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帥氣的甲蟲王者與牠們蠕動的幼年期——「雞母蟲」其實就在你身邊!

李鍾旻_96
・2021/08/18 ・3329字 ・閱讀時間約 6 分鐘

編按:每個人的童年都有隻蟲蟲的存在!不管是狂撿蟬殼拿去中藥行賣成錢錢的你,還是看到雨後蚯蚓在地上蠕動就昏倒的你——美麗的甲蟲堪稱最大公約數!就算原本對蟲蟲沒好感,甲蟲從超軟Q到超硬派的「完全變態」歷程,堪稱是你各位社畜們在社會掙扎的絕佳借鏡對象(?)。

《咒術迴戰》中的七海健人有云:「枕邊掉的頭髮越來越多,喜歡的夾菜麵包從便利商店消失,這些微小的絕望不斷積累,才會使人長大。」——泛科《童年崩壞》專題邀請各位讀者重新檢視童年時期的產物,讓你的童年持續崩壞不停歇 ψ(`∇´)ψ。

曾經有一陣子,來自日本的大型卡牌遊戲機台「甲蟲王者」在國內相當流行。它一度帶動了兒童飼養甲蟲的熱潮,市面上以甲蟲為主題的書籍並紛紛問世。或許是新世代 3C 產品興起、人們生活模式悄悄改變,甲蟲王者的熱度在多年後逐漸褪去,並在 2020 年停止更新,隨後機台也陸續撤機退役。雖然,遊戲中的甲蟲全是參考真實存在的物種來設計,但其實在許多自然生態愛好者的心目中,真正的昆蟲肯定是比電子遊戲或動畫更有魅力的。

大眾對於自然界事物的熟悉程度各有不同,有些人從寵物店開始接觸甲蟲,有些人透過媒體及書本影像認識動植物,卻少有機會親眼目睹野外活生生的昆蟲。其實台灣的山林裡有許多原生的甲蟲值得我們去觀察、認識,且在近郊淺山便能有機會遇見不少種類。

獨角仙的外觀如同穿著盔甲的武士,無論是從現實世界還是透過媒體、遊戲畫面,多數人一定見過牠的身影。獨角仙可見於台灣、日本、印度等亞洲國家,在台灣棲息於平地至 1500 公尺山區。圖/作者提供

昆蟲中的裝甲一族——鞘翅目家族

「甲蟲」是鞘翅目昆蟲的通稱,顧名思義,這個目的昆蟲宛如披著一身盔甲。大部分鞘翅目的成蟲具有堅硬的體壁,並且前翅常特化形成厚實堅硬的「翅鞘」,覆蓋在腹部背側。翅鞘不具飛行功能,但平時能保護身體及用於飛行的後翅。

鞘翅目是昆蟲中數一數二大的家族,全世界現今已知的物種數大約有 40 萬種,這些甲蟲的外觀及習性多樣。當中金龜子科及鍬形蟲科的特定種類,因為體型較大、外觀特別,相當受歡迎,有許多物種在寵物昆蟲市場上流通。金龜子科底下兜蟲亞科的甲蟲,又常被稱作「兜蟲」。

「甲蟲王者」中的一員,我們相當熟悉,頭部長著獨特犄角而富有魅力的本土物種「獨角仙」(Trypoxylus dichotomus / Allomyrina dichotomus),便是金龜子科中的成員。由於外觀具特色,飼養難度不高,在許多寵物店能見到販售的獨角仙個體。其實野生的獨角仙在約 6 ~ 8 月間,便可以在低中海拔山區發現其蹤跡。獨角仙的成蟲尤其偏愛在光蠟樹樹幹上取食其樹液,而九芎樹幹、成熟的構樹果實上有時也能發現牠們。在台灣日夜都可以見到獨角仙的成蟲活動、覓食。

當然,不只是獨角仙,台灣還有許多原生的金龜子,不同種類的棲息環境各有不同。

一對交配中的獨角仙。獨角仙雄蟲頭部具有末端開叉的長犄角,胸部亦有一短犄角,雌蟲則不具犄角。圖/作者提供

堅硬的甲蟲王者,前身是軟Q的雞母蟲

實際飼養過甲蟲的人,必然會知道這類發育過程屬於「完全變態」的昆蟲,幼蟲與成蟲「判若兩人」。但是如今這個手機和電腦佔據人類大部分生命的時代,對於「雞母蟲」一詞感到陌生的都市小孩應不在少數。

俗稱的「雞母蟲」,古籍中稱之為「蠐螬」,一般常指包括金龜子、鍬形蟲在內,分類上屬於金龜子總科的甲蟲幼蟲。這類幼蟲往往外觀乳白色、粗短,並且身體常會略呈 C 字形微彎。之所以叫作雞母蟲,據說主要是由於雞喜歡啄食牠們的緣故。

常見的金龜子幼蟲多數是以含有腐植質的土壤為食,部分種類取食腐朽木,鍬形蟲的幼蟲則主要是以枯倒木、腐朽木的纖維為食。當發育達成熟階段,牠們會在所生活的土壤或朽木中構築蛹室化蛹,成蟲羽化後行自由生活。雞母蟲的共通點是,都身為將死亡植物組織轉化為土壤的分解者。然而土壤中的金龜子幼蟲在腐植質等食物較缺乏時,便有可能會啃食植物的幼根,導致植物生長受影響。

或許有些人覺得雞母蟲白白胖胖、扭來扭去很可愛,有部分人則是害怕到甚至無法直視牠們。這就如同對蜘蛛、蟑螂、毛毛蟲等的主觀印象,多半與當事人後天的學習經驗有關。

獨角仙的三齡幼蟲。圖/作者提供

都市裡也能遇見,你家可能也有雞母蟲!

有一些常見的金龜子,在我們所居住的家庭陽台甚至能有機會遇到。因此你甚至不需要出門,就能夠仔細觀察牠們的成長及行為。

東方白點花金龜(Protaetia orientalis)是都市最常見的種類之一。這種外表金屬銅色的金龜子,普遍分布於低海拔山區,並且對人工化的環境有一定的適應力,可說是與我們生活非常密切的種類。牠們的成蟲主要在 4 ~ 12 月間出現,多在白天活動,喜愛訪花與取食植物果實,也會出現在闊葉的枝幹上吸食樹液。

東方白點花金龜,可見於台灣、中國、日本等亞洲國家,在台灣平地至中海拔山區皆有分布,是相當常見的種類。主要特徵為頭部前端的頭楯前緣呈倒 W 形。圖/作者提供

採光良好的陽台,便是東方白點花金龜會造訪的場所。牠們很容易受堆肥、枯落物所吸引,並會將卵產在花盆、花圃的土壤裡。因此偶爾我們在清理花盆的雜草、落葉時,便有機會發現一整群牠們的幼蟲,或其他相近種類的金龜子幼蟲。

東方白點花金龜的幼蟲。圖/作者提供

比起來,獨角仙對環境的要求較高,因此在山區較有機會見到牠們,而不像東方白點花金龜那樣普遍在都會環境中出沒。

另一種暗藍扁騷金龜(Thaumastopeus shangaicus)也是近年頻繁現蹤的種類。暗藍扁騷金龜成蟲的外觀是相當暗沉的藍黑色,牠們常會在近郊淺山活動,並且會產卵在枯木、朽木或土壤中,有時會飛到住家周圍訪花或產卵。然而這種金龜子其實是 2003 年左右才在台灣發現的外來種昆蟲,只是現在族群已相當普遍。

暗藍扁騷金龜,廣泛分布東南亞地區,最初很可能是作為寵物而被引進,現今在台灣已是常見種類。主要特徵為頭部前端的頭楯具 V 字形深裂。圖/作者提供
暗藍扁騷金龜的幼蟲。圖/作者提供

看到這裡,一些人也許會有這般疑問:「我要怎麼分辨我家花盆裡的蟲是『雞母蟲』、『蛆』,還是別的蟲呢?」確實,都市庭園土壤中最常發現的昆蟲,除了金龜子幼蟲外,或許還會有雙翅目的蠅、虻等幼蟲,甚至蛾類或其他昆蟲的蛹。

我們通常可以從身上足的有無、身體外觀來大致作判斷。金龜子幼蟲的胸部,皆長有 3 對腳,至於雙翅目昆蟲幼蟲,牠們一般是沒有腳的,而且體型相對小得多。此外,金龜子等鞘翅目的幼蟲,頭部往往相當明顯且硬化。

別意外!雞母蟲也有「一番賞」

雖然台灣喜歡昆蟲的人大有人在,但相比之下,日本大概算是全世界對於昆蟲狂熱度第一的民族了。日本的一些電子遊戲、動畫、漫畫中,常可見「抓蟲」的情境,可知日本人對昆蟲的喜愛。例如甲蟲王者這款遊戲不正是以採集、培育甲蟲為構想而延伸出的產物嗎?

日本藝術家、創作者也很喜歡將昆蟲作為靈感。昆蟲相關的玩具近年也很多,有些款式甚至還與實物有著極高的相似度,真不得不佩服日本人的創意。筆者便注意到,日本萬代株式會社公司近兩年推出的玩具及扭蛋中有獨角仙幼蟲、鍬形蟲幼蟲造型的款式。真是送禮自用兩相宜,不是嗎?

萬代株式會社2021 年發行的「一番くじ昆虫」(一番賞昆蟲),其中獨角仙幼蟲造型的桌上小物相當受歡迎。圖/作者提供

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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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