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白堊紀植物改朝換代,昆蟲們如何因應?問問嚼嚼花粉的琥珀甲蟲吧!

蕭昀_96
・2018/06/25 ・2513字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

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白堊紀(Cretaceous),可說是被子植物的時代。被子植物從白堊紀早期開始適應輻射,其多樣性在此時期爆炸性的成長,到了白堊紀晚期時被子植物已成了陸地植群的主宰,許多現生的科群也已然誕生。而相較於「花花世界」的絢爛,在此之前的中生代前期則是裸子植物和蕨類植物的世界,陸地森林充滿了蘇鐵、本內蘇鐵、銀杏和松柏等植物。

植物這樣大規模的「改朝換代」如何影響與其共生的昆蟲們呢?透過琥珀化石,我們可能得到了一點線索。

中生代的森林充滿了高大的裸子植物。 圖/12019 @Pixabay

來自白堊紀的琥珀化石:馬氏達爾文擬天牛

在西班牙北部的巴斯克─坎塔布連盆地,可以找到出產自白堊紀時期的琥珀化石,其年代估計約在 1.05 億年前,比近年在古昆蟲學界相當夯的緬甸琥珀估計為 9900 萬年前來得更早。2017 年一篇刊載於《支序分類學》(Cladistics)的論文中,揭露了一塊特別的巴斯克─坎塔布連盆地甲蟲琥珀化石:這隻甲蟲的周圍佈滿了花粉(甚至有一些還附在蟲體身上)。學者推測,這位苦主當時正在大口嚼著花粉餐,卻在吃得滿嘴都是時,倒楣地被樹脂給包埋,成為了時空凝結的可憐蟲。

被包埋在琥珀中的甲蟲苦主。研究人員們認為這隻甲蟲是在取食花粉時被包覆進樹脂,由於蟲體掙扎和樹脂流動而使花粉脫離身體,其右圖綠色箭頭方向為樹脂的流向,可看出花粉漸漸散開呈現一圓錐狀。 圖/原始論文

透過比較形態學,研究人員認為這隻甲蟲隸屬於擬天牛科(Oedemeridae),是本科最古老的化石紀錄。本種被命名為馬氏達爾文擬天牛(Darwinylus marcosi Peris),其屬名字首以達爾文命名,種小名則紀念作者的兒子馬可仕。擬天牛科為小、中小型甲蟲,軀體、足部修長而身體柔軟,觸角細長,前胸背板前寬後窄;成蟲白日會出現在花或葉面上,喜訪花取食花粉;部分類群像是芫菁會分泌毒素芫菁素(Cantharidin) 接觸到肌膚會造成起水泡、潰爛。

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現生的擬天牛喜訪花,很容易在花間觀察到。圖/Pollinator [CC BY SA-3.0] via wikipedia

白堊紀有哪些昆蟲幫裸子植物授粉?

研究人員更進一步對這個化石物種的形態和古生物學角度的剖析,探討其演化意義。2017 年稍晚,同篇文章作者領頭的研究團隊在《當代生物學》(Current Biology)再次發表了針對馬氏達爾文擬天牛的古生物學研究,探討訪花甲蟲與裸子植物間的授粉關係及演化歷史。

這次,研究團隊先確認了「這些花粉是否真的是屬於裸子植物的?」。透過植物孢粉化石的研究和微細結構的比對,這些花粉被認為屬於單槽粉屬(Monosulcites)(下圖),雖然單槽粉屬實際上除了包含各種不同的中生代裸子植物的花粉,在一些少數的例子裏,有一些被子植物的花粉也被歸類到單槽粉屬,然而由於這些被子植物單槽粉屬的化石在年代上均是新生代,因此研究團隊確認該琥珀化石中的這些花粉應是屬於裸子植物的花粉。

琥珀中的花粉屬於單槽粉屬(Monosulcites)。 圖/原始論文

在確認包裹馬氏達爾文擬天牛的的確是裸子植物的花粉後,文章作者接著探討達爾文擬天牛屬與裸子植物間的交互關係。

在此之前,與中生代裸子植物授粉有關的昆蟲依口器和取食方式分為三類:

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  • 透過吸管狀的長喙吸食裸子植物的授粉滴(Pollination Drops),這類昆蟲包括了:雙翅目張氏擬樹虻科 (Zhangsolvidae)的華麗喇叭虻(Buccinatormyia magnifica)、脈翅目麗蛉科(Kalligrammatidae)的猛暴麗蛉(Kallihemerobius feroculus) 和 艷麗中生脈翅蛉(Meioneurites spectabilis)。
  • 利用唇瓣舔吸授粉滴的雙翅目昆蟲,如:帕洛蠅屬(Paroikus)。
  • 使用口錐對植物體進行銼吸的纓翅目食孢薊馬科(Merothripidae)裸子粉授薊馬屬 (Gymnopollisthrips),包含大裸子粉授薊馬(G. maior)和小裸子粉授薊馬(G. minor)。

透過形態觀察,研究人員發現馬氏達爾文擬天牛的口器屬於咀嚼式口器;這點與原先的三種分類不同,卻與現生的擬天牛一樣:利用強壯的大顎啃食花粉。因而亦可能扮演著協助傳播花粉的角色,進而被認為是第四種中生代裸子植物的授粉形式。

馬氏達爾文擬天牛(Darwinylus marcosi Peris, 2016)的古生態學復原圖,其體表佈滿了裸子植物的花粉。 圖/原始論文。

植物大規模改朝換代,活下去或是我跟你走?

然而現生的擬天牛科成員常見於被子植物的花叢間,與裸子植物沒有明顯的伴生關係。那麼,又是什麼讓我遇見這樣的你?

白堊紀中期,有段全球性震盪期被稱為阿普第─阿爾布間斷期(Aptian-Albian gap),約在 1.25 億到 9 千萬年前。從化石紀錄來看,這段期間中原本優勢的裸子植物多樣性驟降,而被子植物則漸漸興盛,可謂改朝換代。此時站在命運交叉點的裸子植物伴生昆蟲們當然也面臨了生存挑戰,某些類群出現了新的策略,當然也有一些維持原來的生存方式,迎來了不同的結局和未來 (如下圖)。

某些昆蟲的類群因此在演化的歷史上滅絕,如:張氏擬樹虻;另一些昆蟲則繼續維持與裸子植物的伴生關係、存續至今,如現在還存在的食孢薊馬。當然,還有另外一些昆蟲的寄生對象則由裸子植物轉移到被子植物。如今在花間依然常見的擬天牛,由這次的琥珀化石暗示我們的,很可能就是成功由裸子植物拓殖到被子植物,度過嚴峻考驗、從此生生不息綿延昌盛的好例子。

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歷經裸子植物多樣性急遽下降,而被子植物則漸漸興盛的阿普第─阿爾布間斷期,與裸子植物伴生昆蟲們面臨了生存上的考驗,迎來了各式各樣的結局。 圖/原始論文

論文連結:





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蕭昀_96
22 篇文章 ・ 17 位粉絲
澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,目前是國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。

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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

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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草莓是果實還是種子?又或者……以上皆非?——「112年會考自然科考題」
椀濘_96
・2023/09/22 ・858字 ・閱讀時間約 1 分鐘

112 會考甫結束,自然考科中有題非常令人印象深刻……。

自然科第 35 題。圖/國立臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心

原來我們吃的草莓不是以為的「果實」,那個紅紅的果肉是其實是草莓的花托,而上面黑色的點點也不是「種子」,而是果實本人!至於真正的種子呢?當然是在那些黑黑的果實裡啦~

這似乎顛覆我們的印象,以為日常生活中所吃的水果果肉就是植物的果實,究竟這當中又藏著什麼奧秘呢?若想進一步完整理解草莓,就得從果實的構造及分類說起。

果實為被子植物的生殖器官之一,當雌蕊中的胚珠完成受精作用後,子房便逐漸發育為果實,胚珠則發育成種子。有些植物的花托、苞片、花萼等構造會與子房外壁癒合,並隨之生長而膨大,成為果實的一部分;例如這次的主角——草莓。

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接著我們談談果實的分類。可依據發育、構造、型態的不同,分為:橘子的「柑果」、水蜜桃為「核果」、杏仁屬於「堅果」等等,至於草莓則被歸類在「瘦果」及「聚合果」。

花的解剖構造。圖/維基百科

現在我們要先將草莓紅紅的果肉剔除,只剩下單獨一粒粒黑黑小小的果實。「瘦果」(achene)顧名思義,型態硬而細小,其內僅有一粒種子,除了草莓外,常見的如愛玉子、向日葵的瓜子。

屬於「聚合果」(又稱「聚心皮果」,為複合果實的一種)的植物則是一朵花中有多個(兩個以上)離生的雌蕊,花的萼片(花萼)、花托一同參與了果實的發育,最終膨大癒合形成肉質果肉;另外,其果實被分類在聚合果的植物,常見的有釋迦、覆盆莓。

其實除了草莓還有許多我們意想不到,所吃的水果果肉並非單單只有果實本人,例如鳳梨、桑葚、香蕉、無花果……等等;它們也都和草莓一樣,由於果實發育的方式,所造就了如此特別、豐富型態,等著我們一一去認識!

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