隨著交通工具傳播的物種——擴散的生態危機│環球科學札記(30)

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

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。

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。

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。

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。

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

• 文／王立雪｜海洋生物博物館企劃研究組組主任、副研究員。

Take Home Message

• 珊瑚在超過 30℃ 的海水中很容易白化，海洋熱浪會造成海水溫度升高，長期累積的熱緊迫會造就珊瑚嚴重白化、死亡。
• NOAA 建立珊瑚礁觀測，利用衛星、海洋溫度偵測器確認海水表面溫度並以模式分析預測、預警大規模珊瑚白化事件。
• 珊瑚白化的情況會因海水深度而不同。例如蘭嶼除了淺水區會發生珊瑚大規模白化外，水深大於 40 公尺的中光層珊瑚也有零星白化事件。

讀者知道什麼是「海洋熱浪」（marine heatwaves）嗎？

海洋熱浪其實類似陸地上的熱浪，只是發生地點在海洋，也就是當地海洋溫度與過去平均海洋溫度相比，出現幾天甚至更久到數月以上的不正常高溫。而這種海水溫度長時間升高的情況，有可能會造成發生地區海域生態的衰退、大量有毒藻類增生、魚類／無脊椎生物因缺氧而死亡或發育畸形，以及海洋脊椎動物（如海龜及魚類）性別比例改變。

海洋熱浪形成的原因通常跟大洋洋流造成的溫暖水團與海氣（ocean-atmosphere）熱交換有關，或是局部空氣因為低氣壓籠罩造成氣溫持續升高，使得海水表面溫度持續上升，再加上環境的風量減少且濕度高，造成海水垂直水層混合降低，而使海水溫度上升更加劇，熱也被累積在海水表層。

海洋熱浪對珊瑚礁生態系的影響

珊瑚礁生態系是世界上生物多樣性最高的生態系之一，常被稱為「海洋的熱帶雨林」。每年對全球的社會、經濟價值貢獻高達 9.8 兆美元。珊瑚礁生態系會受到全球氣候變遷造成的海水水溫上升、海水酸化、人為活動干擾、過漁、陸源汙染物等因素影響，造成大規模的珊瑚白化、進而死亡與衰退。而生態系中的珊瑚，則是維持珊瑚礁生態系穩定發展最重要的生物。

珊瑚是刺胞動物（Cnidaria），牠的內胚層細胞居住著一種稱為共生藻（Symbiodinium，又名蟲黃藻）的特殊種類渦鞭毛藻（dinoflagellates），屬於細胞內的共生現象。共生藻可以行光合作用，提供珊瑚光合作用產物如葡萄醣、小分子有機酸、脂質等，而珊瑚則可以提供共生藻無機營養鹽與保護。

所謂的珊瑚白化，就是指共生藻死亡或離開珊瑚，使得珊瑚失去共生藻的褐色或綠色，呈現白色或是其他特殊的顏色如藍色、黃色、粉紅色（可能是由於體內大量累積的螢光蛋白）。如果白化時間持續，且造成珊瑚白化的影響因子未能被有效移除，珊瑚就會逐漸死亡。

珊瑚合適生存的水溫介於 24～28℃，若是超過 30℃，就很容易會發生白化現象。而海洋熱浪主要會造成海水的水溫升高，如果海洋熱浪發生在熱帶海域，將使原本夏季平均海水溫度就比較高的熱帶海域水溫更高，長期累積的熱緊迫便會導致珊瑚嚴重白化與死亡。

珊瑚死亡後，海洋熱浪會繼續影響珊瑚骨骼上的微生物相、加速微生物的增生，造成珊瑚礁的三維結構被迅速瓦解，進而影響生活於此棲地的其他生物如魚類、甲殼類，使得當地的生物多樣性或數量下降。

利用測量與大數據，分析海水溫度變化並提供珊瑚白化預警

為了因應全球暖化造成的海洋升溫，美國國家海洋暨大氣總署（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）在 2000 年建立了珊瑚礁觀測（Coral Reef Watch, CRW），他們在世界各地利用衛星偵測海水表面溫度（sea surface temperature, SST），以及實地以海洋溫度偵測器測量海水溫度，並配合模式分析成功提供了能夠預測大規模珊瑚白化的預警系統。

「DHW」（Degree Heating Week）是珊瑚大量白化最重要的預測指標，主要用來計算當珊瑚面臨的海水水溫比歷史夏季最高水溫還高時所累積的熱緊迫。舉例來說，當預測出的海水表面溫度比歷史上的夏季最高水溫高出 2℃ 且會延續四週，則當地珊瑚累積的熱緊迫就是 2（℃）×4（週）＝8 DHW。

這項系統將珊瑚的白化預測分為五大階段：沒有緊迫、白化觀察、白化警示、一級警戒、二級警戒。沒有緊迫是指沒有熱緊迫及珊瑚白化發生，也就是海水的表水溫度低於當地最高月平均溫度；而白化觀察是指海水表水溫度高於當地最高月平均溫度，但小於珊瑚白化閥值（bleaching threshold temperatures），此時珊瑚面臨低程度的熱緊迫。

白化警示顯示的是海水表水溫度高於珊瑚白化閥值，且累積熱緊迫程度 DHW 介於 0～4；一級警戒是海水表水溫度高於珊瑚白化閥值，且累積熱緊迫程度 DHW 介於 4～8，此時珊瑚會出現明顯白化；二級警戒，則是指海水表水溫度高於珊瑚白化閥值，且累積的熱緊迫程度 DHW 大於 8，這時候珊瑚會出現大規模的嚴重白化甚至死亡。

提出珊瑚白化預警，可以讓研究者與管理單位提早介入，例如加強管理、減少珊瑚礁的緊迫，或是其他更積極的作為，降低海水溫度升高對珊瑚礁的衝擊與增加珊瑚礁的恢復力。

海洋熱浪對臺灣附近珊瑚的衝擊

臺灣過去也曾有多次珊瑚大規模白化的事件。例如 1987 年第一次在墾丁地區被報導大規模珊瑚白化，後續調查發現是因為第三核能發電廠（核三廠）的溫排水造成，這起事件也讓臺灣學者開始注意到溫度對珊瑚的影響。

之後在臺灣附近海域的珊瑚也陸續出現零星的白化現象，有些是高溫造成、有些則是特殊生物繁衍，如黑皮海綿（Terpios hoshinota）造成綠島附近海域珊瑚的白化死亡、營養鹽過剩造成大量毛叢狀藻類繁殖，使得臺灣西南部海域如小琉球的珊瑚覆蓋率衰退。除了高溫外，低溫也會造成珊瑚的白化與死亡，像是今（2022）年春天澎湖南方四島，就因為低溫而出現大量珊瑚白化的現象。

2020 年的海洋熱浪則使臺灣面臨了有史以來最大規模的珊瑚白化事件。全臺各地不論是南部的墾丁地區、綠島、蘭嶼、小琉球、澎湖南方四島，甚至東北角海域都發生大規模的珊瑚白化。

此外，海洋熱浪發生時除了海水溫度升高，通常也會伴隨著強烈的日照，且陽光中的紫外線強度也非常高，因此在海水清澈的地區如蘭嶼，除了淺水區（水深小於 30 公尺）的石珊瑚（Scleractinia）會發生大規模的白化外，連中光層（水深大於 40 公尺）的石珊瑚也發生零星的白化事件，而在中光層的水溫已經遠低於會發生熱緊迫的水溫。

提供珊瑚白化預警，不一定代表當地會發生大規模的珊瑚白化事件，實際情形還是會因為局部地區的狀況而有所不同，而且珊瑚白化的發生情形也會因不同的海水深度而有所不同。

以臺灣而言，今年 7 月初在南部海域開始進入白化警示而後陸續進入一級警戒，並在 8 月中旬開始進入二級警戒，北部海域也陸續進入一到二級警戒。

位於南部的墾丁海域，一樣在 7～9 月初進入一到二級警戒，在恆春半島西岸的合界，則在水深 5～18 公尺處觀察到有多種珊瑚如軸孔珊瑚（Acropora）、表孔珊瑚（Montipora）、微孔珊瑚（Porite）、鹿角珊瑚（Pocillopora）、厚絲珊瑚（Pachyseris）等發生大規模白化。

比較常有冷水團入侵的南灣近岸附近水深 3～10 公尺處如出水口、跳石，就只有觀察到零星的白化現象。而在南灣外也有發現到大面積的表孔珊瑚發生白化現象。

面對愈來愈頻繁的海洋熱浪，我們還能做什麼？

有學者預測，2030 年世界上將有超過 75％ 以上的珊瑚礁每十年會經歷兩次以上的嚴重白化。雖然在珊瑚白化後，若能移除造成白化的因素還是有機會使珊瑚恢復原先狀態，但頻繁的經歷嚴重白化，仍會降低珊瑚礁的恢復力。

面對愈來愈頻繁發生的海洋熱浪，全球有許多政府機構與研究學者投入培育「超級珊瑚」的行列，希望能尋找出可以對抗熱緊迫的珊瑚，並在進行人工培育與增殖後移植到野外環境，期望利用人工的方式培育珊瑚，在珊瑚礁衰退區進行野外移植、復育。

此外，也能增加海洋保護區或是加強區域性白化事件發生時的環境管理，如降低人為干擾、減少漁業行為等，以降低對遭受緊迫的珊瑚來說更雪上加霜的影響。最後，努力控制全球暖化在 1.5℃ 是最迫切需要達成的事。節能減碳救地球不是口號，而是你我都需要努力盡一分心力。

• 〈本文選自《科學月刊》2022 年 10 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

• 作者 / 張之傑

六月一日，吃過午餐到八樓散步，在星光廳外看到一隻小鳥，應該是停靠聖米格爾島時從八樓或九樓舷門飛進來的。我想把牠抓住，牠有氣無力地飛進星光廳的沙發椅底下躲起來。我們繞了一圈回到星光廳，看到一位日本婦人手捧著小鳥，另一人跟在後頭，連說tori（鳥）。日本婦人打開舷門，把小鳥放在甲板上放生。小鳥飛翔能力有限，沒能力飛回陸地。牠又是食蟲的（嘴巴是尖的），船上沒有蟲子吃，終究是死路一條。

此行在我們房間（7060室）發現過兩次蒼蠅，一次蚊子。我們上船時，已消過毒，蒼蠅、蚊子和那隻小鳥一樣，都是停靠港口時飛進來的。我們住的七樓沒有舷門，八樓和九樓有舷門，平時關得緊緊的。我們靠港時大多經由四樓舷門下船，而且在最後回船時刻之前，四樓舷門一直開著。蒼蠅、蚊子通常低飛，所以很可能是從四樓舷門飛進來的。至於那隻小鳥，可能隨著人們出入，從八樓或九樓舷門飛進船內。

如果以上推論正確，也就是蒼蠅和蚊子是從四樓舷門飛進船內的，那麼要飛進七樓的7060室仍得大費周章。可能經由樓梯間飛到七樓，也可能飛進電梯來到七樓。七樓有兩大排艙房，管家打掃房間時門開著，可能就那麼湊巧，當管家打掃7060室時趁機混了進來。當然啦，也可能是我們出入時跟著飛進來的。

從我們住的7060室就打死過兩隻蒼蠅、一隻蚊子來看，靠港時飛進來的蒼蠅、蚊子應該不少。船隻靠港時或運送貨物時，動物溜上船或被帶上船，這類事司空見慣。當年我帶學生到基隆八斗子採集，親眼看到老鼠沿著纜繩爬進漁船。

演化生物學有項基本理論——同源，意思是說，同一物種不可能有兩個起源地。舉例來說，人們咸信家貓（Felis catus）由野貓（F. silvestris）馴化而成，但野貓有若干亞種，近年經由基因分析，家貓的基因和中東亞種一致，意味著家貓起源於單一地區，即約一萬年前的肥沃月彎。

二○○四年，科學家在賽普魯斯發現一處約九五○○年前的墓葬，一旁有座小墳，其內有隻貓咪的骨骸。貓不是地中海地區原生動物，所以一定是隨著人類搭船來的，或許就是來自比鄰的地中海東岸地區。這一發現也和家貓源自中東一致。

如今常見的兩種蟑螂——美洲蟑螂（Periplaneta americana）和德國蟑螂（Blattella germanica），其實源自非洲，十六世紀隨著船隻進入美洲，現已分佈世界各地。之所以冠名美洲和德國，和冠名標本（模式標本）的採集地或來源有關。這和原產中國的山茶花（Camellia japonica）的情形類似，七世紀傳到日本，十七世紀從日本傳到歐洲，遂令歐洲人以為是日本原產的。

近年常有火蟻的新聞，最新一則為二○二○年三月十一日，台北市圓山兒童樂園舊址發生火蟻咬人事件。火蟻原產南美洲，一九三○年代侵入美國南方，其後隨著貨櫃四處傳播，二○○三年在桃園機場周邊出現，現已分佈至嘉義、新竹、新北市及台北市等地，被農委會列入十大外來入侵物種之一。火蟻咬人極其疼痛，少數人甚至有昏迷、暈眩現象。火蟻還會侵害土棲動物，危害嚴重地區常造成蚯蚓及本土螞蟻滅絕。

大虎頭蜂（Vespa mandarinia）侵入歐洲是另一個例子。大虎頭蜂分布東亞溫帶及亞熱帶地區，是世界上最大的胡蜂。二○○五年隨著從東亞進口的陶器中進入法國（大虎頭蜂喜歡在地下坑洞中築巢，生境和陶器相似，有些就在陶器內營巢），十年後已蔓延西歐各地，破壞了當地的生態平衡，對養蜂業危害尤甚。

大虎頭蜂以昆蟲為食，經常攻擊蜂巢，牠們對東方蜜蜂（Apis cerana）的危害不大，這是因為東方蜜蜂已演化出一種防衛機制，集合起來把入侵者裹成蜂球，使裹在其中的大虎頭蜂熱死。西方蜜蜂（A. mellifera）沒有這樣的防衛機制，一窩大虎頭蜂平均可以摧毀五個蜂巢！檢測各地大虎頭蜂的基因，其實是少數幾隻蜂后的後代。

蘋果蠹蛾（Cydia pomonella）也是個例子。媒體常有從美國進口的蘋果又檢出蘋果蠹蛾幼蟲，防檢疫局已全數銷毀，並暫緩核准進口云云。蘋果蠹蛾是世界上最嚴重的蛀果害蟲之一，一九九五年列為我國十六大害蟲名單。成蟲通常將卵產在果實表皮或果實附近葉片上，孵化的幼蟲尋找適當蛀入點侵入果實蛀食，造成落果，或果實品質低劣，無法食用。果園一旦遭到入侵，被害率可達百分之九十以上。所幸因防治得法，目前尚未造成危害。

船隻為了維持空載時的穩定度，常汲取海水注入船艙，稱為壓艙水。當壓艙水排放時，水中的生物就會移到另一個地區，影響當地的生態系統。舉例來說，我們吃的長牡蠣（Crassostrea gigas）原產西太平洋海域，但隨著壓艙水已分佈到南北美洲、歐洲、澳洲、紐西蘭及非洲。在丹麥，已排擠當地原產牡蠣，造成生態危機。

關於隨著交通工具傳播的物種，我個人有個經驗。約十年前，我從敦煌買回一些葡萄乾，回家後裝在玻璃罐裡。一天發現罐子裡有隻蛾，正在撲弄著翅膀，我把牠放了。隨即想到外來物種問題，如果再孵化出一隻，而且和前一隻是一公一母，豈不惹出禍事！我把買回的葡萄乾放在微波爐裡加熱，殺死可能藏在裡面的蛹，那放出去的一隻孤寡一人，已不足為害。