0

4
0

文字

分享

0
4
0

吃米不知米「家」?基因「稻」出臺灣蓬萊米的身世

研之有物│中央研究院_96
・2019/12/18 ・4002字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 採訪編輯|張容瑱、美術編輯|林洵安

山地陸稻訴說的臺灣米傳奇

稻米是人類重點糧食作物。數千年來,人類不斷汰選稻米,挑選顆粒大的、不容易落粒的、稻榖上沒有芒的……一代又一代馴化的故事,深藏在稻米的基因裡。中研院植微所邢禹依特聘研究員,帶領團隊研究山地陸稻的基因,破解了臺灣蓬萊米身世之謎,也找到南島語族遷徙的線索。跟著研之有物一起來了解!

中研院植微所邢禹依特聘研究員專精水稻基因體研究,曾和周德源博士一起領導臺灣的團隊參與「國際水稻基因體定序計畫」,與世界各國合作,定出了水稻 12 條染色體的基因序列。近年來,她的實驗室研究山地陸稻,透過基因定序技術、親緣分析,解讀臺灣稻米與人的故事。
攝影│林洵安

臺灣人是吃米飯長大的,不過,我們不光是「吃米不知米價」,往往連吃的是什麼米都搞不太清楚。我們現在吃的米飯大多是「蓬萊米」,而常吃的米食,像米粉、粄條、碗粿等等,則是用「在來米」加工製成。

但我們偏好吃蓬萊米,其實是日治時期才開始的。之前,臺灣人吃的米主要是在來米,意思即「在地既有的米」。日治時期,為了迎合日本人的口味,才引進日本的「稉稻」,經過育種改良後在臺灣大量種植,就是蓬萊米,意思是「來自蓬萊仙島的米」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

蓬萊米育種最有名的品種,當推 1929 年問世的「臺中 65 號」。「這個品種非常重要,學農的都會注意它,」邢禹依解釋:「它不但品質好、能抗稻熱病,更重要的是,一年可栽種兩次。很多雜交育種都用它為親本,臺灣 85 % 以上的蓬萊米品種都是它的後代!」

不過,臺中 65 號為什麼一年可以栽種兩次,卻是農藝上存在已久的大謎團!

臺中 65 號的超能力:對日照長短無感

原來稻子為短日照植物,當它感受到日長時間短於某個臨界日長 (critical day length),就會開花結果,臨界日長則取決於稻子的品種。

臨界日長是決定植物是否開花的最短或最長光照時間。短日照植物的光照時間必須短於臨界日長,植物才會開花,長日照植物則反之。
圖說設計│黃曉君、林洵安

臺中 65 號由日本稉稻「龜治」和「神力」雜交而來,這兩種來自溫帶的稉稻就對日照長短非常敏感,在緯度較低的臺灣種植,春夏日照時間比日本短,稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬日照時間比日本長,又會延遲抽穗。所以它們一年只有一穫,品質也不夠好。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
日本來的水稻在緯度較低的臺灣種植,春、夏稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬又會延遲抽穗,一年只有一穫,品質也不好。
圖說設計│黃曉君、林洵安

可是兩種日本稻的後代──臺中 65 號,卻對日照長短鈍感,無論日照長或日照短都能正常抽穗結實,以至於一年能種植兩次。邢禹依的研究團隊成員吳正杰博士候選人說:「子代和親代完全不同,這件事實在很弔詭。我們很想知道究竟發生了什麼事?」

過去已有學者發現:臺中 65 號之所以對日照長短鈍感,是因為它的第六條染色體上面,有個感應日照長短變化、調控抽穗開花的基因 Hd1 ,多出一段長達 1901 個鹼基對的序列,導致 Hd1 失去作用。可是它的親本龜治和神力都沒有這段序列。這一大段多出來的序列究竟是從哪裡冒出來的?這個謎團困擾了農藝學家數十年。

直到邢禹依的團隊研究發現:這一切起於一個美麗的意外!

山地陸稻亂入,造就傳奇品種

邢禹依從臺中 65 號的葉片萃取 DNA 做基因定序,並把它的基因組和龜治、神力以及幾個可能的「嫌疑犯」詳加比對,赫然發現臺中 65 號除了帶有龜治和神力的基因之外,還含有兩種山地陸稻 Muteka 和 Nakabo 的基因序列,其中就包括那段多出的序列。而且這段特殊的序列,在臺中 65 號、 Muteka 和 Nakabo 三者染色體上,無論長度還是坐落的位置完全一模一樣!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

謎底揭曉!邢禹依還原歷史現場:將近一百年前,臺中州農事試驗場的試驗田裡進行著龜治和神力的雜交育種,附近的田剛好種植山地陸稻。因為當時育種家規定稻種每十年要種植一次以更新、保持種子的活性。就是這麼湊巧!山地陸稻的花粉飛到育種中的新品種上,發生了雜交,把 1901 個鹽基對的序列帶到臺中 65 號的基因裡,使它的 Hd1 產生變異,新品種不再受日照長短擺布,可以一年兩穫。

透過基因定序分析發現,臺中 65 號其實帶有四種品種的基因:龜治、神力、山地陸稻 Muteka 和 Nakabo。
資料來源│邢禹依

等等,什麼是陸稻? 跟水稻不一樣嗎?

從生物分類學來說,陸稻和水稻其實是同一種 (species) ,都是亞洲栽培稻 (Oryza sativa) 。稻子既能生長在水田也能適應旱地,栽種在水田的叫水稻,種植在旱地的就是陸稻了。邢禹依研究的陸稻都是來自於山地原住民部落,所以稱為「山地陸稻」。

圖為山地陸稻。陸稻和水稻都是亞洲栽培稻 (Oryza sativa) ,只是種在水田的叫水稻,種植在旱地的就是陸稻了。
圖片來源│邢禹依

臺灣最早種植的稻米就是陸稻!根據南科文化遺址挖掘到的稻米化石,大約五千年前,臺灣史前的原住民即以旱作的方式種稻,作為糧食。直到明末清初時,福建沿海一帶的漢人移民來臺,才引進「秈稻」和水田的耕種技術。

至今,少數原住民部落仍在耕種祖先流傳下來的陸稻,再加上日治時期及近代育種學家到各個部落蒐集,目前已保留上百種的山地陸稻品種。現在,透過基因定序技術、親緣分析,從陸稻身上解讀出許多臺灣稻米和人類的故事,比方說:破解臺中 65 號的身世之謎 ,甚至研究臺灣最早的陸稻是從哪裡來的?後面這個問題可比臺中 65 號的謎團更錯綜複雜,也更令邢禹依好奇,因為它可能藏有南島語族遷徙的線索。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

追追追!陸稻基因暗藏南島語族遷徙路線?

首先要確認,山地陸稻真的是外來的嗎?會不會是在臺灣獨立演變出來的?

邢禹依的團隊先用分子標記技術檢測山地陸稻的品種,發現大部分都是經過「馴化」的稉稻。再進一步分析幾個與馴化相關的基因,比對控制這類性狀的基因序列,結果發現,臺灣陸稻的序列都跟亞洲地區的稉稻、秈稻一致,說明這些陸稻不是在臺灣獨立馴化、發展出來,而是從亞洲其他地區來的。吳正杰解釋,如果是臺灣野生稻獨立發展出來,即使馴化出相同的性狀,變異的基因序列不可能跟其它地區的稻米一樣。

有芒的陸稻 (左圖) 與無芒的水稻 (右圖)。什麼是馴化?人類以稻米為糧食,會選擇顆粒大的、產量多的、方便採收的稻子,久而久之,稻子的性狀就會被馴化–趨向於人類所喜好的特性,像是米粒變得大而飽滿、穀粒不具有芒、不容易落粒、植株直立而不倒伏等等。野生陸稻多有稻芒,主要的功用是防止鳥兒啄食稻穀,還可幫助穀粒落地或附著在動物身上,以便傳播。不過,有芒的稻子收割和儲藏就不方便了。我們現在栽種的水稻,經過長期的馴化,穀粒上都沒有「芒」了。
攝影│林洵安 (左圖)
圖片來源│iStock (右圖)

那麼,陸稻是從哪裡遷徙到臺灣的呢?再假設,陸稻是由史前原住民帶進臺灣,這些人又打哪裡來呢?

邢禹依的團隊鑑定了南科文化遺址的碳化種子,發現除了稻米之外,還有兩種小米,稷和黍 ,臺灣原住民傳統上也有耕種這三種作物。再從原住民對於稻米和小米的稱呼用語以及祭典儀式等方面來探討,可以知道小米占有神聖的地位,表示原住民祖先可能來自於小米和稻米都有種植的地區。另外,考量原住民「拔牙」的習俗,也就是拔掉上顎兩顆側門牙作為成年的儀式,南科文化遺址出土的頭骨也有拔牙的現象,顯示史前原住民也有類似的習俗,應該是承襲自原住民祖先的故鄉。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

於是從陸稻基因研究、化石調查,加上語言學和拔牙習俗等等研究,邢禹依推測,稻起源自長江流域,後來與山東起源的黍、稷一起往南方傳播,進入臺灣,這個路線也許透漏南島語族遷徙的線索。

稻起源自長江流域,後來與山東起源的黍、稷一起往南方傳播,進入臺灣。黃色路徑顯示了從山東到臺灣的傳播路線,這個路線也許透漏南島語族遷徙的線索。
圖片來源│邢禹依

用陸稻解決糧食危機

追溯了臺灣稻米的前世今生,邢禹依更放眼全球稻米的未來!尤其在現今全球暖化、農業用水有限、人口暴增的情況下,山地陸稻擁有耐旱、耐鹽、抗病害、抗蟲害等特性,可成為改良稻作的基因寶庫,孕育出灌溉需求較低的水稻,在當前水資源短缺的情況下,獲得最大的稻作生產效益。

因為農藝學家的使命就是餵飽全世界,邢禹依說:「我們沒辦法改變世界人口的成長,但我們可以為這個使命做好準備!」

邢禹依特聘研究員 (右一)與吳正杰 (右二)。「我們學農的是看天吃飯,也比較認命。」邢禹依笑著說:「因為研究的材料都是種出來的,但水稻生長期長,又容易受氣候影響,再加上臺灣會有颱風侵襲,被風吹倒、被水淹……幾個月的心血一下子就泡湯了,哭也沒有用,只能等到下一季,重新再來。」
圖片來源│邢禹依

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為山地陸稻很有事!破解臺灣蓬萊米身世,發現南島語族遷徙線索,泛科學為宣傳推廣執行單位

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3568 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

0

3
3

文字

分享

0
3
3
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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(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。
文章難易度

討論功能關閉中。

賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
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。

2

1
0

文字

分享

2
1
0
語言也是一種證據!南島語族發源地竟在臺灣?——專訪語言學研究所張永利研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/08/27 ・4908字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

南島語族的起源與變遷

南島語族發源自何方?是學界長期探索的焦點,在眾多研究領域中,語言學界為分布在南太平洋與印度洋諸島的族群確立關係,分類命名為南島語族(Austronesian-speaking peoples) 。除此之外,還有許多語言證據指出,南島語族可能是從臺灣擴散出去。中央研究院「研之有物」專訪院內語言學研究所張永利研究員,為我們深入分析,臺灣南島語保存哪些其他南島語「丟失的現象」,可以藉此重建南島語族的發展源頭與遷徙路徑。

嘉義阿里山鄉新美國小學生獻唱鄒族古謠。圖|Wikimedia

南島語族的發源地究竟在何方?目前已有越來越多證據指出,南島語族可能是從臺灣出發,遷徙至廣大的南太平洋與印度洋島嶼開枝散葉。

考古學家在臺灣、呂宋島、大洋洲等地出土相似的陶器碎片,經年代鑑定後發現,最早的繩紋紅陶陶器來自 5、6 千年前的臺灣大坌坑文化。植物學家則對各地的構樹樣本進行分子親緣分析,發現南太平洋島嶼的構樹應源自臺灣,推測先民帶著樹皮衣材料構樹,自臺灣遷徙至南太平洋諸島。

除了上述證據,還有一樣活在生活周遭的非物質遺產,能作為南島語族「出臺灣說」的有力證據,那就是臺灣原住民族正在使用的「語言」!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

中研院語言學研究所是研究與推廣「臺灣南島語」的重要基地,走進語言所典藏豐富研究著作的展覽室,投身臺灣南島語研究近 30 年的張永利研究員,與我們熱情分享語言學家的工作。

各地南島語言的特徵與變遷,是語言學家長期探索的問題,多年來一位位研究者深入原住民族部落,用羅馬拼音一字一句記錄部落長者的口語發音,經由比較臺灣與其他地區南島語言的關連與特徵,南島語族的發展源頭與遷徙路徑就在歷代語言學家的重建下現形。

中研院語言學研究所張永利研究員,投身南島語言研究近 30 年,與我們熱情分享語言學家的工作。圖|研之有物

如何確定臺灣南島語更接近原始南島語?同源詞繁簡成線索

南島語族是總人口數近 4 億人的龐大族群,其分布範圍北到臺灣、南到紐西蘭、東到復活節島、西到馬達加斯加。臺灣是南島語族分布的最北界,目前官方認定的原住民族共有 16 族,每個族群都有自己的語言,在整個南島語族 10 個主要語言分支中,臺灣南島語就佔了 9 個分支,其語言多樣性與存古性為世界少見。

南島語族 10 個主要語言分支,臺灣南島語就佔了 9 個分支,其語言多樣性與存古性為世界少見。圖|研之有物    資料來源|Blust, 1999: 45

「曾有外國學者讚嘆:南島語言是上帝送給臺灣的禮物!」張永利逐步分析臺灣南島語的珍貴之處:「考古和語言證據推估,臺灣南島語至少有 5 千年歷史,而麻六甲海峽附近國家使用的馬來語只有 2 千多年而已。此外,臺灣南島語還保留一些其他語言丟失的現象。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所謂「丟失的現象」正是語言學家證實臺灣南島語較古老、可能是南島語族早期祖居地的關鍵證據。藉由歷史語言學方法比較南島語言之間的親緣關係與發展先後,丟失的現象慢慢浮現,成為值得研究的案例。

首先,語言學家特別構擬出一套「原始南島語」作為比較標準,音韻、構詞、句法越接近原始南島語者,就越有可能是族群發源地。

要構擬出原始南島語並不簡單,語言學家無法穿越時空回到 5 千年前,必須集結全球語言學家的力量,深入各個南島語族聚落採集語言材料,再從中找出語音、語意相似的「同源詞」做比較。由於語言變化的過程經常發生「由繁趨簡」現象,因此發音越複雜的語言通常越古老,語言學家再從較古老的語言構擬出原始南島語。

張永利舉同源詞「眼睛」為例,說明臺灣南島語較為古老的原因。眼睛的原始南島語是「maCa」(大 C 的發音為 ts 複合音,同注音符號ㄗ),而臺灣的排灣語是「maca」,其發音與原始南島語相同。

再看看馬來語的眼睛是「mata」,ts 複合音明顯簡化成 t,發生語言「由繁趨簡」的現象,證明臺灣南島語比馬來語更古老。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
從同源詞「眼睛」的語音變化可發現,排灣語、鄒語較接近原始南島語,而賽夏語、馬來語的發音出現簡化現象,從中可看出族群發展的先後順序。圖|研之有物    資料來源|張永利

張永利進一步解釋,為何「由繁趨簡」現象可看出語言發展的先後順序:「有人可能會質疑,為什麼語言不是從簡單變複雜,發音由 t 變成 ts?如果是這樣你要解釋,多出來的 s 音是怎麼無中生有。這就如同人類社會的變遷,從複雜變簡單通常有跡可循,但無中生有需要創新的力量,從來不是簡單的事。」

這些語言有畫面!從同源詞推測千年前的生活型態

同源詞還可以重建南島語族原初的生活環境。根據語言學家的觀察,能成為同源詞的單字通常是日常使用的基本詞彙,例如爸爸、媽媽等親屬稱呼、數字 1 到 10,或是眼睛、頭、手、腳等身體部位。

因此,如果還能發現動物、植物、生活器具的同源詞,代表這些事物是曾經長時間存在的文化,才得以跨越千年時空在語言中留下印記,成為一窺南島語族原初生活環境的線索。

語言學家從原始南島語、原始排灣語、原始泰雅語、原始鄒語彙整出 100 個基本同源詞,當中包含許多指稱農作物、野生動植物、生活日用品的字詞:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
原始南島語同源詞反映之自然與文化特徵。圖|研之有物    資料來源|何大安與楊秀芳, 2000: 17-22

從上述同源詞可推測,原始南島語族應該是以稻作維生,擅長紡織與編織技藝,生活周遭可見「露兜樹、甘蔗、藤」、「河鰻、田鼠、蒼蠅」等主要分布在亞熱帶地區的動植物。這些同源詞所反映的自然與文化特徵,對解答南島語族發源地問題具有相當大的啟發。

此外,從某些同源詞的語意轉變還可看出指稱的是外來事物。例如鄒語的「水牛」叫作「’ua chumu」,「chumu」是指「水」,但「’ua」最初並不是指「牛」,其真正的意思是「鹿」。換句話說,水牛應該是外來物種,推測鄒族先民看到外來的牛,跟鹿一樣都是四隻腳的大型哺乳類動物,因而發生「指鹿為牛」的情形。

講話講重點!第一個字就表明重點的「焦點系統」

除了從同源詞可以證明臺灣南島語較接近原始南島語,語言學家還發現,比起其他地方的南島語言,臺灣南島語保存最完整的「焦點系統」。這是一種非常古老的文法,在世界其他語言中並不常見。

焦點系統是用來凸顯一句話中想要強調的焦點,主要分成主事、受事、處所、工具共 4 種焦點,每種焦點都有相對應的動詞詞綴變化,並會在重點字詞前方加上格位標記 a。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

由於南島語言習慣將動詞置於句首,等於你聽到第一個字就知道說話者想強調什麼。以下為 4 種焦點在排灣語的使用方式:

排灣語焦點系統應用,句首動詞 qaljup(打獵)會因應不同焦點而加上不同詞綴,焦點前方也會加上格位標記 a 來指稱重點。圖|研之有物    資料來源|何大安與楊秀芳, 2000: 8

古老的修飾用語:副動詞

最後一個臺灣南島語較為古老的證據在於,其詞類相當有限,主要是動詞、名詞的應用,沒有真正的副詞、形容詞等修飾詞。但是當有需要用到修飾用語時該怎麼辦?這就輪到特殊的「副動詞」登場!

副動詞顧名思義是指:具副詞作用的動詞,是臺灣南島語經常使用的詞類。張永利秀出排灣語和馬來語的句子,進一步說明副動詞與一般副詞的不同:

圖|研之有物    資料來源|張永利

排灣語的「g<em>alju」就是一個副動詞,意思是「慢」,之所以看出它是一種動詞,關鍵在於它跟後頭表示「吃」的動詞「k<em>an」有一樣的詞綴變化「em」。而中間的連繫詞 a 亦可應證「g<em>alju」與「k<em>an」應同屬於動詞。此外,「g<em>alju」的後面連接附著代詞「aken」表示「我」的意思,附著代詞一般會貼在動詞上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

值得注意的是,古老的副動詞在臺灣南島語言普遍保留下來,但是在臺灣之外的南島語言,如馬來語,卻通常都已經丟失。

綜上所述,從同源詞複雜度、焦點系統完整性、使用詞類有限等語言證據可知,臺灣南島語在目前已知的上千種南島語中,其古老排名可說名列前茅,也代表臺灣可能是南島語族早期的祖居地。

張永利表示:「綜合歸納現在的語言和考古證據,我們可以畫出南島語族遷徙路徑,基本上是從臺灣遷徙出去,先遷往菲律賓群島,再往南到婆羅州一帶,隨後一分為二,分別往東方太平洋和西方印度洋遷徙。」

南島語族遷徙路徑。圖|研之有物    資料來源|Bellwood, 2011

用「說」的文化資產——母語

對張永利來說,越深入研究就越能體會,臺灣南島語真的是臺灣千年不墜的國寶!除了持續在學界發表臺灣南島語的概念運用規則,張永利也會到原住民部落推廣族語,多年來也跟國內語言學家一起編寫鄒語、噶瑪蘭語、賽德克語等族語教科書。

張永利研究員持續研究臺灣南島語的概念運用規則,多年來編寫多本族語教科書,更前往部落推廣族語。圖|研之有物

在與族人互動的過程中,張永利發現,年輕族人為了溝通方便,有簡化族語的傾向,以致某些傳統用語漸漸流失。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

以鄒語為例,傳統上在說 11 這個數字時,老人家會講 maskx veiya ucni,「maskx」是 10、「ucni」是 1,中間的「veiya」是「回來」的意思,翻譯成中文就是「10 回 1」,可見鄒族會使用十進位來算數,可是現在的年輕人通常會省略「veiya」的用法。

另外名字的說法也發生簡化現象,例如有一位鄒族人的名字是 Pasuya、家族名是 Tiakiana,老人家會講 Pasu’e Tiakiana,大致的意思是「來自 Tiakiana 家族的 Pasuya」。但是現在的年輕人就直接講 Pasuya Tiakiana,身分證上的名字也這樣登記。

面對日漸普遍的族語簡化現象,張永利有感而發的說:「年輕人覺得只要聽得懂就好,但我會跟他們說,語言也是文化的一部分,而且很多說法只存在特定族群中,想復振傳統文化就要講道地的族語。」

一般人常將語言視為溝通工具,認為只要能有效溝通就好,然而深諳語言奧妙的張永利卻有不同看法:

語言也是一種文化資產,不論是臺灣南島語、華語、臺語或客語都有其文化特色,具有身分識別作用。

「母語能留著就是你的寶藏,現在『特色』就是你最重要的資產!」母語是臺語的張永利不僅在學術場域研究語言,更在日常生活中透過多使用母語來保存語言資產。「語言不是只寫在教科書、或在課堂上唸,一定要積極使用,這樣語言才能真的活起來!」

千年以來,臺灣這座南島語族的原鄉發展出眾多語言文化各具特色的族群,如今在族人及語言學家的努力下,族語的復振工作正如火如荼進行,許多正名成功的族群紛紛從族語找回身分認同,找回值得守護的南島語族寶藏。

噶瑪蘭族自 2002 年 12 月 25 日正式被認定為原住民的第 11 族,其族語至今依然被族人保存使用,並編印成噶瑪蘭語辭典、語法書,作為學校鄉土教學的教材。圖|Wikimedia
所有討論 2
研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3568 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

1

1
0

文字

分享

1
1
0
粒粒皆辛苦,那些促成蓬萊米上餐桌的田間推手——磯永吉和末永仁
PanSci_96
・2023/03/17 ・3665字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 撰文/邱睦容

1918 年,日本富山縣。

「請不要把米運往別處!」、「留下一升米!」在富山灣魚量枯竭、鍋子因無米可炊而被稱為「鍋割月」的八月,米商家的門口,一群漁村婦女們正在苦苦陳情。她們的求助並不完全出於貧窮之故,而是來自於,就算辛苦在碼頭工作一整天,隻身拖負著六、七俵(約 400 公斤)的米,她們勞動的工資仍不足以支付全家人一天所需的米錢。

這場陳情最終在日本遍地開花,成為引發百萬人上街頭的「米騷動」。

富山主婦的陳情,是一個引線,引爆了日本後續的社會變動,也連動了臺灣人碗中米食變革。

1918 年米騷動的一景。1918 年 8 月 11 日,神戶的鈴木商店在暴亂中被燒毀。圖/wiki

這場因米糧不足而引發的社會運動,不僅讓內閣總辭,也讓日本政府確立了帝國內糧食自給自足的目標,促進殖民地的稻米增產政策並加速稻種改良。

然而這樣的目標,並非一場社會運動就能一蹴可幾,它需要時間的積累、需要研究人員的投入,以及需要一些機運和巧合,的穿針引線,才能造就豐碩的成果。

系統性分類臺灣稻種,磯永吉解答米種改良的路線之爭

讓我們把時間倒退幾年,來到 1912 年。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那是日本統治臺灣的第十七個年頭,截至那一年,總督府遴聘來臺的農業專家,已經引進了 145 個「內地種」稻米品種試種,卻屢試屢敗。

為什麼要這麼大費周章?

因為過往臺灣人吃的都是「(音ㄒㄧㄢ)」——細長、鬆散且甜度低,這種筷子一挾起就掉落好幾粒的米種,讓吃習慣了「(音ㄍㄥ)」——圓粒、具黏性與甜度品種的日本人難以適應。為了讓在臺日人也能吃到家鄉口味的白飯,也讓臺灣出產的米能夠成為日本內地糧食的來源,在臺進行米種改良一直是農業試驗場的重要工作。

秈米,是由秈稻(一種水稻的亞種)碾出的米,特色是細長、鬆散、缺乏黏度且甜度低,是台灣自明鄭時期以來廣泛栽種且食用的米種。圖/wiki
粳米,是由粳稻(另一種水稻的亞種)碾出的米。相較於秈米,粳米較為圓潤、黏度高且較甜。圖/wiki

而也在那一年,一位甫自東北帝國大學農科大學註 1畢業、有著一對濃眉的年輕人來到了臺灣。這位年輕人磯永吉(1886-1972),即將投入米種改良的工作。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

磯永吉抵臺之時,稻種的改良在「在來種改良註 2 」與「內地種導入」兩派方法間徘徊多年。前者致力於將臺灣原有的「秈米」改良成類似日本種的「圓粒米」,即便在口感上難以複製黏性,但至少圓粒的米型方便被混入日本米,也因此能售出較高價;而後者則試圖將日本種引入臺灣種植,卻因為對臺灣的日照敏感和稻熱病之故,十多年來始終難以在臺落地生根。

一邊是面對帝國糧食增產目標的經濟做法,一邊是試圖種出日本人真正吃的米,難以論斷兩派到底孰者較為「實際」,因此,磯永吉選擇回到學理的研究來釐清。他運用大學時所學到的傑卡德係數(Jaccard coefficient),將歷來臺灣繁多的稻種,依照其不同特性,包括日照、早晚熟、期作別⋯⋯等特徵一一整理和分類

透過此方法,磯永吉建構出一套系統,並藉此判斷到底是「在來種改良」還是「內地種導入」在未來還有發展空間。

經過七年的投入,1919 年磯永吉與研究團隊將成果出版為《臺灣稻的分類》,這是臺灣種植的五百多個米品種,首次進行系統性的分類。而研究結果也宣告了在來種的改良空間不多,投入內地種的導入才是發展之道。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
磯永吉。圖/wiki

磯永吉的心血,或許也鼓舞了研究團隊之一、已在實驗田裡踽踽獨行五年的夥伴末永仁(1886-1939)

田間鍥而不捨試驗改良,末永仁提出「幼苗插植法」

末永仁比磯永吉來臺的時間更早,原本是基層技術人員的他,因為能力而受到磯永吉的肯定,在 1914 年轉進到臺中州試驗農場工作,負責改良事業在田間的實務,進行稻種的雜交育種與日本稻的栽培。

末永仁在 1.5 公里長的實驗田步道辛勤工作,只為了讓秧苗能順利生育、每穗稻穀粒能收穫更多。當改良工作遇到瓶頸時,他就會和磯永吉商討對策,兩人互為頭手地協作。終於,在研究發表後兩年,轉機出現。

在一次總督府官員的登山活動中,大屯山一帶的火山堰塞湖盆地「竹子湖」被磯永吉、臺北廳農務主任平澤龜一郎等人發現。竹子湖的涼爽潮濕、土壤肥沃的特性,類似日本九州,有著讓稻米生育的好條件。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不出所料地,在此播種的日本稻「中村種」生長良好。

然而僅能在特定地區生長的原種田,還需要研發出適當的種植方法,才能夠將稻種推廣到全臺、滿足糧食增產的目標的。於是,末永仁在一次次鍥而不捨的試驗中,根據秧苗對於日照的反應,又提出了「幼苗揷植法」,藉由縮短秧期,改變植株的生長週期,解決了因氣候提早抽穗的問題。

自此,「中村種」水稻終於走出山中臺地,駐足平原。

「蓬萊米」誕生!推廣種植的推手李鵬儀

1926 年,對磯永吉和末永仁都是關鍵的一年,也是兩人分別投入臺灣稻作改良的第十二與十四年。為了讓更多人認識這個在臺灣所生產的米種,當時的總督伊澤多喜男,在臺北鐵道飯店召開的第十九屆「大日本米穀會」中,正式為「中村種」——這個過往被概稱為「內地種」的米,命名為「蓬萊米」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
為「蓬萊米」命名的第十任台灣總督伊澤多喜男。圖/wiki

然而,蓬萊米育種成功後,還有一段漫長的挑戰等著兩人。除了找到合適的種植方法、品種之外,還得有種植的人才行。

四月,蓬萊米才風風光光地在米穀大會中亮相,同年七月就遭逢稻熱病,使得收成慘淡。為此,磯永吉和末永仁一邊推廣各地農民試種蓬萊米,一邊朝向「廣域」、「豐產」、「抗鹽」、「抗蟲」、「抗病」等方向進行改良,要讓農民對於蓬萊米的種植有信心。

然而 1927 年,「昭和恐慌」報到。那一年國際市場蕭條,米價大跌,農民種植蓬萊米的誘因減少。看到如此情況,一位臺灣米商伸出了援手,他是出生於彰化花壇的米商,李鵬儀

執彰化市米市之牛耳的李鵬儀,跳出來鼓勵農民種植蓬萊米。他願意依照種植面積全面收購,無論收穫成果如何。第一年受到稻熱病的影響、第二年又陸續碰到大旱和颱風,碾米廠空了近三年,直到 1929 年,他的相挺終於迎來了風調雨順,使得當年度新種植的「臺中 65 號註 3」大豐收。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這一年的豐收,使得價錢本來就高於「在來種」的蓬萊米,又收穫了超過「在來種」的三倍數量,一舉讓李鵬儀回收過去所賠外還有盈餘,更重要的是,這次的成功給了農民信心。隔年,臺灣有 75% 的水稻田都改種蓬萊米。

這就是關於今日餐桌上,那碗帶有黏性、咬起來香甜的白米飯由來。關於蓬萊米的故事,還有很多不及說完的,像是末永仁最後是倒在臺中的實驗田間去世,而磯永吉在戰後又留臺任教多年,從培植米到教育人,將大半的人生都奉獻在臺灣。

是主婦釀成的社會運動、努力不懈的育種家、一場的登山所見、還有近百年後才發現的陸稻基因混入稻種改良⋯⋯種種的巧合、機緣相遇,才成就了你我餐桌上那碗飯的誕生。

註解

  1. 東北帝國大學農科大學:前身為「札幌農學校」,現今為北海道大學
  2. 「在來」一詞為日語,有著「向來、一直以來、既有」之意,指的是過往臺灣人慣吃的秈米。
  3. 臺中 65 號:以抗蟲品種「龜治」與生產佳的品種「神力」交配而成的新品種

參考文獻

  1. Chu, H. (2020). Tropicalizing Taiwan: the Environment, Crops, and Institutions of the Japanese Colonial Food Regime, 1895-1945 (Doctoral dissertation, State University of New York at Binghamton).
  2. 謝兆樞、劉建甫,《蓬萊米的故事》,國立臺灣大學磯永吉學會出版,2020。
  3. 李鵬儀傳,臺灣歷史人物傳記資料庫。
  4. 鄧慧純,〈尋米稻足跡 溯蓬萊物語〉,臺灣光華雜誌。