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書到底會不會暢銷?靠電腦來「占卜」一下—《暢銷書密碼》

PanSci_96
・2016/12/06 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

電腦當然不會閱讀,至少和你閱讀本書的方式很不一樣。不過電腦可以用處理程式語言的方法讀書,它們先「看書」(也就是先接收資料),再把資料區分為人類所謂的意義單元,像是字母、標點、字詞、句子和章節等。所以電腦的確能模仿人類閱讀,而且訓練過程愈嚴謹,理解程度就愈擬真。而人類讀者和機器讀者的差別在於,人類知道他們閱讀的內容有意義。話雖如此,電腦的閱讀方法卻能讓我們更接近小說描繪的細節,就連閱書無數的文評也甘拜下風。那是因為電腦擅長辨識模式,而且可以大規模處理模式和細節,但人類卻沒有辦法做到。

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電腦可以用處理程式語言的方法讀書,也就是先接收資料,再把資料區分為人類所謂的意義單元。圖 / By Katy Tresedder @ flickr, CC BY-NC-ND 2.0

大家想想我們的研究初衷:暢銷書到底能不能預測?想做預測,就要先剖析過去重複發生的模式。除非你會占卜,否則預測未來靠的是熟悉歷史。一般來說,在字裡行間尋找有意義的模式是文評或學者的工作。著有《千面英雄》的神話學者坎伯,傾其一生研讀世界各地的故事,還刻意訓練他的眼睛去辨識這些故事的相似之處。他可是辨認模式的大師,但儘管如此,一個人一輩子能做的終究有限,不論是閱讀的數量或觀察的細膩程度。辨認模式既要看微觀的細節,也要看宏觀的趨勢,而人類在這兩個面向都有規模上的限制。

我們也很佩服克里斯多福.布可的毅力。他花費三十年、閱讀數百本書,就是為了發展他的理論:所有文學作品和故事都脫不了七種基本情節。或許他花了四十年、讀了一千本書,又或許他比我們都還會記憶書中內容。但幾部經過訓練的電腦,可以在一天之內就讀完數千本小說,消化完數千筆資料,而且絲毫不放過人類可能會忽略或習以為常的各種細節。

舉個例子吧。我們在閱讀的時候,尤其是受過訓練、擅長捕捉細節的讀者,都會注意到作者使用了哪些形容詞。但我們大概不會注意到名詞和形容詞之間的比例,這個比例代表了作者有多常使用形容詞去描述一個名詞。電腦可以輕易找出這種資訊,讓我們更清楚作者的敘事方式與風格。電腦不僅可以縝密搜索,還可以比較這本書和另外上千本書的差異。如果電腦發現暢銷書裡形容詞與名詞的比例偏高或偏低,那這個寫作特徵就很重要了。

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下次你找書來看的時候,不妨做個實驗,別管朋友的推薦也不要執著於熟悉的作者和類型,試著連續一週都只看《紐約時報》暢銷榜上的書。如果你讀得夠仔細,你就會變得有點像我們的電腦,不論是文學作品或大眾讀物、男性書籍或女性書籍、明星作家的小說或普立茲獎得獎作品,你都能開始看出各種書籍之間意外的共同模式。

有些模式可能會讓你很驚訝,譬如說,你會納悶為什麼女主角通常都是二十八歲。這重要嗎?你可能會問自己:如果一本小說長達 400 頁,作者是不是刻意把第一場床戲安排在第 200 頁?如果全書只有 220 頁,那第一場床戲則會落在第 110 頁。如果真是這樣,為什麼?你可能會和朋友討論,小說若有一個吸引人的開頭卻沒有一個讓人滿意的結局,銷量會不會受到影響?搞不好你還會覺得這些分屬不同類型的暢銷書有太多潛在的共同點了,根本可以自成一派。

有趣的是,讀者在不知不覺中對這些模式很有感覺。「文學神經科學」是一門新興的研究領域,學者利用核磁共振來掃描測試對象在閱讀時的腦部活動。這項認知心理學的研究是為了瞭解讀者閱讀的時候都在注意什麼。儘管這和我們的方法差很多,但兩種方法都認為,人類對讀物的反應來自於哪些字、用哪種方式排列、出現在哪些句子裡。是字句的組合觸發了讀者的反應。

因此,讓電腦閱讀小說的技術一點也不反傳統,並沒有違背我們慣用的文評方法。事實上,電腦可以「觀察入微」,對各種寫作特徵進行擷取分析,這和傳統研究所使用的方法大同小異。只不過,電腦讓我們有機會從文本當中挖掘出前所未見的深入洞見。

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教電腦閱讀與擷取資訊的方法很多。我們寫了各種程式和演算法,可以從書裡擷取詳細資訊,包括每一本書的風格、主題、人物、情緒起伏、場景設定,還有各式各樣看似無關緊要又難以歸類的語言資訊。

寫作書和小說課都經常到小說的幾個重要元素,如主題、情節、寫作風格等,若要從這些面向來分析暢銷書,電腦就需要數百種原始資料,比方說,作者用了多少次的「a」、「the」、「in」和「she」?句號和驚嘆號出現的頻率為何?作者多常用到副詞,使用得是否準確?這些微小細節其實對讀者影響頗大。想想夏綠蒂.勃朗特在《簡愛》裡的這句話,就可以看出代名詞有多重要:

讀者,我嫁給他了。

電腦偵測到「他」這個字,也注意到「他」和敘事者「我」在句子裡靠得很近。此外,電腦也發現「我」和「他」在愈來愈多句子裡同時出現,而且彼此間的距離愈來愈近。當然,讀者也會注意到這件事。許多故事的重點不就是要讓「我」和「他」在一起嗎?要把兩者連在一起的最佳動詞不就是「嫁給」嗎?往往,這就是讓我們一頁又一頁不停讀下去的理由。

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夏綠蒂.勃朗特在《簡愛》。圖 / By Berenice @ flickr, CC BY-NC 2.0

問號和驚嘆號也提供我們很多資訊。但你可能記得高中老師教過,驚嘆號用得愈少愈好。如果每個句子都在尖叫(我的天!),或每句對話都是命令(不准動!),或嘶喊(啊!),或一直發現夜裡不寧靜(砰!),那你的讀者可能會心臟無力。驚嘆號的使用可以讓我們看出一本小說的聳動程度以及作者的寫作功力。同樣道理,出現問號常常表示有對話發生,如果一連串的敘述文字好幾頁都沒有出現問號,會讓讀者閱讀的速度和興致都降下來。而這些屬於作者個人風格的微妙寫作習慣,都會在第四章討論到。

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我們剛開始研究的時候,擷取了超過 20,000 種寫作特徵,驚嘆號和「他」只是其中的兩個。我們每一種都認真研究,有些特徵讓我們看出風格,有些讓我們更理解情節和故事設定,還有一些讓我們瞭解小說的題材。但並非所有特徵都可以用來判斷小說的暢銷指數;有的小說甫上市即銷售一空,有的小說即便寫得很好,卻銷售平平,到底差異何在?

我們發現,數字的使用不太會影響銷售成績,例如 911、1984、867-5309、$1,000,000。作者在小說裡有沒有用到數字,或使用數字的頻率高低,都不會造成影響。同樣地,我們花了很多時間,訓練電腦準確判斷《穿著 Prada 的惡魔》場景設在紐約,《控制》則是從紐約開始,最後到了密蘇里。但其實地理場景設定對銷量的影響也不大(除了少數例外),以紐約為背景的冷門書和暢銷書一樣多。當然,有很多超級暢銷書都是以紐約為背景,隨便舉幾個例子就包括了希維雅.黛的《謎情柯洛斯 I:坦誠》、湯姆.沃爾夫的《走夜路的男人》、詹姆斯.派特森的《匆忙》以及薩佛蘭.佛爾的《心靈鑰匙》,但這些都只是剛好,寫紐約不見得真的會大賣。

到最後,我們去蕪存菁,從 20,000 種寫作特徵中篩選出 2,800 種,這些特徵對於小說暢銷程度有較顯著的影響。我們在訓練電腦閱讀並擷取寫作特徵之後,又用另一套電腦程式來分析暢銷小說潛在的共通模式。我們在分析階段所使用的方法稱做「機器學習」。在文字探勘的領域裡,我們往往利用文本之間的相似處來做分類。舉例來說,我們想分辨垃圾郵件和一般郵件,而通常垃圾郵件都有些共同點,像錯別字、商品名稱不斷出現等,我們便可依此寫出一套程式來檢測一封電子郵件是不是垃圾信。

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垃圾郵件都有些共同點,像錯別字、商品名稱不斷出現等,我們便可依此寫出一套程式來檢測一封電子郵件是不是垃圾信。圖 / By Judith E. Bell @ flickr, CC BY-SA 2.0

我們將小說分類的方法其實和過濾電子郵件很類似。假設我們想預測一本沒有看過的新書會不會暢銷,而我們已經握有很多暢銷書(非垃圾郵件)和冷門書(垃圾郵件),我們就可以把這些書都匯入電腦,並訓練電腦根據顯著的寫作特徵去辨識這兩種書籍。我們在做的就是這些事。我們用了三種不同的分類方法,最後把結果平均起來,發現電腦不但可以預測一本新書能否暢銷,準確度還高達八成。

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本文摘自《暢銷書密碼:人工智慧帶我們重新理解小說創作》,雲夢千里出版。

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2956字 ・閱讀時間約 6 分鐘

久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

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 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

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  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

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參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
  4. McElrone A J, Choat B, Gambetta GA, et al. (2013) ‘Water Uptake and Transport in Vascular Plants’. Nature Education Knowledge, 4(5):6.
  5. Datta S, Taghvaeian S, Stivers J. (AUG 2018) ‘Understanding Soil Water Content and Thresholds for Irrigation Management’. OSU Extension of Oklahoma State University.
  6. Murray M, Soh WK, Yiotis C, et al. (2020) ‘Consistent Relationship between Field-Measured Stomatal Conductance and Theoretical Maximum Stomatal Conductance in C3 Woody Angiosperms in Four Major Biomes’. International Journal of Plant Sciences, 181, 1.
  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。