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葡萄酒的酸甜苦辣從哪來?——葡萄酒的感官之旅(2)

活躍星系核_96
・2017/08/28 ・3432字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

文/Terry Lin | 專業釀酒師,用科學,讓葡萄酒更淺顯易懂;讓葡萄酒回歸本質;讓品評更值得回味。加州戴維斯分校葡萄酒釀造學碩士、波爾多右岸釀酒實務經驗。

不想只是略懂略懂葡萄酒?一起來從感官科學(sensory science)的角度切入葡萄酒品評吧! 由此報名:「美酒中的科學:品味葡萄酒的第一課

從小被騙到大的味覺地圖

葡萄酒除了所含有的各種氣味讓人著迷之外,入口後的味道也是品質的重要指標。人類的味覺只有 5 種:酸、甜、苦、鹹、鮮(又稱做甘),而這 5 種味覺都是在我們的口腔中透過味覺神經受器所感受到的(註釋 1)。小時候一定有在課本讀過,我們舌頭的不同區位專司不同味覺的辨識,月考時試題還會考舌側前端負責鹹味、舌側後端負責酸味(當時就差這題滿分…飲恨!),但後來發現這樣的論述是錯誤的。

月考時試題還會考舌側前端負責鹹味、舌側後端負責酸味,但後來發現這樣的論述是錯誤的。圖/BY 作者提供

人類舌頭表面若仔細看,會發現有一顆顆叫做乳突的顆粒狀結構,而每個乳突裡都集結了為數不等的 5 種不同的味覺受器,每個乳突都能辨識酸、甜、苦、鹹、鮮(註釋 2)。儘管乳突的分佈可能密度不一,乳突間的敏感度也因味覺受器多寡而有差異,但現今的論點比較像舌頭不同區域的敏感度有所不同,而不是不同區域專司不同的味道。(所以老師是不是要幫我加分……)。

人類舌頭表面若仔細看,會發現有一顆顆叫做乳突的顆粒狀結構,而每個乳突裡都集結了為數不等的 5 種不同的味覺受器,每個乳突都能辨識酸、甜、苦、鹹、鮮。圖/BY 作者提供

中文常用「酸甜苦辣」講述味道,但辣其實是觸覺和溫度的感受(又稱溫覺),因此訓練吃辣訓練的不是味覺,而是口腔皮層以及舌頭上刺痛感(觸覺)和灼熱感(溫覺)的耐受度!而喝酒時感受到的辣其實是因為酒精使口中黏膜的水分析出所產生的刺痛。此外,另一種喝酒常感受到的觸覺,則是喝紅酒時的澀味[註3]。

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那麼葡萄酒的酸甜苦辣從哪來?

一般而言,葡萄酒中有酸、甜、苦以及鮮 4 種真味覺,以及另外其實是觸覺的酒精辛辣觸感、來自氣泡酒中二氧化碳於口中的刺激感,以及來自葡萄酒中單寧質的澀,以下分類進行解說:

酸度

葡萄酒中的酸主要源自葡萄本身的酒石酸(tartaric acid)和蘋果酸(malic acid),另外還有蘋果酸在乳酸發酵後轉化成的乳酸。圖/BY 作者提供

葡萄酒中的酸主要源自葡萄本身的酒石酸(tartaric acid)和蘋果酸(malic acid),另外還有蘋果酸在乳酸發酵後轉化成的乳酸(lactic acid)以及被醋酸菌或是不良乳酸菌污染所生成的醋酸(acetic acid)。醋酸由於具有刺鼻的氣味,在葡萄酒圈是個不良指標,如果是剛開瓶的酒就明顯感受到這刺鼻的氣味,通常表示酒在橡木桶或瓶中儲放又或是釀造酒製程中接觸到過多的氧氣,醋酸菌或是不良乳酸菌將酒精氧化成醋酸所造成。

葡萄酒的酸度是酒體的重要元素,在白酒中尤其重要。酒的酸度過高不是件容易入口的事,但若酒中完全沒有酸,酒體似乎也顯得太過單薄。在各種有機酸中,酒石酸會隨葡萄品種而異,因此有些品種好比 Barbera 天生就是比較酸,一般用於混釀(blending)時提升紅酒的酸度。蘋果酸的含量也會隨品種而異,但由於可以透過乳酸發酵轉化成乳酸,常常被釀酒師當作調整酸度的切入點 。

此外,不同的生長氣候也會對酸度造成影響,越寒冷的地方水果越不容易成熟,酸度就比較高;反之,越熱帶的地方水果越成熟越甜,水果的酸度就變低了。不說可能不知道,葡萄其實是自然界中酸度相當高的水果之一,高含量的酒石酸(重量百分比 0.7% 以上)為葡萄非常獨特的特徵,於分子考古學上,常利用器皿上檢驗出酒石酸來推斷該遺跡有葡萄酒釀造文化的依據(註釋 4)。

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甜度

釀酒葡萄的採收糖度多落在糖度 24-26 度之間(240 g/L – 260 g/L),而這麼多的糖大多是被酵母菌經過酒精發酵轉化成酒精,僅留下少部分殘留於酒中。不甜的酒其實也可能有殘糖,只是我們味覺感受不到因此覺得不甜,這種乾型酒(dry wine)業界殘糖大概是 10g/L 以下。近年普遍流行半乾型酒(off-dry wine),其殘糖在 20g/L 以下,喝起來微微感受得到甜味但又不至於覺得是甜酒,適口性提高許多,許多入門款的紅白酒都會刻意作成這樣的風格。

其實不含殘糖有眾多的好處,其中最重要的是微生物菌叢的穩定性。葡萄裡的葡萄糖和果糖是最簡單的能量來源,有不少的微生物可以在單純的糖水溶液中生長,而這也包含了眾多的腐敗雜菌。於古希臘、羅馬時代,環境衛生及隔氧技術尚未發達前,發酵至全乾有助於葡萄酒的保存,因此乾型葡萄酒深植這文化歷史中,也奠定了葡萄酒的主流風格。

另一個發酵至全乾的好處則是更能表現酒優異的品質,避免糖的遮蔽效應(當然,前提是酒的本質要夠好) 。 糖可以有效的降低酸跟苦的感受,但同時也可能遮蔽了許多微細氣味的表現。葡萄酒的品評是鑑賞眾多氣、味的組合,當然不希望有搗亂份子來干擾我們的享受。

苦與澀

葡萄酒在陳放的過程中多酚類會發生緩慢的氧化聚合。圖/BY 作者提供

這兩種感受其實都來自葡萄酒中的多酚類,也就是業界所謂的丹寧(tannin)。澀是一種觸覺,當酒中的多酚類與唾液蛋白結合時,會降低唾液的潤滑作用,使口腔內有如同喝完濃茶的乾乾澀澀的收斂感;而多酚類中,兒茶素(catechin)的延伸物發現會與人體的苦覺受器結合產生程度不等的苦味(註釋 5)。

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澀也是影響酒體的重要因素。然而不同於先前提及的酸,葡萄酒在陳放的過程中多酚類會發生緩慢的氧化聚合,所形成的巨分子可能因為結構上與唾液蛋白較難發生鍵結或是親和力降低,因此陳放過的葡萄酒丹寧「軟化」變「順」了,而這氧化聚合的反應也正是紅酒抗氧化活性的來源,多酚類含量越高的葡萄酒,抗氧化活性越高。

谷氨酸是構成蛋白質的組成胺基酸之一。圖/BY 作者提供

葡萄酒隨著時間陳放除了丹寧軟化,風味上也會逐漸產生一股猶如肉汁的鮮味,在歐美人士的味蕾,常常被當做好酒的品質標的。葡萄酒裡頭有肉汁的味道?乍聽之下可能覺得很不可思議,但卻是有科學證據的。味精能讓菜餚變得鮮甜,正是因為味精(谷氨酸鈉)溶於水後的谷氨酸離子是鮮味受器的受質之故。

谷氨酸是構成蛋白質的組成胺基酸之一,葡萄皮裡頭的游離胺基酸、經過葡萄自身酵素水解的果肉蛋白或是發酵終期自體水解的酵母菌,都是提供谷氨酸以及鮮味的來源(註釋 6),只是剛好因為葡萄酒裡頭蛋白質含量本來就很低,外加酵母菌自體水解在自然的情況下需要長時間的陳放,很剛好只有在老酒中才會出現,因此物以稀為貴。

來自氣泡的清爽感

酵母菌進行酒精發酵將單糖轉換成酒精的同時,另一個產物便是二氧化碳。一般的葡萄酒由於酒精發酵是在半開放的醱酵槽中進行,所生成的二氧化碳會隨著時間緩慢地揮發飄散到環境中,不會殘留在裝瓶的葡萄酒中;相反地,氣泡酒則是透過加壓的密閉環境,像是直接在玻璃瓶內進行二次發酵或是使用加壓的發酵槽進行,讓二氧化碳得以溶入酒裡頭,直到開瓶的時候瓶內壓力下降至環境大氣壓力,二氧化碳再次從酒裡頭釋出,變成我們所看到一粒粒向上冒出的氣泡。於口中,這些氣泡所帶來的刺激是觸覺,連同酒裡的酸構成氣泡酒獨有的刺激清爽感。

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葡萄酒之所以迷人之處,在於歷史、在於風土、更多在於那一瓢飲中所帶來的種種味覺(甚或觸覺)體驗。啜一口細細品味一瓶酒所帶來的酸、甜、苦、鮮之後,回頭細想微生物學之父  路易.巴斯德曾說的:

” A bottle of wine contains more philosophy than all the books in the world.“,(一瓶酒蘊含的哲理勝過世界上所有的書。)

一瓶葡萄酒裡所有的哲理能用開闊的心態來面對人生裡的各式難題,生活,真能變得可愛許多。

圖/BY Pixhere

______貼心提醒:未滿18歲請勿飲酒.酒後不開車.開車不喝酒______

覺得意猶未盡、還想知道更多?來報名「美酒中的科學:品味葡萄酒的第一課」吧!

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註釋

  1. Brandbury J. 2004, Taste Perception: Craking the Code. Plos Biol 2(3) 0295-0297.
  2. Barretto, R.P.J., Gillis-Smith S., Chandrashekar J., Yarmolinsky D.A., Schnitzer M.J., Ryba N.J.P., Zuker C.S. 2015, The Neural Representation of Taste Quality at the Periphery. Nature 517, 373-376.
  3. Lawless, H.T., Heymann, H., 2010, Sensory Evaluation of Food Principles and Practices (Chapter 2).
  4. McGovern P.E. 2009, Uncorking the Past – The Quest for Wine, Beer and Other Alcoholic Beverages.
  5. Yamazaki T., Narukawa M., Mochizuki M., Misaka T., Watababe T. 2013, Activation of the hTAS2R14 Human Bitter-Taste Receptor by (-)-Epigallocatechin Gallate and (-)-Epicatechin Gallate. Biosci. Biotechnol. Biochem. 77(9) 1981-1983.
  6. Klosse P. 2012, Umami in Wine. Res. Hosp. Manage. 2(1/2) 25-28.
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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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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

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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采采蠅與寄生蟲,以及空氣中的油膩愛情
寒波_96
・2023/04/04 ・4059字 ・閱讀時間約 8 分鐘

非洲的采采蠅(tsetse fly)以吸血維生,但是它們也時常是錐蟲的宿主,如果吸食人血,便有機會將錐蟲傳染給人類,引發昏睡病,在非洲導致不少問題。

昆蟲常以費洛蒙作為溝通媒介,采采蠅也不例外。2023 年發表的新研究,找到幾款采采蠅使用的費洛蒙,能促進情慾交流;而且又發現感染錐蟲會改變費洛蒙組成,求偶時還會降低身價。

在非洲體驗大自然,務必注意采采蠅!圖/TripSavvy / Nez Riaz 

昆蟲的氣味語言

舌蠅屬(Glossina)旗下有多個物種統稱「采采蠅」,這項研究著重的是 Glossina morsitans,為求簡便,本文之後直接稱之為「采采蠅」。要注意還有不一樣的其他款采采蠅,本文後面會登場一種。

費洛蒙是生物排放到體外,用於溝通的訊號分子,可謂是昆蟲的化學語言。一如人類的花言巧語或暴言各有巧妙,各種昆蟲使用不同費洛蒙,能達到不同效果。

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從前對采采蠅的費洛蒙也不是一無所知,以前知道有一種化學分子 15,19,23-trimethylheptatriacontane,也叫作 morsilure,被采采蠅當作費洛蒙。此分子是主鏈為 37 個碳鍊長,總共有 40 碳的脂肪酸衍生物,而且含量非常多,5 天大的女生超過 4 mg。

有些費洛蒙輕盈,可以揮發;也有的飄不起來,要直接接觸。40 碳的分子體重太胖,只能直接碰觸,可以說是一種接觸式的油膩情慾。

傳宗接代,迅速而持久

新研究的目標是探討:采采蠅是否存在揮發性費洛蒙,又如何作用。比較效果之前,要先了解采采蠅情慾交流的正常狀況。

把沒有性經驗的一男一女擺在一起,20 組幾乎都迅速合體,在 15 秒內開始啪啪啪(請自行腦補音效);而且平均 do 愛 58.5 分鐘之久,持久力一級棒。

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讓一女一男共處一室,紀錄它們的交配過程。所有沒有性經驗的采采蠅,都在幾分鐘內合體,延續超過 55 分鐘。圖/參考資料1

拿來對照的對象,是常被當作實驗動物的黃果蠅(Drosophila melanogaster)。黃果蠅和采采蠅雖然都叫蠅,但是親戚關係比人和猩猩之差還要遠,不是最合適的比較對象,不過是最方便取得的材料。

黃果蠅平均要等 22 分鐘才男女合體,維持 20 分鐘左右,明顯不如采采蠅對性的渴望。然而,采采蠅的實驗,假如一方換成交配過的女生,原本興致高昂的男生竟然會完全不想 do 愛,判若兩蠅。

總之,采采蠅情慾交流的正常狀態是,由男生向女生求偶,女生很快接受。過程中吸引男生辨識的「女蠅味」是哪些費洛蒙呢?

空氣中充滿愛情的味道

采采蠅的費洛蒙是脂肪酸衍伸物,和果蠅、螞蟻一樣,能用有機溶劑己烷(hexane)分離。

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可是一開始實驗,把接觸采采蠅 10 分鐘的己烷塗在棒棒上,結果不論是有或沒有性經驗的男女,4 類原味樣品對男生都毫無吸引力。

做過實驗都知道,沒反應不能寫論文 💔。所以又把搜集費洛蒙的時間延長到 24 小時,這下就對惹 ❤️!

觀察得知,沒有性經驗的處女原味,能吸引 60% 男生;有性經驗的女生則是 27%;男蠅味對男生依然缺乏吸引力。

把采采蠅身上萃取的氣味,塗在棒棒上,觀察是否會吸引采采蠅。圖/參考資料1

「女蠅味」具體是什麼呢?用氣相層析質譜儀(Gas Chromatography Mass Spectrometry,簡稱 GC-MS)分離可得到 6 種化學物質。

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3 種是脂肪酸:16 碳的棕櫚酸、棕櫚油酸,以及 18 碳的油酸。3 種是脂肪酸加上甲基酯(methyl ester)的衍生物:methyl palmitoleate(MPO)、methyl oleate(MO)、methyl palmitate(MP)。

就算是做這一行的,大部分也會覺得那一串名詞彷彿火星文,反正就是好幾種結構略有不同的油。但是以訊號分子來說,重點不是有多油膩,而是這些分子會啟動哪些神經反應,又影響哪些行為。

費洛蒙有時候化學結構只差一點點,意義完全不同,就像人類講話,「我日常生性活潑,想要多交朋友」和「我日常性生活潑,想要多交朋友」意思就很不一樣。

采采蠅身體外,存在感最明顯的 6 種分子,包括 3 種脂肪酸以及 3 種脂肪酸衍生物。圖/參考資料1

饞她身子的味道,油膩的情慾語言

女蠅味 6 種成分逐一測試,女生們完全不為所動。至於男生,3 款脂肪酸都缺乏吸引力,不過 3 款衍生物都有吸引力,尤其是塗抹 MPO 的棒棒,能吸引 87% 男生,效果最強(有人覺得奇怪,比前述實驗 60% 更高嗎?應該是因為濃度更高,效果更強)。

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費洛蒙有具體的收訊器,訊號應該是透過觸角(antenna)上的感覺受器傳達,因為如果把觸角切除,男生也不會起反應。

為了進一步認識費洛蒙的效果,研究者又將費洛蒙塗在近親物種 Glossina fuscipes 身上。正常時這次的主角 Glossina morsitans 采采蠅男生,對異種女生不會有性趣;但是近親女 MPO 上身後,有 60% 男生會撲上來。

可見單單 MPO 這種化學分子,便對男生有強烈的誘惑力。可是這只是單方面的喜歡,近親女依然對異種男生毫無感覺,會把他們馬上踢開。

感受情慾的神經元

不一樣的費洛蒙,會激發不同感覺神經元,就像把某個開關打開。采采蠅的觸角上有許多微小的感覺零件(sensilla),各自配備不同的受器神經元。被激發的 sensilla 上存在兩款神經元 A 與 B,對不同物質起反應。

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MPO 會刺激 B 神經元,而且分隔一段距離,透過氣流傳送便有效果。由此判斷 MPO 是揮發性作用的費洛蒙。

但是同樣的距離,MO 與 MP 都不起反應。不過縮短到距離 1mm 後,MP 就能刺激 B 神經元,MO 則能同時刺激 A 與 B。這兩款費洛蒙僅管結構類似 MPO,卻要近到快直接接觸才有作用。顯然這種事不能看結構鍵盤辦案,要實測才知道。

測試費洛蒙是否可以透過氣流飄送,只有 MPO 能在比較遠的距離起作用。圖/參考資料1

奇妙的是,這些費洛蒙對近親物種 Glossina fuscipes 的神經元,幾乎都不起作用。因此上述費洛蒙與受器的組合,僅限於 Glossina morsitans 這款采采蠅,和其他物種未必有共通語言,近親即使收到也理解不能。

寄生錐蟲降低身價,采采蠅也是受害者

不少采采蠅體內存在錐蟲,吸血時成為傳播媒介。檢驗發現,錐蟲對采采蠅的影響也非常明顯,會大幅影響求偶選擇。

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采采蠅的求偶是男生提出要求,女生決定是否接受。觀察得知,有或沒有感染的兩男,如果和處女共處一室,女生接受兩者的機率差異不多。但是有或沒有感染的兩女,給男生選擇,男生 100% 挑選沒有感染的女生。

這麼看來,有錐蟲寄生的女生,在男生眼中是比較差的對象,但是不知道男生如何分辨。費洛蒙方面,被寄生的采采蠅又會多出 21 種揮發性小分子,也許有所影響,可惜這些氣味的具體作用仍不清楚。

采采蠅感染錐蟲與否,費洛蒙們明顯有別。圖為氣相層析在不同時間點,陸續分離出的分子,感染錐蟲的采采蠅多出許多種分子。圖/參考資料1

上述結果都是實驗室中的測試。采采蠅在野外活動時,或許大部份候選蠅都是感染錐蟲的不理想對象。野生的采采蠅實際上如何擇偶,也許是另一番光景。不過應該能推測,它們也不喜歡錐蟲。

食慾與情慾的開關一同打開,吃飯,順便do愛?

野生的采采蠅,要自己尋找對象。最容易碰到異性的場合是采采蠅餐廳,也就是被吸血的動物周圍。實際觀察到,采采蠅常常在獵物附近順便情慾交流。

動物散發的氣味分子,就像餐廳飄出的香味,吸引采采蠅前來覓食。有趣的是,獵物排放的 4-methylphenol、1-octen-3-ol 兩種揮發性物質,和采采蠅的揮發性費洛蒙 MPO 使用同一套神經受器。

或許采采蠅去吃飯,開啟食慾的同時,也一同釋放情慾的開關。交配和吃飯是兩回事,如果能一次滿足,也很棒。

如果對氣味在各種生物的角色有興趣,可以閱讀科普書你聞到了嗎?:從人類、動植物到機器,看嗅覺與氣味如何影響生物的愛恨、生死與演化》。

延伸閱讀

參考資料

  1. Ebrahim, S. A., Dweck, H. K., Weiss, B. L., & Carlson, J. R. (2023). A volatile sex attractant of tsetse flies. Science, 379(6633), eade1877.
  2. Chemical notes of tsetse fly mating

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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【公視《神廚賽恩師》】 豐富人生的新「鮮」味,有關「鮮」的大小事!
公視《神廚賽恩師》_96
・2023/02/24 ・1114字 ・閱讀時間約 2 分鐘

我們做菜為了提升食物的「鮮味」,經常會加入味精,但很多人都說味精對人體不好要少吃,但其實味精是一種叫「麩胺酸」的天然物質,許多食材裡面都有。科學界也指出,味精沒有傳言中那麼有害,只要巧妙的運用它們,我們也能做出味道鮮美、層次豐富的健康料理喔!

新「鮮」故事-鮮味的古往今來

人類從什麼時候開始使用「鮮」這個味覺的呢?「鮮」被列入味覺的行列裡,可說是近代的事,這就要從1908年日本的一碗味噌湯說起! 味噌湯在日本可說是再平常不過的料理,但當時在大學擔任化學教授的池田菊苗先生,某天下班在喝太太煮的味增湯時,發現湯裡有種從未喝過驚為天人的味道,深遂而幽遠的「鮮」美滋味,一問之下才知道,原來太太在湯裡加了昆布,研究精神爆發的池田先生,就一口氣買了大量的昆布,用大型蒸發皿去煮,最後得到有機體結晶,而這種結晶物質就是會產生鮮味的「麩胺酸」,用這種方法他也發明了「味精」。 由於鮮味是獨立的味道,沒辦法用「酸甜苦鹹」四種基本味道調出來的,因此,才會被認定是人類的第五種味覺。

「鮮」給人最直接的感覺就是「甜」跟「香」,這和食材中所含的物質有密不可分的關係,鮮味物質主要有「麩胺酸」、「肌苷酸」跟「鳥苷酸」三種化學物質。常見的食材如:昆布、蕃茄、玉米、蘿蔔、干貝、雞肉、牛肉、排骨、柴魚、蝦子、金針菇、海苔……等等。而「鮮」不只存在天然食材中,其實有很多發酵食物也有豐富的鮮味,世界各地常見的鮮味發酵食品,在歐洲有「帕瑪森起司」,東南亞有「魚露」,到了東亞有則有「醬油」、「豆腐乳」、「味噌」。這些在味精發明前就有了,古人真的很早就會運用鮮味了呢!

圖片 / 公共電視提供

全新第三季《神廚賽恩師

公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從 Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房 36 法」中的科學知識。第三季節目於 2023 年 2 月 3 日起,每週五晚上 6 點在公視主頻首播,公視 3 台每週五晚上 7 點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視 3 台週日晚上六點播出。

▸《神廚賽恩師》第三季將於 2/3(五)起,18:00 在公視主頻首播

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其他播出資訊

▍ 公視頻道每週五晚間 18:00、公視三台每週五晚間 19:00 (首播)

▍ 公視頻道每週六早上 09:30、公視三台每週日晚間 18:00 (重播)

▍ 並將於公視+ 影音平台完整上架 敬請期待

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公視《神廚賽恩師》_96
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公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房36法」中的科學知識。第三季節目於2023年2月3日起,每週五晚上6點在公視主頻首播,公視3台每週五晚上7點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視3台週日晚上六點播出。