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鮟鱇一道光如此美妙,指引你到牠嘴裡來──《海洋的極端生物》

PanSci_96
・2017/07/13 ・3062字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

  • 【科科愛看書】廣闊無邊的藍色水域之中,究竟藏著什麼秘密?如果你以為到處都是尼莫式的溫馨場景,可就大錯特錯了!《海洋的極端生物》可是一群心機超重的傢伙,天天都要為了生存奮鬥。如果想見識海洋版的甄嬛傳,從這裡下手準沒錯。

我們會知道某些深海物種的存在,是因為我們把牠們拖上水面,並予以命名;但在深海當中,這些物種也彼此相熟。牠們身上並沒有掛著名牌,好比你參加畢業多年後的高中同學會那樣,但牠們當中許多身上都有燈飾。

海底到處黑壓壓?來試試自體發光

想像你是深海裡無垠黑暗當中的一條無助小魚,藍黑色的海水無頂也無底,就像沒有月亮的黑暗天空在你上方與下方伸展。只不過這種永夜並不平靜,永遠有數百隻眼睛注視著你,急切地想抓住一絲亮光。掠食者隱藏在黑暗的四周,不知有多少尖牙利齒等在那裡。從上方透進來的一丁點陽光,隨時都可能洩漏你的行蹤。

不過就像沒有月亮的天空還有星星,海底也有其他光源。你的四周不斷會有閃爍的藍光與綠光,這些微弱又偷偷摸摸的閃光可能是一頓大餐,也可能讓你命喪當場。深海是地球上唯一不以陽光為主要光源的生態系統(只有蕈類生長的洞穴不算),而是靠蛋白有機物發光。

深海生物大多發出藍綠色的光。圖/Ethan Volberg @ Flickr

螢光素酶(luciferase),或稱光蛋白,靠分解高能分子產生光子,而不是代謝能量。有些魚類擁有螢光素酶基因,並把這些能發光的蛋白擺在皮膚上的小穴,稱為發光器(photophore)的特化器官。大多數魚類生成自己的發光物質,但有些只是長出囊袋,裡頭裝了能發光的共生微生物。

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生物發光是海中最重要的戰術適應。有些魚類把發光器安排在腹部,其形態與水面上方傳入的微弱光線類似,使得位於下方的魚辨認不出牠們的存在,不論是身為掠食者還是獵物,都可讓牠們隱去形跡。 簡單的浮游生物也會大量應用光噪音:耀眼但不造成干擾的光子使深海充滿無意義的視覺絮叨。這種絮叨可能帶有真正的目的,有實驗顯示,當蝦子吃進某些種類的浮游生物,後者會放射出閃爍的生物光,像是在發警報;掠食魚類會像特警隊一樣迅速被吸引過來,把蝦子一口吃掉,對微小的浮游生物則不屑一顧。

一閃一閃亮晶晶,竟是邪惡的陷阱

近來海洋生物學家海道克(Steve Haddock)和同事描述了在深海魚類當中,生物光扮演多達七種的防禦性角色。 此外,生物光還可以扮演攻擊性的角色:強光可讓獵物吃驚或困惑,或是以吊在巨顎上方的燈光做為誘餌來吸引獵物,又或者使用如同車頭燈的強光來找尋漂浮在水柱當中的小塊食物。

頭頂前方有一條長形肉質誘餌的鮟鱇魚(anglerfish),是將生物光做創新運用最出名的生物。這是一整批外型極為醜陋的動物,牠們缺少背鰭,但把原本要形成魚鰭的脊椎移到眼睛上方的一點。其中第一節脊椎變粗並延長成為一根手指狀,頂端還帶有一個形狀不規則的燈泡,稱為「餌球」(esca),做為可發光的誘餌。 餌球的海綿組織裡住滿一批努力工作的發光微生物,讓餌球在黑暗的水中發出誘人的光芒,幫宿主鮟鱇魚製造假象。

鮟鱇魚。圖/公有領域, wikimedia commns.

這種魚就像一位經驗十足的海釣者,把誘餌的吸引力發揮到十分:左右扭動、上下擺動、迴旋繞圈,就像一隻瘋狂嬉戲的蟲子;牠上頭發光的燈泡,更是讓誘餌的魅力難以抗拒。比鮟鱇魚體型小得多的掠食魚類在接近餌球後,會用盡全力奮力一擊;只不過牠在瞬間就被鮟鱇魚的巨型大嘴吸入並被利齒刺穿,一聲不響就消失得無影無蹤。每種鮟鱇魚都有自己特殊的餌球,有些比魚體還長,全部都會發光。 至於鮟鱇魚如何偵測到有獵物靠近,目前還不清楚,因為牠們的眼睛很小,視覺也不佳;有人推測鮟鱇魚的殺戮反射是由獵物輕觸誘餌所引發。

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各種鮟鱇魚與他們特殊的餌球。圖/Masaki Miya et al. – Evolutionary history of anglerfishes (Teleostei: Lophiiformes): a mitogenomic perspective. BMC Evolutionary Biology 2010, 10:58 doi:10.1186/1471-2148-10-58, CC BY 2.0, wikimedia commons.

我們已知的是,鮟鱇魚會攻擊任何體型的魚種:有紀錄顯示,在巴布亞紐幾內亞沿海捕獲過一條十來公分長的鮟鱇魚,口中卻啣了一條三十公分長的鼠尾鱈魚;不過捕獲的時候這兩條魚都已死亡,浮在水面上。

獨一無二的紅光,保命防身都靠它

絕大多數的生物發光都是藍綠色,與深海當中微弱的陽光相符合。但屬於深海巨口魚科(Stomiidae)的黑柔骨魚(loosejaw,學名是 Malacosteus niger)卻發出特殊的色澤 :在牠們的眼睛下方具有大型的強力發光器,可在水中發出紅光。某些物種的紅光是由特殊的螢光蛋白造成,另一些物種則是在發光器外圍加了一層紅褐色的濾鏡。

在深海當中,紅色是特殊的顏色。海水會吸收紅色,而容易讓藍色穿越,因此海中大多數的生物發光都是落在藍綠色澤的範圍。黑柔骨魚的掠食者與獵物都具有對這種藍綠光敏感的眼睛,那是生活在一公里半深的海底所演化出來的。

但黑柔骨魚是罕見的例外:由於某個特殊的突變,改變了牠們眼睛當中捕捉光線的視紫蛋白裡面第 261 號位置的胺基酸;那是對這種吸收光線的蛋白質非常重要的位置,結果造成黑柔骨魚要比其他的深海魚類能吸收更多的紅色光,於是能看到由牠們自己特殊的探照燈從獵物身上反射回來的紅光。

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大多數深海魚類都只發出閃光,也就是快速明滅的短暫光點,以免被掠食者發現而遭到吞食。在黑暗的殺手世界中,強光可照亮食物,同時也會招來殺身之禍。與海水表層的掠食者相比,黑柔骨魚又小又弱,但牠們可以看見紅色,卻不被其他魚看見,因此得以在深海中來回覓食,免遭殺手。

黑柔骨魚。圖/Emma Kissling – Résultats des campagnes scientifiques accomplies sur son yacht par Albert Ier, prince souverain de Monaco Albert I, Prince of Monaco, 1848-1922 url, Public Domain, wikimedia commons.

點亮宇宙的奇妙之光

海底最深處的真實特性,並不是由鬼鬼祟祟如同汽車一般大小的烏賊,或是在黑煙囪四周冒出的數百個二公尺長的管蟲所定義;我們在想像這些生物時,會忘記深海本身的廣大無垠。我們通常想像那裡有清澈的海水,到處有亮光,有巨型生物在空曠的空間裡移動;但海底深淵真正的特性,畢伯(William Beebe)有最真切的掌握。

當他坐在那顆迷你的潛水球裡,下潛至深海的暗夜之中,讓他感到驚奇的不是他看到的那些奇特掠食性魚類,而是光:充滿在潛水球小水晶舷窗外的閃爍光亮,在黑暗中綻放。在他的潛水球四周,亮光以他無法閱讀的語言彼此交談,述說著生與死的故事,以及掠食者的偽裝。我們不能用教科書中的圖片來想像這些動物,而是要想像牠們在其世界生活的樣子。在被黑暗籠罩完全沒有光線的深海,牠們只能用生物光的閃爍以及一絲黑色剪影來認識彼此。

身為第一位造訪深海的人,畢伯覺得自己的責任重大:他看到了世人從未見過的景象,他認為自己有義務描述一二。他曉得自己進入了陸地以外的另一個世界,遠在首度有人在太空漫步的三十年前,畢伯對深海的描述有如預言一般:

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唯一能與這奇妙的海底世界相比擬的,想必是遠在大氣層之外,位於星辰之間,太陽光不會照射在星球空氣中的塵埃與垃圾上面的虛無太空了。太空的黑暗,以及其中發亮的行星、彗星、太陽以及星星,在一位心中充滿敬畏之情的人類眼裡,必定與他在大海半英里深處所見到的生命世界非常相似。


 

 

 

本文摘自《海洋的極端生物》衛城出版

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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暗夜中「鬼魅蘑菇」的幽光
胡中行_96
・2022/06/23 ・2069字 ・閱讀時間約 4 分鐘

雨後無月的冬夜,南澳的森林裡水氣氤氳。樹幹上參差交疊的扇狀物,正靜靜地散發冷白的幽光。[1]近看每片直徑 20 到 40 公分左右,[2]向外展開。若用相機去捕捉那毛骨悚然的氛圍,肉眼所見的白,則會在照片中變成詭譎的螢光綠。[1]

這不是靈異現象,而是澳大利亞「鬼魅蘑菇」(ghost mushrooms;學名:Omphalotus nidiformis)與生俱來的特質。[1, 2]

  

鬼魅蘑菇日夜迥異的面貌:A – 白天,B – 夜晚。圖/參考資料 2

  

蘑菇發光的原理

鬼魅蘑菇體內,有一種叫做「乙烯基吡喃酮」(hispidin)的「螢光素」(luciferin),會在「螢光酵素」(luciferase)的催化下,與空氣中的氧氣結合,產生「氧化反應」。此時所形成的暫時性產物,具有極高的能量。在接下來的還原過程中,便會釋放出「生物光」(bioluminescence)。[3, 4]

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拍攝鬼魅蘑菇的技巧

鬼魅蘑菇盛產的六月,正值南半球的冬天。[2]拍攝發光奇景最佳的戶外環境,必須不見月亮和其他任何的光害。[1]換句話說,有志之士要在攝氏 4、5 度的夜晚,摸黑找蘑菇,架設相機與腳架,再耐心地以慢速快門曝光。(給對專業攝影有興趣的讀者參考:墨爾本大學Paul Whitington副教授某次成功的拍攝數值,為 ISO 800,F/2.8,曝光 216 秒。)[3]

  

生物光的顏色

鬼魅蘑菇發出 530nm 的光線,理應呈現綠色,跟相機拍到的一樣。肉眼所見卻非如此,是因為眼睛裡唯有超級敏感的「視桿細胞」(rod photoreceptors),能接收到微弱的生物光。偏偏視桿細胞不長在視網膜的正中央…[3]

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所以,如果哪天真有機會親眼目睹,請千萬別「正視」鬼魅蘑菇的存在,反而得用眼角餘光「偷瞄」它,[3]才會有較精確的體驗。

鬼魅蘑菇發出 530nm 的光線,理應呈現綠色。圖/Climate Science Investigations

  

生物光的功能

無論顏色如何,鬼魅蘑菇的外表,對遊客來說,都稱得上賞心悅目。然而,它們原本發出生物光的目的,應該不是為了討好人類。曾有科學家假設它和巴西螢光蘑菇 Neonothopanus gardneri 一樣,透過在夜間發光,吸引昆蟲來協助散播孢子。可是 2016 年的一篇期刊論文,指出鬼魅蘑菇整日不熄燈,卻也沒因此拐到比較多的昆蟲。研究團隊於是認為鬼魅蘑菇的生物光,僅是代謝過程中的意外產物。[2, 3]

  

巴西螢光蘑菇Neonothopanus gardneri特寫:C – 日間,D – 黑夜。圖/Photochemistry and Photobiology

  

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發光蕈類的歷史

根據化石資料推估,世界上第一株發出生物光的蕈類,出現在 1.6 億年前的侏羅紀。[5]遲至公元前 4 世紀,亞里斯多德(Aristotle,384 – 322 BC)才寫下人類史上,關於生物光最早的文字紀錄,描述一根腐木(上面的蕈類),散發有別於火焰的光芒。[1, 6]17 世紀時,德國植物學家Georg Eberhard Rumphius(1627‐1702),隨荷蘭東印度公司派駐印尼。[7]他在《安汶島植物名彙》(Herbarium Amboinense)中,提到當地人手持泛著藍光的蘑菇當燈籠。[6]不過,生物光其實在深海生物身上較為常見;相對地,目前所知的 15 萬種蕈類裡,僅有 70 幾種能發光[2, 8]而鬼魅蘑菇的分佈又只限於澳大利亞的南澳和塔斯馬尼亞。[1]

  

玲瓏可愛的發光小菇。圖/維基百科

  

臺灣的發光小菇與相關研究

話說回來,觀賞自帶光芒的蘑菇,並不困難。臺灣本地就有幾種會發光的蕈類,在阿里山、溪頭、墾丁等地都看得到。[8, 9]它們隸屬世界三大發光真菌支系之一的「小菇支系」(Mycenoid lineage)。中央研究院生物多樣性研究中心的團隊,曾發表論文探討它們的基因,還被選為 2020 年《美國國家科學院院刊》(PNAS)的封面故事。中研院的新聞稿中指出,目前發光蕈類的基因已被用於各種領域,例如:追蹤癌細胞的移轉,或製造生物感測的環境汙染警示器。[5]看來發光蕈類,有比單純供人玩賞,更嚴肅的使命。

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  1. Glencoe’s Ghost Mushroom Lane begins to flourish after heavy rainfall (ABC News, 2022)
  2. Weinstein P, Delean S, Wood T, Austin AD. (2016) ‘Bioluminescence in the ghost fungus Omphalotus nidiformis does not attract potential spore dispersing insects’. IMA Fungus (7): 229 – 236.
  3. Luminescent ghosts by A/Prof Paul Whitington (Life in a Southern Forest, 2019)
  4. Ke HM, Lee HH, Lin CYI, et al. (2020) ‘Mycena genomes resolve the evolution of fungal bioluminescence’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117(49): 31267-31277.
  5. 臺灣也有發光菇!中研院追溯基因演化史 找尋蕈類發光的意義 (中央研究院,2020)
  6. A History of Luminescence: From the Earliest Times Until 1900 by E. Newton Harvey (The American Philosophical Society, 1957)
  7. 尋找記憶的缺角:早期有關通草的記錄(國立臺灣大學)
  8. 螢光蕈(臺灣國家公園,2018)
  9. 施雨伸,2014,〈臺灣產螢光小菇的分布、分類及人工培養,並兼述一新種〉(臺灣博碩士論文加值系統)
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胡中行_96
169 篇文章 ・ 67 位粉絲
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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深海鮟鱇魚 X 檔案:糾纏在暗黑大洋中的極端癡戀
Lea Tang
・2019/02/13 ・2803字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

說到鮟鱇魚,各位的腦海中是不是浮現一隻深黑色、相貌醜怪,細長尖齒,頭掛小燈的魚類,在黑暗的大洋中緩慢悠游的樣子?

神秘的鮟鱇魚。圖/wikipedia

鮟鱇魚(Anglerfish)因為其背鰭棘特化至嘴巴上方的釣竿狀結構–吻觸手(illicium)而得名(Angler 就是釣者的意思)。這個吻觸手的末端有一個餌球,能用不同方式吸引獵物靠近,例如發光或模擬小蟲子游泳的樣子。除此之外,他們的嘴巴大且身體柔軟,可以吞下比自己大許多倍的獵物。

目前已知有 300 多種的鮟鱇魚,棲息地從熱帶珊瑚礁區到極地都有,大多數的鮟鱇魚分布在全球海洋的陰暗深處,深達數千公尺。一般熟知會發光的鮟鱇魚,多指被稱為深海鮟鱇的角鮟鱇類,但這不代表深海鮟鱇都會發光,還是有少部分是不發光的。

這類奇異的深海物種神秘、而且難以在自然環境下觀察。過去,深海不易到達,所以科學家們只能從漁民意外打撈到的深海鮟鱇魚標本來進行研究。這就是為什麼這支在葡萄牙亞速爾群島周圍海域拍攝的新影片會令深海生物學家如此興奮。

永不分離!深海鮟鱇雌雄配對首度亮相

從影片中各位可以看到一個拳頭大小的雌性鮟鱇魚,身上凸出了一條條的細長皮瓣狀結構,這些是側線神經結的延伸 。若仔細觀察,她還有位伴侶:一隻嬌小的雄魚、附著在她身上成為永久的精子提供者

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這支影片是 2016 年 8 月由一對夫妻探險家 Kirsten 和 Joachim Jakobsen 在聖喬治島南側 800 公尺深的深海水層中拍攝的。在探險團隊即將完成他們的任務時,一個「有趣的小東西」吸引了他們的目光。於是他們決定追蹤這個奇怪生物,並通過潛水器 1.4 公尺寬的窗口捕捉他的動作。

Caulophryne jordani。圖/Rebikoff Foundation

經過專家鑑定,這個 16 公分長的生物是一種叫喬氏長鰭角鮟鱇 (Caulophryne jordani) 的深海鮟鱇。他身上的皮瓣和絲狀鰭條能偵測獵物,就像蜘蛛網,一旦碰到,這個垂釣者就能立刻轉向並吃掉對方。在食物極端缺乏的深海,這是他們確保自己不被餓死的殺手鐧。(註:何宣慶老師指出他們更可能藉此提前偵測並逃離敵人。)

嶄新資訊:鰭條上間隔性的美麗光點

除了我們熟知的吻觸手外,有注意到雌性鮟鱇魚那細細長長的鰭條上的美麗光點嗎?像其他深海鮟鱇一樣,雌性鮟鱇魚用「餌球」(Esca),一種共生的發光菌誘餌來吸引獵物。但這次的影片還提供了其它訊息:

她的鰭條似乎也會按照一定的間隔發光。

雖然不清楚這些光點是生物產生的亦或只是反射自潛水器的光,這項嶄新資訊還是令科學家們非常驚喜。

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盲目愛情:雄性深海鮟鱇的生世癡戀

小小的雄性鮟鱇魚也是這次影片的一大亮點。像許多其他種類的鮟鱇魚一樣,喬氏長鰭角鮟鱇的雌雄鮟鱇魚會形成一個永久的配對:

一旦雄性鮟鱇找到配偶,便會咬住對方,最終與她的組織融合,透過血液取得營養。

以部分深海鮟鱇來說,雌性有明顯的「釣竿」和明亮的餌球,雄性就不是這麼一回事了。他們的體型比起雌性小得多,外觀看起來就像普通小魚,而且不具有吻觸手這種吸引獵物的功能。你可能會很疑惑,那他們要如何吃東西呢?

比起吃,他們有著更重要的任務。

雄性鮟鱇魚擁有非常敏銳的嗅覺,幫助他們嗅探在深海黑暗中的未來配偶。當他找到她時,這個小小的追求者可能會面臨與四位男性一起分享伴侶的窘境。但愛是盲目的,對伴侶的渴望最終勝過一切。在雄性鮟鱇魚用他那小而鋒利的牙齒咬住雌性後,身體各部位就會逐漸退化,因為他不再需要這些構造;他身上的器官也會逐漸退化消失,只留下精巢持續發育,成為雌性鮟鱇魚身上不可移動的一個附屬品。

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深海鮟鱇的雌雄配對,紅色圈圈內的是雄性鮟鱇魚。圖/Rebikoff Foundation

鮟鱇魚是體外受精,所以雌性會以血管輸送賀爾蒙給雄性,讓她們在排卵的同時,雄鮟鱇也可以排出精子。於是,雄性鮟鱇魚成了她生命中不可或缺的一部分,確保雌性可以在她的餘生中產生受精卵,成為物種延續下去的關鍵角色。

這不是科學家第一次得知這項資訊,他們曾透過死去的鮟鱇魚得知這種奇怪的生殖策略,但一直到現在,他們才有幸一窺這「活生生」的例子。

死去的深海鮟鱇魚標本,看到那像肉瘤一般凸起的的小小公魚了嗎?圖/Natural History Museum

除了部分深海鮟鱇魚有寄生行為極端性別二態性(兩性間有明顯的外觀差異)外,其他的鮟鱇魚並不寄生也無雌雄間的極端差異,雄性和雌性體型通常相近。而這些自由自在的雄性鮟鱇魚會花上一輩子的時間來找他們的真命天女,聽起來快樂多了,對吧。

吃貨小教室:美味的鮟鱇

神秘的鮟鱇魚貌似離我們的生活十分遙遠,其實生活在淺海的鮟鱇魚可是日本人民的火鍋主角呢!在關東地區,鮟鱇被稱為人間極品。如果各位心臟夠強,可以先看看這部如何在家處理鮟鱇魚的教學影片 ↓

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俗話說「西有河豚、東有鮟鱇」,鮟鱇魚肉質綿密、口感彈牙,含有豐富的膠原蛋白,但因外型醜陋,少有人願意嘗試,因此在歐美有「窮人的龍蝦」之稱。鮟鱇魚肝更有「海底鵝肝」的美名,據說能清熱解毒、養顏美容,是煮火鍋的熱門首選。其實不只日本,在歐美國家食用鮟鱇魚已經有相當長久的歷史,近年價位更是節節攀升。

深海鮟鱇以外,其他棲息在海平面以下數十到數千公尺的鮟鱇,雖然也有吻觸手和餌球,但餌球缺乏發光菌,所以不會發光。棲息在淺海珊瑚礁區的躄魚科(又稱娃娃魚)成員外觀顏色較鮮豔,也是潛水攝影界最喜愛的魚類之一。

鮟鱇魚的族群多樣性很高,曾經因為棲息在海表以下數百到數千公尺的地方而不利研究,如今隨著深水探勘技術的發展,研究鮟鱇魚將不再那麼困難。相信在不久的將來,科學家們就能更進一步的了解這些神秘生物在他們漆黑無光家園中的實際樣貌。

(本文於 2020 年 9 月 12 日經過修改,提升了內容的正確跟詳實性,在此感謝國立海洋生物博物館副研究員何宣慶老師的指正與大力協助)

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參考資料:

  1. Exclusive: ‘I’ve never seen anything like it.’ Video of mating deep-sea anglerfish stuns biologists

  2. Anglerfish, nationalgeographic

  3. The bizarre love life of the anglerfish

  4. 鮟鱇魚家族300多種 1/4在台灣

  5. 鮟鱇魚知識大百科,翻轉你對牠的認知

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