1

1
1

文字

分享

1
1
1

生命的起源是什麼?達爾文的祖父相信「萬物始於貝」——《海之聲》

臉譜出版_96
・2022/11/18 ・2891字 ・閱讀時間約 6 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

在我們這個迷因勝過物質的時代,「萬物源自共同祖先,藉由不斷演化存活下來」的想法,被烙上查爾斯.達爾文的名字。這個名字總是會以全大寫出現在熟悉的有腳魚圖案保險桿貼紙和 T 恤上。

有腳的達爾文魚是進化論的象徵符號。圖/Wikipedia

演化論的標語化,掩蓋了達爾文的優雅理論其實是緩慢的、斷續的、不確定的浮現,在他之前的好幾代就已開始並持續鋪展。科學家結合演化論與遺傳學,揭示生命如何在古海洋中興起,並在劇烈的環境變化中存續。

達爾文的祖父相信生命起源於貝殼

達爾文的祖父──一位名叫伊拉斯謨斯.達爾文(Erasmus Darwin)的肥胖醫生,早在兩個世紀之前便預見了福爾邁伊今日著名的貝殼裝飾理論。「不規則的突起,」伊拉謨斯在〈植物園〉(The Botanic Garden)一詩中寫道,「是牠們的防禦工事,對抗敵人攻擊。」

伊拉斯謨斯.達爾文。圖/Wikipedia

包含達爾文祖父內的那群十八世紀哲學家與科學家,談論著不復存在的生物化石證據。在那個時代,膽敢質疑上帝造物的完美性,仍是非常危險的一件事。伊拉謨斯的詩作〈自然殿堂〉(The Temple of Nature)描繪了一場大爆炸──「在時間開始之前,從燃燒的混沌中,」以及「在連續幾代生命的綻放,在牠們取得新的力量而生長成更大的軀體之前」──「海洋中微小的生命崛起」。

伊拉斯謨斯相信,萬物源自於一只微小貝殼中扭動的「絲狀體」。雖然他住在英國斯塔福郡利齊菲爾德的大教堂城市,有著信仰虔誠的鄰居與病人,但伊拉斯謨斯還是對他的貝殼起源深感興奮,想要與其他願意質疑傳統的智慧之人分享。

出現在家族徽章上的貝殼

達爾文的家族徽章上有三枚扇貝,這紋樣在當時與現在都很流行。(黛安娜王妃的徽章是斯賓塞(Spencer)家族從十六世紀代代相傳的,裡頭也有三枚扇貝。她的兩個兒子,威廉與哈利,在十八歲後也將貝殼納入自己的紋徽中以紀念母親。)伊拉斯謨斯.達爾文決定將達爾文家的徽章加上「萬物始於貝」(E conchis omnia)這句座右銘。

達爾文的家族徽章上有三枚扇貝。圖/Wikipedia

他把座右銘印在自己私用的書籤上,但這樣無法讓更多人看見。於是,就像演化論的現代捍衛者在保險桿上貼了有腳魚的貼紙;伊拉斯謨斯.達爾文在一七七○年將他的紋徽與新座右銘裝飾在馬車側身。

他虔誠的鄰居們被他的失德行為嚇壞了。在利齊菲爾德大教堂上,法政牧師湯瑪斯.史都華(Thomas Seward)看到伊拉斯謨斯「棄絕他的造物主」,滿心憤慨,寫下這首諷刺詩:

多麼偉大的巫師!憑藉魔法咒術

能讓貝殼長出萬物……

噢醫生,改掉那愚蠢的座右銘

或將它留在某位女士的窟洞裡

否則你可憐的病人會戰悸

如果你的治療力比不過創造力。

伊拉斯謨斯.達爾文不想侮辱教會也不想失去病患,於是將馬車上的貝殼座右銘塗掉,但仍保留在書籤上。他的後代子孫(無論是生物上或知識上的),都在共同起源論中找到真理,儘管不是來自一枚原始貝殼。不過,今日的古生物學家確實認為,軟體動物是我們目前所知最古老的動物,而牠們是由單一的有殼祖先演化而成。

早期生物如何適應地球的變化?關鍵就在於外殼

科學家尚未發現軟體動物之母,但他們知道,軟體動物至少是在五億四千萬年前演化而成。在單細胞微生物出現後,有些創造出生物的第一個外殼,並終於蠕動出更複雜的生命體。在統治地球大半歷史的軟泥微生物墊層與動物的大崛起之間,有兩波被低估的生命浪潮。

第一波是最早的多細胞生物,以柔軟的身體蠕動存在,如今只能在地球最古老的岩石潛穴與痕跡中瞥見。這些黏糊糊的老祖宗,找到方法在陽光中捕捉能量,但牠們的創新卻也助長了牠們的毀滅進程。牠們發展出來的光合作用有一個副產品──氧氣;對大多數在原始、低氧海中演化出來的微生物而言,氧氣是有毒的。

最早的多細胞生物。圖/Wikipedia

這些謎樣的生物,有許多在教科書裡的「五大滅絕」,以及目前正在經歷的第六次大滅絕之前就已大量死亡。只有能夠適應地球化學變化的生物堅持了下來,其中許多是拜牠們打造的外殼之賜。

第二波由微小、虛弱的礦化生物組成,即科學家口中的「小殼化石」。牠們的暱稱是「小殼」(small shellies)或「小臭」(small smellies),因為採集牠們的唯一方式,是將石灰岩塊溶解在酸液裡。

這些迷你造礦者包括蟲狀、管狀與海綿狀生物,以及最早的一些軟體動物——已滅絕的喙殼綱(rostroconch)軟體動物看似蛤蚌,但雙殼融合成單殼;蝸牛似的太陽女神螺綱(helcionelloid)外殼有如女巫帽,生活在動盪海洋的淺灘裡。牠們很快就會有一大群夥伴。

鸚鵡螺。圖/臉譜出版提供

光合作用協助打造外骨骼的材料

逐漸增加的氧氣導致更多的光合作用,提高類似蛋白質的膠原——那是動物製造組織的必需品;火山灰也可能增加了海中的碳酸鈣,為打造外殼提供了現成的材料庫存。在俄羅斯西北部奧涅加河河岸,有一層五億五千五百萬年的火山灰燼,裡頭保存了一種寶螺狀的柔軟動物,名為金伯拉蟲(Kimberella),拖著一個數公分長的非礦物殼。科學家追蹤牠的覓食與爬行軌跡,得知牠大概是靠一條爬行足倒退移動。

繼這場「軟啟動」之後,在寒武紀(Cambrian)的動物崛起中,硬殼連同骨骼於世界各地出現。斑斑點點、慢慢吞吞的生命形式,開始讓位給喧喧鬧鬧、由掠食者與獵物組成的海洋動物寓言。肢節分明的三葉蟲,和牠們的昆蟲與螃蟹後代一樣沿著海底爬行。更大的海洋動物演化出來並掠食牠們,例如五公分長、龍蝦狀的赫德蝦(Hurdia victoria),牠們擁有多刺的爪子以及從頭部突起的長矛狀外殼。

赫德蝦(Hurdia victoria)有多刺的爪子和長矛狀外殼。圖/Wikipedia

在加拿大落磯山區,數百隻名為威瓦西亞蟲(Wiwaxia)的尖刺蛞蝓,保存在寒武紀海洋中巨大的伯吉斯頁岩(Burgess Shale)化石沉積中。這些五億零五百萬年的遺骸覆蓋著鱗片,並有突出的尖刺。和金伯拉蟲一樣,科學家尚未確定牠是早期的軟體動物或一種蟲。但科學家確實看到牠的許多尖刺曾經折斷(可能是掠食者造成)然後修復。

——本文摘自《海之聲:貝殼與海洋的億萬年命運》,2022 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

文章難易度
所有討論 1
臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 245 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

1

133
3

文字

分享

1
133
3
AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

延伸閱讀

文章難易度
所有討論 1
研之有物│中央研究院_96
253 篇文章 ・ 2220 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

0

1
1

文字

分享

0
1
1
外型奇特的女王鳳凰螺,差點就被當作暗殺工具——《海之聲》
臉譜出版_96
・2022/11/19 ・1740字 ・閱讀時間約 3 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

女王鳳凰螺的棲息地橫跨巴哈馬群島,上至佛羅里達與百慕達,以及整個加勒比海周遭。這意味著,牠們的生命與不下於二十六個國家的人類和他們令人不安的生活方式緊密交織。在古馬雅的廢墟中,考古學家發現一些圖像顯示,女王鳳凰螺被當成肉搏戰的格鬥武器──有尖刺的五磅重拳擊手套;其光滑無比的內腔可以做為保護手指的握把。

成年女王鳳凰螺的腹面。圖/Wikipedia

用貝殼暗殺卡斯楚

到了現代時期,女王鳳凰螺是美國中情局一項行動的核心角色──他們打算引爆一枚放在珊瑚礁上的貝殼,暗殺古巴總統卡斯楚。根據二○一七年解密的甘迺迪刺殺檔案,一九六三年,中情局考慮將一只「壯觀的貝殼埋在卡斯楚經常赤身潛水的區域」,當成詭雷暗殺他。

「貝殼將裝滿炸藥,當貝殼被抬起時就會爆炸。」

卡斯楚熱愛在原始的薩帕塔半島(美國在豬玀灣﹝Bay of Pig﹞)慘敗中遭到羞辱的地方)外海潛水和用魚叉捕魚。中情局最後判定,沒有任何加勒比海本地的貝殼大到足以盛裝足夠數量的炸藥,又奇特到能讓卡斯楚把它從珊瑚礁中拿起。假如他們當初問過鳳凰螺漁夫或科學家,或許能改變歷史。

女王鳳凰螺。圖/臉譜出版提供

女王鳳凰螺的生命歷程

人類對貝殼的再想像,沒有一個能接近女王鳳凰螺自身變化多端的生命週期。這動物在幼體時期順著洋流而行,稚螺時期躲藏在海草中,中年階段掛在砂礫與碎石上,老了則跳入深沙渠道。女王鳳凰螺並非全是女王。牠們有雌雄之分,必須結合交配;不像雙殼類是將卵子精子送入海中,在洋流裡相遇。

春天,成熟的鳳凰螺成群結隊,食用海藻,將營養轉化成卵子與精子。群體生活對牠們的生存至關緊要;科學家表示,一公頃的面積中至少需要九十隻女王鳳凰螺,才能成功繁殖。每隻雌螺會生產出數百萬顆卵子,等待雄螺挪過來,將牠鏟形頂端的長長陰莖伸到雌螺殼下。

在她卵子受精後的一天之內,母螺會在沙裡挖出一道小溝,將五十萬顆左右的受精卵堆疊成一條膠質索,如果拉展開來,長度將超過一個籃球場。她以那隻萬能足撥弄沙子掩飾那條膠質索,塗覆堆疊,直到它看起來有如一塊白色珊瑚。每一季,她會產下約莫九個這樣的卵塊,一年為世界誕下將近五百萬隻幼體鳳凰螺。其中只有不到百分之一(五萬左右)能長成成年女王。

幼體的變形就像從蟲蛹變女王那樣高貴。幼體鳳凰螺在母親打造的世外桃源內部,從起初只是一顆輕軟泡泡的殼上開始生長。幾天之內,軟殼胚胎開始在它們的卵裡旋轉,彷彿在練習即將來臨的翻筋斗。旋轉代表牠們已準備好孵化,並以面盤幼體的形式飄入水中,這階段的幼螺身形很小。

未來幾個星期,是牠身為女王鳳凰螺的一生中,唯一可自由游動的時間,順著洋流漂浮好幾公里。原子狀的面盤幼體抽長出花瓣狀的裂片;一開始兩瓣,接著四瓣,六瓣。到這時,面盤幼體已經三週大,牠的透明外殼是完美螺旋,六瓣裂片伸長成肢體,支撐牠在海底著陸、在海草上爬行。

牠爬行,再次游動,接著爬行,游動,尋找恰到好處的定居點。當鳳凰螺晃動的肢—鰭消失後,牠自由自在的嬰兒期便接近尾聲。牠長出爪形足和其他軟體動物特徵;以鼻狀吻吃東西,以鰓呼吸。此時長全的完美小外殼,可以擺在你的指尖上。

少年期的女王鳳凰螺將自己埋在沙裡,度過生命中的頭一年,除了潛望鏡般的眼睛外其餘都無法被看見。那一年與接下來四年,年輕鳳凰螺將所有精力用來逃避掠食者;最初是海洋蠕蟲與小螃蟹,接著是比較大的魟魚、龍蝦、章魚、鯊魚。

到了五歲左右,牠們已將自家宮殿鞏固成極為安全的堡壘,以至於牠們大多數的天敵都不再試圖闖入。這時,需要擔心的威脅只剩下一個。

——本文摘自《海之聲:貝殼與海洋的億萬年命運》,2022 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 245 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

1

1
1

文字

分享

1
1
1
生命的起源是什麼?達爾文的祖父相信「萬物始於貝」——《海之聲》
臉譜出版_96
・2022/11/18 ・2891字 ・閱讀時間約 6 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

在我們這個迷因勝過物質的時代,「萬物源自共同祖先,藉由不斷演化存活下來」的想法,被烙上查爾斯.達爾文的名字。這個名字總是會以全大寫出現在熟悉的有腳魚圖案保險桿貼紙和 T 恤上。

有腳的達爾文魚是進化論的象徵符號。圖/Wikipedia

演化論的標語化,掩蓋了達爾文的優雅理論其實是緩慢的、斷續的、不確定的浮現,在他之前的好幾代就已開始並持續鋪展。科學家結合演化論與遺傳學,揭示生命如何在古海洋中興起,並在劇烈的環境變化中存續。

達爾文的祖父相信生命起源於貝殼

達爾文的祖父──一位名叫伊拉斯謨斯.達爾文(Erasmus Darwin)的肥胖醫生,早在兩個世紀之前便預見了福爾邁伊今日著名的貝殼裝飾理論。「不規則的突起,」伊拉謨斯在〈植物園〉(The Botanic Garden)一詩中寫道,「是牠們的防禦工事,對抗敵人攻擊。」

伊拉斯謨斯.達爾文。圖/Wikipedia

包含達爾文祖父內的那群十八世紀哲學家與科學家,談論著不復存在的生物化石證據。在那個時代,膽敢質疑上帝造物的完美性,仍是非常危險的一件事。伊拉謨斯的詩作〈自然殿堂〉(The Temple of Nature)描繪了一場大爆炸──「在時間開始之前,從燃燒的混沌中,」以及「在連續幾代生命的綻放,在牠們取得新的力量而生長成更大的軀體之前」──「海洋中微小的生命崛起」。

伊拉斯謨斯相信,萬物源自於一只微小貝殼中扭動的「絲狀體」。雖然他住在英國斯塔福郡利齊菲爾德的大教堂城市,有著信仰虔誠的鄰居與病人,但伊拉斯謨斯還是對他的貝殼起源深感興奮,想要與其他願意質疑傳統的智慧之人分享。

出現在家族徽章上的貝殼

達爾文的家族徽章上有三枚扇貝,這紋樣在當時與現在都很流行。(黛安娜王妃的徽章是斯賓塞(Spencer)家族從十六世紀代代相傳的,裡頭也有三枚扇貝。她的兩個兒子,威廉與哈利,在十八歲後也將貝殼納入自己的紋徽中以紀念母親。)伊拉斯謨斯.達爾文決定將達爾文家的徽章加上「萬物始於貝」(E conchis omnia)這句座右銘。

達爾文的家族徽章上有三枚扇貝。圖/Wikipedia

他把座右銘印在自己私用的書籤上,但這樣無法讓更多人看見。於是,就像演化論的現代捍衛者在保險桿上貼了有腳魚的貼紙;伊拉斯謨斯.達爾文在一七七○年將他的紋徽與新座右銘裝飾在馬車側身。

他虔誠的鄰居們被他的失德行為嚇壞了。在利齊菲爾德大教堂上,法政牧師湯瑪斯.史都華(Thomas Seward)看到伊拉斯謨斯「棄絕他的造物主」,滿心憤慨,寫下這首諷刺詩:

多麼偉大的巫師!憑藉魔法咒術

能讓貝殼長出萬物……

噢醫生,改掉那愚蠢的座右銘

或將它留在某位女士的窟洞裡

否則你可憐的病人會戰悸

如果你的治療力比不過創造力。

伊拉斯謨斯.達爾文不想侮辱教會也不想失去病患,於是將馬車上的貝殼座右銘塗掉,但仍保留在書籤上。他的後代子孫(無論是生物上或知識上的),都在共同起源論中找到真理,儘管不是來自一枚原始貝殼。不過,今日的古生物學家確實認為,軟體動物是我們目前所知最古老的動物,而牠們是由單一的有殼祖先演化而成。

早期生物如何適應地球的變化?關鍵就在於外殼

科學家尚未發現軟體動物之母,但他們知道,軟體動物至少是在五億四千萬年前演化而成。在單細胞微生物出現後,有些創造出生物的第一個外殼,並終於蠕動出更複雜的生命體。在統治地球大半歷史的軟泥微生物墊層與動物的大崛起之間,有兩波被低估的生命浪潮。

第一波是最早的多細胞生物,以柔軟的身體蠕動存在,如今只能在地球最古老的岩石潛穴與痕跡中瞥見。這些黏糊糊的老祖宗,找到方法在陽光中捕捉能量,但牠們的創新卻也助長了牠們的毀滅進程。牠們發展出來的光合作用有一個副產品──氧氣;對大多數在原始、低氧海中演化出來的微生物而言,氧氣是有毒的。

最早的多細胞生物。圖/Wikipedia

這些謎樣的生物,有許多在教科書裡的「五大滅絕」,以及目前正在經歷的第六次大滅絕之前就已大量死亡。只有能夠適應地球化學變化的生物堅持了下來,其中許多是拜牠們打造的外殼之賜。

第二波由微小、虛弱的礦化生物組成,即科學家口中的「小殼化石」。牠們的暱稱是「小殼」(small shellies)或「小臭」(small smellies),因為採集牠們的唯一方式,是將石灰岩塊溶解在酸液裡。

這些迷你造礦者包括蟲狀、管狀與海綿狀生物,以及最早的一些軟體動物——已滅絕的喙殼綱(rostroconch)軟體動物看似蛤蚌,但雙殼融合成單殼;蝸牛似的太陽女神螺綱(helcionelloid)外殼有如女巫帽,生活在動盪海洋的淺灘裡。牠們很快就會有一大群夥伴。

鸚鵡螺。圖/臉譜出版提供

光合作用協助打造外骨骼的材料

逐漸增加的氧氣導致更多的光合作用,提高類似蛋白質的膠原——那是動物製造組織的必需品;火山灰也可能增加了海中的碳酸鈣,為打造外殼提供了現成的材料庫存。在俄羅斯西北部奧涅加河河岸,有一層五億五千五百萬年的火山灰燼,裡頭保存了一種寶螺狀的柔軟動物,名為金伯拉蟲(Kimberella),拖著一個數公分長的非礦物殼。科學家追蹤牠的覓食與爬行軌跡,得知牠大概是靠一條爬行足倒退移動。

繼這場「軟啟動」之後,在寒武紀(Cambrian)的動物崛起中,硬殼連同骨骼於世界各地出現。斑斑點點、慢慢吞吞的生命形式,開始讓位給喧喧鬧鬧、由掠食者與獵物組成的海洋動物寓言。肢節分明的三葉蟲,和牠們的昆蟲與螃蟹後代一樣沿著海底爬行。更大的海洋動物演化出來並掠食牠們,例如五公分長、龍蝦狀的赫德蝦(Hurdia victoria),牠們擁有多刺的爪子以及從頭部突起的長矛狀外殼。

赫德蝦(Hurdia victoria)有多刺的爪子和長矛狀外殼。圖/Wikipedia

在加拿大落磯山區,數百隻名為威瓦西亞蟲(Wiwaxia)的尖刺蛞蝓,保存在寒武紀海洋中巨大的伯吉斯頁岩(Burgess Shale)化石沉積中。這些五億零五百萬年的遺骸覆蓋著鱗片,並有突出的尖刺。和金伯拉蟲一樣,科學家尚未確定牠是早期的軟體動物或一種蟲。但科學家確實看到牠的許多尖刺曾經折斷(可能是掠食者造成)然後修復。

——本文摘自《海之聲:貝殼與海洋的億萬年命運》,2022 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

文章難易度
所有討論 1
臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 245 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
用藝術在科學界掀起狂潮!生物學家海克爾與它的「大橡樹」之作──《纏結的演化樹》
貓頭鷹出版社_96
・2022/08/07 ・2564字 ・閱讀時間約 5 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

紅了超過 150 年!這棵樹到底有什麼魅力?

海克爾忙碌而多產,除了不斷研究,也持續普及化他的理論。一八七四年他出版了另一本專門討論人類演化的書,至少它的書名副標是如此表示的:《人類發展史》。

他的生命樹在此書中發展到極致,這張被稱為「海克爾的大橡樹」的圖,後來變得非常知名,很可能是他最廣為人知的一幅藝術作品,你可能曾在某些海報上面看過,或是看過印在 T 恤上面的版本。

海克爾透過「大橡樹」描繪他對生物演化的理解。圖/貓頭鷹

這幅圖像所呈現的,是海克爾對人類演化的理論,從他所創造的祖先原核生物,經過蠕蟲跟兩棲類,經過爬蟲類,一路演化到人類。

這棵樹沒有枝葉繁茂的華蓋,沒有太多分支。它的樹幹在靠近根部的地方極為粗壯,愈往上面開始慢慢變得細弱,使整棵樹看起來比較不像橡樹,反而比較像一顆剛從土中拔出的多鬚而巨大的大頭菜,頭下腳上。

在這棵樹最高的一根樹枝上面寫著 Menschen,也就是「人類」的意思,而在左右下方(注意,不是旁邊)則伴隨著大猩猩、紅毛猩猩與黑猩猩。

恩斯特.海克爾不僅是頂尖的生物學家,也是一位醫生、一位藝術家。圖/Wikipedia

這張圖是否如許多學者所說,可以代表海克爾只是躲在達爾文理論之下,實則是一名復古而保守的人類中心主義者?而他的大橡樹其實只是另一種天梯,跟亞里斯多德所主張,跟邦納在一七四五年所畫的並無二致?海克爾是否認為人類是演化的皇冠,是這個帶有目的性的演化過程最後應達到的終點呢?

我並不這麼認為。

或許當你第一眼看到這張圖的時候,確實會認同這些看法,但是他的想法跟圖畫其實要更複雜一些。

海克爾是相當卓越的藝術家,曾出版《自然中的藝術百態》(Kunstformen der Natur),收錄了上百幅海克爾的生物繪圖,此為海克爾手繪的水母圖稿。圖/Wikipedia

世人對海克爾的評價

生物歷史學家對海克爾的評價分歧,對於他真正的想法或是旁人揣測的看法,對於他引起的騷亂與他的過錯,大家始終各執一詞,看法莫衷一是。

海克爾相當長壽(他活到八十五高齡,死於一九一九年),著作等身,提出過許多不同版本的達爾文理論,以及理應是根據達爾文理論所制定的「定律」;他曾多次修改自己的某些論點,而對於另外一些論點則含糊其詞,有時甚至前後矛盾,這些都讓後人對他的看法充滿分歧。

有一派的人認為他的理論其實比較接近拉馬克學派,而非達爾文的演化論,因為海克爾錯誤地主張後天獲得的特徵可以遺傳下去(雖然達爾文也這樣認為)。

他的生物遺傳定律也在生前就受到嚴厲批評而被宣告錯誤。他被指控用錯誤的證據――不知是刻意還是不小心畫出錯誤的圖畫――來證明自己的假設。

達爾文(左)跟拉馬克(右)對生物的演化都提出了各自的想法,對後人造成深遠的影響。圖 / Wikipedia

有人批評他提出過許多古生物學理論,卻沒有提供任何化石證據;也有人說他是「膚淺、前後不一致,或者根本就是腦袋不清楚。」

還有一派批評則認為,像他這種進化觀點,也就是視演化為一種進步的過程,並且把人類放在這條進步之路的終點,作為完美的代表,海克爾根本稱不上是達爾文主義者。

雖然海格爾翰與他的理論逐漸被學界淘汰,但他精美的畫作仍然受到世人的喜愛。圖 / Wikipedia

海克爾的觀點真的不值一提嗎?

眾多批評者之一的歷史學家波勒,在一九八八年曾針對在《物種起源》出版後的數十年之後所有對達爾文理論產生過影響的「假達爾文主義者」以及「反達爾文主義者」,寫過一部專書《非達爾文主義的演化論》,該書封面用來闡述他論點的代表圖片,就是海克爾的大橡樹。

波勒也在書中使用這幅圖片,用以佐證他說的「海克爾演化論本質上的線性特徵」。不過他的批評可能有欠公允。

其他的學者,比如傳記作者理查茲曾經指出,海克爾為了兩種不同的主張畫過兩種不一樣的樹。

第一種就是親緣關係樹,比如他所畫的 Stammbaum der Organismen 總生命樹,以枝繁葉茂的華蓋呈現出生物種類的廣度。

海格爾透過「樹」闡述他的「三界系統」(Three-kingdom system)理論。圖/Oxford Research Encyclopedias

第二種則是家譜樹,比如他所畫的大橡樹,主要目的是用來呈現單一種生物的發展。畢竟大橡樹的名稱為 Stammbaum der Menschen,也就是人類的生命樹,是用來講人類的演化,而不是講其他生物的演化。

人類在這棵樹的頂峰,那是因為這棵樹就是跟人有關

他畫這棵樹的目的,正是用來解釋他那大膽的主張(同時也是達爾文的主張),也就是我們是其他生物的後代,這條線可以一直追溯到一種單細胞生物,就是他所謂的原核生物。這也是為何這棵樹的根部粗壯,然後愈來愈細並且樹枝稀少。

這棵樹的目的並非用來展示生物的多樣性以及彼此之間的關係。它的目的是展現單一種系,也就是人類的世系。海克爾或許是個浪漫主義者,也可能是個進步主義者,或許並不是一名始終如一的達爾文主義者,但是他還是知道生命樹並不是一顆大頭菜。

——本文摘自《纏結的演化樹》,2022 年 7 月,貓頭鷹,未經同意請勿轉載。

貓頭鷹出版社_96
47 篇文章 ・ 20 位粉絲
貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。