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引起上古神獸「拉馬克 V.S. 居維葉」演化論戰的埃及木乃伊鳥

寒波_96
・2018/12/24 ・3978字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

公元 1798 年,尚未成為法蘭西大皇帝的拿破崙率軍入侵埃及此行除了大軍之外,也有一隊學者跟隨。在法國佔領埃及期間獲得一塊石碑,隨後法軍戰敗,石碑落入英國人手中,這塊石碑後來將成為破解古埃及文字的關鍵,並以「羅賽塔石碑」的名號聞名於世。儘管石碑本體沒能運回法國,卻仍是由法國人商博良率先解開古埃及文字的奧秘。

在拿破崙的埃及遠征之戰中,征戰之餘也打開了好奇心的缺口,啓發後來的埃及學。

法國人在埃及並非一無所獲,他們將一批文物成功運回法國;而在1802 年時,30 歲的聖伊萊爾 (Geoffroy Saint-Hilaire) 帶回幾隻埃及古鳥的木乃伊,隨後意外引發兩隻上古神獸 ── 拉馬克 (Jean-Baptiste Lamarck) 與居維葉 (Georges Cuvier) 的演化大論戰。[1][2]

A 是居維葉畫像,B 是拉馬克畫像。圖/取自 ref 1

居維葉表示:生物不演化

木乃伊回國的時候,居維葉與拉馬克是法國國立自然史博物館的同事,兩人對演化的觀點卻截然不同。1769 年出生的居維葉比較年輕,那時的他是 33 歲,已經是最頂尖的古生物學家。居維葉怎麼看演化?與其說他對「演化」的看法,不如說,居維葉徹底反對演化的概念,他堅持:生物不會演化

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居維葉覺得各種生物都有個理想的典型,一種生物的身體每一部分都已經完美適應環境。假如身體任一部位發生改變,害得理想型不再完美,就會危害這位個體的生存。換句話說,居維葉認為物種是固定的 (fixity of species),不會隨著時間改變——雖然現在我們知道這是大錯特錯。居維葉是非常厲害的古生物學家,當然還是言之有物的:他從眾多的化石證據中,了解並證明生物是會滅亡的。雖然現在聽起來這好像是小學生都知道的常識,不過這番話在當年卻是劃時代的革命性創見,也因此奠定他一代宗師的地位。

問題是,居維葉知道古代曾有許多後來滅亡的生物,但他卻不認為那些滅團的生物,與現在的生物之間有任何傳承關係。號稱「古生物學之父」的居維葉,他的成就絕對配得上這個稱號。然而,比起拉馬克、達爾文、孟德爾等幾位上古神獸,他相對沒那麼有名,大概與反演化很有關係。

不過在居維葉那個年代,反演化才是主流,畢竟等到 50 多年後的 1859 年,達爾文正式發表《物種源始》時,多數人仍反對演化。

埃及聖䴉木乃伊引發的演化大戰的重要年代。圖/取自 ref 1

拉馬克你說說看啊:生物持續緩慢改變

拉馬克 1744 年出生,當年木乃伊回國時,他是 58 歲,比居維葉年長 25 歲,但拉馬克對演化的見解卻比年輕人居維葉激進很多。他認為:動物會不斷微幅改變以適應環境,除了少數例外。改變的趨勢通常是由簡單變複雜,而最複雜的是人類,所以人類才會位於演化的頂點(他的演化概念不只有「用進廢退」那麼單純)。拉馬克後來將畢生的演化見解寫成《動物哲學(Philosophie Zoologique)》,於 1809 年發表。

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現在我們知道,拉馬克的演化論點雖然開風氣之先,卻有明顯漏洞,他只是比起反演化的居維葉正確許多。然而在那個時代,兩位都是最出色的學者,都希望可以壓倒對方,此時距今三千年的埃及木乃伊鳥來到他們面前,這恰好成為測試演化概念的絕佳材料。

生物會演化嗎?一個結果,兩種截然不同的解讀

他們見到的木乃伊鳥裝在陶罐裡,當年是難得一見的標本(現在應該還是很難得啦)。一開始多數學者認為,古埃及人製作木乃伊的鳥是黃嘴䴉鸛 (yellow-billed stork,舊學名叫作 Tantalus ibis,現在改為 Mycteria ibis),不過這是錯誤的分類。

居維葉正確判斷出,木乃伊鳥是另一個沒見過的物種,他將其命名為 Numenius ibis,後來學名改為 Threskiornis aethiopicus,也就是埃及聖䴉 (Sacred Ibis)。

A 是黃嘴䴉鸛,B 是古埃及人製作木乃伊的埃及聖䴉。圖/取自 ref 1

居維葉獲得難得的樣本後,首度能夠實測他的演化觀點,或是說不演化理論;但是假如拉馬克是對的,距今三千年的古埃及鳥和現代鳥之間,型態將能觀察到差異。

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在居維葉仔細測量埃及古鳥各項型態特徵後,結果令他滿意極了:埃及古鳥和現代同類相比,解剖特徵上沒有任何改變!

埃及古鳥三千年來沒有改變,居維葉喜吱吱宣告勝利:物種果然固定不變!

居維葉 1825 年正式發表論文,當時已經高齡 81 歲的拉馬克,仍然勇於捍衛畢生心血。拉馬克同意居維葉的量測結果,埃及鳥確實缺乏改變,但是他反駁:埃及三千年前的環境與現在沒什麼不同,而生物改變是為了適應環境。環境沒變的情況下,型態缺乏改變也只是剛好。演化的過程連續而緩慢,只經過三千年,又處於少有變動的環境中,累積的差異不足以被觀察到……

以下為設計對白:

「三千年都沒變化,就算更久也不會變啦!假如演化是漸變,不就是隨著時間慢慢累積嗎?三千年累積的結果是零,零乘以幾萬年還是零,更長時間也不會累積更多啦!」

演化大辯論

兩人持續交鋒,直到 1829 年拉馬克以 85 歲高齡去世為止。然而,拉馬克的演化概念已經影響一些當時的人。就在他去世隔年,法國爆發「大辯論 (Great Debate)」,兩派人馬激辯著那時尚未獲得演化之名的演化議題。

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赫胥黎與威伯福斯……的特色畫像。圖/取自 wiki

《物種源始》發表隔年,也就是 1860 年時,演化論支持者赫胥黎 (Thomas Henry Huxley) 與反對者威伯福斯 (Samuel Wilberforce)在英國進行生物是否會演化的辯論,史稱「牛津辯論」。但事實上 30 年前的法國,就已經上演過類似的論戰。

大辯論一方主將是聖伊萊爾,他當年隨著拿破崙前往埃及,後來將木乃伊鳥帶回法國後引爆論戰。聖伊萊爾受到拉馬克影響,在運回木乃伊 28 年後接下火炬。他大致上支持拉馬克的觀點,主張生物會改變,不過他更加強調,生物是符合生物學法則 (laws and principles of biology) 的產物。(「生物學法則」就是後來的「演化」)

聖伊萊爾畫像。圖/取自 wiki

聖伊萊爾主要的對手當然是居維葉,那時也已經 62 歲。居維葉堅定不移,仍然認為物種固定不變,要解釋生物機能的存在,必需訴諸「神聖造物者的意志 (will of a divine creator)」。

居維葉的小正確與大錯誤

這段歷史能給我們什麼啟示?居維葉不是浪得虛名,他對解剖型態十分敏感,研究也符合科學方法。他獲得被錯誤分類的罕見標本後,先由微小的型態差異,正確判斷出那是一種從未記錄過的新物種。他又為了測試生物是否會改變的假說,比較埃及古鳥與現代鳥,由量測得到數據,做出三千年來沒有型態改變的結果。

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居維葉行事按照科學方法,研究所得的結果也正確無誤,可是他反而更堅持己見,因此無法看穿演化的迷霧,最後做出錯誤的大結論「生物不演化」。

科學史上,居維葉不是唯一掌握正確結果,卻提出錯誤觀點的研究者;但是聲望像他如此崇高,被學界主流推崇,卻因錯誤觀點而不幸帶來長久負面影響的研究者,卻也不是那麼常見。

現在事後諸葛的我們可以說,單一研究不足以證實複雜的大議題,可是自己假如處於爭論當下,我們能明白科學證據的侷限性嗎?當主流權威提出詳實的證據,以堅定的語調發言,支持某一立場時,我們是根據證據與推演而認同他的觀點?或是因為權威講話一定是對的,由於信仰權威而盲目跟從呢?再者,兩百年後的我們能記取居維葉的教訓嗎?

居維葉雕像。圖/取自 BESAC

我名叫居維葉,學者中的學者,看看我的功蹟,以為物種會改變的對手們,誰能與我相提並論!

另一方面,「演化」不只是支持或反對這麼簡單,就算都是演化的支持者,對於生物怎麼演化也有不同見解。拉馬克是超越時代,主張演化論的先驅,但是他提出的演化機制,解釋現實世界卻不太管用。我們面對複雜的問題時,能避免陷入二分法思考的陷阱嗎?

就在居維葉與聖伊萊爾大辯論的同時,英國有位家世良好的青年,儘管就讀名校劍橋大學,卻常常不務正業四處遊蕩,讓他爸爸覺得這小鬼哪一天總要敗壞家門。隔年,畢業即失業而混不下去的英國青年,只好跳上一艘叫作「小獵犬號」的遠航船出國深造……大辯論後兩年,居維葉 1832 年 5 月也去世了,此時英國小鬼出海還不到半年。

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延伸閱讀:

參考文獻:

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

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寒波_96
193 篇文章 ・ 1062 位粉絲
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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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室

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法國的時尚中心,路易十四親手打造的魔幻舞台——《穿過了》
時報出版_96
・2023/11/25 ・3226字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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法國在路易十四的打造下成為時尚中心,即使過了百年,依然擁有絕對性的影響力,正如美國第二任總統約翰亞當斯(John Adams)於一七八二年寫道:

在巴黎的首要之務,永遠是先派人去找裁縫、假髮師傅跟鞋匠。
這個國家已經確立了它在時尚界的主宰地位,其他任何地方的衣服、假髮、鞋子在巴黎通通上不了檯面,此為法國向歐洲各國課徵關稅的眾多管道之一,對美國也不例外。
維持並提升國家在時尚方面的影響力,是法國王室政策相當重要的一環。

路易十四與柯爾貝推行的諸多政策不只為國家帶來豐碩的經濟成果,對內也滿足了政治上的需求。在路易十四手中,服裝成了一種精妙的控制手段,某些服飾成為寵臣的象徵,比方說由路易十四親自設計、綴有金銀刺繡的「裘斯特克」(just-aucorps à brevet)藍色絲綢外套,一次僅容許五十名貴族穿著,且只有穿上它的人才能跟隨路易十四外出打獵,是爭取他青睞的難得機會。能夠貼身接觸君王,對貴族而言是最重要的事。

路易十四本人就是這場宮廷古裝大戲的主角。他熱愛芭蕾舞,曾在宮廷舞劇中飾演太陽神阿波羅而獲得「太陽王」稱號,並持續領銜演出許多劇碼,藉此秀出他那雙據說非常自負的健美小腿。

他腳上的鞋子(不是靴子)將美腿的線條展現得淋漓盡致,在他執政期間風靡一時,尤其是那雙紅色高跟鞋。

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他腳上的鞋子(不是靴子)將美腿的線條展現得淋漓盡致,在他執政期間風靡一時,尤其是那雙紅色高跟鞋。圖/wikipedia

但路易十四扮演過最偉大的角色終究還是他自己,就跟瑪莉蓮夢露(Marilyn Monroe)一樣,以精湛到位的演技展現出真正自我。事實上,他的著裝流程才是宮廷內最精心策劃的儀式。路易十四有所謂「早朝」的接見慣例,全程總共有六輪,由特權人士依序進入寢宮向他請安,可看出其地位高低及受寵程度,但幾乎所差無幾。能夠出席早朝並獲得接近國王的機會,是每個朝臣夢寐以求的無上殊榮。

前兩輪接見時,路易十四還躺在床上:先是他的婚生與私生子女,接著才是最受寵的貴族。

他一起身,負責宮廷內務的內廷大臣與首席寢宮侍從便將長袍擺好,接著讓下一批人進來;等他穿上鞋子,再開放下一輪。

王室內務總管及首席衣袍侍從兩人一左一右拉住衣袖,脫下他的睡衣,再小心翼翼替他換上內廷大臣遞上的日常服,由首席貼身侍從及衣袍侍從各自替他套上兩邊的袖子,接著繼續穿鞋、佩劍、披上外袍。

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這一連串行禮如儀的動作不禁讓人想起遠古蘇美神話中掌管愛與生育的女神伊南娜(Inanna):她決定去冥界找姊姊厄里斯奇格(Ereshkigal),途中必須穿過八道門,每一道都得脫下一件衣服才能通過。

儘管這些繁文縟節都是路易十四自己一手立下的規矩,但朝臣百官無不恪守,就連他死後也不例外。

法國王室對於人民穿著打扮及階級流動的焦慮並非在路易十四掌權期間才浮現。事實上早從十五世紀開始,政府就制定了一連串的禁奢令,從法律條文中便可看出端倪。一四八五至一六六○年間通過了十八項法令,意圖管制法國民眾的衣著及飾品穿戴。

例如,一五一四年頒布的法律在前言中開宗明義指出:「絕對嚴禁所有人,包括平民及非貴族人士……利用穿衣風格或服裝打扮假冒貴族之頭銜。」這兩百年來,法國君主試過各種手段,包括限定貴族才能使用絲綢、禁止將金銀用於織品(從而導致貴金屬無法轉入國庫或在市面流通)、建立顏色位階制度等。

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從亨利四世到路易十四在位期間,教會講道更進一步強化禁奢法的立意,要求每個人按照地位階序著裝,不可踰矩。

這些繁文縟節都是路易十四自己一手立下的規矩,但朝臣百官無不恪守,就連他死後也不例外。圖/wikipedia

禁奢法是否真能奏效令人懷疑。以散文著稱的哲學家蒙田(Montaigne)認為此舉適得其反。他寫道:「我們的法律試圖規範愚蠢而虛榮的食衣開銷,反而弄巧成拙,」因為這些法令「只會激起大家更想花錢的欲望。」但就在路易十四於一七一五年逝世後,禁奢法隨之廢弛,彷彿打開了水閘,追逐時尚的浪潮正式從上流社會解放,傳入民間。

奢華的衣物不再是貴族的專利。在服裝類型全面解禁,人人皆能仿效的情況下,貴族只能在風格樣式上作文章,藉由不斷變化的細微差異來與大眾做出區隔。

套句盧梭(Jean-Jacques Rousseau)一七六一年小說《新愛洛伊絲》(The New Eloise)核心人物聖波洛(Saint-Preux)的話:「舉目所及,人人不分貴賤,衣著大同小異;若非公爵夫人慧眼獨具,能看出資產階級女性所不敢模仿的風格特色,幾乎無從區分貴族與平民。」這種「一眼看出風格特色的本事」加快了十八世紀法國服裝樣式變化的腳步,而現代時尚之濫觴,即源自於這種日益加速的演變週期。

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社會上各階層總是緊跟著上層人士的風向爭相模仿。大眾對時尚的議論尤其激烈,是因為有關服裝的爭辯已經演變成一種「代理人戰爭」,實際上的問題核心是舊制度一成不變的地位階序正逐漸被日益顯著的社會流動取代。社會階層產生新的可塑性,使某些人感到惴惴不安,服裝便成了代罪羔羊。

戲劇家埃德梅.鮑索(Edme Boursault)在一六九○年推出的《伊索寓言》(Les Fables d’Esope)寫道:

巡佐太太要是穿得起,

就會濃妝豔抹,打扮得像個老鴇;

皮條客的妻子為了給人留下好印象,

穿得跟律師太太一樣端莊;

律師太太甚至膽敢

模仿議員夫人的神態樣貌;

就連議員夫人也毫無顧忌,

與議長夫人爭妍比美。

紀錄顯示,法國在路易十四之後確實繼續立法規範布料的用途,但這些法令只是證明了當時社會鋪張炫富的風氣愈演愈烈,一發不可收拾。僕人的制服被貴族拿來當成宣揚聲望的工具,貴族間的地位之爭最終促使政府在一七二四年立法禁止穿著制服的僕人使用綴有金銀裝飾的絲襪。

羅什在一份針對巴黎財產紀錄的詳細研究中明確點出,整個十八世紀,巴黎各個社會階層─舉凡貴族、專業職人、工匠、店舖業者、工人及家傭等─在服裝上的消費都有所增長:「每一種社會類屬(social categories)皆陷入不斷加速的變化更迭之中。」

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路易十四時期興起的時尚出版業方興未艾,自一七○○至一八○○年間,法國有多達五十種不同的雜誌期刊在市面上流通,跟服裝有關的書籍亦出現爆炸性的成長,十八世紀後半的出版量比起前半世紀足足超出五倍以上。因此法國作家夏爾.佩羅(Charles Perrault)一六九七年出版的改編童話《灰姑娘》(Cinderella)在此時大受歡迎,或許也不足為奇。

一六九七年出版的改編童話《灰姑娘》(Cinderella)在此時大受歡迎。圖/wikipedia

故事描述女主角透過一襲優雅禮服及精美便鞋的穿針引線,從可憐的廚房女傭飛上枝頭嫁給國王,成為皇后。新衣的魅力產生強大的吸引力,盜竊衣物的罪行亦隨之增加。

一七六○至一七六九年間,巴黎的一千七百起審判案件中,就有九百多起(占整體的五成二)與衣物及亞麻織品有關。服裝出租變成熱門行業,假如灰姑娘真有其人,她只需要租件禮服就能脫離苦海,從無名小卒搖身一變枝頭鳳凰,但實際上的社會底層並沒有如此幸運。

某位名叫拉方丹(Lafontaine)的人大吐苦水,說他把衣服租給那些「閱人無數的女性」(暗指妓女),最後她們卻穿著這些衣服死在醫院或牢裡,害他足足損失了四千五百里弗(livre)。

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——本文摘自《穿過了:從人類服裝史發掘全球製衣體系背後的祕辛》,2023 年 10 月,時報出版,未經同意請勿轉載

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