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犀鳥舌頭太短只能把食物甩進嘴裡,原來《獅子王》裡的沙祖這樣吃飯—《非凡物種》

新樂園_96
・2017/01/05 ・6123字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

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  • 【科科愛看書】你還記得《金剛》裡拿上摩天大樓的猩猩、嚇得遊客魂飛魄散的《大白鯊》、《綠野仙蹤》裡膽小的獅子,還有《獅子王》電影裡愛碎碎念的犀鳥沙祖嗎?電影或許為我們刻劃了這些生物的形象,但他們卻仍然離我們很遙遠,因為我們不認識牠們,不知道牠們真正發出的聲音、喜歡吃的東西,或是牠們怎麼在野外生存下去?透過《非凡物種:型塑人類文化、改變世界的 25 個自然造物》,讓我們重新認識牠們。
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拜迪士尼動畫《獅子王》之賜,犀鳥的知名度在過去二十年來可是提高不少。圖/電影《獅子王》

世界上總共有兩百三十種以上的鳥類族群,但其中少有像犀鳥這樣外貌特出者。大部分的人從未見過野生犀鳥,但都在動物園或博物館展裡看過牠們;而且拜迪士尼動畫《獅子王》之賜,犀鳥的知名度在過去二十年來可是提高不少。動畫裡的犀鳥名叫「沙祖」(Zazu),服侍過前任獅子王木法沙與現任獅王辛巴,牠總是整天慌亂地飛來飛去,並用嘲諷語氣評論當前發生的事。

目前科學家已辨識出六十幾種犀鳥,都長著非常好認的大型鳥喙,正如犀鳥的英文名字「Hornbill」之意(像號角一般的鳥喙)。鳥喙上方還有獨特的角質盔突,有的很大,有的則只是一條窄小脊狀物。演化生物學的先驅亞爾弗德.羅素.華萊士在一八六三年曾試圖向維多利亞時代的英國人描述這種生物:

黃嘴犀鳥。圖/By Greg Hume - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17259924
黃嘴犀鳥。圖/By Greg Hume – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

犀鳥是一種體型巨大而笨拙的鳥類,鮮少生有顏色亮麗的羽毛,但其中許多種都長著傲人的大鳥喙……每一種犀鳥的鳥喙形態都不同,同種犀鳥雌雄兩性的鳥喙形態也不同,甚至同一隻犀鳥從年輕到成鳥的鳥喙形態也不同,然而……牠們的鳥喙總是具有極大彎度……一般來講會在頂端形成一道龍骨脊。

犀鳥的鳥喙如此沉重,牠們的頸椎第二與第三節之間必須密合,才能讓身體撐起這種重量;沒有其它鳥類具有像牠們一樣的身體特徵。這些獨一無二的特質,加上科學家所找到的分子證據,使得犀鳥最近在生物學上被重新列為獨特的一科:「犀鳥科」(Bucerotiformes)(這個詞的來源是希臘文的「牛角」一詞)。

犀鳥體型差異很大,赤道西非的紅彎嘴犀鳥的體長有 30 公分,體重介於 84 到 122 公克之間,約和槲鶇鳥差不多大小。相比之下,來自撒哈拉沙漠以南非洲地區的紅臉地犀鳥(Southern ground-hornbill)可就是個大塊頭,牠的身長可達一公尺,體重約 4.5 公斤,差不多是一隻加拿大雁的重量,其中某些體型更大的個體,據估計可能重達 6 公斤。

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來自撒哈拉沙漠以南非洲地區的紅臉地犀鳥是個大塊頭,牠的身長可達一公尺,體重約四點五公斤,差不多是一隻加拿大雁的重量。圖/By Dave, CC BY 2.0, wikimedia commons

一般而言,犀鳥身上的顏色並不多,主要就是黑、白、灰、褐幾色;但牠們的個頭、體型和外貌,再加上頭上與鳥喙上被潑灑了一些色彩(通常是黃色或紅色),讓牠們與像是蜂虎鳥、翠鳥和佛法僧鳥這些既華又俗的熱帶鳥類並列時毫不失色(順帶一提,直到晚近人們都還以為犀鳥與這些鳥類是近親)。某些犀鳥還長著又長又有魅力的睫毛替雙眼遮陽,被某個鳥類學家稱之為「鳥用太陽眼鏡」。

在非洲、亞洲的熱帶與亞熱帶地區,以及美拉尼西亞(西太平洋)這些舊世界的大片地區,我們都能發現犀鳥蹤影,其中種類最豐富的地區有西非、中非、東非、馬來半島、印度、婆羅洲、蘇門答臘與菲律賓。更遠的地方,像是西北非洲的摩洛哥和東南歐的保加利亞,還曾有來自中新世晚期(距今大約五百萬年前)的犀鳥化石出土。

亞非兩洲的犀鳥生活形態可是大不同,亞洲所有犀鳥都住在樹林裡(只除了一種以外),但非洲約有一半的犀鳥都是開闊莽原的居民,某些還住在非常乾燥、幾乎已是沙漠氣候的地區。某些犀鳥分佈地區甚廣,例如:黑嘴彎嘴犀鳥;但也有某些犀鳥的狀況完全相反,例如:菲律賓有五種斑嘴犀鳥(Tarictic hornbill),牠們各自的生存空間被侷限在單獨島嶼上,目前都陷入了瀕臨絕種的危機之中。順帶一提,班嘴犀鳥英文名稱中的「Tarictic」就是一個描述牠們叫聲的狀聲詞,其鳴聲帶有斷奏節拍,在牠們棲息的叢林中能夠很清楚的傳送。

吃東西用甩的、把自己和小孩封在樹洞裡,你怎麼那麼怪?

犀鳥基本上不挑食,不過不同種類主要愛吃的食物也仍然有差異。某些犀鳥,特別是那些居住在森林中的種類,主要以水果為食,牠們從樹上摘果的動作之細緻常令人驚訝。其他的犀鳥,尤其是出身非洲莽原的種類,則會捕獵各種小型動物,包括昆蟲、軟體動物、鳥類和齧齒類。若是說到兩種地犀鳥,牠們狩獵的對象體型就更大,像是野兔或貓鼬,就連眼鏡蛇都是牠們的獵物。

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牠們吃東西的時候有個非常特殊的動作:由於舌頭太短無法直接吞嚥鳥喙尖端叼著的食物,因此牠們必須猛然仰頭把食物甩進喉嚨裡。犀鳥擁有雙眼視覺,這是牠們與許多鳥類不同之處,也讓牠們能以精確的動作進食。牠們還有個令人驚訝的特殊習性:大部分犀鳥從來不喝水,只從食物中直接取得水分。

  • 雙角犀鳥覓食精彩畫面

非洲有好幾種犀鳥以跟蹤其他動物的方式來覓食,牠們跟蹤的對象甚至包括行軍蟻。德氏彎嘴犀鳥和黃彎嘴犀鳥,則是與侏儒獴演化出互利共生的關係;犀鳥在這關係裡擔任哨兵角色,只要有掠食者接近就發出警報,而侏儒獴則負責尋找食物。一名科學家甚至觀察到如下景象:犀鳥把睡在白蟻塚中的獴給叫起來,大聲鳴叫著催促這些睡過頭的傢伙去上工。

在這許多不尋常的行為裡,最怪異也最廣為人知的大概就是牠們的特殊營巢習性;在下蛋到育兒的整段期間,雌犀鳥會把自己和巢一起封在樹洞裡,這段時間內牠會產下卵、孵化卵、餵養雛鳥,同時利用這段掠食者無法下手的時期來一回全盤換羽。許多人都以為是雄鳥築牆將雌鳥封起來,但這其實是錯誤的認知,事實上雌鳥通常得要親自動手,利用泥土和自己糞便的混合物來加工。最後,等到雌鳥進入自己蓋起來的狹小空間之後,雄鳥會將入口封閉起來,只留下一個小洞讓雌鳥可以伸出鳥喙接取食物。

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在這許多不尋常的行為裡,最怪異也最廣為人知的大概就是牠們的特殊營巢習性。雄鳥會將入口封閉起來,只留下一個小洞讓雌鳥可以伸出鳥喙接取食物。圖/By Tickell, Public Domain, wikimedia commons

某些評論者會用犀鳥的封巢育雛的行為比喻人類之間的關係(例如:婚姻、交往),而其實牠們這種引人注目、看似詭異的作法其實頗為合理。犀鳥從來就不是動作敏捷的生物,這道牆能夠保護孵蛋的雌鳥和剛孵出的脆弱雛鳥,不受蛇類和樹居哺乳類這些掠食者侵害。況且,雄鳥為了找食物回來餵養雌鳥就已忙得昏頭轉向,根本沒心思去搞外遇;絕大多數的犀鳥都是一夫一妻制,其原因就在於此,雖然一點都不浪漫卻頗有約束力。

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雛鳥孵化後在巢中長大,透過牆上小洞向外排泄,所以到了牠們準備離巢時,這個洞口周圍與下方的環境大概已經髒亂不堪。等到時機成熟,雌鳥就會將周圍的硬土牆擊破——這項工作從頭到尾可能要花上好幾個小時——讓自己與小鳥離巢。

怪模怪樣、叫聲詭異的盔犀鳥

世界上各種犀鳥之中,大概就屬盔犀鳥(也就是特陵所收藏那顆鳥頭骨所屬的物種)外貌最為突出。當牠在婆羅洲或蘇門答臘故鄉的雨林深處放聲鳴叫,那聲音聽來比起鳥鳴更像是猿鳴,先是號角一般的聲響,然後緊接著是隆隆的響亮笑聲,在空氣中不斷迴盪直到消失。

若把那條又長又傲人的尾羽算進去,雄性盔犀鳥體長可達一點二公尺,只是儘管牠們體型不小卻很難被觀察到,因為牠們都在森林裡最高大的樹頂上覓食,在那裡狩獵蛇類、松鼠和其他鳥類,有時甚至還會抓體型比牠們小的其他犀鳥來果腹。

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盔犀鳥,最特別之處是牠們的頭頸處,除了盔突前部和鳥喙尖端呈現黃色,整顆頭其他地方都是明豔的紅色;牠們的頸子上面不長羽毛,可以清楚看見粗糙而毫無遮掩的皮膚。圖/By Doug Janson, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

如果你有幸一睹盔犀鳥的尊容,可別被嚇到了,因為牠們的長相就算在犀鳥當中都可稱作怪模怪樣。牠們的羽毛多是黑褐色,但卻有一條奇大的長白尾羽,上面有一道黑線由根部直通尖端。不過最令人一眼難忘的還是牠們的頭頸處,除了盔突前部和鳥喙尖端呈現黃色,整顆頭其他地方都是明豔的紅色;牠們的頸子上面不長羽毛,可以清楚看見粗糙而毫無遮掩的皮膚(雄鳥呈紅色,雌鳥呈淺藍色)。

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盔犀鳥的盔突形狀的確就像一頂頭盔,牠會像使用榔頭一樣,用沉重的盔突開爛木或拆下樹皮食用;此外,盔突也是牠們空中比武大會的武器,敵對的兩隻雄鳥(有時甚至可能是兩隻雌鳥)為了爭奪食物或築巢資源而打鬥。《亞洲犀鳥生態與保育》(The Ecology and Conservation of Asian Hornbills)是一本權威性的著作,作者瑪格麗特.F.齊內(Margaret F. Kinnaird)與提摩西.G.歐布萊恩(Timothy G. O’Brian)在書中如此描述這項精彩的表演:「雙方撞擊時發出的聲音─「碰」的一聲巨響─在距離牠們至少五百公尺遠的樹林底部都能聽見。大部分的撞擊都發生在滑翔過程中,力道之大能讓其中一方或雙方都被往後拋,在空中特技般誇張地翻個幾圈之後,才能讓自己回到原本的飛行高度。」

就算有這種不尋常的行為, 但盔犀鳥的盔突其實比雙角犀鳥(Great hornbill)和馬來犀鳥(Rhinoceros hornbill)這些親戚都要來得小。在犀鳥這個奇異的家族中,盔犀鳥盔突真正的特異之處,在於它的質地不僅沉重而且有部分為硬質,而其他犀鳥的盔突都呈中空海綿狀,也就是這個不同凡響的特質,害得盔犀鳥面臨浩劫。

人們對盔犀鳥的盔突為之瘋狂

不論是在西方世界或在亞洲,許多文明長久以來都將盔犀鳥的盔突視為珍品,稱之為「犀鳥牙質」或「金玉」;但盔犀鳥盔突的材質既非牙質也非玉,而是角質蛋白,也就是構成哺乳類身上毛髮、角、蹄和牙齒的原料。在馬來半島、蘇門答臘和婆羅洲這些盔犀鳥的原居地,當地原住民或許幾千年來都在使用牠的盔突來雕刻藝術品,但是要等到中國人以及稍後的歐洲探險家來到這裡,犀鳥盔突的貿易才開始興盛。

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不論是在西方世界或在亞洲,許多文明長久以來都將盔犀鳥的盔突視為珍品,稱之為「犀鳥牙質」或「金玉」。圖/@ bbc

既是人類學家也是鳥類學家的湯姆. 哈里森(Tom Harrisson), 也是 1930 年代「大眾觀察」(Mass Observation)這個社會研究運動的發起者。他晚年大多時間致力於研究東南亞的鳥類與原住民文化;1960 年出版的《婆羅洲鳥類》(Birds of Borneo)是一本集合諸多專家專文的重要學術書籍,哈里森在自己著作的部分裡寫到:

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這些盔突很可能直接以粗原料的型態出口,它們被施以加熱加壓處理⋯⋯來保存並強化新鮮牙質那美麗的深層金黃光澤與表面紅色光澤⋯⋯婆羅洲人使用犀鳥盔突的方式十分多樣,而且通常都很實際。然而,儘管婆羅洲人使用犀鳥盔突的習慣一直流傳到今天,中國工匠的巧藝卻似乎已完全消失,連一點痕跡都沒有留下。那些古老的瓶罐、碗盤、珠玉,妝點著婆羅洲這些有錢異教徒的長屋與妻妾,其中想必有不少都是他們祖先與中國人交易犀鳥盔突的利潤,但那些中國人的驚人手藝卻沒有多少能夠殘存下來。

明朝開國於十四世紀中期,結束於十七世紀中期,據說犀鳥盔突在這個朝代比象牙還要貴重。日本人也想要擁有這稀奇的東西,他們從十七世紀開始就使用犀鳥盔突作為原料,雕鏤名為「根付1」(Netsuke)的精緻迷你藝品。收集這些精美雕刻品的風潮迅速吹到西方,犀鳥盔突製的根付也成為維多利亞時代有錢人家為家中展示櫃增色的寶貝,其中呈紅色者─被犀鳥潤羽線2(Preen gland)染色的盔突─最為珍貴。

時間繼續流轉,人們開始從亞非兩洲直接進口活生生的犀鳥到英國,牠們那有如人一般的步伐、奇特的叫聲以及怪異的口喙都與歐洲人曾見過的任何鳥類大相逕庭,讓人們驚愕無比,再知道牠那奇異的育兒行為,眾人的好奇心又更加高漲。倫敦動物園曾豢養數隻犀鳥,牠們總是園中最受歡迎的動物之一,也時常登上例如《倫敦新聞畫報》(Illustrated London News)之類的出版刊物。不過也並非所有人都為牠們痴狂,諾里治主教愛德華.史坦利(Edward Stanley)曾寫出幾本人類史上最熱情洋溢卻錯誤百出的鳥類專著,他就認為犀鳥那「看起來巨大又畸形的鳥喙」毫無可觀之處。

到了 1901 年,當時維多利亞女王的統治已將近尾聲,人們對於犀鳥盔突的需索無度使得這種鳥兒數量銳減。令人難過的是,這個趨勢近年來甚至還更加嚴重。現在,犀鳥盔突的價格可以高達每公斤 4000 英鎊(約台幣 16 萬),比純正的象牙還要高出兩倍以上,因此這項貿易也成了犯罪集團口中的肥肉。據估計,光是在某一特定地區每年就有 6000 隻犀鳥慘遭屠殺。

這麼多的壞消息裡,或許還是有一線曙光:在印尼,當地人認為犀鳥是一種非常特別的生物,是阻隔生死那道薄幕的守護者,並負責在人世與天堂之間運送靈魂。現在,保育人士想要利用這個古老而神聖的信仰,徵募這些住在雨林中的部族人民做犀鳥以及其棲息地的守護者,維護這個以可怕速度不斷消失的物種。

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獵物一出現,阿比西尼亞地犀鳥表情瞬間改變

雖然所有犀鳥共有一些決不會錯認的外貌特徵,以及體內幾處形態學上的特性(例如牠們脖子上黏合在一起的兩節脊椎),但有兩種來自非洲的犀鳥卻被生物學家劃分為獨立的「地犀鳥亞科」(Bucorvinae)(其他犀鳥都屬於「犀鳥亞科」〔Bucerotinae〕),牠們是阿比西尼亞地犀鳥(Northern/Abyssinian ground-hornbill)和紅臉地犀鳥,這兩種犀鳥同樣也是奇特生物行為與文化上特殊意涵的有趣結合體。

在非洲莽原上,其他犀鳥大多都棲息在樹木或灌木等制高點上頭,偶爾才落到地上來抓獵物,但這兩種地犀鳥卻鳥如其名,長時間待在地面上。牠們又大又黑,約有一公尺高,喉部與眼睛周圍有彩色肉垂(阿比西尼亞地犀鳥的是藍紅兩色,紅臉地犀鳥則只有紅色),翅膀綴有白色,走起路來步子緩慢拖沓,像是一個出門散步的老紳士。

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阿比西尼亞地犀鳥,走起路來步子緩慢拖沓,像是一個出門散步的老紳士。圖/By Charlesjsharp, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons

然而,只要獵物一出現在眼前,牠們的神情體態就會瞬間丕變;牠們會突然止步,然後像一隻準備伏擊的獅子般緩緩地、小心翼翼地向前移動,在獵物措不及防的時候,用那恐怖的巨大鳥喙像十字鎬一般揮擊地面攫取目標。接下來,這隻可憐的小動物就會遭到犀鳥典型的對待:倏地一仰頭迅速吞進肚子裡去。大部分犀鳥的鳥喙下方都有一個用來貯藏果實的袋狀構造,但地犀鳥的菜單清一色幾乎全是肉食,因此不需要這個設計。

 

  • 註 1:和服上沒有口袋,因此日本人會以袋子裝個人物品,再懸掛於腰帶上。「根付」是固定在容器繫帶頂端鈕扣或圓球狀的物品,用法為將繫帶穿過和服腰帶內側,以「根付」卡在腰帶上方,讓容器懸掛於腰際。
  • 註 2:潤羽腺又名尾腺(Uropygial gland),鳥類尾部囊狀的脂肪腺,鳥會以喙取脂肪腺分泌的油潤澤羽毛。

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本文摘自《非凡物種:型塑人類文化、改變世界的25個自然造物

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科技普及,網路隨時隨地連接著,我們好像重新擁有了力量。這種力量,用來自我教育、尋找靈感、塑造環境,與任何同樣感興趣的人們,分享自己的冒險旅程。能促進這一過程的工具,就是新樂園尋找和推廣的,包含書而不限於書。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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塑膠瓶泡牛奶,竟讓寶寶吞下數百萬塑膠微粒?恐慌的爸媽們,請先冷靜!
羅夏_96
・2020/11/29 ・2169字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

寶寶快快喝奶,然後看著孩子健健康康的快樂長大,想必都能帶給父母莫大的喜悅。但發表在 Nature Food 的新研究指出,在用塑膠奶瓶沖泡配方奶的同時,也會產生大量的塑膠微粒,隨著配方奶一同被寶寶喝下肚。

寶寶喝奶的同時,可能也把塑膠微粒喝下肚!圖/Pixabay

雖然有關塑膠微粒對人體影響的研究並不多,但讓寶寶喝下塑膠微粒這種讓人擔憂的情境,或許能增加人們對此的重視與研究。

什麼是塑膠微粒?從哪裡來?

目前科學上對塑膠微粒(Microplastics)沒有有明確的標準定義,但依據各界(如美國國家海洋暨大氣總署,NOAA)的普遍定義,塑膠微粒是直徑或長度少於 5 毫米(5 mm)的塊狀、細絲或球體的塑膠碎片。

其來源可分為三種,第一種是塑膠原料為了特定目的而生產的塑膠顆粒,一開始就製成小尺寸(如:洗面乳的柔珠),其融化後可製成更大的塑膠物、塑膠片;第二種是大塊塑膠經過風吹日曬、高溫等影響導致其脆化和分解後產生的小分子;第三種則是纖維,來自石油提煉產品所生產的布料、人造纖維(如:聚酯纖維、尼龍纖維等)清洗過程中產生的碎屑顆粒。

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隨著時間,大塊的、大片的塑膠也會逐漸變成小小的微粒塑膠。圖/Pixabay

愛爾蘭的三一學院的團隊近期發表了研究報告,他們依照國際衛生組織 (World Health Organization, WHO)建議的消毒方式與嬰兒配方奶沖泡指示測試了十種從 Amazon 買來的嬰兒用奶瓶,發現皆會產生大量的塑膠微粒。

聚丙烯 (polypropylene, PP)是一種常用於食品製造和存放的塑膠,而這些嬰兒用奶瓶不是全都由 PP、就是部分由 PP 而製成。

溫度增加,塑膠微粒也增加

他們發現,在奶瓶消毒的過程中,會產生 130 萬到 1620 萬的塑膠微粒。

尤其用滾燙的水直接沖洗奶瓶來消毒的方式,是讓塑膠微粒大量產生的關鍵。當消毒用水的溫度由 25℃ 上升到 77℃ 後,塑膠微粒的數量也由 60 萬上升到 550 萬。而且對單一奶瓶重複試驗 21 天,其產生的塑膠微粒數量並沒有降低。

該團隊根據這項初步研究,進一步分析世界不同地區對奶瓶種類的使用、每日平均配方奶攝取量、哺乳率等因素,來統計 12 個月大的嬰兒暴露在塑膠微粒的機會有多少。

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他們總結:亞洲和非洲地區的嬰兒暴露的機會最少;北美、歐洲與大洋洲的嬰兒暴露機會最大。

降低微粒釋放,可以怎麼做?

根據研究結果,他們有以下幾點建議來降低塑膠微粒釋放到奶瓶中。

不要讓沸水接觸奶瓶是首要原則。圖/Wikimedia

第一也是最重要的:不要重複用沸水消毒塑膠奶瓶,也不要直接在塑膠奶瓶中用沸水沖泡配方奶,更不要在使用塑膠奶瓶沖泡時使用微波爐!

他們建議應該使用非塑膠容器和至少 70℃ 的水來沖泡配方奶,待配方奶的溫度降到常溫後,再將其移到高品質的嬰兒餵食用塑膠容器中。

至於消毒方面,他們建議沖泡配方奶的容器應用玻璃或不鏽鋼等材質,用沸水沖洗後以常溫滅菌後的水至少再潤洗三次較佳。

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等等,塑膠微粒真的那麼可怕嗎?

在你開始焦慮、恐慌之前,也千萬別忽略以下幾個重點!

首先,關於塑膠微粒對於人體健康的影響,目前並沒有太多研究,同樣地,塑膠微粒在食品中是否有毒性,也沒有足夠和確切的證據與研究。

誒等等!我們確定塑膠微粒真的有害嗎?圖/Giphy

近期 WHO 發出聲明:「沒有證據指出塑膠微粒在飲用水中會造成健康影響」,但也別因此又疏忽大意、每天用熱水重複沖洗奶瓶了,畢竟這項聲明也是從當前有限資料中得出的結論。

另外,這篇研究的團隊也表示,他們並不想提出任何有關嬰兒飲食安全的建議,也沒有想對家長們大聲疾呼這個議題,只是希望這篇研究能拋磚引玉,讓更多研究團隊和組織能重視塑膠微粒對人體和健康的影響,進而加速此領域的研究。

墨爾本皇家理工大學的 Oliver Jones 教授也分享了自己的看法:

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當他第一眼看到這個研究的標題和結論時,感到很驚恐,但細想之後,他才發現我們目前對於塑膠微粒之於人體的影響所知甚少,遑論其毒性。

這篇研究確實成功引起不少學者的注意,包括他自己。「這篇研究是拼圖的一小塊,讓我們意識到或許塑膠微粒的問題比我們想像的更大。這個議題是需要跨領域的研究和整合,而且越快越好!」Oliver Jones 教授如此說道。

參考資料

  1. Li, D., Shi, Y., Yang, L., Xiao, L., Kehoe, D. K., Gun’ko, Y. K., … & Wang, J. J. (2020). Microplastic release from the degradation of polypropylene feeding bottles during infant formula preparation. Nature Food, 1-9.
  2. World Health Organization《Microplastics in drinking-water》
  3. EXPERT REACTION: Babies exposed to huge amounts of microplastics from their bottles
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羅夏_96
52 篇文章 ・ 867 位粉絲
同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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犀鳥舌頭太短只能把食物甩進嘴裡,原來《獅子王》裡的沙祖這樣吃飯—《非凡物種》
新樂園_96
・2017/01/05 ・6123字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

  • 【科科愛看書】你還記得《金剛》裡拿上摩天大樓的猩猩、嚇得遊客魂飛魄散的《大白鯊》、《綠野仙蹤》裡膽小的獅子,還有《獅子王》電影裡愛碎碎念的犀鳥沙祖嗎?電影或許為我們刻劃了這些生物的形象,但他們卻仍然離我們很遙遠,因為我們不認識牠們,不知道牠們真正發出的聲音、喜歡吃的東西,或是牠們怎麼在野外生存下去?透過《非凡物種:型塑人類文化、改變世界的 25 個自然造物》,讓我們重新認識牠們。

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拜迪士尼動畫《獅子王》之賜,犀鳥的知名度在過去二十年來可是提高不少。圖/電影《獅子王》

世界上總共有兩百三十種以上的鳥類族群,但其中少有像犀鳥這樣外貌特出者。大部分的人從未見過野生犀鳥,但都在動物園或博物館展裡看過牠們;而且拜迪士尼動畫《獅子王》之賜,犀鳥的知名度在過去二十年來可是提高不少。動畫裡的犀鳥名叫「沙祖」(Zazu),服侍過前任獅子王木法沙與現任獅王辛巴,牠總是整天慌亂地飛來飛去,並用嘲諷語氣評論當前發生的事。

目前科學家已辨識出六十幾種犀鳥,都長著非常好認的大型鳥喙,正如犀鳥的英文名字「Hornbill」之意(像號角一般的鳥喙)。鳥喙上方還有獨特的角質盔突,有的很大,有的則只是一條窄小脊狀物。演化生物學的先驅亞爾弗德.羅素.華萊士在一八六三年曾試圖向維多利亞時代的英國人描述這種生物:

黃嘴犀鳥。圖/By Greg Hume - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17259924
黃嘴犀鳥。圖/By Greg Hume – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

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犀鳥是一種體型巨大而笨拙的鳥類,鮮少生有顏色亮麗的羽毛,但其中許多種都長著傲人的大鳥喙……每一種犀鳥的鳥喙形態都不同,同種犀鳥雌雄兩性的鳥喙形態也不同,甚至同一隻犀鳥從年輕到成鳥的鳥喙形態也不同,然而……牠們的鳥喙總是具有極大彎度……一般來講會在頂端形成一道龍骨脊。

犀鳥的鳥喙如此沉重,牠們的頸椎第二與第三節之間必須密合,才能讓身體撐起這種重量;沒有其它鳥類具有像牠們一樣的身體特徵。這些獨一無二的特質,加上科學家所找到的分子證據,使得犀鳥最近在生物學上被重新列為獨特的一科:「犀鳥科」(Bucerotiformes)(這個詞的來源是希臘文的「牛角」一詞)。

犀鳥體型差異很大,赤道西非的紅彎嘴犀鳥的體長有 30 公分,體重介於 84 到 122 公克之間,約和槲鶇鳥差不多大小。相比之下,來自撒哈拉沙漠以南非洲地區的紅臉地犀鳥(Southern ground-hornbill)可就是個大塊頭,牠的身長可達一公尺,體重約 4.5 公斤,差不多是一隻加拿大雁的重量,其中某些體型更大的個體,據估計可能重達 6 公斤。

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來自撒哈拉沙漠以南非洲地區的紅臉地犀鳥是個大塊頭,牠的身長可達一公尺,體重約四點五公斤,差不多是一隻加拿大雁的重量。圖/By Dave, CC BY 2.0, wikimedia commons

一般而言,犀鳥身上的顏色並不多,主要就是黑、白、灰、褐幾色;但牠們的個頭、體型和外貌,再加上頭上與鳥喙上被潑灑了一些色彩(通常是黃色或紅色),讓牠們與像是蜂虎鳥、翠鳥和佛法僧鳥這些既華又俗的熱帶鳥類並列時毫不失色(順帶一提,直到晚近人們都還以為犀鳥與這些鳥類是近親)。某些犀鳥還長著又長又有魅力的睫毛替雙眼遮陽,被某個鳥類學家稱之為「鳥用太陽眼鏡」。

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在非洲、亞洲的熱帶與亞熱帶地區,以及美拉尼西亞(西太平洋)這些舊世界的大片地區,我們都能發現犀鳥蹤影,其中種類最豐富的地區有西非、中非、東非、馬來半島、印度、婆羅洲、蘇門答臘與菲律賓。更遠的地方,像是西北非洲的摩洛哥和東南歐的保加利亞,還曾有來自中新世晚期(距今大約五百萬年前)的犀鳥化石出土。

亞非兩洲的犀鳥生活形態可是大不同,亞洲所有犀鳥都住在樹林裡(只除了一種以外),但非洲約有一半的犀鳥都是開闊莽原的居民,某些還住在非常乾燥、幾乎已是沙漠氣候的地區。某些犀鳥分佈地區甚廣,例如:黑嘴彎嘴犀鳥;但也有某些犀鳥的狀況完全相反,例如:菲律賓有五種斑嘴犀鳥(Tarictic hornbill),牠們各自的生存空間被侷限在單獨島嶼上,目前都陷入了瀕臨絕種的危機之中。順帶一提,班嘴犀鳥英文名稱中的「Tarictic」就是一個描述牠們叫聲的狀聲詞,其鳴聲帶有斷奏節拍,在牠們棲息的叢林中能夠很清楚的傳送。

吃東西用甩的、把自己和小孩封在樹洞裡,你怎麼那麼怪?

犀鳥基本上不挑食,不過不同種類主要愛吃的食物也仍然有差異。某些犀鳥,特別是那些居住在森林中的種類,主要以水果為食,牠們從樹上摘果的動作之細緻常令人驚訝。其他的犀鳥,尤其是出身非洲莽原的種類,則會捕獵各種小型動物,包括昆蟲、軟體動物、鳥類和齧齒類。若是說到兩種地犀鳥,牠們狩獵的對象體型就更大,像是野兔或貓鼬,就連眼鏡蛇都是牠們的獵物。

牠們吃東西的時候有個非常特殊的動作:由於舌頭太短無法直接吞嚥鳥喙尖端叼著的食物,因此牠們必須猛然仰頭把食物甩進喉嚨裡。犀鳥擁有雙眼視覺,這是牠們與許多鳥類不同之處,也讓牠們能以精確的動作進食。牠們還有個令人驚訝的特殊習性:大部分犀鳥從來不喝水,只從食物中直接取得水分。

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  • 雙角犀鳥覓食精彩畫面

非洲有好幾種犀鳥以跟蹤其他動物的方式來覓食,牠們跟蹤的對象甚至包括行軍蟻。德氏彎嘴犀鳥和黃彎嘴犀鳥,則是與侏儒獴演化出互利共生的關係;犀鳥在這關係裡擔任哨兵角色,只要有掠食者接近就發出警報,而侏儒獴則負責尋找食物。一名科學家甚至觀察到如下景象:犀鳥把睡在白蟻塚中的獴給叫起來,大聲鳴叫著催促這些睡過頭的傢伙去上工。

在這許多不尋常的行為裡,最怪異也最廣為人知的大概就是牠們的特殊營巢習性;在下蛋到育兒的整段期間,雌犀鳥會把自己和巢一起封在樹洞裡,這段時間內牠會產下卵、孵化卵、餵養雛鳥,同時利用這段掠食者無法下手的時期來一回全盤換羽。許多人都以為是雄鳥築牆將雌鳥封起來,但這其實是錯誤的認知,事實上雌鳥通常得要親自動手,利用泥土和自己糞便的混合物來加工。最後,等到雌鳥進入自己蓋起來的狹小空間之後,雄鳥會將入口封閉起來,只留下一個小洞讓雌鳥可以伸出鳥喙接取食物。

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在這許多不尋常的行為裡,最怪異也最廣為人知的大概就是牠們的特殊營巢習性。雄鳥會將入口封閉起來,只留下一個小洞讓雌鳥可以伸出鳥喙接取食物。圖/By Tickell, Public Domain, wikimedia commons

某些評論者會用犀鳥的封巢育雛的行為比喻人類之間的關係(例如:婚姻、交往),而其實牠們這種引人注目、看似詭異的作法其實頗為合理。犀鳥從來就不是動作敏捷的生物,這道牆能夠保護孵蛋的雌鳥和剛孵出的脆弱雛鳥,不受蛇類和樹居哺乳類這些掠食者侵害。況且,雄鳥為了找食物回來餵養雌鳥就已忙得昏頭轉向,根本沒心思去搞外遇;絕大多數的犀鳥都是一夫一妻制,其原因就在於此,雖然一點都不浪漫卻頗有約束力。

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雛鳥孵化後在巢中長大,透過牆上小洞向外排泄,所以到了牠們準備離巢時,這個洞口周圍與下方的環境大概已經髒亂不堪。等到時機成熟,雌鳥就會將周圍的硬土牆擊破——這項工作從頭到尾可能要花上好幾個小時——讓自己與小鳥離巢。

怪模怪樣、叫聲詭異的盔犀鳥

世界上各種犀鳥之中,大概就屬盔犀鳥(也就是特陵所收藏那顆鳥頭骨所屬的物種)外貌最為突出。當牠在婆羅洲或蘇門答臘故鄉的雨林深處放聲鳴叫,那聲音聽來比起鳥鳴更像是猿鳴,先是號角一般的聲響,然後緊接著是隆隆的響亮笑聲,在空氣中不斷迴盪直到消失。

若把那條又長又傲人的尾羽算進去,雄性盔犀鳥體長可達一點二公尺,只是儘管牠們體型不小卻很難被觀察到,因為牠們都在森林裡最高大的樹頂上覓食,在那裡狩獵蛇類、松鼠和其他鳥類,有時甚至還會抓體型比牠們小的其他犀鳥來果腹。

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盔犀鳥,最特別之處是牠們的頭頸處,除了盔突前部和鳥喙尖端呈現黃色,整顆頭其他地方都是明豔的紅色;牠們的頸子上面不長羽毛,可以清楚看見粗糙而毫無遮掩的皮膚。圖/By Doug Janson, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

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如果你有幸一睹盔犀鳥的尊容,可別被嚇到了,因為牠們的長相就算在犀鳥當中都可稱作怪模怪樣。牠們的羽毛多是黑褐色,但卻有一條奇大的長白尾羽,上面有一道黑線由根部直通尖端。不過最令人一眼難忘的還是牠們的頭頸處,除了盔突前部和鳥喙尖端呈現黃色,整顆頭其他地方都是明豔的紅色;牠們的頸子上面不長羽毛,可以清楚看見粗糙而毫無遮掩的皮膚(雄鳥呈紅色,雌鳥呈淺藍色)。

盔犀鳥的盔突形狀的確就像一頂頭盔,牠會像使用榔頭一樣,用沉重的盔突開爛木或拆下樹皮食用;此外,盔突也是牠們空中比武大會的武器,敵對的兩隻雄鳥(有時甚至可能是兩隻雌鳥)為了爭奪食物或築巢資源而打鬥。《亞洲犀鳥生態與保育》(The Ecology and Conservation of Asian Hornbills)是一本權威性的著作,作者瑪格麗特.F.齊內(Margaret F. Kinnaird)與提摩西.G.歐布萊恩(Timothy G. O’Brian)在書中如此描述這項精彩的表演:「雙方撞擊時發出的聲音─「碰」的一聲巨響─在距離牠們至少五百公尺遠的樹林底部都能聽見。大部分的撞擊都發生在滑翔過程中,力道之大能讓其中一方或雙方都被往後拋,在空中特技般誇張地翻個幾圈之後,才能讓自己回到原本的飛行高度。」

就算有這種不尋常的行為, 但盔犀鳥的盔突其實比雙角犀鳥(Great hornbill)和馬來犀鳥(Rhinoceros hornbill)這些親戚都要來得小。在犀鳥這個奇異的家族中,盔犀鳥盔突真正的特異之處,在於它的質地不僅沉重而且有部分為硬質,而其他犀鳥的盔突都呈中空海綿狀,也就是這個不同凡響的特質,害得盔犀鳥面臨浩劫。

人們對盔犀鳥的盔突為之瘋狂

不論是在西方世界或在亞洲,許多文明長久以來都將盔犀鳥的盔突視為珍品,稱之為「犀鳥牙質」或「金玉」;但盔犀鳥盔突的材質既非牙質也非玉,而是角質蛋白,也就是構成哺乳類身上毛髮、角、蹄和牙齒的原料。在馬來半島、蘇門答臘和婆羅洲這些盔犀鳥的原居地,當地原住民或許幾千年來都在使用牠的盔突來雕刻藝術品,但是要等到中國人以及稍後的歐洲探險家來到這裡,犀鳥盔突的貿易才開始興盛。

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不論是在西方世界或在亞洲,許多文明長久以來都將盔犀鳥的盔突視為珍品,稱之為「犀鳥牙質」或「金玉」。圖/@ bbc

既是人類學家也是鳥類學家的湯姆. 哈里森(Tom Harrisson), 也是 1930 年代「大眾觀察」(Mass Observation)這個社會研究運動的發起者。他晚年大多時間致力於研究東南亞的鳥類與原住民文化;1960 年出版的《婆羅洲鳥類》(Birds of Borneo)是一本集合諸多專家專文的重要學術書籍,哈里森在自己著作的部分裡寫到:

這些盔突很可能直接以粗原料的型態出口,它們被施以加熱加壓處理⋯⋯來保存並強化新鮮牙質那美麗的深層金黃光澤與表面紅色光澤⋯⋯婆羅洲人使用犀鳥盔突的方式十分多樣,而且通常都很實際。然而,儘管婆羅洲人使用犀鳥盔突的習慣一直流傳到今天,中國工匠的巧藝卻似乎已完全消失,連一點痕跡都沒有留下。那些古老的瓶罐、碗盤、珠玉,妝點著婆羅洲這些有錢異教徒的長屋與妻妾,其中想必有不少都是他們祖先與中國人交易犀鳥盔突的利潤,但那些中國人的驚人手藝卻沒有多少能夠殘存下來。

明朝開國於十四世紀中期,結束於十七世紀中期,據說犀鳥盔突在這個朝代比象牙還要貴重。日本人也想要擁有這稀奇的東西,他們從十七世紀開始就使用犀鳥盔突作為原料,雕鏤名為「根付1」(Netsuke)的精緻迷你藝品。收集這些精美雕刻品的風潮迅速吹到西方,犀鳥盔突製的根付也成為維多利亞時代有錢人家為家中展示櫃增色的寶貝,其中呈紅色者─被犀鳥潤羽線2(Preen gland)染色的盔突─最為珍貴。

時間繼續流轉,人們開始從亞非兩洲直接進口活生生的犀鳥到英國,牠們那有如人一般的步伐、奇特的叫聲以及怪異的口喙都與歐洲人曾見過的任何鳥類大相逕庭,讓人們驚愕無比,再知道牠那奇異的育兒行為,眾人的好奇心又更加高漲。倫敦動物園曾豢養數隻犀鳥,牠們總是園中最受歡迎的動物之一,也時常登上例如《倫敦新聞畫報》(Illustrated London News)之類的出版刊物。不過也並非所有人都為牠們痴狂,諾里治主教愛德華.史坦利(Edward Stanley)曾寫出幾本人類史上最熱情洋溢卻錯誤百出的鳥類專著,他就認為犀鳥那「看起來巨大又畸形的鳥喙」毫無可觀之處。

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到了 1901 年,當時維多利亞女王的統治已將近尾聲,人們對於犀鳥盔突的需索無度使得這種鳥兒數量銳減。令人難過的是,這個趨勢近年來甚至還更加嚴重。現在,犀鳥盔突的價格可以高達每公斤 4000 英鎊(約台幣 16 萬),比純正的象牙還要高出兩倍以上,因此這項貿易也成了犯罪集團口中的肥肉。據估計,光是在某一特定地區每年就有 6000 隻犀鳥慘遭屠殺。

這麼多的壞消息裡,或許還是有一線曙光:在印尼,當地人認為犀鳥是一種非常特別的生物,是阻隔生死那道薄幕的守護者,並負責在人世與天堂之間運送靈魂。現在,保育人士想要利用這個古老而神聖的信仰,徵募這些住在雨林中的部族人民做犀鳥以及其棲息地的守護者,維護這個以可怕速度不斷消失的物種。

獵物一出現,阿比西尼亞地犀鳥表情瞬間改變

雖然所有犀鳥共有一些決不會錯認的外貌特徵,以及體內幾處形態學上的特性(例如牠們脖子上黏合在一起的兩節脊椎),但有兩種來自非洲的犀鳥卻被生物學家劃分為獨立的「地犀鳥亞科」(Bucorvinae)(其他犀鳥都屬於「犀鳥亞科」〔Bucerotinae〕),牠們是阿比西尼亞地犀鳥(Northern/Abyssinian ground-hornbill)和紅臉地犀鳥,這兩種犀鳥同樣也是奇特生物行為與文化上特殊意涵的有趣結合體。

在非洲莽原上,其他犀鳥大多都棲息在樹木或灌木等制高點上頭,偶爾才落到地上來抓獵物,但這兩種地犀鳥卻鳥如其名,長時間待在地面上。牠們又大又黑,約有一公尺高,喉部與眼睛周圍有彩色肉垂(阿比西尼亞地犀鳥的是藍紅兩色,紅臉地犀鳥則只有紅色),翅膀綴有白色,走起路來步子緩慢拖沓,像是一個出門散步的老紳士。

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阿比西尼亞地犀鳥,走起路來步子緩慢拖沓,像是一個出門散步的老紳士。圖/By Charlesjsharp, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons

然而,只要獵物一出現在眼前,牠們的神情體態就會瞬間丕變;牠們會突然止步,然後像一隻準備伏擊的獅子般緩緩地、小心翼翼地向前移動,在獵物措不及防的時候,用那恐怖的巨大鳥喙像十字鎬一般揮擊地面攫取目標。接下來,這隻可憐的小動物就會遭到犀鳥典型的對待:倏地一仰頭迅速吞進肚子裡去。大部分犀鳥的鳥喙下方都有一個用來貯藏果實的袋狀構造,但地犀鳥的菜單清一色幾乎全是肉食,因此不需要這個設計。

 

  • 註 1:和服上沒有口袋,因此日本人會以袋子裝個人物品,再懸掛於腰帶上。「根付」是固定在容器繫帶頂端鈕扣或圓球狀的物品,用法為將繫帶穿過和服腰帶內側,以「根付」卡在腰帶上方,讓容器懸掛於腰際。
  • 註 2:潤羽腺又名尾腺(Uropygial gland),鳥類尾部囊狀的脂肪腺,鳥會以喙取脂肪腺分泌的油潤澤羽毛。

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本文摘自《非凡物種:型塑人類文化、改變世界的25個自然造物

 

 

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新樂園_96
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科技普及,網路隨時隨地連接著,我們好像重新擁有了力量。這種力量,用來自我教育、尋找靈感、塑造環境,與任何同樣感興趣的人們,分享自己的冒險旅程。能促進這一過程的工具,就是新樂園尋找和推廣的,包含書而不限於書。

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《獅子王》電影中的植物(下):彭彭與丁滿的花草樂園
活躍星系核_96
・2019/11/20 ・1222字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

  • 文/鄭仲良(辜嚴倬雲植物保種中心蒐藏經理)
    圖/江勻楷

在上一篇(《獅子王》電影中的植物(上):辛巴家鄉的稀樹草原)中,介紹了辛巴居住的稀樹草原外。除此之外,電影中還有另一個主要場景,就是疣豬彭彭和狐獴丁滿居住的山谷樂園。在這裡可以看到幾種奇特的非洲植物,比如下面登場的巨山梗菜就是其中之一。

一期一會 巨山梗菜

巨山梗菜。圖/江勻楷

巨山梗菜 (Lobelia deckenii) 是東非高海拔山區的桔梗科植物,生長在潮濕涼爽的山谷或是多岩石的荒地,如非洲第一高峰吉力馬札羅山就是它的主要分布區域。

巨山梗菜頂端巨大壯觀的圓柱型結構,是許多小花集合而成的花序:它一生中只開花結果一次,產生種子後就枯萎。不過也不必為它們擔心,棲地中的巨山梗菜會彼此錯開開花時間,這樣即使某棵植株沒有順利結出果實,還有其他棵植株可以開花結果,降低族群後繼無「菜」的風險。

牛步增高 吉力馬札羅千里木

吉力馬札羅千里木。圖/江勻楷

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山谷樂園中出現的另一種樹木是吉力馬札羅千里木 (Dendrosenecio kilimanjari),可別看它動輒兩三樓高,分類學上可與觀賞用的菊花是近親呢!

吉力馬札羅千里木生長在東非高海拔山區雲霧繚繞的山谷中,粗壯且分支眾多的木質莖,配上頂端茂盛的葉叢,讓它看起來就像個大燭臺似的。

不過蠟燭燒得快,吉力馬札羅千里木卻是長得非常緩慢,每年僅能增加數公分的高度。所以我們看到聳立在非洲野地中的吉力馬札羅千里木,每一株的年紀可能都超過數百年以上了。

園藝好物 紅花夕鳶尾

紅花夕鳶尾 。圖/江勻楷

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電影中有一幕是丁滿握著一朵盛開的紅花,它正是紅花夕鳶尾 (Hesperantha coccinea)。外形與百合花相似的紅花夕鳶尾,與我們常見的鳶尾花同樣都是鳶尾科的植物。

紅花夕鳶尾花色鮮紅、花形美觀,又不難栽培,因此被園藝家引介為庭園植物,可說是小有名氣。

葉花相襯 彩色木百合

彩色木百合。圖/江勻楷

在彭彭和丁滿向辛巴介紹山谷樂園時,可以在懸崖邊看到一種閃著銀光的灌木,它是彩色木百合 (Leucadendron tinctum)。彩色木百合和經常當作零食的澳洲堅果,都是山龍眼科家族的成員。

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當彩色木百合開花時,枝條頂端會發育出像松果一樣的花序,此時花序附近的葉片會轉變成黃色或紅色,十分賞心悅目。

將彩色木百合切下來帶有花的枝條插在水裡後,還能維持一段時間不凋謝,也因此彩色木百合成為非常受歡迎的切花植物呵!

植物雖然不會發出聲響,也沒有引人注目的動作表現,但卻是生活中不可或缺的元素之一。在許多電影中,用心的製作組都會考據眼前的場景,在大自然中對應到什麼棲地,進而搭配上合適的植物,為畫面增添幾分寫實感。下次看電影時不妨也細心留意,也是另一種趣味呵!

本文授權轉載自2019 年 10 月 12 日 「國語日報科學版

活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia