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誰害台灣蝙蝠迷航了?兇手就是農藥和重金屬!

活躍星系核_96
・2017/01/11 ・4401字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 596 ・九年級

國立臺灣師範大學生命科學系教授吳忠信採集臺灣各區蝙蝠,發現因環境污染毒物如農藥及重金屬,累積在蝙蝠體內,破壞中樞神經及回聲定位系統,導致迷航的蝙蝠無法正常在空中捕捉昆蟲或躲避障礙物,逐漸消失在田野中。

再過兩週就是過年,蝙蝠的「蝠」與「福」同音,中華傳統文化常見蝙蝠圖案,鄉下見到屋簷下聚集蝙蝠,更相信會帶來福氣。但近來看到蝙蝠的機會越來越少,台灣蝙蝠數量從 2005 年的 50 萬隻銳減到 2014 年的 20 萬隻,到底發生什麼事了?

過去科學家發現,不同種類的蝙蝠多會發出超高頻的叫聲,再利用回聲定位方式在空中捕捉昆蟲或是躲避障礙物。國立臺灣師範大學生命科學系教授吳忠信投入臺灣蝙蝠回聲定位研究長達 20 年,過去研究發現蝙蝠中樞腦神經系統可以辨識自己發射出去的超聲回波,讓牠們可以自由遨翔捕食獵物,卻不會在天空相撞!

吳宗信老師。圖/師大提供。
吳宗信老師。圖/師大提供。

近幾年吳忠信更發現臺灣環境汙染的毒物會累積在蝙蝠體內,結果造成蝙蝠中樞神經系統以及回聲定位系統的破壞,嚴重時甚至引發蝙蝠迷航,而無法在空中正常飛翔。一旦蝙蝠無法正常在空中捕捉昆蟲或是躲避障礙物,許多蝙蝠種類便會喪失生存的本能,逐漸消失在臺灣田野之中。

「夜明砂」透漏毒訊

吳忠信研究團隊利用蝙蝠田野研究與調查的機會,採集台灣北、中、南與東部等不同樣區蝙蝠的糞便(夜明砂),並利用「感應耦合電漿質譜分析儀」(ICP-MS)分析蝙蝠糞便重金屬含量。

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俗稱「夜明砂」的蝙蝠糞便。圖/師大提供
俗稱「夜明砂」的蝙蝠糞便。圖/師大提供

結果發現:

北部蝙蝠糞便中含有超量的鉛、汞、鉻、鎘、銅、錳等重金屬,環境毒物主要來自工業與交通排廢氣的汙染。

中、南部蝙蝠糞便中則含有超量的砷、銅、錳等重金屬,也檢測出農藥益達胺的累積,環境毒物主要來自農業的汙染。

東部的蝙蝠糞便中則僅測出錳重金屬超量。

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吳忠信利用各地收集到的蝙蝠糞便分析重金屬汙染的資料,此結果與環保署分析臺灣各地排放廢水所獲得的環境重金屬汙染資料大致吻合。由於野生蝙蝠會在我們生存的週邊環境中飛翔並且覓食,因此當週邊環境遭受環境重金屬或農藥汙染時,野生蝙蝠糞便中所含的環境重金屬或農藥含量應該就會超標,由這些結果可以推估某一地區環境重金屬與農藥的污染情況。

環境重金屬會透過飲食、呼吸或是直接接觸的路徑進入人體,但是重金屬不像其他的毒素可以在肝臟分解代謝,然後排出體外。相對的,它極易積存在大腦、腎臟等器官,漸進式的損壞身體正常功能。此外,重金屬進入人體後,大部分會與我們體內的蛋白質、核酸結合,結果可能造成基因突變,影響細胞遺傳,產生畸胎或是癌症。

環境重金屬鉛、錳過量累積在人類的腦部,常會讓人體出現類巴金森氏症的神經退化與行動困難等症狀。重金屬鎘在工業上經常被用於塑膠加工業或當安定劑使用;當含超量鎘的河水灌溉稻田,禾稻便吸收重金屬鎘,人類食用受污染的稻米後,鎘便積聚在人體內,鎘累積人體內過量會導致骨骼軟化及腎功能衰竭;有些鎘中毒患者甚至會因為關節和骨頭極度疼痛而叫喊,產生所謂的「痛痛病」。重金屬砷常用於合成農藥、除草劑和殺蟲劑,過去曾有案例指出引用含砷量高的井水可能會讓人末肢發黑、潰爛、產生所謂的「烏腳病」。

發展迷你飛行軌跡分析儀,追蹤蝙蝠飛行

由於在野外蝙蝠飛行觀測不易,為紀錄並且分析蝙蝠飛行的軌跡,吳忠信團隊的徐志翔博士研發組裝一個重量僅 5 公克的蝙蝠飛行軌跡分析儀。此分析儀由一個速度與加速度感測器結合 LED 小燈泡所組成,加速規是一種電機式的感測器,可以利用無線傳輸出受測試物體的轉動角度與加速度的電子信號到手機,再由廠商免費提供的 APP 應用程式作進一步的分析。

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團隊將迷你型的飛行軌跡分析儀裝置在臺灣大型食蟲蝙蝠的臺灣葉鼻蝠的身上,然後放飛於一個長方形的室內空間,讓蝙蝠連續飛行數分鐘。蝙蝠飛行的轉動角度與加速度的訊號會藉由無線傳輸到手機上,這些數據有助於團隊計算出蝙蝠在空間內的飛行軌跡距離。此外,團隊也利用數位相機或是攝影機,在黑暗中利用連續曝光方式拍攝蝙蝠身上 LED 小燈泡所發出的光軌,藉此來記錄蝙蝠的飛行軌跡。

遭受環境毒物傷害蝙蝠在教室內紀錄飛行的光軌。圖/師大提供
遭受環境毒物傷害蝙蝠在教室內紀錄飛行的光軌。圖/師大提供

由於蝙蝠在完全陌生環境中飛行時,會利用發出超聲波來探索周遭的環境背景,並且會很快的熟悉並且記住周遭的環境背景,而循著固定的路徑飛行,這稱之為蝙蝠飛行的固定行為模式。團隊研究發現,當蝙蝠攝食含有重金屬錳或是農藥益達胺的昆蟲食物後,原本有規律的蝙蝠飛行路徑則會變得相當紊亂。這結果說明,蝙蝠飛行的固定行為模式會因為蝙蝠攝食含有重金屬錳或是農藥益達胺而被擾亂。

蝙蝠找不到路!原因是腦神經受傷了

團隊中的蕭淳任博士研究發現,當蝙蝠攝食含有農藥益達胺汙染的昆蟲時,蝙蝠海馬迴與內嗅皮質的神經細胞會有損傷的情形發生,此情形會導致蝙蝠大腦內部定位導航系統以及記憶學習功能的喪失,最終造成蝙蝠迷航的情形發生,此研究成果已於 2016 年刊登在國際學術期刊 Neuroreport 。

過去科學家發現,田野間使用的農藥益達胺會嚴重傷害蜜蜂,害牠們找不到回家的路,研究發現主因是農藥益達胺不但會影響蜜蜂的神經發育,也會損傷蜜蜂的記憶學習功能,結果干擾蜜蜂返巢的能力。由於農藥益達胺在環境中非常不容易被自然分解,益達胺的半衰期長達 228 天,因此當昆蟲吃進含有農藥益達胺的農作物時,益達胺後會保留在昆蟲體內好長一段時間。

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據統計每隻食蟲蝙蝠一晚上就能吃掉數百隻,甚至上千隻的昆蟲,雖然蝙蝠對昆蟲數量的控制佔舉足輕重的角色,然而當蝙蝠吃進上千隻昆蟲的同時,昆蟲體內的農藥益達胺也不斷的累積在蝙蝠的體內,農藥益達胺累積到一定量後便會損傷蝙蝠腦部的神經元。

蝙蝠發出的超聲波譜也變得「五音不全」

吳忠信指出,蝙蝠飛行時會利用回聲定位系統來捕食空中的昆蟲或是躲避障礙物,蝙蝠的回聲定位系統包含了發聲、聽覺與飛行定向三大系統。當週遭環境遭受到工業以及農業汙染時,蝙蝠可能會因為攝入過量的環境重金屬或是農藥而造成回聲定位系統受損,最終造成蝙蝠的迷航。

為解開蝙蝠迷航的謎團,吳忠信團隊利用臺灣葉鼻蝠作為實驗模式動物,透過分析蝙蝠超聲波聲紋圖譜、檢測蝙蝠對超聲波的聽覺誘發電位、以及分析蝙蝠飛行軌跡來分別探討當蝙蝠攝入過量的環境重金屬錳或是農藥益達胺後,對於蝙蝠的發聲系統、聽覺系統與飛行定向系統是否造成損傷?

桃園後慈湖的臺灣葉鼻蝠群聚
桃園後慈湖的臺灣葉鼻蝠群聚。圖/師大提供
  • 臺灣葉鼻蝠

https://youtu.be/3baHywPlzjA?t=27s

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實驗結果發現,當蝙蝠攝食含有重金屬錳或是農藥益達胺後的昆蟲食物後,原本飛行時發出的「常頻–變頻」(CF-FM)超聲波聲譜會變得殘缺不全。而原本聽覺敏感度較佳聽覺誘發電位,也會因為蝙蝠攝食含有重金屬錳或是農藥益達胺後的昆蟲食物後而變得很差。此外,當蝙蝠攝食含有重金屬錳或是農藥益達胺後的昆蟲食物後,原本有規律的蝙蝠飛行路徑也會變得相當紊亂。

這結果顯示,環境重金屬錳或是農藥益達胺確實會對於蝙蝠的回聲定位系統造成傷害,此種環境毒物的傷害損及了蝙蝠的發聲、聽覺與飛行定向三大系統,結果引發蝙蝠迷航,而使得蝙蝠無法正常在空中飛翔,甚至喪失捕捉昆蟲的能力。

從分子機制來看,該表現的發聲、聽覺基因也失常了

當重金屬錳或是農藥益達胺累積在蝙蝠體內,是否會影響蝙蝠腦內發聲與聽覺神經元的功能表現?

團隊中的林清隆與王雪娥兩位博士利用「免疫組織化學染色技術」(immunohistochemistry, IHC)與「西方點墨法技術」(Western blot)進行研究,結果顯示,當蝙蝠攝食到含有高劑量重金屬錳或農藥益達胺後,蝙蝠中腦發聲相關神經元 FOXP2 發聲基因的表現蛋白大幅降低;而蝙蝠中腦聽覺相關神經元 Otoferlin 聽覺基因的表現蛋白大幅降低。此外,蝙蝠聽覺耳蝸組織外耳毛 Prestin 聽覺基因的表現蛋白也是大幅降低。這些結果均說明了當重金屬錳或是農藥益達胺累積在蝙蝠體內,確實會大大地影響蝙蝠腦內發聲與聽覺神經元的正常功能表現。

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FOXP2 基因是一種轉錄抑制子,功能主要與語言和講話有關,當人體的 FoxP2 基因發生突變後,會造成語言學習困難、講話口齒不清,這影響主要是口腔與臉部涉及講話的肌肉運動協調不佳。而 Otoferlin 基因是耳蝸內將聲音訊號轉換為神經訊號過程中不可或缺的一部份,若病人的有缺陷,其耳蝸外型結構會是正常的,但是並不能正常的運作。此外,聽覺耳蝸組織外耳毛細胞具有 Prestin 運動蛋白質,可以調節內耳毛細胞對聲音的敏感性,特別是對於高頻聲刺激所引起的聽覺敏感性。

重金屬錳或是農藥益達胺究竟透過哪些分子生物途徑,來破壞腦神經元的功能表現?

團隊進一步利用西方點墨法技術研究實驗結果顯示,當蝙蝠攝食到含有高劑量重金屬錳或農藥益達胺後,腦組織與耳蝸組織的神經發炎表現蛋白質 TNF-α 會明顯增強。此外,腦組織與耳蝸組織中細胞凋亡表現蛋白質的 Cytochrom C、Caspase 12、Caspase 3 也顯著增加。這些結果說明了,當重金屬錳或是農藥益達胺累積在蝙蝠體內,確實會藉由引發腦內發聲與聽覺神經元的發炎與細胞凋亡反應,進而損傷蝙蝠腦內的回聲定位系統,如此一來便可能造成蝙蝠迷航,使得蝙蝠無法在空中正常飛翔。

蝙蝠是農民的好朋友

新北瑞濱蝙蝠洞內的東亞摺翅蝠。圖/師大提供
新北瑞濱蝙蝠洞內的東亞摺翅蝠。圖/師大提供

世界上有一百多種果樹,都有賴蝙蝠播種及傳播花粉。在臺灣有些農民利用農園附近設置蝙蝠屋,讓蝙蝠幫忙除蟲,食蟲性蝙蝠對農業蟲害控制具備關鍵作用,不但可增加農林產業之營收,也可減少因大量使用農藥所造成的環境污染。研究人員發現單隻食蟲蝙蝠一個晚上的覓食就可能吃掉數百隻,甚至上千隻的昆蟲,其中不乏許多可能危害農作物的經濟害蟲,不僅對農業收成助益甚大,而且不會污染環境,對控制害蟲的數量極為重要,可說是免費的「天然殺蟲劑」,對於生態與人類的經濟活動具有重大影響。

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除此之外,農民也會收集蝙蝠糞便當肥料,蝙蝠糞便是一種優質而高效的磷肥,可促進農作生長進而降低成本,施用蝙蝠糞便除了減少化學肥料對土地的傷害,耕種的有機蔬菜也可長得非常健康茂盛。利用蝙蝠除蟲與糞便施肥,成為有機農業耕種的新模式,也為臺灣的農業帶來新的商機。

雖然利用野生蝙蝠監測臺灣生態環境至今尚未在國內成為學術研究主流,但是透過野生蝙蝠作為環境評估的生物指標工具,或許可以讓人類了解生活環境中究竟充斥著哪一些環境毒物,藉由環境保護與降低汙染途徑,來維護整體環境品質與確保國人以及野生物的身體健康。

本文改寫自臺灣師範大學新聞稿

  • 台灣蝙蝠的多樣性
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活躍星系核_96
778 篇文章 ・ 128 位粉絲
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

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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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大棕蝠大陰莖,插不進去仍射精?
胡中行_96
・2023/11/30 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘

瑞士洛桑大學(Université de Lausanne)生態暨演化學系的生物學家 Nicolas J. Fasel 博士,收到一封以荷蘭文書寫的電子郵件。[1]裏頭附帶的網址,據說能連結到,在某教堂閣樓裡偷拍的性交影片。[1, 2] Fasel 博士起先懷疑遇到詐騙,然而主旨寫著「大棕蝠陰莖」。他想若是投其所好,未免也太過精準。於是,Fasel 博士冒著風險點開。[1]

大棕蝠。圖/The Netherland’s Naturalis Biodiversity Center on Wikimedia Commons(Public Domain

大棕蝠的陰莖

大棕蝠(Eptesicus serotinus)分佈於歐洲和亞洲,偏好棲息在農田、林地附近的建物,或者直接住在樹上,方便捕捉昆蟲。牠們深褐色的毛髮覆蓋大部份的軀體,口鼻、翅膀與兩隻後腿間的尾膜(uropatagium;見上圖),則光禿無毛。身長 62 到 80 mm左右,翅膀攤開的寬度,大約 320 至 380 mm。成年的雌性就算沒懷孕,體型一般仍比雄性大些。[3]

大棕蝠的陰莖。圖/參考資料6,Figure 1(CC BY 4.0

性器,是雄性大棕蝠威猛之所在。綴飾著幾根短毛的陰莖,勃起時末端的兩團組織,會撐成愛心的形狀,背面中央陷落一個凹窩(上圖C)。此時,全長為 16.4 mm,寬度是 7.5 mm。相較之下,雌性的陰道,只有 2.3 mm 長,1.1 mm 寬,顯得不成比例。換句話說,雄性充血膨大的陰莖,長度約莫是自己身長的 22%;而且長寬均是雌性陰道的7倍。[4]「這個物種勃起的陰莖真是太驚人了」,Fasel 博士客觀評論:「超級長。」[5] 讚嘆之餘,他也承認:「我們覺得它實在很難插進任何東西。」[2]

在實驗室裡,研究團隊能用麻醉劑,刺激雄性大棕蝠的陰莖勃起。[5, 6] 然而牠們晝伏夜出,生性隱蔽,拍攝困難。要弄清實際上如何運用陰莖,並不容易。[4]

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直到那天,一封神秘的電子郵件降臨。[1, 2]

交配影片

2023 年 11 月《當代生物學》(Current Biology)期刊上,名列大棕蝠論文第二作者的 Jan Jeucken,[4] 是一名荷蘭的蝙蝠愛好者。[1, 2] 他在住家不遠的聖馬提亞教堂(St Matthias Church),架設了 18 台攝影機。[2, 6] 2016 年 10 月 25 日至 2022 年 3 月 22 日期間,近距離拍攝一個大棕蝠聚落的作息。[6] 取景的角度直接,包括由正下方捕捉進行中的性交畫面。[2]

Fasel 博士的團隊,從他那裏取得 93 段大棕蝠的交配影片,再加上 4 段來自烏克蘭蝙蝠復育中心(Ukrainian Bat Rehabilitation Center)。[2, 6] 分析了數小時的錄像之後,大棕蝠陰莖的功能,總算真相大白。[1]

交配中的雄性(上)和雌性(下)大棕蝠。圖/參考資料 6,Figure 5(CC BY 4.0

大棕蝠交配

蝙蝠後腿間的尾膜,平常用來飛翔。[7]親密互動的時候,雌性大棕蝠也會拿它來「擋煞」。因此,雄性想要與牠共赴巫山雲雨,就必須揚起巨砲,撥雲見日。活動正式開始前,雌性會叫個幾聲。雄性一柱擎天,用陰莖上的短毛,感覺雌性外陰的位置。一旦陰莖抵住外陰,前者兩團肉球間的凹窩,便發揮吸盤般的作用,協助鞏固與雌性的肉體連結。同時嘴也沒閒著,緊緊咬住對方的後頸不放。正當雙方難分難捨,陰莖卻點到為止,從頭到尾都沒插入。短則不到 53 分鐘,長至 12.7 小時,努力確保精子泳渡 8.6 mm,深長的子宮頸,安然達陣。[4, 6] 完事之後,雌性腹部可見被精液弄濕的毛髮。[4]

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大棕蝠這種如同鳥類「泄殖腔之吻」(cloacal kiss),僅止於表面接觸的交配方式,在哺乳類動物身上前所未見[4] Fasel 博士希望未來能建立一個「蝙蝠情色影片箱」(bat porn box),從各個角度裝設直播鏡頭,讓研究人員觀賞交配實況,發掘更多性癖。[5]

大棕蝠高清無碼交配實錄。影/參考資料 6,Supplementary File(CC BY 4.0

  

  1. Smith B. (21 NOV 2023) ‘Bat species uses oversized penis like an arm during ‘contact mating’ — not penetrative sex’. ABC News, Australia.
  2. Vaidyanathan G. (20 NOV 2023) ‘Serotine bats are the first mammals found to have non-penetrative mating’. Nature.
  3. Elliott M. (2022) ‘Eptesicus serotinus’. Animal Diversity Web, University of Michigan, U.S.
  4. Fasel NJ, Jeucken J, Kravchenko K, et al. (2023) ‘Mating without intromission in a bat’. Current Biology, 33, 22, PR1182-R1183.
  5. Jacobs P. (20 NOV 2023) ‘How big is too big? Bat’s enormous penis makes penetration impossible’. Science.
  6. Fasel N, Jeucken J, Kravchenko K, et al. (2023) ‘No intromission is involved in the mating of Eptesicus serotinus, a novel copulatory pattern in mammals.’ Research Square.
  7. Gardiner JD, Dimitriadis G, Codd JR, Nudds RL (2011) ‘A Potential Role for Bat Tail Membranes in Flight Control’. PLOS ONE, 6(3): e18214.
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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。

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不為人知的鳥秘密?全都藏在羽毛裡——《五感之外的世界》
臉譜出版_96
・2023/09/19 ・2471字 ・閱讀時間約 5 分鐘

比孔雀還要顯眼、高調的鳥類並不多,但如果可以的話,我想請各位先忽略牠那華麗又色彩斑斕的尾羽。我們要將關注焦點放在孔雀頭上形成冠羽的那些硬挺羽毛。

細節藏在羽毛的「振盪頻率」裡

這些長得像鍋鏟的羽毛雖然也很醒目,卻常常被忽略。蘇珊.阿瑪德.康恩(Suzanne Amador Kane)從專門繁殖鳥類的鳥舍與飼養員那裡找來了一些孔雀,再加上一隻來自動物園、曾經不小心飛進北極熊圍欄裡的倒霉孔雀,想要研究孔雀冠羽的用途。

她的學生丹尼爾.凡.貝爾倫(Daniel Van Beveren)在孔雀冠羽上裝設了機械振盪器,並且觀察冠羽的擺動。當機器的振盪頻率為二十六赫茲時──也就是一秒振盪二十六次──冠羽擺動得特別劇烈。這是會令孔雀冠羽產生共鳴的頻率,也正好是雄孔雀求偶時擺動尾羽的頻率,因此康恩對我說:「這不可能只是巧合。」

孔雀冠羽產生共鳴的頻率,正好是雄孔雀求偶時擺動尾羽的頻率。圖/pexels

凡.貝爾倫對著架設好儀器的孔雀冠羽播放各種錄音,假如播出的是真正的孔雀搖動尾羽的聲音,冠羽就會產生共鳴;若是播放其他聲音,例如 Bee Gees 的〈Staying Alive〉,就沒有這種效果。

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該研究結果顯示,站在求偶的雄孔雀面前的雌孔雀或許真的能夠感知到雄孔雀尾羽製造出的氣流。除了看見雄孔雀賣力的求偶動作以外,雌孔雀或許也能感覺到這一番努力。(這種現象也會反過來,有時候雌孔雀也會對雄孔雀展現自己。)

康恩想要拍攝真實的孔雀求偶時冠羽的模樣,觀察牠們擺動冠羽的頻率是否真和尾羽相同,藉此證明她的論點。假如真是如此,就表示孔雀求偶的過程中除了有浮誇的視覺效果以外,其實還存在著人類一直以來都沒注意到的元素;而我們會忽略這些細節,是因為缺少適當的配備。

假如連大自然中如此耀眼浮誇的行為展演中,都有被我們忽視的環節,我們到底還錯失了多少東西?

孔雀細小的纖羽會告訴我們答案

從孔雀冠羽底部細小的纖羽(filoplume)就能找出線索。纖羽的樣子就像一根尖端為簇狀的茅,還能做為機械性受體之用。

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當空氣流動擾動了冠羽,便會擠壓到纖羽,進而觸發神經。大部分的鳥類都有纖羽,而且幾乎都會伴隨其他羽毛一起發揮作用。

鳥類可以透過纖羽掌控羽毛的狀態,因此或許能夠在鳥羽澎亂時即時整理羽毛,重整態勢。不過纖羽還有一項最重要的功用──幫助鳥類飛行。

從孔雀冠羽底部細小的纖羽就能找出線索。圖/pexels

避免失速墜落技巧

鳥飛行的樣子看起來是如此地輕鬆自在,因此我們很可能根本想不到那是一件多費力的事。為了維持在空中飛行,鳥必須一直調整翅膀的型態與角度。如果一切都對了,氣流就能順著翅膀流動,鳥類的身體也就能順利抬升至空中。

然而如果鳥的翅膀角度太大,原本順暢的氣流會形成擾流,抬升的力量也就隨之消失,這種現象叫做失速(stalling)。一旦鳥無法避免這種狀態產生或即時修正,就會從天上掉下來。不過這不常發生,一部分原因是因為纖羽能為鳥類提供必要資訊,因此能夠因應各種情況快速調整翅膀的狀態,避免不幸。

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老實說,這種能力實在相當驚人。我記得有次站在船上看著一隻海鷗緊跟船身飛行;那天風很大,而我們──也就是我坐的船和那隻海鷗──都在高速移動。當我伸出手感受從手上與指間吹過的風時,不禁讚嘆海鷗的翅膀竟然也能產生同樣的作用,讓鳥類能夠在天空中飛翔。

如果一切都對了,氣流就能順著翅膀流動,鳥類的身體也就能順利抬升至空中。圖/pexels

然而我當時我根本不知道鳥類還會運用纖羽判讀氣流,在飛行時不斷微調姿態。法國的眼科醫師安德烈.羅尚-杜維尼奧(André Rochon-Duvigneaud)曾描述鳥是「一對靠雙眼引導方向的翅膀」,不過這個說法還不夠正確──鳥的翅膀其實會為自己找到方向。

蝙蝠翅膀長得不一樣,功能卻一點都不差

蝙蝠的翅膀也是如此。牠們翅膀的薄膜雖與鳥羽構造大不相同,敏感度卻不相上下。蝙蝠的翅膀薄膜上布滿有敏銳觸覺的毛髮,這些毛髮從小小的半圓球狀上凸出,並且連接著機械性受體。

蘇珊.斯德賓發現這些毛髮大多數只會對來自蝙蝠背後往前吹拂的氣流有反應,而這種現象通常在蝙蝠快要失速時才會出現。因此蝙蝠其實就跟鳥類一樣,都能感覺出快要失速的狀態,也能夠及時採取行動修正。

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多虧這些毛髮,蝙蝠能以陡峭的角度飛行、在空中盤旋和後空翻,捕捉在尾巴附近的昆蟲,甚至還能以頭下腳上的姿態降落。當斯德賓以除毛膏去除蝙蝠翅膀上的毛髮,並讓牠們飛過障礙物後,可以發現毛髮消失對牠們產生的影響非常明顯。

蝙蝠翅膀的薄膜雖與鳥羽構造大不相同,敏感度卻不相上下。圖/pexels

牠們雖然不會墜落,卻會選擇與周邊的物體保持相當的距離,轉彎的角度也比平常更大,姿態更笨拙;反之,假如牠們翅膀上的毛髮完好無缺,就能夠以離物體僅僅幾公分的姿態飛行,還能做出過髮夾彎一般的飛行動作。

對牠們來說,氣流感受器的存在與否決定了牠們只能用一般方式飛行,還是能夠進一步做出各種飛行特技。

對於其他動物來說,這些感受器的存在很可能更是存亡與否的關鍵。這或許就是為什麼它們會演變為這世上數一數二敏感的器官。

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——本文摘自《五感之外的世界:認識動物神奇的感知系統,探見人類感官無法觸及的大自然》,2023 年 8 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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