0

3
0

文字

分享

0
3
0

雞群之間,也存在社會階級制度?——《動物們的青春》

臉譜出版_96
・2021/07/17 ・4058字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者 / 芭芭拉‧奈特森-赫洛維茲 (Barbara Natterson-Horowitz)、凱瑟琳.鮑爾斯 (Kathryn Bowers)
  • 譯者 / 嚴麗娟

當家作主

時值一九○一年,在挪威的奧斯陸,一名六歲的男孩在農舍後院玩耍,他將和父母在這棟租來的房子裡度過夏天。那房子裡有一群雞,而小男孩很聰明、被保護得好好的,擁有很強的直覺,他每天都在觀察這些雞。他幫每隻雞都取了名字,也記住每隻雞的怪癖和關係。然而,夏天結束了。必須離開這些雞讓心緒敏感的男孩感到很難過,他整個冬天都在思念牠們。

隔年春天,他央求母親讓他養一窩自己的雞。他母親或許是出於疼愛自己的獨生子,或者只是希望在挪威漫長的夏日裡能讓孩子有事情做,又或者她想把握機會,激發孩子對科學的興趣,抑或是培養他的責任感。不論如何,她答應了。男孩的夏天又有一群雞陪伴。

男孩央求母親讓他養一窩自己的雞。圖/Pexels

隔年,男孩養了更多雞,就這樣維持幾年後,他已經花了數百個小時觀察這些雞。心思早熟的他十分注意細節,記下雞隻所吃的食物、食量,以及牠們下的蛋。他也記錄每天的天氣,試著釐清天氣對母雞的影響。但他最有興趣、最喜愛的則是描繪雞隻之間的關係。他畫出一頁又一頁複雜的三角形和示意圖,記錄雞隻在階級制度中的輪替方式。日復一日,他能注意到雞有沒有生病,以及生病與否對群體的穩定性及爭鬥有什麼意義。

這名男孩在十歲時注意到的事情就是「啄序」(pecking order)。多年後,到了一九二二年,二十八歲的索列夫.雪爾德拉普-艾貝(orleif Schjelderup-Ebbe)正式發表他的研究結果,他的文章被刊登在德國的《心理學期刊》(Zeitschrift für Psychologie)上。即使到了今日,「索列夫對雞隻社會及個體心理學的貢獻」仍然替我們在了解生物階級和地位這個古老而有力的結構時,奠定了基礎。十歲男孩在雞群中觀察到的階級排列本能,在自然界的其他物種中也可以找到,例如大象、浣熊、魚類和爬蟲類,當然還有鳥類。此外,人類也會有階級排列的現象——而且在 wildwood 時最為強烈。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

基本上,個體未來的地位在野莽期時就已經定型。年輕動物在青少年時期的順位和排序會決定牠們在族群中的定位,以及未來一生的歸屬感。有些動物無法決定自己會被評判到何種地位:因為生來便是如此;有些動物可以學習或建立地位,而只有極少數的個體能夠改變它。

所有的動物,包括青少年在內,都會打量彼此的體型、力氣和魅力。牠們會評估對方的年齡、健康狀況及生殖潛力,並用游泳、飛行及打鬥等身體能力互相比賽、炫耀。在成年之前,動物們也會精明地評估家人、朋友和敵人的能力。社會團體的接納或拒絕都會影響到牠們未來的機會。動物在這個生命階段承受著極大的壓力,牠們要好好表現自己。理由非常充分:因為賭注很高。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。圖/Pexels

地位的強烈引力

既然有地位、階級、定位、位置、等級、序位、聲望這麼多種說法,那就直接統稱人氣吧,或者用現在學生直率的語言——「實用度」也不失精確。不論用什麼詞語來形容,社會階級——即個體在群體裡的位置——是塑造個人認同的強力因素。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對人類以外的動物來說,社會階級的重點或許不在身分認同,但其對個體的生存方式仍有深遠的影響。社會階級決定動物能吃飽還是會餓死、有後代還是無法生育、會受到保護還是會被推到狼群面前。因此,動物寧可選擇忍受折磨、丟下食物、放棄交配及背叛其他同伴,確保自己不會被群體冷落或驅逐。對社會性動物來說,階級地位或許就像重力,看不見卻又影響甚鉅,無法逃避。階級地位的影響力無所不在,不僅決定動物一輩子的生活方式,也決定動物會如何對待其他動物。

自然界中,動物在群體中的地位愈低,活得就愈悲慘。階級較高的動物能獲得較多食物、領域及其他資源。而不懂得運用策略徵召同伙和避敵、不把注意力放在同儕身上,或忽略旁觀者,都可能會讓動物失去原本可能屬於自己的資源、活動範圍和伴侶。舉例來說,欄舍裡階級最高的公雞享有宣布黎明到來的特權—牠第一個啼叫,在牠報曉前,想與牠競爭的下位者都必須克制啼叫的衝動。占有優勢地位的雌倉鼠不讓下位者的胚胎著床。高階的螯蝦占走溫度恰好是攝氏二十四度的地點,把下位者趕到水溫較高或較低的地方。階級最高的信鴿占領最高的棲木。階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。地位低的魚兒則在魚群的最後面。

階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。圖/Pexels

這還不只是舒適度的問題。被分配到底層就像對動物判下無期徒刑,有時候甚至是死刑。階級高的動物享有群體中最幸運、最安全的位置,所以牠們不太可能被掠食者攻擊、抓走和吃掉。階級較高的烏魚占有魚群內部的位置,遠離會被掠食者攻擊的危險外圈;階級低的魚則常被推往「危險區域」,但不一定是最外圍。階級較低的動物通常會保持較高的警覺性,查看有沒有掠食者,因此牠們睡得比較少,即使能睡,也睡得不安穩。階級高的動物比較有安全保障,階級低的動物則比較容易碰到危險。

動物能從群體生活中獲得一些益處。在多雙眼睛的共同監視下,群聚比落單安全,個體不用怕被掠食者攻擊。分享資源和資訊能提升效率,餵飽大家的肚子。年輕的成員也可以在群體中先學習成長,再負起責任。然而,當個體聚集在一起時,明確的社會結構和規則可以減少衝突,階級制度也可以維護動物群體的秩序,提高生產力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

階級地位較高的成員能優先享有食物、領域、伴侶和避風港,牠們也會極力防衛自己的位置和特權。為了保命,動物必須認清自己在群體中的位置,大腦系統會隨時警示牠們社會地位的升降變化。神經化學訊息會刺激動物調整行為,回應周圍的混亂不安。就我們所知,當非人類的動物感受到這些神經化學「地位訊號」時,能產生討厭或愉悅,或介於兩者之間的感受。但當人類接收到相同的神經化學地位訊號時,則會出現情緒。事實上,我們的情感生活來自覺察自身地位的生理本能,而這源於我們的動物祖先。動物能意識到自己的地位,而社會地位的變化或許會替牠們帶來機會,也可能造成死亡。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,但若搞不清楚自己的位置,引來的卻可能是攻擊,或讓自己被殺或被驅出團體。社會性動物會觀察、評估日常社會生活中所有微小的細節,除了找尋提升地位的機會,也要留意和避免災難性的事故發生:地位滑落。

為了生存,動物必須迅速察覺自身地位的下滑。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,甚至讓自己遭受攻擊。圖/Pexels

天使的啄序

年幼的索列夫注意到他養的雞有啄序,而在很多個世紀前,神學家也為天堂裡的天使安排了階級。他們草擬出複雜的階級制度(hierarchy,字面意思即為hieros=神聖的,arkhia=統治),從頂層嚴厲的熾天使和智天使,往下到最底層性情溫和的大天使和一般天使。熾天使有一項特權,就是能坐在最靠近天神的寶座上。另一方面,低階的天使必須花時間照管人類比較沒那麼重要的事務。定義明確的階級制度是有組織的系統,個體在其中的地位有上下之分。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雪爾德拉普-艾貝注意到,啄序的形成非常迅速。當雞隻加入團體,不可見的新秩序便慢慢開展,隨後,每一隻母雞就都知道自己的地位在哪裡。

當階級制度面臨變動時,會先中斷幾秒,接著雞群回復(看似)平和且運作順暢的團體。從字面上來看,「啄序」指的是雞隻用嘴喙維持的階級制度。最高層的雞可以隨意啄雞群裡的其他母雞。而比牠低一級的雞,除了最高層這隻,也可以亂啄其他母雞。排第三的雞除了前兩隻,其他的雞都可以啄……依此類推。

從母雞的「啄序」可以判斷母雞在群體中的地位。圖/Pexels

動物中有很多不同的階級類型。有的專制,有的結盟,有的呈三角關係,也有的穩定不變或者彈性多變。人類與許多物種的階級制度通常是線性的。人類天生擁有深植在內的能力,能明白自己的階級,以及知道自己適合扮演團體中的何種角色。麥克.貝克夫(Marc Beko-)是個動物行為學家,他說:「社會性動物,例如人類……天生就會替自己分配階級,有人在最上面,有人在最下面,群體其餘的成員則排在這兩點中間。」

在我們繼續探索地位如何影響動物的生活之前,要先了解「階級」(rank)和「地位」(status)這兩個詞雖然看似可以互換,且常被混用,社會科學家和動物行為學家卻會加以區分它們。階級是動物在團體中的絕對位置,會盡可能以最為客觀的方式計量。相反地,地位不是客觀的度量,而是對階級的「覺察」。地位高低取決於群體中其他成員的想法和決定。地位和階級可能一致,但也可能不同。以人類生活中的實例來看,就像大家都相信某個家庭有好幾百萬美元的財富,實際的身價卻沒有那麼高。他們的階級(有多少錢)低於他們的地位(公眾所察覺到的財務狀況)。群體裡的每一隻動物都有自己的階級和地位。這是畜群、鳥群和魚群中極為複雜的差異性,但外行人初看會覺得不明顯。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

——本文摘自《動物們的青春》,2021 年 5 月,臉譜

文章難易度
臉譜出版_96
88 篇文章 ・ 255 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

1
2

文字

分享

0
1
2
圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 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?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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?

圖形處理的例子

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
典型的CPU與GPU架構

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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(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)

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。
文章難易度

討論功能關閉中。

賴昭正_96
43 篇文章 ・ 54 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
【成語科學】馬首是瞻:從成語看出群居動物的階級制度
張之傑_96
・2023/08/16 ・968字 ・閱讀時間約 2 分鐘

孔子寫的《春秋》,是五經之一,記載魯隱公元年(前 722)至魯哀公十四年(前 481)的歷史,是中國最早的一部編年體史書。《春秋》的文字極其精簡,不解釋的話,根本就讀不懂。解釋《春秋》的書有3本,其中大家最熟悉的就是《左傳》。

以魯襄公十四年夏來說,《春秋》的經文是:「夏,四月,叔孫豹會晉荀偃,齊人,宋人,衛北宮括,鄭公孫蠆,曹人,莒人,邾人,滕人,薛人,杞人,小邾人,伐秦。」不要說小朋友看不懂,章老師也看不懂啊!

然而看了《左傳》的解釋就弄懂了。大意是說,魯襄公十四年夏四月,晉國將軍荀偃,帶領 15 個小國的軍隊攻打秦國,他下令:「雞鳴而駕,塞井夷灶,唯余馬首是瞻。」(雞叫時駕車,填塞水井,推平爐灶,看著我的馬頭決定方向。)由於兩位副將沒聽命令,使得這次軍事行動無功而返。

《左傳》上的這段話,就是成語馬首是瞻的出處。這個成語比喻願意聽從指揮或願意跟隨別人。讓我們造兩個句吧。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

班長品學兼優,又有領導能力,同學們唯他馬首是瞻。

這個案子是您提出的,我們願意馬首是瞻,全力配合。

那麼馬首是瞻可有科學上的說法?當然有了。如果將「馬首」解釋成「領頭馬」,這個成語也完全成立。馬是一種合群的動物,一群野馬,或放養的家馬,都有一隻領頭馬——通常是匹健壯的雄馬。領頭馬往哪跑,其他馬兒就毫不遲疑地跟著,所以牧人捕捉放養的家馬時,只要降服領頭馬,就能控制住整個馬群。

馬是一種合群的動物,一群野馬,或放養的家馬,都有一隻領頭馬。圖/pixabay

其實群居動物通常都有個領袖,馬如此,綿羊也是如此。羊群對領頭羊的服從性更強,只要領頭羊在前領導,其他的羊兒就會自動尾隨,新疆曾發生多起羊群跟著領頭羊跳下懸崖的慘事呢!

群居的猴子,具有明顯的階級制度。以台灣獼猴來說,每個群體有十幾隻到幾十隻不等,都有隻健壯的雄猴當猴王,大家唯猴王馬首是瞻。猴王享有交配優先權,群體中的幼猴大多是他的子女。

家雞也是群居動物。在雞群中,根據社會地位,決定進食的先後,這個現象稱為「啄序」。社會地位最高的,是隻雄糾糾氣昂昂的大公雞,牠享有進食和交配的優先權,大家唯牠馬首是瞻。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
張之傑_96
103 篇文章 ・ 224 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

0

3
0

文字

分享

0
3
0
雞群之間,也存在社會階級制度?——《動物們的青春》
臉譜出版_96
・2021/07/17 ・4058字 ・閱讀時間約 8 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者 / 芭芭拉‧奈特森-赫洛維茲 (Barbara Natterson-Horowitz)、凱瑟琳.鮑爾斯 (Kathryn Bowers)
  • 譯者 / 嚴麗娟

當家作主

時值一九○一年,在挪威的奧斯陸,一名六歲的男孩在農舍後院玩耍,他將和父母在這棟租來的房子裡度過夏天。那房子裡有一群雞,而小男孩很聰明、被保護得好好的,擁有很強的直覺,他每天都在觀察這些雞。他幫每隻雞都取了名字,也記住每隻雞的怪癖和關係。然而,夏天結束了。必須離開這些雞讓心緒敏感的男孩感到很難過,他整個冬天都在思念牠們。

隔年春天,他央求母親讓他養一窩自己的雞。他母親或許是出於疼愛自己的獨生子,或者只是希望在挪威漫長的夏日裡能讓孩子有事情做,又或者她想把握機會,激發孩子對科學的興趣,抑或是培養他的責任感。不論如何,她答應了。男孩的夏天又有一群雞陪伴。

男孩央求母親讓他養一窩自己的雞。圖/Pexels

隔年,男孩養了更多雞,就這樣維持幾年後,他已經花了數百個小時觀察這些雞。心思早熟的他十分注意細節,記下雞隻所吃的食物、食量,以及牠們下的蛋。他也記錄每天的天氣,試著釐清天氣對母雞的影響。但他最有興趣、最喜愛的則是描繪雞隻之間的關係。他畫出一頁又一頁複雜的三角形和示意圖,記錄雞隻在階級制度中的輪替方式。日復一日,他能注意到雞有沒有生病,以及生病與否對群體的穩定性及爭鬥有什麼意義。

這名男孩在十歲時注意到的事情就是「啄序」(pecking order)。多年後,到了一九二二年,二十八歲的索列夫.雪爾德拉普-艾貝(orleif Schjelderup-Ebbe)正式發表他的研究結果,他的文章被刊登在德國的《心理學期刊》(Zeitschrift für Psychologie)上。即使到了今日,「索列夫對雞隻社會及個體心理學的貢獻」仍然替我們在了解生物階級和地位這個古老而有力的結構時,奠定了基礎。十歲男孩在雞群中觀察到的階級排列本能,在自然界的其他物種中也可以找到,例如大象、浣熊、魚類和爬蟲類,當然還有鳥類。此外,人類也會有階級排列的現象——而且在 wildwood 時最為強烈。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

基本上,個體未來的地位在野莽期時就已經定型。年輕動物在青少年時期的順位和排序會決定牠們在族群中的定位,以及未來一生的歸屬感。有些動物無法決定自己會被評判到何種地位:因為生來便是如此;有些動物可以學習或建立地位,而只有極少數的個體能夠改變它。

所有的動物,包括青少年在內,都會打量彼此的體型、力氣和魅力。牠們會評估對方的年齡、健康狀況及生殖潛力,並用游泳、飛行及打鬥等身體能力互相比賽、炫耀。在成年之前,動物們也會精明地評估家人、朋友和敵人的能力。社會團體的接納或拒絕都會影響到牠們未來的機會。動物在這個生命階段承受著極大的壓力,牠們要好好表現自己。理由非常充分:因為賭注很高。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。圖/Pexels

地位的強烈引力

既然有地位、階級、定位、位置、等級、序位、聲望這麼多種說法,那就直接統稱人氣吧,或者用現在學生直率的語言——「實用度」也不失精確。不論用什麼詞語來形容,社會階級——即個體在群體裡的位置——是塑造個人認同的強力因素。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對人類以外的動物來說,社會階級的重點或許不在身分認同,但其對個體的生存方式仍有深遠的影響。社會階級決定動物能吃飽還是會餓死、有後代還是無法生育、會受到保護還是會被推到狼群面前。因此,動物寧可選擇忍受折磨、丟下食物、放棄交配及背叛其他同伴,確保自己不會被群體冷落或驅逐。對社會性動物來說,階級地位或許就像重力,看不見卻又影響甚鉅,無法逃避。階級地位的影響力無所不在,不僅決定動物一輩子的生活方式,也決定動物會如何對待其他動物。

自然界中,動物在群體中的地位愈低,活得就愈悲慘。階級較高的動物能獲得較多食物、領域及其他資源。而不懂得運用策略徵召同伙和避敵、不把注意力放在同儕身上,或忽略旁觀者,都可能會讓動物失去原本可能屬於自己的資源、活動範圍和伴侶。舉例來說,欄舍裡階級最高的公雞享有宣布黎明到來的特權—牠第一個啼叫,在牠報曉前,想與牠競爭的下位者都必須克制啼叫的衝動。占有優勢地位的雌倉鼠不讓下位者的胚胎著床。高階的螯蝦占走溫度恰好是攝氏二十四度的地點,把下位者趕到水溫較高或較低的地方。階級最高的信鴿占領最高的棲木。階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。地位低的魚兒則在魚群的最後面。

階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。圖/Pexels

這還不只是舒適度的問題。被分配到底層就像對動物判下無期徒刑,有時候甚至是死刑。階級高的動物享有群體中最幸運、最安全的位置,所以牠們不太可能被掠食者攻擊、抓走和吃掉。階級較高的烏魚占有魚群內部的位置,遠離會被掠食者攻擊的危險外圈;階級低的魚則常被推往「危險區域」,但不一定是最外圍。階級較低的動物通常會保持較高的警覺性,查看有沒有掠食者,因此牠們睡得比較少,即使能睡,也睡得不安穩。階級高的動物比較有安全保障,階級低的動物則比較容易碰到危險。

動物能從群體生活中獲得一些益處。在多雙眼睛的共同監視下,群聚比落單安全,個體不用怕被掠食者攻擊。分享資源和資訊能提升效率,餵飽大家的肚子。年輕的成員也可以在群體中先學習成長,再負起責任。然而,當個體聚集在一起時,明確的社會結構和規則可以減少衝突,階級制度也可以維護動物群體的秩序,提高生產力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

階級地位較高的成員能優先享有食物、領域、伴侶和避風港,牠們也會極力防衛自己的位置和特權。為了保命,動物必須認清自己在群體中的位置,大腦系統會隨時警示牠們社會地位的升降變化。神經化學訊息會刺激動物調整行為,回應周圍的混亂不安。就我們所知,當非人類的動物感受到這些神經化學「地位訊號」時,能產生討厭或愉悅,或介於兩者之間的感受。但當人類接收到相同的神經化學地位訊號時,則會出現情緒。事實上,我們的情感生活來自覺察自身地位的生理本能,而這源於我們的動物祖先。動物能意識到自己的地位,而社會地位的變化或許會替牠們帶來機會,也可能造成死亡。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,但若搞不清楚自己的位置,引來的卻可能是攻擊,或讓自己被殺或被驅出團體。社會性動物會觀察、評估日常社會生活中所有微小的細節,除了找尋提升地位的機會,也要留意和避免災難性的事故發生:地位滑落。

為了生存,動物必須迅速察覺自身地位的下滑。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,甚至讓自己遭受攻擊。圖/Pexels

天使的啄序

年幼的索列夫注意到他養的雞有啄序,而在很多個世紀前,神學家也為天堂裡的天使安排了階級。他們草擬出複雜的階級制度(hierarchy,字面意思即為hieros=神聖的,arkhia=統治),從頂層嚴厲的熾天使和智天使,往下到最底層性情溫和的大天使和一般天使。熾天使有一項特權,就是能坐在最靠近天神的寶座上。另一方面,低階的天使必須花時間照管人類比較沒那麼重要的事務。定義明確的階級制度是有組織的系統,個體在其中的地位有上下之分。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雪爾德拉普-艾貝注意到,啄序的形成非常迅速。當雞隻加入團體,不可見的新秩序便慢慢開展,隨後,每一隻母雞就都知道自己的地位在哪裡。

當階級制度面臨變動時,會先中斷幾秒,接著雞群回復(看似)平和且運作順暢的團體。從字面上來看,「啄序」指的是雞隻用嘴喙維持的階級制度。最高層的雞可以隨意啄雞群裡的其他母雞。而比牠低一級的雞,除了最高層這隻,也可以亂啄其他母雞。排第三的雞除了前兩隻,其他的雞都可以啄……依此類推。

從母雞的「啄序」可以判斷母雞在群體中的地位。圖/Pexels

動物中有很多不同的階級類型。有的專制,有的結盟,有的呈三角關係,也有的穩定不變或者彈性多變。人類與許多物種的階級制度通常是線性的。人類天生擁有深植在內的能力,能明白自己的階級,以及知道自己適合扮演團體中的何種角色。麥克.貝克夫(Marc Beko-)是個動物行為學家,他說:「社會性動物,例如人類……天生就會替自己分配階級,有人在最上面,有人在最下面,群體其餘的成員則排在這兩點中間。」

在我們繼續探索地位如何影響動物的生活之前,要先了解「階級」(rank)和「地位」(status)這兩個詞雖然看似可以互換,且常被混用,社會科學家和動物行為學家卻會加以區分它們。階級是動物在團體中的絕對位置,會盡可能以最為客觀的方式計量。相反地,地位不是客觀的度量,而是對階級的「覺察」。地位高低取決於群體中其他成員的想法和決定。地位和階級可能一致,但也可能不同。以人類生活中的實例來看,就像大家都相信某個家庭有好幾百萬美元的財富,實際的身價卻沒有那麼高。他們的階級(有多少錢)低於他們的地位(公眾所察覺到的財務狀況)。群體裡的每一隻動物都有自己的階級和地位。這是畜群、鳥群和魚群中極為複雜的差異性,但外行人初看會覺得不明顯。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

——本文摘自《動物們的青春》,2021 年 5 月,臉譜

文章難易度
臉譜出版_96
88 篇文章 ・ 255 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
由混沌到秩序:螞蟻如何找到覓食的最佳路徑?
活躍星系核_96
・2014/05/27 ・1497字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 591 ・九年級

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

credit: CC by screenpunk@flickr
credit: CC by screenpunk@flickr

編譯 / WuDaoer Tsai(任教淡江大學,研究複雜網路)

生物學家知道,單一螞蟻找尋食物是隨機的,然而群體螞蟻的覓食行為卻遠遠超越隨機模式。一份即將發表於《美國國家科學院期刊》(PNAS)的研究顯示:動物的移動行為,在某些時機點會由混沌的轉變成有秩序;而這樣的轉變是以不預期的自組方式所產生。了解螞蟻有助於分析類似的行為,例如:人如何在網際網路中瀏覽。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「蟻群有巢穴促使它們需要策略將找到的食物帶回去。」研究的作者,同時任職于北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室資訊安全中心,以及德國波茨坦氣候影響研究院的李麗香(Lixiang Li)說,「我們認為這一項因素,至今被大大地低估但實際上卻是主導它們行為的因素。」

沿路遺留味道

中德兩國的研究團隊,將幾乎所有已知有關螞蟻覓食的行為,化成方程式跟演算法並送進電腦裡。團隊假設蟻群複雜的覓食行為分成三階段:一開始,尖兵螞蟻用混亂的遶圈圈方式;等到疲憊了,它們就回到巢穴裡休息與進食;若是其中有些螞蟻在巢穴附近發現食物,就攜帶一小份回到巢穴裡,同時沿路就遺留下費洛蒙化學訊號。接著,其他的螞蟻沿著這個味道去找到食物,並且也帶一小部份回到巢穴。此時,它們的合作作用依然很弱,因為沿著路徑的費洛蒙很稀少。但由於蟻群數量龐大,許多螞蟻會由不同的路徑找到食物並且帶回巢穴裡,因此會有許多不同的費洛蒙路線。

最終會出現最佳化路徑:因為費洛蒙具揮發性,較短路徑的味道會比較強烈。也因此更多的螞蟻會依循這較短的路徑,留下更多的費洛蒙,如此便產生了自我強化效率的效果。與持續混亂的螞蟻覓食行為比較,這樣花費較少的行徑時間與能量。

很重要的,研究人員發現,單一螞蟻的經驗成就了整體覓食的行為,這是之前研究所忽略的。較老的螞蟻對巢穴周遭較瞭解,對較年輕的螞蟻而言,與其說是有效貢獻於找尋食物,毋寧說這是個學習過程。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

高度有效率的複雜網路

「單一螞蟻並不聰明,但集體的行為,我不得不認為,在某方面而言,是可以稱為有智慧的。」主持「跨領域觀念與方法」研究團隊的共同作者糾爾根.寇斯(Jurgen Kurths)如是說。「自我組織的原則早在魚群行為中就有發現,但蟻群的返家行為更形有趣。研究螞蟻覓食行為在生態學上有其實際重要性,此研究的作者主要是對了解非線性現象的基本樣貌有興趣。」

「螞蟻群體形成一個有效率的複雜網路。」寇斯(Kurths)解釋,這是我們在許多自然與社會系統中均可發現。因此,研究蟻群所發展的數學模型,也適用於一些具有返家共同特徵但是非常不一樣的生物,例如信天翁。這項研究亦帶給各種領域-例如網頁服務演化與智慧傳遞系統-裡的人類行為模式一個新觀點。

資料來源:From chaos to order: How ants optimize food search. Phy.org [May 26, 2014]

研究文獻:Li, L., Peng, H., Kurths, J., Yang, Y., Schellnhuber, H.J. (2014): Chaos-order transition in foraging behavior of ants. Proceedings of the National Academy of Sciences, Early Edition: DOI: 10.1073/pnas.1407083111

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

—————————–

延伸科學再發現@科技大觀園


更多內容也可以上科技大觀園搜尋「蟲」,或每週六上午8點收看民視53台科學再發現

活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 125 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia