Loading [MathJax]/extensions/MathZoom.js

1

1
2

文字

分享

1
1
2

亞馬遜雨林裡上演著動物生存競賽——《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》

日出出版
・2022/09/17 ・2495字 ・閱讀時間約 5 分鐘

流量最大的河川,帶來最大的洪水,這樣的因果關係似乎完全符合邏輯。然而亞馬遜河的洪水,已完全超乎水量增加與氾濫幅度間的正常關係,而這對亞馬遜雨林帶來了某些後果。

洪水氾濫成的水陸兩棲舞台

儘管並非毫不費力就能看出端倪,但原因其實很簡單。

這條大河從安地斯山脈東緣開始,那些巨大的源流河在此離開高地但尚未匯入主流,一直到注入南大西洋為止,其間三千多公里的河道,幾乎完全不再有任何坡度。這甚至使亞馬遜河的洪流,會以潮汐般的規律往上游方向回堵數百公里。連它那些來自北邊或南邊的主要支流——前者最重要的是內格羅河(Rio Negro),後者則是馬代拉河(Madeira)與托坎廷斯河(Tocantins)——在匯入亞馬遜河前,也都已經幾乎毫無坡降地奔流了無數里程。

它在主要雨季的流量每秒可超過三十萬立方公尺,這樣幾乎讓人無法想像的巨大水量,無可避免地必然會暴漲並堵塞。而那些離河道不遠的森林,也因此會大範圍遭洪水泛濫,連續好幾星期,有時候甚至長達數月。

亞馬遜河洪水氾濫。圖/維基百科

於是一個水陸兩棲的世界形成了,魚穿梭在這個原始森林的樹冠層中,水生植物則聚集成漂浮的大島順流而下,在某些河岸地帶水位可以上升十到十五公尺。

此時有一大部分生命的活動舞台,是在水中或在高高的樹冠上,而毀滅式的大雨不斷傾盆而下,還可能連下數日不休。這裡的河水氾濫會波及廣闊的周邊地區,在某些地方甚至寬達上百公里看不到河岸,因為樹冠已完全沒入水中。而並非所有亞馬遜雨林的樹種,都能忍受這麼長的氾濫期,因此比起那些洪水淹不到的地方,也就是巴西人眼中真正的「陸地」,生長在近河地帶的樹種一直明顯較少。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

上演著精采絕倫的動物生存戰

不過即使沒有氾濫,從天而降的驚人雨量,還是會為那些「陸地」帶來過多的水。但它至少有穩固的土壤,生長在這裡的樹木與生長在近河氾濫區者,有著迥異的繁殖策略。

在近河氾濫區的水裡,不僅有等著要埋伏獵物的凱門鱷(Kaiman),還有在靜候著等待果實噗通一聲掉進水裡的魚,牠們會急忙蜂湧而上,就像人、畜見之色變的食人魚撲向(受傷的)獵物那樣,會在最短時間內把目標物吃光抹淨只剩骷髏。

食人魚因為前端齒列是由鋒利如刀的三角尖齒所組成,所以能像鋸子一樣切鋸,牠也因此得到一個有點矬的德文名字:鋸脂鯉(Sägesalmler)。Säge 即鋸子,而 Salmler 則表明牠屬於脂鯉科這種魚。

或許在某些冒險故事裡這種魚確實被描寫得太誇大,不過這改變不了一個事實:當牠們非常飢餓時,牠們在亞馬遜水域裡的危險性要遠比凱門鱷和巨蟒高。任何曾釣過這種魚的人,都不會忘記牠所發出的那種嘎吱嘎吱聲,那是牠用牙齒在狂咬固定魚鉤的鋼絲前導線。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
亞馬遜河豚(Inia geoffrensis)通稱亞河豚,也稱粉紅河豚;是現存體形最大的淡水豚。圖/維基百科

從人類的角度來看,相對溫和無害的是亞河豚科的淡水豚,因為牠只獵食魚類,並不會攻擊人。當牠們成群圍繞在你的小船或獨木舟邊嬉戲時,還會發出平和悅耳的聲響。

然而水中世界的生存競賽,還是繼續在進行。

起初是在水位開始上漲時,因為有些物種所仰賴的食物來源,在水中變得更分散更稀少了。像凱門鱷就首當其衝,還好牠經得起長時間挨餓,相較之下屬於哺乳類的巨獺,也就是亞馬遜河裡以魚為主食的大型水獺,則幾乎每天都得進食。淡水河龜也很擅長耐心等候,而且能捱到洪水退去,牠可以產卵的河岸重新出露。爬蟲類此時的優勢,來自牠比哺乳類動物要低許多的新陳代謝率。牠每天所需要的食物,只有體重相當的哺乳類動物的五分之一到十分之一。

為數不多且原生於亞馬遜雨林的大型哺乳類動物,都以一種明顯較低的基礎代謝率著稱。對體型只差不多與野豬相當,但卻是亞馬遜體重最大的哺乳類動物貘來說,這種新陳代謝強度降低的比例還不算太大;但生活在樹冠層、凡事都「慢慢來」的樹懶,基礎代謝率卻大約只有與牠體型相當的一般哺乳類的一半。然而牠其實並不「懶」,凡事慢慢來對牠是生活之必需。

二趾樹懶(Choloepus didactylus)流線的身軀及毛髮很能適應熱帶雨林氣候。圖/維基百科

樹懶以及會把長鼻子伸出水面的貘,都擅長且能持久游水;而那些住在樹冠層的猿猴,反之則會盡其所能地避免下水,落入水中對多數不具游泳能力的猿猴來說意謂著雙重致命,因為牠們根本抵禦不了那裡面的肉食性魚類與鱷魚。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

有些事在這個奇怪的水世界裡,或許不足為奇:例如這裡最常見的一種螞蟻切葉蟻,是以培養真菌為生,而一些大型蝴蝶,像全身閃耀著一種夢幻天空藍的大藍閃蝶,壽命可以長達數週或甚至數個月。在悶溼的熱帶亞馬遜,牠們的生命進行得比我們初夏森林裡的蝴蝶慢。

至於鳥類則受惠於牠們的飛行能力,羽色繽紛的巨嘴鳥拜自己敏銳的色覺之賜,總能找到有果實的樹木。

在亞馬遜的水陸兩棲世界裡,鳥類與魚類一樣都多達數百種。

——本文摘自《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》,2022 年 8 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
日出出版
13 篇文章 ・ 7 位粉絲

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----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
4

文字

分享

0
1
4
人為開墾造成海洋酸化、雨林消失,第六次大滅絕正在上演!——《丈量人類世》
商周出版_96
・2022/10/12 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘

第六次大滅絕?

人類引以自傲的科技文明迎來了新的人類世,卻疏忽了人類也正在製造大自然中第六次,也是第一次非自然原因的生物多樣性快速消失!

目前地球上約有 1,000 萬到 1,400 萬的物種,其消失速率大約是自然背景滅絕速率的 100-1,000 倍。

大量快速消失的物種

物種在正常時期的滅絕發生率稱為「背景滅絕率」,這是很不容易估計的工作,必須結合所有的化石資料庫,並且要做長期的追蹤。

每個生物族群的背景滅絕率都不一樣,通常是以每年 100 萬物種當中有多少物種滅絕來表示。以哺乳類為例,大約每年 100 萬物種會發生 0.25 次的滅絕事件。換句話說,世界上大約有 5,500 種哺乳類,背景滅絕率預期每七百年會有一種哺乳類消失,一個人的一生應該很難注意到這種改變。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但是現在有約 28% 的瀕危物種,在 21 世紀結束前,包括全世界的大型哺乳類可能都會面臨危急存亡之秋,這樣的數字不可謂不高。

寇伯特(Elizabeth Kollbert, 1961-)在她 2014 年出版的《第六次大滅絕:不自然的歷史》一書中強調:「如果第六次的滅絕事件發生,極可能是人類造成的。」最可能的因素,還是人類殖民式的生活剝奪、侵犯了其他物種的生存棲息地所致。

伊莉莎白.寇伯特。圖/Wikipedia

海洋酸化

寇伯特的書中記錄了許多生物、生態、地質、考古學家第一手的研究結果。以那不勒斯附近火山口周遭海域的調查為例,顯示藤壺、貽貝、珊瑚藻、顆石藻、龍骨蟲、多種珊瑚、海螺、魁蛤、海綿、鯛魚、海膽等都在減少或消失。尤其是海水酸度達 7.8 的海域,69 種動物、51 種植物中約有 1/3 都不見了。

海洋酸化(ocean acidification)是二氧化碳濃度快速上升的直接結果,人類大量燃燒煤與石油,無疑是將自然蘊藏的碳快速釋放到地表環境中的主因。專家指出:二戰後的二氧化碳排放速率是空前的加速上升。當今人類世的暖化作用,比起上一個更新世每一個冰期後的暖化,起碼快了超過一個數量級。地球已經有上千萬年沒有人類世這麼熱,可能連演化都忘了如何選擇能夠耐熱的基因。如果耐熱的 DNA 已經消失,生命已經不復保有這樣的特質,那對人類世就是真正的噩耗。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

海水的 pH 值 7.8 或許是海洋生態的酸度臨界點,超過此臨界點,3/4 的消失物種會是鈣化生物。海洋酸化會嚴重地改變海水及其中的生態,譬如微生物族群的組成;獲得關鍵養分的方便程度;光線穿透海水的透光度影響海藻的生態;當然也影響光合作用;聲音傳播的情形將使得海洋更嘈雜;溶解性的金屬化合物也會改變;鈣化生物如海星、海膽、蛤蜊、牡蠣、藤壺、珊瑚等會因為缺鈣而大受影響,尤其是造礁珊瑚的白化現象——珊瑚蟲集體死亡,會使得依靠珊瑚生存的生物多樣性大幅下降。而珊瑚一旦消失,海中生態系必然崩解。

1700 年代到 1990 年代,人類排放的二氧化碳對世界各地海水 pH 的影響。圖/Wikipedia

珊瑚是人類以外也會建造龐大「公共工程」的生命體,例如綿延超過 2,600 公里的大堡礁, 最厚的地方有 150 公尺,這種規模即使是人類最大的工程都望塵莫及。珊瑚礁可能支持了數百萬種海中生命共同生存或賴以捕食的環境,是海洋「撒哈拉沙漠裡的雨林」。這樣的依存關係也許已經存續了許多個地質世代,卻可能在這個世紀慘遭大幅損毀。

大氣科學家考戴拉(Ken Caldeira)是「海洋酸化」一詞的創始人,他認為未來幾個世紀的海洋酸化程度,可能造成超過數億年的影響程度。

實驗還顯示:生活在北極,看起來像是長了翅膀的海螺,以及對海水酸度非常敏感的翼足類海蝴蝶也會瀕臨危機。海蝴蝶是鯡魚、鮭魚、鯨等的重要食物,海水變酸,食物鏈必然受影響。而鈣化生物如笠貝的殼,甚至會出現破洞。此外,1/3 的造礁珊瑚、1/3 的淡水軟體動物、1/3 的鯊魚及魟魚都將消失。而某些增加的物種,譬如超微浮游生物,它們會消耗掉更多養分,使食物鏈上層的生物大受影響,進而使生態結構崩壞。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

熱帶雨林的消失

除了海洋外, 嚴重影響生物性下降的原因還有熱帶「雨」「林」的減少。低緯度的雨林是地表生物多樣性最豐富的地方,而亞馬遜雨林因為過度開墾,興起了「破碎森林生物動態研究計畫」(Biological Dynamics of Forest Fragments Project)。這是世界上規模最大、時間最長的實驗之一。

亞馬遜雨林。圖/Wikipedia

從1970 年代巴西政府開始鼓勵農牧業,就規定亞馬遜區必須維持至少一半的森林維持原狀。洛夫喬伊(Tom Lovejoy)就試圖說服農場主人讓科學家決定哪些樹要留下來。在巴西政府的同意下,許多方塊形的「森林群島」就成為森林保留區,裡面有許多生態研究正在進行蒐集物種數量的變化。

依統計數字來看,地球上沒有冰的 1 億 3 千萬平方公里的陸地,已經開發墾殖了 7 千萬平方公里。真正杳無人跡的「荒地」只有沙漠、西伯利亞、加拿大北部和亞馬遜河流域,總面積只有 3 千萬平方公里,這還沒有考慮到許多人為管線穿越、切割這些「荒地」區域的影響。

「破碎森林生物動態研究計畫」發現:破碎森林的生物多樣性隨著時間不斷下降,儘管叢林的多樣性豐富,但是局部地區滅絕可能演變成區域滅絕,最後成為全球性滅絕。亞馬遜的土地墾伐影響到大氣環流,破壞雨林,不僅造成「林」的消失,也可能導致「雨」的消失。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

生物多樣性之父威爾森(E. O. Wilson)和昆蟲學家厄文(Terry Erwin)都曾經估算過,破碎森林中昆蟲的當代滅絕率,可能比自然背景滅絕率高出了 1 萬倍!這個數字令人難以置信,當然統計的結果可能沒有考慮到滅絕發生所需要的時間,昆蟲的滅絕率也可能不同於其他生物的滅絕率。

科學家在全球的研究結果發現,對環境最敏感的兩棲類和昆蟲,如蛙類與蜜蜂,幾乎都在快速消失中。兩棲類在 3 億 7 千萬年前,就從海中率先登陸征服了陸地,生命力十分強悍,但如今兩棲綱可能是世界上瀕臨滅絕危機最嚴重的動物。據估計,兩棲類的滅絕率可能比背景滅絕率高出了 45,000 倍。

此外,很多其他族群的消失減損情形也頗驚人,受到影響的物種包括植物、動物的哺乳類、鳥類、爬蟲類、魚類、無脊椎動物等。1/4 的哺乳類、1/5 的爬蟲類、以及 1/6 的鳥類,也正無奈地踏上人類世的滅絕之路。這些不僅發生在森林中、深海中,更發生在我們居住的城市或後院。

——本文摘自《丈量人類世:從宇宙大霹靂到人類文明的科學世界觀》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
商周出版_96
123 篇文章 ・ 364 位粉絲
閱讀商周,一手掌握趨勢,感受愜意生活!商周出版為專業的商業書籍出版公司,期望為社會推動基礎商業知識和教育。

2

6
2

文字

分享

2
6
2
熱帶雨林如何自食其力?——《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》
日出出版
・2022/09/18 ・4192字 ・閱讀時間約 8 分鐘

有關這個根本問題的答案,水能提供一些線索——不管是源自森林的溪水,或經常像瀑布一樣傾瀉而下的雨水。

熱帶雨林如何自食其力?水能提供一些線索。圖/Pexels

亞馬遜流域的三種水色

這裡我們還是會先以亞馬遜雨林為例,因為如果能認識地表最大熱帶雨林的狀況,自然也就能了解剛果盆地與東南亞這另外兩大雨林。

不過在更深入探究當地的狀況前,我們得先介紹一個早就被發現的現象。亞馬遜地區的河流,可依水色分成三類:白水、黑水與清水。白水並非白色,它帶點乳色混濁,其實更像牛奶咖啡。黑水看起來雖像流動的石油,把它舀進大一點的容器看其實偏棕色。至於清水則就是清澈不混濁。

這些差異意謂著什麼,亞馬遜的原住民印地安人應該都很熟悉,他們甚至是以此來表達不同部族的居住地與人數多寡。這種「印地安模式」,可從水中的礦物含量以及與此相關的肥沃度得到解釋。

烏卡亞利河為亞馬遜河的主源,由發源自安地斯山脈的烏魯班巴河與坦博河匯流而成。圖/維基百科

白水河源自安地斯山,來自高山的礦物碎屑造成它的混濁,每年特定時間或長或短的氾濫期為河岸地區帶來肥沃物質,程度上雖不如尼羅河氾濫,但原理很類似。白水河的氾濫區在亞馬遜被稱為 várzea,這裡氾濫期的洪水可高達十幾公尺,會叮咬人的蚊蚋也很多,但幾百年來,卻一直有歐洲殖民者的後代,與那些被稱為卡布克羅人(Caboclos)的歐、印混血者在此墾殖定居。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

至於被稱為 igapó 的黑水河氾濫區,則與此截然不同。洪水在這裡也會暴漲至樹冠,並經常維持在這個高度數星期之久,氾濫過後卻還是無法留下肥沃的河岸。不僅如此,這裡的土壤因氾濫所流失的養分還比得到的多,所以即使大致沒什麼擾人的蚊蚋,卻也不會有人來種任何東西。

土壤跟它一樣貧瘠的,還有清水河的河岸。河水不混濁,雖然有利於以弓箭或魚叉捕魚,但水清則魚少,所以這方面的收穫也說不上豐碩。

這些印地安人的祖先數百至數千年來累積的經驗,在二十世紀後半期德國馬克斯.普朗克(Max-Planck-Institut)湖沼研究所所進行的測量中得到了證實。研究者發現清水河與黑水河都極度缺乏電解質,也就是那些可做為導電離子的可溶性礦物成分。水中量測到的導電率,是顯示其電離子含量的良好指標,而植物所需的營養鹽就是這類離子。

黑水河暗褐的水色來自腐植酸,這種物質是植物生長無法利用的,而我們通常是從水色偏褐的沼澤湖泊認識到它。白水河則不同,它幾乎含有植物所需的每一種離子,例如鉀、鈣、鎂與磷酸鹽離子,而這些是來自安地斯山風化的岩石。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
亞馬遜河北岸最大的支流——尼格羅河,又被稱為「黑河」;與白水的河流形成強烈對比。圖/維基百科

不過這裡的岩石風化物,其實不如衣索比亞的肥沃多產(尼羅河的兩條主要支流即發源於此),因為亞馬遜河的集水區裡沒有火山。火成岩遠比石灰岩、砂岩或花崗岩肥沃,這也是東南亞大部分雨林區與其他地方最顯著的差異。熱帶研究學的專家恩斯特.約瑟夫.菲特考(Ernst Josef Fittkau)根據這些發現製作了一張亞馬遜地區的生態圖,呈現出一種河川三分法,分別是白水河作為「安地斯山之延續」,與來自黑水河及清水河的流路,在這三種區塊之間,則是亞馬遜中部面積廣大的雨林。

但孕育出這片森林所需要的養分,究竟從何而來?

有更多發現為這個問題提供了線索。例如科學家為精確分析水的成分所測量的導電率,顯示出亞馬遜地區某些林間小河的河水居然還比雨水更純。它甚至不含一點鈣或鎂,連其他礦物成分的含量,也都只在勉強能驗到的臨界值。在一條這樣的林間小溪裡洗手,只要沾一點肥皂,就足以產生多到無法遏止的泡沫。

這個奇怪的發現,事實上背後的問題很嚴峻。極度缺乏礦物質,會讓人牙齒損壞、骨質流失,而熱帶悶熱的環境,更讓人因流汗損失過多鹽分而渴望鹽。水中的礦物成分過低,也意謂著某些水生動物的身體有吸收過多水分的危險,因為當牠體外的水鹽度遠低於體內,滲透率便會產生落差,而為了避免過多水分滲入,牠會迫使自己的身體近乎防水,否則得不斷排出過多水分,非常耗費能量。

這也充分解釋了,為什麼像巨骨舌魚這類皮膚有如鎧甲的魚,偏偏就普遍分布在亞馬遜地區,而且是水裡的贏家。此外,滿口利牙的典型掠食性魚類會吃樹上掉進水裡的果實,也非常合理,因為牠們可以從這類食物中獲取礦物質,以補充在這種環境下無可避免的損失。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
巨骨舌魚(Arapaima gigas)原生於亞馬遜河;為活化石,需經常浮出水面呼吸空氣。圖/維基百科

不過整座森林,其實也無可避免地在流失它的礦物鹽類。至於到底流失了多少,則可藉測量離開森林後的水體之電解質得知。即使每立方公尺只含幾毫克,它也一點一滴、年復一年地從亞馬遜雨林裡流失,然後被帶進南大西洋。

所以在地力不斷流失的情況下——除了白水河的河岸地帶之外,因為這裡每次氾濫,都會得到來自安地斯山的養分補給——亞馬遜雨林不是應該要逐漸營養不良死去嗎?

更多研究的發現,讓這個問題的答案愈來愈清晰。大部分生長在亞馬遜的「固定土地」上,也就是它面積廣大的非氾濫區裡的樹木,都發展出一種向四面八方水平擴展的根系,與一般認為它能特別深紮在土壤中的想法完全不同。一場普通大小的雷雨風暴,便足以把一棵大樹撂倒,連那些經常長得非常巨大的板根與支柱根,都沒辦法穩固地支撐它。

在此同時我們也從豐富廣泛的雨林研究中得知,其貼近地面擴展的根系,作用就像一個巨大精密的過濾器,而樹木便是以此來攔截吸收落葉或倒木分解後釋放出的礦物成分。這種養分的循環再利用過程真的很短,在其中協助它進行的便是纖細無比的真菌菌絲。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在我們所熟悉的土壤中,負責儲存這些分解物質者是腐植質,也因此它被認為特別肥沃。然而熱帶雨林的土壤沒有腐植質,因為樹木的根,立即吸收了所有在分解與礦化作用中釋放出的物質。樹木的葉與根之間,構成了一種緊密的循環系統。

精密的植被系統

當然這還是無法完全阻止植物所需的養分因雨水而流失,因為水量實在太大,降雨強度也太強。林間小溪貧乏的礦物含量,指出了這種無可避免的損失。而雨林裡的樹木如何取得平衡,只要看看它的葉子與樹冠,便可得到線索。

那些「坐」在它樹冠上的植物,幾乎都是我們最熟悉的室內或裝飾植物,例如蘭花、鳳梨科植物或蕨類。在德文裡它們被有點拗口地慣稱為「坐在上面的植物」,其實也就是附生植物。

它們的根莖沒有觸及地面,也沒有鑽進樹木的枝幹裡,所以不像寄生植物會吸取樹木養分,而只在樹上靠「吸空氣」維生——這點完全名符其實:因為它們不僅像絕大部分植物那樣,會從空氣中吸收二氧化碳,也吸收那裡面的水分與必需的礦物養分。雖然要以這種方式活著,它們得維持很低的需求,但它們的出現與常見卻也表明,借道空路而來的礦物鹽類顯然完全充裕。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
熱帶雨林裡「坐」在植物上的附生植物。圖/維基百科

只要更仔細觀察,我們甚至還看得到許多附生在樹葉上的小型或微型植物。它們像一小片草地那樣生長在葉面,讓有些大型樹葉看起來好像布滿斑點,而且這很可能也是滴水葉尖發展出來的重要原因之一。這樣的葉尖能讓雨水更快從葉面滴下或流走,如此一來那上面的迷你附生植物才會不斷枯死;這可以避免它們生長過密,對雨林樹木的葉子造成危害。

另一方面,這些葉面附生植物透過其龐大的總表面積,從雨水中過濾出特別多的礦物養分,這點對樹木倒是有利的;在很大的程度上,甚至比那些大型附生植物更有用。後者通常只會偶爾在雷雨風暴中被颳落地面,然後樹根或許還能從它們身上吸收到一些營養。

這裡空氣中的礦物成分究竟從何而來,一直到二十世紀後半都還無人知曉。是來自被信風或暴風颳來拍打在海岸的浪花嗎?還是來自南美洲東北及東南部、有著廣大裸露地面的乾燥區?都有可能。

然而化學微量分析的結果,卻指向一個要遙遠得多的來源地。那些從空中為亞馬遜雨林施肥的礦物成分,是信風遠從撒哈拉沙漠挾帶來的。有時候當沙塵暴特別強勁,大範圍的天氣狀態也許可時,甚至連中歐地區都能體驗到一部分這種來自撒哈拉的沙塵現象。此時降下的雨會偏褐到黃褐色,在過去迷信的時代,人們把它稱作「血雨」,而它顯示出沙塵裡有含鐵化合物。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

根據測量的結果,隨著信風由非洲穩定吹向亞馬遜的沙塵量,不僅能與因河水沖蝕與搬運而損失的量達成平衡,也確實含有雨林裡的樹木生長所需要的礦物養分。那些主要是磷、鉀、鎂,但也包括鈣、鐵及一些微量元素。

亞馬遜雨林是「站」在一片無法再提供任何養分的土地上。圖/維基百科

因此我們可以誇大一點地說,絕大部分的亞馬遜雨林根本只是「站」在一片幾乎已無法再提供給它任何養分的土地上,而且是以它的樹葉與根部組織從空氣中吸收養分。就這點而言,熱帶雨林的表層很類似高位沼澤,因為它也是從空氣中獲取養分。高位沼澤下那些死去植被積累而成的泥炭,主要功能就是做為底部基礎與蓄水。

——本文摘自《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》,2022 年 8 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 2
日出出版
13 篇文章 ・ 7 位粉絲

1

1
2

文字

分享

1
1
2
亞馬遜雨林裡上演著動物生存競賽——《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》
日出出版
・2022/09/17 ・2495字 ・閱讀時間約 5 分鐘

流量最大的河川,帶來最大的洪水,這樣的因果關係似乎完全符合邏輯。然而亞馬遜河的洪水,已完全超乎水量增加與氾濫幅度間的正常關係,而這對亞馬遜雨林帶來了某些後果。

洪水氾濫成的水陸兩棲舞台

儘管並非毫不費力就能看出端倪,但原因其實很簡單。

這條大河從安地斯山脈東緣開始,那些巨大的源流河在此離開高地但尚未匯入主流,一直到注入南大西洋為止,其間三千多公里的河道,幾乎完全不再有任何坡度。這甚至使亞馬遜河的洪流,會以潮汐般的規律往上游方向回堵數百公里。連它那些來自北邊或南邊的主要支流——前者最重要的是內格羅河(Rio Negro),後者則是馬代拉河(Madeira)與托坎廷斯河(Tocantins)——在匯入亞馬遜河前,也都已經幾乎毫無坡降地奔流了無數里程。

它在主要雨季的流量每秒可超過三十萬立方公尺,這樣幾乎讓人無法想像的巨大水量,無可避免地必然會暴漲並堵塞。而那些離河道不遠的森林,也因此會大範圍遭洪水泛濫,連續好幾星期,有時候甚至長達數月。

亞馬遜河洪水氾濫。圖/維基百科

於是一個水陸兩棲的世界形成了,魚穿梭在這個原始森林的樹冠層中,水生植物則聚集成漂浮的大島順流而下,在某些河岸地帶水位可以上升十到十五公尺。

此時有一大部分生命的活動舞台,是在水中或在高高的樹冠上,而毀滅式的大雨不斷傾盆而下,還可能連下數日不休。這裡的河水氾濫會波及廣闊的周邊地區,在某些地方甚至寬達上百公里看不到河岸,因為樹冠已完全沒入水中。而並非所有亞馬遜雨林的樹種,都能忍受這麼長的氾濫期,因此比起那些洪水淹不到的地方,也就是巴西人眼中真正的「陸地」,生長在近河地帶的樹種一直明顯較少。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

上演著精采絕倫的動物生存戰

不過即使沒有氾濫,從天而降的驚人雨量,還是會為那些「陸地」帶來過多的水。但它至少有穩固的土壤,生長在這裡的樹木與生長在近河氾濫區者,有著迥異的繁殖策略。

在近河氾濫區的水裡,不僅有等著要埋伏獵物的凱門鱷(Kaiman),還有在靜候著等待果實噗通一聲掉進水裡的魚,牠們會急忙蜂湧而上,就像人、畜見之色變的食人魚撲向(受傷的)獵物那樣,會在最短時間內把目標物吃光抹淨只剩骷髏。

食人魚因為前端齒列是由鋒利如刀的三角尖齒所組成,所以能像鋸子一樣切鋸,牠也因此得到一個有點矬的德文名字:鋸脂鯉(Sägesalmler)。Säge 即鋸子,而 Salmler 則表明牠屬於脂鯉科這種魚。

或許在某些冒險故事裡這種魚確實被描寫得太誇大,不過這改變不了一個事實:當牠們非常飢餓時,牠們在亞馬遜水域裡的危險性要遠比凱門鱷和巨蟒高。任何曾釣過這種魚的人,都不會忘記牠所發出的那種嘎吱嘎吱聲,那是牠用牙齒在狂咬固定魚鉤的鋼絲前導線。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
亞馬遜河豚(Inia geoffrensis)通稱亞河豚,也稱粉紅河豚;是現存體形最大的淡水豚。圖/維基百科

從人類的角度來看,相對溫和無害的是亞河豚科的淡水豚,因為牠只獵食魚類,並不會攻擊人。當牠們成群圍繞在你的小船或獨木舟邊嬉戲時,還會發出平和悅耳的聲響。

然而水中世界的生存競賽,還是繼續在進行。

起初是在水位開始上漲時,因為有些物種所仰賴的食物來源,在水中變得更分散更稀少了。像凱門鱷就首當其衝,還好牠經得起長時間挨餓,相較之下屬於哺乳類的巨獺,也就是亞馬遜河裡以魚為主食的大型水獺,則幾乎每天都得進食。淡水河龜也很擅長耐心等候,而且能捱到洪水退去,牠可以產卵的河岸重新出露。爬蟲類此時的優勢,來自牠比哺乳類動物要低許多的新陳代謝率。牠每天所需要的食物,只有體重相當的哺乳類動物的五分之一到十分之一。

為數不多且原生於亞馬遜雨林的大型哺乳類動物,都以一種明顯較低的基礎代謝率著稱。對體型只差不多與野豬相當,但卻是亞馬遜體重最大的哺乳類動物貘來說,這種新陳代謝強度降低的比例還不算太大;但生活在樹冠層、凡事都「慢慢來」的樹懶,基礎代謝率卻大約只有與牠體型相當的一般哺乳類的一半。然而牠其實並不「懶」,凡事慢慢來對牠是生活之必需。

二趾樹懶(Choloepus didactylus)流線的身軀及毛髮很能適應熱帶雨林氣候。圖/維基百科

樹懶以及會把長鼻子伸出水面的貘,都擅長且能持久游水;而那些住在樹冠層的猿猴,反之則會盡其所能地避免下水,落入水中對多數不具游泳能力的猿猴來說意謂著雙重致命,因為牠們根本抵禦不了那裡面的肉食性魚類與鱷魚。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

有些事在這個奇怪的水世界裡,或許不足為奇:例如這裡最常見的一種螞蟻切葉蟻,是以培養真菌為生,而一些大型蝴蝶,像全身閃耀著一種夢幻天空藍的大藍閃蝶,壽命可以長達數週或甚至數個月。在悶溼的熱帶亞馬遜,牠們的生命進行得比我們初夏森林裡的蝴蝶慢。

至於鳥類則受惠於牠們的飛行能力,羽色繽紛的巨嘴鳥拜自己敏銳的色覺之賜,總能找到有果實的樹木。

在亞馬遜的水陸兩棲世界裡,鳥類與魚類一樣都多達數百種。

——本文摘自《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》,2022 年 8 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
日出出版
13 篇文章 ・ 7 位粉絲