人與黑猩猩的心智，在《想像的力量》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

動物有自我意識嗎？

動物有自我的意識嗎？這是很有意思，卻難以捉摸的問題。如果可以跟動物溝通，直接問牠們就好：

「你好，請問你認識自己嗎？」

「……」（毫無反應，如同一隻動物）

偏偏目前沒有智人有能力問這種問題，或是能理解動物的回答。

要試探動物的自我認知，研究者常用的一種作法是「鏡子測試」，它比較正式的全名是「鏡像自我認知測試（mirror self-recognition test）」。基本概念不算複雜，就是把動物放在鏡子前面，觀察動物是否能認出鏡子中的投影是自己，而不是別人。

鏡子測試的標準極為嚴苛，至今通過的動物種類非常稀少，只有黑猩猩、亞洲象、瓶鼻海豚、喜鵲區區幾種。根據嚴格的判斷標準，一般我們覺得「聰明」的動物，像是貓、狗，甚至是和人類差異沒有太遠的猴子，都無法通過。

然而，新近發表的研究報告，有種 10 公分左右的小魚：裂唇魚（cleaner wrasses，學名 Labroides dimidiatus），靠著小小的腦袋，竟然通過了鏡子測試！這是怎麼回事？

• 狗在鏡子前認不出自己，竟然有魚類可以！？

替黑猩猩量身打造的鏡子測試

要了解鏡子測試，各位讀者首先要有的概念是：鏡子測試很不好用。

這款由加魯普（Gordon G. Gallup）在 1970 年提出的實驗，一開始是為了研究黑猩猩有沒有自我認知，因此整套實驗都是以黑猩猩的特質量身打造。

測驗方法說明這裡引用 wiki：

「在動物身上標上兩個無味的顏料斑點。測試斑點被置於動物身體上，在鏡中可見的部分，而對照斑點則放在動物身體上，可觸及但不可見的地方……意識到測試斑點是在自己身上，而同時忽視對照斑點」

所以鏡子測試的適用範圍，受到許多限制：

受測動物視覺上看不見，不行。
沒有肢體可以標記，或人類無法判斷反應，不行。
太懶就是不愛動，即使有意識也不反應，不行。
北京反對，這個沒差。
動物太害羞，不習慣看別人，不行。

偏偏黑猩猩對鏡子的反應超級好，輕而易舉就通過了測試（有些黑猩猩甚至平時就很愛照鏡子），害得動物行為學家擺鏡子試探其他動物的時候，常常難以判斷，牠們在鏡子旁邊摸來摸去，到底是不是真的看到自己！

• 延伸閱讀：黑猩猩為什麼跟人一樣，會互相幫助？

幫小魚訂做改版測試

鏡子測試是根據黑猩猩量身訂做，用在生理構造類似、屬於靈長類的近親倒還好，但其他哺乳類就比較麻煩了，更別說要延伸到鳥類、爬蟲類，甚至水中的魚類，實在是愈來愈不簡單。

很多動物其實不是無法通過測試，而是根本想不到怎麼做實驗。

幸好裂唇魚相對容易。這種小魚平時生活在大魚身邊，吃大魚的寄生蟲或屑屑，因此又叫作清潔魚，或魚醫生。它們日常與同儕的互動還算頻繁，有社交，就比較有機會擁有自我意識。更重要的是，這種魚愛乾淨，身上沾到東西會清潔身體，是個智人能判斷的明顯反應。這些特徵，使得它們適用於改版後的鏡子測試。[1][2]

裂唇魚並不能立刻就通過水中版的鏡子測試，要先經過一系列前置準備。

首先，先把鏡子放在魚身邊，多數魚會把自己的鏡中投影視為敵人，發動攻擊，經過 7 天才會完全停止。

• 攻擊鏡中自己的魚：

隨後幾天，習慣鏡子的裂唇魚，在能見到鏡子的時候，會有一些沒有鏡子時不會出現的行為，例如游泳時上下翻轉身體。其實之前已經有另一種魚：蝠鱝（manta rays），也能達到這個階段，研究者卻想不到辦法繼續進行標記測驗。

• 游泳時身體上下翻滾：

接著，不再攻擊鏡子的魚，會增加待在鏡子旁邊的時間。
經歷 2 個星期準備，到達此一階段，裂唇魚的標記測驗才能正式開始。

第一種通過鏡子測試的魚類！

裂唇魚的標記方式，是麻醉後皮下注射橡膠顏料，再把恢復的魚放在鏡子旁邊。

如果被注射魚眼可見的棕色顏料（不同魚標記在不同部位），旁邊又有鏡子，那麼它會照鏡子發現身上的異物，然後做出一些摩擦動作（scraping behavior），試圖把身上的髒東西除掉。假如沒有鏡子，則不會有清潔行為。

• 試圖靠摩擦清潔臉部顏料的魚：

• 試圖靠摩擦清潔喉部顏料的魚：

作為對照，研究者也用視覺不可見的無色顏料標記；而這組的魚即使身邊有鏡子，卻沒什麼清潔行為。表示身上有標記的魚，確實是「在鏡子中看到自己」，才引發後續的行為反應。

論文由此判斷：裂唇魚成為第一種通過鏡子測試的魚類！

問題是，一開始設計給黑猩猩的實驗，如今有魚類通過，就等於小魚也跟黑猩猩有一樣的自我意識嗎？畢竟，辨識鏡子中的形象，貓不行、狗不行、猴子不行，全長 10 公分的小腦袋小魚竟然辦到了？

論文宣告發現後，並沒有下定論，而是希望促進大家討論討論，到底鏡子測試是不是衡量動物行為的好辦法？

德瓦爾真的很嚴格：魚沒有通過，還差一點

說到動物行為學，不可忽視德瓦爾（Frans de Waal）這號人物，論文旁邊也刊出他對新研究的評論。他現年 70 歲，是此一領域教父級的人物，在 1982 年出版的《黑猩猩政治學》，當時看來驚世駭俗，如今卻證明德瓦爾的前瞻眼光。

論文宣稱，裂唇魚通過了鏡子測試的每一項標準。德瓦爾卻不夠滿意，他認為小魚並沒有通過鏡子測試，但是只了差一點。[3]

德瓦爾真的很嚴格。他指出，之前通過鏡子測試的動物，見到鏡中自己時，會出現「前所未見」的反應；然而，裂唇魚清潔身體的反應，卻是本來就有的行為模式，證據不夠力。

另一方面，魚的標記方法是注射橡膠色素，是個生理上的額外刺激。見不到顏色，對鏡子沒反應，表示光有生理刺激是不夠的；但是能見到顏色，對鏡子起反應的魚，刺激卻也存在。也就是說，裂唇魚對鏡子有反應，或許是視覺加上生理刺激的效果，不單純是視覺。如此，不能算是真正通過鏡子測試。

即使如此，德瓦爾仍然認為裂唇魚達到猴子的等級。猴子無法單靠視覺，直接認出鏡中的自己，但是假如視覺再加上體感，猴子也能通過（德瓦爾稱作「Felt Mark test」）。德瓦爾主張，小魚也符合此一標準。

我們有聰明到，能知道動物多聰明嗎？

不管小魚有沒有通過鏡子測試，這個案例都能讓我們體會，用鏡子測試評估動物意識，即使不算太糟糕，也是相當侷限的方法。適用範圍受限以外，通過標準也太過嚴苛，嚴苛到幾乎失真。

以猴子來說，至今仍沒有吱吱能完全通過鏡子測試，而這卻不等於猴子缺乏自我意識。

證據是，假如不擺鏡子，換成另一位陌生的吱吱，受測猴的反應將完全不同；猴子也許無法認出鏡中那個是自己，卻分得出不是陌生猴。如此能說吱吱沒有自我意識嗎？

德瓦爾其實對鏡子測試很不滿意，在 2016 年的《你不知道我們有多聰明：動物思考的時候，人類能學到什麼？》書中花了不少篇幅批判。他認為，用演化的角度思考，自我意識應該是漸進式的衍生，親緣關係類似的動物，彼此間應該是如光譜般的程度高低之別，而不是二分法的有或無。

比方說，喜鵲通過鏡子測試，表示這種鳥類的自我認知非常強烈。而與喜鵲遺傳關係接近，生活環境也類似的鳥類，就算無法通過測試，其實多半也該具備相當的自我意識，只是沒有喜鵲那麼強烈（類似黑猩猩與猴子之類的關係）。

過去的動物行為學研究，傾向把自我意識的出現視為「大霹靂」，大部分動物不存在，只有在少數特殊的物種出現，這卻不太符合演化的道理。而鏡子測試標準嚴苛，只有自我認知很強烈的動物能夠通過，又僅能代表特殊的狹隘情境，也助長了這股風氣。

更基本的問題是，就算腦袋最簡單的動物，怎麼可能不「認識自己」？想想看，一隻兔子，假如無法意識到自己在環境中的相對位置，下場將不是撞死就是被吃掉，還能活到把基因傳承下去嗎？因此，每一種動物應該都有自己認識世界，定位自我的方式，才能順利繁衍至今，只是動物往往跟智人的經驗差異太大，使得我們無從理解。

每一種動物都有自己的演化歷史、生存環境。德瓦爾主張，我們不應該繼續以智人的主觀標準，由動物與人的相似程度，評判動物有多聰明，而是應當改為站在動物的立場，設身處地理解它們的處境，如此才能真正了解動物的行為。

當然，受限於生物間的隔閡，智人永遠不可能真正讓自己變成其他動物，如同各種動物一般思考。不過，若要認識在不同環境中演化出的動物行為，從各種動物本身的角度出發，將是比較客觀的方向。

延伸閱讀

• 我們真的知道動物有多聰明嗎？《你不知道我們有多聰明》導讀
• 你嘛幫幫忙！黑猩猩也懂利他主義？
• 當你模仿黑猩猩時，黑猩猩也在模仿你──2018搞笑諾貝爾人類學獎

參考文獻

1. Kohda, M., Hotta, T., Takeyama, T., Awata, S., Tanaka, H., Asai, J. Y., & Jordan, A. L. (2019). If a fish can pass the mark test, what are the implications for consciousness and self-awareness testing in animals?. PLoS biology, 17(2), e3000021.
2. Do fish recognize themselves in the mirror?
3. de Waal, F. B. (2019). Fish, mirrors, and a gradualist perspective on self-awareness. PLoS biology, 17(2), e3000112.

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。

荷蘭的靈長類動物學家德瓦爾(Frans de Waal)，對一群生活在荷蘭阿納姆(Arnhem)動物園內獨立棲地的黑猩猩，觀察並研究他們的社會生活與行為，寫出這本《黑猩猩的政治》，描述這群黑猩猩爭權奪利的現象及其機制。原來，在黑猩猩社會中，也有政治活動。政治，並非專屬於智人的社會產物，可能早已存在於數百萬年來的人科動物中。政治的起源，比人類更古老。

閱讀全文，請見：政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》| 張清浩律師的部落格。