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動物方城市實境秀:野生動物在城市過著怎樣的生活?──《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2018/04/07 ・3506字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

城市是人類活動和發展的樞紐,全球有超過 35 億人住在市區;據信,此數字到了 2050 年左右時幾乎會翻倍。隨著越來越多人湧入城市,更多種類的動物也將在此出現。這些聰明的生物得以適應變化多端的環境、抓住生存機會,並在我們周遭興旺繁衍。

這主要是因為有人類的地方便有食物──而且還是大量的食物。我們所生產的食物量極大,乃至於有項研究估計,光是在紐約市的某個小區域,昆蟲每年消耗的食物量就相當於 6 萬根熱狗。

對於那些生活在你我之間的動物而言,我們的城市就像一間吃到飽餐廳!

圖/《知識大圖解》提供

在城市的街道上,可見老鼠之類的動物受丟棄的垃圾所吸引而成群到來,準備享用豐盛的殘羹剩菜。接著,這些生物又引來體型大上許多的掠食者──牠們將在喧鬧的城市中,冒險捕捉迅速增加的獵物族群。在英國,人們習慣看到老鼠和松鼠等動物,以及獾、狐狸和老鷹等體型較大的掠食者。然而,往更野外走去,當向外擴張的城市模糊了人類與動物居住地之間的界線時,就連體型更大的生物也會冒險走上街頭。

人類製造了大量食物,使城市成為動物吃到飽餐廳。 圖/ahundt @Pixabay

世界各地的城市動物

在印度孟買,可見花豹漫步在高樓之間,捕獵貓狗等寵物,這是由於花豹的天然棲地因城市發展而喪失。同樣地,山獅和山貓也在洛杉磯的街頭徘徊,因為擴張中的洛杉磯市侵占了牠們位於周圍山丘的自然分布區。在美國各城市中,機敏的黑熊則生活在人類社會的邊緣。牠們會巡查大型垃圾箱,藉此尋找美味的食物,並獲悉到哪覓食會既快又輕鬆,且比獵鹿來得省力。有些黑熊甚至把覓食時間從白天調整為夜晚,以避開人類的干擾。

如今,芝加哥等城市裡的郊狼已很常見,且比以往更常在白天現身街頭。柏林也有蓬勃繁衍的野豬族群;據估,約有 8000 頭野豬漫步於該市的公園,並大膽闖入街道──街上有食物可搶,且獵人很少。

圖/《知識大圖解》提供

在英國,城市動物除了有豐富的食物來源外,還可獲得其他眾多福利。比方說,城裡有許多可供藏身的地方──建物內部和結構體底下的角落、縫隙與躲藏處,以及可用來養育幼仔的眾多花園棚屋。多虧了英國的建築工法,這些地方通常與外界隔絕且溫暖,可謂完美的動物藏身處。隨著城市發展擴及鄉間,動物會進城另覓居所也就不足為奇。

隨著一代代的動物跟著人類一起生活,牠們必然學會了如何適應城市環境。灰松鼠是生活在公園和林蔭街道的最常見動物之一,牠們於 19 世紀末期從美國引進英國。城市生活對這些小型樹居動物極具吸引力,因為城市提供了充足的空間和食物;而今,灰松鼠已比英國原產的紅松鼠來得更常見。灰松鼠住在樹的高處,能靠各種食物為生;且相較於野外,市中心的掠食者也少多了。此外,野外的灰松鼠會以各種方式(如叫聲)彼此溝通;但人們發現某些城市灰松鼠只喜歡用尾巴進行肢體溝通,牠們極有可能是藉此克服噪音汙染所帶來的影響。

隨著一代代的動物跟著人類一起生活,牠們必然學會了如何適應城市環境。

了不起的狐狸

這些小型的鏽紅色犬科動物在英國各地的城鎮都很常見。狐狸是在 1930 和 1940 年代來到城市,之所以頗能適應城市生活,是因為牠們並不挑食。天生投機的狐狸常選擇搜食垃圾這個速食選項,而非獵取獵物,這也使得城市生活對牠們來說顯得極富吸引力。

可惜的是,城市狐狸名聲不佳,因為牠們和人類相處時不知分寸(城市狐狸與鄉間狐狸的真正差別在於前者往往不怕人),且攝食對象包含家畜和花園中的水果。然而,城市狐狸的生活並不容易;由於道路交通和害蟲防治所帶來的危險,這些聰明動物的壽命僅約兩年。

圖/《知識大圖解》提供

科學家如何看待城市動物?

從演化的觀點來看,城市是種十分新型的環境,因此這些動物能遷入城市、對抗各種陌生挑戰,進而開始興盛繁衍,可說是相當驚人。然而,這只有某種類型的動物才辦得到;研究顯示,那些以城市為家的動物也變得越來越聰明。一項美國研究調查了過去 100 年來小型城市哺乳類動物的頭骨,結果顯示:相較於鄉間的同類,城裡的小型哺乳類動物腦部急劇增大,這可能意味著生活在城市環境裡需要較高的認知功能。

從行為的觀點來看,城市動物確實要比鄉間的同類來得大膽。許多城市動物不會避免與人接觸;有趣的是,科學家也發現,城市動物通常較不具侵略性。

雖然有許多動物生活在街道上,但我們位於城市的住家也是野生動物的安居處,即便我們不知道或沒發現牠們的存在。當然,有些明顯的闖入者(如小鼠、鳥類和蝙蝠)能以住家和辦公室的地板、天花板和壁凹為家。然而,大鼠肯定才是征服人類世界的動物。

大鼠可能是最令人類頭痛的城市動物。 圖/suju @Pixabay

大鼠被認為是地球上數量最多的哺乳類動物,牠們跟在人類身邊已有數千年之久;牠們取食我們的垃圾,受惠於我們的剩菜。據估,全球人類與大鼠的比例至少為一比一。這些囓齒動物善於繁衍後代,一對大鼠一生就能有逾 1000 個後代。綜觀這點及其占領下水道等地的能力(大鼠擅長游泳,還記得住整個通道系統的路線),就不難理解為何牠們能如此適應城市生活。

野鴿:機巧的城市佬

下起城鎮的街道,上至最高摩天大樓的上空,鳥兒也加入了這場城市遷徙,在上述空間中活動。談到城市鳥類,最為人知的或許是鴿子,緊跟其後的則是海鷗,山雀和燕雀等小型鳥類也是極為成功的城市鳥類。

雖然城市中有許多人會擺出鳥飼料來吸引鳥類,然而獵物所至之處,掠食者便會緊隨而來。如今,有比過去更多的遊隼在倫敦生活,牠們運用巧妙的狩獵技能,以俯衝的方式在半空中抓住鴿子。飼養遊隼的人會誘使或刻意讓這些猛禽去抑制小型鳥類的族群規模。這也是野生動物能惠及城市地區的另一種方式。

source:maxpixel

城市中常可見到鴿子(又稱野鴿)的身影,牠們在世界各地成群地出現。鴿子原棲息於歐洲和中東的峭壁上,後來卻離開祖先世居的岩壁,遷至混凝土建造的摩天大廈和辦公大樓。城市裡少有天然掠食者,而棲息於高處又更能遠離危險。此外,鴿子可謂是城市清道夫,會啄食任何找得到的殘羹剩菜,這就是為什麼牠們總會聚集在有大量人類活動的地區。

而今,在市中心看到的鴿子全繁衍自鴿舍的逃鴿。鴿子曾是一大肉類來源,亦曾是重要的信差,但現代科技的出現意味著我們已不再採行飛鴿傳書。

圖/《知識大圖解》提供

昆蟲也是極成功的城市謀生者;城裡的昆蟲要比鄉間還多。科學家認為,這與城市和鄉村的溫度差異有關。在城市裡,大量的建物與道路(由混凝土和柏油碎石等打造而成)會吸收並保留熱量,然後緩慢地釋出。鄉村地區在日落之後,溫度便會下降;城市卻是名副其實的儲熱區,甚至會產生「城市熱島效應」。

坐落於涼爽鄉間中央的溫暖環境會吸引昆蟲前來,這種情況在英國尤為普遍,因為該國是多種昆蟲分布的北界。此外,城市也以整體生物多樣性較低著稱,因此,對於進到城市的昆蟲來說,來自其他物種的空間和資源競爭有限,從而能讓更多昆蟲族群蓬勃繁衍。

昆蟲湧入城市或許聽來像是件壞事,但這些微小的動物能以一些有趣的方式來助我們的城鎮一臂之力。昆蟲和其他節肢動物努力清除著街上的有機物質,無論是落地的垃圾食物、秋天堆積的腐葉,還是繁忙幹道上的路殺動物。要是沒有成千上萬的昆蟲巡邏街道,城市會比現在更髒。

城市之所以能提供更多的資源,是因為人類丟棄了很多可食用的東西。此外,在城裡遭捕食的風險遠遠較低。因此,對小型獵物或敏銳而投機的覓食動物而言,城市會是個極富吸引力的地方。對掠食者來說,不但在食物上的競爭較少,還有一堆獵物可供選擇。就算狩獵不成,城裡也總有垃圾桶在等待光顧。儘管城市環境從來都不是為了動物而打造,但牠們正以驚人的速度入侵我們的街道。當城市裡充斥著動物時,往往就會爆發人類與牠們之間的衝突。許多動物就是不受城鎮所歡迎;交通工具、害蟲防治措施和想吃剩食的誘惑也為牠們帶來了各種危險。

下次當你看到鴿子在柏油路面上昂首闊步,或瞥見某隻大鼠的尾巴消失在人行道的縫隙時,請記住,你正在目睹一種全新的殖民現象;且多虧了你製造且拋下的垃圾,這些城市動物因此得以蓬勃繁衍。

 

本文為節錄版,完整報導請見《How It Works知識大圖解》 2017年10月號第 37 期

 

 

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小王子能馴服狐狸嗎?一場歷經近60年的銀狐馴化實驗
寒波_96
・2018/09/09 ・3315字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

圖/《小王子》電影劇照 via IMDb

「你是誰?」小王子問,「你很漂亮。」

「我是一隻狐狸,」狐狸說。

「你來跟我玩嘛,」小王子提議。「我好難過⋯⋯」

「我不能跟你玩,」狐狸說。「我沒有被馴服。」

「啊!對不起,」小王子說。但想了一會兒之後,他又加上一句:「『馴服』是什麼意思?」

──《國家地理經典童話:小王子

馴化 v.s. 野生

大家對「馴化動物」一定不陌生。自從人類馴化了狼,培育出第一種馴化動物──狗以後,一種又一種馴化動物相繼誕生,一萬多年來,狗、貓、牛、山羊、綿羊、蠶、馬、豬、駱駝、雞、火雞、羊駝等等動物被陸續馴化。人類不但改變這些動物的命運,也改變了人類自己的歷史,再也回不去了。

但話又說回來,什麼是馴化呢?馴化與野生相對,比方說狗是馴化動物、狼是野生動物。然而每種馴化動物,甚至是同一種動物的不同品系,之間都有微妙的不同。除了動物本身的差異之外,也深受人類偏好的影響,因此馴化動物可謂千變萬化,沒有一致共通的特色。(「不怕人」是大部分馴化與野生動物的差別,不過蠶似乎沒有怕不怕人的問題?)

研究馴化的奧秘時,科學家通常著重於比較馴化動物與其野生親戚在型態、行為、遺傳等面向的差別;例如定序馴化動物的基因組,再和野生族群比較,尋找與馴化有關的基因。不過,也有人採取完全相反的策略,那就是從頭開始,用人擇重新將野生動物一步步培養成新的馴化動物,觀察是哪些變化導致馴化。

赤狐與其變種──銀狐。圖/sunnyskyz

狐狸農場實驗:來馴化狐狸吧!

「『馴服』是什麼意思?」

「這是很多人都忘記了的事。它的意思是「『建立關係』⋯⋯」

──《國家地理經典童話:小王子

實行「人擇」最知名的實驗來自俄羅斯,對象則是銀狐。歷史上一直都有飼養狐狸的記載,不過沒有任何證據表示曾有狐狸被馴化,因此狐狸仍被認定是標準的野生動物。(赤狐又叫作火狐,英文名字 red fox,學名 Vulpes vulpes,銀狐是赤狐的一種變種),公元 1959 年起,俄羅斯有批科學家展開一項註定無比漫長,不知道是否有盡頭的實驗:培育親近人類的溫馴銀狐

實驗概念很簡單:從農場飼養的狐狸中,選擇行為上會親近人類的個體,一代一代的配種與培養。但這項計劃難的是要長~~時間持續不斷。現在,實驗進行已有將近 60 年,培養到了第 50 幾代的狐狸。

下面是 2011 年時溫馴型銀狐的影像,已可以發現牠們主動靠近人類,甚至有宛如人狗之間的互動:

在計劃開始後幾年,為了使實驗更為精確,1970 年代同一支研究團隊又啟動了另一個方向的實驗:培育攻擊行為比較強的狐狸。目前進行到 40 多代。為了減低近親繁殖的程度,以及不要讓結果太複雜,歷代狐狸篩選的標準只考慮「行為」一項。並且另外培養了一批任意繁殖的對照組狐狸。

而攻擊型銀狐甚至比普通狐狸來得更不友善:

多年培養後的狐狸有三種行為模式:溫馴、攻擊、沒有特別篩選過的普通狐狸。最近遺傳學家從每種品系各自定序了 10 隻個體,希望能找到與馴化有關的基因。這個時代,定序 DNA,取得一大堆資料是輕而易舉的事兒,但是符合哪些特徵的基因才是該尋找的目標?[1]

影響行為的基因們

每隻狐狸的基因組都差不多,上頭只有少少的不一樣。而實驗的基本假設是:行為差異是受到遺傳的影響。因此,若是溫馴組大部分個體都共享一種遺傳變異,而攻擊組共享另一種變異,兩組之間差異很大,就有可能是影響行為差異、科學家想尋找的目標。

圖/取自 Science 新聞〈These docile foxes may hold some of the genetic keys to domestication

以此類推,狐狸基因組上一共有 103 個區域,在三組間有比較明顯的差異。之前比較馴化狗與野生狼的研究,也找到過一批可能與狗的馴化有關的遺傳變異,有意思的是,狐狸的 103 個區域中,有 45 個也見於狗狼間的差異。

另一點更有意思的是,這些基因組差異明顯的區域,有些也在人類行為失調的研究中見過,與人類的躁鬱症(13 個)、自閉症(13 個),還有較為少見的威廉氏症候群(Williams-Beuren syndrome,3 個)有關。不過,狐狸身上的這些基因和人類的基因親戚間沒有直接關係,只是屬於同一個基因家族。這些結果表示某些演化上同源的基因,在不同生物中都與行為有關,卻有著不同的影響。

也有一些乍看之下與行為沒什麼關係,參與免疫反應的基因,卻較為普遍地在攻擊型狐狸的基因組被觀察到。之前也有別的馴化研究發現過類似狀況,詳情有待未來探討。

基因組上含有 SorCS1 基因的周圍區域,在不同行為的狐狸間,序列間有很明顯的差異。圖/取自 ref 1

必需注意的是,就算不同行為的品系彼此間有遺傳差別,也可能只是剛好不一樣,不見得真的與行為有關。不過若是用不同研究策略能找到一樣的基因,應該能降低誤判的機率。因此,之前也有科學家用分析 QTL 的方式(Quantitative trait locus;數量性狀基因座)尋找影響溫馴/攻擊行為的潛在基因,再拿 QTL 分析的結果與更早之前的結果對照,結論是:最早找到的 103 個區域中,有 30 個與 QTL 分析偵測到的區域重疊。

這樣的確感覺踏實了點。詳細比對不同個體以後,研究團隊認為這批區域中有個叫作 SorCS1sortilin related VPS10 domain containing receptor 1)的基因,很可能牽涉狐狸行為的改變,不過仍不清楚是如何影響的。目前的推論是此一基因參與了神經傳導,或許因此而涉及行為變化。

野生的界限,馴化的潛力

圖/《小王子》 via IMDb

「可是如果你馴服我,我的生活就光明了。我會認出和其他腳步聲不同的腳步聲。其他的腳步聲會讓我躲到地洞裡。你的腳步聲則會像音樂一樣,把我從洞裡引出來。然後呢,你看!看到遠方那片小麥田了嗎?我不吃麵包和小麥,它們對我沒有用處。麥田對我毫無意義。這很悲哀耶!不過你的頭髮是金黃色的。所以你一旦馴服我,一切就會變得美好。那金黃色的麥子會讓我想到你,我也會愛上風吹著小麥的聲音⋯⋯」

狐狸陷入沉默,注視了小王子一段時間。「拜託⋯⋯馴服我吧!」

──《國家地理經典童話:小王子

60 年來的俄羅斯狐狸農場實驗告訴我們,即使只是篩選一項行為,也受到許多基因影響,沒有任何單一基因的改變,足以讓狐狸變得溫馴親人,更別提涉及更多差異的馴化了。與一種動物建立關係是相當漫長的過程,需要長久的耐心。

這些研究也能促使我們回頭思考:什麼是「馴化」,野生與馴化的界限到底該如何判定?[2]

馴化的遺傳相當複雜,牽涉許多基因的組合。已經完全被馴化的動物,當初促進馴化的遺傳變異們早已固定下來,所以不會養一養又變回野生種;但是馴化中的溫馴狐狸,仍然配備一些與「野生」個體一致的遺傳變異。反過來看,即使是完全野生的個體,也可能配備一些「馴化」的基因版本。

從這個角度思考,馴化與野生可以視為程度的問題。也或許,每隻狐狸都有受到馴化的潛力。

延伸閱讀:

參考文獻:

  1. Kukekova, A. V., Johnson, J. L., Xiang, X., Feng, S., Liu, S., Rando, H. M., … & Beklemischeva, V. (2018). Red fox genome assembly identifies genomic regions associated with tame and aggressive behaviours. Nature Ecology & Evolution, 1.
  2. These docile foxes may hold some of the genetic keys to domestication

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

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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為什麼鴿子走路會搖頭晃腦?──《茶杯裡的風暴》
三采文化集團_96
・2017/08/18 ・2946字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

圖/Pixabay

當我們形容一件事情發生得很快,常常會說「一瞬間」,意思是眼睛一開一闔的時間。人類眨眼的時間平均是 1/3  秒,但最快可以達到 1/4 秒,這似乎是相當快的時間,而這個時間內,我們的身體到底做了些什麼事情呢?

當外界的光線進入我們的眼睛之後,首先會撞擊到我們視網膜上的細胞。這些細胞上有特殊的感光分子,會藉由一連串化學反應、產生微小的電流訊號;接著訊號透過神經傳達到腦部,刺激腦部的神經與細胞。當腦部的判斷結果,認為這是需要反應的事情時,就會將指令傳達到身體的其他組織。

來自腦部的訊號,藉由神經內的電流和神經之間的化學分子傳遞;神經之間的傳遞速度會慢於神經內的速度,最終傳遞到肌肉之中時,肌纖維(muscle fibre)的分子棘輪(ratchet)系統會讓肌纖維縮短,接著你的身體就會有所動作。你做事情的速度再快,體內都需要走完這麼多流程,才能在接收到訊息之後做出反應及動作。

眼球神經的簡易示意圖。圖/WikimediaCommons

人類其實是反應遲緩的動物

這些超乎想像的複雜過程,犧牲了我們反應的速度。我一直認為人類是一種相當遲緩的動物,在已知的物理學世界當中顯得笨拙,畢竟我們對於一件事情的反應,需要經歷許多不同的生理過程。當我們好不容易快速地完成了一件事,但是同時許多過程簡單的物理現象,已經完成許多次了,因為它們發生得太快了。

如果你從相當高的位置,讓一滴牛奶滴到杯子裡,你就會知道我所言不假。當我們盯著液體表面,將無法看見從高空滴落而經過我們面前的那滴牛奶,只能看到牛奶滴落後撞擊水面的波、以及回彈升起的液柱,接著液柱又立即降落,而這些已經是人類肉眼追蹤高速物體的極限。

當我在攻讀博士的時候,指導教授曾經對我說過,如果我可以看到更快速的東西,將會重新思考眼睛所看到的牛奶的現象,並且獲得更多的知識。他同時也告訴我,如果要看到這些物體在高速移動下的樣貌,我們就需要借助一個比人眼看得更快又更小的設備。

當我們盯著液體表面,將無法看見從高空滴落而經過我們面前的那滴牛奶,只能看到牛奶滴落後撞擊水面的波、以及回彈升起的液柱。圖/Pixabay

鴿子走路前後擺頭的秘密

我之所以攻讀博士的原因,就是想要知道緩慢的我們,身旁究竟有多少快速發生而我們卻渾然不知的事物。對於這個世界上所有發生在眼前的事,我都十分著迷,特別是那些太小、太快而肉眼無法察覺的現象。因此進入博士班,我便有很多機會可以接觸高速攝影,讓我看見常人看不到的世界。這世界有很多變化極快的事情,不過人類可以使用這種特殊攝影機:如果你今天變成了鴿子,要如何解決相同的問題呢?

在 1977 年的時候, 有一位大膽的科學家巴立. 佛斯特(Barrie Frost)將一隻鴿子擺在跑步機上。這是一件現在看起來會讓你愣一下、然後大笑,似乎有機會角逐搞笑諾貝爾獎(IgNobel prizes)的事情。隨著跑步機的輸送帶(跑帶)開始運作,鴿子不得不往前跨步以維持在相同位置,但是很快的,鴿子就在跑帶上駕輕就熟地走著,但是巴立發現事情不對勁了。

如果你曾經在某個城市內的廣場,看著鴿子在地上覓食,應該會發現鴿子在行走的時候,頭部會前後搖擺。圖/Pixabay

如果你曾經在某個城市內的廣場,看著鴿子在地上覓食,應該會發現鴿子在行走的時候,頭部會前後搖擺。我一直認為這種動作很不舒服,而且似乎是把力氣浪費在奇怪的地方。但是跑步機上的鴿子卻沒有搖頭晃腦,這讓巴立了解,擺動頭部一定有其重要原因,而且似乎與運動時的身體無關。這樣的動作實際上是在輔助視覺。

在跑步機上的鴿子即使雙腳在走動,身體還是停留在原地,因此周圍環境不會產生變化,於是牠的頭只要維持在原位就可以看清楚周圍的環境。然而當鴿子在陸地上行走時,身處的位置不斷變化,鴿子的視覺跟不上自己移動的速度,所以牠並非單純地前後搖擺,而是在身體行走時讓頭部維持原來的位置,眼睛有更多時間看清並分析這個場景,接著快速換到下一個位置。

你可以想成鴿子的視覺是一臺照相機,但是拍攝一張照片的速度並不快,所以鴿子必須維持頭部不動去獲得明確的影像以及周圍的狀況,但這時,牠仍持續在走路,因此就會出現身體往前而頭部固定(或是看起來就像頭部往後)的樣子。接著,牠的頭部快速往前,讓眼睛拍攝下一張照片。如果你花一點時間仔細觀察,就會明白我說的現象(雖然牠的頭會停頓一下,但是也不會太久)。

鴿子並非單純地前後搖擺,而是在身體行走時讓頭部維持原來的位置,眼睛有更多時間看清並分析這個場景。圖/Giphy

自動幫你剪輯影片的大腦

目前科學家還不完全明白為什麼有些鳥類的視覺在收集周圍訊息時會如此緩慢,使得牠們必須要這樣擺動頭部,但是有些鳥類卻不用。而且這些鳥類如果不讓自己的視覺變得像是一張張的停格畫面,似乎就無法行動。我們的視覺可以跟上自己跑步或行走的速度,但如果你在行進時需要仔細檢視路邊的物體,通常會有一股「要停下來」的強烈念頭,這是因為我們的眼睛也無法在變動的環境中,快速地蒐集訊息。

事實上,人類與鴿子的視覺有很多相似的地方(當然我們不會搖頭晃腦),但是因為大腦能夠將移動的圖像拼接在一起,所以我們很難察覺腦中形成的影像其實是眼睛在不同點之間迅速捕捉畫面,並透過腦部處理不斷累積的資訊,最後形成我們意識能理解的形象。

這裡有一個簡單的實驗,找一面照著自己的鏡子,先讓你的眼睛看鏡子中的左眼,接著看右眼(左右順序可以顛倒)。你會發現鏡子中的眼球沒有動過,但是如果旁邊有人在觀察你,他會很肯定地告訴你,你眼球看的方向忽左忽右。這時大腦已經將你的視覺拼接在一起,因此你永遠不會知道自己眼球在轉動。但是我們的眼睛,的確時時刻刻都在轉動。

這就是為什麼我們要依賴電腦

相較於鴿子,人類的視覺反應並沒有快上多少,這代表世界上仍然有很多超乎我們視覺感官的現象。我們生活中常見而習慣的時間尺度,大概是 1 秒鐘到數年這個範圍。如果沒有科學的幫助,我們無法看見千分之一秒內發生的現象,也無法理解需要數千年變化的事物。事實上,人類生活周遭面對的時間,對於整個自然而言不快也不慢,這就是為什麼電腦可以處理這麼多事情,而我們知道人類自己絕對做不來的原因。

電腦的運作其實來自一套簡單的規則,但是當每一項簡單的工作都要在極短時間內完成時,就必須藉由數以百萬計的運算過程來完成複雜的工作,即使我們感覺不到明顯的時間流動。在科技日新月異的時代,電腦的運算速度也與時俱進,但是完成一件簡單工作的時間,從百萬分之一秒變成十億分之一秒時,因為兩者都太快,完全超越我們的知覺而無法分別差異;不過對於複雜的工作而言,區分這兩種時間的差異,就變得非常重要。

 


 

本文摘自《茶杯裡的風暴:丟掉公式,從一杯茶開始看見科學的巧妙與奧祕》,三采文化出版。

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閱讀在生活中不曾改變, 它讓我們看見一句話的力量,足以撼動你我的人生。而產生一本書的力量,更足以改變全世界

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鴿子、網路、跟科學的意義
Write Science
・2012/01/14 ・2871字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

作者:Shane L. Larson

愛因斯坦有句話非常有名,他說這宇宙間最難以理解的事情,就是宇宙居然是我們可以理解的。我們用來窺探世間奧妙、瞭解世界如何運行的小小孔隙,就稱為科學。我們觀察世界、整合知識經驗,歸結出看似有邏輯、有意義的科學模式,再以這些模式去預測未來、解釋過去。

不過,在我看來,現今社會有個極為不妥的傾向,就是好像只把以科學工作當作職業的人視為「科學家」。這就跟認定「廚師」一定是在餐廳裡工作同樣沒道理;如果你是在家裡下廚,不論是煮給自己還是煮給全家吃、不論是因為有煮飯的必要還是純粹出於興趣,大部分的人都會同意你是個廚師。那如果「科學家」這個稱呼也同樣適用這麼簡單的標準呢?我很確定我的同行中,有些頑固不化、眼界狹隘的科學家聽到這話就怒不可遏了。但對我來說這樣的標準很好,因為這關係到你對「科學家」的定義是什麼!

科學,就是用以瞭解這世界的學問。這是一段人類自己開始的發現之旅,就我們所知,也只有人類在致力於瞭解科學,而這純粹是出於好奇心和瞭解事物的渴望。科學,就是我們渴望瞭解一切事物的證明!我們從哪裡來?水為什麼往下流?昆蟲的翅膀為什麼有時看起來是透明的,有時卻閃著虹光?我們為什麼需要睡眠?我們的孩子為什麼跟我們如此相像,卻又這麼地不同?為什麼樹木不會像人類一樣衰老、死亡?章魚是如何學會噴墨汁?金桔怎麼這麼好吃?土星為什麼有行星環?金屬為什麼不是透明的?還有數也數不盡的其他問題,人類都盼望透過科學獲得解答。由此說來,「科學家」的關鍵,應該是好奇心。據我觀察,每個人都會對某些事情抱有好奇心,也就是說,每個人都是科學家。

當然這其中還是有程度之別,就像廚師也分高下一樣。我不可能走進丹麥頂級餐廳Noma去跟大廚雷瑞皮(Rene Redzepi)單挑廚藝,但我還是可以在家裡做出一道美味的義大利千層麵,讓前來晚餐的客人大快朵頤。同樣地,若要和諾貝爾物理學獎得主卡爾威曼(Carl Wieman)辯論玻色-愛因斯坦凝聚的原理,大多數人都應付不來,但我敢打賭,你一定曾用微波爐實驗該怎麼加熱才能讓巧克力馬芬吃起來恰到好處。

發揮你的好奇心,Google一下「draw a scientist」(畫個科學家)看看吧。結果大概不出所料,你會看到一堆瘋狂科學家,身上穿著實驗衣、手裡拿著燒杯,可能也有卡通《飛哥與小佛》裡面神經質的邪惡科學家杜芬舒斯;你還會不時看到一張張手繪的小孩自畫像,上面就只寫著「我」。孩子對探索這件事情比任何人都瞭解,甚至比專業的科學家更懂。孩子在這世界上不斷實驗、解讀、又重複試驗,他們整個生活的中心就在於發現事物、瞭解世界,他們會放下所有顧慮,懷抱著熱情、興奮、還有對新鮮事的熱愛,讓永不饜足的好奇心帶他們體驗一件又一件事物。以科學家的定義來說,孩子就是小小科學家他們探究世界不是為了什麼目的,純粹只是想要知道而已。他們累積實際經驗,藉由觀察,改變他們對世界的想法。通常孩子的探索除了讓他們對世界的認知增加以外,不太有什麼實際的作用,但有時他們也會因此學到一些以後可以用到的事情,像是把毛衣放在太陽下晾曬,穿起來就會特別溫暖(這是我女兒最近跟我說的)。

還有另一個故事,也是關於一段不會帶來什麼結果的探索過程,但背後隱含著深遠的科學寓意,我偶然從兩件顯然毫無交集的事情中推導出這個心得,且讓我娓娓道來。第一,我住在猶他州鄉間,緊鄰洛磯山脈南端的凱許山谷;那裡的天空大多很暗,因為路燈之間距離很遠,但這也意味著很難享受到穩定的寬頻連線服務。第二,我有個朋友住在科羅拉多州,她和她的孩子最近帶了一隻信鴿回家,然後將鴿子放飛,讓牠飛回牠原本棲息的丹佛自然歷史博物館。看到這裡,你可能正搔著頭想:「這兩件事有什麼相關?」然後開始考慮是不是該就此打住不必讀下去了,上Youtube找找有沒有好看的影片還比較有趣。

信鴿的故事促使我做了一件現代科技世界中非常常見的事情:我查了所有關於信鴿的資料,還有維基百科上的「信鴿」條目。這舉動不出所料地帶我進入一連串檢索的洪流,正如所謂的「知識之樹」無限衍伸(有人說這是「維基百科的問題」,請見http://xkcd.com/214/),直到我偶然看到一則非常不得了、令人肅然起敬的消息:把信鴿用來做為網路傳輸的方式。「鳥類IP通訊」是在兩地間傳輸封包的通訊協定,一開始是1990年4月1日出現的惡搞;但對於願意接受新想法的人來說,許多事情都有更深的核心關鍵,這個鳥類IP通訊協定也不例外。想想看,讓信鴿攜帶一張記憶卡,以今日的技術可以裝載超過10G的資料,而信鴿一小時可以飛越大約30英哩(約48公里),輕輕鬆鬆就能擊敗大部分寬頻連線的傳輸速度!

為證明這個論點,南非一家電信公司2009年舉辦了一場競賽,參賽者是電信公司豢養的鴿子溫斯頓、以及當地一家寬頻系統供應商。溫斯頓帶著一張4GB的microSD記憶卡飛行60公里,花費了2小時6分鐘57秒,這其中包括了在起點與終點裝卸記憶卡的時間。溫斯頓獲得壓倒性勝利,因為在牠完成傳輸任務時,寬頻只傳輸了4%的內容。溫斯頓現在以科技網路界英雄的身分,過著巨星級的生活(就像這樣吧:

「鴿子比網路更快」這個實驗,能讓我們學到什麼?我想會學到三件事情。第一:實行這個實驗的人很怪,但絕對是英雄。他們應該是每個人的英雄,因為他們對生活和知識抱有好奇心和熱情,不以求知為恥,是我們效仿的表率。第二:自然本身就具備了各種能力,像是將資訊傳輸到另一個地方,而我們則始終在試圖趕上、達到這樣的成果。我們應該觀察、模仿,努力達到和自然界同等的效率、簡約、和美感。第三:想出這種超酷實驗的那些怪人,就是科學家。你也是科學家,每個人都是科學家。表面上看來,讓信鴿和寬頻網路競速毫無必要,但就有人敢於實驗、樂於求知。也因此,我們在一些小地方有了新的領悟和瞭解,而這可能也正是我們應該注意的地方。

每次你抬頭看天空、用過往經驗來預測天氣,就是在解決氣象學上的複雜難題;每次你調整加熱馬芬蛋糕的時間,就是在進行熱力學實驗;每次你在洗衣間的門下塞木片、在食品櫃裡給架子加上支架,你就是以建設公司的設計為基礎,在為你的房子進行改良工程。難道這就代表你要去設計橋樑、去瑞士建造強子對撞器嗎?應該不是,因為那需要多年訓練以及你還不具備的技術,但這並不代表你沒辦法研究科學,不代表你沒辦法發掘新的事物,不代表你不能深入瞭解你周圍的世界。

學學你的孩子吧。現在就出門去,探索、實驗、好好瞭解你周圍的世界!發掘一點新鮮事,在後院做點彈道實驗(先讀讀William Gurstelle的後院彈道學 “Backyard Ballistics”),也可以研發下一款人人必備的生活小道具(就像能讓咖啡降溫速度變快、保溫時間變長的魔豆Coffee Joulies),或者就只是拿起雙筒望遠鏡,好好看看宇宙深處的奇幻奧妙,也是科學生活的一部分。除了這些以外,請記得你也是人類發現之旅的一份子,就像一部盪氣迴腸的史詩,訴說著數千年以來人類的自我發現。就是現在,喚醒沉睡在你心裡的那個科學家吧!

就寫到這裡了,我也要離開你們來做點實驗啦。我有一張SD卡,而我家附近有隻貓在遊蕩……

本文原文為Pigeons, the Internet, and the Meaning of Science[2011-12-17],經作者同意後翻譯並發表於PanSci。

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動物方城市實境秀:野生動物在城市過著怎樣的生活?──《知識大圖解》
知識大圖解_96
・2018/04/07 ・3506字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

城市是人類活動和發展的樞紐,全球有超過 35 億人住在市區;據信,此數字到了 2050 年左右時幾乎會翻倍。隨著越來越多人湧入城市,更多種類的動物也將在此出現。這些聰明的生物得以適應變化多端的環境、抓住生存機會,並在我們周遭興旺繁衍。

這主要是因為有人類的地方便有食物──而且還是大量的食物。我們所生產的食物量極大,乃至於有項研究估計,光是在紐約市的某個小區域,昆蟲每年消耗的食物量就相當於 6 萬根熱狗。

對於那些生活在你我之間的動物而言,我們的城市就像一間吃到飽餐廳!

圖/《知識大圖解》提供

在城市的街道上,可見老鼠之類的動物受丟棄的垃圾所吸引而成群到來,準備享用豐盛的殘羹剩菜。接著,這些生物又引來體型大上許多的掠食者──牠們將在喧鬧的城市中,冒險捕捉迅速增加的獵物族群。在英國,人們習慣看到老鼠和松鼠等動物,以及獾、狐狸和老鷹等體型較大的掠食者。然而,往更野外走去,當向外擴張的城市模糊了人類與動物居住地之間的界線時,就連體型更大的生物也會冒險走上街頭。

人類製造了大量食物,使城市成為動物吃到飽餐廳。 圖/ahundt @Pixabay

世界各地的城市動物

在印度孟買,可見花豹漫步在高樓之間,捕獵貓狗等寵物,這是由於花豹的天然棲地因城市發展而喪失。同樣地,山獅和山貓也在洛杉磯的街頭徘徊,因為擴張中的洛杉磯市侵占了牠們位於周圍山丘的自然分布區。在美國各城市中,機敏的黑熊則生活在人類社會的邊緣。牠們會巡查大型垃圾箱,藉此尋找美味的食物,並獲悉到哪覓食會既快又輕鬆,且比獵鹿來得省力。有些黑熊甚至把覓食時間從白天調整為夜晚,以避開人類的干擾。

如今,芝加哥等城市裡的郊狼已很常見,且比以往更常在白天現身街頭。柏林也有蓬勃繁衍的野豬族群;據估,約有 8000 頭野豬漫步於該市的公園,並大膽闖入街道──街上有食物可搶,且獵人很少。

圖/《知識大圖解》提供

在英國,城市動物除了有豐富的食物來源外,還可獲得其他眾多福利。比方說,城裡有許多可供藏身的地方──建物內部和結構體底下的角落、縫隙與躲藏處,以及可用來養育幼仔的眾多花園棚屋。多虧了英國的建築工法,這些地方通常與外界隔絕且溫暖,可謂完美的動物藏身處。隨著城市發展擴及鄉間,動物會進城另覓居所也就不足為奇。

隨著一代代的動物跟著人類一起生活,牠們必然學會了如何適應城市環境。灰松鼠是生活在公園和林蔭街道的最常見動物之一,牠們於 19 世紀末期從美國引進英國。城市生活對這些小型樹居動物極具吸引力,因為城市提供了充足的空間和食物;而今,灰松鼠已比英國原產的紅松鼠來得更常見。灰松鼠住在樹的高處,能靠各種食物為生;且相較於野外,市中心的掠食者也少多了。此外,野外的灰松鼠會以各種方式(如叫聲)彼此溝通;但人們發現某些城市灰松鼠只喜歡用尾巴進行肢體溝通,牠們極有可能是藉此克服噪音汙染所帶來的影響。

隨著一代代的動物跟著人類一起生活,牠們必然學會了如何適應城市環境。

了不起的狐狸

這些小型的鏽紅色犬科動物在英國各地的城鎮都很常見。狐狸是在 1930 和 1940 年代來到城市,之所以頗能適應城市生活,是因為牠們並不挑食。天生投機的狐狸常選擇搜食垃圾這個速食選項,而非獵取獵物,這也使得城市生活對牠們來說顯得極富吸引力。

可惜的是,城市狐狸名聲不佳,因為牠們和人類相處時不知分寸(城市狐狸與鄉間狐狸的真正差別在於前者往往不怕人),且攝食對象包含家畜和花園中的水果。然而,城市狐狸的生活並不容易;由於道路交通和害蟲防治所帶來的危險,這些聰明動物的壽命僅約兩年。

圖/《知識大圖解》提供

科學家如何看待城市動物?

從演化的觀點來看,城市是種十分新型的環境,因此這些動物能遷入城市、對抗各種陌生挑戰,進而開始興盛繁衍,可說是相當驚人。然而,這只有某種類型的動物才辦得到;研究顯示,那些以城市為家的動物也變得越來越聰明。一項美國研究調查了過去 100 年來小型城市哺乳類動物的頭骨,結果顯示:相較於鄉間的同類,城裡的小型哺乳類動物腦部急劇增大,這可能意味著生活在城市環境裡需要較高的認知功能。

從行為的觀點來看,城市動物確實要比鄉間的同類來得大膽。許多城市動物不會避免與人接觸;有趣的是,科學家也發現,城市動物通常較不具侵略性。

雖然有許多動物生活在街道上,但我們位於城市的住家也是野生動物的安居處,即便我們不知道或沒發現牠們的存在。當然,有些明顯的闖入者(如小鼠、鳥類和蝙蝠)能以住家和辦公室的地板、天花板和壁凹為家。然而,大鼠肯定才是征服人類世界的動物。

大鼠可能是最令人類頭痛的城市動物。 圖/suju @Pixabay

大鼠被認為是地球上數量最多的哺乳類動物,牠們跟在人類身邊已有數千年之久;牠們取食我們的垃圾,受惠於我們的剩菜。據估,全球人類與大鼠的比例至少為一比一。這些囓齒動物善於繁衍後代,一對大鼠一生就能有逾 1000 個後代。綜觀這點及其占領下水道等地的能力(大鼠擅長游泳,還記得住整個通道系統的路線),就不難理解為何牠們能如此適應城市生活。

野鴿:機巧的城市佬

下起城鎮的街道,上至最高摩天大樓的上空,鳥兒也加入了這場城市遷徙,在上述空間中活動。談到城市鳥類,最為人知的或許是鴿子,緊跟其後的則是海鷗,山雀和燕雀等小型鳥類也是極為成功的城市鳥類。

雖然城市中有許多人會擺出鳥飼料來吸引鳥類,然而獵物所至之處,掠食者便會緊隨而來。如今,有比過去更多的遊隼在倫敦生活,牠們運用巧妙的狩獵技能,以俯衝的方式在半空中抓住鴿子。飼養遊隼的人會誘使或刻意讓這些猛禽去抑制小型鳥類的族群規模。這也是野生動物能惠及城市地區的另一種方式。

source:maxpixel

城市中常可見到鴿子(又稱野鴿)的身影,牠們在世界各地成群地出現。鴿子原棲息於歐洲和中東的峭壁上,後來卻離開祖先世居的岩壁,遷至混凝土建造的摩天大廈和辦公大樓。城市裡少有天然掠食者,而棲息於高處又更能遠離危險。此外,鴿子可謂是城市清道夫,會啄食任何找得到的殘羹剩菜,這就是為什麼牠們總會聚集在有大量人類活動的地區。

而今,在市中心看到的鴿子全繁衍自鴿舍的逃鴿。鴿子曾是一大肉類來源,亦曾是重要的信差,但現代科技的出現意味著我們已不再採行飛鴿傳書。

圖/《知識大圖解》提供

昆蟲也是極成功的城市謀生者;城裡的昆蟲要比鄉間還多。科學家認為,這與城市和鄉村的溫度差異有關。在城市裡,大量的建物與道路(由混凝土和柏油碎石等打造而成)會吸收並保留熱量,然後緩慢地釋出。鄉村地區在日落之後,溫度便會下降;城市卻是名副其實的儲熱區,甚至會產生「城市熱島效應」。

坐落於涼爽鄉間中央的溫暖環境會吸引昆蟲前來,這種情況在英國尤為普遍,因為該國是多種昆蟲分布的北界。此外,城市也以整體生物多樣性較低著稱,因此,對於進到城市的昆蟲來說,來自其他物種的空間和資源競爭有限,從而能讓更多昆蟲族群蓬勃繁衍。

昆蟲湧入城市或許聽來像是件壞事,但這些微小的動物能以一些有趣的方式來助我們的城鎮一臂之力。昆蟲和其他節肢動物努力清除著街上的有機物質,無論是落地的垃圾食物、秋天堆積的腐葉,還是繁忙幹道上的路殺動物。要是沒有成千上萬的昆蟲巡邏街道,城市會比現在更髒。

城市之所以能提供更多的資源,是因為人類丟棄了很多可食用的東西。此外,在城裡遭捕食的風險遠遠較低。因此,對小型獵物或敏銳而投機的覓食動物而言,城市會是個極富吸引力的地方。對掠食者來說,不但在食物上的競爭較少,還有一堆獵物可供選擇。就算狩獵不成,城裡也總有垃圾桶在等待光顧。儘管城市環境從來都不是為了動物而打造,但牠們正以驚人的速度入侵我們的街道。當城市裡充斥著動物時,往往就會爆發人類與牠們之間的衝突。許多動物就是不受城鎮所歡迎;交通工具、害蟲防治措施和想吃剩食的誘惑也為牠們帶來了各種危險。

下次當你看到鴿子在柏油路面上昂首闊步,或瞥見某隻大鼠的尾巴消失在人行道的縫隙時,請記住,你正在目睹一種全新的殖民現象;且多虧了你製造且拋下的垃圾,這些城市動物因此得以蓬勃繁衍。

 

本文為節錄版,完整報導請見《How It Works知識大圖解》 2017年10月號第 37 期

 

 

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