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怎麼知道亞馬遜雨林中的壁畫,真的是冰河時期創作?

寒波_96
・2020/12/28 ・4369字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

人類對藝術史的認識又有重大突破。一隊考古學家報告,在南美洲的亞馬遜雨林中發現大批畫作,最早的年代超過一萬年。卻有些人質疑:那批畫看起來保存太好,怎麼能確定不是最近的作品,真的是冰河時期的創作呢?1, 2, 3

看起來不像真的?圖/取自 參考文獻[3]

草原和雨林之間

這系列研究要在 2016 年以後才有機會進行,這一年哥倫比亞政府和哥倫比亞革命軍-人民軍(FARC)協議停火,考古學家方能深入叢林,在 2017 和 2018 年展開調查,又於 2020 年 4 月發表第一篇正式論文。

發現壁畫的遺址叫作 Serranía La Lindosa,簡稱作 SLL,位於哥倫比亞的東部。它算是岩蔭型的遺址,接近瓜維亞雷河(Guayabero River),如今周圍被森林環繞,是濕熱的氣候,年平均降雨量為 2800 mm(比台灣的 2500 mm 多一些)。

整個哥倫比亞位於南美洲的西北部,SLL 遺址處於亞馬遜的最西側,其東方是廣袤的雨林,往西則是安地斯山。遺址算是介於其東方的亞馬遜雨林,以及其西方,奧里諾科河流域的熱帶草原(savanna)之間。

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簡單來說就是:介於安地斯和亞馬遜的交界,草原和雨林之間。

遺址地點。圖/取自 參考文獻[3]

草原盡頭,雨林邊緣的文青

目前考古學家深入調查過 3 個地點,絕大部分壁畫位於 Cerro Azul,而距離 467 公尺遠的 Cerro Montoya,以及 4 公里處的 Limoncillos 也都有發現壁畫,不過都褪色了。壁畫大多數為紅色系,作畫材料是赭石。

挖掘發現不少石器、植物、動物遺骸,證實此處曾有大量的人類活動。定年結果指出,人類抵達這片區域的年代超過 12000 年,最晚的記錄可能只有數百年前。有趣的是,最早有人類活動記錄的地層,也有出土赭石,暗示這兒最早的居民或許就會用赭石作畫。

在有壁畫的岩壁旁挖掘。圖/取自 參考文獻[3]

如今還能識別的作品有上千件,它們應該不是短時間內的創作,多半是長期累積的結果。論文指出,SLL 遺址南方 180 公里遠處的 Serrania de Chiribiquete 遺址,也存在類似風格的岩壁畫作,由此推論兩地處於同一個文化交流圈。

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所以對於「這批畫為什麼可以保存到現在?」這問題,合適的答案也許是「原本此一區域存在非常豐富的作品,卻只有這些保留至今」。保存最佳的 Cerro Azul 畫作位於岩壁側面,上方被巨大的岩壁擋住,結構微妙的角度有保護效果,多數作品不會直接淋雨。

遺址區域遠眺。圖/取自 2018 年影片 Colombia: peace unveils hidden rock art wonders

SLL 遺址位於如今的亞馬遜雨林邊緣,不過和安地斯山也很接近。最初住在草原和雨林交界的居民,由石器等跡象判斷,並非從東邊穿越廣闊的雨林,而是由其西北的安地斯方向,或許是波哥大盆地移民而來。

首批移民抵達的年代,差不多是距今約 12600 年前,寒冷的新仙女木期(Younger Dryas)開始之際;或許和當時氣溫驟降,人們想換個地方討生活有關,不過詳情仍需研究。

南美洲西北部各早期遺址的年代。波哥大盆地的遺址年代比 SLL 更早,兩處石器技術類似,看起來是 SLL 人群的源頭。圖/取自 參考文獻[1]

之所以重複指出當地位於草原和雨林的交界,是因為「草原」和「雨林」的範圍會變化。氣候不斷變遷,冰河時期比現在更冷更乾,某些現在能長樹的地點,當時只能長草。亞馬遜雨林在冰河時期仍然存在,但是面積不如氣候變暖以後。

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失落的世界,長留壁畫中

SLL 遺址附近的環境缺乏深入研究,但是由其他情報推斷,該地在冰河時期的樹木應該比現在少,更偏向熱帶草原(熱帶莽原),類似今日東非草原,或南美洲喜拉朵草原的環境。

遺址離河流不遠,首批移民抵達時,應該有多元的草原、雨林、淡水資源可以利用。那個冰河時期已經失落的世界,部分仍留存在最早的壁畫中。

壁畫一景:a. 擬人化圖像、b. 手印、c. 動物化圖像、d. 幾何圖形、e. 植物圖像。圖/取自 參考文獻[1]

SLL 遺址的岩壁上保有數千件作品,包括擬人化(anthropomorphic)、動物化、幾何與植物的題材。不少畫的內容看來是狩獵和儀式場景,記錄著古代的生活與環境。動物種類繁多,常出現的有鹿、貘(tapir)、鱷魚、蝙蝠、猴子、烏龜、蛇(serpent)、豪豬。

不過最引人矚目的莫過於冰河時期結束後,早已滅團的美洲大型動物們。至少可以辨認出大地懶、乳齒象、某些羊駝(camelid)和三趾後弓獸(three-toe ungulate),還有馬。

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牠們出現在壁畫中,可能是畫家作畫時直接觀察到的紀錄,這也是創作於冰河時期的佐證之一;即使作畫時附近沒有這些動物,也能推測藝術家們仍保有對這些生靈的記憶。

馬值得一提。馬起源於美洲,後來遷徙到歐亞大陸與非洲,原產地卻在冰河時期結束後滅團,因此世紀帝國中的馬雅人、阿茲特克人都沒有馬。壁畫中有馬,證實當時的人見過馬,而且覺得值得留下圖像記錄。

冰河時期後,南美洲滅團的動物們:a. 大地懶、b. 乳齒象、c. 駱駝科動物,大概是某種羊駝、d. 馬、e. 應該是馬、f. 某種三趾後弓獸。圖/取自 參考文獻[1]

「愛上一匹野馬,可我的家裡沒有草原」……不是,馬不是屬於雨林的動物,若是 SLL 附近能跑馬,意謂現在滿佈樹木的地區,當時仍然有大片的草地。這點間接證實這塊介於安地斯與亞馬遜的交界之地,冰河時期以後經歷明顯的改變。

想釐清岩壁上畫作的年代,往往任務困難,至今這批壁畫也沒有直接定年的結果。不過考古學家仍根據幾條間接證據,判斷最早的作品創作於冰河時期:

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第一,當地最早在距今 12600 年前出現人跡,應該是由西北方的安地斯方向移民而來。
第二,最早出現石器的地層,也出土作畫的材料:赭石。
第三,壁畫有多種冰河時期後滅團的動物。
第四,更大的地理範圍內,不只一處有類似的壁畫,還有些已經褪色的作品。

赭石是古代藝術創作時很常見的顏料,世界許多地方都有記錄。同一年另一篇發表的論文報告,在中美洲墨西哥的猶加敦半島,一處浸滿水的洞穴內發現開採赭石的跡象,最早可能距今 12000 年之久。這些蛛絲馬跡顯示,對於一萬多年前的美洲人而言,赭石是熟悉的資源。

遺址附近的瓜維亞雷河。圖/取自 參考文獻[3]

支持藝術創作的樂園,有肉有菜很多魚

能支持大量藝術創作的時空,想必日常生活不虞匱乏。SLL 位於草原、雨林、河流的交界,可利用的資源豐富又多元,許多記錄埋藏在地層中。

早期的美洲文化,如克洛維斯文化(Clovis Culture),以狩獵猛瑪象之類的巨獸聞名。壁畫中有不少大型動物,牠們曾經是最初移民的食物嗎?似乎不是,即使有的話數量也不多。遺址所有年代的地層皆缺乏大型動物的遺骸,最古老的也不例外(也沒什麼鳥類)。

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一萬多年前的美洲人,對於獵捕和食用大型動物,應該沒什麼心理或文化障礙。馬、象、鹿等動物不是狩獵的對象,卻出現在壁畫中,意義值得玩味。莫非是就算抓不到,也要畫在牆上欣賞?

各地層中不同類動物的比例。圖/取自 參考文獻[1]

遺址出土的遺骸有非常多魚類,也有鱷魚、烏龜等水生動物,表示這群住在河流旁的人懂得蒐集淡水資源。其他動物大部分是小型動物,2 種齧齒類最多:駝鼠(paca,學名 Cuniculus paca)和水豚,還有犰狳、鬣蜥、蛇等等。有意思的是,魚類、哺乳類、爬蟲類的比例,在不同年代都很接近。

植物也相當豐富,保存下來最多的是棕梠類,至少可以辨識出 10 個物種;棕梠也是當地現在普遍生長的樹木,果實能提供能量和營養,葉子等部位還有各種用途。也有不少碳化種子出土,包括茄科(Humiriaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、天南星科(Araceae)和禾本科(Poaceae)植物。

總之,對於沒有農業,不長期定居的採集狩獵者來說,SLL 一帶可謂有肉有菜有水源,各式資源充沛的好地方(原本還能欣賞史前巨獸秀,可惜後來沒有惹 QQ)。

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相關研究仍在進行,已經問世的論文之外,這片區域應該還有不少有趣的線索值得探索。反正,這批壁畫就算沒有到冰河時期那麼早,應該也是真正的古代創作,讓我們有機會一窺那個早已失落的世界。

延伸閱讀

參考資料

  1. Morcote-Ríos, G., Aceituno, F. J., Iriarte, J., Robinson, M., & Chaparro-Cárdenas, J. L. (2020). Colonisation and early peopling of the Colombian Amazon during the Late Pleistocene and the Early Holocene: New evidence from La Serranía La Lindosa. Quaternary International.
    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1040618220301907
  2. Newly discovered Amazon rock art show the rainforest’s earliest inhabitants living with giant Ice Age animals
  3. The Serrania La Lindosa: New archaeological sites for the colonisation and settlements of the Colombian Amazon

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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揭密突破製程極限的關鍵技術——原子層沉積
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/08/30 ・3409字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 ASM 委託,泛科學企劃執行。 

以人類現在的科技,我們能精準打造出每一面牆只有原子厚度的房子嗎?在半導體的世界,我們做到了!

如果將半導體製程比喻為蓋房子,「薄膜製程」就像是在晶片上堆砌層層疊疊的磚塊,透過「微影製程」映照出房間布局 — 也就是電路,再經過蝕刻步驟雕出一格格的房間 — 電晶體,最終形成我們熟悉的晶片。為了打造出效能更強大的晶片,我們必須在晶片這棟「房子」大小不變的情況下,塞進更多如同「房間」的電晶體。

因此,半導體產業內的各家大廠不斷拿出壓箱寶,一下發展環繞式閘極、3D封裝等新設計。一下引入極紫外曝光機,來刻出更微小的電路。但別忘記,要做出這些複雜的設計,你都要先有好的基底,也就是要先能在晶圓上沉積出一層層只有數層原子厚度的材料。

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現在,這道薄膜製程成了電晶體微縮的一大關鍵。原子是物質組成的基本單位,直徑約0.1奈米,等於一根頭髮一百萬分之一的寬度。我們該怎麼精準地做出最薄只有原子厚度,而且還要長得非常均勻的薄膜,例如說3奈米就必須是3奈米,不能多也不能少?

這唯一的方法就是原子層沉積技術(ALD,Atomic Layer Deposition)。

蓋房子的第一步是什麼?沒錯,就是畫設計圖。只不過,在半導體的世界裡,我們不需要大興土木,就能將複雜的電路設計圖直接印到晶圓沉積的材料上,形成錯綜複雜的電路 — 這就是晶片製造的最重要的一環「微影製程」。

首先,工程師會在晶圓上製造二氧化矽或氮化矽絕緣層,進行第一次沉積,放上我們想要的材料。接著,為了在這層材料上雕出我們想要的電路圖案,會再塗上光阻劑,並且透過「曝光」,讓光阻劑只留下我們要的圖案。一次的循環完成後,就會換個材料,重複沉積、曝光、蝕刻的流程,這就像蓋房子一樣,由下而上,蓋出每個樓層,最後建成摩天大樓。

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薄膜沉積是關鍵第一步,基底的品質決定晶片的穩定性。但你知道嗎?不只是堆砌磚塊有很多種方式,薄膜沉積也有多樣化的選擇!在「薄膜製程」中,材料學家開發了許多種選擇來處理這項任務。薄膜製程大致可分為物理和化學兩類,物理的薄膜製程包括蒸鍍、濺鍍、離子鍍、物理氣相沉積、脈衝雷射沉積、分子束磊晶等方式。化學的薄膜製程包括化學氣相沉積、化學液相沉積等方式。不同材料和溫度條件會選擇不同的方法。

二氧化矽、碳化矽、氮化矽這些半導體材料,特別適合使用化學氣相沉積法(CVD, Chemical Vapor Deposition)。CVD 的過程也不難,氫氣、氬氣這些用來攜帶原料的「載氣」,會帶著要參與反應的氣體或原料蒸氣進入反應室。當兩種以上的原料在此混和,便會在已被加熱的目標基材上產生化學反應,逐漸在晶圓表面上長出我們的目標材料。

如果我們想增強半導體晶片的工作效能呢?那麼你會需要 CVD 衍生的磊晶(Epitaxy)技術!磊晶的過程就像是在為房子打「地基」,只不過這個地基的每一個「磚塊」只有原子或分子大小。透過磊晶,我們能在矽晶圓上長出一層完美的矽晶體基底層,並確保這兩層矽的晶格大小一致且工整對齊,這樣我們建造出來的摩天大樓就有最穩固、扎實的基礎。磊晶技術的精度也是各公司技術的重點。

雖然 CVD 是我們最常見的薄膜沉積技術,但隨著摩爾定律的推進,發展 3D、複雜結構的電晶體構造,薄膜也開始需要順著結構彎曲,並且追求精度更高、更一致的品質。這時 CVD 就顯得力有未逮。

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並不是說 CVD 不能用,實際上,不管是 CVD 還是其他薄膜製程技術,在半導體製程中仍占有重要地位。但重點是,隨著更小的半導體節點競爭愈發激烈,電晶體的設計也開始如下圖演變。

圖/Shutterstock

看出來差別了嗎?沒錯,就是構造越變越複雜!這根本是對薄膜沉積技術的一大考驗。

舉例來說,如果要用 CVD 技術在如此複雜的結構上沉積材料,就會出現像是清洗杯子底部時,有些地方沾不太到洗碗精的狀況。如果一口氣加大洗碗精的用量,雖然對杯子來說沒事,但對半導體來說,那些最靠近表層的地方,就會長出明顯比其他地方厚的材料。

該怎麼解決這個問題呢?

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CVD 容易在複雜結構出現薄膜厚度不均的問題。圖/ASM

材料學家的思路是,要找到一種方法,讓這層薄膜長到特定厚度時就停止繼續生長,這樣就能確保各處的薄膜厚度均勻。這種方法稱為 ALD,原子層沉積,顧名思義,以原子層為單位進行沉積。其實,ALD 就是 CVD 的改良版,最大的差異在所選用的化學氣體前驅物有著顯著的「自我侷限現象」,讓我們可以精準控制每次都只鋪上一層原子的厚度,並且將一步驟的反應拆為兩步驟。

在 ALD 的第一階段,我們先注入含有 A 成分的前驅物與基板表面反應。在這一步,要確保前驅物只會與基板產生反應,而不會不斷疊加,這樣,形成的薄膜,就絕對只有一層原子的厚度。反應會隨著表面空間的飽和而逐漸停止,這就稱為自我侷限現象。此時,我們可以通入惰性氣體將多餘的前驅物和副產物去除。在第二階段,我們再注入含有 B 成分的化學氣體,與早已附著在基材上的 A 成分反應,合成為我們的目標材料。

透過交替特殊氣體分子注入與多餘氣體分子去除的化學循環反應,將材料一層一層均勻包覆在關鍵零組件表面,每次沉積一個原子層的薄膜,我們就能實現極為精準的表面控制。

你知道 ALD 領域的龍頭廠商是誰嗎?這個隱形冠軍就是 ASM!ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商,自 1968 年,Arthur del Prado 於荷蘭創立 ASM 以來,ASM 一直都致力於推進半導體製程先進技術。2007 年,ASM 的產品 Pulsar ALD 更是成為首個運用在量產高介電常數金屬閘極邏輯裝置的沉積設備。至今 ASM 不僅在 ALD 市場佔有超過 55% 的市佔率,也在 PECVD、磊晶等領域有著舉足輕重的重要性。

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ASM 一直持續在快速成長,現在在北美、歐洲、及亞洲等地都設有技術研發與製造中心,營運據點廣布於全球 15 個地區。ASM 也很看重有「矽島」之稱的台灣市場,目前已在台灣深耕 18 年,於新竹、台中、林口、台南皆設有辦公室,並且在 2023 年於南科設立培訓中心,高雄辦公室也將於今年年底開幕!

當然,ALD 也不是薄膜製程的終點。

ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商。圖/ASM

最後,ASM 即將出席由國際半導體產業協會主辦的 SEMICON Taiwan 策略材料高峰論壇和人才培育論壇,就在 9 月 5 號的南港展覽館。如果你想掌握半導體產業的最新趨勢,絕對不能錯過!

圖片來源/ASM

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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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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 ・3228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。

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。

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。

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。

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。

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。

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參考資料

  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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顯微觀點_96
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