用死者的精子生育後代：「遺腹生殖」是延續希望，還是製造孤兒？

• 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？

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。

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：

• 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

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？

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。

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？

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?

（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）或。

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。

• 文／鍵盤婦產科——威廉氏後人

新朋友中有許多備孕新手，對於人工生殖的這幾個作法常常傻傻分不清楚。其實也不只是患者們搞不清楚，常常其他科的醫師會診時，也搞不清楚。

今天，就讓我一次完整說明這幾個類似的名詞吧！

你說的「人工」不等於他說的「人工」——人工生殖技術 (ART)

所有現代西醫科技介入的方法，都可以列入人工生殖的範圍，這是一個統稱。

主要就分兩大類：1. 人工授精 (IUI) 2. 試管嬰兒 (IVF)

不過呢，大部分的人常常說：我做過幾次「人工」，或者說：我這胎是「植入」懷孕的。往往患者自己也搞不清楚自己是做了什麼。這時候其實醫生們在意的是，到底是做過幾次「人工授精」、幾次「試管嬰兒」、「植入」的究竟是什麼？

這兩種做法、效果、成功率、都完全不同，做過三次人工授精失敗跟做過三次試管嬰兒失敗，對我們醫生來說是完全不同的概念。

所以慢慢的，這些名詞不斷地被大部分人所誤用，你說的「人工」不等於他說的「人工」的情形反覆出現，也才會出現連其他科醫師都搞不清楚的情況發生。再重複一次，人工生殖 (ART)：也就是所有西醫科技介入的方法都算，主要分為「人工授精」和「試管嬰兒」兩種。

「精」銳部隊產地直送進子宮及輸卵管內——人工授精 (IUI) aka. 人工受孕

所謂的人工授精，也有許多人稱作人工受孕，這是一個從古代幫種馬配種時代就存在的一個古老技術。這個作法是把處理過的「精子」，直接注射進子宮腔及輸卵管內。

所以人工授精植入的是「精子」！！！

精子的取出很容易嘛，我相信大部分的男生女生都懂怎麼回事。從青春期時代，很多人可能就看過很多外國語言的影片做示範，這這裡就不多贅述。

然後呢，把自行取出來的精子經過處理，取其精銳部隊，產地直送，送進女方的子宮及輸卵管內守著，等卵子從卵巢排出的那一刻。

也就是說人工授精，只有「先生取精」、「精子處理」、以及 「植入精子」三個步驟，沒有取卵、沒有胚胎培養、沒有胚胎切片、也沒有什麼卵子冷凍的問題。

當然啦，為了增加成功率，在做人工授精之前通常會給女方吃排卵藥或打排卵針等等，讓這一次的週期卵多一點，可以有效地增加人工授精的成功率。先生自己取精的部分就多說了，當然也可以請太太幫忙取。總之醫院是不會有人幫你先生取精的，請不要再從取精室打電話到生殖中心來詢問怎麼還沒人來幫你取精，不會有人過去的，麻煩您自己努力吧。

精子處理的部分道理很簡單，就是利用不同的溶劑與離心，篩選出活動力好的精子，不好的就讓它隨著雜質一同沉沒吧。

最後，醫生會拿一個又細又長的管子，直接把處理過的「精兵」，直接送進子宮和輸卵管。這樣的好處在於省去精子千里長征的過程，女生的子宮頸到輸卵管雖然只有 10 公分，但對一隻精子來說如果按身高等比例放大來算，就好像一個成人要游泳七站捷運這麼遠。

讓精銳的精子，省去舟車勞頓，直接在輸卵管裡等卵子排出。但問題是這樣的方法還是不能保證精子鑽得進去卵殼裡面，也就是「卵子是否受精」這個問題，無法得知。

另外，要做人工受精至少要有一條可以通的輸卵管，以及至少要有還算足夠的精蟲可以經過洗滌後才能植入，所以兩條輸卵管都有問題，或者精蟲少到無法經過洗滌，就只能做試管嬰兒了。

再重複一次，人工授精 (IUI) = 人工受孕：就是將篩選過的「精子」，直接注入子宮。

沒有取出卵子，沒有進行體外受精，沒有進行胚胎培養，因此相對單純，費用也較低 （加上藥費通常在 2 萬元左右） 。

人工授精因為單純、簡單、對精子處理環境要求不高，所以衛福部並沒有特別設立太多的規範去管控，所以很多不是人工生殖機構的醫院或診所也都可以進行人工授精。

快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲，直直的刺進卵子之中——試管嬰兒 (IVF)

試管嬰兒大部分人比較不會講錯，反正簡稱「試管」的也就一個意思。

試管嬰兒的作法是女生經過排卵刺激、吃藥、打針、微刺激、全刺激、標準刺激、自然週期⋯⋯各種刺激方法都有。反正就是讓女生這一個週期內，長出越多、品質越好、成熟度越好、懷孕率越高的卵子就對了，這些藥物用下去之後，接著會進行「取卵手術」。

取卵手術是用一隻長長的針，藉由超音波瞄準經過肚皮或陰道，刺進卵巢裡把每一顆卵吸出來。這些取出來的卵子呢，再透過現在的科技放在試管裡和精子混在一起，讓它們自然發生受精，但因為這次受精在體外、在試管裡並不在身體裡，所以叫做體外受精 (IVF) 也稱試管嬰兒。

完成受精的卵子變成胚胎，也就是一個試管寶寶、人生的第一天，我們會在實驗室的培養皿裡面養到第二天、第三天、第五天，然後再放回去子宮裡。當然也可以先冷凍起來，下一次解凍後，再放進子宮裡。這些取出的卵、體外受精的過程可以自然發生，也可以人為強迫發生。

胚胎師快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲，直直的刺進卵子之中，強迫天雷勾動地火就是俗稱的單一精蟲顯微注射。形成胚胎以後，可以新鮮的胚胎就直接放回子宮，也可以經過冷凍、再解凍的過程後，再放回子宮；也可以給這個胚胎進行切片，確定切片結果後，再放回子宮，這幾種方法都很常用。

由於試管嬰兒療程極其複雜，包括排卵刺激階段、取卵階段、受精階段、胚胎培養階段、和胚胎植入階段，過程嚴格且耗材眾多，畢竟這是要培養的是「人的胚胎」。所有的培養環境，包括培養液、培養氣體、光度、溫度、濕度、全部都受到嚴格管控，所以收費較高，通常在 15 萬左右。衛福部也有專門的規範，每年嚴格的審查這些生殖機構，目前全台合格的人工生殖機構共 85 家，國健署網站上都有可供查詢。

所以「試管嬰兒」跟「人工授精」雖然都屬於「人工生殖」的範圍，但試管嬰兒植入的是「胚胎」，人工授精植入的是「精子」，所以是完全不同的兩個過程。俗稱的「人工」，通常是指人工授精，而俗稱的「試管」，也就是指試管嬰兒。

至於說會不會痛，需不需要麻醉的問題？

通常人工授精一定不需要麻醉，只是把一個細長管子放入子宮腔內並不會痛，所以不需要麻醉。至於試管嬰兒，取卵的過程可以麻醉也可以不麻醉。要看卵子的數目、患者的身體狀況而定。卵子少的通常不需要麻醉也沒關係，大概就像抽血、打針那樣刺一兩針就沒事了。

而試管嬰兒的胚胎植入部分就如同人工授精一樣，也是使用一根細長的管子放入子宮腔內，只是這次植入的是胚胎過程幾乎完全一樣，所以也一樣不會疼痛並不需要麻醉。

這些，大概就是人工生殖的一個概論，希望經過了這一篇文章的說明，對於備孕新手的妳來說可以清楚了解到大家常說的人工、試管究竟是怎麼回事。也比較不會對它的過程因為未知而感到恐懼。

以上，一點淺見提供參考。

我特別喜歡幫我自己做成功的患者接生，每次看到這些小孩，就會想起他們還在精子跟卵子的階段，我就在照顧他們了。

• 本文改編自作者《一次搞懂人工生殖、人工授精、人工受孕、試管嬰兒》一文

參考資料：

1. Jaideep Malhotra (2015). Practical Tips for Infertility Management: The Rainbow Protocols. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers Private Limited.
2. 衛生福利部國民健康署 – 人工生殖機構許可通過名單

所有生物都想留下自己的基因，這是生物與生俱來的本能。

昆蟲的貞操帶

青蛙與大部分魚類等水生生物的雄性，利用體外受精的方式，讓自己的精子與雌魚排出的卵結合受精。另一方面，陸上生物多以交配方式體內受精，對這些生物的雄性而言，自己的交配對象（雌性）很可能再與其他雄性交配。當人類面對這種狀況，通常會以忌妒表達自己的不安，相對於此，動物就沒那麼麻煩，牠們的做法較為徹底。為了留下自己的基因，牠們會不擇手段達成目的。最直接的方法就是在自己交配後，不讓雌性與其他雄性交配。人類自古發明了金屬製貞操帶，利用上鎖的內褲避免女方紅杏出牆，事實上，昆蟲也會利用相同手法。

一到早春季節就會現身的日本虎鳳蝶與薄翅白鳳蝶等小型鳳蝶，雄性會在交配期間將精胞送進雌性身體的同時分泌黏液，在雌性生殖器蓋上交配栓（交配囊）。如此一來，即可避免雌性與其他雄性交配。遇到這類蝴蝶時，可從外觀清楚辨識出交尾後的雌性。

龍蝨科的龍蝨是一種水生甲蟲，雌性身上也有交配栓，但雌性會用腳將其取下；這個行為看在與雌性交配的雄性對象眼裡，可說是情何以堪。此外，另一種避免雌性與其他雄性交配的方法，就是一直與對方交配。毒蛾科的雄性舞毒蛾與雌性交配，將精胞送進雌性體內後，身體仍與雌性相連。這個方式可以避免雌性受到其他雄性引誘，與其他雄性發生關係。

上述行為稱為交配後保護行動，其他還有即使不處於交配狀態，雄性仍一直停在雌性背上的頭蝗科負蝗，這是最顯著的例子。大多數鍬形蟲科的雄性甲蟲在交配後，也會一直停在雌性背上，避免其他雄性接近雌性。

雄蟲的大男人主義

當雄蟲遇到已經跟其他雄蟲交配的非處女雌蟲，雌蟲身上原有的貞操帶也起不了任何作用。

珈蟌科深山珈蟌的雄蟲在這一點上，顯得有些大男人主義。雄性深山珈蟌的陰莖前端有一處突起，交配時會將該雌蟲前一次交配放在身體裡的精胞刮出來。此外，昆蟲習性與人類不同，雌蟲會將雄蟲排出的精胞放在自己體內的儲精囊裡，產卵時再從中取出精子，形成受精卵。換句話說，雌蟲會利用事先放在體內儲精囊的精子完成受精。離儲精囊入口愈近的精子，會最先被用來完成受精。

蜻蜓科的小紅蜻蜓會將前一次交配的雄蟲精胞往內推，再將自己的精胞送進去。這類發生在雄性之間的精子戰爭稱為「精子競賽」，利用將其他雄蟲的精胞刮出來或往裡推等方式，增加自己的勝率。對雌蟲來說，應付雄性之間的精子競賽也是很大的負擔。話說回來，雌蟲在與不同雄蟲交配的過程中，只會留下最強的雄蟲後代，事實上，雌蟲也會選擇最強的雄蟲留下後代。

異常交配行為

交配通常指的是陰莖插入陰道裡的行為，體內受精的陸上生物大多採用這個方法交配。不過，這個世界上有些昆蟲的交配行為，超出了我們的常識範圍。

以俗稱「南京蟲」的吸血性半翅目昆蟲床蝨為例，雄蟲會在雌蟲腹部隨便找一個地方插入陰莖，送入精子。不同種的方法略有差異，但一般來說，精子會經由血液進入雌蟲卵巢，完成受精。有鑑於此，只要詳細檢查床蝨雌蟲的腹部有無傷口，就能確認其是否已經交配，就連跟多少雄蟲交配都看得出來。床蝨的腹部有一個特殊的袋狀器官，據說可以預防外傷感染。至今昆蟲學家尚未釐清，為何床蝨不採取一般的交配行為，而選擇如此特殊的交配方法。

此外，捻翅目有一群可說是最接近甲蟲的昆蟲，所有種都寄生在其他昆蟲身上。大多數種的雄蟲會飛，雌蟲則長得像蛆，整個身體都躲在寄主體內，只露出一顆頭。雄性成蟲的壽命極短，到處飛翔尋找雌蟲。一發現雌蟲，就會在相當於交配器的部分之外，找一個地方插入陰莖，完成交配。雌蟲身體的大部分為產卵管，精子經由血液傳輸，與大量的卵結合。

果蠅科的昆蟲也有類似的交配行為。雖然不清楚採取這種行為的目的何在，或許這樣的方法比其他交配方式更適合牠們的演化環境，也可能是因為這個方法使其他雄蟲無法像前方介紹的那樣，將競爭對手的精胞刮出或往裡推。

同性間的交配行為？

在正常的交配關係裡，雄性會將精子送至雌性體內。不過，有些昆蟲再度打破人類的認知。

花椿科椿象的一種就是由兩隻雄蟲進行交配。雖說是交配，雄蟲並無陰道，因此採用與床蝨相同的方法，將陰莖插入雄蟲腹部的任一部位，將精子送進去。以下我將插入陰莖的雄蟲稱為T、被插入陰莖的雄蟲稱為N進行說明。根據研究顯示，T排出的精子會進入N的精巢存放。

至於精子在精巢裡會產生什麼樣的變化，至今仍毫無所知，但一般認為，N在與雌蟲交配時，會連T的精子一起送進雌蟲體內。換句話說，T將自己的精子託付給另一隻雄蟲N，讓N交配時可以使用自己的精子。事實上，T也可以自己與雌蟲交配，但牠利用這個方法增加自己的精子與卵結合的機會。擬步行蟲科的擬榖盜也有這類同性戀行為，根據研究結果，該種雄蟲會將老舊的劣質精子射入其他雄蟲體內。

性別顛倒

昆蟲學家觀察棲息在巴西洞窟裡的嚙蟲目昆蟲Neotrogla，發現雌蟲具有陰莖狀器官，可插進雄性身上類似陰道的交配器裡吸收精胞。換句話說，這種昆蟲在交配時處於性別顛倒的狀態。由於囓蟲目的雄蟲精胞裡含有營養物質，雌蟲為了吸收營養物質，才會發展出主動插入的交配型態。

誠如前方所說，在一般性選擇中，雌蟲產卵比雄蟲生產精子還辛苦，因此雌蟲選擇雄蟲，雄蟲之間相互競爭的型態較為常見。不過，囓蟲目的雄蟲生產營養物質較辛苦，因此雌蟲發展出可以多次交配的習性，逆轉了性選擇的演化方向。

此外，大部分昆蟲是雄蟲趴在雌蟲背上，陰莖插入陰道。囓蟲目昆蟲的體位完全相反，由雌蟲主導爬到雄蟲背上，完成交配。

殺了對手的小孩

大家都知道獅子、長尾葉猴等雄性動物有殺小孩的習性，由於兩種動物的社會型態皆為一隻雄性霸主擁有一群雌性，生下一大群子嗣，因此新霸主上位時，會殺掉所有小孩（其他雄性的孩子）。獅子、長尾葉猴這麼做的原因眾說紛紜，一般認為育兒中的雌性動物不會發情，因此新霸主會殺掉別人的小孩，讓自己儘早得到交配機會，確實留下自己的子孫。有些昆蟲也會做同樣的事情，從中可看到性別顛倒的適應性演化。

大田鼈是大型的水生椿象，棲息於水田與池塘，以青蛙和魚為食，屬於肉食性昆蟲。大田鼈雌蟲會在突出於水面的木樁或植物，產下六十到一百顆卵，由雄蟲以身體覆蓋卵子。雄蟲在水中和卵塊間游來游去，讓卵保持濕潤，直到成功孵出幼蟲為止。若雄蟲不保護卵，卵就會腐壞，無法孵出新生命。

雌蟲只要在水中發現雄蟲，便強迫其交配、產卵。此時雄蟲會放棄原本保護的卵，改為保護新產下的卵。有時雌蟲找到有雄蟲保護的卵塊，會故意破壞卵塊，殺死別人的小孩。卵塊遭到其他雌蟲破壞的雄蟲，會與該雌蟲交配，改為保護該雌蟲產下的卵。

看到雄蟲毫無男子氣概，成為雌蟲小跟班的窩囊樣，心中忍不住覺得可憐。不過，大田鼈雌蟲的行為確實值得玩味，為了爭奪保護卵塊的雄蟲，雌蟲之間肯定掀起一場腥風血雨。可惜最近沒有任何相關的研究報告，這可說是十分有趣的研究主題。

陰莖大小固定的演化法則

外骨骼與內骨骼是昆蟲和人類之間的差異之一，昆蟲和蝦子等節肢動物，體表覆蓋著一層功能相當於「骨骼」的外殼，相對於此，我們人類與魚類等脊椎動物的骨骼則架構在體內。這一點也可從昆蟲的交配器官（交配器）的構造差異看出端倪。昆蟲的陰莖與陰道都是由堅硬、伸縮性較差的外骨骼所構成。

大多數昆蟲的雌蟲交配器（陰道）與雄蟲交配器（陰莖），屬於鎖與鑰匙的關係。基本上生物會盡量避免和異種交配，因為這樣的行為無法繁衍後代（不能受精或發生交配行為），徒然浪費交配機會。即使可以生出雜種，也很容易無法適應環境而滅絕，結果還是無法留下自己的基因。因此，只要建立鎖與鑰匙的關係，就不會與異種交配，也不會浪費交配機會。

這類現象我們稱之為「交配前生殖隔離」，誠如前方所述，生物會釋放費洛蒙等化學物質吸引異性，利用這個方式在交配前確認對方與自己是否屬於同種。另一方面，即使是鎖與鑰匙的關係，要是雄蟲營養狀態很好、體型很大，遇到營養狀況不佳，體型過小的雌蟲，也無法完成交配。說得明白一點，大型鑰匙很可能無法插入小小的鑰匙孔。

以鍬形蟲為例，每隻雄性成蟲的體型差異相當大，令人好奇雄蟲與雌蟲之間的鑰匙與鑰匙孔關係又是如何？根據一項研究鋸鍬形蟲體型的報告，昆蟲學家測量許多鋸鍬形蟲的身體各部位，發現其他部位的大小差異較明顯，唯有雄蟲陰莖的尺寸大小差不多。由此可見，即使是體型較小的雄性成蟲，其陰莖尺寸與體型較大的雄性成蟲幾乎一樣，藉此確保所有雄性成蟲可以交配。有些昆蟲的成蟲體型差異也很大，讓我忍不住想知道，牠們的身體構造是否也跟鋸鍬形蟲一樣？

順便一提，人類經常誤認體型較小的鍬形蟲成蟲是「幼蟲」，以為牠還會長大。事實上，除了極少數特例之外，昆蟲只要長為成蟲之後，體型便不會再變大。

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