拿走便便球，就能讓糞金龜斷子絕孫喔，科科

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

一個月前，2015年諾貝爾生理醫學獎頒給了發現青蒿素的屠呦呦（相關報導），以及共同研發伊維菌素的威廉·塞西爾·坎貝爾和大村智（相關報導一、相關報導二），以表彰他們在對抗寄生蟲醫藥上的貢獻。他們的發現，從肆虐的寄生蟲口中拯救了億萬人的性命，也讓放牧的家畜得以擺脫寄生蟲的威脅，挽救許多人的身家財產。獲得諾貝爾獎的殊榮，對他們而言是實至名歸。

但是今天，這篇文章不是要來歌功頌德，而是要來控訴的。具體的說，是要來控訴威廉坎貝爾和志村健大村智兩位，因為他們研發的阿維菌素，其實有著不容忽視的副作用。

且聽我娓娓道來。

阿維菌素，好威

1975年，大村智在靜岡縣川奈高爾夫球場土壤中發現的新種放射菌中，找到了可麻痺寄生蟲與昆蟲的抗生物質阿維菌素（Avermectin），並且以其為基礎開發出一系列抗寄生蟲藥品如伊維菌素（ivermectin）、Selamectin、由多拉A夢代言的多拉菌素和Abamectin。阿維菌素系列藥品的作用模式仍未十分了解，但與無脊椎動物特有的開口型麩胺酸鹽氯離子通道（glutamate-gated chloride ion channels）、以及無脊椎動物肌肉中γ-胺基丁酸氯離子通道（GABA-activated chloride channels）活化之抑制有關。這些阿維菌素的抑制作用會導致細胞膜對氯離子通透性增加，造成細胞膜過極化，讓寄生蟲肌肉麻痺及死亡[1]。

而且這些專一性受器，出現在線蟲、昆蟲及蛛形綱這類的節肢動物身上，雖然未出現在絛蟲與吸蟲上，但已經足以解決許多惱人的寄生蟲疾病，例如知名的犬心絲蟲防治藥物犬心寶，就是以阿維菌素系列藥品中的伊維菌素為有效成份。

另外，這些開口型配體（ligand-gated）氯離子通道，雖然也部分表現在哺乳動物的中樞神經系統，但它們跟阿維菌素的親和性低，而且受到血腦障壁（blood-brain barrier）保護。因此，阿維菌素的功效強大更保有高選擇性的優勢，只要以低濃度就能殺死寄生蟲而不傷及宿主簡直是五洲製藥先研究不傷身體再講求效果的好典範。所以阿維菌素系列藥品從人類、寵物到家畜通通可以使用，可以口服、注射或局部滴施，自1980年代開始就廣泛展現其威力，拯救了千萬生靈，其中的伊維菌素甚至被列在世界衛生組織基本藥物標準清單裡頭，這是基本醫療制度中最重要的藥物清單，其重要性可見一斑。

BUT，人生總有個BUT，連志村健大村智也沒料到。

從威脅潛伏到屎力覺醒

2006年，阿維菌素系列藥品廣泛使用的近三十年後，阿根廷與加拿大學者合作的研究發現，阿維菌素系列藥品中的伊維菌素（Ivermectin）從畜養的牛隻體內隨著糞便排出後，似乎會影響糞便的分解和糞便中的生物多樣性。他們使用兩群牛群，在實驗組牛群皮下注射了伊維菌素，取施打後1天、3天、7天、14天、和21天拉出來的糞便，接著在各個糞便拉出來後的第1、3、7、14、21、30和60天進行檢驗，測量裡頭的伊維菌素濃度、有機質比例、以及其中的生物群落組成，並且和控制組的牛糞比對。

他們發現，和沒有施打伊維菌素的控制組牛群的牛糞比起來，實驗組施打後1天和3天的牛糞顯然含有更高濃度的伊維菌素，有機質含量也較高，也就是分解速度較慢。另外，實驗組牛糞中的節肢動物數量和多樣性也較控制組牛糞低，尤其以施打後1天、3天、和7天的牛糞為最，這正好也是牛糞中伊維菌素濃度最高的時候[2]。

簡而言之，上述實驗暗示了伊維菌素可以通過牛隻的代謝，隨著糞便排出進入環境中卻不改變其性質。同時期的其他研究也發現，伊維菌素在哺乳動物體內不怎麼會被代謝，因此有六成到幾乎全部的伊維菌素可能會在性質毫無改變的狀況下直接隨著糞便排出[3]。伊維菌素在家畜體內殺得了寄生蟲，那麼性質不變而排出體外之後當然也保有其功效，甚至長達一個月有效。既然伊維菌素能夠影響昆蟲和蛛形綱寄生蟲，那麼環境中的非寄生性昆蟲和蛛形綱等節肢動物們也一樣得遭殃了。

這其中，就以氣喘吁吁整天推著大便跑來跑去的糞金龜為最。

我不殺伯仁，伯仁因我而死

糞便裡的動物群落之中，糞金龜因為多樣性高、數量多、個體重量通常又比其他食糞動物高、而且處理糞便的功能性強，因此重要性數一數二。於是，有好些研究便試圖了解糞便中的伊維菌素對糞金龜會有什麼樣的影響。研究顯示，糞金龜的幼蟲對於伊維菌素比較敏感，而成蟲則「可能」沒有任何影響。但說歸說，還是有研究發現糞金龜成蟲羽化時可能會因為伊維菌素的影響而死亡，雌蟲產卵的過程也會改變。於是一不做二不休，今年（2015）十一月由西班牙和法國科學家組成的團隊剛發表一篇最新研究，便直接測量在牛糞中殘留的低劑量伊維菌素下，糞金龜會有什麼樣的生理和行為上的改變[3]。

他們的研究結果顯示，即使每公斤濕牛糞中只有1微克（1/1000000 克）的伊維菌素，糞金龜還是受到極大的影響：糞金龜用來嗅聞糞便氣味的觸角神經活動會變得遲鈍、用來切割雕塑糞便讓蝙蝠俠奉為典範的鋸齒狀前腳肌肉會變得無力、尋找美味糞便的覓食行為也不再精準迅速而得要花上更久時間。整體而言糞金龜變得遲緩又短命，簡直整組壞光光。

而一般放牧牛隻拉出的每公斤濕牛糞裡頭，殘留的伊維菌素在三天後至少都還有100微克以上，甚至高達300微克之多。整整是糞金龜會受到影響的濃度（1微克）的百倍！

於是長久下來，一如今年這篇研究所觀察到的，伊維菌素施打區域的牛糞分解速度整整慢了30％，這可能就是三十年來糞金龜族群不斷的衰弱的結果。這不但意味著每年每公頃有將近350公斤的糞便因為缺少糞金龜而留在地面上，弱化了牧場的品質，讓草長不出來，也減緩物質循環的速度。更不用說伊維菌素可能因此進入食物鏈裡頭，繼續影響其他的生物[4]。

志村健大村智和威廉坎貝爾興高采烈的發現阿維菌素時，一定沒有想到會有這樣間接傷害的結果吧。

想我不體面卻重要的兄弟們

在伊維菌素依然是最有效的寄生蟲用藥，讓人類不得不繼續使用的現實下，糞金龜的前景實在堪慮。若不盡快制定新的用藥規範，讓伊維菌素在家畜糞便中的殘量低於糞金龜的敏感劑量，糞金龜的多樣性恐怕會走到無法挽回的局面。

但說來諷刺，這也不是人類第一次促成這種窘況了。印度的白背兀鷲（Gyps bengalensis）原本是印度次大陸最常見的猛禽之一，1990開始其族群突然災難式的重跌95％，現在和另外兩種相近兀鷲一起悽慘地名列嚴重瀕危鳥類名錄之中。究其原因，居然是因為在人類和家畜身上使用的常見消炎藥待克菲那（DICLOFENAC），當家畜死亡後在體內殘留的待克菲那被撿屍食腐的兀鷲吃下肚，就會造成兀鷲腎衰竭死亡[5]。

想想糞金龜也好，兀鷲也好，這些動物既不體面，食性又讓人退避三舍，卻是自然界中非常重要的角色。當我們努力發明藥物，期望能夠減少人類和身邊動物的病痛之時，似乎變得更光鮮亮麗的美好生活背後的陰影中，那些我們無意間造成的巨大傷害，卻總是這些動物默默承擔。

希望人類真的有能力，還來得及扭轉乾坤。

參考資料：

[1]【2015諾貝爾生醫獎特別報導】阿弗麥克素及青蒿素-對抗寄生蟲疾病的革命性治療法。高瞻平台[ 2015/10/26 ]

[2]Environmental impact of ivermectin excreted by cattle treated in autumn on dung fauna and degradation of faeces on pasture. Springer [04 July 2006]

[3]Low doses of ivermectin cause sensory and locomotor disorders in dung beetles. Nature[03 March 2015]

[4]Decline in dung beetle populations due to use of preventative medicine for livestock. Science daily[November 6, 2015]

[5]Diclofenac residues as the cause of vulture population decline in Pakistan. Nature[28 January 2004]

延伸閱讀：

• 高瞻平台諾貝爾生理醫學獎特別報導一
• 高瞻平台諾貝爾生理醫學獎特別報導二
• 高瞻平台諾貝爾生理醫學獎特別報導三

雄糞金龜一天的作息大概是這樣：飛到一堆排泄物上，將一部分堆成一顆大球，之後儘快推離現場。但有一些在晚上工作的糞金龜，理當是要擁有類似指南針的裝置來防止牠原地打轉。刊登於《Current Biology》期刊的新研究發現，昆蟲會使用星光來指引方向。鳥類、海豹及人類同樣也會使用星光作為導航，但這是首度在昆蟲上被發現。

滾糞球對糞金龜的意義，在於要得到雌性的青睞，來做為牠未來的配偶。雌糞金龜會在糞球中產卵並把埋在地底下一公尺深的網狀地道中，並在小糞金龜出生的時候作為牠們的營養來源。

但想成為一隻成功的糞金龜，必須要滾得又快又直。競爭中的對手會互相搶奪糞球，並將滾太慢的雄蟲的糞球據為己有。這種競爭經常在排泄物的附近發生，因此想要抱得美人歸，還得要學著如何又快又直地滾離戰場。

能夠發現糞金龜利用星光，瑞典隆德大學的動物學家Eric Warrant表示「完全是一場意外」。他的實驗小組在研究甲蟲如何使用月亮偏振光（polarized light）的規律性來辨識方向及道路，當他們遇到了沒有月亮高掛的夜晚時，甲蟲仍能保持在直線的軌道上。「甚至在沒有月亮的晚上，只有星光，它們便能夠導航」Warrant說，「我們都被嚇壞了！」

為了深入了解，Warrant及他的團隊設計了一個圓形的容器，裡面鋪沙子，並測量糞金龜從中心點滾糞球到邊邊的時間，同時拍攝他們的運動軌跡。同一實驗分別在室外的夜空下，及研究者可以模擬星空的天文館中進行，來探討糞金龜是參考哪部分的星空。

他們發現，在月亮或星光等自然光下，糞金龜能快速地直行目的地。他們同樣在天文館中模擬了相同的夜空以及只投射銀河的夜空。在「陰天」的情況下，當牠們的眼部被膠帶蓋住，或是只投射少量的星點於天文館時，它們就顯得較難以筆直的前進。

研究者得到了結論：在野外的環境下，糞金龜不只參考一顆顆的星點，而是看整個銀河的亮帶來當做指南針。Warrant表示在進行研究的南半球（南非）中，較容易看見銀河，「可能是銀河較容易被昆蟲看見吧，特別是這種視覺敏銳的昆蟲。」

普林斯頓大學的演化生物學家，同時也是昆蟲溝通及導航的專家James Gould表示，「糞金龜視覺比蜜蜂好1000倍，甚至擁有最厲害的日間視覺」。對糞金龜來說，銀河就像是夜空中一條明亮又模糊的亮帶，「它只要利用那個明顯的目標比較相對位置就行了。」

其他昆蟲也可能會依靠星光，Gould認為：「那些夜間活動的蜜蜂及蛾類，從來沒有人問過牠們能不能做這檔事。糞金龜提供我們一個往前探索的理由。」

資料來源：Dung Beetles Navigate by the Milky Way. ScienceNow [24 January 2013]