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每隻螞蟻都有眼睛鼻子,有沒有差別又有何關係?臺灣新種「鍾氏原細蟻」,發現!

活躍星系核_96
・2017/10/14 ・1973字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 461 ・五年級

文/徐伯瑋

「每隻螞蟻,都有眼睛鼻子,它美不美麗?偏差有沒有一毫釐?有何關係?」

—《王菲‧開到荼蘼》

一般人往往覺得螞蟻的長相沒什麼差異,不過看在昆蟲分類學家的眼裡,可以「相差大過天地」。

2015 年秋季,我和森林遊憩課程的同學一同來到了南投縣進行兩天一夜的參訪。臨走之前,我從一處邊坡上挖了最後一袋土壤樣本之後便匆匆地回到小巴士上,準備返回台北。

落葉袋採集法(Winkler extraction)是一種採集底棲無脊椎動物的方法,也是目前調查螞蟻種類最有效的方法之一:將一處土壤帶回來之後,放入一個類似洗衣袋但網目較大的袋子裡,再將它掛入另一個底部裝有酒精收集瓶的大布袋之中。由於過程中的擾動以及隨後土壤緩慢地乾燥,裡頭各式各樣的生物便會開始往外跑,最後掉入酒精瓶中。

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(小蟲蟲:塊陶阿!)

落葉袋用具的示意圖。左邊是在採集時能先將較大的土塊與枝條篩掉的網袋,右邊則是土壤樣本帶回來之後所需要的落葉袋內外部構造。圖/作者提供

落葉袋懸掛了一周之後,我從那千里迢迢帶回來的樣本中找到了一隻小螞蟻。在用顯微鏡檢查之後我赫然發現,似乎這隻螞蟻與幾天前彰師大實驗室的許伯誠學長貼在臉書社團中的一種罕見的螞蟻有幾分神似。當時發現的是一整巢罕見的林氏原細蟻Protanilla lini),除了新種發表時的樣本之外,這種螞蟻已經有近二十年沒有採集紀錄。而我採集到的這隻螞蟻看外貌是種原細蟻,然而牠的腰節卻與林氏原細蟻有明顯的不同。

再更進一步與螞蟻資料庫比對之後,我發現這隻螞蟻果然與世界上其他的原細蟻(不到十種)也都有顯著的不同,因此更確信牠為一個未曾被描述過的種類。此時,我便開始著手進行收集更多的研究材料。

當時的 FB 頁面與照片。真的是天時地利人和,才有辦法在一個月裡面發現兩種原細蟻。圖/作者提供

模式標本是物種命名不可或缺的一部分。分類學家除了要選定唯一一隻標本作為正模式(Holotype)乘載該物種的名稱,也可以指定其它標本做為副模式(Paratype),用以代表物種內的型態差異。

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螞蟻屬於社會性昆蟲,除了不同隻工蟻本身就會有的差異之外,不同階級之間,像是蟻后與工蟻的差異甚至會更大(沒錯,這已經相差大過天地了)。因此若是能採集到更多的工蟻以及其它不同階級的螞蟻來比對,那對新種的描述以及未來的研究將會有非常大的幫助。

為此,隔年三月,我們在許伯誠學長的幫忙下,於同一地點採集到了一巢完整的新種螞蟻聚落,其中包含了珍貴的蟻后。綜合以上述材料,我們整理了臺灣原細蟻屬這兩個種類的分類及生態資料,提供工蟻和蟻后的型態描述與圖片、世界上已知工蟻的檢索表、以及生物學觀察,並將此研究發表在動物學分類《Zootaxa》中。

現今世界上共有 12 種已描述的原細蟻。和其它已知的細蟻亞科成員一樣,牠們的工蟻沒有眼睛,被認為長久居住於土壤之中,鮮少在地表活動,並專門以蜈蚣為食。除了和其它大多數螞蟻一樣擁有可癱瘓獵物的螫針,原細蟻還具有類似於顎針蟻 (Anochetus)或鋸針蟻(Odontomachus)的陷阱式大顎(trap-jaw),這種大顎就像捕獸夾一樣,會在獵捕或警戒時打開至180度,等遇到目標時再快速合起,緊抓住獵物或敵人。

臺灣目前的 2 種原細蟻,包含了 2009 年寺山先生所發表,以採集者林宗岐教授為名的林氏原細蟻,以及本研究首次描述的新種,鍾氏原細蟻(P. jongi)。這個名字紀念帶領我開始研究螞蟻的鍾兆晉老師,並且剛好能讓他與認識多年的好友林宗岐教授以特殊的方式一同留名。

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鍾氏原細蟻(上)和 林氏原細蟻(下)的工蟻。可以發現鍾氏原細蟻只有一個明顯分離的腰節,但是林氏原細蟻卻有兩個。圖/作者提供

除了新種之外,還記得剛才提到鍾氏原細蟻那個引起我注意的腰節特徵嗎?這個非典型的原細蟻特徵,其實與中國的叉齒細蟻屬 (Furcotanilla)極為相似。因此藉由我們在鍾氏原細蟻這個新種所發現到的,介於原細蟻與叉齒細蟻的形態資訊,我們便能理解到原細蟻屬內特徵的變異範圍。

幾經考慮,我們最後認為叉齒細蟻屬應該定位成原細蟻屬內的一個特化支系,最後將其視為原細蟻屬的同物異名(synonym)。我想這樣一個簡單的研究案例,也彰顯出了現代基礎分類學的重要性。因為每一個演化支系的發現,都能幫助我們對整個類群有進一步的了解。

故事自此,相信客倌您已經知道王菲是錯的。螞蟻的眼睛鼻子真的真的很重要,而且你還會發現不是每隻螞蟻都有眼睛的。不過話又說回來,「螞蟻的鼻子」這個東西,到底該怎麼定義呢?

參考資料

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  1. Hsu PW., Hsu FC., Hsiao Y., Lin CC. 2017. Taxonomic notes on the genus Protanilla (Hymenoptera: Formicidae: Leptanillinae) from Taiwan. Zootaxa 4268 (1): 117–130
  2. Agosti D., Majer JD., Alonso LE., Schultz TR. 2000. Ants – Standard methods for measuring and monitoring biodiversity. Smithsonian Institution Press, Washington, D.C.
  • 此文由徐伯瑋撰寫,響應 PanSci 「自己的研究自己寫」,以增進眾人對基礎科學研究的了解。
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活躍星系核_96
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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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