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《小飛象》真的能飛得起來嗎?

PanSci_96
・2019/03/29 ・2459字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

從《小飛象》這個名稱我們就能顧名思義,這是一部告訴我們如何讓一隻大象飛翔的故事(應該無誤吧)。「Don’t just fly, soar. 」這話說來勵志,但在現實生活中不論是「fly」或是「soar」對大象來說都有點困難,除了能把大象放到冰箱外 大象到底有沒有機會展翅翱翔、逆轟高飛呢?

大象到底有沒有機會展翅翱翔、逆轟高飛呢?source:IMDb

這麼重的動物能在天上飛嗎?

在 1941 年的動畫版本中,並沒有特別說明小飛象是哪種大象,不過,在這次的電影《小飛象》中,則明確指出牠的媽媽是一頭亞洲象。現今象屬中僅存非洲象與亞洲象,究竟這兩種象有什麼差異?還有,小飛象如果是亞洲象的話,會比較容易飛起來嗎?

如果想要飛起來,體型自然是第一個要考慮的向量,體重越輕,飛起來的可能性也就越大。如果是這麼考慮的話,小飛象身為亞洲象可能比較有利。因為與非洲象相比,亞洲象的體型比較輕一些。當然啦,這個「輕一些」其實也沒輕到哪裡去,成象的體重仍可達 3 到 5 公噸,而 baby 亞洲象出生時的體重也有約 90 公斤左右,跟咱們人類意義中的「輕」相比,可還有好大一段差距。

不過,也不是說質量大就飛不起來,像是體重最重的飛行鳥類──已經滅絕的阿根廷巨鷹,其體重重約 72 公斤,翼展長的約為 5~6.6 公尺;而最大的飛行生物翼龍,翼展長度為10公尺左右,其重量據估計很可能超過 200 公斤。所以……光看體重的話,「小」大象的體重應該有機會可以飛起來?

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阿根廷巨鷹尺寸比較。source:Wikipedia

別急別急,就算通過體重的關卡,接下來還要面對另一個問題:小飛象有辦法產生足夠的升力嗎?亞洲象被記錄到最快的時速約為 35 公里,而古生物學家推估大型翼龍飛行時速需要達到每小時50~60公里,這速度對小飛象來說有點硬啊,更別說同量級的螺旋槳驅動客機約需要 200~300 公里每小時的加速度。

而就算小飛象真能跑那麼快,別忘了,大象的耳朵是軟骨而非像是鳥類的翅膀是硬骨骼,根本沒有辦法支撐啊嗚嗚嗚。

等等,好像搞錯了耳朵的用途了

另外一個你看完《小飛象》會不小心忽略的驚人的事實是:大象的耳朵根本不是拿來飛行的(廢話XD)。除了飛行之外,大象的耳朵可是非常多功能,不只能聽聲音,還能表達情緒。

此外,大象的大耳朵還有個很重要的用途:散熱。

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大象的耳朵皮膚很薄、且佈滿微血管網;當天氣炎熱時可以透過加速期收縮舒張,讓血液快速流過耳朵,搭配煽動讓冷空氣接觸耳朵散熱效果更好。

「一頭成年的雄性非洲象,全身血液大約有 380 公升,最快能夠在 20 分鐘之內全數流經耳朵。」[1非洲象的耳朵長達近兩公尺,而亞洲象因為其棲地在森林、環境較為涼爽,因此耳朵的尺寸就比非洲象小。當天氣冷的時候牠們還會將耳朵縮起,減少血液和冷空氣接觸的面積。而生活在寒地的猛瑪象,其耳朵跟亞洲象和非洲象比起來,算是非常非常的小了。

看那猛瑪象的小小耳朵。source:Wikimedia

那小飛象的耳朵那~麼~大~會怎麼樣呢?恩……天氣冷的時候牠可能會覺得特別冷,或者牠會需要攝取很多食物來補充熱量(吃貨來著)。

不能用耳朵飛,但牠們有其他超能力

除了耳朵,你不可能不會注意到大象的另外一個靈活的器官:鼻子。有些抓取物體的仿生機器人便是從大象的鼻子得到靈感的。用象鼻捲起樹枝、或是塊狀的物體不稀奇,但同樣的鼻子還能採集介於固體和液體之間、極為不穩定像麥片之類的顆粒狀物體,真的是連 Dyson 吸塵器都難以比擬的巧奪天工啊!

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壓壓再輕輕一捏,當啷!清潔溜溜 Wu et al. 2018

研究人員把各種形狀的零食放在他們稱為「力板」的工具上,用來測量象鼻捲不一樣的形狀的食物的時候,用了多少粒。他們發現,當大象只是把大塊的蔬菜塊、或是捲樹枝的時候不會用到太大的力氣。反而當物體較小、需要用鼻子把它們「捏」起來的時候,用了較大的力氣。

拿蔬菜塊時候的情況。Wu et al. 2018
不同大小形狀的食物,大象(凱莉)會用不同的方式去抓取。Wu et al. 2018

大象的嗅覺也非常靈敏,甚至有可能是哺乳類動物之最:牠們有 2000 種基因與感知氣味有關。老鼠大約是 1200 個,狗則有 800 個,而人類跟靈長類動物則只有大約 40 個嗅覺基因。大象會用鼻子來尋覓食物、躲避敵人,以及尋找同伴。

看到這裡你可能會很想知道:我們在卡通中、電影裡看到的「象鼻噴水救火」橋段到底有沒有可能實現呢?成年亞洲象用力吸一口水,大概可以用象鼻裝下 8 到 10 公升左右的水量,拿來救火可能是有點兒困難,但為自己洗個澡可是綽綽有餘呢!

說了這麼多關於大象的特徵,最讓你驚豔的是哪一個部份呢?無論如何,就算小飛象飛不起來也依然可愛,但如果可以的話,真想要被牠那比吸塵器還厲害的長鼻子緊緊地包圍呀!

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想被長長的鼻子緊緊包圍啊。source:IMDb

延伸閱讀:

院線影評/《 小飛象 》:低空飛過的量產闔家歡  @娛樂重擊
【特輯】《小飛象》與牠的夥伴們:大象有哪些不為人知的祕密呢?

資料來源:

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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大象你的鼻子怎麼伸得這麼長?因為多功能皮膚也能伸展!
peggysha
・2022/08/24 ・1627字 ・閱讀時間約 3 分鐘

「大象~大象~你的鼻子怎麼那麼長?」

在象鼻皺皺的皮膚下面,隱藏著超強伸展力。 圖/envatoelements

喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)最新的研究發現,大象皺巴巴的「皮膚」竟然隱藏著超強的「伸展之力」,跟肌肉簡直就是完美搭檔。有了隱藏的伸展力,大象就能夠加倍發揮象鼻的各種功能,還能將象鼻伸得更長、更遠!

又硬又軟的萬用工具!象鼻究竟有多強?

象鼻實在是非常神奇的存在,它擁有超過四萬條肌肉,既能柔軟靈活地捲起水果和樹葉,又能強悍地打斷樹幹、抵禦攻擊。究竟它為何能這樣「又硬又軟」靈活切換呢?

神奇的象鼻,靈活地就像大象的手一樣。 圖/GIPHY

為了深入探索象鼻的秘密,研究團隊特別跑去亞特蘭大動物園(Zoo Atlanta),設置了高速攝影機,紀錄下非洲大象用象鼻拿取食物的過程。

乍看之下,軟軟的象鼻似乎就像我們的舌頭一樣,是充滿肌肉的無骨組織。然而,它真正派上用場時,可一點兒也不像舌頭呢!透過鏡頭,研究人員發現:象鼻頂部底部的運動狀況完全不一樣。當大象伸長象鼻時,象鼻外側的延伸能力比內側強多了。仔細看看畫面,就能發現外側的象鼻其實伸得更長!

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非洲象用象鼻拿取食物的過程。影/Georgia Tech College of Engineering

秘密就在皮膚裡!打開皺紋發揮伸展之力吧!

至於兩邊的長度為何會有如此大的差距呢?秘密原來就藏在象鼻的皺褶中!研究團隊解剖了大象屍體,發現象鼻外側與內側的皮膚非常不同——象鼻外側那摺疊起來的皮膚,比另一側的皮膚多出了約 15% 的彈性。

更有趣的是,大象移動象鼻的方式,跟章魚觸手這種軟趴趴器官常用的「平均伸展大法」十分不同,象鼻伸展時就像是打開了一把折疊傘,內部是固定的,而傘面則可以向外變寬、延伸。不只如此,大象們還會如同開折傘一樣「分批運動」象鼻喔!

怎麼說呢?牠們運用象鼻時,會先探出頂端,然後視需求一節一節依序運用後面的肌肉,不到萬不得已,絕對不會動到靠近身體這側的肌肉群!學者們表示,大象之所以會這樣動,是因為象鼻前端部分的肌肉量較少,動起來也比較不費勁,而大象其實就跟人類一樣懶,當然是追求越省力越好囉!

在拿取東西時,象鼻會由前往後一節節伸展。圖/envatoelements

借我學一下啦!皺褶象皮竟能應用在機器人身上?

另一方面,象鼻上這些皺巴巴的皮膚其實也十分堅硬,能起到重要的保護作用。比如說,在關節部分,一般肌肉容易拉伸,甚至拉傷,但如果有了皺褶,則需要花上整整 13 倍的力量才能拉伸。

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這樣的保護力有什麼用呢?在未來,或許可以應用在仿生機器人身上喔!許多仿生機器人都會設計液壓系統,雖然十分靈活,但施力時卻也非常容易斷裂。如果我們能在機器人身上添加一些皺巴巴的皮膚,不僅能提供更強大的保護力,也讓機器人在運用上出現更多不同的可能性。

參考資料

  1. Skin: An additional tool for the versatile elephant trunk
  2. Schulz, A. K., Boyle, M., Boyle, C., Sordilla, S., Rincon, C., Hooper, S., Aubuchon, C., Reidenberg, J. S., Higgins, C., & Hu, D. L. (2022). Skin wrinkles and folds enable asymmetric stretch in the elephant trunkProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America119(31), e2122563119. https://doi.org/10.1073/pnas.2122563119
  3. How Skin Helps Elephants Move and Twist Their Trunks
  4. 動物奇門功夫.象鼻神奇構造
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peggysha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

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鏡子中的大象,給傲慢的人類何種啟示?——《我們與動物的距離》
馬可孛羅_96
・2022/01/15 ・2227字 ・閱讀時間約 4 分鐘

大象極易受到低估,我就低估了牠們使用工具的能力。過去我只見過牠們撿起樹枝搔抓臀部,另外也見過牠們拋擲泥土。在我工作的一座動物園裡,每當寒鴉在象欄的圍牆上啼鳴,那些大象就會這麼做。那些鳥兒就像《拉封丹寓言》(Fables choisies mises en vers)裡的渡鴉一樣。寒鴉也許自認歌聲動人——畢竟鴉科也屬於鳴禽——但音樂品味是極為主觀的。大象會拋擲一大團泥土趕走那些噪音製造者。

我以為大象的能耐就只有這樣而已,實驗從來不曾顯示牠們有更進一步的能力。科學家曾經把食物放在這種厚皮動物搆得到的範圍之外,再提供牠們一根長棍子,看看牠們會不會利用棍子勾取食物。靈長類動物在這項實驗表現得很好,但大象全然不理會那根棍子。實驗的結論認為大象無法理解這道題目,但沒有人想過,說不定問題是出在我們這些研究者根本就不懂大象。

不同於靈長類動物的手,大象的抓握器官同時也是嗅聞器官。大象不只利用象鼻拿取食物,也會加以嗅聞並且觸摸——象鼻充滿神經末梢,尤其是敏感的象鼻末端。大象擁有無可比擬的敏銳嗅覺,因此能夠確知自己抓取的是什麼食物,視覺對牠們而言僅具次要地位。不過,大象一旦捲起一根棍子,鼻道就受到了堵塞。就算棍子能夠接近食物,也還是會對嗅覺造成阻礙。這就像是要求我們蒙上眼睛伸手拿東西一樣,除非是參加派對遊戲,不然我們通常不願這麼做,而且理由很充分。

不同於靈長類動物的手,大象的抓握器官同時也是嗅聞器官。圖/Pexels

我在不久前造訪位於華府的國家動物園,普雷斯頓.福爾德(Preston Foerder)與黛安娜.瑞絲(Diana Reiss)向我展示了坎杜拉這頭小公象在同一道題目、但不同方法呈現的情況下所能夠做到的事情。這兩位科學家把帶有水果的樹枝高高掛在象欄上方,就在坎杜拉抓取得到的範圍之外。他們為他提供了幾件可以使用的物品,包括棍子、一個正方形的箱子,還有幾塊厚厚的木砧板。坎杜拉沒有理會棍子,但過了一會兒之後,就開始用腳踢那個箱子。他沿著直線踢了那個箱子許多次,直到那個箱子位於樹枝正下方,然後用前腳踩上箱子,即可用象鼻勾到那根樹枝和水果。

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坎杜拉嚼食他的獎賞之際,福爾德與瑞絲表示,為了增加這道關卡的難度,他們得把這些物品挪到不同的地方擺放。他們會把箱子放在象欄裡的另一個區域,在坎杜拉的視線之外,於是在他抬頭看見誘人的食物之後,就必須回想先前的解決方案,然後先走離他的目標,前去找尋工具。能夠做到這一點的動物不多,坎杜拉卻能毫不猶豫地到遠處取回那個箱子。後來不給他箱子,他則會把木板疊起來,藉此墊著腳好勾取食物。

坎杜拉的表現顯示他完全擁有對因果關係的理解能力,也就是所謂的「靈光乍現的時刻」(或是更生活化一點:頭頂冒出電燈泡的時刻),而這種能力被視為是高度智慧的徵象。明顯可見,在我們宣稱另一種動物只會拋擲泥土之前,應該先嘗試以牠們的觀點看待世界——就算我們必須想像自己有個像水管一樣的鼻子也不例外。

欠缺證據,不代表沒有證據

這讓我回想起先前的另一項實驗,當時瑞絲和我一起合作,試圖確認大象是否能夠認得鏡中的自己。連同我當時的學生喬許.普拉尼克(Josh Plotnik),我們在紐約的布朗克斯動物園(Bronx Zoo)進行了一項研究。大象在以前從來不曾展現過任何徵象顯示牠們認得鏡中的自己。牠們是不是以為鏡中的自己是另一頭大象,就像猴子看見另一隻猴子的反應一樣?就我們所知,只有人類、猿類與海豚認得自己的鏡像。

然而,先前的測試都只給這種體型最龐大的陸地動物低矮的鏡子,遠比牠本身小上許多。而且鏡子還是擺在室內獸欄欄杆外頭的地面上。大象在那種情況所看見的,可能只是四條腿立在兩層欄杆後方,因為欄杆也會映照在鏡子裡。從那些實驗獲得的令人失望結果,被視為代表了大象不認得鏡中的自己。不過,我們不禁納悶是不是有更好的測試方法。我們特製了一面昂貴的八英呎見方防撞鏡,並且擺放在室外象欄內,好讓大象能夠觸碰、嗅聞以及查看鏡子後方,然後再探索自己的映影。探索是必要的第一步,黑猩猩與兒童也是如此。

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結果,一頭名叫快樂的亞洲象就認得了自己。她站在鏡子前面的時候,不斷摩挲自己前額上一個白色十字痕跡。唯有認知到鏡中的影像就是自己的身體,她才有可能知道那個十字痕跡的存在。這也是對兒童測試自我覺察的做法,大多數兒童都在兩歲以前就會展現出自我覺察的能力。大象被納入擁有自覺能力的動物菁英階層,成了一件備受矚目的大事。新聞媒體的標題忍不住引用一首童謠的歌詞:「她就是快樂,而且她自己也知道!」

事實證明大象比我們原本以為的還要聰明,但更重要的是,這項發現證明了負面證據的局限。你如果在一個特定物種沒有發現使用工具的行為或者自我覺察的徵象,並不能據此認定你對這個物種具有確切的理解。有可能是這種動物欠缺相關能力,但也可能是我們對這種動物欠缺了解:我們有可能提供了錯誤的工具,或是擺放了不適當的鏡子。實驗心理學的一句名言反映了這個洞見:「欠缺證據不代表沒有證據。」

——本文摘自《我們與動物的距離:在動物身上發現無私的人性》,2021 年 12 月,馬可孛羅

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《小飛象》真的能飛得起來嗎?
PanSci_96
・2019/03/29 ・2459字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

從《小飛象》這個名稱我們就能顧名思義,這是一部告訴我們如何讓一隻大象飛翔的故事(應該無誤吧)。「Don’t just fly, soar. 」這話說來勵志,但在現實生活中不論是「fly」或是「soar」對大象來說都有點困難,除了能把大象放到冰箱外 大象到底有沒有機會展翅翱翔、逆轟高飛呢?

大象到底有沒有機會展翅翱翔、逆轟高飛呢?source:IMDb

這麼重的動物能在天上飛嗎?

在 1941 年的動畫版本中,並沒有特別說明小飛象是哪種大象,不過,在這次的電影《小飛象》中,則明確指出牠的媽媽是一頭亞洲象。現今象屬中僅存非洲象與亞洲象,究竟這兩種象有什麼差異?還有,小飛象如果是亞洲象的話,會比較容易飛起來嗎?

如果想要飛起來,體型自然是第一個要考慮的向量,體重越輕,飛起來的可能性也就越大。如果是這麼考慮的話,小飛象身為亞洲象可能比較有利。因為與非洲象相比,亞洲象的體型比較輕一些。當然啦,這個「輕一些」其實也沒輕到哪裡去,成象的體重仍可達 3 到 5 公噸,而 baby 亞洲象出生時的體重也有約 90 公斤左右,跟咱們人類意義中的「輕」相比,可還有好大一段差距。

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不過,也不是說質量大就飛不起來,像是體重最重的飛行鳥類──已經滅絕的阿根廷巨鷹,其體重重約 72 公斤,翼展長的約為 5~6.6 公尺;而最大的飛行生物翼龍,翼展長度為10公尺左右,其重量據估計很可能超過 200 公斤。所以……光看體重的話,「小」大象的體重應該有機會可以飛起來?

阿根廷巨鷹尺寸比較。source:Wikipedia

別急別急,就算通過體重的關卡,接下來還要面對另一個問題:小飛象有辦法產生足夠的升力嗎?亞洲象被記錄到最快的時速約為 35 公里,而古生物學家推估大型翼龍飛行時速需要達到每小時50~60公里,這速度對小飛象來說有點硬啊,更別說同量級的螺旋槳驅動客機約需要 200~300 公里每小時的加速度。

而就算小飛象真能跑那麼快,別忘了,大象的耳朵是軟骨而非像是鳥類的翅膀是硬骨骼,根本沒有辦法支撐啊嗚嗚嗚。

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等等,好像搞錯了耳朵的用途了

另外一個你看完《小飛象》會不小心忽略的驚人的事實是:大象的耳朵根本不是拿來飛行的(廢話XD)。除了飛行之外,大象的耳朵可是非常多功能,不只能聽聲音,還能表達情緒。

此外,大象的大耳朵還有個很重要的用途:散熱。

大象的耳朵皮膚很薄、且佈滿微血管網;當天氣炎熱時可以透過加速期收縮舒張,讓血液快速流過耳朵,搭配煽動讓冷空氣接觸耳朵散熱效果更好。

「一頭成年的雄性非洲象,全身血液大約有 380 公升,最快能夠在 20 分鐘之內全數流經耳朵。」[1非洲象的耳朵長達近兩公尺,而亞洲象因為其棲地在森林、環境較為涼爽,因此耳朵的尺寸就比非洲象小。當天氣冷的時候牠們還會將耳朵縮起,減少血液和冷空氣接觸的面積。而生活在寒地的猛瑪象,其耳朵跟亞洲象和非洲象比起來,算是非常非常的小了。

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看那猛瑪象的小小耳朵。source:Wikimedia

那小飛象的耳朵那~麼~大~會怎麼樣呢?恩……天氣冷的時候牠可能會覺得特別冷,或者牠會需要攝取很多食物來補充熱量(吃貨來著)。

不能用耳朵飛,但牠們有其他超能力

除了耳朵,你不可能不會注意到大象的另外一個靈活的器官:鼻子。有些抓取物體的仿生機器人便是從大象的鼻子得到靈感的。用象鼻捲起樹枝、或是塊狀的物體不稀奇,但同樣的鼻子還能採集介於固體和液體之間、極為不穩定像麥片之類的顆粒狀物體,真的是連 Dyson 吸塵器都難以比擬的巧奪天工啊!

壓壓再輕輕一捏,當啷!清潔溜溜 Wu et al. 2018

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研究人員把各種形狀的零食放在他們稱為「力板」的工具上,用來測量象鼻捲不一樣的形狀的食物的時候,用了多少粒。他們發現,當大象只是把大塊的蔬菜塊、或是捲樹枝的時候不會用到太大的力氣。反而當物體較小、需要用鼻子把它們「捏」起來的時候,用了較大的力氣。

拿蔬菜塊時候的情況。Wu et al. 2018

不同大小形狀的食物,大象(凱莉)會用不同的方式去抓取。Wu et al. 2018

大象的嗅覺也非常靈敏,甚至有可能是哺乳類動物之最:牠們有 2000 種基因與感知氣味有關。老鼠大約是 1200 個,狗則有 800 個,而人類跟靈長類動物則只有大約 40 個嗅覺基因。大象會用鼻子來尋覓食物、躲避敵人,以及尋找同伴。

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看到這裡你可能會很想知道:我們在卡通中、電影裡看到的「象鼻噴水救火」橋段到底有沒有可能實現呢?成年亞洲象用力吸一口水,大概可以用象鼻裝下 8 到 10 公升左右的水量,拿來救火可能是有點兒困難,但為自己洗個澡可是綽綽有餘呢!

說了這麼多關於大象的特徵,最讓你驚豔的是哪一個部份呢?無論如何,就算小飛象飛不起來也依然可愛,但如果可以的話,真想要被牠那比吸塵器還厲害的長鼻子緊緊地包圍呀!

想被長長的鼻子緊緊包圍啊。source:IMDb

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