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15 萬年前住在哈爾濱的「龍人」到底是誰?真的是丹尼索瓦人嗎?

寒波_96
・2021/12/17 ・7847字 ・閱讀時間約 16 分鐘

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探索滅絕古代人類的領域「古人類學」,2021 年一大焦點是 6 月發表的「龍人(Homo longi)」。這項研究確實增加我們對人類演化史的認識,遺憾的是,論文許多分析令人大失所望,無法提供有意義的新知識。

醜話說在前面,我對龍人研究的個人觀點是:「頂級的材料,瑣碎的分析,悲劇的論述」。

請注意,本文包含古人類遺骸的圖像。

龍人面相重建圖,看看就好,重點是髮型要亂。圖/參考資料 1

有中國特色的化石研究

龍人是一件只有頭骨上半部的化石。新聞賦予它的起源故事滿溢著中國價值,大意是,1933 年時日本佔領中國的東北,一位中國人替日本人在松花江修橋時發現這件化石,覺得很有價值就偷偷藏起來,一直到 2018 年才送到專家手中。

如此傳奇的劇情,《尚氣》續集可以考慮一下。不論上述故事有多真實,龍人都失去出土的脈絡,嚴格的資訊來源只有這件化石本身。但是研究者依然找到可能是化石所屬的地層,進行一番分析,我們就姑且信之。

相關研究最後被編織為 3 篇論文,一篇講化石型態和親緣分析,一篇講地質背景和化學分析,一篇專門命名新物種。參與的研究者主要是中國科學家,還拉到英國大佬史傳奇(Chris Stringer)入夥。這件哈爾濱出土的頭骨,被定義為新的古人類物種「龍人」,學名 Homo longi,龍之名號來自黑龍江。

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值得注意的是,命名新物種的那篇論文,史傳奇並沒有掛名。3 篇論文都發表於 The Innovation,這是一家 2020 年才開始運作的新期刊,名義上掛在 Cell 旗下(Cell 旗下還有 Current Biology、Plant Cell 等期刊),應該是在中國營運。它之前默默無聞,大部分發表和中國科學家有關的論文,這次藉著龍人大肆炒作,很多人才第一次知道。

3 篇論文報告的一系列分析,有些相對可靠,某些非常離譜。比較可靠的有:頭骨內的微量元素和地層類似,故推論頭骨是哈爾濱當地人。腦容量 1420 cc,比大部份智人、已知的尼安德塔人都更大。根據化石 10 處取樣的鈾系定年法,估計距今最少 14.8 萬年。

龍人頭骨面面觀。圖/參考資料 1

型態上,龍人和一些出土於東亞北部的化石最接近,包括陝西的大荔人( Dali,距今 24 到 32.7 萬年前間某個時候)、遼寧的金牛山人( Jinniushan,距今超過 20 萬年)、安徽的華龍洞人(Hualongdong,距今 26.5 到 34.5 萬年前),龍人自己是 14.8 萬年,算最晚的。

光看上述資訊,已經足以建立龍人在人類演化史中,時間、空間、特徵的大致定位:距今 20 到 30 多萬年前,有一群人住在東亞北部,龍人是他們延續到十幾萬年前的後裔。

然而論文的後續分析和詮釋,徹底毀了這項研究。某幾位中國作者受訪的說法,也能看出他們對人類演化的認識,偏差有點嚴重。

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龍人就是丹尼索瓦人?證據嚴重不足

將不同樣本擺在一起,根據相同或相異的特徵製作演化樹,探討彼此間的關係,是常見的分析手段。遺傳或型態特徵都可以用於建構演化樹,不一定哪種比較準。這項研究使用許多化石的型態特徵,建立一個大資料庫,煞有介事地畫出一顆大樹,但是……

夏河下顎,根據裡頭殘存的蛋白質片段,判斷來自一位丹尼索瓦人。沒有證據支持它可以跟龍人頭骨湊成一組。圖/Credit: Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

熟悉古人類學的人,想必能從論文的「演化樹」中看出不少趣味。最值得「稱道」的是,它將青藏高原東部出土,距今 16 萬年的夏河下顎(Xiahe),歸類成龍人的最近親。

而夏河下顎來自一位丹尼索瓦人,對於這種最初由古代 DNA 得知的古人類,我們對其型態特徵所知仍很有限。這讓不少人興奮:看啊這就是丹尼索瓦人的人頭!

可是龍人化石是頭骨上半部加上第二大臼齒,夏河下顎是半截下顎加上幾顆牙齒,除了臼齒型態有些相似,兩件化石彼此間根本毫無重複之處,這樣硬逼程式畫出來的演化樹能信嗎?

型態接近龍人的大荔人、金牛山人都只有頭骨,和龍人的相似算是肉眼可見;華龍洞人在頭骨之外還有幾個牙齒,但是他們的臼齒和丹尼索瓦人應該不像。

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總之,要說大荔人、金牛山人、華龍洞人、龍人這一群人,和丹尼索瓦人最接近,我想光是考慮型態特徵都說不通。

根據眾多古人類化石,型態特徵建構的演化樹。整棵樹到處都是問題。圖/參考資料 1

尼安德塔人最近的親戚,是丹尼索瓦人吧?

另一點匪夷所思的,是某些論文作者對媒體表示「過去認為智人的親戚關係和尼安德塔人最近,但是龍人和智人更近。」

主張「龍人和智人的親戚關係最近」是因為論文建構的演化樹中,龍人、大荔人、夏河下顎等被歸為一群,所有智人樣本同屬另一群,上述兩群彼此最接近,更早之前和尼安德塔人分家。

但是論文作者的認知很明顯是錯誤的。在 2021 年,早就由古代 DNA 和蛋白質的大量分析得知,尼安德塔人和丹尼索瓦人的親戚關係最接近,智人比較遠;也因此論文提出的演化關係,違反當下最扎實的證據。並不是說遺傳材料的價值超過型態材料,而是兩個論點相比,哪邊證據更合適。

由細胞核 DNA 建構,智人、尼安德塔人與丹尼索瓦人間的親戚關係。

論文建構的演化關係,至少還有兩處問題很大,一處是東亞其他化石的位置。納入比較的東亞化石,一部分和龍人歸為同一群,但是年代和龍人相近的馬霸人(Maba)、許昌人(Xuchang),都與尼安德塔人、龍人、智人更早分家。

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更仔細看,許昌人、馬霸人又和印度的 Narmada 最近,而東非的 Ndutu 則夾在許昌人那群和尼安德塔人之間。不是不可能,但是未免太跳 tone。

龍人跟智人最接近?但是龍人那群什麼人都有

另一處問題是,龍人所屬的支系除了東亞化石以外,還包含多件年代與地理皆差異頗大的化石。包括西班牙超過距今 70 萬年的前人(Homo antecessor)、肯亞 20 到 30 萬年前的 Eliye Springs、摩洛哥的 Rabat、德國的 Steinheim(沒那麼確定該歸類為哪款人)。

你說這批時空差異甚遠的非洲人、歐洲人、東亞人之間的親戚關係,會比其他一大堆人更接近?!

還有一項佐證來自古代蛋白質的分析。前人化石只在西班牙一處遺址出土過,沒有從中取得古代 DNA,但是獲得一些蛋白質片段,藉此得知智人、尼安德塔人、丹尼索瓦人的共同祖先,和前人是平行的。這與龍人論文建構的演化樹可謂天差地別。

事實上,在論文的附錄 S-Figure 20 中,還有另一棵演化樹,將前人置於比較合理的位置;但是論文內文提到一次以外,並不強調 Figure S20,我想讀者也不用浪費時間。

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論文的附錄圖 21,依然有明顯問題,但是較為合理的演化樹。儘管論文作者並不太青睞這棵樹。圖/參考資料 1

看到這兒,有人在心裡痛罵這是瞧不起型態分析,獨尊遺傳學證據嗎?提醒諸君,我們怎麼知道夏河下顎是丹尼索瓦人呢?就是用裡頭殘留的蛋白質判斷的。假如一類證據合意就採用,不合意就不看,那便不叫科學研究了。

我個人的意見是,這批樣本間當然有個關係存在,演化樹也常常不會 100% 符合實際的親緣關係;但是根據殘缺型態特徵,硬畫的演化樹,不符合其他證據的可疑之處未免太多,也使得後續衍生的分析沒有任何意義。

算出來智人的共同祖先在 77 萬年前?都不覺得哪邊不對勁嗎!

一句「沒意義」不太負責,我們繼續看再來有多離譜。這一系列分析與詮釋的災難,並沒有在論文作者自我感覺良好的錯亂演化樹後結束,論文接下來的一手是,將型態特徵當作遺傳變異來用。

根據 DNA 或蛋白質的差異,可以估計不同樣本的分家時間、遺傳交流等事件,比方說根據古代 DNA 的差異,估計尼安德塔人和丹尼索瓦人約在 40 多萬年前分家,他們和智人則是 55 到 77 萬年前。而三種人群之間,幾萬年前又發生過幾次情慾流動。

根據蛋白質差異建構的演化樹。前人化石殘存的蛋白質很有限,可以比較的材料很殘缺,所以這棵樹中,尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人的關係,和利用完整基因組 DNA 建構的演化樹不同;不過還是可以判斷,三種人彼此較近,和前人的分枝平行。圖/參考資料 12

龍人研究者把型態當 DNA 玩,依樣畫葫蘆得到:龍人和智人約在 94.9 萬年前分家,他們和尼安德塔人則是 100.7 萬年前。到這邊,已經超越遺傳或型態證據的問題,因為最近正經的型態學分析,對於尼安德塔人和智人共同祖先的年代估計,並不會超過一百萬年!!

各位讀者若有興趣,可以自行從其他分枝位置尋找樂趣。這兒提供一條:智人的共同祖先為 77 萬年前,而非洲外的智人是 41.6 萬年前……Errrr,智人到底多久以前有共同祖先,我還真不敢說,但是去問熟悉這個領域的人,大部分都會說 77 萬年早的離譜。

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其實整個看下來不難察覺,這些年代估計都是高估,某些參數設定的問題肯定超級大。見到這種跟一大堆研究不符合,「只有我懂」的結果不斷出現,還敢大辣辣放上論文發表,真的已經超越使用型態或遺傳材料的層次,而是將整個古人類學領域的人當作白痴。

天啊,連幾 % 情慾流動都算得出來,搞到跟真的一樣。圖/參考資料 1

災難至此還沒結束,論文貫徹有資料就可以硬套公式的精神,最後用型態變化的程度,估計各地區與支系的情慾流動,物種誕生方式之類的。不禁讓寫不出論文的研究人員感慨,有些領域一旦掌握稀罕的材料,加上比坦克更厚的臉皮,就是可以隨便唬爛!

演化樹最基本的功能,是告訴我們樣本的親疏關係,誰和誰一夥;其次是每條關係的差異程度,並藉此推算分歧的時間;更進階,還能評估分枝間的交流幅度。然而,龍人論文的演化樹,最基本的親疏位置就大量擺錯,後續衍伸的分析更是慘不忍睹。

不論遺傳或型態,重要的是正確使用材料

有些古生物學家面對質疑的態度是「用論文說話」,不滿意我這篇論文的意見,你為什麼不自己也發表論文講你的?龍人論文的中國作者態度類似如此,面對許多強烈的質疑,回擊說他們建立了龐大的資料庫,大家有不同意見,也可以自己分析。

我認為這是非常不負責任的錯誤態度,因為對就是對,錯就是錯,一篇論文的分析、論點有誤,那就是錯誤,並不受到後續研究影響。尤其是龍人這種錯誤多層次齊出的論文,對它正確的態度,就是明確指出其錯誤,不要讓它誤導不熟悉的人,也要譴責發表這種論文的研究者。

佛系的鷹哥。圖/鷹哥的推特討論串

至於型態和 DNA,各位讀者假如想要理性、中道的意見,來看看古人類學家鷹哥(John Hawks)的說法:

「It’s not a question of DNA being right and morphology being wrong. They just tell us about different things. Morphology tells us about adaptation, convergence, and retained features from deep ancestors. DNA tells us about phylogeny, incomplete lineage sorting, and introgression.」

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鷹哥的意思是,問題並不是 DNA 就是正確,型態就是錯誤,而是兩者告訴我們不同事情。型態告訴我們適應、趨同、繼承自遠古祖先,持續保留的特徵。DNA 告訴我們親緣關係、不同支系分家之前已經存在的差異、情慾流動。

實際上,儘管型態和 DNA 各有適用範圍,兩方面的分析並非互斥,也常常得到類似的結果。用型態建構親緣關係,或是以 DNA 探討適應,同樣能做出非常好的研究。

我想關鍵還是在於要了解問題,尤其是材料和方法的限制;比起知道多少,更重要的是意識到「不知道」多少。

再度強調,龍人研究的問題不是它用型態資料做分析,而是作者們在缺乏相關知識之下,非常自我感覺良好的做了大量分析,得到一個又一個離譜的結果,還大張旗鼓搞國際宣傳。他們自以為知道很多,所以什麼話都敢講,卻完全不知道自己的侷限。

畫過演化樹的人都知道,只要把資料丟進去就一定會有結果,但是垃圾進,垃圾出(garbage in, garbage out)。諷刺的是,胡亂用殘缺的 DNA 畫演化樹,忽視其他方面的證據,其實是遺傳學家常被批評的原因;同樣的事竟然也發生在型態學家身上,實在是眾生平等(?)。

拒絕劣質研究!另外可以注意這張圖中,直立人和其他人的分家年代是 285 萬年前。做出這種分析的人,知道最早的直立人化石只有 200 萬年,最早的 Homo 也才 280 萬年嗎?很明顯,這些數字都被嚴重高估。圖/參考資料 1

持續增添成員,改變認知的人類演化史

也許有人好奇,論文作者還包括這個領域的權威史傳奇,他沒有把關嗎?甚至是他也贊成這些離譜的論點!?我想這個問題,不好說。我的猜測是,他一直對東亞的古人類大荔人、金牛山人感到興趣,很難抗拒龍人的誘惑。

史傳奇更在意的,恐怕是盡快將龍人化石發表,其他人才能再後續研究。至於當下的龍人論文,反正懂的人都懂,古人類學這個領域本來就是什麼話都有人講,中國作者愛說什麼沒那麼要緊。

而史傳奇不太認同,將哈爾濱頭骨定義作 Homo longi 的理由,鷹哥也有提到。同一物種不能重複命名,龍人和大荔人非常相似,中國的老牌古人類學家吳新智(Xinzhi Wu,於不久前的 2021 年 12 月 4 日去世)曾經將大荔人定義為 Homo sapiens daliensis,也就是智人旗下的大荔亞種,因此狀況有點尷尬。史傳奇則偏好命名為 Homo daliensis ,用較早發表的大荔人,來定義包含大荔人、龍人等化石的這一群人。

左邊是龍人,右邊是大荔人,兩者非常相似。圖/鷹哥的推特討論串

所以龍人到底帶來哪些真正的新知?比較合理的推論是,距今 20 到 30 萬年前住在東亞北部,型態上比直立人更接近智人的古人類,像是大荔人、金牛山人,這群人的血脈仍然延續到 15 萬年前左右。他們後來當然是滅團了,但是不清楚在什麼時候。而這群人當初從何而來,和其他人群的關係為何,目前仍不清楚。

漏洞百出的龍人論文發表同時,Science 期刊也發表以色列化石的論文,年代和龍人算是同一個時段。這項研究報告的新化石,型態組合也前所未見,但是並沒有像龍人一般被定義為新的物種。該論文認為,Nesher Ramla 遺址出土距今 12 萬年的古人類,是歐亞大陸西部,更早以前人群的末代後裔。

有趣的是,這點其實和龍人類似。若是推論正確,意思是歐亞大陸一東一西,各自早於 20 萬年前的某古人群,都在 10 多萬年前留下最後身影。

另一方面,今年還有一群古人類學家發表論文主張,定義一款新的物種波多人(Homo bodoensis),取代曖昧不清的海德堡人(Homo heidelbergensis)和羅德西亞人(Homo rhodesiensis)。而史傳奇作為海德堡人的老牌支持者,顯然不太高興。

整個古人類學領域,就這麼持續演化著。

延伸閱讀

參考資料

  1. Ni, X., Ji, Q., Wu, W., Shao, Q., Ji, Y., Zhang, C., … & Stringer, C. (2021). Massive cranium from Harbin in northeastern China establishes a new Middle Pleistocene human lineage. The Innovation, 2(3), 100130.
  2. Shao, Q., Ge, J., Ji, Q., Li, J., Wu, W., Ji, Y., … & Ni, X. (2021). Geochemical provenancing and direct dating of the Harbin archaic human cranium. The Innovation, 2(3), 100131.
  3. Ji, Q., Wu, W., Ji, Y., Li, Q., & Ni, X. (2021). Late Middle Pleistocene Harbin cranium represents a new Homo species. The Innovation, 2(3).
  4. 史傳奇推特對「龍人」的個人觀點
  5. ‘Dragon man’ fossil may replace Neanderthals as our closest relative
  6. Homo longi: extinct human species that may replace Neanderthals as our closest relatives found in China
  7. Mysterious skull fossils expand human family tree — but questions remain
  8. Stunning ‘Dragon Man’ skull may be an elusive Denisovan—or a new species of human
  9. A 146,000-Year-Old Fossil Dubbed ‘Dragon Man’ Might Be One of Our Closest Relatives
  10. A new sister lineage for Homo sapiens – the arrival of ‘Dragon Man’
  11. Wu, X. J., Pei, S. W., Cai, Y. J., Tong, H. W., Li, Q., Dong, Z., … & Liu, W. (2019). Archaic human remains from Hualongdong, China, and Middle Pleistocene human continuity and variation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(20), 9820-9824.
  12. Welker, F., Ramos-Madrigal, J., Gutenbrunner, P., Mackie, M., Tiwary, S., Jersie-Christensen, R. R., … & Cappellini, E. (2020). The dental proteome of Homo antecessor. Nature, 580(7802), 235-238.
  13. 鷹哥推特對「龍人」的觀點
  14. Hershkovitz, I., May, H., Sarig, R., Pokhojaev, A., Grimaud-Hervé, D., Bruner, E., … & Zaidner, Y. (2021). A Middle Pleistocene Homo from Nesher Ramla, Israel. Science, 372(6549), 1424-1428.
  15. Roksandic, M., Radović, P., Wu, X. J., & Bae, C. J. (2021). Resolving the “muddle in the middle”: The case for Homo bodoensis sp. nov. Evolutionary Anthropology: Issues, News, and Reviews.
  16. 史傳奇推特對「波多人」的個人觀點

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

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寒波_96
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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》。

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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

  • 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。

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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:

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  • 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

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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。

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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?

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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?

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(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

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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。

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

查看原始文章

參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室

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經濟重要還是環境重要?明朝末年發生了什麼事?氣候如何影響國家?——《價崩》導讀
衛城出版_96
・2024/05/07 ・4105字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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眼皮底下的事實:環境史研究者看《價崩》

洪廣冀(臺灣大學地理環境資源學系副教授)

著名的漢學家卜正民以如下段落為《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》一書定調:

生活在這個時代,我們彷彿逃不出莫測變幻的手掌心。變化讓人這麼痛苦、氣餒,為了安慰自我,我們便告訴自己:當代的生活特徵就是接連不斷的變化,正是這種不穩定,讓世界變得比以往更複雜。

他告訴我們,作為一個「長壽之人」,「過去十年來,氣候變遷、物價通膨,以及政治豪奪的速度與規模」,他認為也是前所未見。只是,作為一個歷史學者,他還是想問,若我們放大時空的尺度,當代人在過去十年來經歷的變化,真的是前所未見嗎?他的答案是否定的。在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。

在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。
圖/unsplash

藏在眼皮下的事實是什麼?小冰期如何發生?

一六四○年代初期的中國發生什麼事?這便是卜正民試圖回答的問題。他反對傳統史學的兩大見解:一者是訴諸人禍,即訴諸當時宮廷內的派系鬥爭,統治階層道德淪喪,導致民不聊生;二者是訴諸十六至十七全球的白銀貿易,即當時從美洲與日本湧入中國的白銀,造成物價波動與社會不安。卜正民認為,訴諸人禍與貿易會讓我們看不見「藏在眼皮底下的事實」:小冰河時期(簡稱小冰期)。

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廣義地說,小冰期是從十四世紀至十九世紀初期的地球寒化現象,氣溫平均掉了攝氏兩度。乍看之下,攝氏兩度的溫差或許微小,但對作物而言,這樣的溫差已經足夠讓作物減少一次收成,或根本無法收成。再者,必須注意,兩度的溫差是「平均」,即可能是極熱與極寒的氣溫交錯變化造就此兩度溫差。這確實也是在小冰期中發生的事。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。影響所及,所謂「聖嬰-南方震盪現象」(El Niño-Southern Oscillation, ENSO,即傳統上所說的「聖嬰現象」加「反聖嬰現象」)變得格外激烈,乾旱、水災等極端氣候頻傳。不僅如此,地球科學家也指出,小冰河期也是火山活動格外頻繁的時期。火山噴出的煙塵,遮蔽了太陽輻射,更加速了地球的寒化。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。
圖/unsplash

小冰期的起因為何?目前普遍接受的見解是太陽活動改變。此外,也有研究者指出,這與所謂歐洲人「發現」新大陸有關。受到所謂「哥倫布大交換」的衝擊,美洲原住民大量消失,森林擴張,吸收大量二氧化碳。眾所周知,二氧化碳是溫室氣體;二氧化碳濃度的減低,讓大氣保溫的能力下降,與前述太陽活動與火山噴發的效果耦合,讓寒化成為不可逆的過程。總之,我們現在已經知道,地球是個混沌系統,牽一髮不只動全身,甚至整個身體都會分崩離析。

回到《價崩》這本書。卜正民指出,明朝的存續時間(一三六八至一六四四年)即落在小冰期,並成為明朝覆亡的主因。他將小冰期之於明朝的影響分為六個泥沼期:一、永樂泥淖期(一四○三年至一四○六年)。二、景泰泥淖期(一四五○年至一四五六年)。三、嘉靖泥淖期(一五四四年至一五四五年)。四、萬曆一號泥淖期(一五八六年至一五八九年)。五、萬曆二號泥淖期(一六一五年至一六二○年)。六、崇禎泥淖期(一六三八年至一六四四年)。

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永樂泥淖期欠缺災荒記載,景泰泥淖期以饑荒收尾,嘉靖泥淖期氣候異常乾冷,萬曆一號泥淖期爆發饑荒、洪水、蝗災與大疫,「人民相食,枕籍死亡」;萬曆二號泥淖期的乾旱與水災頻繁,饑荒再度爆發,「朝廷賑濟的請願如潮水湧來」。崇禎泥淖期是明代乃至於「整個千年期間最慘痛的七年」,「米粟踊貴,餓殍載道」。一六四四年四月末,闖王李自成兵臨北京,致書要求崇禎帝歸順。崇禎不從,在命皇后、貴妃與女兒自盡後,他爬上皇居後的煤山,自縊身亡。李自成稱帝後,滿人入關,將中國納入大清國版圖。

不可忽視的幽靈?拔除合理征服者的解釋,明朝滅亡原因還有哪些?

如此的歷史解釋是否會流於環境決定論?卜正民的回答是:「如果環境決定論的幽靈就在門外徘徊,我也不會在分析時將其拒於門外。」那麼,是什麼讓寫出《縱樂的困惑》、《維梅爾的帽子》等名著的歷史學者相信環境的決定作用?答案就是糧價。

卜正民先生像。
圖/wikipedia

以他的話來說,「太陽能與人類需求的關係,是透過糧價調節的。從景泰年間到崇禎年間,糧價在五次環境泥淖其中激增,每一次都把價格多往上推一截,這樣的事實也說服我必須採用氣候史的大框架。」卜正民表示,「一旦經濟體仰賴太陽輻射為能源來源,那麼無論大自然是幽而不顯還是顯而易見,都必然是社會或國家生命力的決定因素。」

在結語「氣候與歷史」中,卜正民再次反駁那些把明朝覆滅推給「失德」的見解。他認為,這種論調是「合理化明清兩朝遞嬗的過程」,且「編出這種敘事並為之背書的,就是征服者」。他強調,「明朝的滅亡固然不能推給災荒糧價,但講述崇禎末年重大危機時不把氣候因素納入考慮,那簡直就像莎士比亞所言,宛如癡人說夢,充滿著喧譁與騷動,卻沒有任何意義。」

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然而,不至於將環境決定論「拒於門外」是一回事,認為社會變遷就此被環境「決定」,又是另一回事。卜正民並不認為,面對氣候因素帶來的種種挑戰,明朝各級官員只能雙手一攤,感嘆天要亡我,不做任何努力。就如其他生活在小冰期的人們一般,卜正民認為,明朝人建設基礎設施、育種、建立制度、開發新科技與控制生育力等;但問題是,一六三○年代晚期的種種災害,並未催出社會的適應力,反倒是摧毀其適應力。

拜此時勃發的火山活動與激烈的聖嬰-南方震盪現象「之賜」,不論是政府還是市場,都變不出糧食。卜正民認為,至少在前五個泥淖期,明朝人還是表現出相當的韌性,努力予以調適。然而,進入崇禎泥淖期後,春夏乾冷,田地龜裂,運河無水。當每公斤的米得需要兩千五百公升的水,而老天爺就是不願意降下一滴雨時,糧食供應體系就此崩潰,連帶把物價與政治體系拖下去陪葬。

是誰忽略了眼皮底下的事實?這段歷史帶給我們什麼警訊?

回到卜正民所稱的「眼皮底下的事實」。我們要問,是誰忽略了這項事實?誰是這對眼皮的擁有者?卜正民的答案有二。一則是以研究社會、政治與環境變遷的人文社會科學研究者。以小冰期的相關研究為例,他表示,當他開始研究明代中國糧價變異與氣候變化之關係時,驚訝地發現,「其他地方的環境史對糧價幾乎不提」。與之對照,精通糧價的歷史研究者,如不是太快地把糧價理解為「公平交易」的指標,便是視之為社會關係的一環,忽略了糧食必得是在特定的環境條件下孕育出來的。

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。
圖/unsplash

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。然而,卜正民的分析告訴我們,即便明代中國離現在相當遙遠,所謂的小冰期至少也是一百五十年以上的事,但物價恐怕還是可作為某種氣候指標。換言之,若人們以關心物價的熱誠來關心環境,面對當代的環境危機,說不定人們多少可找出個解方。

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此外,讓人心生警惕的是,卜正民告訴我們,小冰期多少是個漫長的地球系統變化。小冰期本身並未造成明朝衰亡,是相伴的極端氣候摧毀了明代社會的韌性與調適。他也認為,面對小冰期、火山噴發與聖嬰-南方震盪現象誘發的極端氣候,從後見之明來看,明朝人也做了他們可以做的,但也只多苟延殘喘了七年,且還是生存條件都被剝奪、生活尊嚴都被否定的七年。

那麼,當人類誘發的氣候變遷可能已加劇了聖嬰-南方震盪現象,讓去年(二○二三年)夏天成為有紀錄以來地球最熱的夏天,而極端氣候彷彿成為日常,人類還有多少時間可以調適?如果說明朝多少是被地球系統的正常運作摧毀,當今地球系統的異常,是人類自己造成的,數百年後的歷史學家,在回顧這段歷史時,恐怕無法如卜正民對待明朝人一樣地寬厚,只能說這是咎由自取。諸如此類的思考,都讓《價崩》有了跨越時代的現實意義。

畢竟,明朝人不是外星人,他們跟我們都生活在同一個地球上。

——本文摘自《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》,2024 年 05 月,城出版出版,未經同意請勿轉載。

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衛城出版_96
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"每個人心中都有一座城。每個人在心裡攜帶著文明的種子。 守衛讀者心中之城,與文明的生命力。"

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15 萬年前住在哈爾濱的「龍人」到底是誰?真的是丹尼索瓦人嗎?
寒波_96
・2021/12/17 ・7847字 ・閱讀時間約 16 分鐘

探索滅絕古代人類的領域「古人類學」,2021 年一大焦點是 6 月發表的「龍人(Homo longi)」。這項研究確實增加我們對人類演化史的認識,遺憾的是,論文許多分析令人大失所望,無法提供有意義的新知識。

醜話說在前面,我對龍人研究的個人觀點是:「頂級的材料,瑣碎的分析,悲劇的論述」。

請注意,本文包含古人類遺骸的圖像。

龍人面相重建圖,看看就好,重點是髮型要亂。圖/參考資料 1

有中國特色的化石研究

龍人是一件只有頭骨上半部的化石。新聞賦予它的起源故事滿溢著中國價值,大意是,1933 年時日本佔領中國的東北,一位中國人替日本人在松花江修橋時發現這件化石,覺得很有價值就偷偷藏起來,一直到 2018 年才送到專家手中。

如此傳奇的劇情,《尚氣》續集可以考慮一下。不論上述故事有多真實,龍人都失去出土的脈絡,嚴格的資訊來源只有這件化石本身。但是研究者依然找到可能是化石所屬的地層,進行一番分析,我們就姑且信之。

相關研究最後被編織為 3 篇論文,一篇講化石型態和親緣分析,一篇講地質背景和化學分析,一篇專門命名新物種。參與的研究者主要是中國科學家,還拉到英國大佬史傳奇(Chris Stringer)入夥。這件哈爾濱出土的頭骨,被定義為新的古人類物種「龍人」,學名 Homo longi,龍之名號來自黑龍江。

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值得注意的是,命名新物種的那篇論文,史傳奇並沒有掛名。3 篇論文都發表於 The Innovation,這是一家 2020 年才開始運作的新期刊,名義上掛在 Cell 旗下(Cell 旗下還有 Current Biology、Plant Cell 等期刊),應該是在中國營運。它之前默默無聞,大部分發表和中國科學家有關的論文,這次藉著龍人大肆炒作,很多人才第一次知道。

3 篇論文報告的一系列分析,有些相對可靠,某些非常離譜。比較可靠的有:頭骨內的微量元素和地層類似,故推論頭骨是哈爾濱當地人。腦容量 1420 cc,比大部份智人、已知的尼安德塔人都更大。根據化石 10 處取樣的鈾系定年法,估計距今最少 14.8 萬年。

龍人頭骨面面觀。圖/參考資料 1

型態上,龍人和一些出土於東亞北部的化石最接近,包括陝西的大荔人( Dali,距今 24 到 32.7 萬年前間某個時候)、遼寧的金牛山人( Jinniushan,距今超過 20 萬年)、安徽的華龍洞人(Hualongdong,距今 26.5 到 34.5 萬年前),龍人自己是 14.8 萬年,算最晚的。

光看上述資訊,已經足以建立龍人在人類演化史中,時間、空間、特徵的大致定位:距今 20 到 30 多萬年前,有一群人住在東亞北部,龍人是他們延續到十幾萬年前的後裔。

然而論文的後續分析和詮釋,徹底毀了這項研究。某幾位中國作者受訪的說法,也能看出他們對人類演化的認識,偏差有點嚴重。

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龍人就是丹尼索瓦人?證據嚴重不足

將不同樣本擺在一起,根據相同或相異的特徵製作演化樹,探討彼此間的關係,是常見的分析手段。遺傳或型態特徵都可以用於建構演化樹,不一定哪種比較準。這項研究使用許多化石的型態特徵,建立一個大資料庫,煞有介事地畫出一顆大樹,但是……

夏河下顎,根據裡頭殘存的蛋白質片段,判斷來自一位丹尼索瓦人。沒有證據支持它可以跟龍人頭骨湊成一組。圖/Credit: Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

熟悉古人類學的人,想必能從論文的「演化樹」中看出不少趣味。最值得「稱道」的是,它將青藏高原東部出土,距今 16 萬年的夏河下顎(Xiahe),歸類成龍人的最近親。

而夏河下顎來自一位丹尼索瓦人,對於這種最初由古代 DNA 得知的古人類,我們對其型態特徵所知仍很有限。這讓不少人興奮:看啊這就是丹尼索瓦人的人頭!

可是龍人化石是頭骨上半部加上第二大臼齒,夏河下顎是半截下顎加上幾顆牙齒,除了臼齒型態有些相似,兩件化石彼此間根本毫無重複之處,這樣硬逼程式畫出來的演化樹能信嗎?

型態接近龍人的大荔人、金牛山人都只有頭骨,和龍人的相似算是肉眼可見;華龍洞人在頭骨之外還有幾個牙齒,但是他們的臼齒和丹尼索瓦人應該不像。

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總之,要說大荔人、金牛山人、華龍洞人、龍人這一群人,和丹尼索瓦人最接近,我想光是考慮型態特徵都說不通。

根據眾多古人類化石,型態特徵建構的演化樹。整棵樹到處都是問題。圖/參考資料 1

尼安德塔人最近的親戚,是丹尼索瓦人吧?

另一點匪夷所思的,是某些論文作者對媒體表示「過去認為智人的親戚關係和尼安德塔人最近,但是龍人和智人更近。」

主張「龍人和智人的親戚關係最近」是因為論文建構的演化樹中,龍人、大荔人、夏河下顎等被歸為一群,所有智人樣本同屬另一群,上述兩群彼此最接近,更早之前和尼安德塔人分家。

但是論文作者的認知很明顯是錯誤的。在 2021 年,早就由古代 DNA 和蛋白質的大量分析得知,尼安德塔人和丹尼索瓦人的親戚關係最接近,智人比較遠;也因此論文提出的演化關係,違反當下最扎實的證據。並不是說遺傳材料的價值超過型態材料,而是兩個論點相比,哪邊證據更合適。

由細胞核 DNA 建構,智人、尼安德塔人與丹尼索瓦人間的親戚關係。

論文建構的演化關係,至少還有兩處問題很大,一處是東亞其他化石的位置。納入比較的東亞化石,一部分和龍人歸為同一群,但是年代和龍人相近的馬霸人(Maba)、許昌人(Xuchang),都與尼安德塔人、龍人、智人更早分家。

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更仔細看,許昌人、馬霸人又和印度的 Narmada 最近,而東非的 Ndutu 則夾在許昌人那群和尼安德塔人之間。不是不可能,但是未免太跳 tone。

龍人跟智人最接近?但是龍人那群什麼人都有

另一處問題是,龍人所屬的支系除了東亞化石以外,還包含多件年代與地理皆差異頗大的化石。包括西班牙超過距今 70 萬年的前人(Homo antecessor)、肯亞 20 到 30 萬年前的 Eliye Springs、摩洛哥的 Rabat、德國的 Steinheim(沒那麼確定該歸類為哪款人)。

你說這批時空差異甚遠的非洲人、歐洲人、東亞人之間的親戚關係,會比其他一大堆人更接近?!

還有一項佐證來自古代蛋白質的分析。前人化石只在西班牙一處遺址出土過,沒有從中取得古代 DNA,但是獲得一些蛋白質片段,藉此得知智人、尼安德塔人、丹尼索瓦人的共同祖先,和前人是平行的。這與龍人論文建構的演化樹可謂天差地別。

事實上,在論文的附錄 S-Figure 20 中,還有另一棵演化樹,將前人置於比較合理的位置;但是論文內文提到一次以外,並不強調 Figure S20,我想讀者也不用浪費時間。

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論文的附錄圖 21,依然有明顯問題,但是較為合理的演化樹。儘管論文作者並不太青睞這棵樹。圖/參考資料 1

看到這兒,有人在心裡痛罵這是瞧不起型態分析,獨尊遺傳學證據嗎?提醒諸君,我們怎麼知道夏河下顎是丹尼索瓦人呢?就是用裡頭殘留的蛋白質判斷的。假如一類證據合意就採用,不合意就不看,那便不叫科學研究了。

我個人的意見是,這批樣本間當然有個關係存在,演化樹也常常不會 100% 符合實際的親緣關係;但是根據殘缺型態特徵,硬畫的演化樹,不符合其他證據的可疑之處未免太多,也使得後續衍生的分析沒有任何意義。

算出來智人的共同祖先在 77 萬年前?都不覺得哪邊不對勁嗎!

一句「沒意義」不太負責,我們繼續看再來有多離譜。這一系列分析與詮釋的災難,並沒有在論文作者自我感覺良好的錯亂演化樹後結束,論文接下來的一手是,將型態特徵當作遺傳變異來用。

根據 DNA 或蛋白質的差異,可以估計不同樣本的分家時間、遺傳交流等事件,比方說根據古代 DNA 的差異,估計尼安德塔人和丹尼索瓦人約在 40 多萬年前分家,他們和智人則是 55 到 77 萬年前。而三種人群之間,幾萬年前又發生過幾次情慾流動。

根據蛋白質差異建構的演化樹。前人化石殘存的蛋白質很有限,可以比較的材料很殘缺,所以這棵樹中,尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人的關係,和利用完整基因組 DNA 建構的演化樹不同;不過還是可以判斷,三種人彼此較近,和前人的分枝平行。圖/參考資料 12

龍人研究者把型態當 DNA 玩,依樣畫葫蘆得到:龍人和智人約在 94.9 萬年前分家,他們和尼安德塔人則是 100.7 萬年前。到這邊,已經超越遺傳或型態證據的問題,因為最近正經的型態學分析,對於尼安德塔人和智人共同祖先的年代估計,並不會超過一百萬年!!

各位讀者若有興趣,可以自行從其他分枝位置尋找樂趣。這兒提供一條:智人的共同祖先為 77 萬年前,而非洲外的智人是 41.6 萬年前……Errrr,智人到底多久以前有共同祖先,我還真不敢說,但是去問熟悉這個領域的人,大部分都會說 77 萬年早的離譜。

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其實整個看下來不難察覺,這些年代估計都是高估,某些參數設定的問題肯定超級大。見到這種跟一大堆研究不符合,「只有我懂」的結果不斷出現,還敢大辣辣放上論文發表,真的已經超越使用型態或遺傳材料的層次,而是將整個古人類學領域的人當作白痴。

天啊,連幾 % 情慾流動都算得出來,搞到跟真的一樣。圖/參考資料 1

災難至此還沒結束,論文貫徹有資料就可以硬套公式的精神,最後用型態變化的程度,估計各地區與支系的情慾流動,物種誕生方式之類的。不禁讓寫不出論文的研究人員感慨,有些領域一旦掌握稀罕的材料,加上比坦克更厚的臉皮,就是可以隨便唬爛!

演化樹最基本的功能,是告訴我們樣本的親疏關係,誰和誰一夥;其次是每條關係的差異程度,並藉此推算分歧的時間;更進階,還能評估分枝間的交流幅度。然而,龍人論文的演化樹,最基本的親疏位置就大量擺錯,後續衍伸的分析更是慘不忍睹。

不論遺傳或型態,重要的是正確使用材料

有些古生物學家面對質疑的態度是「用論文說話」,不滿意我這篇論文的意見,你為什麼不自己也發表論文講你的?龍人論文的中國作者態度類似如此,面對許多強烈的質疑,回擊說他們建立了龐大的資料庫,大家有不同意見,也可以自己分析。

我認為這是非常不負責任的錯誤態度,因為對就是對,錯就是錯,一篇論文的分析、論點有誤,那就是錯誤,並不受到後續研究影響。尤其是龍人這種錯誤多層次齊出的論文,對它正確的態度,就是明確指出其錯誤,不要讓它誤導不熟悉的人,也要譴責發表這種論文的研究者。

佛系的鷹哥。圖/鷹哥的推特討論串

至於型態和 DNA,各位讀者假如想要理性、中道的意見,來看看古人類學家鷹哥(John Hawks)的說法:

「It’s not a question of DNA being right and morphology being wrong. They just tell us about different things. Morphology tells us about adaptation, convergence, and retained features from deep ancestors. DNA tells us about phylogeny, incomplete lineage sorting, and introgression.」

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鷹哥的意思是,問題並不是 DNA 就是正確,型態就是錯誤,而是兩者告訴我們不同事情。型態告訴我們適應、趨同、繼承自遠古祖先,持續保留的特徵。DNA 告訴我們親緣關係、不同支系分家之前已經存在的差異、情慾流動。

實際上,儘管型態和 DNA 各有適用範圍,兩方面的分析並非互斥,也常常得到類似的結果。用型態建構親緣關係,或是以 DNA 探討適應,同樣能做出非常好的研究。

我想關鍵還是在於要了解問題,尤其是材料和方法的限制;比起知道多少,更重要的是意識到「不知道」多少。

再度強調,龍人研究的問題不是它用型態資料做分析,而是作者們在缺乏相關知識之下,非常自我感覺良好的做了大量分析,得到一個又一個離譜的結果,還大張旗鼓搞國際宣傳。他們自以為知道很多,所以什麼話都敢講,卻完全不知道自己的侷限。

畫過演化樹的人都知道,只要把資料丟進去就一定會有結果,但是垃圾進,垃圾出(garbage in, garbage out)。諷刺的是,胡亂用殘缺的 DNA 畫演化樹,忽視其他方面的證據,其實是遺傳學家常被批評的原因;同樣的事竟然也發生在型態學家身上,實在是眾生平等(?)。

拒絕劣質研究!另外可以注意這張圖中,直立人和其他人的分家年代是 285 萬年前。做出這種分析的人,知道最早的直立人化石只有 200 萬年,最早的 Homo 也才 280 萬年嗎?很明顯,這些數字都被嚴重高估。圖/參考資料 1

持續增添成員,改變認知的人類演化史

也許有人好奇,論文作者還包括這個領域的權威史傳奇,他沒有把關嗎?甚至是他也贊成這些離譜的論點!?我想這個問題,不好說。我的猜測是,他一直對東亞的古人類大荔人、金牛山人感到興趣,很難抗拒龍人的誘惑。

史傳奇更在意的,恐怕是盡快將龍人化石發表,其他人才能再後續研究。至於當下的龍人論文,反正懂的人都懂,古人類學這個領域本來就是什麼話都有人講,中國作者愛說什麼沒那麼要緊。

而史傳奇不太認同,將哈爾濱頭骨定義作 Homo longi 的理由,鷹哥也有提到。同一物種不能重複命名,龍人和大荔人非常相似,中國的老牌古人類學家吳新智(Xinzhi Wu,於不久前的 2021 年 12 月 4 日去世)曾經將大荔人定義為 Homo sapiens daliensis,也就是智人旗下的大荔亞種,因此狀況有點尷尬。史傳奇則偏好命名為 Homo daliensis ,用較早發表的大荔人,來定義包含大荔人、龍人等化石的這一群人。

左邊是龍人,右邊是大荔人,兩者非常相似。圖/鷹哥的推特討論串

所以龍人到底帶來哪些真正的新知?比較合理的推論是,距今 20 到 30 萬年前住在東亞北部,型態上比直立人更接近智人的古人類,像是大荔人、金牛山人,這群人的血脈仍然延續到 15 萬年前左右。他們後來當然是滅團了,但是不清楚在什麼時候。而這群人當初從何而來,和其他人群的關係為何,目前仍不清楚。

漏洞百出的龍人論文發表同時,Science 期刊也發表以色列化石的論文,年代和龍人算是同一個時段。這項研究報告的新化石,型態組合也前所未見,但是並沒有像龍人一般被定義為新的物種。該論文認為,Nesher Ramla 遺址出土距今 12 萬年的古人類,是歐亞大陸西部,更早以前人群的末代後裔。

有趣的是,這點其實和龍人類似。若是推論正確,意思是歐亞大陸一東一西,各自早於 20 萬年前的某古人群,都在 10 多萬年前留下最後身影。

另一方面,今年還有一群古人類學家發表論文主張,定義一款新的物種波多人(Homo bodoensis),取代曖昧不清的海德堡人(Homo heidelbergensis)和羅德西亞人(Homo rhodesiensis)。而史傳奇作為海德堡人的老牌支持者,顯然不太高興。

整個古人類學領域,就這麼持續演化著。

延伸閱讀

參考資料

  1. Ni, X., Ji, Q., Wu, W., Shao, Q., Ji, Y., Zhang, C., … & Stringer, C. (2021). Massive cranium from Harbin in northeastern China establishes a new Middle Pleistocene human lineage. The Innovation, 2(3), 100130.
  2. Shao, Q., Ge, J., Ji, Q., Li, J., Wu, W., Ji, Y., … & Ni, X. (2021). Geochemical provenancing and direct dating of the Harbin archaic human cranium. The Innovation, 2(3), 100131.
  3. Ji, Q., Wu, W., Ji, Y., Li, Q., & Ni, X. (2021). Late Middle Pleistocene Harbin cranium represents a new Homo species. The Innovation, 2(3).
  4. 史傳奇推特對「龍人」的個人觀點
  5. ‘Dragon man’ fossil may replace Neanderthals as our closest relative
  6. Homo longi: extinct human species that may replace Neanderthals as our closest relatives found in China
  7. Mysterious skull fossils expand human family tree — but questions remain
  8. Stunning ‘Dragon Man’ skull may be an elusive Denisovan—or a new species of human
  9. A 146,000-Year-Old Fossil Dubbed ‘Dragon Man’ Might Be One of Our Closest Relatives
  10. A new sister lineage for Homo sapiens – the arrival of ‘Dragon Man’
  11. Wu, X. J., Pei, S. W., Cai, Y. J., Tong, H. W., Li, Q., Dong, Z., … & Liu, W. (2019). Archaic human remains from Hualongdong, China, and Middle Pleistocene human continuity and variation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(20), 9820-9824.
  12. Welker, F., Ramos-Madrigal, J., Gutenbrunner, P., Mackie, M., Tiwary, S., Jersie-Christensen, R. R., … & Cappellini, E. (2020). The dental proteome of Homo antecessor. Nature, 580(7802), 235-238.
  13. 鷹哥推特對「龍人」的觀點
  14. Hershkovitz, I., May, H., Sarig, R., Pokhojaev, A., Grimaud-Hervé, D., Bruner, E., … & Zaidner, Y. (2021). A Middle Pleistocene Homo from Nesher Ramla, Israel. Science, 372(6549), 1424-1428.
  15. Roksandic, M., Radović, P., Wu, X. J., & Bae, C. J. (2021). Resolving the “muddle in the middle”: The case for Homo bodoensis sp. nov. Evolutionary Anthropology: Issues, News, and Reviews.
  16. 史傳奇推特對「波多人」的個人觀點

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