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裂唇魚通過了猴子也無法闖關的「鏡子測試」,所以它們擁有自我意識還比猴子聰明?

寒波_96
・2019/02/25 ・4305字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

動物有自我意識嗎?

動物有自我的意識嗎?這是很有意思,卻難以捉摸的問題。如果可以跟動物溝通,直接問牠們就好:

「你好,請問你認識自己嗎?」

「……」(毫無反應,如同一隻動物)

偏偏目前沒有智人有能力問這種問題,或是能理解動物的回答。

要試探動物的自我認知,研究者常用的一種作法是「鏡子測試」,它比較正式的全名是「鏡像自我認知測試(mirror self-recognition test)」。基本概念不算複雜,就是把動物放在鏡子前面,觀察動物是否能認出鏡子中的投影是自己,而不是別人。

鏡子測試的標準極為嚴苛,至今通過的動物種類非常稀少,只有黑猩猩、亞洲象、瓶鼻海豚、喜鵲區區幾種。根據嚴格的判斷標準,一般我們覺得「聰明」的動物,像是貓、狗,甚至是和人類差異沒有太遠的猴子,都無法通過。

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然而,新近發表的研究報告,有種 10 公分左右的小魚:裂唇魚(cleaner wrasses,學名 Labroides dimidiatus),靠著小小的腦袋,竟然通過了鏡子測試!這是怎麼回事?

  • 狗在鏡子前認不出自己,竟然有魚類可以!?

替黑猩猩量身打造的鏡子測試

要了解鏡子測試,各位讀者首先要有的概念是:鏡子測試很不好用。

這款由加魯普(Gordon G. Gallup)在 1970 年提出的實驗,一開始是為了研究黑猩猩有沒有自我認知,因此整套實驗都是以黑猩猩的特質量身打造。

哈利波特與意若思鏡。這個鏡子真的能照出你的自我意識!圖/取自 Pottermore

測驗方法說明這裡引用 wiki

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「在動物身上標上兩個無味的顏料斑點。測試斑點被置於動物身體上,在鏡中可見的部分,而對照斑點則放在動物身體上,可觸及但不可見的地方……意識到測試斑點是在自己身上,而同時忽視對照斑點」

所以鏡子測試的適用範圍,受到許多限制:

受測動物視覺上看不見,不行。
沒有肢體可以標記,或人類無法判斷反應,不行。
太懶就是不愛動,即使有意識也不反應,不行。
北京反對,這個沒差。
動物太害羞,不習慣看別人,不行。

偏偏黑猩猩對鏡子的反應超級好,輕而易舉就通過了測試(有些黑猩猩甚至平時就很愛照鏡子),害得動物行為學家擺鏡子試探其他動物的時候,常常難以判斷,牠們在鏡子旁邊摸來摸去,到底是不是真的看到自己!

即使沒有鏡子,也會用水面當鏡子照的黑猩猩。圖/取自 ref 3

幫小魚訂做改版測試

鏡子測試是根據黑猩猩量身訂做,用在生理構造類似、屬於靈長類的近親倒還好,但其他哺乳類就比較麻煩了,更別說要延伸到鳥類、爬蟲類,甚至水中的魚類,實在是愈來愈不簡單。

很多動物其實不是無法通過測試,而是根本想不到怎麼做實驗。

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幸好裂唇魚相對容易。這種小魚平時生活在大魚身邊,吃大魚的寄生蟲或屑屑,因此又叫作清潔魚,或魚醫生。它們日常與同儕的互動還算頻繁,有社交,就比較有機會擁有自我意識。更重要的是,這種魚愛乾淨,身上沾到東西會清潔身體,是個智人能判斷的明顯反應。這些特徵,使得它們適用於改版後的鏡子測試。[1][2]

習慣生活在大魚周圍的裂唇魚。圖/取自 ref 3

裂唇魚並不能立刻就通過水中版的鏡子測試,要先經過一系列前置準備。

首先,先把鏡子放在魚身邊,多數魚會把自己的鏡中投影視為敵人,發動攻擊,經過 7 天才會完全停止。

  • 攻擊鏡中自己的魚:

隨後幾天,習慣鏡子的裂唇魚,在能見到鏡子的時候,會有一些沒有鏡子時不會出現的行為,例如游泳時上下翻轉身體。其實之前已經有另一種魚:蝠鱝(manta rays),也能達到這個階段,研究者卻想不到辦法繼續進行標記測驗。

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  • 游泳時身體上下翻滾:

接著,不再攻擊鏡子的魚,會增加待在鏡子旁邊的時間。
經歷 2 個星期準備,到達此一階段,裂唇魚的標記測驗才能正式開始。

第一種通過鏡子測試的魚類!

裂唇魚的標記方式,是麻醉後皮下注射橡膠顏料,再把恢復的魚放在鏡子旁邊。

如果被注射魚眼可見的棕色顏料(不同魚標記在不同部位),旁邊又有鏡子,那麼它會照鏡子發現身上的異物,然後做出一些摩擦動作(scraping behavior),試圖把身上的髒東西除掉。假如沒有鏡子,則不會有清潔行為。

  • 試圖靠摩擦清潔臉部顏料的魚:
  • 試圖靠摩擦清潔喉部顏料的魚:

作為對照,研究者也用視覺不可見的無色顏料標記;而這組的魚即使身邊有鏡子,卻沒什麼清潔行為。表示身上有標記的魚,確實是「在鏡子中看到自己」,才引發後續的行為反應。

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論文由此判斷:裂唇魚成為第一種通過鏡子測試的魚類!

裂唇魚與鏡子中的自己。圖/取自 ref 2

問題是,一開始設計給黑猩猩的實驗,如今有魚類通過,就等於小魚也跟黑猩猩有一樣的自我意識嗎?畢竟,辨識鏡子中的形象,貓不行、狗不行、猴子不行,全長 10 公分的小腦袋小魚竟然辦到了?

論文宣告發現後,並沒有下定論,而是希望促進大家討論討論,到底鏡子測試是不是衡量動物行為的好辦法?

德瓦爾真的很嚴格:魚沒有通過,還差一點

說到動物行為學,不可忽視德瓦爾(Frans de Waal)這號人物,論文旁邊也刊出他對新研究的評論。他現年 70 歲,是此一領域教父級的人物,在 1982 年出版的《黑猩猩政治學》,當時看來驚世駭俗,如今卻證明德瓦爾的前瞻眼光。

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論文宣稱,裂唇魚通過了鏡子測試的每一項標準。德瓦爾卻不夠滿意,他認為小魚並沒有通過鏡子測試,但是只了差一點。[3]

對鏡打扮的黑猩猩……跟黑猩猩比的話,沒有動物能通過鏡子測試啦!圖/取自 ref 3

德瓦爾真的很嚴格。他指出,之前通過鏡子測試的動物,見到鏡中自己時,會出現「前所未見」的反應;然而,裂唇魚清潔身體的反應,卻是本來就有的行為模式,證據不夠力。

另一方面,魚的標記方法是注射橡膠色素,是個生理上的額外刺激。見不到顏色,對鏡子沒反應,表示光有生理刺激是不夠的;但是能見到顏色,對鏡子起反應的魚,刺激卻也存在。也就是說,裂唇魚對鏡子有反應,或許是視覺加上生理刺激的效果,不單純是視覺。如此,不能算是真正通過鏡子測試。

即使如此,德瓦爾仍然認為裂唇魚達到猴子的等級。猴子無法單靠視覺,直接認出鏡中的自己,但是假如視覺再加上體感,猴子也能通過(德瓦爾稱作「Felt Mark test」)。德瓦爾主張,小魚也符合此一標準。

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我們有聰明到,能知道動物多聰明嗎?

不管小魚有沒有通過鏡子測試,這個案例都能讓我們體會,用鏡子測試評估動物意識,即使不算太糟糕,也是相當侷限的方法。適用範圍受限以外,通過標準也太過嚴苛,嚴苛到幾乎失真。

以猴子來說,至今仍沒有吱吱能完全通過鏡子測試,而這卻不等於猴子缺乏自我意識。

證據是,假如不擺鏡子,換成另一位陌生的吱吱,受測猴的反應將完全不同;猴子也許無法認出鏡中那個是自己,卻分得出不是陌生猴。如此能說吱吱沒有自我意識嗎?

「大霹靂」式的自我意識觀,由二分法判斷動物是否具有自我意識,通過鏡子測試的人類、大猿、亞洲象、瓶鼻海豚、喜鵲具備,其他沒有通過的動物一律不具備。圖/取自 ref 3

德瓦爾其實對鏡子測試很不滿意,在 2016 年的《你不知道我們有多聰明:動物思考的時候,人類能學到什麼?》書中花了不少篇幅批判。他認為,用演化的角度思考,自我意識應該是漸進式的衍生,親緣關係類似的動物,彼此間應該是如光譜般的程度高低之別,而不是二分法的有或無。

比方說,喜鵲通過鏡子測試,表示這種鳥類的自我認知非常強烈。而與喜鵲遺傳關係接近,生活環境也類似的鳥類,就算無法通過測試,其實多半也該具備相當的自我意識,只是沒有喜鵲那麼強烈(類似黑猩猩與猴子之類的關係)。

過去的動物行為學研究,傾向把自我意識的出現視為「大霹靂」,大部分動物不存在,只有在少數特殊的物種出現,這卻不太符合演化的道理。而鏡子測試標準嚴苛,只有自我認知很強烈的動物能夠通過,又僅能代表特殊的狹隘情境,也助長了這股風氣。

漸進式的自我意識觀,通過鏡子測試的人類、大猿、亞洲象、瓶鼻海豚、喜鵲,自我意識最強;猴子、鸚鵡、裂唇魚自我意識稍弱;狗、貓、豬再次一級,其餘小腦袋動物的自我意識更低(不過怎麼衡量「腦袋大小」又是很謎的標準)。圖/取自 ref 3

更基本的問題是,就算腦袋最簡單的動物,怎麼可能不「認識自己」?想想看,一隻兔子,假如無法意識到自己在環境中的相對位置,下場將不是撞死就是被吃掉,還能活到把基因傳承下去嗎?因此,每一種動物應該都有自己認識世界,定位自我的方式,才能順利繁衍至今,只是動物往往跟智人的經驗差異太大,使得我們無從理解。

每一種動物都有自己的演化歷史、生存環境。德瓦爾主張,我們不應該繼續以智人的主觀標準,由動物與人的相似程度,評判動物有多聰明,而是應當改為站在動物的立場,設身處地理解它們的處境,如此才能真正了解動物的行為。

當然,受限於生物間的隔閡,智人永遠不可能真正讓自己變成其他動物,如同各種動物一般思考。不過,若要認識在不同環境中演化出的動物行為,從各種動物本身的角度出發,將是比較客觀的方向。

延伸閱讀

參考文獻

  1. Kohda, M., Hotta, T., Takeyama, T., Awata, S., Tanaka, H., Asai, J. Y., & Jordan, A. L. (2019). If a fish can pass the mark test, what are the implications for consciousness and self-awareness testing in animals?. PLoS biology, 17(2), e3000021.
  2. Do fish recognize themselves in the mirror?
  3. de Waal, F. B. (2019). Fish, mirrors, and a gradualist perspective on self-awareness. PLoS biology, 17(2), e3000112.

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
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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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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💃

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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 ・3235字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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顯微觀點_96
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