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深入了解臺灣原生鳥類保育等級調整之緣由——保育名錄大風吹,吹什麼?

活躍星系核_96
・2018/07/02 ・5198字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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編按:2018 年 6 月農委會林務局野生動物保育諮詢委員會討論了新一波保育類野生動物名錄的調整,其中鳥類部分修改調整牽涉了共 21 種鳥類。
參與評估分類專家會議(鳥類類群)的丁宗蘇老師、方偉宏老師應邀撰文,針對本次的保育等級調整作出說明。除釋疑名錄調整考量之主要內容,亦提要說明近年台灣鳥類值得注意之保育、研究情況。
延伸閱讀:為何調整保育名錄?獼猴降級與農損有關嗎?哺乳類保育類名錄檢討省思——保育名錄大風吹,吹什麼?

  • 丁宗蘇│國立臺灣大學森林環境暨資源學系副教授,林務局第 11 屆野生動物保育諮詢委員
    方偉宏│國立臺灣大學醫學檢驗暨生物技術學系副教授,林務局鳥類群野生動物評估分類專家會議召集人

林務局於 2018年 6月25日召開野生動物保育諮詢委員會第 11 屆第 2 次委員會議,會中重要提案之一是調整保育類動物之名單,引起社會大眾的關注及討論。我們出、列席參加本次這諮詢委員會議,同時在調整名錄過程中,也參與了鳥類群野生動物評估分類專家會議,很高興能藉由泛科學的討論平臺,來說明本次臺灣原生鳥類保育等級調整之原則及理由。

野生動物保育法的主要目的與精神

首先要請大家了解,野生動物保育法(以下簡稱「野保法」)之精神與目的是「保育」,野保法並沒有完全禁止野生動物的利用,也無法確保所有野生動物個體的福祉。野保法的主要目的,是阻止原生野生動物的物種滅絕。依照野保法的定義,保育類野生動物都是指「生存已面臨危機」之野生動物物種,而不同的保育類分級,則是依據其族群量之稀有程度及面臨之壓力程度而定。

我們當然希望看到每個野生動物個體都是安居樂業、過著幸福快樂的日子,但這並不是單憑野生動物保育法所能達成的境界。

「野生動物保育」最主要的目的,是阻止原生野生動物物種滅絕。圖/Pexels@pixabay

野生動物等級如何進行評估?

野生動物保育法於 1989 年頒布施行後,多年運作也經多次修改,在野生動物等級的評估與調整,已經有相當成熟的原則與程序。保育類野生動物的決定,都是依循「野生動物評估分類作業要點」來執行,這作業要點之目的,就是要提供具體、明確、一致的基準來評估野生動物保育等級,類似於「 IUCN 紅皮書」的物種瀕危等級評估。

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林務局將野生動物分成哺乳類、鳥類、兩棲爬蟲類、淡水魚類、及昆蟲等類群。各生物類群由 10-20 位該領域的專家,組成專家會議來共同評估,各類群的評分原則也不盡然相同。陸域的哺乳類、鳥類、兩棲類、爬蟲類的分級計分標準是一樣的,評估計分有六個面向(族群地理分布、目前族群量、族群變化趨勢、分類地位、棲地流失威脅、獵捕利用威脅)。各物種在這六個面向,可分別得到 1-5 分,總共可得到最低 6 分、最高 30 分的評估計分。各生物類群的專家都是依據這要點的規範,公正、客觀、獨立地為每個物種每個項目評分,再交給林務局保育組統籌平均評分。之後各生物類群的專家再齊聚開會,檢視大家的評分結果,並討論出保育類名錄建議清單,提交給野生動物諮詢委員會。

最近幾次的鳥類專家會議,進入保育類鳥種名單的分數標準大約是 15 分。野生動物諮詢委員會對於各生物類群專家會議的保育等級調整建議,一般都會予以尊重而照案通過。

以下的表格即是現行野生動物評估分類作業要點的附表(適用陸域之兩棲類、爬蟲類、鳥類及哺乳類動物)。關心保育類野生動物等級的人,大多也是熟悉野生動物現況的達人,可以試著針對熟悉的野生動物類群,依據以下的原則,挑幾個物種來嘗試給分。

一、野生族群之分布
(備註:由專家依現有資料決定採用描述性基準或量化基準做為評估依據。)

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野生族群之分布。(點圖放大)

二、 野生族群(成年個體)目前族群量
(備註:由專家依現有資料決定採用描述性基準或量化基準做為評估依據。)

野生族群目前族群量評估。(點圖放大)

三、野生族群之族群趨勢
(備註:由專家依現有資料決定採用描述性基準或量化基準做為評估依據。)

野生動物族群之族群趨勢。(點圖放大)

四、分類地位

野生動物分類地位評估。

五、面臨威脅

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(一)棲地面積消失之速率

野生動物等級評估中,對於基地消失之評估基準。

(二)被獵捕及利用之壓力

野生動物等級評估中,對於被獵捕及利用之壓力評估基準。

當要依據這評估分類作業要點來打分數時,一定會發現有很多猶豫吧。很可能會遭遇目前所掌握的資訊不足,難以明確判斷的情況,這樣的困擾也發生在專家身上。這六個面向,只有分類地位比較沒有爭議,其他五個面向都不容易明確給分,而且還有三個面向(分布、趨勢、棲地)牽涉到時間變遷,要看十年或百年的變化。即使鳥類專家會議成員,每個人觀察或研究臺灣鳥類都超過 20 年,我們所給的評分也不會完全一致。

有哪些台灣鳥類調查資料可供參考?

生物分布、數量與趨勢等基礎資訊不足的問題,過去及現在一直都在困擾著生態學、保育生物學、環境保護等等牽涉到野生動植物的議題,未來恐怕也難以快速改善。但是,受惠於眾多業餘愛好者的投入,無論在全球或是臺灣,鳥類可說是我們目前了解相對充分的生物類群。

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有賞鳥報告嗎?上傳到 eBird Taiwan 為鳥類調查盡一份心力吧!圖/網站截圖

以臺灣來說,除了專家學者所進行的研究調查外,也有眾多公民科學家所收集的大量資料。中華民國野鳥學會的鳥類紀錄資料庫,累積了過去四十年、超過一百萬份的賞鳥報告。特有生物保育研究中心、中華鳥會也與美國康乃爾大學鳥類研究室合作,開發 eBird Taiwan,三年前成立後,目前已累積超過 16 萬份賞鳥報告。特生中心在過去十年,也推動了繁殖鳥類大調查 (BBS)新年數鳥嘉年華 (NYBC) 等全民鳥類監測計畫,讓我們可以固定樣區、季節、方法的調查資料來確認鳥類族群的分布與數量變動。此外,特生中心也花了二年時間,盤點評估臺灣陸域脊椎動物,於 2016 年發表臺灣鳥類紅皮書名錄,仔細評估臺灣 316 種鳥類之族群現況及威脅。這 2016 年臺灣鳥類紅皮書名錄的評估準則,類似於「野生動物評估分類作業要點」,但是卻採用更多的標準與更精細的分級。

以上這些相關研究調查、鳥類紀錄資料庫、紅皮書評估資料,大大增加了我們對臺灣鳥類族群現況的掌握,讓我們更有信心地提出與時俱進的臺灣保育類鳥種名錄。

今年哪些鳥種保育等級經過變動?

2018 年臺灣鳥類保育等級變動整理。資料來源:農委會公告。泛科學整理

這次保育類等級有所變動的鳥種,基本上都是依最新的資料,認為其受脅等級有所改變而做的對應調整。

林鵰、黃鸝、遊隼這三種鳥類,在臺灣的數量仍然稀少,但是族群數量已有上升之趨勢,且短時間內並無面臨重大威脅,因此由「瀕臨絕種野生動物」調整為「珍貴稀有野生動物」。大田鷸(大地鷸)在全球未受生存威脅,近年來調查研究顯示,這種候鳥在臺灣很稀少,是因為臺灣並未位於本種主要遷移路徑上,而由「其他應予保育野生動物」調整為一般類。

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林鵰數量仍然稀少,但在台灣的族群數量已經有上升的趨勢。攝影/白欽源@TaiBIF

納入保育類的鳥類名單

金鵐、青頭潛鴨、琵嘴鷸這三種鳥類,全球族群數量非常稀少或是快速下降。例如,過去在臺灣的過境季節並不難看到金鵐,但近年已經大幅減少。這主要是因為金鵐在其主要度冬地(中國華南)遭到大量獵捕(近十年每年交易量超過一百萬隻),使得金鵐全球族群急遽減少,2004 年在 IUCN 紅皮書,金鵐的瀕危等級仍是最低的「略需關注」(Least Concern),2017 年已調整為最嚴重的「極度瀕危」(Critically Endangered)。青頭潛鴨與琵嘴鷸也是類似的情況,目前全球數量皆不超過一千隻,在 IUCN紅皮書都是「極度瀕危」。由於臺灣是這三個鳥種的穩定過境/度冬地,因此金鵐及青頭潛鴨由一般類連跳二級,調整為「珍貴稀有野生動物」,琵嘴鷸則由「其他應予保育野生動物」調整為「珍貴稀有野生動物」。

金鵐曾經並不少見,但近年來在中國華南的渡冬地受到大量獵捕壓力。攝影/林孫鋒@flickr

紅腰杓鷸、黑尾鷸、大濱鷸、紅腹濱鷸這幾種遷移性水鳥也是類似的情況,在全球及臺灣都有數量下降的趨勢。在東亞—紐澳這條遷移線上的水鳥,很多鳥種在近年都有數量下降的問題。雖然這狀況是這區域內所有國家的共同問題,臺灣是這條遷移線上的重要水鳥過境/度冬地,我們希望能善盡臺灣在國際上的保育責任。因此紅腰杓鷸、黑尾鷸、大濱鷸、紅腹濱鷸這四種遷移性水鳥的保育等級,由一般類調整為「其他應予保育野生動物」。

幾種遷移性水鳥都有數量下降的狀況,圖為大濱鷸。攝影/蕭世輝@TaiBIF

林三趾鶉、長尾鳩、董雞、黑頭文鳥這四種臺灣繁殖鳥類,也是因為在臺灣的族群數量相當低,而且在臺灣的分布範圍侷限,因此由一般類調整為「其他應予保育野生動物」。其中,黑頭文鳥還面臨外來亞種雜交的問題。

臺灣朱雀與岩鷚,分別是臺灣特有種及特有亞種,都棲息在高海拔山區。近年調查指出,這二種鳥的分布範圍愈來愈侷限於高山山頭,棲地消失的威脅增高,值得保育界持續關注。因此由一般類調整為「其他應予保育野生動物」。

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黃胸藪眉、白耳畫眉、冠羽畫眉、栗背林鴝這幾種台灣特有種鳥類雖然數量不少,卻明顯遭遇獵捕壓力。攝影/張俊德@TaiBIF

黃胸藪眉、白耳畫眉、冠羽畫眉、栗背林鴝這四種臺灣特有鳥種,也是由一般類調整為「其他應予保育野生動物」。很多人會納悶,這四種鳥在臺灣的族群數量並不低,為何也會調整成保育類呢?

其實,在 2008 年之前,這四種鳥類以及臺灣紫嘯鶇與金翼白眉,也都是「其他應予保育野生動物」。在 2008 年的鳥類專家會議,由於這六種臺灣特有種鳥類分布廣且數量多,整體評分並不高,因此這六種鳥類被調整為一般類。這個決定,當初在鳥類專家會議中引起廣泛的討論,因為部分專家認為這些鳥種一旦變成一般類,很可能會面臨不小的獵捕壓力。但是,依據「野生動物評估分類作業要點」,我們只能以被獵捕及利用的現況來評分,並不能以假設性的可能獵捕壓力來評分,因此這六種鳥類在 2008 年仍是被調整為一般類。

但是,當時鳥類專家會議要求,林務局要監控調查這些鳥種被移出保育類名錄後的被利用壓力。林務局也的確委託學者,進行全臺灣三百多家鳥店的訪查。結果發現,黃胸藪眉、白耳畫眉、冠羽畫眉、栗背林鴝被移出保育類後,在鳥店的展售數量明顯增加。由於這樣的證據,讓這四種鳥在這次評估中,被獵捕壓力評分增高,而調整為「其他應予保育野生動物」;臺灣紫嘯鶇與金翼白眉由於獵捕壓力並無明顯改變,仍維持一般類的地位。

野保法主要目的「物種的救亡圖存」

野生動物的愛好者,大多會希望看到每個野生動物個體,都受到最完善的保護,最好所有物種都是保育類動物,都獲得最高的保護等級。但是,野生動物保育法之目的是「物種的救亡圖存」,並不是要維護每個動物個體的福祉。對野生動物保育法來說,所有物種都在「保育類動物名錄」及「已滅絕物種清單」之外,就是最成功的境界。

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這二個路線的拉扯,也是保護與保育的核心價值差異。個人價值觀的取捨,我們交給大家來自己決定。我們不評論是非,也尊重大家的決定。在此,我們很感謝「泛科學」,讓我們可以完整說明,在「野生動物評估分類作業要點」的規範下,我們如何決定保育類鳥種。





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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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從門得列夫到 118 種元素:元素週期表是怎麼出現的?
F 編_96
・2025/01/04 ・2302字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

「氫鋰鈉鉀銣銫砝、铍鎂鈣鍶鋇镭…」相信很多人離開高中很多年,都還朗朗上口。

列著 118 種已知化學元素的「元素週期表」(Periodic Table),雖然唸起來像咒文,但有了它之後便能夠快速查詢原子序(proton number)、價電子(valence electrons)數量,以及元素可能的化學性質,成為各領域科學家與工程師設計實驗、預測物質反應必不可少的工具。

有趣的是,元素週期表並非一蹴可及。縱觀歷史,化學家們歷經數世紀的摸索、爭論與資料整理,才在 19 世紀後半葉逐漸確立。

我們現在看到的元素週期表,是在 19 世紀後半才逐漸確定。 圖/unsplash

週期表之父:門得列夫的突破

19 世紀中葉,已知的化學元素約有 63 種,許多化學家嘗試找出元素間的共同點,卻苦無系統性整理。當時能區分「金屬」與「非金屬」,或利用價電子概念將一些元素歸類,但要涵蓋大多數元素仍顯不足。俄國化學家門得列夫在撰寫《化學原理》教科書時,因接觸各元素的資料而產生新思路。他索性把已知元素各種性質寫在紙卡上,再一一比對它們的原子量(類似當今的原子量或原子序概念)與化學性質。

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確切的靈光乍現時刻,如今已無從完全重現,但我們知道門得列夫最後觀察到:「如果按照原子量(或後來的原子序)由小到大排列,某些化學性質就會呈週期性重複。」進一步來看,元素的價電子數量通常也會對應到表格的「欄位」或「族群」。於是,在 1869 年,他將研究結果發表,提出了第一版週期表的雛形,更大膽預言了尚未被發現的元素「eka-aluminium」(後來證實即鎵 gallium)及其他四種元素的性質。

讀懂週期表:原子序、符號與原子量

今日的週期表之所以能快速讓人獲得豐富資訊,關鍵在於三個核心欄位:

  1. 原子序(Atomic Number)
    代表該元素核內所含質子數。如果一原子核有 6 顆質子,就必定是碳(C),無論其他中子或電子數如何。此序號由上而下、由左而右遞增,貫穿整張表格。
  2. 元素符號(Atomic Symbol)
    多為一至兩字母縮寫,如碳(C)、氫(H)、氧(O)。但也有如鎢(W,因「Wolfram」得名)或金(Au,取自拉丁文「Aurum」)等較不直覺的符號。
  3. 原子量(Atomic Mass)
    表示該元素在自然界中各同位素的加權平均值,故通常是帶小數的數字。對合成元素則標示最常見或最穩定同位素的質量,但由於這些元素壽命極短,數值往往會被不斷修正。

舉例來說,硒(Se)在週期表中顯示原子序 34,屬於第 4 週期、第 6A 族,表示它有四層電子軌域,其中最外層(價電子層)有 6 顆電子。有了這些資訊,科學家可快速判斷硒的化學傾向、可形成何種化合物,乃至於在生物或工業應用中可能扮演的角色。

週期表的內部結構:週期、族與軌域

門得列夫最初按照原子量遞增排列元素,現代則依靠原子序(即質子數)來分類。橫向稱為「週期」(Period),從第 1 週期到第 7 週期;縱向稱為「族」(Group),目前總共有 18 組。週期數量在於顯示該元素電子軌域有幾層;而同一族則代表外層價電子數相同,故有相似化學性質。

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例如,第 18 族常被稱作「貴氣體」或「惰性氣體」,如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)等皆不易與其他元素起反應。另一個顯著群體是位於第一族的鹼金屬(Alkali Metals),如鋰(Li)、鈉(Na)等,因外層只有 1 顆電子,極容易失去該電子而形成帶 +1 價的陽離子,故與水猛烈反應。

此外,在表格中央有一塊「過渡元素」(Transition Metals)區域,包括鐵(Fe)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)等。它們具有部分填充的 d 軌域,使得該區域的元素呈現多樣性質,例如具有金屬光澤、可塑性或導電性等,被廣泛應用於工業及工程領域。

同一族的外層價電子數相同,因此大多有著相似化學性質。圖/unsplash

再進化:從 63 種到 118 種

當門得列夫在 1869 年發表週期表時,已知元素只有 63 種,表格中甚至留有空白以預留「未來或存在尚未發現的元素」。他果然預測到了鎵(Ga)以及日後證實的日耳曼ium(Ge)等新元素性質,贏得舉世矚目。隨後,有越來越多元素透過科學發展,尤其是光譜分析與放射性研究而被發現,例如鐳(Ra)和氡(Rn)等。

到 20 世紀後期,隨著粒子加速器的誕生,人類可以合成更重的超鈾元素(Atomic Number > 92)。這些人工合成元素往往極度不穩定,壽命僅能以毫秒或微秒計,但仍證實存在、並填補週期表後段空白。如今,週期表已收錄到第 118 號元素「鿆(Og,Oganesson)」,但科學家預測或許還能繼續向上延伸;只要能合成更重、更穩定的原子核,我們就能拓展週期表的新邊境。

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一般認為,隨原子序遞增,原子核內部的質子數目激增,原子愈趨不穩,往往在極短時間內衰變成較輕元素。然而,一些理論物理學家提出「島狀穩定性」(Island of Stability)的概念:也許在某特定質子與中子數量組合下,能出現意外長壽的「穩定」重元素。

是否真能在表格上方再增添「第八週期」甚至更高週期的列,仍有待更多實驗來驗證。但無法否認的是,週期表一直是科學家檢驗自然規律的試驗場,也見證了人類探索未知的無盡熱情。

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人類的「長跑」很厲害?靠「跑」在荒野中脫穎而出
F 編_96
・2024/12/26 ・3048字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

在美國加州死亡谷(Death Valley)「魔鬼鍋爐」般的炙熱溫度下,每年夏天都舉行一場被稱為「世上最極端越野賽」的經典賽事:Badwater 135。選手需在攝氏 49 度、下方為北美洲海拔最低的地帶上,跑步或走完 217 公里的山路,一路衝向位於美國本土最高峰(聖女峰)附近的終點。這聽來猶如天方夜譚,但每年仍有近百人勇敢挑戰。許多四足動物在此高溫下可能早已中暑倒地,為何人類卻能憑藉一雙腳在此環境中堅持下去?

事實上,速度上我們遠不及同等體型的動物,例如豹或馬,然而要比拼耐力,人類卻常能大放異彩。我們能在大草原中與野生動物「天荒地老」地消耗,即使我們在短程衝刺中會被輕易超越,仍可以憑藉馬拉松般的堅韌一路追趕,最終讓速度更快的對手因高溫與疲勞而甘拜下風。究竟人類為何會進化出這般特殊的耐久力?。

在跑步上,人類以耐力著稱,可透過拉長距離讓速度更快的動物因高溫與疲勞而屈服。圖/envato

人類長程奔跑的演化起源

人類的體質在遠古時期並非天生就能輕鬆長跑。據一種假說推測,大約 700 萬年前,類人猿的祖先於非洲開始「離開樹梢」,轉而在地面上覓食、移動。早期的兩足行走雖然看似笨拙,卻逐漸在持續的氣候變遷與草原化過程中展現優勢:

  1. 更廣闊視野:直立行走時,頭部位置提高,有利於觀察周遭環境,提早發現危險或獵物。
  2. 省力遷徙:兩足步態下,移動同樣距離所需能量相對降低,足以在開闊平原上長距離跋涉。

隨著數百萬年的進化,人科動物(hominids)在骨骼、肌肉與生理機制上更趨於適應長時間行走和奔跑。他們在廣袤的非洲大地上,並非以速度壓倒對手,而是依靠「耐力與持久追蹤」取得優勢。考古學家曾提出「持久狩獵」(Persistence Hunting) 的假設:古人類可能利用高溫時段在大草原上追趕羚羊或其他動物,待獵物體溫過熱而力竭之際,人類再上前制伏。一方面依靠長距離奔跑耐力,另一方面倚仗強大的散熱能力。

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足部與下肢結構:為奔跑而生的細節

哈佛大學的人類演化生物學家丹尼爾‧李伯曼(Daniel Lieberman)指出,人類的奔跑能力「從腳趾到頭頂」都有演化專門化的痕跡,稍加留意便能發現許多奧祕。

  1. 短腳趾與足弓結構
    • 人類的腳趾較短,是為了減少長距離奔跑時的折損機率。若腳趾過長,每次著地都更容易造成骨折或扭傷。
    • 足弓(包括足底肌腱與韌帶)則具備彈簧般的功能,可在踩踏地面時儲存彈性能量,接著釋放推力,減少肌肉能量消耗。
  2. 強力肌腱與韌帶
    • 跟腱(Achilles tendon)和髂脛束(IT band)都能吸收並釋放大量彈力,在跑步時有效節省體力。
    • 透過肌腱的彈性能量回饋,跑者在每一步落地與蹬地之間,都能減少額外的肌肉耗損。
  3. 臀部肌群的角色
    • 人類相較於猿類擁有更發達的臀大肌(gluteus maximus),能夠穩定軀幹,使身體不致向前傾斜或晃動得過於劇烈。
    • 這種「穩定性」非常關鍵,它能支撐直立姿勢,維持跑步時的協調和平衡。
人類發達的臀大肌穩定軀幹,得以支撐直立姿勢,提升跑步時協調與平衡的能力。圖/envato

軀幹與上肢:不容忽視的穩定器

奔跑並不只是腿部的事。上半身及頭部在跑動中也扮演著不可或缺的穩定與協調角色。

  1. 擺臂對頭部穩定的影響
    • 當我們在跑步時,雙臂自然擺動,有助於平衡腿部擺動帶來的轉動力矩;換言之,手臂的擺動能對沖下肢動量,讓我們在快速移動時仍保持穩定,頭部不至於過度搖晃。
    • 猿類上肢肌肉發達,卻沒有像人類一樣的大範圍肩關節「解耦」特性(能讓肩膀與骨盆分開晃動、頭部保持前方視線),這使得牠們在直立奔跑時更顯笨拙。
  2. 脊椎靈活度與呼吸節奏
    • 人類的脊椎與骨盆並非僵直連接,跑步時,骨盆能與肩部做出相對扭轉運動,使軀幹整體更靈活。
    • 這種結構也幫助人類在奔跑過程中匹配呼吸節奏:腳步落地的頻率能自然與肺部換氣形成同步節拍。

冷卻系統:靠「排汗」征服烈日

人類藉遍布全身的汗腺大量排汗散熱,透過蒸發有效降低體溫。人類藉遍布全身的汗腺大量排汗散熱,透過蒸發有效降低體溫。圖/envato

在非洲大草原上奔跑,面臨的最大挑戰之一便是高溫。人類為何可承受長時間高溫壓力,甚至能在午後與動物「耐力大戰」?

  1. 排汗與體溫調節
    • 大多數動物主要依賴氣喘(如狗的哈氣)或有限的汗腺冷卻。人類則擁有遍布全身、數量龐大的汗腺;這使我們可藉由大量流汗帶走熱量,再透過汗液蒸發達到降溫效果。
    • 雖然我們也會因此流失水分與電解質,但只要能適度補充,便能持續散熱。而某些大型哺乳動物,在持續奔跑一段時間後,往往因過熱而只能停下休息。
  2. 無毛皮膚與蒸發效率
    • 相較於其他哺乳類,人體毛髮主要集中在頭部與部分身體區域,大片皮膚裸露,有助於排汗時的蒸發散熱。
    • 這種「裸皮」極可能是長距離奔跑與日間活動的選擇性演化結果,確保人類能在炎熱的白天進行移動或狩獵,而不因過熱而必須在陰涼處長時間停留。

呼吸方式:維持長距離的關鍵

另外值得注意的是人類高效率的呼吸節奏。四足動物在奔跑時,呼吸通常與四肢步態高度耦合,比如馬或犬類在衝刺中必須配合四肢的震動節奏吸氣和吐氣,較難隨意變換節拍。而人類因直立姿態,使得呼吸與跑步步伐能保持更大程度的自主調控。

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  • 獨立呼吸調節
    • 能依跑者自主需求來決定吸氣與吐氣的頻率,不一定要剛好配合腿部的落地次數。
    • 這讓人類在長時間奔跑或耐力賽中,能以相對節能的方式調節氧氣和二氧化碳的交換量。
  • 嘴巴與鼻子的雙重進氣
    • 為支撐長時間有氧運動,跑者多半會同時用鼻子與嘴巴呼吸,以便快速補充氧氣並排出二氧化碳。
    • 相較之下,某些動物在喘氣散熱時犧牲了進氣效率,一旦體溫飆升,便難以同時維持高強度奔跑。

即使進入現代社會,大多數人不必再於烈日下持久追蹤獵物,我們仍可在馬拉松、越野超馬等各式比賽中看見古老遺傳「跑步基因」所迸發出的潛力。從波士頓馬拉松、超級鐵人三項,到極端氣候下的 Badwater 135,人類透過持續的鍛鍊與後勤補給,一次又一次突破極限。

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運動員的大腦跟一般人不一樣?從腦科學看體力之外的奪冠秘笈
F 編_96
・2024/12/17 ・2098字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

是不是常聽人家講「運動天賦」?這種天賦到底是什麼?運動員哪裡跟我們不一樣?這個問題現在科學家或許可以給你一個答案。近年透過腦科學研究發現,運動員的大腦與普通人的大腦存在顯著差異,這些差異塑造了他們在比賽中的敏捷反應、精確動作及卓越判斷能力。

所以現在運動選手不只比體力,還要比腦力了嗎?這些差異具體差在哪裡?

快速反應:視覺處理能力

在團隊運動如足球或籃球中,快速處理視覺資訊並作出決策對勝負至關重要。一項 2013 年發表於《Scientific Reports》的研究發現,職業運動員比起業餘運動員或一般人更擅長處理動態視覺場景,例如追蹤快速移動的物體。這種能力能夠幫助運動員在瞬間解讀賽場上的複雜資訊,並迅速做出反應。

擁有快速的視覺處理能力,對團體運動來說至關重要。圖/envato

視覺處理能力的測試還可用於判斷運動員是否適合回歸賽場,例如在傷後復健階段,確保運動員在完全恢復判斷能力之前不會貿然上場。

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肌肉記憶:動作的自動化編程

對於體操選手或跳水運動員而言,肌肉記憶是完成複雜動作的關鍵。2023 年《Journal of Neuroscience》的一項研究表示,大腦如何通過訓練快速「壓縮」和「解壓縮」動作資訊,最終將動作序列整合成一個流暢的過程。這種訓練過程使運動員能夠無需刻意思考,便能完美執行複雜動作。

肌肉記憶的形成依賴於大腦皮層神經元的網絡活動,這種神經編程能力也同樣適用於訓練有素的音樂家或舞蹈家。

預測能力:球場上的決策利器

運動員擁有卓越的預測能力,例如棒球擊球手能根據投手的動作,快速判斷球的速度與方向。2022 年發表於《Cerebral Cortex》的研究發現,當擊球手預測投手的投球軌跡時,大腦左腹側顳葉皮質的神經元活動會根據預測結果而改變。

這種高效的預測能力源來於運動員在比賽中,學會透過關聯視覺線索與物體運動軌跡的技能。研究還發現,潛水選手等專業運動員的大腦中與動態運動解讀相關的區域,如上顳溝(STS),比普通人更厚,這也反映了運動訓練對大腦結構的塑造。

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平衡與空間感:身體控制的高峰

對體操選手來說,擁有非凡的平衡感與空間感知能力,兩者缺一不可,而這在科學上被稱為「本體感覺」(proprioception)。位於小腦的神經網絡讓運動員能迅速調整身體姿態,即使在空中失誤也能及時修正動作。

對體操選手來說,平衡感與空間感知能力非常重要。圖/envato

然而,當這套「安全網」失靈時,可能導致嚴重後果。如 2020 年東京奧運中,體操選手西蒙·拜爾斯(Simone Biles)因「扭轉失靈」而一度無法控制動作,凸顯了平衡能力在高風險運動中的重要性。

注意力與認知靈活性:多任務處理的關鍵

團隊運動要求運動員能快速在不同思維模式間切換,例如足球選手需在控球時預測對手動作並調整策略。2022 年《國際運動與運動心理學期刊》的一項研究顯示,運動員,特別是參與高強度間歇訓練的選手,擁有更強的認知靈活性和注意力分配能力。

研究也指出,這些能力的提升可能與長期訓練相關,但確切機制仍需進一步研究。

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抗衰老的秘密:運動對老年大腦的保護

這些運動訓練對大腦的影響,可不是只有相關區域的提升。運動對大腦健康的影響,可能會持續一生。一個典型例子是加拿大田徑選手奧爾加·科特爾科(Olga Kotelko),她在 95 歲時仍保持驚人的腦部健康,其白質結構完好程度甚至接近比她年輕三十多歲的普通人。科學家認為,持續的運動訓練可能是她保持記憶力與認知敏銳的原因之一。

運動不只是對身體的鍛鍊,對維持大腦健康也有影響。圖/envato

下一代的訓練策略:腦力與體力並重

隨著運動科學的不斷進步,科學家也開始呼籲教練更注重對年輕運動員的腦部訓練,例如提升記憶力與決策能力。西悉尼大學的運動科學家凱莉·斯蒂爾(Kylie Steel)指出,運動員的身體或許會訓練至極限,但在認知能力上仍擁有巨大的潛力提升。例如,足球訓練中可以鼓勵球員使用非慣用腳進行射門,以提升大腦靈活性,幫助他們在成年後更加出色地應對比賽挑戰。

近年研究讓我們重新認識了體育訓練對人體的深遠影響,運動改變的不僅是肌肉,還包括大腦。從視覺處理到肌肉記憶,再到抗衰老的腦部結構,透過運動與科學的結合,將為未來的運動員開啟全新可能性,也提醒我們,持續鍛煉不僅益於身體,也有助於大腦的健康。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃