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《Nature》盤點:2019年全球十大科學人物

Curious曉白_96
・2020/01/01 ・4529字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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度過了 2019,回望一年,是否完成了某些成就了呢?知名國際學術期刊《自然》(Nature) 總結了 2019 年勇於改革、備受爭議及重大科學突破的人物,他們所涉及的環境生態、生物及人道醫學、天文及量子科學、文明起源領域,對於全球的影響力都不容小覷。

一同來看看今年入選《自然》的十大人物事蹟,有些人物的精神值得效仿,有些人物所提出的議題也值得讓大眾反思。讓我們一起迎接更具挑戰性的未來吧!

科學捍衛者:抗衡巴西政府的民族英雄 Ricardo Galvão

為亞馬遜雨林濫伐議題而不惜與政府抗爭的物理學家 Ricardo Galvão 。圖片來源:Wikipedia

2019 年,巴西國家太空研究所 (INPE) 根據衛星資料,發現近年亞馬遜雨林面積遭非法砍伐及火災的情形愈趨嚴重。然而,這項分析報告於 7 月 19 日卻遭到巴西政府總統 Jair Bolsonaro 指控其分析數據為造假,甚至認為 INPE 所長 Ricardo Galvão 與環保主義人士有所勾結。

年已 72 歲的物理學家 Galvão 儘管面臨被革職的風險,仍決定面會總統,並揭發政府對於破壞雨林的惡行包括:墾伐面積逐年增加、政府放寬環境保護政策(包庇牧場主及農民的墾伐行為)、政府不實指控 INPE 毀林警報的準確性。

即便 Galvão 在為 INPE 辯護的兩週後被解僱,他仍意識到面對政治壓力,他有責任繼續代表科學和科學家進行倡導。因為 Galvão 不畏政治打壓,努力捍衛環境科學權益的心,也使他成為人們心中的英雄。

最佳天文捕手:天體物理學家 Victoria Kaspi

利用射電望遠鏡 (CHIME) 發現快速無線電爆 (FRB) 的天體物理學家 Victoria Kaspi。圖片來源: YouTube訪問截圖

天體物理學家 Victoria Kaspi 和其他數十位天文學家發現加拿大氫強度側繪射電望遠鏡 (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment,簡稱 CHIME) 能成為捕捉神秘現象快速電波爆發 (fast radio burst,FRB) 的最佳觀測工具。

此外,Kaspi 的職業生涯中,大部分時間都在研究中子星,她一直在思考如何讓 CHIME 成為研究快速旋轉的中子星的工具,並意識到望遠鏡的靈敏度和大視野可能是捕捉 FRB 的理想選擇。於是 Kaspi 努力爭取資金,希望增加另一台具足夠的計算能力儀器,以使望遠鏡能夠以每秒 16,000 次不同的頻率每秒採集 1000 次數據。最終, Kaspi 不畏冒險的精神,使她成為了 CHIME FRB 部分的首席研究員贏得了資金並致力於培養下一代科學家。

大腦重啟科學家: 耶魯大學神經學家 Nenad Sestan

Nenad Sestan 研究團隊發現將死豬的大腦部分恢復了電生理及生命現象的方式,但仍須嚴肅面對道德議題。圖片來源: YouTube

Nenad Sestan 研究團隊發現將死豬的大腦注入氧氣及冷凍防腐劑後,仍能使大腦部分恢復了電生理及生命現象。雖然這項研究成果孕育出保存腦組織的更佳辦法,同時也很可能重新定義了我們對生死的理解。

Sestan 也預見到了道德問題,並採取了一些保護措施。除了與美國國立衛生研究院 (NIH) 以及耶魯大學的生物倫理學家仔細研究潛在的道德隱患(例如大腦是否可以變得清醒以及醫生是否需要重新考慮腦死亡的定義)外,在開始實驗之前,該小組已決定使用阻斷劑麻醉大腦,以防止會引發意識的神經元被激發。

總體而言,這一壯舉帶來的興奮多於顧慮。Sestan 的研究結果表明,中風或重傷期間,缺氧對腦細胞的損害並不像以前想像的那麼嚴重。同時他也秉持「做任何事情之前先徵求外界意見。」及「探索未知領域時,必須非常非常周到。」的謹慎心態繼續他的研究。

生物多樣性保衛者:生態學家 Sandra Díaz

生態學家 Sandra Díaz 極力呼籲政府正視物種瀕臨滅絕的危機。圖片來源:Wikipedia

生態學家 Sandra Díaz 和其他 144 位研究人員完成了對世界生物多樣性的最詳盡的研究,而且這個消息比大多數研究人員想像的還要糟糕:由於人類活動,有一百萬個物種正瀕臨滅絕,需要採取極端的手段才能阻止。

這些令人震驚的發現來自政府間生物多樣性和生態系統服務科學政策平台 (IPBES)。阿根廷科爾多瓦國立大學的生態學家 Díaz 是小組的三位聯合主席之一。他們的最終報告長達 1500 頁,其中說,除非各國做出重大改變,例如放棄經濟必須持續增長的想法,否則各國將無法實現生物多樣性和可持續發展方面的多數目標。

Díaz 表示:「沒有自然,我們就無法過充實正常的生活。如果經濟繼續以這種破壞性方式運行,那麼自然和人都需要一種新的經濟模式。」此外,她對許多社會和環境運動如何採納專家小組的報告深有感觸,這些運動正在推動對環境採取更強而有力、更緊急的行動。

伊波拉戰士:資深防疫專家 Jean-Jacques Muyembe Tamfum

防疫專家 Jean-Jacques Muyembe Tamfum 對於伊波拉病毒的治療及預防措施貢獻良多。圖片來源: YouTube

自 1976 年 Jean-Jacques Muyembe Tamfum 深入到現在的剛果民主共和國 (DRC) 的熱帶森林中,首次發現伊波拉 (Ebola) 病毒迅速導致人們死亡以來,Muyembe 冒著隨時因感染致死的風險,與伊波拉持續奮戰 43 年。

直至今日, Muyembe 依然領導應對剛果迄今最動蕩的伊波拉疫情。 Muyembe 為這項工作提供了深厚的經驗,並致力於前瞻科學。他制定了用於控制該病毒的關鍵公共衛生措施,接著他開始研發有效的伊波拉藥物和疫苗。他領導團隊執行其中一項對照臨床試驗表明,感染後不久使用抗體藥物治療的患者的生存率達到 90% 。

即使疫情受到控制, Muyembe 仍持續協助疫情嚴重的城市,甚至在退休前,仍希望能追蹤疾病在物種之間的傳播方式。 Muyembe 的貢獻不僅開發了新型伊波拉藥物和疫苗,也拯救了許多人的性命。

物種起源探險家:古生物學家 Yohannes Haile-Selassie

Haile-Selassie 的團隊發現 380 萬年前非常完整的南方古猿頭骨。圖片來源:Wikipedia

Haile-Selassie 的團隊發現 380 萬年前非常完整的早期人骨頭骨。頭骨的主人屬於名為南方古猿 (Australopithecus anamensis) 的物種,它是已知的最古老和最難以捉摸的人類親屬。

頭骨被稱為「MRD」,Haile-Selassie 團隊於八月向世人展示 ,不同於以往僅能從一些骨頭碎片中推測,這次發現使研究人員首次看到了這位神秘的古老親戚的可能長相。 MRD 之所以重要,部分原因在於它來自於過去缺乏化石紀錄的時期,並且很可能影響了人類演化最古老的分支。甚至人認為其重要性不亞於阿法南猿 (Australopithecus afarensis) 露西 (Lucy)。

Haile-Selassie 被認為是該領域最有才華的化石發現者之一,他的潛力將在後續發掘 MRD 的起源中持續發光發熱。

器官移植發聲者:生物倫理學家 Wendy Rogers

生物倫理學家 Wendy Rogers  基於人道議題,致力阻止中國實行強制性的器官移植。圖片來源: YouTube

大約二十年來,關於中國用於器官移植的某些肝臟、心臟和腎臟的來源就爭議不斷。首先,中國政府對於是否會從死囚身上取走了器官的說法前後不一;其次中國政府宣稱自 2015 年起,這類的器官移植起就被禁止了,其後的器官全部來自志願者。但是研究人員也對此說法表示懷疑。

澳洲雪梨麥格理大學的生物倫理學家 Wendy Rogers 對中國不人道的器官移植的狀況感到震驚。她透過檢視中國移植醫生的研究出版物了解當前中國器官移植的現況。此一調查報告今年二月一日發表,導致超過二十篇器官移植的相關研究,因無法證明捐贈者同意而遭撤稿。

此外, Rogers 成為雪梨國際非營利組織倡導組織「中國終止移植濫用國際聯盟」國際諮詢委員會 (ETAC)的主席。他們在今年 6 月得到結論:在中國因宗教或政治見解而被監禁的人,仍持續被殺害而用於器官捐贈。Rogers 對於中國的器官移植手術走向完全透明並不樂觀,但認為持續的觀察施壓有機會阻止強制性的器官移植繼續發生。

基因操縱者:生物學家鄧宏魁 (Hongkui Deng)

生物學家鄧宏魁利用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術改造能治癒 HIV 患者的造血幹細胞。圖片來源: YouTube

CRISPR-Cas9 基因編輯系統是近十年來開發的技術,今年令人矚目的是此技術首次使用於臨床,該研究來自北京大學的鄧宏魁的實驗室。

於 2008 年,一位名為 Timothy Ray Brown 的患者接受骨髓移植治療白血病,此一案例後來被廣泛稱為「柏林病人」。在移植的過程中,Brown 經過移除自身免疫系統,並移植了 CCR5 基因突變的捐贈者細胞後,成為已知的第一個清除 HIV 病毒的人。

在中國具上述 CCR5 基因突變的捐獻者幾乎不存在,鄧宏魁作為 1990 年代發現 CCR5 在 HIV 中重要性的團隊之一,決定嘗試編輯該基因。他從捐贈者的骨髓中獲得了免疫學上匹配的造血幹細胞,並用 CRISPR-Cas9 編輯了它們,然後將其移植到同時患有白血病與 HIV 的患者體內,希望複製出柏林病人的狀況。

由於幹細胞並不易編輯,最後患者接受移植的細胞僅有 18% 的比例經過編輯。這項研究並未達到期望的預期效果,甚至被批評團隊一開始就心知肚明沒有可能有治療 HIV的效果。但鄧宏魁仍表示此一實驗至少可供以觀察基因編輯的持久性,並希望能找到將細胞重新編程為多能幹細胞的方法、在短期內移植更高比例的基因編輯細胞。鄧宏魁的研究被視為 CRISPR-Cas9 基因編輯技術於臨床上的一大嘗試。

量子電腦拓荒者-物理學家John Martinis

物理學家 John Martinis 所製造的量子電腦突破現今超級電腦的運算速度。圖片來源: YouTube

著名的物理學家理查德·費曼 (Richard Feynman) 曾經提出使用量子物理的特性來製造電腦的想法,理論上該電腦可以完成傳統機器無法完成的工作。 John Martinis 追隨費曼的腳步,領導 Google 的一組研究人員的工作,他們已經發表了第一個成果:量子電腦 Sycamore ,Sycamore 可以在 200 秒內完成他們估計最佳超級電腦也需花費一萬年的運算任務。

領導 Google 量子人工智能實驗室的 Hartmut Neven 表示,Martinis 是一名攀岩者,他在架構硬體時採用了相同的謹慎、小心的精神,在正式開始前完整考慮好每個接下來的步驟才持續進行。

Martinis 還有更多的點子希望推進完成,未來的工作重點包括製造更好的量子芯片;開放 Sycamore 供外部研究人員使用,以及找尋可在其上運行的演算法。

氣候變遷發聲小鬥士- 16 歲女孩 Greta Thunberg

年僅 16 歲女孩 Greta Thunberg 坦率地向美國國會警告氣候變遷的嚴重性。圖片來源:Wikipedia

一位 16 歲女孩 Greta Thunberg 在 9 月舉行的美國國會關於氣候變化的聽證會上,向會議席上的議員們遞出了政府氣候變化專門委員會的一份特別報告,裡面預測了隨著世界暖化,全世界將面臨的可怕後果。她對立法者說:「我不要你們聽我的,我要你們聽從科學家的說法。我希望大家在科學之下團結一致,並採取實際行動。」

科學家們已經花了數十年的時間來警告氣候變化,但他們無法像 Thunberg 今年一樣吸引全球關注。這位瑞典 16 歲的孩子表現出色,而且許多人都為她加油打氣。瑞士聯邦理工學院氣候科學家 Seneviratne 也表示: 「 作為科學家,我們通常不敢以如此發自內心、簡潔地表達意見。」

參考資料:

本文編譯自《Nature’s 10 – Ten people who mattered this year》 Nature 

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Curious曉白_96
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對於科學新知充滿好奇心,對於一切新知都想通曉明白,期許自己有一天能成為有所貢獻於社會的曉曉科學家!

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

快搜尋美光官方網站,了解業界最先進的技術,並追蹤美光Facebook粉絲專頁獲取最新消息吧!

參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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用藝術在科學界掀起狂潮!生物學家海克爾與它的「大橡樹」之作──《纏結的演化樹》
貓頭鷹出版社_96
・2022/08/07 ・2564字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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紅了超過 150 年!這棵樹到底有什麼魅力?

海克爾忙碌而多產,除了不斷研究,也持續普及化他的理論。一八七四年他出版了另一本專門討論人類演化的書,至少它的書名副標是如此表示的:《人類發展史》。

他的生命樹在此書中發展到極致,這張被稱為「海克爾的大橡樹」的圖,後來變得非常知名,很可能是他最廣為人知的一幅藝術作品,你可能曾在某些海報上面看過,或是看過印在 T 恤上面的版本。

海克爾透過「大橡樹」描繪他對生物演化的理解。圖/貓頭鷹

這幅圖像所呈現的,是海克爾對人類演化的理論,從他所創造的祖先原核生物,經過蠕蟲跟兩棲類,經過爬蟲類,一路演化到人類。

這棵樹沒有枝葉繁茂的華蓋,沒有太多分支。它的樹幹在靠近根部的地方極為粗壯,愈往上面開始慢慢變得細弱,使整棵樹看起來比較不像橡樹,反而比較像一顆剛從土中拔出的多鬚而巨大的大頭菜,頭下腳上。

在這棵樹最高的一根樹枝上面寫著 Menschen,也就是「人類」的意思,而在左右下方(注意,不是旁邊)則伴隨著大猩猩、紅毛猩猩與黑猩猩。

恩斯特.海克爾不僅是頂尖的生物學家,也是一位醫生、一位藝術家。圖/Wikipedia

這張圖是否如許多學者所說,可以代表海克爾只是躲在達爾文理論之下,實則是一名復古而保守的人類中心主義者?而他的大橡樹其實只是另一種天梯,跟亞里斯多德所主張,跟邦納在一七四五年所畫的並無二致?海克爾是否認為人類是演化的皇冠,是這個帶有目的性的演化過程最後應達到的終點呢?

我並不這麼認為。

或許當你第一眼看到這張圖的時候,確實會認同這些看法,但是他的想法跟圖畫其實要更複雜一些。

海克爾是相當卓越的藝術家,曾出版《自然中的藝術百態》(Kunstformen der Natur),收錄了上百幅海克爾的生物繪圖,此為海克爾手繪的水母圖稿。圖/Wikipedia

世人對海克爾的評價

生物歷史學家對海克爾的評價分歧,對於他真正的想法或是旁人揣測的看法,對於他引起的騷亂與他的過錯,大家始終各執一詞,看法莫衷一是。

海克爾相當長壽(他活到八十五高齡,死於一九一九年),著作等身,提出過許多不同版本的達爾文理論,以及理應是根據達爾文理論所制定的「定律」;他曾多次修改自己的某些論點,而對於另外一些論點則含糊其詞,有時甚至前後矛盾,這些都讓後人對他的看法充滿分歧。

有一派的人認為他的理論其實比較接近拉馬克學派,而非達爾文的演化論,因為海克爾錯誤地主張後天獲得的特徵可以遺傳下去(雖然達爾文也這樣認為)。

他的生物遺傳定律也在生前就受到嚴厲批評而被宣告錯誤。他被指控用錯誤的證據――不知是刻意還是不小心畫出錯誤的圖畫――來證明自己的假設。

達爾文(左)跟拉馬克(右)對生物的演化都提出了各自的想法,對後人造成深遠的影響。圖 / Wikipedia

有人批評他提出過許多古生物學理論,卻沒有提供任何化石證據;也有人說他是「膚淺、前後不一致,或者根本就是腦袋不清楚。」

還有一派批評則認為,像他這種進化觀點,也就是視演化為一種進步的過程,並且把人類放在這條進步之路的終點,作為完美的代表,海克爾根本稱不上是達爾文主義者。

雖然海格爾翰與他的理論逐漸被學界淘汰,但他精美的畫作仍然受到世人的喜愛。圖 / Wikipedia

海克爾的觀點真的不值一提嗎?

眾多批評者之一的歷史學家波勒,在一九八八年曾針對在《物種起源》出版後的數十年之後所有對達爾文理論產生過影響的「假達爾文主義者」以及「反達爾文主義者」,寫過一部專書《非達爾文主義的演化論》,該書封面用來闡述他論點的代表圖片,就是海克爾的大橡樹。

波勒也在書中使用這幅圖片,用以佐證他說的「海克爾演化論本質上的線性特徵」。不過他的批評可能有欠公允。

其他的學者,比如傳記作者理查茲曾經指出,海克爾為了兩種不同的主張畫過兩種不一樣的樹。

第一種就是親緣關係樹,比如他所畫的 Stammbaum der Organismen 總生命樹,以枝繁葉茂的華蓋呈現出生物種類的廣度。

海格爾透過「樹」闡述他的「三界系統」(Three-kingdom system)理論。圖/Oxford Research Encyclopedias

第二種則是家譜樹,比如他所畫的大橡樹,主要目的是用來呈現單一種生物的發展。畢竟大橡樹的名稱為 Stammbaum der Menschen,也就是人類的生命樹,是用來講人類的演化,而不是講其他生物的演化。

人類在這棵樹的頂峰,那是因為這棵樹就是跟人有關

他畫這棵樹的目的,正是用來解釋他那大膽的主張(同時也是達爾文的主張),也就是我們是其他生物的後代,這條線可以一直追溯到一種單細胞生物,就是他所謂的原核生物。這也是為何這棵樹的根部粗壯,然後愈來愈細並且樹枝稀少。

這棵樹的目的並非用來展示生物的多樣性以及彼此之間的關係。它的目的是展現單一種系,也就是人類的世系。海克爾或許是個浪漫主義者,也可能是個進步主義者,或許並不是一名始終如一的達爾文主義者,但是他還是知道生命樹並不是一顆大頭菜。

——本文摘自《纏結的演化樹》,2022 年 7 月,貓頭鷹,未經同意請勿轉載。

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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海邊戲水要小心!一次帶你認識刺毒魚類,與被刺傷後的自救方法
自然保育季刊_96
・2022/07/20 ・4724字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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刺毒魚類是什麼?有刺的魚 ≠ 刺毒魚類

海洋是生命的發源地,其環境複雜多樣,孕育出多種多樣的海洋生物。在漫長的演化過程魚類發展出多樣適應環境的機制,包括物理性、化學性及生物性的調適,其中刺毒(venoms)屬於較為複雜的化學性防禦機制。

然而具有尖刺的魚類就等於是刺毒魚類嗎?答案是「否」的。

刺毒魚類的硬棘上附有毒腺,除了能為掠食者帶來物理性(刺傷)傷害以外,並會造成化學性(毒液)的二次傷害,毒腺所分泌的毒液會使傷口產生更為強烈的疼痛感,是一種特殊的防禦機制。

可能比你想像中多:世界上的刺毒魚類有多少?

全世界的魚類約有 30,000 多種,曾被報導過的刺毒魚類約有 2,500 多種(表 1),約占所有魚類的 8%,其主要可分為四大類,分別為:

(一)軟骨魚類中的銀鮫目(Chimaeriformes)、異齒鯊科(Heterodontidae)、角鯊科(Squalidae)

(二)軟骨魚類中的燕魟亞目(Myliobatoidei)

(三)硬骨魚類中的鯰形目(Siluriformes)

(四)硬骨魚類中的鰭棘魚類(Acanthomorphs)(Smith and Wheeler 2006;邵廣昭 2021)。

表 1 各類群刺毒魚類種類數量及毒刺部位。表/自然保育季刊

第一類刺毒軟骨魚類的毒刺主要分布於背鰭上,數量 1 至 2 根。

第二類魟類,現生種類約 200 多種,毒刺分布於尾柄上(Nelson et al. 2016),當其尾柄上的毒刺擊中掠食者後,毒液會經由外皮鞘(integumentary sheath)的破壞而全數釋出(Fenner 2004)。著名的電視節目主持人鱷魚先生 Steve Irwin 就是被大型魟類尾部的毒刺傷及心臟而喪命的。

黑線銀鮫(Chimaera phantasma)。箭頭標示處為其毒刺。圖/自然保育季刊

第三類鯰形目魚類,大多為淡水種類,其中有毒的種類大約為 1,500 種,毒刺分布於胸鰭及背鰭(Wright 2009),其毒刺外緣具鋸齒(圖 1A)。

鯰形目魚類在美洲具較高的多樣性,占所有種類的 60%(Nelson 2006)。臺灣產12種,淡水的種類有鈍頭鮠科(Amblycipitidae)1 種、鯰科(Siluridae)1 種、鬍鯰科(Clariidae)2 種、鱨科(Bagridae)2 種,鱨科的種類因背鰭(1 根毒刺)、胸鰭(2 根毒刺)具毒刺,故俗稱為三角姑;

海水的種類有鰻鯰科(Plotosidae)1 種,及海鯰科(Ariidae)5 種,兩者的俗稱分別為沙毛及成仔丁,毒刺的位置與鱨科一致。

圖 1 刺毒魚類毒刺形態之一。圖/自然保育季刊

A. 線紋鰻鯰(Plotosus lineatus)胸鰭硬棘。 B. 瞻星魚(Uranoscopus sp.)匙骨上的棘。C. 褐臭肚魚(Siganus fuscescens)背鰭硬棘。 D. 托爾逆鈎鰺(Scomberoides tol)背鰭硬棘。縮寫:gr,groove 溝槽。

第四類鰭棘魚類,由六個類群所組成,分別為蟾魚目(Batrachoidiformes)、鮋亞目(Scorpaenoidei)、刺尾魚亞目(Acanthuroidei)、䲁亞目(Blennioidei)、逆溝鰺亞科(Scomeroidinae)及鱷亞目(Trachinoidei),雖然僅有 585 至 650 種,但相對於前面的三個大類群,毒刺的形態則顯得更為多樣化,毒腺可發現於牙齒、主鰓蓋骨(opercle)、匙骨(cleithrum) (圖 1B)、背鰭、腹鰭和臀鰭多個部位(Smith and Wheeler 2006)。

圖 2 刺毒魚類毒刺形態之二。圖/自然保育季刊

A. 中華鬼鮋(Inimicus sinensis )背鰭硬棘。 B. 魔鬼簑鮋(Pterois volitans )背鰭硬棘。C. 眉鬚鱗頭鮋(Sebastapistes strongia)背鰭硬棘。 D. 眉鬚鱗頭鮋頭部的棘。縮寫:gr, groove 溝槽;vg, venom gland 毒腺。

雙斑櫛齒刺尾鯛(Ctenochaetus binotatus)。圖/自然保育季刊

臺語有云:「一魟、二虎、三沙毛」

在海岸活動頻繁的臺灣,亦不乏關於刺毒魚類的諺語:一魟、二虎、三沙毛、四斑五、五象耳、六倒吊,或者是四臭肚、五變身苦;四變身苦、五成仔丁。

不管何種版本,「魟、虎、沙毛」均是刺毒危險程度的前三名。

線紋刺尾鯛(Acanthurus lineatus)。圖/自然保育季刊
線紋鰻鯰(Plotosus lineatus)。箭頭標示處為其毒刺。圖/自然保育季刊

諺語中的,是泛指所有尾部具有毒刺結構的燕魟亞目魚類,身體呈圓盤形,大部分種類尾巴為細長的鞭狀,依不同種類尾部毒刺的數量可達 2 根或以上,大部分漁民在捕獲後,均會把尾部的毒刺去除。多數的魟類為底棲性魚類,部分種類更具潛藏於沙中的習性,因此在沙灘嬉水遊玩時,須多加注意腳下情況以免誤踩而被其刺傷。

沙毛指的是線紋鰻鯰(Plotosus lineatus),廣泛分布於臺灣沿海並常被釣獲,其體表光滑無鱗不易被抓住,故處理時須多加注意以免被刺傷;其幼魚常成聚集成群,被稱為鯰球。

黑帶稀棘䲁(Meiacanthus grammiste)。其毒腺位於下頜兩顆大型犬齒中。圖/自然保育季刊

二虎:多樣性豐富的刺毒魚類大家族

虎魚泛指臺灣產鮋亞目(Scorpaenoidei)的種類,其英文俗名有 scorpionfishes、stonefishes 、 waspfishes 等,有關 scorpionfishes 名稱的由來,或許命名者對其毒刺如蝎子螫到的觸感有著很深刻的體會。

除了虎魚這俗名外,石狗公、石頭魚亦為牠們常見的中文俗稱,因其偽裝(camouflage,一些種類會利用特化的皮瓣偽裝成礁石及表面的生物)或保護色,致使體態、體色與棲地環境極為相似而得名。

該類群是著名且危險的刺毒魚類,毒刺十分發達(圖 2),雖然鮋亞目魚類的頭部具有不少的棘(圖 2D),但具毒腺的部位僅為背鰭、腹鰭及臀鰭之硬棘(圖 2A-C) (Nelson et al. 2016),為海洋刺毒魚類的最大宗(Low et al. 1993;Church and Hodgson 2002;Vetrano et al. 2002;Fenner 2004),臺灣大約有 42 屬 100種(邵廣昭 2021)。

多數種類為底棲性魚類,棲息於沿海岩礁地形,行動緩慢並常靜止於礁石上,即使靠近之亦不動如山,其體色與環境十分相似不易被察覺,因此在潮間帶或岩礁海岸活動時,稍一不慎則有可能誤踩而遭其刺傷。目前被刺傷的個案僅國外有報導,被刺傷者大部分為漁業從事人員(Haddad et al. 2003),臺灣雖暫無相關學術文章報導,但大部分地區的海洋活動亦相對頻繁,相信有不少被刺傷的個案。

金圓鱗鮋(Parascorpaena aurita)。鮋科魚類多具備良好的偽裝能力,其體色與周遭環境融為一體。圖/自然保育季刊

鮋亞目魚類毒素均為蛋白質(Kiriake et al. 2013),結構並不穩定,遇熱後因蛋白質變性而失去毒性(伍漢霖 2006),亦有研究顯示斑點鮋(Scorpaena guttata)的毒素在 50°C 的條件下處理,短期內即失去活性(Schaeffer et al. 1971),表示魚肉在加熱煮熟後可食用。

俗稱獅子魚(Lionfish, Turkeyfish)的危險刺毒魚類亦同屬於鮋亞目家族的成員(簑鮋類 Pteroini),但與石狗公、石頭魚的不同之處在於其十分花枝招展的外觀,平常毫不躲藏、並徐徐地遊弋於礁石間。

因其華麗的外觀而常見於觀賞魚市場,亦因此經由水族觀賞魚途徑被棄養放生(Hamner et al. 2007;Betancur et al. 2011;Johnson et al. 2016),魔鬼簑鮋(Pterois volitans)自 1980 年起現踪於佛羅里達(Florida) (Freshwater et al. 2009),延長及發達的毒刺使其在當地幾乎沒有天敵,並逐漸擴張遍布整個大西洋西岸形成穩定的族群(Betancur et al. 2011;Ferreira et al. 2015;Johnson et al. 2016),而其驚人的食量對當地魚類族群造成極大的威脅,與另一種獅子魚—斑鰭簑鮋(P. miles)為知名的入侵物種。

毒擬鮋(Scorpaenopsis diabolus)。具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,喜靜止於礁石上伺機捕食路過之獵物。圖/自然保育季刊

毒刺的部位、結構及釋出毒液的機制

刺毒魚類的毒刺結構可發現於胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等部位。大部分毒刺均由硬棘(spine)、溝槽(groove)及毒腺(venom gland)所組成。刺毒魚類這類用毒動物不同於河魨,其毒素由自體產生(河魨毒素由食物累積於體內),經毒腺分泌,藉由硬棘導引或注射到防禦對象身上(Bulaj et al. 2003;Fenner 2004;Smith and Wheeler 2006)。

毒腺附著於硬棘上,硬棘具溝槽。毒液的釋放是一種被動形式,並不能主動發射,當毒腺受壓迫時,毒液釋出並沿著溝槽導流至防禦對象的傷口上。被刺後傷口附近立刻產生劇烈疼痛感,隨後延伸擴散,會伴隨噁心、嘔吐、呼吸困難等症狀(伍漢霖 2006)。疼痛感可持續數小時之久,過敏體質者更會休克、甚至死亡。

波氏擬鮋(Scorpaenopsis possi)。具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,體表具備海藻狀之皮瓣。圖/自然保育季刊

如何預防刺傷,刺傷後應該如何處理?

刺毒魚類並不會主動利用毒刺進行攻擊,因此進行海岸活動或沿海作業時,應注意隨時週遭環境並穿戴相關保護措施(如手套、涉水鞋等)避免身體裸露、降低被刺傷的機會;若在必要情況下須接觸具尖刺且種類不明的魚類時,應避免徒手直接捕捉並藉由工具謹慎處理之。

刺毒魚類另一個對人類造成危害的地方,在於其造成的傷口可能會因為細菌感染而產生二次傷害,嚴重者會導致局部組織壞死、敗血症,甚至感染創傷弧菌(Vibrio vulnificus),而創傷弧菌感染後惡化快速,其所引致的併發症通常具較高的死亡率。

輻紋簑鮋(Pterois radiata)。獅子魚在遭遇威脅時,胸鰭及背鰭會展開,並以腹部朝著礁石、背部朝外的方式抵禦掠食者。圖/自然保育季刊

刺毒魚類的毒性依種類及釋放量而有所不同,而毒素主要為蛋白質,其結構不穩定,易受熱、酸鹼所破壞而失去毒性。遭刺傷後應盡快移除毒刺,在適當的條件下擠出毒液,使用熱、酸、鹼條件處理傷口,破壞毒素的活性,並做好傷口的清潔及消毒的工作,防止細菌的感染。

刺毒魚類所造成的傷害反應因人而異,經過現場初步處理後,應盡早送醫處理。

野外活動時要注意

刺毒魚類約占所有魚類的 8%。牠們形態多樣,彼此並非姐妹群關係,亦即起源於多個祖先,換言之,刺毒機制是多次獨立演化出來的,刺毒魚類一共可分為四個大類群,軟骨魚和硬骨魚各占兩大類,包括軟骨魚中的:(一)銀鮫目、異齒鯊科、角鯊科,(二)燕魟亞目;以及硬骨魚類中的(三)鯰形目,(四)鰭棘魚類。毒刺結構可發現於多個部位,如胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等。

因為臺灣為海島地形,海岸線曲折漫長,周邊海域均有刺毒魚類的分布,民眾於海域進行經濟或休閒活動時均有機會接觸到刺毒魚類。雖然刺毒多為被動的防禦機制,並不是主動攻擊的手段,但部分刺毒魚類具備十分良好的偽裝能力,在靜止的狀態下難以被察覺,因此在野外活動時應隨時注意周遭環境是否存在刺毒魚類,並穿戴相關防護衣物、鞋子,避免誤觸而受傷,增加海域活動的安全性。

若不幸被刺毒魚類刺傷,在現場進行緊急處理後,應盡早求醫,以策安全。

斑馬短鰭簑鮋(Dendrochirus zebra)。胸鰭內側顏色鮮艷,具警戒作用。圖/自然保育季刊
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