Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

1

7
1

文字

分享

1
7
1

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!

寒波_96
・2021/11/24 ・7404字 ・閱讀時間約 15 分鐘

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。

動物的奶無法保存太久,加工製成乳製品是相當重要的適應。圖/How can you eat dairy if you lack the gene for digesting it?

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
歐亞大陸各地,出現乳製品的幾處知名遺址及其年代。圖/參考資料 5

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
距今 6000 到 6600 年前的銅石並用時代,牙結石樣本中都沒有偵測到乳蛋白。圖/參考資料 1

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

距今 4500 到 5300 年前的青銅時代早期,16 人中有 15 人的牙結石含有乳蛋白,皆源自超過一種動物。圖/參考資料 1

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

養牛比較耗水,羊較為耐旱,草原人全都要。

距今 3700 到 4500 年前的青銅時代中期、晚期,19 人中有 15 人的牙結石含有乳蛋白。圖/參考資料 1

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。

蒙古地區的牙結石樣本中,各種動物乳蛋白出現的年代。圖/參考資料 5

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

小河遺址出土類似克非爾(kefir)的乳製品。圖/ healthygutbugs

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
地中海周圍,出現乳製品的地點及其年代。圖/參考資料 8

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)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
蒙古牧民懂得將生乳發酵製成優格。圖/ What Bacterial Cultures Reveal About Ours

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。

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。

蒙古草原在青銅時代,率先出現馴化馬的鹿石文化遺址中,出土的雙輪馬車。圖/參考資料 13

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。

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。

歐亞草原東方,和馴化馬有關的幾個年代。圖/參考資料 12

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

參考資料

  1. Wilkin, S., Ventresca Miller, A., Fernandes, R., Spengler, R., Taylor, W. T. T., Brown, D. R., … & Boivin, N. (2021). Dairying enabled Early Bronze Age Yamnaya steppe expansions. Nature, 598(7882), 629-633.
  2. Milk enabled massive steppe migration
  3. Milk fueled Bronze Age expansion of ‘eastern cowboys’ into Europe
  4. Anthony, D. W., & Brown, D. R. (2011). The secondary products revolution, horse-riding, and mounted warfare. Journal of World Prehistory, 24(2), 131-160.
  5. Wilkin, S., Miller, A. V., Taylor, W. T., Miller, B. K., Hagan, R. W., Bleasdale, M., … & Hendy, J. (2020). Dairy pastoralism sustained eastern Eurasian steppe populations for 5,000 years. Nature ecology & evolution, 4(3), 346-355.
  6. Jeong, C., Wang, K., Wilkin, S., Taylor, W. T. T., Miller, B. K., Bemmann, J. H., … & Warinner, C. (2020). A dynamic 6,000-year genetic history of Eurasia’s Eastern Steppe. Cell, 183(4), 890-904.
  7. Zhang, F., Ning, C., Scott, A., Fu, Q., Bjørn, R., Li, W., … & Cui, Y. (2021). The genomic origins of the Bronze Age Tarim Basin mummies. Nature, 1-6.
  8. McClure, S. B., Magill, C., Podrug, E., Moore, A. M., Harper, T. K., Culleton, B. J., … & Freeman, K. H. (2018). Fatty acid specific δ13C values reveal earliest Mediterranean cheese production 7,200 years ago. PloS one, 13(9), e0202807.
  9. Ségurel, L., & Bon, C. (2017). On the evolution of lactase persistence in humans. Annual review of genomics and human genetics,, 18.
  10. Burger, J., Link, V., Blöcher, J., Schulz, A., Sell, C., Pochon, Z., … & Reyna-Blanco, C. S. (2020). Low Prevalence of Lactase Persistence in Bronze Age Europe Indicates Ongoing Strong Selection over the Last 3,000 Years. Current Biology.
  11. Librado, P., Khan, N., Fages, A., Kusliy, M. A., Suchan, T., Tonasso-Calvière, L., … & Hansen, S. (2021). The origins and spread of domestic horses from the Western Eurasian steppes. Nature, 1-7.
  12. Taylor, W. T. T., Jargalan, B., Lowry, K. B., Clark, J., Tuvshinjargal, T., & Bayarsaikhan, J. (2017). A Bayesian chronology for early domestic horse use in the Eastern Steppe. Journal of Archaeological Science, 81, 49-58.
  13. Taylor, W. T., Cao, J., Fan, W., Ma, X., Hou, Y., Wang, J., … & Miller, B. (2021). Understanding early horse transport in eastern Eurasia through analysis of equine dentition. Antiquity, 1-17.

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
寒波_96
193 篇文章 ・ 1090 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

👉 更多研華Edge AI解決方案
👉 立即申請Server租借

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
翻越性別高牆 打破生乳營養迷思 埃凡斯促成牛奶滅菌(1)
顯微觀點_96
・2024/07/24 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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)。

Alice C Evans。圖片來源:PICRYL public domain

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

查看原始文章

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

1

7
1

文字

分享

1
7
1
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!
寒波_96
・2021/11/24 ・7404字 ・閱讀時間約 15 分鐘

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。

動物的奶無法保存太久,加工製成乳製品是相當重要的適應。圖/How can you eat dairy if you lack the gene for digesting it?

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
歐亞大陸各地,出現乳製品的幾處知名遺址及其年代。圖/參考資料 5

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
距今 6000 到 6600 年前的銅石並用時代,牙結石樣本中都沒有偵測到乳蛋白。圖/參考資料 1

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

距今 4500 到 5300 年前的青銅時代早期,16 人中有 15 人的牙結石含有乳蛋白,皆源自超過一種動物。圖/參考資料 1

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

養牛比較耗水,羊較為耐旱,草原人全都要。

距今 3700 到 4500 年前的青銅時代中期、晚期,19 人中有 15 人的牙結石含有乳蛋白。圖/參考資料 1

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。

蒙古地區的牙結石樣本中,各種動物乳蛋白出現的年代。圖/參考資料 5

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

小河遺址出土類似克非爾(kefir)的乳製品。圖/ healthygutbugs

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
地中海周圍,出現乳製品的地點及其年代。圖/參考資料 8

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)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
蒙古牧民懂得將生乳發酵製成優格。圖/ What Bacterial Cultures Reveal About Ours

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。

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。

蒙古草原在青銅時代,率先出現馴化馬的鹿石文化遺址中,出土的雙輪馬車。圖/參考資料 13

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。

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。

歐亞草原東方,和馴化馬有關的幾個年代。圖/參考資料 12

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

參考資料

  1. Wilkin, S., Ventresca Miller, A., Fernandes, R., Spengler, R., Taylor, W. T. T., Brown, D. R., … & Boivin, N. (2021). Dairying enabled Early Bronze Age Yamnaya steppe expansions. Nature, 598(7882), 629-633.
  2. Milk enabled massive steppe migration
  3. Milk fueled Bronze Age expansion of ‘eastern cowboys’ into Europe
  4. Anthony, D. W., & Brown, D. R. (2011). The secondary products revolution, horse-riding, and mounted warfare. Journal of World Prehistory, 24(2), 131-160.
  5. Wilkin, S., Miller, A. V., Taylor, W. T., Miller, B. K., Hagan, R. W., Bleasdale, M., … & Hendy, J. (2020). Dairy pastoralism sustained eastern Eurasian steppe populations for 5,000 years. Nature ecology & evolution, 4(3), 346-355.
  6. Jeong, C., Wang, K., Wilkin, S., Taylor, W. T. T., Miller, B. K., Bemmann, J. H., … & Warinner, C. (2020). A dynamic 6,000-year genetic history of Eurasia’s Eastern Steppe. Cell, 183(4), 890-904.
  7. Zhang, F., Ning, C., Scott, A., Fu, Q., Bjørn, R., Li, W., … & Cui, Y. (2021). The genomic origins of the Bronze Age Tarim Basin mummies. Nature, 1-6.
  8. McClure, S. B., Magill, C., Podrug, E., Moore, A. M., Harper, T. K., Culleton, B. J., … & Freeman, K. H. (2018). Fatty acid specific δ13C values reveal earliest Mediterranean cheese production 7,200 years ago. PloS one, 13(9), e0202807.
  9. Ségurel, L., & Bon, C. (2017). On the evolution of lactase persistence in humans. Annual review of genomics and human genetics,, 18.
  10. Burger, J., Link, V., Blöcher, J., Schulz, A., Sell, C., Pochon, Z., … & Reyna-Blanco, C. S. (2020). Low Prevalence of Lactase Persistence in Bronze Age Europe Indicates Ongoing Strong Selection over the Last 3,000 Years. Current Biology.
  11. Librado, P., Khan, N., Fages, A., Kusliy, M. A., Suchan, T., Tonasso-Calvière, L., … & Hansen, S. (2021). The origins and spread of domestic horses from the Western Eurasian steppes. Nature, 1-7.
  12. Taylor, W. T. T., Jargalan, B., Lowry, K. B., Clark, J., Tuvshinjargal, T., & Bayarsaikhan, J. (2017). A Bayesian chronology for early domestic horse use in the Eastern Steppe. Journal of Archaeological Science, 81, 49-58.
  13. Taylor, W. T., Cao, J., Fan, W., Ma, X., Hou, Y., Wang, J., … & Miller, B. (2021). Understanding early horse transport in eastern Eurasia through analysis of equine dentition. Antiquity, 1-17.

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
寒波_96
193 篇文章 ・ 1090 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
「銅戈」有哪些獨特優勢和設計奧秘?上古中國區域互動有多複雜?——專訪中研院歷史語言研究所李修平助研究員
研之有物│中央研究院_96
・2024/04/15 ・6432字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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。

中央研究院歷史語言研究所李修平助研究員,手上揮舞著仿銅戈模型,介紹源自上古中國的尖端兵器。
圖|之有物

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

中央研究院歷史文物陳列館展出從殷商到東周時期的銅戈,從中可觀察銅戈形制的變化。到了西周中期以後,戈的形制逐漸固定,戈頭末端已普遍流行名為「胡」的延長設計,可增加鑽孔空間,方便穿繩將握柄牢牢綁在戈頭上。圖為東周的長胡戈。
圖|之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

考古學家如何還原文物身世?

銅戈基本構造圖解
圖|研之有物

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」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

銅戈的「內」常見的造型有:直內、曲內、管銎。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
銅三角援戈基本構造圖解
圖|研之有物

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。

圖為 4 件銅三角援戈在殷墟的發現地
圖|中央研究院歷史語言研究所、李修平提供

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

1936 年春,史語所考古團隊在小屯村北的張家七畝地,發掘關鍵的 YH127 坑,出土 17,096 片記載殷商王室祭祀活動的甲骨。圖為工作人員正在將整塊埋有甲骨的土層挖出,準備裝箱運回南京的研究室清理。右方踞於箱上為李濟,其後穿淺色背心坐者為高去尋,其後為李景聃。
圖|中央研究院歷史語言研究所

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

「戈」除了作為兵器,也可做禮器使用。圖為殷墟小屯宮殿區 331 號墓出土的「玉援銅內戈」,其援部是玉製,功能可能類似領導者手持的儀仗。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

「直內三角援戈」R002108(上)、R002109(下)都出自墓葬,風格各具特色,但從出土脈絡推測,這兩件兵器對於它們的擁有者來說,意義可能大不相同。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

「直內三角援戈」R015552,發掘自大司空村墓葬,當地在商代晚期是作坊區,因而推測墓主身分應與工匠社群有關。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

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。

「曲內管銎三角援戈」R002130,展現各地物質文化元素在晚商王都交融的現象,也體現商代工匠勇於實驗各種創新的銅戈設計。
圖|中央研究院歷史語言研究所(擷取自李修平,〈從考古脈絡論史語所藏殷墟出土銅三角援戈〉;施汝瑛拍攝)

「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?

李修平自 2020 年起,接手史語所安陽工作室的主持工作,他試圖跳脫「華夏中心史觀」,將上古中國的區域互動關係進行更細致的梳理。
圖|研之有物

「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。」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3654 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook