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溫度越高,鳥類羽毛顏色越深?案情沒有這麼單純!

羅夏_96
・2021/01/29 ・3350字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

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隨著人類使用石化燃料,讓文明有了飛速的進步,但石化燃料的大量使用同時也產生不少溫室氣體。大量的溫室氣體進入大氣層,或多或少都影響了地球的氣候型態,不論是全球氣溫上升還是海洋酸化等問題,都與溫室氣體的排放有所關連。

而生物的型態與外觀,也與所處的地理環境高度相關,針對這方面研究的學科被稱為生態地理學(Ecogeography)。從 19 世紀開始,不少動物學家都提出不同的地理環境會影響動物形態特徵的相關理論或法則。而 21 世紀因溫室氣體所造成的氣候變遷,或許也會改變動物的型態。此時,這些 19 世紀的古典理論,也成為我們預測動物型態變化的參考。

生態地理學發展史。圖/Current Biology

古典生態地理學有不少法則,因溫室氣體的大量產生主要影響溫度,這邊列舉幾個與「溫度」有關的法則。首先是伯格曼法則(Bergmann’s rule),這項法則指出同一種類的恆溫動物,其體形會隨著生活地區緯度或海拔的增高而變大。例如生活在北極地區的北極熊和北極狼,體型就比溫帶地區的棕熊和灰狼更大。伯格曼法則的物理基礎是由於隨著動物體形的增大,動物的相對體表面積(即體表面積與動物體積之比)變小,從而導致體表散熱比率變小,因而能更好地保存熱量以適應高緯度地區的寒冷環境。

柏格曼法則指出同一種類的恆溫動物,其體形(橫軸)會隨著生活地區緯度或海拔(縱軸)的增高而變大。此圖表以瑞典的駝鹿為研究對象繪製。圖/Wikipedia

另一個有關溫度影響動物型態的法則為艾倫法則(Allen’s Law)。該法則認為同種類的恆溫動物中,生活在寒冷地區的物種,其四肢等突出的部分,都比生活在溫暖地區的物種較短。例如生活在溫帶地區的狐狸給我們印象都是長臉、長鼻和尖耳的狡猾形象,但生活在北極地區的北極狐卻是圓臉、短鼻、短耳的可愛外貌。該法則的物理基礎為動物藉由減少表面積(四肢等突出部位)來降低體表散熱比率。

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生活在溫帶地區(右)與北極地區(左)的狐狸在長相上有所差異。右圖/Wikipedia、左圖/Wikipedia

第三個法則除了溫度,還要加上濕度因素。格洛格氏法則(Gloger’s Rule)指出同種或親緣接近的恆溫動物,在濕潤溫暖的氣候下,其體內生物色素越多,體表顏色也會比燥寒冷氣候下來得的更深。這項法則適用於大部分哺乳類和鳥類,例如生活在低緯度地區的人膚色明顯比高緯度地區深,不過該法則目前沒有確切的機制可以解釋。目前格洛格氏法則有三種主流解釋:

  1. 在溫暖濕熱的地區如熱帶雨林,因植物的茂盛生長會產生大量的陰影,因此深色體表提供動物更好的隱蔽性。
  2. 低緯度地區如赤道帶附近因日照強烈,動物會產生大量黑色素在皮膚上,以降低紫外線的傷害。
  3. 專門針對鳥類的解釋。鳥類學家認為,赤道附近的鳥類羽毛顏色之所以較深,是因為羽毛的深色色素中含有一種化合物。而這種化合物可以抑制羽毛滋生細菌,使生活在溫暖潮濕地區的鳥類更健康4

中國地質大學的田力(Li Tian)和英國布里斯托大學的班頓(Michael Benton)教授兩人重新檢視了這些古典生態地理學法則後,認為隨著氣候變遷讓地球環境變得更熱更潮濕,大部分動物根據格洛格氏法則,體色變得越來越深2

但長期在澳洲進行鳥類研究的 Delhey 博士(Kaspar Delhey)認為事情並非如此。Delhey 的團隊發表了文章反駁田力和班頓的看法,認為格洛格氏法則混淆了溫度和濕度兩種因素的影響,應該將兩種因素分開討論3。他認為濕度是讓植物生長茂盛的主因,因為植物茂盛產生了可躲藏的陰影,讓動物也偏好有更深的體色,讓自己更容易來躲藏於陰影中,這點在熱帶雨林有很好的印證。

依照格洛格氏法則,存在於溫帶森林的鳥類,因為脫離赤道,這些鳥類的體色應該會比較淺,但 Delhey 卻發現,在一些溫帶多雨的森林如澳洲的塔斯馬尼亞島上,該地區的鳥類體色不比澳洲其他熱帶多雨的地區來得淺,甚至可能更深!這違反了格洛格氏法則中對鳥類的敘述。然而,如果是 Delhey 的想法,就能解釋溫帶多雨森林的鳥類為什麼體色比較深了5

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Delhey 發現居住在溫帶多雨森林(右)的鳥類體色可能會比其他熱帶多雨地區(左)來得更深。圖/MPG

田力和班頓表示歡迎其他研究團隊提出不同的想法,針對 Delhey 的文章他們也提出實例來回應。生活在芬蘭針葉林的灰林鴞族群有兩種體色:較深的赤褐色和較淺的淺灰色。芬蘭針葉林因冬季長期有雪覆蓋,大部分灰林鴞的體色為淺灰色。他們研究發現氣候變遷導致這幾十年來芬蘭針葉林,冬季的溫度緩緩升高,讓針葉林地區的降雪時間減少(但降雨卻增加,濕度增加),產生了一個較原本環境更溫暖潮濕的氣候。在這種氣候變遷下,灰林鴞族群中赤褐色的個體數量,從 1960 年代早期只有 12%,上升到 2010 的 40%。這個觀察似乎驗證了「在越溫暖潮濕的氣候中,較深體色的鳥類更適合生存」,也符合格洛格氏法則的描述6

生活在芬蘭針葉林的灰林鴞族群有兩種體色。圖/NCBI

不過班頓也表示氣候驅使的體色改變現象,若同時考慮到溫度和濕度的變化,事情就沒這麼簡單了。氣候變遷不只讓環境變的更熱更潮濕,也有可能是更熱更乾燥。而後者的改變對動物體色的影響確實有可能是變淡。畢竟生物學不像物理和化學,有著嚴格遵守的法則。這也顯示格洛格氏法則需要更精確的定義來完善,就這點他們也同意 Delhey 的看法。

不過,格洛格氏法則主要是針對恆溫動物的體色作出解釋,但對於昆蟲和爬蟲類這些變溫動物,格洛格氏法則就沒那麼有效了。不少動物學家就發現在溫度較低的區域,昆蟲和爬蟲類反而會有更深的體色;反之在溫度高的區域,昆蟲和爬蟲類的體色則會變淡。有假說認為深體色可讓變溫動物在太陽下吸收更多的熱量。這種變溫動物因溫度影響其體色的假說被稱為 Thermal melanism hypothesis。

雖然我們有各種生態地理學法則,來解釋不同地區的物種型態,但法則只能提供大方向的解釋,個別物種與不同環境產生的互動也該納入考量(Delhey 考量的「躲藏陰影」就是一種環境互動)。華盛頓大學的 Buckley 教授便表示,高海拔地區的蝴蝶需要長時間在太陽下,吸收太陽的熱能來讓自己獲得足夠的熱量活動。按照 Thermal melanism hypothesis,高海拔區的蝴蝶應該是深色翅膀為主,如此才能吸收更多熱能。但她的研究表示高海拔區的蝴蝶翅膀顏色多為淺色,因蝴蝶只靠翅膀底面的一小塊黑色斑點來吸收太陽熱能,並非用整個翅膀1。「因此在研究環境如何影響動物的型態如體色時,也要考慮該物種是如何和環境互動的。」Buckley 教授如此說道。

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關於氣候變遷如何改變動物體色,不論是古典還是現代的生態地理學,只探討溫度和濕度這兩個因素,作為判斷動物體色改變的基準顯然是不足的。氣候變遷也會導致物種棲息地的改變、天敵/獵物的消失等,這些因素對物種的型態變化也有很重大的影響。而不同物種面對單因素的改變,都有不盡相同的反應,何況多因素的改變!因此不論是田力/班頓團隊,還是 Delhey 團隊,他們對於氣候變遷如何影響動物體色的結論,明顯都是不足的。至於動物們實際如何應對氣候變遷,則需要更多科學家們一起投入研究。

參考文獻

  1. Will climate change make animals darker—or lighter?
  2. Li Tian, Michael J. Benton. (2020). Predicting biotic responses to future climate warming with classic ecogeographic rules. Current Biology, 30(13), R744-R749.
  3. Kaspar Delhey, James Dale, Mihai Valcu, Bart Kempenaers. (2020). Why climate change should generally lead to lighter coloured animals. Current Biology, 30(23), R1406-R1407.
  4. Edward H. Burtt Jr., Jann M. Ichida. (2004). Gloger’s Rule, feather-degrading bacteria, and color variation among Song Sparrows. The Condor, 106(3), 681–686.
  5. The rules of colour: rainfall and temperature predict bird colouration on a global scale
  6. Patrik Karell, Kari Ahola, Teuvo Karstinen, Jari Valkama, and Jon E. Brommer. (2011). Climate change drives microevolution in a wild bird. Nature Communications.
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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奠定現代通信基礎的克勞德.香農(Claude Shannon)
數感實驗室_96
・2024/06/06 ・743字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

以前小時候如果調皮不聽話,就會被大人叫去跪算盤,現在的家長家裡沒算盤了,反而會拿出電路板讓小孩跪。

咦?為什麼總是拿算數工具來懲罰小孩呢?

電路板上看似複雜電路板密密麻麻的,是電腦進行邏輯計算的關鍵。這小小的薄片能執行驚人的運算功能,背後的奧秘離不開一位傳奇科學家的貢獻。他不僅奠定了現代通信的基礎,還開創了人工智慧研究,這可不是一般人一生能做到的成就,但克勞德.香農(Claude Shannon)卻一次搞定。

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這位非凡的科學家是如何改變了我們的時代?

他讓我們今天能享受高效的通訊技術和智慧生活。如果你也覺得現在生活離不開手機和電腦,那你應該感謝這位數學和電機工程的天才。

對於 2000 年後出生的人而言,或許覺得用手機傳訊息、用電腦看影片再平常不過。但在 Shannon 出現之前,沒有人能系統性地定義「資訊」和「通訊」。他以其對動手實驗的熱忱,將這些看似無形的概念轉化為實際的理論,為世界帶來了一場資訊革命。

正是因為 Shannon 的卓越貢獻,我們才能享受如此便捷的現代通信技術。他不僅改變了科學的面貌,還深刻地影響了我們的日常生活。

Shannon 的故事也提醒我們,熱愛與好奇心是推動進步的核心力量。他用智慧和創造力,為我們打造現代通信的基礎,並開啟未來的無限可能。

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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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新北「氣候行動徵件」活動總獎金 8 萬元 號召青年展開行動成為氣候領袖
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/23 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘

全球正面臨急遽的氣候變遷,世界公民必須共同面對,環保局發布「新北 2024 國際青年氣候行動論壇——氣候行動團隊創意徵件」,鼓勵臺灣青年從校園或社區出發,針對觀察到的環境問題提出行動方案,入選隊伍將獲得專業導師指導並帶領實踐提案內容,最終勝出者不只可獲新臺幣 4 萬元獎勵金,更有機會放眼國際,於年底的紐約荒野中心青年氣候高峰會上展現成果。環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,徵件日期至 6 月 24 日截止,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與!

報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn

環保局表示,新北市已連續 3 年辦理青年氣候論壇,建立與青年交流對話的平台,今(113)年更持續與紐約荒野中心(The Wild Center)攜手,號召青年以行動應對氣候變遷,培養青年成為氣候領袖。實踐淨零永續的道路上,青年的角色非常重要,去年新北市青年氣候論壇邀請到荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser,分享了許多紐約青年行動案例,像是大學生於學院頂樓設置太陽能板,實現「上課教室自主發電」的校園計畫,又如同學自發建立校園田園、自主提出畢業晚會減塑需求等,引起與會臺灣青年們的廣大迴響,提出許多問題進行討論。

新北市環保局「2023 新北青年氣候論壇」,邀請到美國紐約荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser(左 3),分享了許多紐約青年行動案例

環保局長期關注青年行動力,辦理「環保小局長計畫」、「永續未來學院」、「青年氣候論壇」等活動,致力推動全齡化的環境教育,今發布的「氣候行動團隊創意徵件」,進一步鼓勵臺灣「青」世代成為行動發起者,提出自己的問題觀察與創意解方,並真正落實行動,由青年自己決定從何處開始改變,即使是日常生活中觀察到看似微小的行動,都有可能在實踐後擴大影響到整個校園、社區,甚至整座城市。

環保局說明,氣候行動徵件邀請全臺高中職及大專院校學生,透過影像紀錄、實體行動、循環設計、社群媒體傳播等多元方式呈現創意永續行動提案,徵件至 6 月 24 日止,經初選後 4 組入選隊伍將在新北市展開為期一個月的短期氣候行動實踐,同時由環保局媒合專業導師進行線上課程,最後於 8 月「新北 2024 國際青年氣候行動論壇」進行決選,優勝的隊伍除可獲得獎勵金外,更能持續推展氣候行動並製成行動影片,影片有機會在年底紐約荒野中心青年氣候高峰會上進行分享,讓青年氣候行動與國際接軌。

環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與,徵件簡章及更多相關資訊可至環保局官網或「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站查詢。

※ 5/24 徵件線上說明會報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn
※ 環保局官網簡章:https://www.epd.ntpc.gov.tw/Article/Info?ID=11254
※ 「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站:https://greenage2024.com

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本文轉自新北市政府環境保護局網站

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