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長尾鯊靠「甩尾」打昏獵物

葉綠舒
・2013/07/12 ・753字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

如果你有一條尾巴跟你的身體一樣長,拿它來「打東東」應該蠻好用的。

長尾鯊(thresher shark)圖片來源:scientific american

三年前,當Pfleger環境研究學院的海洋生物學家們在加州南部海域的14隻野生長尾鯊時,第一次看到長尾鯊用尾巴攻擊釣魚線。雖然這個發現回答了究竟長尾鯊的令人難以置信的殘月狀的尾巴的用處,但是,當面臨著活生生的獵物時,是否他們還是會「甩尾」打獵呢?多年來,科學家們一直在懷疑嘴巴小、又長得頗苗條的長尾鯊,是否會利用自己那不成比例的長尾巴來打獵。但直到最近之前,沒有人真的看到過。

利物浦大學的研究人員在2010年開始在菲律賓海域拍攝深海長尾鯊 – 三種長尾鯊中最小的 -與沙丁魚互動的畫面。看著鯊魚對著大群的沙丁魚中的一條「甩尾」。

拍攝到的25次「甩尾」中,22次長尾鯊都出現先低頭向前衝,然後尾巴根部彎起,使它的尾巴用力甩過頭部後方 – 就像揮動一條鞭子 – 並盡可能地打到許多沙丁魚(如下圖)。如果用足夠的力量「甩尾」,沙丁魚會被打暈,甚至打死,然後鯊魚就會迴轉過來飽餐一頓。通常較大、較強壯、尾巴較長的鯊魚「甩尾」的力道最大。在其他三次,鯊魚側身甩尾,游到跟沙丁魚群旁邊,橫向揮動尾巴。

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長尾鯊甩尾分解動作 圖片來源:Scientific American

雖然鯊魚「甩尾」不見得每次都成功,但是只要打中了常常一打就是好幾條。對於掠食者來說,如果獵物像沙丁魚一樣總是成群行動,想要只捕捉其中一條其實有點難。所以長尾鯊發展了「甩尾」的技巧來對付大群的魚。雖然大約只有50%的成功率,但成功時常可以一次打到好幾條。所以,「甩尾」對長尾鯊來說,是個好功夫。

參考文獻:Scientific American. Thresher sharks tail-slap sardines into oblivion

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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【成語科學】兔起鶻落:敏捷俐落的獵捕者——兔鶻
張之傑_96
・2023/07/21 ・1210字 ・閱讀時間約 2 分鐘

文同,字與可,是北宋著名畫家,以畫竹聞名。文同是蘇軾(東坡)的表兄,曾送給蘇軾一幅竹畫。文同去世後,蘇軾看到這幅畫,寫了篇紀念文章,開篇記述文同的對畫竹的看法,其中有這麼一段話:

故畫竹必先得成竹於胸中,執筆熟視,乃見其所欲畫者,急起從之,振筆直遂,以追其所見,如兔起鶻落,少縱則逝矣。

譯成白話就是:

所以畫竹心裡一定先要有完整的形象。畫時執筆凝神熟視,就能看到自己所想畫的。這時趕緊畫下心中所見,宛若兔子剛跳起來,兔鶻就飛捕下去般迅速,否則靈感稍縱即逝。

文同的名作《墨竹圖》。圖/wikimedia

蘇軾的這段話產生了兩個成語:胸有成竹、兔起鶻落。前者小朋友大概已明白它的意思,後者即使明白它的意思,大概也只知其然、不知其所以然。就讓章老師費點筆墨解釋一下吧。

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兔起鶻落,比喻動作敏捷,或形容繪畫及撰寫文章迅速流暢。讓我們造兩個句吧。

老畫家提起筆來,宛如兔起鶻落,頃刻之間一幅寫意山水就完成了。

他是少林拳高手,打起拳來兔起鶻落,讓人看得眼花撩亂。

接下去就要談談這個成語的科學意義了。當野外的有蹄類次第消失,兔子成為最重要的獵獸,自然而然發展出一套以獵兔為主的狩獵方式。平民百姓用獵犬追逐,大戶人家僱請鷹師馴練獵鷹,在空曠野地縱犬放鷹,為秋冬時分有閒有錢階級最熱衷的戶外活動。

在北方,用來獵兔的鷹,以鷹科的黃鷹(蒼鷹)和隼科的兔鶻(獵隼)為主。黃鷹體型較大,單隻即可出獵。兔鶻體型較小,極少一擊斃命,通常反覆搏擊,等到兔子無處可逃,才縱犬追捕。

兔鶻體重不到 1 公斤,但飛行迅速,兇猛無比。牠一看到兔子,會收攏翅膀,像箭一般俯衝下去。蘇軾用兔起鶻落形容下筆迅捷,說不定他就是個兔鶻玩家。

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兔鶻(獵隼)。圖/wikimedia

在隼科中,體型最大的是產在(大陸地區)東北北部的海東青(矛隼)。說牠體型大,也不過 1.4 公斤左右。海東青簡稱海青,是最珍貴的獵鷹,飛得又高、又快,可獵取天鵝等大型飛禽。遼代皇帝每年春天在松花江畔用海東青獵天鵝,這可是一年一度的盛事啊!

遼、金、元和清朝,這些北方民族建立的王朝莫不崇尚海東青。從金、元到清代,流放遼東(今東北)者,如捕獲海東青,還可抵罪呢!

海東青(矛隼)。圖/envatoelements

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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逼小鼠游泳,還怪牠放棄掙扎?
胡中行_96
・2022/07/07 ・2777字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「可有任何事物能令你恐懼?」「有,孤獨地死去。因此,我帶你同行。」-電影《比得兔》(2018)。[1]拉別人陪葬的概念,雖然不太道德,但確實使人安心。然而,「兄弟爬山,各自努力」,人生總有非得獨立克服的重大挑戰。在缺乏救援的情況下,僅知他人也正經歷相同的苦難,對當事者又會有何影響?

《救難小福星》(2022)的花栗鼠,代替小鼠示範本研究的核心精神。圖/IMDB

實驗小鼠接受挑戰

日本研究團隊買了一票10週大的雄性實驗小鼠(C57BL/6 N),來接受行為測試。[備註]為避免不同生理性別的反應差異,可能影響比較結果,雌性被排除在外。小鼠們4到5隻住一籠,裏頭吃喝無限供應,室溫維持在攝氏23到26度之間,照明每天開關各12小時循環。[2]總之,小鼠養尊處優,就等著任人宰割。

C57BL/6實驗小鼠的正常狀態。圖/Scientific Reports

實驗項目:懸尾測試、強迫游泳測試

懸尾測試(tail suspension test):小鼠尾巴末端,被用膠帶固定,整隻吊離地面60公分。[2]

左圖/參考資料 2

強迫游泳測試(Porsolt forced swim test):在透明圓柱容器中,注入23 °C的水,直到水深達7.5公分,再將小鼠放置其中。[2]

右圖/參考資料 2

這二項行為測試,又分別以三種模式進行:[2]

  1. 每次一隻小鼠受試。
  2. 一次有二隻小鼠參與,中間以不透明隔板分開。理論上,還是可能聞到對方的氣味,或聽到彼此的聲音。
  3. 同時實驗的兩隻小鼠之間,沒有隔板阻擋視線。
三種模式:單鼠、雙鼠有隔板,以及雙鼠無隔板。圖/參考資料2,Figure 2a & Figure 3a

此外,為了瞭解受試小鼠是否會受同儕反應的影響,在雙鼠被迫游泳前,還有一道手續:先把小鼠關進圓柱容器中10分鐘,使其失去活動力,再對其中幾隻注射抗憂鬱劑imipramine。另一方面,能夠運動或是靜止的黑色玩具,也被納入此試驗。換句話說,除了單鼠模式外,所有游泳測試都會有下列5組之一,與被觀察的實驗組小鼠相鄰:[2]

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  1. 正常的對照組小鼠。
  2. 低活動力小鼠。
  3. 打了抗憂鬱劑的高活動力小鼠。
  4. 毫無作為的黑色玩具。
  5. 動作頻頻的黑色玩具。
強迫游泳測試的組別,由左至右:正常、低活力、高活力、靜止玩具,以及運動玩具。圖/參考資料2,Figure 5a

無論是上述哪種類型的實驗,每回都必須維持6分鐘,全程監視錄影,並記錄小鼠停止掙扎的次數與秒數。[2]

實驗結果:游泳的小鼠受鄰居或環境影響

日本團隊在2022年6月2日的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上,發表了這個研究的結果:在二種測試中,小鼠放棄掙扎的次數,都沒有因為同伴或玩具的加入而改變。參加懸尾測試的小鼠,可能因為無法輕易轉頭觀察環境,所以同時受試的小鼠數量,以及是否加入隔板,都不會改變牠們不動的時間長度。相反地,在強迫游泳測試裡,實驗組小鼠的姿勢,比較容易察覺周遭變化。因此,不管有無隔板,旁邊出現什麼狀態的同類或玩具,小鼠都會靜止較久。[2]

於是,日本科學家下了一個結論:抓小鼠來實驗的時候,請記得注意牠們是否被鄰居或環境影響,以預防研究不精準。[2]但是,去除小鼠周遭的干擾,我們就一定會得到想要的結果嗎?

強迫游泳測試的根本問題

強迫游泳測試於1970年代誕生後,就時常被拿來驗證抗憂鬱劑的效果。21世紀初,其運用愈加盛行。到了2015年,平均每天有一篇精神科論文,是根據這種實驗寫出來的。使用該測試的研究人員,普遍相信小鼠放棄掙扎的行為,是一種絕望的憂鬱表現。所以,當小鼠在水裡被搞到生無可戀,再投以抗憂鬱劑,理論上就能從牠們用藥前後的行為異同,來分析藥效。[3]

唯一的癥結是:沒有人類能參透小鼠的感受。

♪小鼠不會寫信告訴您~ ♪ 今天的海是什麼顏色~ ♪牠的心情又如何~ 圖/Jack Robinson

反省強迫游泳測試的必要性

2019年的《自然》(Nature)期刊,以專文反省採用強迫游泳測試的必要性。畢竟醫藥界多年來的經驗顯示,該測試僅適用於百憂解(Prozac,學名:fluoxetine)等SSRI抗憂鬱劑。SSRI向來能讓小鼠在水中放棄掙扎前,多游一陣子;但其他抗憂鬱藥物,卻未必在小鼠身上造成相同作用。更令科學家困惑的,是有別於人類得長時間服藥才能抑制症狀;小鼠對藥物的反應通常極為迅速。這在在都說明,強迫游泳測試或許只是把小鼠整慘了,又未必使之憂鬱,而且根本不能提供對人類有用的科學數據。[3]

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有鑑於此,世界上不少知名藥廠,例如:賣COVID-19快篩劑和諸多醫藥產品的羅氏(Roche)、在嬌生旗下做COVID-19疫苗等藥物的楊森(Janssen),以及從奶粉商亞培分離出來專心製藥的艾伯維(AbbVie)等,近年都已經揚棄強迫游泳測試。[3]

強迫游泳測試只會讓人類與小鼠兩敗俱傷。圖/John Tenniel (Wikipedia)

至於日本實驗裡的小鼠,牠們在為科學奉獻之後,被用二氧化碳安樂死,從此不再遭受人類的折磨。[2]

  

備註:C57BL/6是一種實驗小鼠的品種,在繁衍數個世代之後,產生了具有相異特質的亞種。為了區別這些亞種,C57BL/6後面要加上繁殖小鼠的單位代號。例如:C57BL/6 J的J代表美國「傑克遜實驗室」(the Jackson Laboratory),而C57BL/6 N的N則是指美國「國家衛生研究院」(the National Institutes of Health,簡稱NIH)。[4]

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參考資料

  1. PETER RABBIT Funny Scenes Compilation, 5:39 – 5:44 (FRESH Movie Trailers, 2021)
  2. Ueno H, Takahashi Y, Murakami S, et al. (2022) ‘Effect of simultaneous testing of two mice in the tail suspension test and forced swim test’. Scientific Reports, 12 (9224).
  3. Reardon S. (2019) ‘Depression researchers rethink popular mouse swim tests’ Nature, 571, 456-457.
  4. There is No Such Thing as a C57bl/6 Mouse! (The Jackson Laboratory, 2016)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。