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第一部科幻作品《科學怪人》的誕生──〈談科論幻話創意〉

葉李華
・2018/05/10 ・1796字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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「無夏之年」說故事比賽

舉世公認 1818 年是科幻元年,但恐怕並非人人都知道,這個元年背後藏著近乎八竿子打不著的偶然因素。那就是三年之前的春天,遠在印尼的一座火山強烈爆發,因而影響了全球的氣候。

號稱無夏之年的1816 年,地圖上數字表示當年各地夏天的氣溫與平均氣溫差。。圖/wiki

一座火山竟然能影響全球氣候?沒錯,一旦火山灰升到平流層,就再也不會落下來,只要數量充足,粉塵就能逐漸在全世界產生遮天蔽日的效果。因此在歐洲歷史上,1816 年是著名的「無夏之年」。

由於沒有任何科學家預測到這件事,當年五月,幾個年輕人興沖沖前往瑞士日內瓦湖畔度假,結果幾乎天天困在鄉間別墅中,眼巴巴望著湖水興嘆。

在那個沒有電視、沒有手機更沒有網路的時代,這幾位英國文藝青年只好發揮自娛娛人的創意,舉辦一場說故事比賽,而且限定要講恐怖故事,才配得上淒風苦雨的氣氛。正是在這個背景下,一位名叫瑪麗的妙齡女子構思出《科學怪人》這個故事──主人公試圖憑空創造生命,而他所使用的材料,竟然是拼拼湊湊、縫縫補補的許多屍塊!

經典科幻小說《科學怪人》其實誕生自一場說故事大賽。圖/wiki

科幻小說誕生!

這種情節夠恐怖吧?可是話說回來,恐怖不一定要涉及妖魔鬼怪。為了讓故事更有說服力,瑪麗決定捨棄靈異手法,改用當時十分熱門的科學知識「生物電」為關鍵情節背書。

生物電的研究可追溯至義大利解剖學家伽伐尼,他在 1780 年發現青蛙即使被大卸八塊,蛙腿仍有可能抖動,因而認為這是動物體內普遍有電的證據。此後數十年,這類研究吸引了歐洲許多科學家,包括電池的發明人伏打,以及達爾文的祖父等人。

必須強調的是,瑪麗借用生物電是為了求新求變,並未刻意創造一種新的文體,但由於她的敘事方式恰好符合科幻創作的基本精神──結合當時當代的科技再加以延伸──因此在後人眼中《科學怪人》成了道道地地的科幻小說。

所謂「當時當代的科技」自然是指生物電的研究,另一方面,「生命源自於電」則屬於瑪麗的大膽延伸。在科幻小說中,延伸的部分不需要對科學百分之百負責,只要本身言之成理、足以說服讀者即可(否則就是科學論文,不是科幻小說了)。正因為如此,科學家至今還不能用《科學怪人》的方法製造生命,而且恐怕永遠不可能。

瑪麗的遠見與後來的故事

不過,如果我們放寬標準,允許比較廣義的解釋,就不得不佩服瑪麗的遠見。因為從二十世紀起,凡是與生命起源相關的實驗,「電」大多扮演不可或缺的角色。例如 1996 年誕生的複製羊桃莉,在它還是一個細胞的時候,就曾經接受過適度的電擊,才得以啟動細胞分裂的機制。所以,如果你覺得桃莉這個名字不夠響亮,不妨稱牠為科學怪羊。

複製羊桃莉,牠的標本現在展示於蘇格蘭的博物館。圖/Mike Pennington / Dolly the sheep, National Museums of Scotland, Edinburgh, via Wikimedia Commons

在結束本文前,我們再做幾點補充:

一、1816 年在瑞士度假的文藝青年,除了瑪麗之外,還有兩位名詩人拜倫與雪萊,以及拜倫的私人醫生波里道利等人。當時瑪麗還是雪萊的情婦,後來兩人正式成婚,從此她以瑪麗‧雪萊(Mary Shelley)這個名字躋身文學史冊。

雖然他們都講述了自己的恐怖故事,但正式寫成小說的只有瑪麗的《科學怪人》(1818年出版)以及波里道利的《吸血鬼》(1819年出版),後者正是吸血鬼文學的始祖。

《科學怪人》的草稿。圖/ Mary Shelley (1797-1851), 公有領域,wiki

二、如果你以為科學怪人誕生於一片火花閃電之中,很抱歉,那是後來好萊塢添油加醋的結果。瑪麗並不是科學家,她在小說裡對生物電的描寫僅僅點到為止。

三、去年底成功誕生的複製猴「中中」和「華華」,雖然大致沿用桃莉的複製流程,但在關鍵步驟上未曾使用電擊,改採較溫和的化學方法誘發細胞分裂。

  • 編按:《科學怪人》作者瑪麗·雪萊生於1797年,1818年《科學怪人》出版時瑪麗年僅21歲。
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葉李華
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1962年生於高雄,曾任交大科幻研究中心主任,現為自由作家;致力推廣中文科幻與通俗科學近三十年,成功過,失敗過,唯獨從未放棄過 …… 專欄:談科論幻話創意

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人類的下個階段,從「神獸」開發潛能到「神人」?——《再.創世》專題
再・創世 Cybernetic_96
・2021/12/08 ・6079字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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  • 作者/寒波

如果你收到寫作主題「從醫學技術到生命藝術-後人類與後物種」,你會怎麼理解這個題目?嗯,這題一定有人寫過,萬事問 Google,演算法讓一篇 2006 年的論文名列前茅,就從它開始好了。

藝術家的身體改造

這篇已顯過時的文章〈醫學干預—視覺藝術遇見醫學技術(Medical interventions—visual art meets medical technology)〉,提到幾位藝術家及他們的創作,第一位叫作奧蘭(Orlan)。這位法國藝術家最出名的事蹟,是在 1990 年代經歷多次整形手術,將自己身體的某部分改造成蒙娜麗莎、維納斯的外觀。

法國當代藝術家奧蘭(Orlan)。圖/WIKIPEDIA

自己整形昭告天下,來反思別人的整形,奧蘭以自體為素材的創作轟動一時。她較新的新聞是 2013 年時,控告女神卡卡 2011 年的〈天生完美〉音樂錄影帶,抄襲她 1996 年的概念,並且索賠 3170 萬美金。最後奧蘭敗訴,還要賠償 1.8 萬美金。她應該是沒有演出行為藝術的意思。

整形手術自古有之,隨著醫學技術不斷進步,如今「醫美」成效可謂鬼斧神工,身體改造程度遠超過奧蘭的人也為數不少。然而,現實世界中最激進的肉體改造實踐,在科幻想像中只能算是幼幼班。

科幻很豐滿,現實很骨感

許多科幻作品中,運用自如的義肢和指甲彩繪同等級,大腦如電腦可以連結數據庫,人造人、改造人是常態角色,觀眾時常爭議某個角色到底是人或不算人,算生化人、仿生人,還是賽伯格。

這篇文章的高端讀者們,若看到舉例是《攻殼機動隊》、《魔鬼終結者》或《銀翼殺手》,肯定認為作者只會跟風。那就舉些冷門又沒那麼冷門的例子:《阿伊朵(IDORU)》、《海伯利昂(Hyperion)》、《小黑盒子(The Little Black Box)》。

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《魔鬼終結者》 原本不被製作公司看好,卻意外賣座,也開啟「改造人」的相關討論。圖/GIPHY

隨著生物科技發展,科幻的眼鏡鍵盤俠,也讓出不少空間給試管白袍人。可惜科幻與科學往往是兩回事,《曼谷的發條女孩》藝術成就頗為可觀,對遺傳學的描述卻一塌糊塗,水準堪比《星海爭霸》。

然而,人造人講起來那麼順口,如今的科學技術不要說造人,即使只是最簡單的生命體,想要無中生有也非常困難。1818 年問世《科學怪人》描述的人造生命,至今依然是無法突破的障礙。

現實中的進度到哪兒呢?病毒不算,最小的生物僅有 525 個基因,叫作生殖道黴漿菌(Mycoplasma genitalium)。假如只求維生,有些基因是不需要的,於是科學家去除其一個一個基因,以此為基礎創造出名喚「JCVI-syn3.0」的人造生命,只有 473 個基因……好了,這種題材要是寫成科幻小說,不加入大量的屍體、裸體,應該是賣不出去。

來改造基因吧

人類不會無中生有新生命,改造既有的生物倒是在行。自古以來人類便透過人為挑選,造就一種又一種馴化的動物、植物,而且持續育種。在了解 DNA、蛋白質的法則,又研發出分子生物學的工具以後,每個人只要有裝備與材料,都可以改變遺傳訊息。

說起來簡單,其實也沒有那麼容易。單純「改變遺傳訊息」非常簡單,只要用 X 光、紫外線等輻射直擊細胞,就可以破壞性的改變 DNA 序列,但是一般人想像的好像不是這種。若是希望比較精確的修改,則需要借用生命的產物:各種酵素。

圖/Pixabay

DNA 遺傳訊息由許多 ATCG 排列組成,有些酵素可以切割特定組合的 DNA 位置,例如見到 AATGCC 這種序列,便切斷成 AATG 和 CC。此一技術在 1970 年代開始使用後,協助人類邁入生物科技的時代。

基因改造的另一常用技術來自「跳躍的基因」,和轉座子、轉位子等中文名詞,皆指稱英文的 transposable element。生物所有的遺傳訊息合稱基因組,「玉米田裡的先知」麥克林托克率先發現,有些遺傳片段會在基因組的不同位置跳躍。後來有人想到可以利用轉座子的特質,去改變遺傳訊息為人所用。

這些方法使用上算是不難,卻沒那麼精準。每一個 DNA 位置都有 ATCG 四種可能性,讓 6 個位置隨機組合,有 4096 分之 1 的機率會出現 AATGCC 這樣的片段。乍看機率不高,可是人的基因組總共有 30 億個位置,一乘起來……而轉座子實用上也有不少限制。

基因剪刀:幾個改寫生命密碼的工具

切割 DNA 的酵素及其辨識序列,搭配起來類似密碼。排列組合一致的機率愈低,密碼愈難靠亂槍打鳥的試誤破解;DNA 序列符合辨識的機率愈低,操作也能愈精準,不容易影響其餘不想改變的位置。

那麼有沒有習慣辨識十幾二十個位置的酵素呢?要是能隨心所欲控制酵素在基因組上作用的位置,像控球大師麥達克斯(Greg Maddux)那般想投哪就投哪,將有多大的實用價值?

基因改造看似潛力無窮,但科學家一直找不到適當的技術。圖/Pixabay

不少專家經歷多年奮鬥,研發出兩款尖端科技的結晶:鋅手指(Zinc finger)、類轉錄活化因子核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,簡稱 TALEN)。名字是聽起來很科幻,可惜它們都不太好用,這也使得另一款技術一推出便大受好評:CRISPR。

如今還沒下檔就乏人討論的科幻電影,都已經出現 CRISPR 之名,說明它的成功。CRISPR 原本是細菌的免疫系統,被人變成基因改造的工具,它的全名 clustered regularly interspaced short palindromic repeats 其實也很科幻。

和之前的技術相比,CRISPR 尊絕不凡,不能屈就基因改造這舊名詞,要配上「基因編輯」才高端(其實本質上還是同一回事)。由於操作簡單又迅速,相關技術被廣泛應用,發明人也已經獲得諾貝爾獎。

佛蘭金仙的想像與實踐

受到諾貝爾獎肯定,被普遍使用的尖端生物科技,不時要來上幾條醜聞。影響不下 CRISPR 的幹細胞,曾經有小保方晴子的造假事件。濫用 CRISPR 最知名的案例,無疑是 2018 年底賀建奎的基因改造嬰兒:他用 CRISPR 技術移除一個基因,隨後兩位基因改造人誕生。

我們身體的細胞分為兩種:體細胞和生殖細胞,體細胞不會遺傳給下一代,生殖細胞會。目前各界普遍接受的底線是,針對人類的基因改造研究,不可以遺傳到下一代,所以禁止對人類胚胎幹細胞的操作。賀建奎不但打破底線,還真的搞出活生生的寶寶,真可謂當代的「佛蘭金仙」,實現梁啟超、嚴復一百多年前的野望。

佛蘭金仙 Frankenstein,內容關於人工智慧生命,被視為第一本科幻小說的。圖/WIKIPEDIA

一百多年前的中國在內憂外患下,不少知識份子抱持讓國家民族強大的夢想。造就「科學怪人」的英國以及西方文化,普遍將其視為負面形象的怪物,但是嚴復 1898 年介紹科學怪人時,採取非常正面的態度,他甚至覺得一個人成為別人眼中的科學怪人,也是歷史進步的方式。隔年梁啟超在文章〈動物談〉中更是讚頌「佛蘭金仙」,也就是 Frankenstein 為「沉睡中的獅子」、「先睡後醒的巨物」。

賀建奎應該聽過梁啟超、嚴復,大概不知道佛蘭金仙。不過不要緊,作為中國先賢的繼承人,賀建奎成為這個時代的佛蘭金仙,創造出別人眼中的科學怪人——沈睡的獅子醒了,中國人民站起來了!

邁入未來前,先回首智人這個物種的過去

好消息是,站起來的中國人又坐了回去。賀建奎和科學怪人一樣消聲匿跡,至少暫時如此。短時間內,中國人並不至於自我改造為全新的物種,進入「後人類」的階段。

如今的「人類」都屬於同一個「物種」,並沒有明顯分化,預備形成新物種的跡象。如上所述,僅管科學技術持續進步,和科幻想像相比,當下能做的仍很有限。

科技、文化快速發展的我們什麼時候會邁向後人類呢?思考這個問題,不妨反過來思量已經發生過的歷史:如何從「前人類」與「前物種」演變為當今的人類物種。

File:Human evolution.svg
圖/WIKIPEDIA

物種是分類的概念,方式很多。人類這類兩性生殖的動物,可以用「生物物種(biological species)」定義,也就是「個體間可以生下後代,沒有生殖隔離發生,後代彼此間也能再生下後代」。一些遺傳學研究指出,如今分家最久的人類族群可能超過 30 萬年,卻依然不存在生殖隔離,仍可歸類為同一物種。

生殖隔離有程度之別,原本屬於同一物種的生物,若是開始生殖隔離,累積到一個程度而不再能產下共同的後代,便能視作有新物種誕生。簡單說來,我們所屬的物種稱為智人(Homo sapiens),和平行發展的近親尼安德塔人、丹尼索瓦人,擁有共同的祖先海德堡人(Homo heidelbergensis),因此海德堡人(或其他定義下,算是我們直系祖先的那種人)可以算是智人的「前物種」。

智人的基因組中存在少量尼安德塔人、丹尼索瓦人的 DNA 特徵,源自幾萬年前的情慾交流。既然可以生下後代,能算是同一個物種嗎?答案因智人而異。考慮到三者遺傳上分家超過 55 萬年,又已經存在相當的生殖隔離,否則也分不出彼此的遺傳差異,我想區分成不同物種比較合適。

在美國俄克拉荷馬州人骨學博物館展示的人科動物化石。圖/WIKIPEDIA

身心俱全,成為完全體的現代人類

但是人類不只由 DNA 定義,尤其是我們智人。與近親在遺傳上分家後,智人走上愈來愈獨特的道路,漫長的過程並非一步到位,至少可以分為身心兩個方面。

近來學術文獻描述智人時,流行一個名詞:「解剖學意義上的現代人(anatomically modern human)」,這兒的「現代」不是看年份,而是和海德堡人、直立人(Homo erectus)等古早人(archaic hominin)對照。具備智人形態特徵的化石,最早距今 30 多萬年;所以有 30 多萬年前的現代人,也有 11 萬年前的古早人。

身體形態比較容易辨識,頭腦心智、行為表現卻難的多。兩位外觀相似的人,心靈和行為可能截然不同。光看化石的形態特徵,能分辨誰長的像智人,卻無法判斷是否為「行為學意義上的現代人(behaviorally modern human)」。採用此一概念,尚未發展出類似我們心智、行為的智人,或許可以算是「前人類」的階段。

前人類是怎樣過渡到人類的?這是人類演化學爭論不休,近來成果可觀的一大問題。最直接的設想是,假如古代人展現出抽象、象徵思維、藝術創作等特徵,便足以視為「跟我們一樣的人類」。

儘管證據稀少而零碎,逐漸累積的考古學證據指出,距離遙遠的東南亞與歐洲兩地,智人距今 4 萬年前就會在壁畫、雕刻中展現明確的象徵思維;可見當時的智人,肯定擁有和我們一樣複雜的心靈。貝殼珠之類缺乏實用價值的物品,具有價值交換、情感互動、身份認同等用途,在非洲、中東的使用歷史有 10 多萬年。

智人距今數萬年前就能在壁畫中展現明確的象徵思維。圖/Pixabay

更早以前不清楚,但是十萬多年前的智人,現代價值應已足夠,足以貼上「人類」的標籤。也就是說,心智和我們平起平坐的同類,已經有超過十萬年的歷史。

人類的下一階段,從神獸到神人?

目前的人類如何演變而來?按照上述脈絡,先是智人與近親在遺傳上分家,累積生殖隔離(超過距今 50 萬年),接著產生特定的形態特徵,形成新的身體(超過距今 30 萬年),從「前物種」轉型為智人物種;接著又出現行為、思維、文化上的轉變(超過距今 10 萬年),從「前人類」過渡到心靈複雜的人類。

即使長期缺乏接觸,智人間要產生生殖隔離也不容易,實際看來幾萬年都不夠。未來人們只要持續情慾交流,幾乎不可能讓生殖隔離累積到形成新的「後物種」。但是「人類不只由 DNA 定義」的道理一如過往,倘若人為影響導致非常巨大的文化差異,衍生自現代人的「後人類」便有機會誕生。

哈拉瑞的暢銷書「人類三部曲」,前兩本的中文副標題分別叫作「從野獸到扮演上帝」和「從智人到神人」,可謂以劇烈變化的觀點看待人類演化的路徑。我想也可以反過來,採取連續演進的解讀:智人其實早有成為神人的潛力,即使早在野獸的階段,也已經是配備神性的野獸;從神獸到智人,再到神人的發展,是發揮潛能而實踐的過程。

人類持續演化下,假如過程中沒有滅亡,或是受到其他智慧生命干預,神獸有機會徹底開發潛能而成為神人。未來將如何發生?到時候帶來轉變的,會是不斷在已知疆域之外探索的藝術家、科學家、思想家、政治家,或是其他角色,像是哈里.謝頓(Hari Seldon)、保羅.亞崔迪(Paul Atreides)之類的人物?

保羅.亞崔迪《沙丘》中的虛構人物,被視為人類的救世主 。圖/WIKIPEDIA

如果人類真的邁入下一階段,我猜不會是任何特定角色或人物,而是心智的集體成果。過程中會涉及極少數幾位天選之人,如精通科學的思想家、具備藝術感的科學家、洞觀事物本相的藝術家、某件事以外什麼都不懂的專業精英(為避免誤會,本文提及的所有真實人名皆不屬於上述行列),甚至是覺醒的人工智慧。

不過想像力再強大,發揮出的超能力,還是要擺在人類集體的框架中落實。我們不論願不願意,或許都牽涉其中。

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科學家模擬出《沙丘》行星的氣候模型:現實中的人類真的能在 Arrakis 生存嗎?
Y.-S. Lu
・2021/11/12 ・3205字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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架空世界:任腦中遨遊的世界,嗎?

法蘭克‧赫伯特的《沙丘》是 2021 年上映的硬派科幻電影[註1]。《沙丘》之名,在科幻迷眼中,被視為科幻類型文本的開山始祖之一,更是難以電影化的科幻小說作品;在電影《沙丘》中,行星厄拉科斯(Arrakis)是作品中的主要場景,一片荒蕪的沙漠行星,除了有著珍貴的香料礦,還有可怕的沙蟲。

1984 年的厄拉科斯行星的想像圖。圖/WIKIPEDIA

這樣的架空世界,屢屢存在於各個作品中,《魔戒》中有中土大陸(Middle Earth),《冰與火之歌》中有維斯特落大陸與厄斯索斯大陸,《星際大戰》更有具雙日的環聯星運轉行星克卜勒16b[1]塔圖因星球。身為讀者,以及一位地球科學模擬科學家,有時不禁會想:這些架空是否真的有可能存在?這些作家設計的世界,真的能存在嗎?

今日,布里斯托大學氣象研究所的 Dr. Alexander Farnworth 與他的同事 Dr. Sebastian Steinig,以及薛菲爾德大學的 Dr. Michael Farnsworth 就實際驗證了一次,究竟一個架空星球的氣候環境,是否為真?是否真的適合人類居住?

《沙丘》的氣候模型:低碳高臭氧的沙漠環境

在他們發表的文章[2]中,他們使用了氣候模型來模擬厄拉科斯的氣候。Dr. Farnworth 亦提到[3],他們使用的是同樣用在 IPCC(The Intergovernmental Panel on Climate Change,跨政府氣候變化專門委員會)報告中,用以預測未來氣候變遷狀況的 HadAM3B-M2.1D 模型[4],其不需要海洋模式,所以海洋模式也就不用運行了(當然也可以省下計算資源)。

《沙丘》世界中的厄拉科斯行星的氣候模型。資料來源/climatearchive.org

這個模型使用與地球相同的物理行為與物理參數。他們也使用了《沙丘百科》所提供的資料,來告之氣候模型應使用的地型狀態以及星球軌道,而星球軌道將大大影響到一個星球上的季節情況。最後,則是厄拉科斯星球的大氣組成:350 ppm 的二氧化碳、0.5% 的臭氧層。這兩個數字會影響到地球的溫室效應,只不過雖然厄拉科斯的二氧化碳濃度低,但是同樣是溫室氣體的臭氧值高,因此具一定的溫室效應。

等這些數據確定後,氣候模型就可以開始運作並且計算。這個氣候模型一共跑了三週多,作者另外提到,他們總共模擬了五百年,而且還使用了地球的部份大氣情況來跑厄拉科斯的數據(當然同樣是為了省下電腦運算資源的策略)。幸運的是,在初始的幾年中,大氣就乾了,而五百年後,大部份的水都保存在地底[3]。這也不難想象,尚未蒸發到大氣中的水會因重力滲流到地表下保存,而在沒有植物行光合作用的情況下,大氣中的水蒸氣也將成為厄拉科斯上居民爭奪的「黃金」。

為什麼要算五百年的氣候狀態?因為氣候/氣象模型餵進去的只是 Initial Condition,也就是「初始條件」,而初始條件只是氣候模型的開端而已,不能當做結果。所以算到最後,這個氣候模型必須達到「平衡態」——也就是說,模型算出來的四季,與下一年算出來的四季,必須要有極小的差值。等這個差值小到可以忽略時,這種數值模型才算是成功的。

住在「赤道比高緯度區域還舒適」的沙漠星球

在書中描述了厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境,像是人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿,再自己喝,連血都會快速凝固來防止蒸發。書中描述的厄拉科斯是個非常乾熱的地方,所以大多數的人會住在兩極地區。

但是根據氣候模型,熱帶/赤道地區,在夏天會達到 45°C,冬天則不低於 15°C,但是在中緯度與兩極地區,最高溫會達到 70°C,在中緯度最低溫會達到 -40°C,兩極則會到 -75°C。其主要的原因就是兩極地區的大氣濕度高、雲層厚,造成其極端的氣候狀況。

另外與書中描寫不同的,是降雨狀態。書中的厄拉科斯沒有降雨,但是依據氣候模型的計算,在高緯度的夏天,還有山區與高原地區,還是有非常少量的降雨。也因為前述提到的極端溫差,所以兩極地區也不存在冰帽。

厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境,人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿,再自己喝,連血都會快速凝固來防止蒸發。圖/IMDB


最後的問題,人類可以住在厄拉科斯嗎?根據氣候模型,人類最有可能居住在熱帶地區,而不是書中提到的中緯度:畢竟中高緯度才是最熱的地方,也是最不適合人類居住的氣溫。如果有誰想要用岩石煎牛排,是可以考慮到中緯度一遊吧?

雖然書中的描述與實際氣候模擬的狀況有一點落差,但是作者們也提到,《沙丘》原著出版時間早(1965 年),比真鍋淑郎發表第一支地表模式早了整整四年,在這樣的落差下,《沙丘》原著中對厄拉科斯的氣候描述,雖與氣候模型模擬的結果有部分落差,但並無大錯。

Dr. Alexander Farnworth 給中文讀者的話

筆者與撰寫《沙丘》氣候模擬的文章作者進行了一些交流,除了學術交流外,也榮幸邀請了作者給中文讀者一些感言:

「從數十年前開始,我便一直是法蘭克·赫伯特的作品《沙丘》的超級粉絲,而他也打開了從我童年時開始,對奇幻世界的眼界。這也讓我有機會用一個科學家的角度,來重新檢視童年時有對此世界的奇想。我希望就此成果,也能夠一樣能吸引更多的人來了解我們的氣候是如何運作,知道為什麼要保護我們的星球,更希望能夠激發更多下一代的氣候學家。」[3]

I have been a massive fan of Frank Herbert’s Dune since childhood due to the fantastical world he first envisioned many decades ago, to be able to look at it as a scientist was a fantastic experience and brought back that childhood wonder. So, I hope this work equally inspires others to learn about how our climate works, how we should not take our planet for granted and maybe even inspires the next generation of climate scientists.

大氣科學是一門很有趣的學問,人類仰望星空,是透過地球的大氣層才有了閃爍的星光,也是有大氣層才保護人類免受宇宙射線侵害。人類在埃及、商朝、伽立略等年代,都建立了對星體運動的了解,但大氣動力學要一直等到納維爾-斯托克斯方程出現後,才有飛躍般的進展,更惶論在能用數值模型解釋氣候、氣象模型,以及人類擁有更精確、更大量的氣象資料後,才能大量驗證大氣運動,進而改良大氣模型,才能達到預測氣象與氣候推測(Climate Projection)的能力。但這非常需要大量的人力,以及大量的知識才能達到。

大氣科學是一門很有趣也有用的學問,能幫助人類更精準地預測氣象,但也考驗知識、人力與物力。圖/Pixabay

真鍋淑郎博士在近六十年前,以少數人力建構了第一代的地表模式,而現在最新的《通用地表模式第五版(Community Land Model Ver. 5)》,是橫跨多國的合作開發的模式[5],而這還只是地表模式,大氣模型中還有形成雲或雨的 Microphysics、輻射能量傳導模式的 Radiative Transfering Scheme、解大氣間傳輸的 Planetary Boudary Layer Physics、屬海洋領域的洋流模式,屬水文領域的三維地下水模型,以及用來進行數值解的計算流體動力學,更惶論日新月異的電腦資訊工程的發展,這些的確都需要未來學子們加入並一同改進,也是未來泛地球科學學門需要的生力軍。

註解

  1. 2021 年上映的科幻電影《沙丘》舊譯為《沙丘魔堡》。除了 1984 年大衛·林區所拍攝的初代電影使用舊譯名稱外,還有九零年代的同名即時戰略遊戲;遊戲版的《沙丘魔堡II》,也是《終極動員令(Command & Conquer) 》創作公司Westwood的代表作之一。

參考資料

  1. Doyle, L. R., Carter, J. A., Fabrycky, D. C., Slawson, R. W., Howell, S. B., Winn, J. N., … & Fischer, D. (2011). Kepler-16: a transiting circumbinary planet. Science, 333(6049), 1602-1606.
  2. Farnwoth, A, Farnwoth, M, Steinig, S, 2021, Dune: we simulated the desert planet of Arrakis to see if humans could survive there. https://theconversation.com/dune-we-simulated-the-desert-planet-of-arrakis-to-see-if-humans-could-survive-there-170181?fbclid=IwAR2EhRwjxNsGtFdkZGic8SZRS7cOgQbjfFXt27PmGYyZoVLH3BpANma569g
  3. Farnworth, A, 2021, Personal Communication.
  4. Valdes, P. J., Armstrong, E., Badger, M. P. S., Bradshaw, C. D., Bragg, F., Crucifix, M., Davies-Barnard, T., Day, J. J., Farnsworth, A., Gordon, C., Hopcroft, P. O., Kennedy, A. T., Lord, N. S., Lunt, D. J., Marzocchi, A., Parry, L. M., Pope, V., Roberts, W. H. G., Stone, E. J., Tourte, G. J. L., and Williams, J. H. T.: The BRIDGE HadCM3 family of climate models: HadCM3@Bristol v1.0, Geosci. Model Dev., 10, 3715–3743, https://doi.org/10.5194/gmd-10-3715-2017, 2017.
  5. Lawrence, D. M., Fisher, R. A., Koven, C. D., Oleson, K. W., Swenson, S. C., Bonan, G., … & Zeng, X. (2019). The Community Land Model version 5: Description of new features, benchmarking, and impact of forcing uncertainty. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4245-4287.
    https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018MS001583
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Y.-S. Lu
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自從來到學界後,便展開了一段從土木人到氣象人的水文之旅。主要專業是地球系統數值模擬,地下水與地表模式的耦合系統,以及大氣氣象模擬。目前是于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich GmbH)超級電腦中心的博士後研究員。

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時空長河畔的星狩者——《再.創世》專題
再・創世 Cybernetic_96
・2021/08/03 ・5193字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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  • 作者 / 伍薰

我們都曾是獵人,以弓箭奴役百獸萬物。

儘管在空間上相距數萬光年、在時間上相距數億年,忽略指頭數量等細微差異的話,我們可說十分相像。因此,接下來我要說的事,會盡量以你們人類熟悉的詞彙來比喻。

孕育我們兩個物種的母星,都位於 G0 光譜恆星適居帶的行星,甚至就連星球地表的重力、大氣組成、海陸比例,與自轉軸偏角都差不多。我們的文明同樣經歷了從游獵進入農耕、最終走向工業革命的過程,甚至就連政治格局,也跟人類現在差不多——強權挾氫彈保持恐怖平衡、人口失控成長,百分之一的少數,則掌握著行星百分之九十九的資源。

作為那幸運的百分之一( 嚴格說來是百萬分之一),我的家族事業有一部份,是專門將古代浮游生物遺骸所轉化成的黏稠液體從地底下抽出,製作成器皿與燃料來驅動世界。當許多學者提出警告,說我們這行製造了太多溫室氣體,最終將導致嚴重的氣候變遷,本家族的反應是捐獻更多資金給遊說團體、媒體與政客,全盤否認暖化。

圖 / Pixabay

反正,死於熱浪與極端氣候的,只會是那些卑賤的基層勞工,不會是我們這些真正掌握世界的權力者,當那百分之九十九為了支付冷氣錢死命工作,我們這百分之一則早已透過客製療程逐步調校自己的遺傳碼,將預期壽延長了一倍以上。

北極海冰不再結凍時,我的家族立刻進駐從事老本行,列強的重心也直接放在終年暢通的北方航線上,而未曾考量過後續的氣候危機。直到南極陸塊周遭的冰棚全數裂解,厚達數公里的冰川失去支撐而開始快速融化、崩解時,即使想力挽狂瀾,也已經來不及了——冰川在短期內全數落入海中,直接導致了全球海平面上升六十公尺。

生命以難以想像的速度消逝時,我們每個家族也總有些成員正在沿海都會進行視察而遭逢不幸。不過總體而言,我們對世界的掌控力並未受到實質影響,依舊貪婪地在背後操弄列強,搶先在露出土壤的南極大陸上插旗。

我們顯然過於自信,而忽略了事物之間的微妙關連——將近六百座的核能發電廠大部分都沿海而建,快速上升的海平面很快就淹沒整個廠區。核反應爐則在數天到數周內因為冷卻水的停止灌注而爐心熔毀。後續的氫爆,則將放射性物質源源不絕地排放到海水中。

圖 / Pixabay

我們的母星,也在此刻正式迎來了永不可逆的改變。

很快地,所有海產均因輻射超標而無法食用,與海相關的休憩則永遠成為歷史名詞;跨海航運,則成為被汙名化而必須存在的行業。在各地輻射規範鬆緊不一的狀況下,輻射物質終究因極少數的便宜行事,而被挾帶上陸地。

α、β、γ——你們所孰悉的這三個希臘字母所代表的放射性衰變,從此與我的族類永存,伴隨輻射而來的不可逆疾病加劇了動盪,最終則導致了秩序的永久崩解。當局勢失控時,我們這百分之一遁入了先前秘密建造的永久避難所,虛度一段歲月後,決定分批進入冬眠設施,以圖在適當時機重返地表,憑藉著庫存的大批貴金屬,再度接掌世界。

我們在兩千年後首度甦醒,向外探勘的代表,卻絕望地發現,地表上已經沒有了我們同類的足跡。

那些曾經生活著千萬人口的大都會,而今成為了滿布植披、地貌縱橫起伏的新棲地,曾被豢養、而今已經野性化的寵物與牲畜在其間安棲。欣欣向榮的景象背後,則是高度的幼體畸形率與夭折率,這起因於廣泛充斥於環境裡的輻射——在同類消失後,未被海水侵襲的其餘核能發電廠,也終因失去維護者,盡數熔毀的爐心,則導致放射性物質擴散到所有陸地。

自此,世間找不到一方淨土,世界被一分為二:其一,是核電廠反應爐的殘跡,這裡由於散發極端高量輻射,成為絕對無法接近的「禁區」;其二,則是其餘輻射污染相對輕微、生物還能苟延的「安區」。

圖 / Pixabay

即便是安區,輻射劑量仍然遠超健康生存的標準;此外,禁區不穩定狀態所造成的爆炸,仍不定期將高濃度的輻射塵向外擴散,侵蝕著安區。

某些意義上,我們確實毫不費力就再度掌控了全世界,與預期計畫不同之處則在於,世間再也沒有其他族群能供我們奴役使喚,深藏在避難處的貴金屬,此刻就僅不過是幾種重元素。

我們這些財閥巨富,正式從天之驕子的百分之一,淪為僅存的百分之百。

失望之餘,我們經過激烈辯論,決定將自己關回冬眠艙,將時限調整至設施的極限。我們悲戚地共同約定:下次睜開眼,若汙染並未改善,那麼就用僅存的氣力,見證我族最後的存續時光……

當冬眠系統達到運作極限,我們再度甦醒,時間已經快轉了五十萬年。我們穿著厚重的動力機甲邁向戶外,當年還依稀可見的都會遺跡,現在已經完全融入了自然地貌之中,曠野上奔馳著陌生又熟悉的走獸,牠們很顯然源自當年的寵物與家畜,卻因應環境裡新騰出的棲位,而滿是輻射的世界裡輻射適應。

然而,相較於可預期的外貌變化,我們始料未及是整個生態體系的基礎內裡,已在肉眼看不見之處,發生了翻天覆地的革命性變革。

——所有動物的代謝都緩慢得超乎預期,頂級階掠食者劍齒㹭的族群,兩次獵食至少間隔了十天以上。我們也觀察到:族群內越年幼、個體越小的個體,就花越多時間在進食上,也享有最高的進食順序,至於那些具備強大追捕能力的成年個體,則多半只是點綴性地咬上幾口,然後意興闌珊地在周遭找塊空間歇息,一面守望著大口進食的幼體。

圖 / Pixabay

「這樣難道不會餓死嗎?」——畢竟,分解獵物的體組織來取得化學能,是掠食動物維持代謝與生存的能量基礎,吃的東西數量不夠多、種類不對,唯一的下場就是死亡。

這並非唯一的不尋常之處。儘管由生產者、消費者、分解者構成的能量、元素循環仍然完善運作,但很顯然地,文明消失後五十萬年的這個生態系有點不太對勁。

若勉強要找出形容的詞彙,我會說整個生態系都有點「虛浮」——獵物與掠食者都散發出輕飄飄的慵懶感,與災變前野生動物紀錄片裡隨處所見的、那種生死相搏的激烈追逐戲碼比起來,現在的生態系感覺更像是動物們全體都嗑了迷幻藥,遺傳碼內建著愛與和平的溫馨方程式,不論呼吸或基礎代謝的速率,都遠比災變前大幅下降。

另一項不尋常之處則在於突變:災變頭兩千年所觀察到的嚴重畸形率,在現生族群裡已觀察不到了。然而污染大地的放射性物質,例如錼-237、碘-129 等都具有百萬年以上的半衰期,整顆星球上的輻射實際上並沒有減弱的趨勢。

可以想見這五十萬年來,生態系統必定經歷過什麼事,讓生物在充斥輻射的環境下有效壓低突變率,維持代謝與發育的正常。

少數具有生物學背景的同伴首先對動物進行了調查,其後則是植物,最後則是培養皿裡的微生物。在肉眼不可及的微觀領域,我們訝異地發現——五十萬年這段相當於地質史的「眨眼瞬間」,已經足夠微生物針對輻射汙染演化出相對應的適應機制,一支對紫外線具備抗性的嗜極微生物,在這段期間內快速演化成多個物種,分別能適應α、β、γ,或多重輻射衰變的環境。

圖 / Pixabay

還有更甚者,不僅能抵禦輻射對遺傳物質與代謝的危害,還發展出了全新機制,能以特殊的多層膜結構包裹輻射物質,並透過內嵌重元素的特殊色素蛋白,將輻射衰變的能量透過電子傳遞鏈,轉化為生物體能使用的化學能,稱之為「輻合作用」(Radiation synthesis)。這意味著,五十萬年間,已經有一批生物適應了輻射環境,並且反過來依賴著輻射的能量作為營生基礎。

不知從哪個時間點起,其中一種自由營生的特殊微生物,竟然廣泛地與所有動植物細胞建立關係,能同時被眾多物種的免疫系統忽視,而以內共生的形式,成為非固著性的胞器:同位素體(Isotoplast)。

雖然確切途徑尚不清楚,但同位素體最早似乎是透過與植物進行共同演化而成為植物細胞的胞器,再藉由草食動物的攝食,從消化系統開始發展與動物細胞的內共生關係。接著,再以相同模式,從食植動物的細胞水平移轉到掠食者體內。

每顆同位素體內部都含有放射源,輻合作用將能量源源不絕地供應給共生的生命體,伴隨著動物進食與發育,從食物裡獲得的同位素體越來越多,最終使其在達到成年體型後,就逐漸不需要來自食物的能源,而大幅降低代謝率與呼吸次數。攝食的主要目的,則轉變成補充氨基酸、核酸,與脂質等身體成分。

當代謝率下降,萬物繁殖的速度也隨之趨緩,整個新世界的節奏,已在無形中朝著「慢活」方向偏移。

圖 / Pixabay

我們徹查許多動物在這五十萬年內的遺傳碼變異,並憑藉著分子生物技術將這些適應機制移轉到自己的遺傳碼中,進而成功將同位素體引介到自己細胞內,自此獲得半永動的能量來源。

與此同時,我們則不斷測試細胞再分化的技術,終於能隨時憑藉外在調控重啟細胞分裂,誘導它們分化來補充那些因老化而死去的細胞。能無限復原的身體、加上同位素體所提供的無盡能量,讓我們得到了那柄開啟永生之門的鑰匙。

在災變以前,我們每個倖存者全都靠著剝削其他百分之九十九的勞動力、壓榨這顆行星的資源,來享受優渥生活;五十萬年後的現在,滿是輻射的母星理應是囚禁我們的煉獄,卻弔詭地在時光長河深邃的凝望中,在天擇鐵律的捶打下,被重鍛為新樂園。

所以我們放下了舊文明的種種,以「鉛民」(Leadian)作為自己族類的新名字,在風和詩歌的沐浴下,揭開樸素新頁。

圖/愛莫

當時間是永恆,很多事就不必急著辦,而能夠仔細咀嚼、好好品嚐。儘管恆星即將在三十億年後膨脹為紅巨星吞沒此地,我們也有二十九億九千萬年的時間來思考。

我們曾經是行星地表最殘暴的頂級掠食者,我們曾造就了最嚴重的大規模生物滅絕;而今,在這座永恆樂園中,我們卻選擇放下了獵人、農夫、鐵匠與士兵的身分,傾注心智在探索世間每一處細節。

數千萬年的歲月轉眼即逝,我們沉醉在安逸的如歌歲月中,卻忘了浩瀚星海裡,我們並不孤單。

工藝技術力只高我們一個層次的野蠻征服者並未放下他們的弓箭,在他們眼裡,我們這顆沐浴著輻射重生的行星,不僅是星間的特例,更是一頭彌足珍貴的「星際奇獸」。

被征服後,此地以放射性同位素體為基礎的生態系,被征服者系統化地歸檔,成為了他們推銷給星間各文明「輻射污染清淤工程」的標準授權商品內容。

永生的我們則淪為奴隸,被逼迫大量繁殖,幼童被大量灌食,直到體內的同位素體足以驅動他們進行十五萬年的勞動需求,才用星艦載運交付給遠方的買主。

十五萬年這個數字,是征服者開給的客戶的「保固期」。

我們被賣到星系各地的艱困環境去開採資源,我們曾經屬於自己族類裡的百分之一,而今卻淪為了宇宙經濟剝削體系下的那百分之九十九。

就這樣,漫長的兩億年間,我們鉛民「星際間最耐用奴隸」之名不脛而走,甚至數十億光年遠的纖維狀結構空洞彼端,都有慕名前來的買家。

天荒地老、海枯石爛,我的族人用字面上的意義,來償還我們所犯下的罪——不、你搞錯了,我指的並非讓星球滿布輻射污染這件事!而是——

獵人,從來就不該放下自己的弓箭。

我不知道其他同類的命運,自己卻很幸運地碰上好的奴隸主,而有幸撐過了遠遠長於「保固期」的年歲,最終被你們即將加入的公約組織營救,而恢復了智慧物種基本權,做為回報,我的第一個任務就是被派駐到地球來當說客。

組織交付給我的任務,是希望藉由我的親身經歷諄諄告誡,以期人類能盡快到達碳中和來避免氣候變遷,以免屆時公約組織需要耗費更多資源物力,從劫難中拯救這顆行星。

這是你們的百分之一與百分之九十九,必須要嚴肅思考、共同面對的問題。

不過如果我是你們,我就會評估:實踐碳中和的那個當下,這顆行星上是否還有足夠的能量,來對抗只略高你們一個層次的文明侵略?

雖然很動聽,但千萬別被那套愛與和平、進步與開化的謊言給騙了,誰說都一樣——即便是我的雇主、邀請你們加盟的公約組織。

畢竟,我們都曾是獵人,以弓箭奴役百獸萬物。

我們都看過,獵人放下弓箭的後果。

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再・創世 Cybernetic_96
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由策展人沈伯丞籌畫之藝術計畫《再・創世 Cybernetic》,嘗試從演化控制學的理論基礎上,探討仿生學、人工智慧、嵌合體與賽伯格以及環境控制學等新知識技術所構成的未來生命圖像。