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武漢肺炎病毒到底從哪來?沒有陰謀論以及蛇和HIV的版本

寒波_96
・2020/02/03 ・5991字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 597 ・九年級

2019 年底起源自武漢的傳染病仍在蔓延,病毒之外,陰謀論也大肆流傳,此外還有一些品質差勁的分析。根據目前資訊推論:人類病源來自未知的單一起源,距今時間很短,一開始就能人傳人。

相關分子演化分析可參考前文〈病毒不是源於武漢的海鮮市場?從分子演化學角度看2019新型冠狀病毒(武漢肺炎)的起源與傳播

本文略長,重點如下:

  • WARS 在雲南找到最近親戚,兩者非常相似。(比 SARS 近得多)
  • WARS 的中間宿主尚未確認,但現有和蛇有關的分析完全是錯誤的。
  • 仔細檢視後,WARS 的 S蛋白質變異和 HIV 毫無任何關係。(該論文已由作者撤稿)
  • 沒有可靠證據支持現有的陰謀論,WARS 極可能是自然演化而來的病毒。
  • 現階段出現一些搶快不可靠的研究,即使同儕審查過的論文也不可盡信。

中國官方對疫情沒有說實話,卻也缺乏黑手介入操弄病毒的證據。在這眾人都在搶快的時刻,即使是學術期刊發表也未必無誤,一定要保持判斷力。

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  • 本文於2020 年  2 月 3 日刊登,仍有許多與 2019-nCoV 相關的研究正在進行,目前發表的研究並非最終結果。
冠狀啤酒?圖/取自 Junk DNA

雲南找到最近親戚,支持 WARS 是純天然病毒

導致武漢疫情的是一種冠狀病毒(coronavirus),本文之後會使用 WARS 這個簡稱。目前 WARS 一共有 53 個病毒基因組被定序出來,彼此間差異非常非常小。近日一大關鍵情報來自中國科學院的武漢病毒研究所,石正麗領頭的論文(上傳初稿,尚未正式發表),其中報告了一款之前沒有發表過的新病毒「RaTG13」,遺傳上和 WARS 最相似,兩者序列相似度為 96.2%;作為對照,SARS 和 WARS 的相似度是 79.5%。1, 2

目前遺傳上和 WARS 最相似的病毒「RaTG13」,由雲南的蝙蝠採樣取得。(圖為採樣示意,非當事蝙蝠)圖/取自 ref 2

石正麗的合作者 Peter Daszak(屬於一個叫作 EcoHealth Alliance 的機構)在 Science 新聞受訪表示,他們之前花費 8 年,在中國各處採集約一萬個蝙蝠及 2000 個其他動物的樣本,總共偵測到 500 款之前未知的冠狀病毒。(因此我實在不喜歡廣傳「新型冠狀病毒」此一名稱,未來恐怕很容易引起誤會)

Daszak 表示中國蝙蝠冠狀病毒的多樣性非常驚人,和 WARS 最相似的 RaTG13 是 2013 年於雲南採樣到。但是這不等於 WARS 直接來自雲南,因為和自然狀態相比,人為取樣一定相當侷限;和 WARS 相似的近親或許在更多地方存在,我們根本無從得知。

平時論文慢慢來,這時發表都搶快!

也許有人會懷疑,既然知道有樣本為什麼之前不講,出事後才趕快發佈,豈不擺明有鬼?不過這其實是學術研究的常態,許多研究團隊平時都堆積著大量尚未發表的資料,除非有突發狀況,否則不會特別趕時間。

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大家想想看,在此之前 RaTG13 有什麼好提的?假如不知道 WARS 會感染人類,RaTG13 不過就是那新偵測到的 500 款病毒中,其中一種沒人有興趣的新型病毒,毫不特殊,有什麼值得特別重視的價值?

一月冠狀病毒相關論文的發表數量。圖/取自 ref 3

不正常的反而是現在的狀況:WARS 疫情大爆發後,冠狀病毒成為頭號顯學,最近 20 天冒出超過 50 篇論文(多數仍尚未正式發表)。學者燃燒小宇宙的成效可以十分驚人,這種生產論文的速度儘管罕見,但是技術上辦得到。結果又有人懷疑論文哪有可能寫這麼快,一定是中國人早就有資料,但是故意不講……這就是父子騎驢吧。3

解釋 WARS 不需要陰謀論

現階段對於 WARS 的陰謀論比比皆是,例如一說認為之前在加拿大高度管制實驗室工作,被指控涉及間諜,遭到開除的中國科學家和 WARS 疫情有關係;也有人質疑 WARS 是在武漢 P4 實驗室研發,外洩的生物武器。4

注意假新聞!事實上,四處流竄的人造病毒陰謀,可以達到混淆正確資訊的效果,也可能是資訊戰的一環。圖/取自 ref 4

然而,與目前更加明確的線索相比,並不需要這些陰謀論解釋 WARS 的起源。這次疫情中國政府沒有說實話、中國在歐美有間諜活動之前處理實驗不夠謹慎讓 SARS 外洩過,這些都是事實,也無法排除中國私下研發生物武器的可能性。但是要證明 WARS 和中國研發生物武器有關係,目前沒有合理的證據。

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反倒有更強力的證據指出,WARS 就是另一場源於自然的智人危機。

WARS 和最近親戚分家後,才獲得跨物種感染力

華盛頓大學的 Trevor Bedford 根據序列差異,估計雲南的 RaTG13 和武漢的 WARS 分家的年代,介於 25 到 65 年前;此一數字會受到突變率與宿主影響(提醒一下,我們仍然不知道 WARS 的原始宿主是哪種動物)。不過大概可以確定,兩者分家雖然不是太久,卻也已經有一段時間,不像是最近幾年的事。

Trevor Bedford 建構的冠狀病毒演化樹,多個 WARS (圖上紅點) 和最相似的雲南樣本 RaTG13 被歸為同一群。圖/取自 ref 2

之前格拉斯哥大學的 David L Robertson 一度認為,WARS 經歷過至少兩次遺傳重組,但是見到序列更像的 RaTG13 後他就放棄該觀點。這不表示重組沒有發生過,而是因為兩種病毒彼此非常相似,意即重組事件發生的時間是在 WARS 和 RaTG13 還沒有分家之前。由此可知 RaTG13 也經歷過和 WARS 一樣的重組,它卻依舊是感染蝙蝠的尋常病毒,表示讓 WARS 變得獨特的那些突變,和更早發生的重組缺乏直接關係。5

直接比較 WARS 和 RaTG13 會發現兩者整體非常相似,唯獨有個與感染能力高度相關的 S蛋白質(spike protein)基因差異較大;一些科學家認為 WARS 獨特的 S蛋白質,是它能順利侵略智人的關鍵。然而,WARS 當初如何由動物移民到智人身上,是否有透過中間宿主,目前仍缺乏可靠的證據。

順帶一提,目前以細胞株為材料的初步體外測試發現,蝙蝠、豬、麝香貓(civet)都會感染 WARS,不過今年本命年的小鼠不會感染。而常見的寵物貓、狗,至今也沒有牠們會感染 WARS 的證據,不需要恐慌。

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說到中間宿主 S蛋白質,最近兩篇錯誤相當明顯的論文分別與它們有關,本文將逐一介紹。

錯誤發表一:WARS的中間宿主是……蛇?

疫情爆發後不久,一項通過同儕審查的研究宣稱找到 WARS 的中間宿主「蛇」。這篇論文的思維和分析方法都嚴重錯誤。正式昭告天下,在當下疫情熱烈,搶快發表的大競速時代,即使是同儕審查過的論文也無法保證最基本的品質6, 7

簡單說是這樣:該論文選用的分析方法「codon usage bias(密碼子利用偏好)」達成了錯誤的結論。此分析方法儘管常見,目的卻根本不是尋找宿主。這是只會計算數字,絲毫不懂背後生物原理與概念的低級錯誤。

64 種密碼子與 20 種氨基酸的對照表。圖/取自 wiki

codon usage bias(用中文反而會讓稍有概念的人看不懂,因此使用英文)是什麼呢?遺傳密碼的核苷酸以三個為一組,一共有 64 種密碼子,卻只會對應到 20 種氨基酸;因此有時候在 DNA(或 RNA)層次上密碼子發生了改變,轉譯後的氨基酸仍然保持不變。

以脯胺酸(proline)舉例,有 4 種密碼子 CCT、CCC、CCG、CCA 對應這個氨基酸,不同生物都是用這 4 種密碼子生產脯胺酸,各種生物的比例卻不一樣。

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比方說不同生物都使用這 4 種密碼子,維尼熊的比例是 6、4、3、87%,米老鼠卻是 40、15、5、40%,空心菜則是 22、28、32、18%;不同生物相異的偏好,就是所謂的密碼子—利用—偏好。

有 4 種密碼子對應氨基酸的狀況下,倘若隨機分佈,每種密碼子出現的機率應該是 4 分之 1,但是實際上往往不是隨機出現,不同生物、不同基因的同一種氨基酸,會特別傾向使用某些密碼子

codon usage bias 不一定存在,假如存在也可能有許多不同的成因。理論上寄生於某種生物的病毒,如果自己的 codon usage bias 和宿主類似,也許能帶來一些生存上的優勢,不過這只是理論。8

重點在於,不可能光靠病毒的 codon usage bias 一種指標就判斷宿主!只用 codon usage bias 推論宿主,是對相關概念完全外行的表現;讓這種貨色正式發表,不管為什麼,都是期刊與編輯該深刻反省的責任。

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若是覺得上述解釋太難看不懂,人在瑞典的博士生北歐心科學有個妙喻:

就像說用美金就是美國人」,結果中國跟伊朗人也用美金,都被一視同仁為美國人。

WARS、SARS 與 MERS 的密碼子偏好都更接近蛇,但後兩者宿主都不是蛇

序列分析垃圾進,只會有垃圾出,沒什麼好講的。即使再退一步說,該論文設計實驗時也沒有通過最基本的假說—驗證。Robertson 和斯克里普斯研究所(Scripps Research)的 Kristian Andersen 都重新分析 WARS 的密碼子利用,一致認為該論文的結論錯誤。9

Andersen 的分析,縱軸愈高表示 codon usage bias 和橫軸上的該生物愈相似。圖/取自 ref 9

Andersen 還示範正確「假說—驗證」的作法(感謝大大無私分享!),比方說 SARS 的宿主是蝙蝠、MERS 是駱駝,假如有其他動物的偏好比蝙蝠更像 SARS,或是比駱駝更像 MERS,就表示用 codon usage bias 判斷宿主的策略行不通。

結果當然是行不通。Andersen 分析發現和不同生物相比,SARS 沒有最接近蝙蝠,MERS 也不是最接近駱駝;它們反而更接近蛇,以及不會感染的小鼠。WARS 的密碼子偏好和各種生物相比,則普遍小於兩位親戚,和蛇(以及小鼠)相對較像,但是都比不上釀酒酵母等三種「真菌」,可是真菌當然不可能是冠狀病毒的宿主!

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必須注意的是,這些分析無法排除蛇是中間宿主的可能性,但是結果明確指出:

冠狀病毒的 codon usage bias 和宿主沒有明顯關係,這項指標無法用於判斷宿主。

錯誤發表二:WARS 有片段跟 HIV 有關?(該發表已撤稿)

另一份 1 月 31 日上傳,尚未正式發表的論文初稿宣稱,在 WARS 的 S蛋白質上找到 4 處插入(insertion),此部份序列沒有在其他已知的冠狀病毒中見過,卻和會導致愛滋病的 HIV 一致,不像是隨機發生。10

這項研究由於比較對象太少,所以得到完全錯誤的結論。甚至有人建議可以用來測驗生技公司員工的水平,轉貼卻毫無批評者,直接開除。在本文完成以後,該論文初稿已經被作者暫時撤回

錯誤的分析宣稱WARS的S蛋白質上有 4 處外來「插入」(事實上都是誤判)。圖/取自 ref 10

分析問題時,選擇比較的對象相當重要。該文只拿 SARS、WARS 和 HIV 三種病毒比較,取樣太過侷限,不可能得到有意義的分析。

Bedford 同時比對多種由蝙蝠採樣來的冠狀病毒,發現不同品系的 S蛋白質之間相比,它們序列上本來就會加加減減、多一點少一點;而 WARS 的 S蛋白質這方面並不特殊,應該是天然演化的結果。11

Bedford 首先提出,那 4 處所謂的「插入」片段序列都非常短,在非常多已知的生物基因組上也能找到 100% 符合的對象,無法證實它們來自 HIV。他接著逐一詳細分析(樓主好人一生平安!),結論是12

4 處序列中沒有任何一段,真正來自外源遺傳物質的插入。

第一段「插入」序列的比對。其實不是真的插入。圖/取自 ref 12

「插入」片段都在近親身上找得到,和 HIV 無關

WARS 和來自雲南的最近親 RaTG13 相比,第一段序列「GTNGTKR」也在雲南兄弟的基因上存在。第二段「YYHKNNKS」該論文判斷為一獨特插入,卻是人為調整序列所致(提醒各位這算正常操作),事實上雲南兄弟也存在這段序列。

第二段「插入」序列的比對。其實不是真的插入。圖/取自 ref 12

WARS 和 RaTG13 皆具有這兩段序列,表示它們早在兩者分家以前已經存在,不可能是 WARS 基因組上才插入的新片段。

第三段「GDSSSG」也可能受到人為調整影響,不過就算真有插入,看起來 RaTG13 也具有這段,WARS 並不獨特。

第三段「插入」序列的比對。其實不是真的插入。圖/取自 ref 12

第四段「QTNSPRRA」,雲南兄弟也有前方的 QTNS ,卻沒有後方的 PRRA,表示 PRRA 大概真的是 WARS 獨自誕生的新突變,可以說它是插入,但是這麼短的序列變異常常發生,在基因組上比比皆是,毫無特殊之處。(提醒各位,WARS 的 S蛋白質和親戚的差異本來就大)

第四段「插入」序列的比對。其實只有後面一半是真正新增的插入片段,多半是病毒自行演化而成,不像是外源插入。圖/取自 ref 12

總之,Bedford 的分析明確否定了「WARS 基因組上有 4 處與 HIV 一致的非隨機插入」,這是很值得學習的一次教訓。

最類似 WARS 的雲南樣本 RaTG13 目前尚未正式發表,沒有將它加入比對,或許並非不可饒恕的大罪。但是只選取三種遺傳上差異極大的病毒直接比對(即使是 SARS 和 WARS 也超過 20% 不同),又遽下太不符合常理的偏頗結論,就是徹底失格的分子演化分析了。

該論文初稿已經暫時被作者撤回。

資訊虛實難辨,保持判斷力!

再來一次劃重點:

  • WARS 在雲南找到最近親戚,兩者非常相似。
  • 中間宿主尚屬未知,現有證據與蛇無關。
  • WARS 和 HIV 毫無關係。
  • 目前沒有可靠證據支持陰謀論,WARS 極可能是自然演化而成。

來到本文的盡頭,不論你是已經辛苦看完一大串外星文字,或是直接跳到結尾看結論,希望都能帶給讀者最重要的訊息:

「在此大家都在搶快的時刻,資訊虛實難辨,即使同儕審查過的論文也不可盡信,更需要保持判斷力。」

  1. 尚未發表的初稿:Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin,本文完成後正式發表於 Nature 期刊:A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin
  2. Mining coronavirus genomes for clues to the outbreak’s origins
  3. China coronavirus: how many papers have been published?
  4. Online claims that Chinese scientists stole coronavirus from Winnipeg lab have ‘no factual basis’
  5. nCoV’s relationship to bat coronaviruses & recombination signals (no snakes) – no evidence the 2019-nCoV lineage is recombinant
  6. Hu, D., Zhu, C., Ai, L., He, T., Wang, Y., Ye, F., … & Zhu, J. (2018). Genomic characterization and infectivity of a novel SARS-like coronavirus in Chinese bats. Emerging microbes & infections, 7(1), 1-10.
  7. 质疑:蛇是武汉新型病毒的中间宿主吗?
  8. Wong, E. H., Smith, D. K., Rabadan, R., Peiris, M., & Poon, L. L. (2010). Codon usage bias and the evolution of influenza A viruses. Codon Usage Biases of Influenza Virus. BMC evolutionary biology, 10(1), 253.
  9. nCoV-2019 codon usage and reservoir (not snakes v2)
  10. Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag
  11. Trevor Bedford 發表於推特的初步分析
  12. Trevor Bedford 發表於推特的進一步分析

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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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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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。

查看原始文章

  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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