起司、優格與馬奶酒：歐亞草原的乳製品，開啟遊牧民族新時代！

• 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

顯微鏡後的女性科學家系列

顯微鏡學的蓬勃發展，不僅促進了醫學﹑公共衛生的發展，而在這背後也有許多偉大的女性科學家參與其中。

屏東縣九如鄉一處養羊場有 3 頭羊確診「布氏桿菌病」，為台灣約 30 年來首例，動防所已撲殺感染羊隻並進行消毒。由於「布氏桿菌」為人畜共通傳染病，衛福部疾病管制署匡列 4 名牧場員工……。2023 年 12 月 9 日報導

由於乳製品滅菌的觀念普及，現在已很少聽聞布氏桿菌感染。這都得歸功於首先發現經由飲用感染布氏桿菌的生牛乳而導致人類得馬爾他熱，進而促成乳品全面巴氏消毒的細菌學家艾莉絲．埃凡斯（Alice Catherine Evans）。

從偏鄉教師到微生物學家

埃凡斯的祖父 1831 年從英國威爾斯移民至美國，她於 1881 年 1 月 29 日出生在美國賓州尼斯威爾斯社區的一戶農家。

埃凡斯在出生地念中小學，因當地沒有高中，她到了賓州托旺達（Towanda）的薩斯奎漢納學院（Susquehenna）就讀。1901 年畢業後，進入大學就讀的夢想因家裡無法負擔而破碎，且當時小學教職幾乎是唯一對女性開放的非基層勞力職業，因此她沒有多想就進入一所小學擔任 1 至 4 年級的教師。

她在家鄉和外地的小學共教了 4 年書後，得知有康乃爾大學農學院提供偏鄉教師免學費的自然科學課程。當時康乃爾大學的農學院院長貝利（Liberty Hyde Bailey）希望藉由受過訓練的教師，培養學生對大自然的熱愛、對植物和動物以及無生命世界的興趣。

埃凡斯申請了這項計畫，並用她四年教書的積蓄來到康乃爾大學，並選擇細菌學作為研究領域，指導教授是研究乳製品的微生物學家史托金（William A. Stocking）。

1908 年她獲得康乃爾大學農學院的學士學位，經指導教授推薦，獲得威斯康辛大學的獎學金；這是專門提供給專攻農化或細菌學研究的獎學金，且在此之前未曾頒給女性。於是埃凡斯前往威斯康辛大學繼續碩士學業。

但她雖然是拿細菌學獎學金，但在農業細菌學指導教授黑斯廷斯（Edwin George Hastings）的要求下，埃凡斯花了三分之二的時間研讀化學，並於 1910 年獲得碩士學位。 碩士學業最後一年，教授希望埃凡斯留下來繼續攻讀博士學位。雖然意識到這是不錯的機會，但大學和碩士學業已帶給她不小的經濟和精神負擔，加上博士學位在當時對科學家並非必要，因此她選擇不再繼續攻讀。

與布氏桿菌相遇

每個人都有自己的天職，天賦就是呼喚，有一個方向，所有的空間都向他敞開。他擁有靜靜地吸引不斷往前努力的能力。

——愛默生

幸運的是，埃凡斯獲得了農業部動物產業局（Bureau of Animal Industry）的研究職位。由於乳酪是威斯康辛州的重要產業，當時威斯康辛大學化學系和細菌學系與乳製品部門合作，研究更好的乳酪製作方法。

埃凡斯是該單位首位女性員工。當時的動物產業局官員沒有想到可能會選擇女性。據傳聞，官員們在一次會議中聽到一名女科學家將加入他們的工作行列的「壞消息」時，他們充滿了驚愕，甚至「差點從椅子上跌下來」。

埃凡斯的回憶錄寫到：「就我而言，進入動物產業局純屬意外，因為長官在女性就業屏障上留下了一個漏洞，我不知不覺地就鑽了進去。」但這在女性就業可說是一個重要的里程碑，因為除非對美國公務員提出嚴重的投訴，否則埃凡斯不會被任意解僱。

所幸埃凡斯的頂頭上司，乳製品部長羅爾（B. H. Rawl）與研究主任羅傑斯（Lore A. Rogers），都不認同其他高級官員對女性的敵意。她在此研究主題是牛乳中各式各樣的細菌，並了解這些類型細菌的來源。同時，她也每年在大學選修一門課，以充實知識。

研究過程中，她的目光漸漸集中到一個特定的對象，一種致流產的傳染性微生物。

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本文轉載自中央研究院「研之有物」，為「中研院廣告」

• 採訪撰文｜林庭葦
• 責任編輯｜田偲妤
• 美術設計｜蔡宛潔

上古中國最常見的武器是「戈」？

說到中國的兵器，你可能會想到金庸武俠小說中的倚天劍、屠龍刀。事實上，我們熟悉的劍是從歐亞草原傳入中國。早在劍成為主流兵器前，在上古中國的戰場上，廣泛使用的兵器是青銅製的「戈」。中央研究院「研之有物」專訪院內歷史語言研究所李修平助研究員，透過研究殷墟出土的「銅三角援戈」，分析這些兵器之於墓主的意義，並解開晚商社會與區域互動的謎團。

在中央研究院歷史語言研究所的研究室裡，李修平助研究員揮舞著一把仿銅戈模型，一邊講解、一邊模擬商代士兵的作戰情形。

銅戈這類青銅器是用銅、錫、鉛為主的礦物冶煉鑄造而成，跟非金屬材料做的兵器截然不同。第一，銅戈相當鋒利，就算沒有正中敵人要害也會造成大量失血，攻擊效率極高。第二，石器要花時間打磨，但銅戈只要有夠多模具，就能大規模量產。第三，石器斷了就斷了，但銅戈就算鈍掉，磨一磨就能再用；就算爛掉，也能重鎔再製。

「銅戈彰顯了商代的軍事和科技實力，你不覺得這類兵器超猛的嗎！」李修平讚嘆古人的智慧，娓娓道來自己對銅戈與青銅器著迷的原因：

青銅器的鑄造技術就像當代的半導體，是上古中國最尖端的科技！

的確，與石器、玉器或陶器相比，青銅器的製造技術更複雜，從開採礦物、冶煉金屬，乃至鎔鑄器物，整套製程都需要高超的知識體系和工藝技術。

此外，李修平更從銅戈觀察到複雜的區域互動關係。目前，學界普遍認為「戈」是中國本土發展出的兵器，源自黃河流域，並往四周流傳。而青銅鑄造則是來自歐亞草原的外來技術，傳入中國後逐漸本土化，被用來製作各式禮、兵器，也包括銅戈。

根據目前的考古發現，在被視為「晚夏時期」的二里頭文化（西元前約 1750 至 1520 年）、「早商時期」的二里岡文化（西元前約 1510 至 1300 年）就已出土少量的銅戈。到了中、晚商時期，銅戈不僅大量出現於黃河中游的小屯文化（包括「花園莊期」與「殷墟文化」，西元前約 1320 至 1050 年），更散布於上古中國境內各地。不同地區銅戈的形制變化與出土脈絡，成為考古學家研究上古中國區域互動的重要材料。

考古學家如何還原文物身世？

在殷商時期，銅戈已是中國廣為使用的兵器，一支銅戈基本上具備：青銅製的「戈頭」、固定戈頭並可手執的「柲」、柲上端的「冒」，與柲下端的「鐏」。

戈頭又可大致分為用來攻擊的「援」、支撐柲的「內」（常見的造型有直內、曲內、管銎），以及位於兩部位銜接處的「闌」（分為上闌、側闌、下闌）。

為了讓戈頭在作戰時不會從柲上脫落，會在「援」或「內」上設計稱為「穿」的孔洞，可穿繩將戈頭和柲綁在一起。後來更出現了合瓦形的「管銎」，是形狀如兩塊瓦片圍成的孔洞，可讓柲直接穿過戈頭固定。

在形態各異的銅戈中，李修平注意到一種形狀特殊、數量稀少的「銅三角援戈」。與一般銅戈相比，銅三角援戈的主要特徵為：援呈三角形、援末有長方形穿、無上下闌。

銅三角援戈不僅造型特殊，更令人矚目的是，學者對於銅三角援戈的起源意見紛陳，目前至少包括「漢中盆地說」、「中原說」、「漢水流域說」與「涇渭三角地帶說」等不同說法。這也連帶影響其背後所反映的不同區域互動關係，形成眾說紛紜的局面。

根據目前的考古證據，在距今 3000 多年前的商代，銅三角援戈已見於上古中國各地，包括今日黃河流域的河南、河北、山東、山西、陝西，與長江流域的湖北、湖南與陝西南部等地。此外，殷墟所在的河南省安陽市，則出土近 20 件銅三角援戈。

為了藉由銅三角援戈此一個案，進一步探索商代複雜的區域互動關係，李修平首先分析史語所典藏的 4 件殷墟出土銅三角援戈。當中有 2 件「直內三角援戈」和 1 件「曲內管銎三角援戈」發現於洹河以西的小屯東北地（即一般所謂的「宮殿區」）。另有 1 件「直內三角援戈」發現於洹河以東的大司空村。

研究的起點，就得先從殷墟的地理位置，與文物的出土脈絡說起。

殷墟是商代晚期的王都遺址，其歷史可追溯至距今 3000 多年前，位於今日中國河南省安陽市的洹河流域，佔地廣袤，遍布大大小小的遺址。

史語所自 1928 至 1937 年間，陸續在殷墟進行 15 次考古發掘，在當年是首次由官方學術單位，在單一遺址中，進行長時間、大規模、系統性的考古發掘工作，奠定了中國考古學往後 90 餘年的發展。

為了尋找中國最早的文字──甲骨文，經過多年調查，史語所的考古學家前往安陽市西北部的小屯村，進行田野考古工作。由於小屯村以北發現大量的夯土台基，顯示此處曾是商代晚期的宮殿和宗廟的所在地，因而稱之為「小屯宮殿區」。此外，更在小屯宮殿區的西北方、洹河以北的侯家莊以北，發現了「西北岡王陵區」。

考古學家藉由解讀出土於殷墟的甲骨文，證實了歷史文獻上殷商王朝的存在。墓葬中更找到各式青銅製的禮、兵器，與《左傳》「國之大事，在祀與戎」的記載相符。毫無疑問，在不晚於殷商時期，「祭祀」和「戰爭」就是一個國家立足的根本。

在殷墟發掘的文物，皆有賴考古學家就其出土「脈絡」，還原身世背景。

除了觀察文物本身的形制、材質、刻紋等外在特徵之外，文物出土的地層、在遺址中的位置、周圍的其他遺存等，都是協助考古學家研究古人思想行為的關鍵。

李修平舉例，一件銅器在遺址的不同地方被發掘，可能暗示它所處的不同生命週期。例如在作坊附近發掘，可能是半成品或廢料；在居住區發掘，可能是使用中的物品；在垃圾坑發掘，可能是毀棄品；在墓葬中發掘，則可能是陪葬品。

從墓葬風格推算墓主身份地位？從戈的形狀看出區域互動可能性？

史語所典藏的 4 件殷墟出土銅三角援戈，有 3 件出自墓葬、1 件出自水井。首先，李修平從墓葬所在的位置、墓室的規模、陪葬品數量，以及是否有殉葬者，推測墓主的身分，與文物對墓主的個人意義。

舉例來說，直內三角援戈 R002108、R002109 皆出自小屯宮殿區的墓葬（這兩座墓葬的年代，均埋於「小屯宮殿區」形成之前）。雖然這兩把銅戈都做工精美、鋒利依舊，但出土墓葬的「排場」卻有所落差。

R002108 出自墓葬 M232，規模頗大，不但有殉葬者，還有眾多銅、石兵器，暗示墓主的身分地位與眾不同，生前可能有指揮作戰的能力。R002109 則出自墓葬 M270，規模較小、陪葬品也少，推測墓主在當地社群大概屬低階貴族。

李修平指出，上述兩件「直內三角援戈」雖然都出自墓葬，但這兩件兵器對於它們的擁有者來說，意義可能大不相同。

對墓葬 M270 墓主來說，R002109 是他為數不多的陪葬品中相對珍貴的器物。反觀墓葬 M232 墓主，不只陪葬品豐富，胸前還放了一把比 R002108 更精美、鑲有綠松石的曲內銅戈。此外，就陪葬品放置的位置來看，M232 墓主可能重視鑲嵌綠松石銅戈，更勝於 R002108。

此外，李修平也透過分析出土脈絡，為大司空村發掘的「直內三角援戈」R015552 拼湊出不同身世。

R015552 的前鋒圓鈍、內上沒有可穿繩的孔洞，作戰時戈頭容易與握柄分離。因此，李修平推測，這把銅戈可能不是實用兵器，而是作為儀杖或有其他用途。

此外，R015552 所在的墓葬位於殷墟的「東部工業區」，該地已發現生產各式骨器、陶器的作坊，或許也鑄造銅器，而此墓葬的位置正好位於骨器作坊的範圍。

因此，墓主的身分地位和所屬社群，可能與小屯宮殿區的政治菁英較遠，而與大司空村南地的工匠社群較近。

另一方面，李修平也從造型特殊的「曲內管銎三角援戈」R002130，觀察到區域互動的可能性。

R002130 的出土地點特殊，位於小屯宮殿區北部的一處水井內。這座水井出土的考古遺存數量豐富、材質多元，包括占卜用的甲骨、銅渣（代表附近可能有鑄銅活動），以及至少 21 件青銅兵器與工具。李修平推測，這些青銅器物的擁有者可能是生活或服務於小屯宮殿區的人員。

為什麼說「曲內管銎三角援戈」反映出區域互動的可能性呢？

首先，在二里頭文化時期至小屯文化時期，中原地區（黃河中下游、今日中國河南省一帶）出土的銅戈，其援部大多呈長條形，外觀呈現三角形者相對較少。如前所述，援部呈三角形的銅戈，究竟源於何地，仍有進一步討論的空間。

此外，能插入握柄的管銎設計，是北方式青銅器的特色，殷墟雖然有出土管銎銅戈，但數量遠不及無管銎設計的銅戈。

最後，曲內設計是中原地區銅戈常見的造型，最早見於二里頭文化時期，但融合「三角形援」和「曲內」這兩種設計的銅戈卻非常罕見。

李修平認為，「曲內管銎三角援戈」展現了各地物質文化元素在晚商王都交融的現象，也體現了商代工匠勇於實驗各種創新的銅戈設計，致力打造出能讓戈頭和握柄緊密結合的完美兵器。

「研究史語所收藏的殷墟出土銅三角援戈，只是研究的起點。」李修平表示：「直到今日，殷墟的考古工作已持續進行約 100 年，不僅累積龐大的材料，更發現種類豐富的『舶來品』。此外，在上古中國境內各地，也陸續發現五花八門的外來遺存。換句話說，運用脈絡比較分析法來研究上古中國的區域互動，其實才正要起步。」

跳脫「華夏中心史觀」！區域互動有多複雜？

「區域互動」的研究看似有很多材料可做，但李修平坦言，如果單純相信眼前的證據，很可能會誤入陷阱。

舉例來說，假設 3000 年後，外星人來到地球考古，發現臺灣是全世界晶片製造廠最密集的地方，他們可能會以為臺灣是半導體的發源地，但其實真正的發源地在美國。光是當代社會的物質文化都能推敲出多種可能，要推斷 3000 年前殷墟文物背後的區域互動關係，就更加困難。

李修平進一步指出，在中國考古學的研究中，當墓葬中出土了外來遺存，經常採用較籠統的說法。例如，某地「影響」了某地，又或者兩地之間存在某種「關係」，但詳細原因無法具體說明。特別是進入了夏、商、周時期，「華夏中心史觀」成為詮釋區域互動的基本預設。

其中一個例子，就是被學界視為夏朝晚期的二里頭文化與周邊地區的關係：一般認為，二里頭的物質文化就像太陽般輻射四方，只要在周遭地區看到類似的物質文化，很可能就是受到二里頭的「影響」。

「但這樣的論述其實有待商榷。」李修平點出爭議：「只因為看到這邊出土的陶器跟二里頭的陶器類似，就能斷定它被二里頭「影響」嗎？物質文化流傳的動力，是文化？是政治？是經濟？還是偶然的巧合？又或者是其它多重、複雜的因素？」

有關區域之間的「互動關係」，其內涵充滿各種可能性，諸如交換、模仿、貿易、移民、戰爭或殖民等原因，真相並沒有那麼單純。

因此，自 2020 年接手史語所安陽工作室以來，李修平就試圖跳脫「華夏中心史觀」，將上古中國的區域互動關係進行更細緻的梳理。

然而，研究過程並不容易，因為做研究必須跟著材料走，而不是跟著既有的、主流的論述走。如果有新的材料出土，就要接受已有的認識很可能被挑戰、甚至推翻的可能性。

「現代社會都這麼複雜了，古代社會也有它複雜的一面。」李修平望著眼前正在進行的研究，僅管還有許多難題未解，卻擋不住他躍躍欲試的心情。

「新的考古材料持續出土，不斷更新我們對古代世界的認識。儘管如此，考古學家仍要竭澤而漁，盡力蒐羅所有材料，試圖在相對穩固的基礎上，還原古代社會的複雜性，並提出比較合理的解釋。這是我做研究的基本態度。」

說起歐亞大陸北方的草原，你會想到什麼？一望無際的草原以外，牛、羊、馬這些馴化動物，起司、優格、馬奶酒等乳製品，最能代表遊牧民族的特色。

可是近來一系列考古學研究指出，這些草原特色的歷史其實只有五千年。奇妙的是，當草原族群開始食用乳製品後，長距離移民潮似乎也隨之發生。

在牙結石尋找乳蛋白

一個地方為什麼會是草原？從資源的角度來看，就是此地的天然條件貧乏到長不出樹木，又豐富到不至於成為荒原。對人類而言，歐亞草原這種環境很不容易種植農作物。人不能吃草，所幸動物可以，因此能夠吃草，轉化草地資源為人所用的馴化動物，能幫助人類適應草原。

不同的馴化動物，有不同用法。養殖的牛、羊，可以宰殺後吃牠們的肉；也能長期飼養，採收毛、奶等產品。對於巡迴於草原的遊牧族群，擁有大量牛、羊，就像定居農夫的韭菜田、高粱田，能夠定期收割。

不過生乳無法保存太久，這就是加工製成乳製品的重要性。

歐亞大陸北方，從西端的匈牙利到東端的蒙古、中國東北，存在一片連續的歐亞草原。草原居民何時學會利用乳製品？

歐亞草原的西部，大概距今 5000 年前邁入青銅時代。最近發表的一項研究，調查青銅時代之前到之後，56 位古人的牙結石樣本，分析其中是否含有乳蛋白。

探討古代人是否喝奶或食用乳製品，有幾種化學分析的辦法，一種是偵測牙結石中的乳蛋白。人類每天吃喝，有些食物會形成牙結石的一部分；牙結石質地非常堅硬，去世很久以後，裡頭的蛋白質、DNA 等成分仍有可能保留。

取自遺骸的牙結石樣本中若是沒見到乳蛋白，當事人未必不會吃奶；如果有，生前應該吃過不少。但是光憑乳蛋白，無法分辨來自直接喝奶或是吃起司等形式。

早於青銅時代，草原人不吃奶

樣本來自黑海與裏海北方，窩瓦河（Volga）、頓河（Don）流域草原的遺址，現在屬於俄羅斯西南部。年代距今 3700 到 6600 年前，大致可分為 3 個時期：早於 5300 年前的銅石並用時代、4500 到 5300 年前的青銅時代早期、3700 到 4500 年前的青銅時代中期、晚期。

距今 6000 到 6600 年前間的銅石並用時代，靠近窩瓦河的 5 處遺址，11 位居民中有 10 位的牙結石沒有見到乳蛋白，只有 1 位疑似有偵測到，但是不確定。

考古材料看來，歐亞草原西部那時的資源來自採集植物、捕魚，以及馴化動物。根據現有證據推敲，此一時期的飲食尚未依賴乳製品。

比上述區域更東方的中亞哈薩克草原，超過距今 5500 年，銅石並用時代的波泰文化（Botai），是考古學判斷最早出現馴化馬的地點（不過遺傳上，波泰馬和後世的馴化馬沒有直接關係），也有跡象指出波泰人會食用馬乳。但是這回分析 2 位波泰人的牙結石，都沒有偵測到乳蛋白。

青銅時代開始後，草原才有乳製品

青銅時代早期，草原西部歸類為顏那亞文化（Yamnaya）的居民，16 人中有 15 人的牙結石含有乳製品，而且都源自超過一種動物，推測是山羊、綿羊、牛。

另外值得一提的是，Krivyanskiy 9 遺址出土的 2 人偵測到源於馬的乳蛋白；該遺址距今約 4600 到 5300 年，這是至今能確定最早食用馬乳的人。

非常明顯，頓河、窩瓦河到烏拉山一帶的草原，較早的銅石並用時代缺乏吃奶的證據，隨後距今 5000 年前之後的青銅時代，到處都在吃奶，各種奶。

草原地區發生十分明顯的文化轉變，是否和移民有關呢？草原地區在青銅時代，有些人配備能追溯到歐洲農夫的 DNA。但是歐亞大陸西部草原，早晚兩個時期的居民，遺傳上基本是同一款人，都以所謂的草原祖源為主。

古代遺傳學分析時，常以俄羅斯西南部的薩馬拉地區，距今 5000 年左右的顏那亞文化樣本代表「草原祖源（steppe ancestry）」。往更早以前摸索的話，分別能追溯到「東方採集狩獵族群（Eastern Hunter-Gatherer，簡稱 EHG）」和「高加索採集狩獵族群（Caucasus Hunter-Gatherer，簡稱 CHG）」；不過在顏那亞文化的時代，兩款祖源已經在草原西部合體，並且隨著之後的移民潮廣傳各地。

繼青銅時代早期之後，距今 3700 到 4500 年前的青銅時代中晚期，這回分析中的 19 人中有 15 人的牙結石偵測到乳蛋白，草原地區的吃奶文化顯然是延續下來，但是沒有見到馬乳。

養牛比較耗水，羊較為耐旱，草原人全都要。

乳製品不久後就傳到東方的蒙古

新發表的論文主張，草原地帶的居民在五千年前開始吃奶（成人或許是吃發酵後的乳製品），形成新型態的遊牧文化，與草原居民的遷徙密切相關。

考古和古代 DNA 研究都明確指出，草原西部的顏那亞文化居民向東方移民，到中亞的阿爾泰山一帶形成阿凡納謝夫文化（Afanasievo），最東還抵達蒙古的杭愛山，東西相距 1500 公里之遙。

之前發表的論文也報告，蒙古西側在 5000 年前，首度出現食用乳製品的跡象。乳製品是易於保存、攜帶的優良資源。目前證據顯示，草原西部開始利用乳製品後，不久便被移民帶到東方。

在草原東部，一開始由外來移民引進的牧業和乳製品，後來成為當地生產資源的一部分。有個有趣的案例出現在新疆南部，塔里木盆地的小河遺址。當地距今約 4000 年的木乃伊，面貌看似有西方特徵，也出土起司等西方風格的玩意。

驚奇的是，最近古代 DNA 分析發現，小河遺址的居民遺傳上毫無西方成分，卻也和現代的東方族群截然不同，血緣上其實是早期北亞人群的孤傳後裔。另外他們的牙結石也普遍存在乳蛋白。

儘管和一千年前來自西方的移民，血緣上毫無關係，這群古新疆人仍然將外來的乳製品技術納為己用，成為在艱困的塔克拉瑪干沙漠中生存的資本。

• 延伸閱讀：小河公主等4000年前新疆人，遺傳不是西方人，也不是現在的東方人

利用最近累積的一系列新知，可以衍生思考人類歷史上三個重要問題：第一，乳製品文化的發展。第二，成年後消化乳糖的基因變異。第三，馬在草原的角色。

草原遊牧，受到定居農業族群影響

牛羊和乳製品彷彿草原的標誌，可是和其他地方相比，它們更晚才進入歐亞草原。牛、山羊、綿羊這些動物，最初都是在中東馴化，後來隨著新石器時代的移民潮傳入歐洲。

中東、歐洲的定居農村，不但比草原地帶更早開始畜牧業，也是乳製品加工的老前輩。中東最早的乳製品歷史至少有 9000 年，距今 7000 年前之際，地中海沿岸的歐洲南部、中東西部、非洲北部都已經出現乳製品。

與中東、歐洲的定居畜牧不同，牛、羊距今 8000 年前傳入處於非洲濕潤期的北非後，衍生出遊牧的生活方式，至少在距今 7000 年前已經會利用乳製品。不過隨著氣候愈來愈乾燥，北非漸漸由綠色撒哈拉變成撒哈拉沙漠，不再適宜遊牧，甚至是繼續過日子。

相比之下，歐亞草原的牧業轉型更遲，距今 5000 多年前才發生。新石器時代的定居農村，畜牧許久以後，鄰居的草原居民仍長期不會食用乳製品。不過草原地區一旦展開酪農業，隨即發生翻天覆地的變化。

遊牧族群的酪農業和馬車一樣，也是人類兩大生活方式，定居農業和草原遊牧碰撞後的結果，而且帶來極為深遠的影響。只是草原開始酪農業，比馬車更早一千年。

酪農業和乳製品並非源自草原，而是出現很久以後才傳入草原。

長期吃奶的人類，乳糖不耐一直不是問題

講到吃奶的歷史，不能不提「乳糖酶持續性（lactase persistence，簡稱 LP）」。人類消化乳糖的酵素「乳糖酶」，原本在成年後會失去作用。有些人配備的 DNA 變異卻會改變基因調控的方式，讓乳糖酶在成年後繼續工作。

現代歐洲人群超過 60% 擁有乳糖酶持續性，不少學者原本以為歷史上，它和人類食用乳製品是同步發展。但是近年古代 DNA 研究發現，一直到青銅時代在距今 3000 年前結束之際，LP 遺傳變異依然小眾。至於草原東部，長期仰賴遊牧過活的蒙古人、哈薩克族，比例從來沒有變高。

也就是說，維持成年後乳糖酶表現的突變，要等到人類食用乳製品的好幾千年過後才有點存在感，又經歷更久才普及（非洲狀況可能和歐洲類似）。

• 延伸閱讀：德國青銅時代的戰士們，大多乳糖不耐

想來或許沒有那麼離奇：發酵不但能延長生乳保存期限，更能轉化乳糖，避免消化問題；而非常初期的畜牧業者，已經學會這些知識。

成年後消化乳糖的能力和吃奶沒有關係，人類吃奶非常久以後，乳糖酶持續性才在某些地方變得普及。

草原初期的遊牧者，尚未成為騎馬遊牧民

在草原環境發揮大用，並促進青銅時代早期遷徙的馴化牛、馴化羊、酪農業、車輪都不是草原原產。奇妙的是，真正源自草原的馬，在最初一千年的移民潮中，卻沒有起到什麼作用。

最近台灣翻譯出版 2007 年的《馬、車輪和語言：歐亞草原的騎馬者如何形塑古代文明與現代世界》，作者大衛．安東尼（David Anthony）長期提倡馴化馬的重要性，影響廣泛，2021 年才認識也不嫌遲。但是有些安東尼當年的論點必需修正（他的名字也在最近的論文中）。

安東尼的觀點是，歐亞草原西部的牧民，在五千多年前已經擁有馴化馬，獲得大範圍移動的能力，使得他們可以長距離遷徙，促進青銅時代早期的移民潮。

和乳製品同時發表的另一篇論文，透過古代 DNA 分析，判斷馴化馬起源於歐亞草原的西部，在距今 4200 年前過後才向外傳播。由此推論，任何超過四千多年前的移民，遷徙時都無法獲得馴化馬協助。

五千年前歐亞草原邁入大交流時代，但是草原族群在隨後的一千年，都尚未成為日本學者所謂的「騎馬遊牧民」。騎馬放牧的場景，那時還沒有出現。

• 各路學者們走過漫長的路，才終於來到這地方：追尋馴化馬的起源：歐亞草原西部，4200年前

西方人不吃馬乳，蒙古人很愛？

還有一個論點也值得玩味。安東尼認為，歐亞草原西部的人與野生馬長期互動，取得肉、乳、毛皮等資源，也成為馴化的動機，後來才衍生出騎乘與交通的功能。

可是新研究中，只有 2 位五千年前左右的人確認吃過馬乳，其他通通沒有，而同時期幾乎所有人都吃過不少牛乳、羊乳。中亞草原的波泰遺址也很奇妙，當地的陶器裝過馬乳，2 位居民的牙結石卻沒有偵測到乳蛋白。

樣本仍非常有限，不過暫時能推論，馬奶在當時即使是食物之一，吃的量可能也不大。馬乳在草原西部，至少到青銅時代結束時，應該都不是普遍的食物。馬被馴化的動機，或許和需求馬乳的關係有限。

草原東方的蒙古，距今 3200 年前才傳入馴化馬（中原也差不多是這個時期）。可以肯定存在過馬車，不過不清楚有多普及。

• 延伸閱讀：蒙古5000年，牛羊馬駱駝，乳製品的歷史 

乳製品方面有趣的是，馬傳入蒙古後，蒙古居民的牙結石中馬上能偵測到馬乳蛋白，和草原西部的利用方式明顯有別。草原東西兩邊為什麼發展出不同的遊牧文化，也是有趣的問題。

已知樣本不多，不過馬引進蒙古以後，青銅時代晚期、鐵器時代、匈奴、蒙古帝國時期的蒙古人都會吃馬乳。馬奶適合發酵製成馬奶酒，可能在蒙古帝國時期已經流行。

草原遊牧新文化

草原位於歐亞大陸的中央，與周圍地區屢有互動，互相影響。

許多我們印象中最能代表草原特色的事物，最初其實是外地引進，卻非常適合草原，經過一段時間的磨合後大放異彩，反而成為長久以來的草原招牌。牧牛、牧羊、酪農業、車輪、金屬裝備等都是如此。另一方面，從草原向外傳播的馬，也徹底改變了人類大歷史。

從五千年前開始，歐亞草原就成為流動性很強的地帶。近來新研究比較出乎意料的發現是，草原最初期大規模遷徙時，還沒有馬的戲份，卻與乳製品關係密切。後來在四千多年前加入的馬，很快成為草原遊牧文化的重要角色，而人與人的連結一旦建立，就再也回不去了。

延伸閱讀

• 短篇 蒙古人每年製作優格，但是對乳酸菌毫無概念！？ 
• 蒙古5000年，牛羊馬駱駝，乳製品的歷史 
• 蒙古3000多年前的人類DNA，牙結石中的乳製品
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• 短篇 7000多年前，非洲最早的乳製品
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• 小河公主等4000年前新疆人，遺傳不是西方人，也不是現在的東方人
• 蒙古遺傳史(上)匈奴以前
• 中亞草原，貝加爾湖，印歐語在亞洲的傳播
• 中亞南亞遺傳史(上)伊朗，圖蘭，巴克特里亞－馬爾吉阿納
• 《馬、車輪和語言》：追尋駿馬與車輪的草原足跡，重新理解現代世界的歷史開端
• 追尋馴化馬的起源：歐亞草原西部，4200年前
• 蒙古草原最早的馬，距今3200多年
• 蒙古青銅時代Deer stone-Khirgisuur，怎麼建築鹿石陣？
• 短篇 羊牛馬駱駝，四千年來絲路高地上的畜牧生活

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本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。