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「如果要變成一種海洋生物,想變成哪種?」海生館館長王維賢博士表示……

PanSci_96
・2012/12/03 ・4207字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

11/14結束在屏東來義高中的PanSci TALK 360 第二場後,小編P跟Z,加上胖卡計畫的AJ三人,並沒有離開屏東,而是滿心歡喜地摸魚去……

▲超遠的!!

▲開車開到天都暗了……

透過海生館的陳勇輝主任(也是PanSci的台柱作者)引介,我們來到台灣五大科教展館中人氣最旺的屏東國立海洋生物博物館。跟位於基隆的海科館同期展開籌備作業的海生館,進度比海科館快很多。自2000年8月「台灣水域館」開館以來,創下許多博物館界的記錄,也是第一個以BOT方式成功經營的社教館所。在豔陽始終高照的國境之南,館長王維賢博士接受了PanSci小編的專訪:

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P:為何離開教職,成為海生館的館長?

王:那時候從UC San Diego(加州大學聖地雅各分校)拿到博士學位之後回國,在中山大學海資所(海洋資源所)任教。前任的方館長要退休的時候,就找了我,問我有沒有意願。當時我在中山大學擔任副校長,在跟校長及其他同仁討論過後,大家都很支持,於是我就從一個很繁忙的工作換到另一個更繁忙的工作,今年是我到任的第六年。

P:如果要變成一種海洋生物,想變成哪種?

王:(驚!)(思考很久……)我還真沒想過這問題……我不知道,但我肯定想當野生生物。我還真不知道牠們在想什麼(編:大家都不知道呀…除了…),如果可以的話,我想變成跟人類比較近的野生海洋生物,像是海洋哺乳類-鯨豚類的,感覺比較有智慧,似乎能懂人類的思考。

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P:海生館對周圍在地社區的影響是什麼?

王:我自己就是屏東人,剛調到海生館的時候我都跟同事說,以前我在中山大學,家在高屏溪的另一邊,我終於過河了(眾人笑)。雖然我家不在海生館附近,但是小時候常常放假的時候就到車城一帶玩,其實海生館周圍對我來說很親切。

屏東雖然有墾丁、南灣,但是離開了熱門景點,其實社區的發展都很慢,城鄉差距很大,社區的成員也相對是社會上弱勢的族群。我擔任館長之後,跟同仁有個共識,就是除了海洋生物研究、展示之外,還要幫助周圍的社區;另一方面也是因為海生館算是社會教育單位,和周圍社區的互動也是功能之一。教育部前陣子也提出一個概念,希望能以各博物館為圓心,向周圍擴散影響力。所以我們海生館希望能盡量和社區結合在一起。

像是我們同仁在元宵節的時候,就辦過海洋生物的猜燈謎;還辦過新移民姊妹的研習活動,幫她們能熟悉台灣文化,比較知道怎樣和長輩互動。附近有幾間民宿很積極學習新的東西,海生館就會輔導他們規劃生態旅遊,或是傳授自然解說教育。這些或許跟原本的博物館業務關係比較遠,但我們的同仁都很願意做,我也認為應該要持續。

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海生館在推動很多事情的時候,我們第一個想到的會是恆春在地。像是我們後場(編:指非遊客進入的研究區或水族養殖區)一開放,第一個邀來參觀的就是附近的中小學。

另外,前陣子海生館拿到美國博物館協會的獎-2012博物館連結獎助計畫「Museums Connect」,全球只有十座博物館得獎(編:掌聲鼓勵!!)。所以接下來海生館會與一間美國的博物館合作,兩地的博物館各自選定附近的一所中學,規劃兩邊的交流,我們這邊會集合恆春國中跟車城國中的學生。對方的中學叫做「High Tech High School」,我們一開始聽到名稱還以為弄錯了!後來才弄清楚那是一所位在科技園區的中學,學生家長很多都是高知識分子,學生資質也不錯。不過一般來說,台灣學生數理表現比較美國學生平均還好,所以交流比較不會有太大的落差。

指向光電建築的王館長

預計明年暑假要啟用的光電館會成為海生館跟後面社區的連接點。後面的社區是後灣,社區營造做得非常好,我們館內同仁也有參與。光電館之後會變成海生館的展館之一,不過特別的是它是一個開放空間(編:哦?怎麼說);它不需要經過收票亭,與社區直接相通,而且有動線能直接進到海生館。因為人潮來來往往,所以那裡也很適合辦一些開放的教育活動,BOT的廠商也覺得很好,因為能吸引更多人參觀。

P:海生館的未來方向是?

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王:我希望海生館成為世界一流的博物館!雖然路還很遙遠,但是期待有一天能像史密斯桑尼(Smithsonian)一樣,只要提到這個博物館,大家就馬上想到在展示、典藏及研究的傑出表現。

現在海生館除了展示、教育以外,還有很多研究計畫,還有些養殖的專利跟海洋生物的相關技術轉移。最令人驕傲的就是珊瑚繁殖技術;我們可自行繁殖的珊瑚大概有一百多種。有時候我們會被問到館內展出的許多美麗珊瑚是不是我們直接從海裡取得的,(編:還有人會這樣懷疑呀?)最好的方式就是帶他去看我們的後場。 除提供展場展示供遊客參觀外,還可以供珊瑚相關研究,減少野外採集的壓力,也可以應付海域珊瑚復育的需求。

P:目前海生館經營最辛苦的部分在哪?最喜歡跟討厭的又是哪個部分?

王:海生館在籌備的時候政府就規劃以部分委外經營的方式來運作,這顯示當時政府就預見未來的財政已經無法負荷一個這麼大的博物館了。對民間業者來說,營利是最重要的,要是沒賺錢,就不會經營下去。另一方面,公部門也要監督業者的營運是否符合海生館的教育宗旨,比方我們就堅持不能賣活體生物,像是很多地方都在販賣的小魚、水母、小海葵之類的,這就和我們推動生態保育的宗旨不符。我們也要求展示品質;舉例來說,如果有個投影設備老舊了,我們要請業者更換,但這對業者來說就是開銷、成本啊。所以同仁花蠻多心力在和業者溝通,這需要很多技巧、不容易,我就很佩服同仁;業者可能也覺得這筆生意難作呀,我們意見這麼多(笑)。

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海生館的編制小,比較扁平化,要推動事情的時候比較有效率。我很喜歡整個館都動起來的樣子。

P:海生館有打算要展示深海生物嗎?

王:不太容易。館內只有深海生物標本,沒有活體展示。第三館世界海域館有針對深海的主題,不過是以動畫的方式呈現,算是蠻大膽的嘗試,因為一般水族館都是有水的展示,而我們的概念是無水的水族館。世界上少數水族館有深海生物的活體展示,不過維護很辛苦,而且展示效果不太理想,因為深海生物棲息的環境都是黑漆漆的,不太適合觀察。

P:您專長在海洋化學、環境荷爾蒙,怎樣將自己的專業跟海洋生物連結?

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王:我回國之後就在中山的海洋資源系。聽系名就知道領域很廣,除了生物之外,還有像是海洋化學、海洋地質、海洋物理等都包含在內。我自己專長是環境化學,特別是環境荷爾蒙。在系上服務是蠻愉快的經驗,可以跟不同領域的教授交流,很有趣。海洋科學是一門綜合科學,許多議題需要從不同角度切入,跟不同專家合作。在很多計劃中,跟我互動最多就是生物學家,雖然我不懂生物,但是在他們(生物領域的老師)的薰陶之下,多少有了些生物學的概念。舉例,若是環境荷爾蒙的議題,我負責研究這些物質在海洋中的來源、怎樣作用,然後讓生物專家來研究對生物的影響。

P:對現在國內的環境議題的看法如何?有什麼是我們可以做的?

王:我覺得台灣這十幾年來進步很快,民眾比以前還更關心公共議題,或許也是地方不大,所以訊息傳遞很快。我剛回台灣的時候,國內剛好環保意識抬頭,環境運動很盛。後來很多明顯的環境問題大多都受到控制,像是排黑煙的煙囪跟各種顏色都有的廢水都少了。一些比較深入的問題,像是環境荷爾蒙,還是存在,但是反應的速度比以前快很多,很快就會有檢驗、規範來解決,公民的聲音也比較容易被聽見。我想我們做研究可以把一些環境問題點出來,讓民眾可以重視,也能督促政府單位解決。

當然環境問題會一直發生,不過整個來說我是樂觀看待。

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P:遇到動物保護人士批評活體展示,您會怎麼回應?

王:這問題是所有水族類博物館、動物園的「宿命」。活體展示其中一個目的就是為了教育,親眼看到這些生物的感覺就是很強烈,跟在書上、螢幕上看的感覺不同。比如說今天你不會莫名其妙說要保育北極熊吧?但如果親眼看過牠們,感覺牠們很可愛、有靈性、也許是游泳的姿態很美……怎樣的,才會對牠們的處境有同情。

我想,我們在跟飼養的生物相處時,最重要的是盡到照顧的責任。這些生物是在「犧牲奉獻」,所以我們在專業上,我們都盡量提供最好的照顧,像是最好的水質、餌料,如果有生物生病,其實我們都很擔心。

我們很感謝關心動物福利的人士,因為他們的關心,所以我們才會思考怎樣去改進。比方像小白鯨的展示,其實博物館不能做動物表演,但是還是有一些圈養的訓練是必要的,例如為了要健康檢查,此外,牠們在自然環境中也有一些行為本來就存在;所以我們在訓練的時候,會順便加入一些解說教育,例如當白鯨將訓練員從水中頂上來的時候,其實這跟他們在原始環境中會頂冰塊的行為是一致的。對我們來說,我們不認為這樣算是表演,但不免遭受到質疑,我們討論很久,最後決定就不這樣做,只是開放讓民眾參觀白鯨的定期健康檢查還有平常訓練,旁邊加上解說員解說。長期看起來是個不錯的結果。

左邊展示的是國內廠商取海葵意象設計出的精品燈飾,主要外銷歐洲。

落山風超人,出發!

海生館真的好大。採訪完之後,P、Z、AJ三人各自分頭到各處參觀,但是因為時間有限,實在看不完,加上摸魚摸到有點心理不安,所以又很宅地在海生館拿出筆電開始工作…

不過因為海生館實在太多寶可以挖了,所以之後肯定還要再來囉~

最後一個問題,一樣要來反問各位了:你到過海生館嗎?你記憶最深刻的是哪個部份呢?對海生館有哪些想法呢?請跟我們分享吧!我們會再轉達給王館長喔!

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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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螃蟹有痛感嗎?我們是怎麼知道的?
F 編_96
・2025/01/16 ・1669字 ・閱讀時間約 3 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live science

螃蟹一直是海鮮美食中的明星,從油炸軟殼蟹到清蒸螃蟹,餐桌上經常見到牠們的身影。有地方也習慣直接將活螃蟹丟沸水煮熟,認為這能保留最多的鮮味。過去人們認為甲殼類缺乏複雜神經結構,不會感受到痛苦,因此不必過度憂心道德問題。但近年來,越來越多研究開始挑戰此一想法,指出螃蟹與龍蝦等甲殼動物可能具備類似疼痛的神經機制。

以前大家相信甲殼類缺乏複雜神經結構,但近期這一認知逐漸受到質疑。 圖 / unsplash

甲殼類是否能感覺到痛?

人類長期習慣以哺乳類的神經構造作為痛覺判斷依據,由於螃蟹沒有哺乳動物那樣的大腦腦區,便被認為只憑簡單反射行動,談不上真正「痛」。然而,新興科學證據顯示包括螃蟹、龍蝦在內的甲殼類,除了可能存在被稱為「nociceptors」的神經末梢,更在行為上展現自我防禦模式。這些研究結果顯示,螃蟹對強烈刺激不僅是本能抽搐,還有可能進行風險評估或逃避策略,暗示牠們的認知或感受方式比我們想像更精緻。

關鍵證據:nociceptors 與自我保護行為

近期實驗在歐洲岸蟹(Carcinus maenas)中觀察到,當研究人員以刺針或醋等刺激手段測量神經反應,牠們顯示與痛覺反應類似的神經興奮;若只是海水或無害操作,則無此現象。此外,透過行為實驗也可看出,寄居蟹在受到電擊時,會毅然捨棄原本的殼子逃離電源,但若同時存在掠食者味道,牠們會猶豫要不要冒著風險離開殼子。這些結果使科學家認為,螃蟹並非單純反射,而可能有對於痛感的判斷。若只是「低等反射」,牠們不會考慮掠食風險等外在因素。

痛覺與保護:實驗結果引發的道德思考

以上發現已在科學界引發廣泛關注,因為餐飲業與漁業中常見「活煮」或「刺穿」處理螃蟹方式,如今看來很可能讓牠們承受相當程度的不適或疼痛。瑞士、挪威與紐西蘭等國已開始禁止活煮龍蝦或螃蟹,要求先以電擊或機械方法使其失去意識,試圖減少痛苦。英國也曾討論是否將甲殼類納入動物福利法保護範圍,最後暫時擱置,但此爭議仍在延燒。

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英國對於是否將甲殼類列入動物福利法的保護範圍,有所爭議。 圖 / unsplash

部分學者保持保留態度,認為雖然甲殼類展現疑似痛覺的行為與神經反應,但與哺乳類相同的「主觀痛感」仍需更多研究證明。大腦與神經系統結構畢竟存在很大差異,有些反射也可能是進化而來的自衛機制,而非真正意義上的感受。然而,科學家普遍同意,既然相關證據已經累積到一定程度,毋寧先採取更謹慎與人道的處理模式,而非輕易推卸為「牠們不會痛」。

海洋生物福利:未來的規範與影響

如果螃蟹被證實擁有痛覺,將牽動更廣泛的海洋生物福利議題,包括鎖管、章魚或多種貝類也可能具有類似神經機制。人類一直以來習慣將無脊椎動物視為「低等生物」,未必給予與哺乳類相同的法律或倫理關注。但若更多實驗持續指出,牠們同樣對嚴重刺激展開避痛行為,社會或終將呼籲修訂漁業與餐飲相關法規。未來可能要求業者在捕撈與宰殺前使用電擊或麻醉,並限制活煮等方式。這勢必對漁業流程與餐廳文化造成衝擊,也引發經濟與文化折衷的爭議。

龐大的實驗數據雖已暗示螃蟹「會痛」,但確鑿的最終定論仍需更多嚴謹研究支持,包括更深入的大腦活動成像與突觸路徑分析。同時,落實到實際操作也需追問:是否存在更快、更人道的宰殺或料理方式?能否維持食材鮮度同時保障動物福利?這種思維轉變既考驗科學進程,也考驗人類對自然資源的態度。也許未來,既然我們仍會食用海產,就該以最小痛苦的方式對待那些可能感受痛苦的生物,為牠們提供基本尊重。

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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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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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