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捕食壓力如何改造生態系?

陸子鈞
・2011/04/30 ・1119字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

壓力加速了蚱蜢的新陳代謝,使它們四處找尋容易消化的醣類還有碳水化合物,以便快獲得能量。這可能不只影響它們的獵物,甚至是整個所處的生態系。有關的研究在過去的一個月內發表在三份期刊中,可能引起大的回響。

在比較放鬆的情況下,許多動物選擇高蛋白食物,那有助於生長與生殖。但當四周有捕食者埋伏時,動物就需要能量以快速餵飽高張的身體,還有逃跑-如果需要的話。耶魯大學的生態學家Dror Hawlena 發現這樣的捕食壓力,會對草原造成生態上的影響。

Hawlena在自然生長的植被中設置幾個籠子,有些籠子裡放蚱蜢,有還加了被膠水黏住口器的蜘蛛,如此一來,蚱蜢就會感到「害怕」(有壓力),但不會被吃掉。結果發現,暴露在有掠食壓力下的蚱蜢,食物偏好會從高蛋白的禾本科植物,轉變為含有高醣量的菊科植物。

一開始,這種食性的轉換被認為和躲避天敵蜘蛛有關。為了釐清可能的原因,Hawlena也在室內用人工調製的高醣,及高蛋白「餅乾」飼養了蚱蜢。而這部份的實驗也得到了類似的結果-受驚嚇的蚱蜢偏好高糖分的餅乾。

所有高糖分的食物都意味著受驚嚇的蟲子,攝取較多碳,較少的氮。同時,它們的身體會降解蛋白去合成更多的葡萄糖,最後使身體明顯地含有較多的碳及較少的氮。當蟲子死亡並腐化後,土壤就會比較不肥沃。

Hawlena認為,生態系可能會透過兩種方式受到恐慌的蚱蜢影響。第一,它們取食較多的菊科,較少的禾本科,改變了草原的物種比例。第二,土壤吸收較少氮,會間接影響生長在上面的植物種類。在一項仍持續進行的研究中,Hawlena藉由觀察感到壓力及沒有壓力的蚱蜢,屍體腐爛的區域,其土壤裡菌種的組成,得到了有趣的結果。他預期,可以得到類似在其他動物身上的結果-活得較放鬆的動物,死亡後會讓土壤較肥沃。

這項發現有助於生態學家更了解過去無法解釋的生態改變,也使得生態學更接近可以預測的科學。

然而,即使這樣的關聯存在,也不是這麼顯而易見。和Hawlena所研究的蚱蜢一樣,黃石公園的麋鹿,也因為面臨捕食壓力與否而改變食性。一些研究人員預測,當狼回到公園後,麋鹿將遠離一些「危險區域」,使得該區域的白楊樹得以消長。在這樣的理論下,即使只有幾隻個體,狼會對整個地貌有巨大的影響。

可惜不是如此,根據Matthew Kauffman和他的同事最新的研究指出,白楊樹的生長,並不能清楚地反映出狼的出沒;雖然麋鹿的確躲避了狼,但並沒有頻繁到可以改變白楊樹的族群。也就是說,狼的影響沒有被放大。

這也可能因為麋鹿在冬季往往挨餓,所以牠們願意承擔任何風險去覓食-包括被狼攻擊的風險。

蚱蜢的對壓力生理反應,是否會放大到植物、土壤、微生物……等等更多的層面,或者這個影響太小,以至於被其他生態系複雜的因子所掩蓋,還有待進一步的研究。

資料來源:NatureNews: How stress shapes ecosystems [21 September 2010]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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野生動物們,別來可無恙?
GJW_96
・2022/07/06 ・4031字 ・閱讀時間約 8 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 作者:翁國精/國立屏東科技大學野生動物保育研究所 副教授
山羌。圖/inaturalist

小時候,我對野生動物最深刻的印象是來自高雄縣旗山、六龜、甲仙一帶林立的山產店。像是倒掛在鳥籠裡的狐蝠、瑟縮在狗籠裡的白鼻心、炒得香噴噴的山羌肉,還有跟橡皮筋一樣久嚼不爛的飛鼠肉(是的,我嚼過橡皮筋),都帶給我很大的衝擊。

這時期的台灣森林,是一個由消費市場驅動,獵人扮演頂級掠食者的生態系,同時,開墾和伐木,也夾擊著野生動物的生存。後來,在民國 78 年野生動物保育法頒布後,這種色香味俱全的野生動物體驗,逐漸走入歷史。而沒有了野生動物的消費市場,原住民也不再依賴狩獵作為經濟來源,再加上國家公園、保護留區相繼設立,野生動物開始獲得了休養生息的契機。

野生動物們過得好嗎?透過自動相機一探究竟

所以,這些年來野生動物們過得好嗎?問題的答案從來就是個謎。
即便在國家公園裡面也只有零星、短期的動物相調查。

到底台灣的野生動物資源如何變化?保育工作是否有成效?就連生態學者也難以一窺全貌。2013 年,鼬獾狂犬病爆發,我們終於意識到,自己對於野生動物資源缺乏掌握。

原先,我們以為 1961 年後,台灣就已經沒有動物的狂犬病案例,那麼,2013 年的爆發,到底是新的境外移入疫情?還是代表其實這 50 年來,狂犬病在台灣從來沒有消失過?

鼬獾。圖/inaturalist

​​​​​​雖然現在基因定序的技術非常成熟,但是我們沒有 50 年前的病毒基因可供比對,於是鼬獾的族群變化就成了最關鍵的答案。如果台灣的狂犬病從來沒有消失,則鼬獾應該已經適應與病毒共存,成為保毒宿主,族群不會有劇烈的變動;但如果這波爆發是新傳入的疫情,則鼬獾的族群勢必受到衝擊,會有非常明顯的減少。

可惜的是,台灣從來沒有針對任何野生動物做長期的監測,所以林務局與防檢局在狂犬病爆發後開始合作,在苗栗、南投、台東等三個狂犬病最早出現的縣市以自動相機監測鼬獾。之後由林務局逐步擴大規模至全台及蘭嶼、綠島,在林班地架設自動相機監測樣點,拍攝中大型的哺乳動物。

目前為止,台灣以及蘭嶼綠島共有將近 300 個自動相機的監測樣點持續運作中,且監測樣點的數量,也仍在持續增加中。

重新開始監測野生動物!

自動相機是目前野生動物監測方法中效率最高,且最廣泛被使用的調查工具(圖1),操作方法可以標準化、自動化且全年無休。這些相機由巡山員負責操作及回收資料,各林管處承辦人員辨識照片,屏東科技大學野生動物保育研究所、以及嘉義大學森林暨自然資源學系,負責訓練人員及確認資料正確性,之後進行分析及撰寫報告(參考資料1),而中央研究院的生物多樣性研究中心,則負責開發軟體、並建立「臺灣自動相機資訊系統」(圖2),提供照片資料倉儲、搜尋、統計分析等功能。

圖1:監測野生動物的自動相機。
圖2:中央研究院生物多樣性研究中心負責開發的臺灣自動相機資訊系統。目前尚未公開。

為了反應動物族群量的變化趨勢,所有照片資料都被轉換成「單位時間拍到的有效照片數」,概念上相當於「單位努力捕獲量」,國際上慣稱為相對豐度指標 (relative abundance index),國內則慣稱為 OI 值(occurrence index)。

這個指標受到動物族群量和動物活動頻度的影響,兩個因子的變化都會改變指標,所以並無法直接用指標值換算出動物的實際族群量;也因為如此,我們通常將指標值稱為族群豐度或相對豐度,而不是實際族群量或族群密度。

但是根據許多研究,這個指標和實際的族群量呈高度的正相關,也就是動物數量增加的時候,指標也會上升,動物減少的時候指標,會隨之下降,因此很適合用於反應動物族群量的變化趨勢。目前的哺乳動物長期監測網,有將近 300 台相機持續運作當中,跨單位的合作,讓陸域中大型哺乳動物的監測邁向長期化、系統化、標準化、公開化的里程碑。

雖然過去我們曾錯過了數十年,但經過了這些年的監測,我們發現哺乳動物們除了石虎還需要我們再加把勁之外,其他物種其實都過得還不錯,而且無論是不是保育類都是如此(圖3)。山羌、山羊、水鹿豐度不斷上升,狩獵壓力不曾稍減的野豬趨勢持平,鼬獾似乎已經從狂犬病的侵襲中回穩,穿山甲也有穩健的表現。

圖3:。林務局自動相機長期監測網的監測成果。

台灣森林的樣貌正在演替

這樣看來,台灣的森林似乎再度欣欣向榮了?可惜,其實未必。

因為頂級掠食者的減少,目前草食獸正逐漸接手,主宰森林的演替方向。擁有登山經驗的朋友或許會發現,某些中高海拔森林中的芒草牆消失了,森林底層的植被比過去更稀疏甚至消失(圖4,圖5),從前需要砍草鑽行的苦日子不再,造林用的苗木,也因為被草食獸取食而導致造林失敗。

圖4:在草食獸的啃食下,一定高度(稱為啃食線,browsing line)以下的樹葉、附生植物及地被植物都幾乎消失。圖為楠梓仙溪林道旁的森林。
圖5:梅蘭林道盡頭七溪山一帶,海拔約 2300 公尺。
左圖為 2006 年 12 月所攝,右圖為 2015 年 12 月同一地點所攝,可見芒草及其他地被植物幾乎完全消失(屏科大森林系吳幸如老師提供)。

以水鹿為例,許多地區開始出現水鹿啃食樹皮的現象(圖6),像是知本森林遊樂區、塔塔加遊憩區(圖7)、南橫天池及沿線的登山步道等(圖8),連遊客都向國家公園表達關切。水鹿啃樹皮的時候還會挑選樹種,而且偏好啃食小樹。這種選擇性的啃食,正慢慢改變台灣的森林樹種組成,甚至是演替的方向,當然也陸續影響了共同生活在森林中,依賴這些植物的小型哺乳動物、鳥類和昆蟲等。

台灣的森林,正從鐘擺的一端——頂級掠食者主宰的世界,擺向另一端——草食獸決定的樣貌。

圖6:水鹿在楠梓仙溪林道啃食紅檜樹皮。掃描 QR code可看影片。
圖7:塔塔加黑森林步道上遭水鹿啃食的鐵杉與光禿的地表。(周庭安/攝)
圖8:南橫天池遭水鹿啃食的五葉松。

事實上,野生動物數量的改變不僅僅影響森林的樣貌,更回過頭來衝擊著人類的文化和對於保育的思考。因為野生動物的增加,獵人不再需要翻山越嶺追尋獵物的蹤影,狩獵範圍逐漸退縮到部落附近,甚至能夠當天來回。狩獵的技能、山林智慧的傳承,以及傳統領域的維護,都因此而面臨危機。

雖然狩獵活動未曾消失,但早已對野生動物不構成威脅,如同墾丁的梅花鹿,因為成功的復育而導致高位珊瑚礁森林及農作物受到危害,迫使墾丁國家公園必須逐步「回收」野放成功的鹿隻。未來,會不會有一天,水鹿將會從人們心目中的「森林吉祥物」,轉變為森林和農作物的害獸?

台灣水鹿。圖/inaturalist

小結

過去,獵人們會注意動物的數量,而調整自己的狩獵頻度和地點,多的時候多打,少的時候就少打、或者換地方打,讓動物有休養生息的機會。換句話說,獵人其實就是自然資源的經營管理者,而狩獵文化,則是一種永續的資源利用模式。

而從野生動物經營管理的角度來看,野生動物是一種可再生資源,人類可對野生動物做合理的利用,並確保其永續生存。為了維護生物多樣性,物種間不平衡的現象可以由人類適度介入處理。

所以,從現狀來看我們曾經勾勒的保育的美好願景,是不是遺漏了我們自己?

人類和野生動物都是生態系的一份子,彼此以有形無形的方式聯繫著​​。目前草食動物族群量上升主要是因為原有的捕食者幾乎消失,但捕食者消失,卻不是一個正常的生態系應有的現象。

圖/envato elements

草食動物對森林環境的衝擊,會影響到共域的其他物種,例如森林底層的昆蟲、鳥類、其他哺乳動物等,以及森林的發育和演替。如果任其發展,除了森林裡的動植物受衝擊,也會因為跟人類的接觸而引發疾病、交通安全、農損等問題,最後草食動物的族群,也會因為超出環境承載量而快速崩毀。

當我們忘了把自己加入願景的規劃中,就會讓好不容易回歸自然的梅花鹿轉眼變成害獸被回收,或者如獼猴面臨我們的危害防治手段;而當我們只考慮自己的時候,就會造成像流浪犬貓、被放生的外來種等等對環境和動物帶來的危害。​​​​食物鏈中雖然有掠食者和獵物之分,但沒有永遠的強弱和輸贏,兩者永遠互相依存。

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目前任職於國立屏東科技大學野生動物保育研究所,專注於水鹿的研究。

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魚的年齡怎麼看?讓OceanTag告訴你
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/11/19 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 472 ・五年級

本文由 國立海洋生物博物館 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/許君咏

身為陸生動物,海洋對我們而言是個美麗又神秘的存在。一說到海洋生物,人們充滿許多好奇和疑問,除了「是誰住在深海的大鳳梨裡」,有哪些問題是大家都想問的呢?你知道這些問題的答案嗎?

今天就讓我們一起來解開這些疑惑吧!

最多人想知道的海洋生物大哉問

Q1:魚的年齡如何判斷?

就像是可以從樹的年輪同心圓判斷樹齡一樣,我們可以將魚的脊椎骨磨平後觀察,而魚的耳石也可以作為判斷年齡的材料,耳石位於硬骨魚類的內耳中,雖然依不同魚類,形狀大小有所差異,不過耳石的體積會隨年齡增長而變大,夏天與冬天的生長速度不同,所以可以從生長環區別出來。但以上兩者判斷材料都會隨棲地、季節、溫度等變化,因此判斷魚的年齡還是需要有經驗的專家喔!

Q2:小丑魚和海葵有合作的行為嗎?

小丑魚本身分泌特別黏液,讓海葵誤認是其它雜物,不是可以吃的魚。而海葵就像是一位可靠的保全兼房東,它的刺細胞會攻撉其它魚類,小丑魚躲在海葵內部可以得到保護;小丑魚可以協助清潔海葵,並趕走海葵的掠食者,像是稱職的好管家,所以一般被認為是互利共生。但也有學者認為小丑魚和海葵的取食對象相同,彼此可能是競爭者,因為行動快速的小丑魚常搶走海葵的食物,對海葵是弊多於利,因此應為片利共生。

白條海葵魚 Amphiprion frenatus。圖/Ocean Tag學習網

Q3:海馬是魚類嗎?

答案為「是的!」

咦?海馬跟魚長得又不像,怎麼會是魚呢?來重新認識海馬吧!

其實海馬只是鱗片變成板狀,尾鰭完全退化,脊椎則演化到像是猴子尾巴一樣,可以捲曲鉤住突出的物體,來固定身體位置。而小到幾乎透明的魚鰭,能夠讓海馬「上上下下左左右右」移動,只是速度蠻緩慢的,因此通常海馬會以偽裝和硬化成皮狀的皮膚來逃避掠食者。

而海馬的生殖方式也很酷,是由母魚將卵產在雄魚腹中的育兒囊裡,經二到三週的懷卵期,再由公魚孵出小海馬,所以在海馬的世界裡,大腹便便的可是海馬爸爸喔!

然而可愛的海馬目前正面臨極大的危機,每年數以百萬計的海馬被捕撈以製成傳統中藥使用為主,或供水族館飼養。加上人類為了經濟發展大量破壞海草區、紅樹林及珊瑚礁等海馬的天然棲息地,影響尤其深遠。

刺海馬 Hippocampus histrix 。圖/Ocean Tag學習網

什麼?看完這些大解密還不夠?還想要了解更 DEEP 的海洋知識嗎?

叮咚!你的好友海洋維基百科已上線。

最近海生館推出「Ocean Tag 學習網」,前段的知識以及影音都是在網站上找到的,感覺就像把整座海生館搬進手機裡。

現在,一起來認識Ocean Tag 學習網上最棒的三大功能吧!

「館藏」功能:小孩子才做選擇,特寫、影音、生物繪圖全都要!

目前海生館已經收錄超過 3 萬筆以上的影像及影音資料,在 Ocean Tag 裡,只要輸入關鍵字就可以找到這些可愛的海洋生物。身為海洋大明星,除了美照外,當然還有影音頻道介紹牠們的生活環境、與其他生物的互動等等。最令人驚艷的是,還有精美的生物繪圖,能夠將生物的外型特徵看仔細。

Ocean Tag將黑白生物繪圖典藏數位化。尖吻鱸(扁紅眼鱸) Lates calcarifer (Bloch, 1770)。 圖/Ocean Tag學習網

「學習」功能:準備好了嗎?一同泡進知識海吧

Ocean Tag 依照 12 年國教課綱期程中與海洋相關的課程,從館方資料庫中撈取資料,讓老師與學生能直接在網站上找到有趣的海洋知識,用生動的圖片及影片學習。如果想要了解不同的生態系組成、海洋保育及各種大哉問,像是海洋哺乳類和人類有什麼不同、海生館收容剛孵化的小綠蠵龜怎麼照顧等等,都能夠在 Ocean Tag 上找到答案喔!

海生館的小綠蠵龜。圖/Ocean Tag學習網

「趨勢」功能:連結知識與時事,成為「最潮」的海洋生物迷!

最近有哪些海洋的相關研究發表了呢?哪些物種被列為保育類了?氣候變遷對海洋生物造成什麼影響?

Ocean Tag 除了海生館數位化之外,還連結了與海洋有關的最新新聞,讓我們在欣賞海洋之美的同時,也能夠時時關心海洋環境的近況,將利用上述兩個功能學到的知識與時事結合。

我們與海洋生物的距離

海生館大洋池。圖/Ocean Tag學習網

台灣因集天然環境優點為一「身」,因此擁有豐富的海洋生物類群,小小的島嶼卻有全世界十分之一多的海洋生物種類。然而,這些珍貴的海洋資源,在污染及不當捕撈下日漸減少,有許多以往常見的海洋生物已經消失,因此我們更需要了解這個美麗的生態系並且好好珍惜它。

污染日漸嚴重,威脅著海洋環境。圖/Ocean Tag學習網

Ocean Tag 便是希望透過博物館數位化,拉近我們與海洋生物的距離,讓我們只要打開手機就能認識這些海洋知識,越是深入了解,越能夠懂得如何守護這片海。

最後還是要借航海王的經典台詞:

「把寶藏都放在 Ocean Tag了,想要的話就去找吧!」

參考資料

  1. 106年海洋講堂系列專書
  2. 尼莫的房事-從出生搖籃到生命的搖籃
  3. 海馬奇特的外型是如何發生的?
  4. 國立海洋生物博物館
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「地球之肺」亞馬遜森林不供氧,它的功能比你想得更複雜
陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2019/10/17 ・1815字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 506 ・六年級

亞馬遜森林,素來便有「地球之肺」的美名,而近期發生的森林火災,讓人不禁擔憂:「如果亞馬遜森林沒了,是否地球上就沒有足夠的氧氣呼吸了?」有趣的是,若先回歸「地球之肺」之名,我們可以發現,其實肺所要做的是將外界空氣的氧攜入體內的血液中,以供身體各器官使用;也就是說,其實肺的功能並不是產生氧,而是有效的吸收氧氣來提供生物使用。

也因此,我們以「地球之肺」之名來描述亞馬遜森林供氧這件事,一開始就並不全然精準。當然,若我們將地球類比為人體,則以「肺的主要功能是將氧氣從空氣運輸到血液中,並將二氧化碳從血液中排出」這事實來看,確實尚為一可接受的比喻;然而這就帶到另一個問題:亞馬遜森林之於整體地球,是否真的貢獻了一定程度的氧氣量?

素有地球之肺美名的亞馬遜森林,其攝於2009年。圖/Wikipedia

長期來說,亞馬遜森林對於氧氣淨產量幾乎為零

依據英國牛津大學(Oxford University)生態學家 Yadvinder Malhi 的研究,事實上以長期來看,亞馬遜森林對於整體地球的氧氣淨產量幾乎為零。其理由在於,森林本身透過光合作用(photosynthesis)所產生的氧,會透由自身生態系統內生物的呼吸作用(respiration)、微生物分解枯葉或樹木等原因所消耗掉。因此,亞馬遜森林對整體地球所貢獻的氧氣其實非常低。

另一方面,美國科羅拉多州立大學(Colorado State University)大氣科學系教授 Scott Denning 則指出,產氧的生物通常會透由另一種方式消耗氧,如呼吸作用或是死亡後其他微生物對其的分解作用,因此目前生態系的產氧與耗氧幾乎都是相互抵消的。目前地球大氣中氧氣占近 20%,主要的提供者推測來自於海洋的藻類。由於在海洋,死亡的藻類生物有可能在尚未被微生物完全分解利用前便埋藏至海底,因此耗氧與產氧之間的抵消作用降低,便能緩慢增加地球整體的氧含量。然而這過程需要很長的時間尺度,並非一時片刻即可完成。

全球的氧氣透由陸地及海洋生態圈、大氣以及岩石圈之間交互作用達到傳輸與平衡。其中埋藏(burial)作用可增加大氣中的氧含量,而與岩石之間的氧化作用(oxidation)則會消耗大氣中的氧氣。圖/Wikipedia

既然亞馬遜森林對整體地球氧的淨產量幾乎為零,那麼難道對於地球的含氣量就沒有其他貢獻了嗎?

亞馬遜森林的功能,比你想得更複雜

答案恐怕沒這麼簡單。原因在於地球本身存在著複雜的生態系統,我們甚至可以這麼說:所有的生命與非生命之間都是透由某種關係息息相連著。我們現在已知,海洋中的藻類對於地球的供氧佔有重要角色,那麼亞馬遜森林是否能影響海洋中藻類的多寡?答案是有可能的。

亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空形成雲河

例如,亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空,形成了廣大的「雲河」。當這些雲河流動至山脈後,受地形抬升效應水氣凝結成水滴,落回至地面;在這過程中透過對岩石的侵蝕作用,進一步將其沉積物帶入海底,於是成了海洋中藻類的養分來源。更有趣的在於,海洋中的藻類也能透過另一種形式給予雨林養分。舉例來說,死亡的矽藻堆積在海底,經由數百萬年以上的地形作用,原本的海床成為了富含鹽的沙漠,於是當風將這些富含矽藻殼的塵土吹到雨林,便又成為了促進雨林生長的養分。

這一系列的交互過程,讓我們看到了地球上的生命與環境間的互動是如此的息息相關。因此,讓我們回歸到一開始的問題:「亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?」答案真的是否嗎?縱使亞馬遜森林本身在地球的氧氣淨產量不大,然而其除了具有維繫生物多樣性的重要性外,透過生物與非生物在不同時間尺度的作用,可以發現其與地球上每一份子的關係依然是緊緊相繫著。

也因此,亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?這個問題的答案,便取決了我們用什麼樣的角度與高度,看待這片孕育我們一切萬物的美麗大地。

參考資料

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陳柏成 (Po Cheng Chen)
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熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com