原住民族的傳統知識，讓科學家更了解仙女圈的形成

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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還留著她的氣味和身體的餘溫，但現在我只能靜靜躺在地上。
只剩下風吹雨打，和路人的輕蔑。
等待哪天被科學家拾起，進入最後一段精彩而短暫的旅程。

時間是多年前的一個夏天，西班牙歷史悠久的瓦倫西亞大學的校園裡，一個諾貝爾獎等級的研究，即將在校園裡的人行道上展開。

這個研究的成果後來引起眾人矚目，贏得 2021 年搞笑諾貝爾獎的生態學獎項，為人類對「微生物生態學」的認識，做出了貢獻。

「搞笑諾貝爾獎」雖然不等於諾貝爾獎，但是全球各地那些長年坐在電腦前，盯著螢幕長吁短歎的科學家們，每一年可都是都認真期待，等著揭曉後細讀這些得獎作品；這些獲獎研究受到的注意，甚至可能比最新一期的《Nature》學術期刊還高（人家一年一次嘛）。

今年，搞笑諾貝爾獎的「生態獎」，頒給了西班牙瓦倫西亞大學「整合系統生物學研究所」的團隊（論文連結）。

對我這個細菌人來說，無疑是得獎研究裡最吸引人的一個。這群研究人員在日常生活裡最不起眼的東西上，探索細小生命群體的組成，他們的研究成果，展現了自然運作的動人法則。

研究對象：口香糖，是島嶼上被人嚼過的口香糖（嚼嚼）

這個研究的主角，是口香糖。不是躺在包裝紙裡散發香氣的這個，

而是剛剛在某人嘴裡承受利齒扯咬撕裂後的那個。

這個全球尺度的研究，使用了來自五個國家共計十份樣本，它們都是採自戶外人行道上的口香糖。研究人員小心翼翼地用無菌刀具將樣本刮下，快速送回實驗室放在負 80 度超低溫冷凍櫃保存。微生物菌相研究都得這樣做，要趕在現場生物發生變化前，把它們的關係快速封存起來。

研究人員像處理 COVID-19 檢體一樣，小心翼翼地從這些樣本裡萃取出 DNA，進行 PCR 複製 DNA，然後拿這些 DNA 去做次世代定序。定序儀定序得到的 DNA 序列，經過整理並與序列資料庫進行比對之後，研究人員找出了它們的身份。這樣一來，我們就知道每塊口香糖上到底住了什麼細菌，以及這個種族有多少隻壯丁。

口香糖不大，但是在上面住下來的細菌更小。這塊口香糖成了個和四周環境大不相同的島嶼，接納從空氣砂土來的苦命菌兒，成為它們落腳的新家園。比例上來說，一粒土粒相對於細菌的大小，大概等於兩棟台北 101 疊起來放在一個人的面前。

101 頂樓的風景氣候都跟一樓大廳不同，那口香糖樣本的頂端和底端，對菌來說也就像是高山到平地，環境上應該也會有差異吧？研究人員撿起刀片，俐落地把其中一個樣本削成一公厘厚的薄片，準備分別來看看這低中高三個海拔裡是不是住了不一樣的細菌。

口香糖的生物地理學（認真）

每塊口香糖上的住民不是只有單種細菌，而是一整個細菌社會。

這個社會裡的細菌種類還蠻多的，有四五百種細菌同時住在上面。台北木柵動物園裡的動物，大約有四百種（維基說的），種數上它們是屬於同一個量級的。但這些細菌分散在不同門底下（來背一下，界門綱目科屬種），而動物園裡大部份動物都屬於脊椎動物門。所以我們可以說，人行道口香糖上的生物多樣性，是遠遠超過動物園的唷。

先來看那三個不同「海拔」的細菌社會。這些細菌社會在組成上，彼此間看起來沒有太大差別，顯然三公厘距離裡的環境變化，還不足以影響細菌社會的組成。可惜他們沒去看人行道相隔幾公尺的左邊右邊細菌社會的差別，不過資源有限就不怪他們了，畢竟沒有人會出錢讓你去研究這種議題，這種有娛樂性的主題或許該去找電視台贊助還會有一點機會。

接著我們把尺度放大到國際等級。同個島嶼上的細菌社會組成很相似，那分佈在不同國家，接受不同人類社會影響的細菌社會，會不會有類似的細菌居住呢? 

動物園的動物來自世界各地，而口香糖黏滿口水裡牙齒上的細菌，到地面後變成接受環境細菌移民。以這個為基礎來推論，來自法國的細菌社會，跟遠在土耳其的細菌社會，會因為同樣是來自人的口腔，而且同樣處於人類居住環境，就有類似的細菌社會組成嗎？——歐洲和亞洲的遙遠距離，會成為決定細菌社會組成的因素嗎？

很不幸地，作者沒有給我們答案。因為他的樣本實在是太少了，西班牙、法國和新加坡各只有兩個樣本，希臘和土耳其甚至僅有一個，實在沒代表性。你不能拿一個阿部寬來代表全部的日本男生嘛是不是。

好吧資料太少不能戰國家，但這些樣本間還是有些共通的特性。在這些樣本上出現的，大部份是曾經在戶外環境表面上被找到，適合在環境裡生活的細菌。他們拿野生口香糖細菌社會去各處比對，發現它們和南極冰河區石頭和太陽能板上的社會組成還蠻像的。

仔細想想，在人行道上曬到的太陽跟光電板的是同一個，同樣承受紫外線和高熱的壓力，會看到這樣的現象好像也就合理了。

口香糖與細菌的歷史重現（浪漫）

生態學上關心的是這個環境裡有什麼生物，以及為什麼有這些生物。口香糖先接觸到口腔，應該要有很多很多來自口腔的細菌，但是在這些來自各國的樣本裡，它們似乎不見了。這案情不單純，值得花點時間研究一下這段從離開口腔到再度被人拾起之間發生的歷史。

講到歷史。《斯卡羅》一劇推出後引起討論風潮，但因為當時沒留下足夠詳細的資料，大家只能就手上有的資料各自拼湊解讀，猜測最有可能的真相。但如果看的是微生物的歷史，就可以透過重做實驗，再看一次這個過程裡發生什麼事。只要設好舞台，讓事件再發生一次，就有機會好好觀察這段時間裡的變化。

這個「生物組成隨時間變化」的過程，在生態學上叫「演替（succession）」，一段演替發生的時間，都要好多代人的時間。想要在實驗室裡看到生物的演替，只有在細菌這種複製快速的生物上才有機會。

實驗回到瓦倫西亞大學的校園裡來進行。他們特別請了專人來做這個實驗裡最重要的工作：吃口香糖，而且要按固定標準吃。

這位志願者是位 36 歲的健康女性，她每天處理兩塊口香糖，每塊嚼 30 分鐘，讓上面的細菌品質保持一致。生產出來的口香糖會被放在人行道上觀察細菌的變化，她花了 12 天生產出來的口香糖，都被好好的放在瓦倫西亞大學校園裡的人行道上，然後準備變成連續 12 週的樣本，來追踪口香糖上的菌相在 12 週裡的變化。

口香糖的細菌史（認真）

這些樣本也跟前面提過的各國樣本一樣，經過小心翼翼的處理後查出上面的細菌社會組成。在瓦倫西亞大學的口做歷史實驗結果，跟各國路上樣本看到的變化，走的是同一個趨勢。剛嚼完的口香糖上，如預期地都是口腔裡的細菌；而口香糖被移到人行道上之後，口腔裡的細菌開始承受環境的重大改變。

首先是環境溫度從體溫 37 度的恆溫，變成隨著日夜運行而有上下變化。人行道上也沒有口水的滋潤，和源源不絶的養份提供。這些嬌生慣養的口腔細菌，受不了這麼大的改變，數量逐漸減少。

在 12 週的變化裡，可以看到原本口腔裡的菌，在第一個月裡還能維持優勢，接著環境細菌的數量開始上升，第三個月起，環境菌開始超越口腔細菌，這是第一波的環境菌入侵。而在各國樣本裡看到的菌屬，則是在第三個月尾聲時出現，算是第二波的環境菌入侵。

研究團隊發現，口腔細菌裡有好菌也有壞菌的鏈球菌（Streptococcus），雖然數量慢慢下降，但到了三個月結束時還有超過 5% 的佔比。所以路邊的口香糖不要採（誰會啊），上面可能會有餓到快死掉的病原菌在等待重生的機會。

你不「吃」口香糖，但細菌得吃

沒有人吃口香糖是為了攝取養份。但是當它離開了口腔，住在上面的細菌就必須真的「吃」口香糖才能存活。那到底它們吃到了什麼？

這群研究人員先是從人行道口香糖上分離出 15 種細菌，做為細菌社會代表。接著他們採了人行道上的口香糖，用了不知道什麼魔法把它們磨成了粉，加在培養基裡，看看它能不能幫助細菌生長。實驗結果證實，這些地上的口香糖裡，的確還殘存著足以養活細菌的養份。

口香糖的膠體很難被分解，所以能當養份的就是吃起來甜甜的糖了吧？研究人員把可能加進口香糖裡的各種成份都拿來測試。細菌們跟人一樣喜歡蔗糖（sucrose），不過有些口香糖加的是取代蔗糖的甘露醇（mannitol）、山梨糖醇（sorbitol）或代糖阿斯巴甜（aspartame），這些也有不少細菌喜歡。

但標榜防蛀牙的木糖醇（xylitol，腦中響起賽駱駝），細菌就敬謝不敏了。另外，讓膠體軟化的甘油也能成為細菌的食物。能利用這裡養份的細菌，才有機會可以在這裡活下來。

這研究很惡搞

這篇研究為什麼會受到搞笑諾貝爾獎的重視呢？可能是因為它是入圍作品裡讓評審笑最大聲的那一篇吧！如果你覺得這是什麼亂七八糟的研究題目啊，然後把它丟在一邊，那就可惜了。

人家開宗明義就說了，這獎是要先讓人大笑，但是笑完可以讓你好好想想。

這雖然不是個完整的重要的研究，但它還是讓我們對未來有新的想像。

能有什麼新的想像呢？舉個例子來說吧！世界各國花了大把鈔票在對抗街上一直長出來的口香糖（據說英國每年要花七千萬歐元來清掉黏在街角的口香糖呢！），而且口香糖黏在一般建物牆上已經很惹人厭了，如果有人把它黏在歷史建築上，後續清理恐怕還會對古蹟造成進一步的傷害。這的確是個大問題。

這群研究人員在文中透露出他們想做但沒達成的希望——
我們不吃的口香糖，會不會有細菌愛吃，而可以請它們幫忙清除呢？

雖然這篇研究沒能直接測試細菌吃膠的能力，但根據他們得到的細菌名單，有些有分解口香糖膠體潛力的細菌，的確在各地樣本裡一再出現，至少說明它能在這些地方存活。或許在不遠的未來，科學家們真的能找到一種有本事住在街頭啃膠的細菌，只要把它噴灑在口香糖上，細菌們就能在暗巷裡默默執行清除工作。

※ 更多搞笑諾貝爾的相關介紹，請到泛科專題【不認真就輸了！搞笑諾貝爾獎】

參考文獻

• Satari, L., Guillén, A., Vidal-Verdú, À., & Porcar, M. (2020). The wasted chewing gum bacteriome. Scientific reports, 10(1), 1-10.
• Modes of Cat-Human Communication: 2021 Ig Informal Lecture

美洲豹（Panthera onca），一看名字就能知道，現在除了在動物園以外，就只能在美洲看到了，但其實美洲只是牠們過去曾佔領的地區的一小部分。從留下來的化石可以得知，美洲豹是從非洲啟程，經過歐亞大陸一路移民到美洲的，在非洲、歐洲和亞洲都可以找到牠們的親戚留下的蹤跡，而且分佈非常廣泛，只是後來牠們都滅絕了，只剩下我們今天在中美跟南美可以看到的現生美洲豹。

橫跨歐亞大陸，美洲豹壯闊的移民史！

科學家認為，美洲豹的祖先來自於非洲的原始大貓，牠們在更新世早期時幾乎同時進入了歐洲和西亞洲，在地中海的意大利、希臘和荷蘭等地區都有找到牠們的化石；後來在更新世早期的末端，海平面因冰期而下降的時候，牠們又從俄羅斯西伯利亞東岸與美國阿拉斯加西岸之間的白令陸橋擴散到了北美洲，最後在更新世的中期從北美走到了南美洲，完成美洲豹橫越幾個大陸的旅程。

這些在更新世留下化石的美洲豹親屬全都被歸納於歐美洲豹（Panthera gombaszoegensis）這個種，也是現生美洲豹最親近的親屬，甚至是牠們的祖先。牠們雖然與現生的美洲豹非常相似，但也有一些形態上的差別：現生的美洲豹擁有非常結實的牙齒，尤其是小臼齒，而上犬齒側面的直槽則退化了；而歐美洲豹的牙齒結實度比現生美洲豹低，犬齒上的直槽也都還在。不過，也有些科學家主張這些化石與現生美洲豹的差異，不足以讓牠們成為一個新的物種，而把牠們歸類為美洲豹的一個亞種 Panthera onca gombaszoegensis。

都是豹甭分這麼細？亞洲的「歐美洲豹」

在更新世早期的初到中段生活在歐洲的歐美洲豹屬於 Panthera gombaszoegensis toscana 這個亞種，牠們的體型比較小；而到了更新世早期的末端及更新世中期的初段，在歐洲的歐美洲豹則歸類為 Panthera gombaszoegensis gombaszoegensis，牠們的體型最大，牙齒也比其他亞種結實。在更新世早期快結束時到達美洲的歐美洲豹則屬於 Panthera gombaszoegensis augusta。

而在我們身處的亞洲，從更新世早期的初到中段，在西部的喬治亞、中部的塔吉克斯坦和南部的巴基斯坦都有歐美洲豹的身影。德國的研究人員因為觀察到在喬治亞（Georgia）發現的化石的牙齒比其他的亞種細長而不結實，體型也比較小，而以它為模式標本，在 2010 年發表了 Panthera onca georgica 這個新的亞種。

在 2020 年，中國的一個研究團隊則覺得歐美洲豹應該是一個獨立的物種而不是現生美洲豹的亞種，而重新把化石歸類在 Panthera gombaszoegensis georgica；而且他們發現，在亞洲的歐美洲豹化石都跟喬治亞的模式標本有相同的特徵，所以把它們全都歸類為同一個亞種，跟歐洲的歐美洲豹區分開來。

美洲豹在歐亞絕跡，與花豹當上一哥有關？

歐美洲豹和現生的美洲豹最大的差別在於牙齒的形態，因此推測跟牠們的食性息息相關。現生美洲豹喜好捕獵有堅硬鱗片或硬殼的動物，如犰狳以及凱門鱷，為適應這個偏好，歐美洲豹在到達美洲以後演化出了較強壯的小臼齒和比較退化的犬齒直槽。反之，在歐美洲豹曾經生活過的歐亞大陸並沒有犰狳，而且在亞洲南部的鱷魚體型較大，超出歐美洲豹可以捕殺的範圍，因此牠們的食性可能較廣泛，不像現生的美洲豹一樣偏好有硬殼的獵物，因而還沒演化出更結實的牙齒，齒槽也沒有完全退化。

由於歐美洲豹的食性廣泛，和花豹（Panthera pardus）相近，而且牠們在歐洲和亞洲都有共存過的紀錄，因此有研究人員推測，牠們之間很有可能曾經出現資源上的競爭，是導致歐美洲豹最後在歐洲絕跡的其中一個因素。穴獅（Panthera spelaea）、斑鬣狗（Crocuta crocuta）及直立人（Homo erectus）也可能是歐美洲豹的競爭者之一。

在亞洲，歐美洲豹確切的化石紀錄最晚只到更新世早期的中段；而在歐洲，在四十五萬到三十萬年前這段期間，歐美洲豹就變得比以前稀少，直到在三十萬年前完全消失。在這以後，歐洲的花豹不只數量增加、體型變大，分佈也變得更廣，取代了歐美洲豹的生態區位。

生物自古分佈變化多，化石乘載遷移史

美洲豹曾經在好幾個大陸上生活過，現在卻只能在美洲找到牠們的身影，我們只能以化石紀錄來推測牠們擴散的路徑和滅絕的原因。其實大部分生物的分佈都不斷地在變化，現在我們所能看到的，只是牠們曾經生活過的範圍的冰山一角而已。

經歷過數百萬年的擴散、海平面的升降和大小型的滅絕事件，只有化石紀錄才能告訴我們現在的生物是從哪裡來，曾經在哪些意想不到的地方生活過，又為何消失。因此，只有藉著化石回到過去，我們才能看到不同的生物曾經在甚麼環境與壓力下生存、跟哪些生物共存，又會因哪些因素而滅絕，真正了解一個物種與環境及其他生物之間的關係。

參考資料

1. Marciszak, A., Lipecki, G. 2021. Panthera gombaszoegensis (Kretzoi, 1938) from Poland in the scope of the species evolution. Quarternary International.
2. Hemmer, H., Kahlke, R. D., Vekua, A. K. 2010. Panthera onca georgica ssp. nov. from the Early Pleistocene of Dmanisi (Republic of Georgia) and the phylogeography of jaguars (Mammalia, Carnivora, Felidae). Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie Abhandlungen. 257: 115-127.
3. Jiangzuo, Q., Liu, J. 2020. First Record of the Eurasian jaguar in southern Asia and a review of dental differences between pantherine cats. Journal of Quaternary Science. 35(6): 817-830.
4. Sims, M. E. 2005. Identification of mid-size cat skulls. Identification Guides for Wildlife Law Enforcement No. 7. USFWS, National Fish and Wildlife Forensics Laboratory, Ashland, OR.

奇怪的仙女圈

如果你漫步在澳洲西部的旱地上，你可能會看到（圖 一）中的奇怪景象。

原本長滿鬟刺屬（spinifex）植物的土地上赫然出現一圈圈的紅土區域，上面沒有長任何植物，這種奇怪景象被稱為「仙女圈（fairy circles）」。

和神秘的麥田圈不同，他不是一夕之間所形成的，更沒有麥田圈一般詭異難解，事實上，自上世紀 70 年代科學家首度在南非發現這種特殊的現象後，就一直有許多科學研究嘗試以各種證據和理論解開仙女圈背後成因，時至今日，仙女圈的成因仍備受爭議。

既然不知道，何不問問「在地人」？

今年 4 月發表在 nature ecology & evolution 的論文＂First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ’fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia＂嘗試從一個特別的角度來解決這個問題，那就是「馬爾圖族（Martu）的傳統知識」。

既然說是「特別的角度」，肯定代表這篇研究與其他有所不同。一般進行生態學研究時，很少會考慮當地原住民族對於生態系統的認識和見解，然而，原住民族通常已經在某一個生態系裡面生存非常久的時間，因此通常會累積大量的傳統生態學知識（traditional ecological knowledge），這通常牽涉到長期的觀察驗證，並不是現代科學方法短時間內可以做到的。

因此，科學家在探討仙女圈的形成原因時，決定先來「問」看看生活在澳洲這塊土地超過 65000 年的澳洲原住民族。

結果顯示，仙女圈這種特殊的構造確實烙印在馬爾圖族的文化裡，他們認為仙女圈的形成和白蟻之間有很大的關係，這樣的生態學知識不只出現在口耳相傳的文化中，也出現在古老的圖騰裡，例如（圖二）就顯示了澳洲馬爾圖族的祖先很直接地把仙女圈的出現以及白蟻（termite）連結在一起（圖二 b 中有些圈圈裏面像等號的白色圖騰就是白蟻，而圖二 d 中那些紅色的像熱狗的圖騰也是白蟻（沒錯，因為這些圖片給的授權只有 CC BY-NC-ND，所以我不能在上面加註釋））。

根據馬爾圖族的生態知識，仙女圈是白蟻的「家」，而仙女圈外的區域則是白蟻的「通道」。除此之外，馬爾圖族還發現仙女圈的土表具有堅硬的特性，仙女圈的土表堅硬到可以用工具敲擊地面以使幫助穀物褪去外皮。

「在地人」說的到底是不是對的？

然而，前人研究的研究基本上已經抦棄了仙女圈的形成和白蟻有關這種想法，因為他們並沒有在仙女圈中發現很多白蟻。這代表原先的科學觀察結果和馬爾圖族的傳統知識有所出入，究竟誰更正確呢？

研究結果顯示，馬爾圖族的生態知識很可能是對的。

研究團隊實際挖開仙女圈以後發現仙女圈中真的有不少白蟻，挖的洞裏面有 41% 挖到白蟻。此外，在仙女圈中挖的洞中高機率含有所謂的「巢腔（chamber）」，巢腔的功用是育幼、休息以及儲藏食物排泄物等等，通常會集中在某一個特定區域形成「巢（nest）」。仙女圈外的區域則鮮少出現巢腔這種構造，但是仙女圈外的區域卻很容易挖到覓食用的通道（圖三）。

綜合馬爾圖族的傳統知識以及科學研究的結果，澳洲仙女圈的形成確實可能和白蟻的建築構造有關，因為仙女圈內外的白蟻建築構造有明顯的差異。

雖然本研究作者最後並沒有對於仙女圈形成的確切原因給出特定理論，但筆者推測，可能正是因為白蟻巢室堅硬的構造造成仙女圈堅硬的土表，沒有良好的土壤結構而植物自然無法在仙女圈上生長。

傳統生態知識和西方科學知識擦撞出意外的火花

原住民族的傳統生態知識確實可以在科學進展上扮演重要角色，這篇研究就是一個很有趣的例子。

一般而言，科學研究所涉及的方法幾乎全都是所謂的「量化研究（quantitative research）」，然而，這篇研究卻先使用質性研究（qualitative research）的方法調查馬爾圖族的傳統知識（順帶一提，這篇研究的作者多達 39 位，其中有 23 位是澳洲馬爾圖族的專家和耆老），再以此為靈感進行科學調查，可以說是相當有趣的做法。

馬爾圖族對於仙女圈的傳統知識遠遠不僅止於此，仙女圈中間堅硬不透水的特性使其成為大雨後馬爾圖族的臨時蓄水池，這個蓄水池在人類文明和生態上扮演甚麼作用？馬爾圖族和仙女圈的故事還會繼續寫下去。

1. Walsh, F., Bidu, G. K., Bidu, N. K., Evans, T. A., Judson, T. M., Kendrick, P., … & Williams, C. M. (2023). First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ‘fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia. Nature Ecology & Evolution, 7(4), 610–622.