人類考古界的傳奇家族——李基誕辰│科學史上的今天：8/7

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

人類最早在什麼時候用火？這個問題非常難以回答。經過很久很久以後，火燒的痕跡不見得還會留下，分辨天然起火或人為生火也不容易。2022 年發表的兩篇論文採用不同分析辦法，判斷約 80 萬年前的以色列人已知用火。

🔥沒有痕跡，也能得知曾經炙熱

常理想來，物品被火燒過的痕跡應該很明顯。但是考古學、古人類學研究的對象距今幾千年起跳，甚至超過一百萬年，那麼久以前的火燒如今還能被分辨嗎？最近問世的兩項研究，順利突破此一難題。

一項研究採用的方法是「拉曼光譜」（Raman spectroscopy）。最最最基礎的原理是，材料被火高溫加熱過後，內部分子層級的排列會發生改變，即使外觀完全沒有變化，也有機會透過拉曼光譜分辨。

拉曼光譜考察的材料來自以色列的 Evron 採石場遺址，這兒出土一批石器與動物骨頭，估計年代為距今 80 到 100 萬年前。光看外觀，毫無被火燒過的跡象，但是分析後得知，有些燧石製作的石器曾經被加熱到超過 400 度，遺址中其他石頭卻沒有。動物骨頭方面，有一件象牙被加熱過。

遺址內沒有或有被火燒過的樣本，顏色、大小、形狀都沒有任何差異。按照以前的分析方法，我們會誤以為該群古早人不曾與火打過交道，這兒拉曼光譜的價值顯而易見。

這篇論文的作者認為，以色列距今 80 到 100 萬年前的古早人已經懂得用火，他們有能力控制火源，長期小規模燃燒。更重要的是，這項研究證實，即使遺址乍看缺乏用火的痕跡，也可能只是舊的分析辦法看不出來，實際上用火未必那麼罕見。

• 延伸閱讀：短篇 拉曼光譜：沒有火燒痕跡，但是已知用火？

🔥已知用火，不過做什麼用？

然而，當時的人類真的已經有意識控火，也就是已知用火嗎？光看這項研究的證據，其實有些疑慮。用火有目的，遺址環境是開放的空地，生火可能有煮食、取暖、威嚇掠食者等意圖，最容易判斷的應該是煮食。

被人類放在火上燒的動物性食物，骨頭應該也被加熱過，可是這項研究分析的動物骨頭卻只有一件象牙被火燒過，而象牙並非食物。除非是被加熱的動物骨頭沒有保留至今，否則實在難以想像，已知用火的古人類不會順便烹飪。

也許有讀者好奇，石頭不能吃，石器為什麼會被火燒呢？火是能改變物質狀態的能量，數萬年前的人類，有一種用火加熱修飾石器的技術；但是這種製作石器的手法相當先進，超過 80 萬年的古早人應該還沒這麼機智。更有可能是用過丟掉的石器（和象牙），在火堆旁順便被燒到，而非有意為之。

光是 Evron 採石場遺址的紀錄，天然起火也有機會產生一樣的結果。那個年代的古早人真的已知用火嗎？所幸幾個月後發表的另一篇論文打消我的疑慮，因為這項研究找到煮食的證據！

🔥水深火熱的鯉魚

另一篇論文的分析方法是「X光繞射」（X-ray powder diffraction，簡稱 XRD），一如拉曼光譜，它能探索加熱過後物體內部的晶格變化，估計曾經升溫到幾度。

考察材料來自以色列的 Gesher Benot Ya’aqov（簡稱 GBY）遺址，這兒古時候是 Hula 湖的湖畔，有不少古代生態的記錄，出土阿舍利石器等人造物，也證實古人類曾在此生活。

GBY 遺址距今 78 萬年的地層中，出土許多魚的骨頭，超過 4.3 萬件，約有 4 萬件可以歸類，大部分屬於鯉科（carp，學名 Cyprinidae）、塘虱（catfish，學名 Clariidae)、慈鯛科（Tilapiini，學名 Cichlidae），都是淡水魚。

死魚骨頭不見得是人為造成，也可能是自然死亡沉積所致。另一處 Kinneret 古湖遺址也出土很多魚骨，兩處的化石組成卻截然不同。Kinneret 超過 99% 是魚骨，GBY 遺址則有超過 95% 是咽頭齒（pharyngeal teeth）。

GBY 遺址出土的魚類遺骸，不只部位和天然遺存不一樣，也大量出現 2 種鯉魚：Luciobarbus longiceps 以及 Carasobarbus canis，都是口味適合人類食用的款式。由此推論，至少一些魚牙化石來自人類吃剩的大餐。

研究者先用現代魚牙測試，紀錄不同溫度燒過後，珐瑯質的晶格改變。接著再分析化石牙齒，對照估計化石當年經歷過多高的溫度。

結果判斷有些魚牙曾經被火燒過，多數未滿 500 度；這差不多就是露天生火的正常溫度，也足以將魚煮熟。由此推論，78 萬年前的以色列人或許已經配備火塘，會捕魚再煮熟來吃。

🔥認識人類用火歷史的新方向

和稍早問世的論文一同考慮，僅管 78 萬年前的火烤魚稍遲一些，卻強烈佐證早於 80 萬年前的以色列人已知用火，因為用火煮魚顯然是有意識的控火行為，假設同一地區更早幾萬年的人群也具備類似技能，十分合理。最早生火煮食的年代，想來不只 78 萬年。

如今智人獨存，過往「人類」則有許多成員，距今 78 到 100 萬年前，已知用火的以色列古早人是什麼人呢？這題缺乏直接證據。可能是直立人，也可能是很初期的海德堡人（或波多人）。直立人起源於 200 萬年前的非洲，後來分佈廣泛又十分多變，海德堡人算是直立人的衍生型號；如果真是直立人已知用火，那麼可謂是機智的直立人。

• 舊化石重新定義，古人類新物種：Homo bodoensis 波多人

何時已知用火依然是不容易回答的問題，根據現有資訊，距今 40 萬年前過後用火變得普及，距離遙遠的許多遺址，相對短期內出現用火的紀錄，有學者懷疑涉及文化與知識的傳播。

然而，新研究告訴我們，生火不見得會留下痕跡，也許早於 40 萬年前已有不少地方的人懂得用火，可是缺乏紀錄。還有可能 40 萬年內使用火源的人類，比已知還要更多。不論如何，2022 年發表的兩篇論文，預示了新的探討方向。

延伸閱讀

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參考資料

1. Stepka, Z., Azuri, I., Horwitz, L. K., Chazan, M., & Natalio, F. (2022). Hidden signatures of early fire at Evron Quarry (1.0 to 0.8 Mya). Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(25), e2123439119.
2. Evidence of fire use at ancient campsite in Israel
3. Artificial intelligence may have unearthed one of the world’s oldest campfires
4. Zohar, I., Alperson-Afil, N., Goren-Inbar, N., Prévost, M., Tütken, T., Sisma-Ventura, G., … & Najorka, J. (2022). Evidence for the cooking of fish 780,000 years ago at Gesher Benot Ya’aqov, Israel. Nature Ecology & Evolution, 1-13.
5. Oldest evidence of the controlled use of fire to cook food
6. MacDonald, K., Scherjon, F., van Veen, E., Vaesen, K., & Roebroeks, W. (2021). Middle Pleistocene fire use: The first signal of widespread cultural diffusion in human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(31), e2101108118.
7. Widespread cultural diffusion of knowledge started 400 thousand years ago

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。

人類如何發展成多元族群？

自從三十萬年前智人在非洲現身，多元化便幫助人類適應非洲各地不同的環境。這期間大部分時候，適應成功漸漸產生更好的獵人和採集者，使食物供給增加，人口明顯上升。

之後每個人可享有的生存空間和自然資源減少，早在六萬至九萬年前的某個時間，智人開始大規模出走非洲大陸，尋找更多肥沃的生存土地。由於這種外移過程有連續性，便自然產生一種相關：定居的地方離非洲越遠，人口多元化就越低。智人離開非洲越遠，其社會的文化、語言、行為、體格多元化程度就越低。這種現象反映著連續始祖效應（serial founder effect）。

什麼是「連續始祖效應」？

假設有個島上，住著五種主要品種的鸚鵡：藍、黃、黑、綠、紅，牠們在島上適應存活的能力相當。當颱風來襲，有幾隻鸚鵡被吹到很遠的荒漠小島。這一子群鸚鵡不太可能涵蓋所有五個品種。假定牠們以紅、黃、藍居多，不久滿布新島上的幼雛將遺傳牠們的毛色。於是新島上形成的鸚鵡群就不及原棲息地的多樣化。要是後來又有很小一群鸚鵡，從第二島移往第三島，這一群的多樣化更不及前二島。所以只要鸚鵡從母島移出的速度快過原島上可能產生突變的速度，則牠們（相繼）移得越遠，就越不多樣。

人類移出非洲也是類似模式。起先有一群人離開非洲，定居在附近肥沃地帶，他們只帶走非洲母體人口多樣化的一部分。等這群最早的移民成長到新環境無法支撐他們再擴大，便會有一群人離開，去尋找別的處女地，定居在更遠的地方，其多元化將更低。人類向非洲以外散布，以致各洲都有人類蹤跡的這段期間，同樣的過程一再重複：人口增加，新群體再移出，去追尋更綠的草地，但多樣化僅及母體人口的一部分。

儘管有移民改變方向，這顯而易見，不過這種移居模式的影響是，離開非洲來到西亞的人群不像原本在非洲的人口那樣多樣化，其後代又繼續向東移往中亞，最後來到大洋洲和美洲，或是向西北移往歐洲，多其樣性也越來越比不上留在原地的人。解剖學上的現代人類，從非洲的搖籃向外擴張，為世界各地文化、語言、行為、形體多元化的程度不同，刻下深刻且不可磨滅的印記。

這種與非洲離得越遠、人口整體多元程度就降低，部分反映在較遠的在地民族基因較不多樣化上。根據對二百六十七種不同人口做基因多元化的比較測量，這些人口大都可找出原屬的本土族群和地理上的發源地。結果很明顯，距東非最近的本土族群基因最多樣化。多樣化最低的是中南美洲的本土族群，他們從陸路移出非洲的距離最長。多元化與移出東非的距離成負相關，這種模式不僅出現在各大洲之間，在各洲內部也是如此。

體質與認知人類學領域提供更多這種證據。研究人體體型的特徵，比方與牙齒特徵、骨盆特徵、產道形狀相關的骨骼架構，以及研究文化特徵，例如不同語言的基本詞語單位（「音素」〔phonemes〕），都證實有源自東非的連續始祖效應存在；同樣是距東非越遠，體形和文化特徵的多樣化越低。

人口多元化表現的形式是多方面的，若要適當探究整體多元化程度對國家經濟繁榮的影響，當然需要比基因學家和人類學家所提供的更廣泛許多的測量標準。此外，這標準也需要獨立於經濟發展的程度之外，以便用於評估多元化對國家財富的因果效應。這會是什麼樣的測量標準呢？

測量人類多樣性的標準是什麼？

測量人口多元化慣用的標準，往往只擷取人口中族裔或語言群體的比例代表。這類標準因此有二大缺點；一是某些族裔和語言群體的關係較密切。由等比例丹麥人和瑞典人組成的社會，或許不如由等比例丹麥人和日本人組成的社會那麼多元。另一缺點是，族裔和語言群體的內部也不盡然完全同質。全由日本人組成的國家與全由丹麥人組成的國家，多元化程度不見得相同。事實上，族裔團體內在的多樣性通常比不同群體間的多樣性要大上十倍。

因此要全面測量一國人口的整體多元化，至少應當再多加二個多元化的面向。一是族裔或次民族群體內在的多元化，如美國的愛爾蘭裔和蘇格蘭裔人口。其次是比對任一組族裔或次民族群體之間的多元化程度，例如，比起美國的愛爾蘭裔和墨西哥裔人口，愛爾蘭裔和蘇格蘭裔的文化較為相近。

鑑於移出東非的距離與可觀察特質的多元化之間存在緊密的負相關，這個遷徙距離可用於代表地球上每個地方的歷史多元化程度。我們依據各地人口的祖先與遷徙出非洲的距離有多遠，可以建構推算今日各國人口整體多元化的指數，列入考量的包括 (1) 國內各次群體的祖先人數多寡；(2) 依據各次群體的祖先走出東非時遷徙的距離，來推測其多元化；(3) 每一次群體配對後，由兩方祖先和地理發源地的遷徙距離來推算多元化程度。

這樣用統計學測量來推算多元化水準有二大優點。一是史前遠離非洲有多遠，顯然完全與當今的經濟繁榮水準無關，所以這種測量法可用於估計多元化對生活水準的因果效應。其次是如上文所強調，有越來越多體質與認知人類學領域的證據顯示，遠離非洲的遷徙距離深深影響到許多表現在身體及行為上的特質的多元化；所以我們有把握，用這種測量法推算的多元化類別會產生社會結果。

要是用這種指數測量多元化不精準（採隨機方式進行），原因比方說是未能適當考量各洲的內部移民，則根據統計學理論，我們多半會因此否定、而非確認多元化影響經濟繁榮的假設。也就是說，如果我們犯錯，是因為過於謹慎。

人口特質多元性和能不能賺大錢有關係！？

最後很重要的一點是，我們是針對個別社會的特徵測量多元化。這測量的是某一社會的人口特質有多少不同種類，無論這些特質是什麼，或是不同社會間有什麼差別。因此它不會、也不能用於暗示某些特質比別的特質對經濟成功更有利。反而它可以掌握到某個社會的人口特質多元化，對經濟繁榮有何潛在影響。事實上，把地理與歷史干擾因子納入考量，遠離非洲的遷徙距離本身似乎並未影響全球各地如身高體重等特徵的平均水準。它主要是影響群體中的個人與平均水準的差異。

有了這強有力的測量法可測定每一群人口的整體多樣性，我們終於可以探究數萬年前遠離非洲的大出走，以及它對人類多元化的影響，是否如此源遠流長，以致居然還能左右當前的全球生活水準。

———本書摘自《人類的旅程》，2022 年 10 月，商業周刊，未經同意請勿轉載。