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養貓不需要理由:萌貓何以征服人類的心?--《我們為何成為貓奴?》

PanSci_96
・2017/09/22 ・3557字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

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  • 【科科愛看書】G編 / 隨著人類拓荒的腳步逐漸遍及地球的每個角落,許多受到馴化的動植物也走入了我們的生命。然而,卻很少有馴化動物像家貓對人類沒什麼貢獻,還一臉嬌貴、臭屁又囂張。究竟貓為什麼可以輕易地激起人類的憐愛,讓我們心甘情願向牠臣服?這群看似慵懶、實則精明的獵人怎麼適應與人類的同居生活?又怎麼改變了我們的行為?就讓資深貓奴用科青的精神寫成的貓奴手冊《我們為何成為貓奴?這群食肉動物不僅佔領沙發,更要接管世界》,揭露貓皇帝那些你不知道的故事吧!
家貓之所以能大獲全勝,關鍵在於人類的心血來潮與惺惺相惜。圖/julochka@Flickr

感覺起來,家貓的存在超越了實用價值。馴化貓的理性動機實在太過薄弱,我們大概根本不曾嘗試用這種角度去思考。打從貓完成自我馴化後,就鮮少提供什麼實質上的服務,非但沒能拯救人類免於饑荒,也沒能拖慢歐陸上黑死病的腳步。然而--石器時代的村民縱容牠、埃及人尊崇牠、千禧世代將牠數位化--家貓通過了時間的考驗,現今許多人承認極度享受有牠們為伴。從某方面來看,牠們確實蠱惑了我們。

家貓之所以能大獲全勝,關鍵在於人類的心血來潮與惺惺相惜。

我們做事凡事都要有目的······除了養貓

「一般人常以為人類總是目標導向,做什麼事都有意為之。」研究動物馴化的學者葛雷格.拉爾森(Greger Larson)告訴我,「嗯······胡說八道。未必每件事都有經濟上的目的或合邏輯的典故。迷思、疑心、不落人後的比較心態,以及各種奇奇怪怪的事,都可以是驅動我們的理由。這跟文化、審美觀和巧合有關。」

其中一項非常重要的巧合,就是儘管家貓與人類擁有共同始祖的年代,最晚也得追溯至九千兩百萬年以前,但牠們卻長得和人類異常相似。更妙的是,牠們長得像人類嬰孩。人們開口閉口總說貓有多可愛,這並不是偶然,而是出自一套極為特定且強烈的生理特徵,讓科學家不惜花費心力去梳理並研究。

家貓得天獨厚地擁有所謂的「嬰兒釋出器」(baby releaser),意思是牠們的生理特徵會讓我們聯想年幼的人類,並啟動一連串荷爾蒙噴發。圖/Pixabay

家貓得天獨厚地擁有奧地利民族學家康拉德.勞倫茲(Konrad Lorenz)所謂的「嬰兒釋出器」(baby releaser),意思是牠們的生理特徵會讓我們聯想年幼的人類,並啟動一連串荷爾蒙噴發。上述生理特徵包括渾圓的臉形、肉嘟嘟的雙頰、飽滿的額頭、大眼睛和小鼻子。

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我在腦中清點自家的寵物,發現我對於這種長相似乎也特別把持不住。「哇,」我的小姑第一次見到奇多時便說,「牠的臉好像人喔!」的確如此。

其他動物的嬰兒釋出器的作用,就和人類柔弱無助的新生兒一樣,會喚起成人體內愉快、如毒品般的「催產素洋溢」,進而啟動養育行為,包括提高精細肌肉運動的協調度,以作好將嬰兒抱在懷裡的準備。因此有人形容,豢養寵物是「父母本能的錯誤投射」,或者如同演化生物學家史蒂芬.傑伊.古爾德(Stephen Jay Gould)所說:我們「被我們對自己孩子所產生的演化反應所愚弄,於是將反應轉移到擁有同樣面貌的其他動物身上」。

當然,很多動物都我見猶憐,尤其是年幼的時候,而馴化動物更是特別傾向於將嬰兒時期的面貌帶入成年階段。這類稚氣的長相,有些是源於篩選出容易受教的性情的結果,不過另一方面也反映出我們的偏好,例如有長臉和尖鼻子的狼一點都不可愛,但許多品種的狗都令人愛不釋手。我們對嬰兒釋出器的難以抗拒一定影響了巴哥犬這類動物的養成。說實話,許多賽級犬也都長得超級像貓,例如博美。

我們對嬰兒釋出器的難以抗拒一定影響了巴哥犬這類動物的養成。圖/Max Pixel

家貓,包括成貓,甚至原始的野生非洲野貓,都正好天生長得與人類嬰孩相似,完全沒有經過任何加工。一部分與牠們的體型有關--平均體重約 3.6公斤,恰好和新生兒相仿(很多人知道,我會像抱嬰兒般把我家較老實的貓抱在懷裡);另一部分與聲音有關--貓的喵叫讓人聯想嬰兒的哭聲,而且研究顯示,貓可能還與時俱進地調整過發聲,好更準確地模仿嬰兒哭聲;還有一部分與關鍵的臉部特徵有關,這其實反映出貓科動物致命的解剖結構--短而有力的下顎造就渾圓的臉形,而小小的塌鼻子則顯現牠們和狗不一樣,因為氣味並不是牠們獵食策略的基礎。

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但真正的祕密武器可能還是牠們的眼睛。

貓眼:萌點滿分的獵命武器

貓眼有狹長的瞳孔和超級敏感的視網膜,能在夜晚像月亮一樣發光,與我們的眼睛構造大不相同,不過貓眼與人眼在幾個重要地方仍看來十分類似。

譬如,貓眼超級大顆,成貓的眼睛幾乎和人類的一樣大,而幼貓的眼睛在小臉上看起來更是水汪汪的。或許是因為我們潛意識中,會聯想到自己濃眉大眼的小孩,間接促成動物的眼睛也能發揮強大的商業廣告號召力。像是貓熊的黑色眼罩,就讓牠們相對而言小得像豆子的眼睛有了放大一百倍的效果,因而脫穎而出,成為世界自然基金會的保育代言人。不過,依家貓(儘管一點都稱不上瀕危動物)的人氣來看,牠們的募款功力大概跟貓熊有得拚了。

貓的眼睛不但大,擺放的位置更是巧妙。其他許多可愛小動物(例如兔子)的眼睛大多長在頭部兩側,讓牠們能擁有更寬廣的視野,就連狗的眼睛也都微微偏離中央。然而貓是伏擊式的掠食者,為了撲倒快速移動的獵物,尤其在晚上,牠們必須精準拿捏距離遠近,因而演化出獨霸所有食肉動物的絕佳視覺。這種視覺策略必須仰賴雙眼的視野重疊,所以貓眼才發展成面向前方、位於頭部前端的中央。

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貓眼超級大顆,成貓的眼睛幾乎和人類的一樣大。圖/Pixabay

人眼亦是如此,但靈長類動物不是伏擊式的掠食者,而是素食者,我們利用位於臉部中央的眼睛來達到截然不同的目的:掃視近處的樹叢,尋找成熟果實;或從近代來看,用來判讀其他人的表情。貓眼的位置是讓牠們的臉看起來如此像人的主要因素(另一種依賴視覺的夜行性掠食者--貓頭鷹,其臉部的配置也很類似人類。這或許能解釋,為什麼跟禿鷹相比,我們比較喜歡貓頭鷹)。

貓的五官完美融合了各種可愛元素,然而牠們看起來還是很像曾經屠殺我們祖先的大貓。所以說,貓有著一張強大掠食者的臉,但同時也有一張如孩子般的臉龐。這樣的組合營造出令人眩惑的張力,對女性來說似乎尤其如此。

為什麼我們對可愛的貓如此沒有抵抗力?

事實上,嬰兒釋出器帶來的催產素效應,在生育年齡的女性身上似乎特別顯著。波斯貓貓迷和救援團體等貓界的核心均以女性為主,儘管這已經算是基本常識,我卻對那種斬釘截鐵的母性氛圍毫無心理準備。像是在最高檔的貓展會場中,名字和血統可以寫滿一整頁的冠軍貓仍舊被單純稱作「小少爺」或「小公主」。人們會情緒激昂地說,「妳能相信嗎? 那個俄國評審竟然直接把我的小公主往地上丟!」此外,從有機肉泥到高級推車,很多嬰兒用品都有推出貓咪版,而空前成功的貓用品網站「奧斯潘德」(Hauspanther)的創辦人,正是從嬰兒用品起家的。

倒不是說石器時代住在近東地區的太太小姐們,會把貓放在膝頭上逗弄。這種媽咪型衝動,是從漫長、緩慢、複雜且經常令人費解的歷史累積而來的奇怪產物。但是牠們實實在在的可愛外貌,加上天生過人的膽識,有助於解釋為什麼當有那麼多其他物種待在寒冷的門外時,家貓可以將爪子伸進我們的門內。

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貓有著一張強大掠食者的臉,但同時也有一張如孩子般的臉龐。這樣的組合營造出令人眩惑的張力,對女性來說似乎尤其如此。圖/Pixabay

對人類來說,擁有假寶寶--「虛擬親屬」(fictive kin),套用演化心理學家的行話--究竟有什麼意義與好處尚不明確。有些學者揣測,一方面可能是練習撫養自己的孩子,一方面可能是向潛在的伴侶展現我們為人父、為人母的技巧。其他人則聲稱,家貓更趨近於一種「社會寄生物」,剽竊了人類的養育本能,掠奪本該屬於我們親生骨肉的時間、關注以及其他資源。

就目前而言,應該可以這麼說:家貓結合了演化後的行為與天生美貌,對我們發揮了某種輕度控制力。我們以豢養牠們的同等程度成為牠們的禁臠。牠們吃我們的食物,卻沒有太多可以回報。牠們正醞釀著更偉大的征服計畫。

貓雖然會向人撒嬌,會美美地坐在我們的定居地,會大口品嘗垃圾,會避免與溝鼠狹路相逢,但牠們卻「不見得」要待在我們的身邊。畢竟,牠們仍然是貓,永遠都能退回已經今非昔比的野外。如今,家貓不再是中級獵人,在這個人造世界裡,牠們是頂級掠食者。

本文摘自《我們為何成為貓奴?這群食肉動物不僅佔領沙發,更要接管世界》紅樹林出版。

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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
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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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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 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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【貓奴指南】把「貓界大麻」貓薄荷抹在身上,除了方便吸貓/給貓吸還有什麼作用?
PanSci_96
・2024/02/20 ・512字 ・閱讀時間約 1 分鐘

為什麼貓這麼喜歡貓薄荷呢?

原來是貓薄荷裡的荊芥內脂導致貓咪吸了貓心大悅,不住翻滾、流口水、打呼嚕。

但是,貓薄荷不是對所有貓都有用。不到六個月的小貓似乎不會有反應,而且有的貓喜歡,有的貓不喜歡……咦,這還和遺傳有關係嗎?

想要同時驅蚊,又讓貓貓情不自禁饞你身子嗎?那你一定要試試貓薄荷!

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荊芥內脂不只會讓貓咪快樂似神仙,也會活化蚊子體內的受體蛋白,接觸到的蚊子會產生搔癢和刺痛感。哈哈小蚊子,你也來嘗嘗癢癢痛痛的痛苦!

給你的貓貓來點刺激的快樂草吧!

延伸閱讀

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