兩種的混合。比方說,將紫色花和白色花混合後可能會產生粉紅色的花;但有些特徵則會在某個世代中扮演主宰角色,比方說紫色花和白色花的下一代是開出紫色的花。早期的研究先驅集合了許多有趣線索,但當中沒有人能完全解釋基因如何在植物中發揮遺傳效用,更別說如何在所有生物,包括人類上,發揮效用了,而那正是孟德爾在豌豆實驗中所開始揭露的事情。

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在 1981 年冷戰中期,我進行了一場自己的朝聖之旅,前往位於布爾諾的奧古斯丁教派修道院,看看孟德爾曾經工作的地方,那是當地成為如今的觀光勝地前很久的事。當時野草叢生的花園大得驚人,我能輕易想像孟德爾曾經在那裡種植著一排排豌豆的情景。他曾經在維也納大學攻讀自然科學,雖沒有成為合格教師,但他並沒有遺忘自己在物理學方面所受的訓練。他明白自己需要很多資料,因為龐大的樣本更有可能發現重要的模式。他有些實驗包含了一萬多種不同的豌豆植物,在他之前未曾有植物育種家採行過如此縝密和大量的方式來進行研究。

為了降低實驗的複雜度,孟德爾只專注在有顯示明確差異的特徵上。他多年來小心記錄他所設計的混種結果,並發現了其他人沒注意到的模式。更重要的是,他觀察到在這些豌豆中會有特定比例出現某些特徵,特定比例缺少某些特徵,像是特定花色或種子形狀等。關鍵之一就是孟德爾用了數學級數的方式來描述這些比例,這讓他可以主張豌豆花內的雄性花粉和雌性胚珠含有他稱為「元素」的事物,這些元素就和親株的不同特徵有關聯。當這些元素透過受精結合,就會影響下一代植物的特徵。但孟德爾當時並不知道這些元素是什麼,或者會怎麼運作。

當時有個有趣的巧合,另一位知名的生物學家達爾文(Charles Darwin)大約在同一時間也在研究金魚草這種植物的混種,他觀察到類似的比例,但並沒有試著解釋那些數值可能代表的意義。總之,孟德爾的研究幾乎被當代完全忽視,直到一整個世代後,才有人認真看待他的研究。

接著,在約莫 1900 年時,有一些獨立研究的生物學家重複了孟德爾的研究,將這些研究進一步發展,並開始對於遺傳如何運作這件事做出更明確的預測,進而促進為了紀念孟德爾而命名的「孟德爾定律」和遺傳學的誕生,世界開始注意到這個議題。

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──本文摘自三采文化《生命之鑰:諾貝爾獎得主親撰 一場對生命奧祕的美麗探索》/ 保羅.納斯爵士,2021 年 12 月,三采

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閱讀在生活中不曾改變, 它讓我們看見一句話的力量,足以撼動你我的人生。而產生一本書的力量,更足以改變全世界

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植物不是聽不到,他只是不想理你——《人類與自然的秘密連結》
日出出版
・2021/08/01 ・4110字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者 / 彼得.渥雷本
  • 譯者 / 王榮輝

當我們擁抱一棵樹,沒有任何電氣作用發生——因為我們和樹木具有相同的電壓,這是截至目前為止可以確定的。然而,樹木難道不能至少以其他某種方式,來感知人類的觸碰嗎?

它只是想保護自己

有一種可能發生在幼樹身上的現象—— 向觸性形態發育(thigmomorphogenesis),即植物在被觸摸後,生長會變得較為緩慢。舉例來說,只要每天撫摸自己種植的番茄幾分鐘,就會造成減緩增高且形成較粗的莖軸的現象。

風也會在植物身上引發相同的行為模式:較低的高度能降低風作用在根部的槓桿力,此外,較粗的莖也更有益於穩定番茄株。這當然也適用於動物擦身而過時所造成的活動,因為較不穩固的植物便容易因此曲折。因此,番茄或其他小型的樹木很有可能在它們的遺傳清單中,有著對這種接觸(不僅僅是對風)的反應。

科學家發現,被如此觸碰的受試樣本會產生更多的茉莉酸(jasmonic acid)。這種酸不僅會改變高度的增長,還會刺激植物,促使莖條變粗,讓植物更加穩固。特別是太少受到光線照射的室內植栽,往往會有根單薄、不穩固的主幹,這種現象就更明顯。

幼樹會有向觸性形態發育的現象。圖/Pexels

如果期待擁抱一棵樹後能獲得正面的回應,那麼以上這些資訊肯定令人大失所望。因為,前述的反應其實只是某種防禦策略,用來對抗不利於植物的外部影響。此外,如果樹木得要從中察覺些什麼,必然要能感受壓力,應該要能感受到圍住其樹皮的手臂。一定程度的壓力敏感度確實是有,只不過範圍、大小不盡相同。舉例來說,如果有棵相鄰的樹木或有根金屬柱壓在某棵樹的樹幹上,這棵樹就會開始繞過障礙物生長。不過,所施加的力必須很大,尤其還要持久——人類的擁抱無法滿足這兩個因素。特別是大型樹木,還具備厚實樹皮,這些樹皮在較外圍的區域裡僅由死去的細胞組成,因此所能有的感覺,恐怕和我們的頭髮差不了太多。

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如大腦一般的樹根,討厭壓力

相反地,我們倒是能在另一個完全不同的區域找到很多感覺,那就是樹根:樹木會利用具有類似大腦結構的根尖在地底延伸,根尖會觸碰、品嘗、檢查並決定,往哪與如何繼續前行。譬如說有塊石頭擋住了路,感知構造就會察覺到它,從而另闢蹊徑。因此,愛樹者所尋覓的觸感不是在樹幹上,而是在土地裡。如果聯繫能成功,那麼樹根該是第一個位址。此外,樹根還有其他的優點,不僅相對易達,而且有別於樹在地面上的部位,它們連在冬日裡也一樣活躍。只不過,樹根既不喜歡壓力、也不喜歡新鮮空氣;所以,硬把那些脆弱的構造從地下掘出來沒有什麼意義,因為光在陽光下待上十分鐘,就宣告了樹根組織的死亡。

樹根不喜歡壓力,也不喜歡新鮮空氣。圖/Pexels

不過,最新的科學知識倒還有其他可供參考的建議,例如樹木的脈搏。脈搏?樹木當然沒有人類的這種心臟,但也需要類似的東西,否則樹木體內最重要的一些流程便無法運作。

樹木也會日出而作,日落而息!

血液之於人類,正如水之於樹木。關於如何將水運上樹冠,這一切究竟是如何發生的,迄今仍是未解之謎。

任職於匈牙利蒂豪尼(Tihany) 巴拉頓湖沼學研究所(Balaton Limnological Institute)的安德拉斯.茲林斯基(Andrάs Zlinszky)博士,倒是讓這個幽暗的謎團露出一絲曙光。早在幾年前,他就和來自芬蘭和奧地利的同事一起觀察到,樺樹會在夜間休息:科學家在無風的夜晚裡用雷射測量樺樹,發現樹枝下垂達十公分;而隨著太陽升起,樺樹會再度甦醒,研究人員便稱此為樹木真正的睡眠行為

科學家發現樺樹會在夜間休息。圖/Giphy

這項發現顯然讓安德拉斯.茲林斯基大為振奮,因為他又繼續與同僚安德斯.巴弗德(Anders Barfod)研究了另外 22 種不同的樹木。他再次發現到樹枝的起伏,只是節奏會有所不同;樹枝不僅會在晝夜變化時發生起伏,每三到四個小時,也會有所起伏。採取這種策略的原因會是什麼呢?科學家把目光聚焦於水的運輸上——樹木會在這些時間間隔裡進行泵水運動,這合乎邏輯嗎?畢竟,其他的研究人員在此之前已經確定,樹幹的直徑會定期縮小 0.05 公釐,藉以再次擴大。科學家是否發現了某種脈搏的蹤跡,其會藉由收縮將水逐步向上推送?這是不是一種緩慢到我們迄今都未曾察覺的樹木脈搏呢?茲林斯基與巴弗德提出了這種假設,作為對自身觀察的合理解釋,從而也將樹木往動物界推了一步。

遺憾的是,每三、四小時一次的脈搏跳動實在太慢,即便是最最敏感的人,在擁抱樹木時也不可能感受到,因此我們在這裡也不會發現任何可感知的樹木信號。

植物聽得到我們說話嗎?

接下來,我想再仔細觀察一下與樹木聯繫的最後一種可能,那就是:我們的聲音。這是人類最重要的溝通工具,有不少人會嘗試與樹木或自己所栽種的室內植株交談。「嘗試」是什麼意思?意思就是:他們這麼做,而且期望植物能以某種方式回應。此外,也有一些葡萄農會在果園裡播放各式各樣的音樂,而且認為自己知道,哪一種音樂類型有助提高葡萄的產量。

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在所有這一切的背後,是否存在真相的核心——植物究竟能否聆聽?

葡萄農會在果園播放音樂,試圖提高葡萄的產量。圖/Pexels

對後面那個問題,我可以大聲地回答:「能!」早在幾年前,研究人員就對阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)做過這方面的實驗。研究結果顯示:阿拉伯芥的根部會依循頻率為 200 赫茲的敲擊聲定向,並朝相應的方向生長,同時也能產生如摩斯電碼般運作的聲響。

豌豆可以分辨聲音的真偽?!

西澳大學(University of Western Australia)的莫妮卡.加利雅諾(Monica Gagliano)發現,豌豆可用根部聽到在地底下流淌的水,為此在土地裡埋了三根管子:第一根管子裡只有錄音帶播放出的沙沙聲、第二根管子裡有實際的水流、第三根管子裡則有人為的流水聲——受試植物並未受到愚弄,只會扎根於真正的水上;但如果它們不渴,就不會表現出任何活動。然而,這真的算是聆聽嗎?加利雅諾及其團隊認為,在這種情況下,根部應該確實有受到潺潺聲響的刺激,這也正是他們所觀察到的。

植物(從而也包括樹木)是聽得到的。正如人類,它們也會針對性地運用自己的能力。就像我們之所以很少聽到超音波,是因為我們並不需要,植物同樣也只會去傾聽那些對它們來說重要的事物,例如地下的流水。然而,前面所提到的,那些播放古典樂來刺激葡萄生長的報導,該怎麼解釋?那些和樹木說話的經驗談,又該怎麼說?如果冷靜地進行科學觀察,那麼根部的聽覺能力對此恐怕毫無貢獻,因為它們是埋在地下的,所以相對受到了良好的隔音。因此,我們必須環顧其上的區域,仔細審視樹幹、枝條與葉片,可有任何對聽覺有反應的跡象嗎?

植物能聽見我們的聲音並做出反應嗎?圖/Giphy

被阿拉伯芥已讀不回

西德廣播公司(WDR)的一個團隊在利希研究中心(Forschungszentrum Jülich),讓向日葵持續數日暴露於不同的聲響下,其中也包括了古典音樂。結果顯示:暴露於不同聲響下的植物之間,並無任何生長差異。也許音樂是錯誤的切入點——應該尋找對植物來說真正重要的聲響。

譬如說毛毛蟲的啃咬聲,又會如何呢?這對綠色植物來說,意味某種致命的危險。這正是美國密蘇里大學(University of Missouri)所研究的主題:研究人員將毛毛蟲置於阿拉伯芥的樣本上,藉助微小的雷射反射鏡探得同樣也讓莖有所震動的那些微小波動。如果研究人員利用這些波動去欺騙其他未受蟲害的受試植物,它們就會產生出在遭受攻擊時,會特別大量產出的防禦物質。相反地,對相同頻率的風聲或其他聲響,受試植物則是「無動於衷」。

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所以阿拉伯芥是聽得見的,這也完全有道理可循。透過聲音的警告,甚至可以在一定距離外提前察覺危險,進而做好相應的準備。特別重要的是:它們會忽略不會構成威脅的聲響——這可能包括了人類的言語,還有各種不同類型的音樂。真可惜!要不然,那些報導農作物能欣賞古典樂和搖滾樂的新聞,其實還挺美妙的。

不過,在音樂中是否存在著近似毛毛蟲啃咬的部分,倒是有待釐清。如果真是這樣,那麼這種事情或許就能說得通了;不過,如此一來,莫扎特的音樂就不是被植物所欣賞,而只是遭到誤解罷了!

毛毛蟲啃咬樹葉,對植物來說是危害。圖/Giphy

我完全可以理解與樹木交流的必要性。坐在這些龐然大物底下,撫摸著樹皮,安全感倍增;如果對於我們的存在、甚或我們的觸碰,樹木能有什麼主動或被動的回應,那麼這一切就都圓滿了。我不會否認,這種事情是可能的;只不過,至少保守的科學,迄今對此尚無證據。

不過,即使這是事物的最終狀態,難道一定非得要有個回應不可嗎?難道不會是,人類與樹木活在完全不同的世界裡?畢竟,在樹木存在於地球上的那些年年歲歲中,我們人類存在的時間僅僅只占了 0.1%。雖然樹木顯然對所有的這一切無感,但反過來說,在人體裡卻肯定會有某種反應;關於這點,我將在後頭進一步的說明。就目前的情況來說,如果我們在與樹木接觸時能有良好的感覺,而且,在最好的情況下,能讓樹木好好過著它們的野生生活,這暫時也就足夠了。

——本文摘自《人類與自然的秘密連結》,2021 年 6 月,日出出版
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