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從《動物朋友》解析人類的超能力:長跑、說話,還有吃咖哩飯!

果殼網_96
・2017/08/27 ・4362字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

文/紅色皇后|科普愛好者,科學松鼠會成員

在一月新番中,《動物朋友》可以說是最大的一匹黑馬。這部小動物賣萌的動畫,3D 作畫水準平平,漫畫和遊戲回響也平平,現在卻人氣猛增,甚至在日本掀起了動物園遊覽的新熱潮。

《動物朋友》故事的主角「背包」和擬人化的動物女孩小藪貓。圖/《動物朋友》動畫

《動物朋友》的故事發生在巨大的「加帕利公園」,在「砂之星」的神秘力量下,這裡的動物們變成了具有人類姿態的動物女孩(アニマルガール,獸娘)。某一天,公園裡突然出現了一個小女孩,她不記得自己的「領地」,也搞不清自己是什麼動物——這就是動畫的女主角「背包」了。在小藪貓和其他眾多動物女孩的幫助下,她找尋著自己的身世之謎,對抗著神秘的敵人「天藍怪」。

其實,觀眾們很容易發現,女主角就是個人類。在個性十足的動物「朋友」們中間,她大部分時候都顯得很不起眼:不會飛,跳不高,爬樹也不擅長。當初我們的老祖先行走在非洲大草原上的時候,動物朋友們大概也沒能料到,智人會成為對環境影響最大、個體最多、分佈最廣泛的大型哺乳類吧。

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不過,就像片中的小藪貓所說,不同的動物都有自己擅長的事情,只不過我們對自己的「獨門技能」早已感到習以為常了。在這部動畫中,我們不僅能了解其他動物,其實也從中能看到人類自己的特性。

運動廢柴?長跑天才?

很多人可能會認為,人類以頭腦稱霸地球,在身體能力方面,我們沒必要跟其他動物較量。而在片中,小藪貓第一次發覺人類的特殊,卻恰恰是由於身體的能力。

在正午的烈日下,藪貓必須到樹蔭下休息。在熱天長距離行動是危險的,因為大多數哺乳類排出多餘熱量的方法是喘氣。我們都見過熱天的狗發出「哈哧哈哧」的聲音。為了散熱而進行的喘氣,頻率比正常呼吸高很多,對於增加攝氧量卻於事無補。這是因為,「散熱喘氣」的時候空氣只經過咽,並不會進入肺部進行氣體交換。

在烈日當空時走遠路,對藪貓來說是有中暑危險的。圖/《動物朋友》動畫

在安靜狀態下,喘氣散熱還沒什麼問題,而運動時則會遇到麻煩:運動會發熱,運動中的肌肉又需要更多氧氣,動物們沒法邊跑動邊通過高頻率喘氣來散熱,時間一長就會中暑了。

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人類可以避免這一風險,因為我們另有散熱途徑:出汗。人類的汗腺非常發達,在沙漠中負重行軍的人,四小時能排出三公斤半的汗。這是一種高效的散熱方法,每毫升水蒸發時可以帶走 580 卡的熱能。另外,人類「沒有毛」(實際上人類的毛髮數量並不少,只是非常細弱,所以看上去光禿禿),這也提高了出汗降溫的效果。

人類有良好的散熱能力和奔跑耐力。圖/《動物朋友》動畫

除了散熱能力,人類還有一系列適應長跑的特徵。在奔跑中,頸部肌肉和韌帶結構使我們能通過擺臂和肩膀晃動保持頭部的平穩,這樣就不容易產生「暈車」的感覺。我們腳踝上的肌腱,特別是阿基里斯腱(Achilles)也比其他猿類強壯,足弓(plantar arch)也很發達。人的腿腳就像彈簧一樣,在每一次邁步中儲存能量再釋放,大大節省了體力。

我們不像藪貓身手敏捷,也沒有河馬的牙齒和力氣,甚至短跑還會輸給河馬大姐頭。但是,人類在長跑方面的天賦,堪稱哺乳類第一。馬拉松的世界紀錄是兩小時多一點點(約合 6 米/秒),業餘愛好者在 4 小時內完賽(約 3 米/秒)也不是稀奇事。一匹馬能用 5.8 米/秒的速度,一天跑 20 公里已經是極限了,超出這個程度,就會對骨骼肌造成不可恢復的損傷。人能跑過馬,這一點也不誇張。

人類的力量和運動速度不及黑猩猩,但長跑能力遠勝之。圖片來源/Lee Saxby

吃咖哩飯,這也是種能力!

在片中,所有的動物朋友都吃著一種名叫「加帕利饅頭」的點心。根據故事的描述,這些點心使用了公園裡種植的土豆、大米之類的材料製成,這些食材也被主角做成了咖哩飯。由此看來,獸娘們的日常食譜中似乎含有大量的澱粉。

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加帕利饅頭的原料是普通的農作物,它看起來也像是富含澱粉的人類點心。圖/圖/《動物朋友》動畫

這其實是有點奇怪的:米飯對人類而言是再平常不過的食物,但對於很多動物而言卻並不適宜,甚至會危害它們的健康。

能吃咖哩飯,其實也體現了人類的另一種能力:我們比多數哺乳動物更擅長消化澱粉。人有 5~6 個唾液澱粉酶基因,黑猩猩只有兩個。這些增加的基因,會產生更多的酶,加速澱粉的消化分解。

人類食物中澱粉的比例遠高於一般的靈長類,那些以狩獵採集為生的部族也不例外,他們的食譜裡包含大量富含澱粉的塊根和地下莖(類似馬鈴薯)。以塊根為食有一個問題:植物絕不肯把儲藏營養的部分老老實實地交給動物吃掉。這些部分通常很堅韌,而且可能含有毒素。這時候就需要人類獨有的處理食物手段——火。

哈佛大學的靈長類學家蘭厄姆(Richard Wrangham)認為,在人類的進化過程中,火的功勞不容小視。高溫可以使植物細胞變得柔軟易碎,也使動物肌肉的蛋白質變性。不論是肉還是蔬菜,燒烤過之後都變得更容易吃,也更有營養了。

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主角用火烹飪食物的時候,其他動物都害怕的躲開了。圖/《動物朋友》動畫

跟其他靈長類相比,人的咀嚼肌和牙齒軟弱,腸胃體積小。這一部分是燒烤食物的功勞,另一部分是因為,我們是挑剔的食客。人類傾向於選擇能量高,易於消化的食物。除了塊根,肉食也是祖先食譜中重要的部分。我們是最喜歡獵殺大型動物的靈長類(不過,在動畫裡並不會表現這一點)。

這種「高質量」的食譜,為人類的智力進化做出了貢獻。神經系統對能量的需求很大,靜止不動時,大腦消耗的能量可達全身耗能的 20%~25 %。要有一個發達的大腦,營養必須跟得上。片中的貓頭鷹女孩說,動腦筋要消耗能量,所以她們想吃熟食。對人來說,這個要求確實非常合理。不過對貓頭鷹來說,這樣說就顯得很古怪了——它們的日常飲食可是把老鼠和昆蟲整枝吞下,把骨頭、皮殼裹成團吐出來啊。

聰明的大腦需要豐富的營養供應。圖/《動物朋友》動畫

會說話的動物朋友

在動畫片裡,由於砂之星的神秘力量,所有動物朋友都會說話。但作為人類,主角還是表現出了不同尋常的地方——只有她會使用符號。利用解讀文字的能力,她可以從地圖、指示牌上獲取各種信息。

主角是劇中唯一會認字的動物。圖/《動物朋友》動畫

動物們能不能像人那樣使用複雜的語言呢?表面上看,教動物「說話」是大有可為的。許多動物都用啼叫、表情和身體語言等方式進行著交流:蜜蜂用轉圈舞蹈指示花蜜的位置;離群的雁啼叫招呼同伴;在動畫裡表現呆萌的美洲土撥鼠,也會用不同的尖叫聲向同類報警,表示到來的捕食者是鷹還是郊狼。

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黑尾土撥鼠和古氏土撥鼠同為草原犬鼠屬(Cynomys spp.),除了叫聲以外,它們還通過親吻進行社交,片中主角一行也被這樣打了招呼。上圖/David Kjaer;下圖/《動物朋友》動畫

但事實上,牠們都不具備人類那樣的語言能力,即使是聰明的黑猩猩也是如此。自 1966 年起,比阿特麗斯和艾倫.加德納夫婦(Beatrice & Alan Gardner)花費多年時間,進行了一場頗有童話風味的研究:教動物「說話」。他們的研究對象,一隻年輕的黑猩猩瓦舒(Washoe),據說是學會了用手語表達 130 個詞,可以「說」4 個詞的句子。但現實是殘酷的。心理學家們發現,加德納夫婦有意或無意地,撒了一個彌天大謊。黑猩猩根本就不會「說話」。

首先,科學家們高估了動物使用手語的能力。很多時候,黑猩猩的動作只是被強行解讀成了手語。瓦舒確實學會了幾個手語詞彙,但它使用這些詞的順序完全是雜亂無章的,這種表述毫無語法可言,意思自然也很難準確。

其次,黑猩猩根本不愛使用手語。黑猩猩只用手語來獲得自己想要的東西,讓人給牠搔癢或者點心。它不會主動跟人聊天,也不樂意表達自己的想法。我們都知道,小孩是怎樣愛吵愛嚷,有時為了一點小事而大呼小叫,有時念著自己想像中角色的台詞。人類把說話當成一種樂趣,但黑猩猩只把它當成「敲門磚」。科學家在自己的幻想裡,把黑猩猩過度「擬人」了。

在動畫中,唱歌超難聽的「靈魂歌手」朱鷺曾向主角討教發聲的技巧。人類確實很擅長發出各種不同的聲音,只有少數鳥類能與之媲美(當然,這不包括朱鷺)。不過,人類語言能力最重要的功臣還是在於頭腦。人腦中對語言作用最大的兩個區域,布羅卡區(Broca’s area)與威爾尼克區(Wernicke’s area),在類人猿身上是缺失的。前者主管語法和精細控制發音的能力,後者則是理解字義的的關鍵。類人猿只有很小的威爾尼克區,根本沒有布羅卡區。

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人類的發音能力在動物中首屈一指。圖/《動物朋友》動畫

通過觀察古猿類和古人類的頭蓋骨化石,我們可以推測腦各個部分的演化速率。在猿演化成人(確切地說,從多毛、沒語言的猿演化成少毛、有語言的猿)的過程中,這兩個部位以驚人的速度變大,比整個大腦皮層擴展的速度(已經相當迅速)還要快得多。

圖片中的上色部分是布羅卡區,人腦中和語言功能息息相關的一部分。圖/維基百科

我們消化澱粉的能力,或長跑中讓腦袋保持穩定的能力,和動物只是「量的不同」(黑猩猩也能吃米飯,只是消化起來略微困難而已)。然而,語言能力是一個「質的不同」。它不是各種動物皆有、在人身上卓越特出的能力,而是一種全新的能力。

加德納夫婦一廂情願地相信黑猩猩會說話,一個可能的原因在於:他們認為既然人是由動物演化而來,人與動物息息相關,我們「似乎」不應該和動物朋友有太大的差別。宣稱人類是特別的、是獨一無二的,似乎有違於這種緊密的聯繫。

不過其實,「獨一無二」並不違反自然。語言學家斯蒂芬.平克(Steven Pinker)說過,各種動物都有獨一無二的地方,正如大像有獨特的鼻子,響尾蛇有獨特的感知紅外線的能力,人類有獨特的語言。自然界最不缺的就是「獨一無二」。也許就是因為這種多樣性和獨特性,動物世界才如此吸引我們吧。

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謝謝你,小藪貓。我想告訴你,我就是這樣的動物。

 

本文版權屬於果殼網(微信公眾號:Guokr42),原文為〈兽娘动物园:除了动物萌娘,你还能从这里了解人类〉,禁止轉載。如有需要,請聯繫sns@guokr.com




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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3235字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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顯微觀點_96
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