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如何用模擬城市幫忙減災?

李柏昱
・2013/11/11 ・1568字 ・閱讀時間約 3 分鐘
西雅圖3D城市模型詳細模擬了街道下方各種管線與建築物的地基。這類模型利用電腦科技整合城市裡的各項資訊,提供城市更完整的災害風險評估,針對脆弱地區進行改善。(圖片來源:Parsons Brinckerhoff)
西雅圖3D城市模型詳細模擬了街道下方各種管線與建築物的地基。這類模型利用電腦科技整合城市裡的各項資訊,提供城市更完整的災害風險評估,針對脆弱地區進行改善。(圖片來源:Parsons Brinckerhoff)

內政部長李鴻源10月28日表示未來要開始推動「防災型都更」,凸顯都市因應極端自然災害事件的能力日漸迫切。但是在做任何的防災規畫前,都需要先對都市現有的土地使用、建築結構、基礎建設有充分的了解。目前在美國,利用電腦模擬提供了一種直觀且有趣的方式,有助於指出都市防災的潛在問題。

當今都市中的基礎建設以及建築物在規劃興建時,往往未考慮今日逐漸增強與日益極端的自然災害事件,未來的自然威脅將逐漸逼近甚至超出這些設施的防災能力上限,導致城市發生洪患、地震、海嘯或其他天然災害時受災更為慘重。

為了協助當今的城市在防災上有更好的表現,找出都市防災中最脆弱的環節,利用電腦科技的3D城市,結合影像、建築技術、工程設計圖資以及地理空間資訊,能預測城市在天災來襲時的狀況。在較大規模的空間範圍中,能夠幫助政府、建築師、工程師與大眾了解城市那些地區面對災害時風險較高,並將其列為優先的整治改善區域,有利於減災防患於未然,以及災後日常生活與生產機能的恢復。

舉例來說,美國拉斯維加斯建立的3D模型,便包含了地上的建築物以及地下的管線等基礎建設,讓都市規劃者能清楚知道都市的發展,並協助判斷未來都市發展方向,避免都市擴張到天然災害風險較高的地區。

台北市建置的智慧城市3D台北,能提供市民各種資訊。(圖片來源:作者截圖)
台北市建置的智慧城市3D台北,能提供市民各種資訊。(圖片來源:作者截圖)

如果將這個電腦模型更進一步拓展,將地形高程、水文特性等等資訊也納入,便有可能藉由3D城市模擬災害發生時的真實狀況,甚至能一一檢驗個別建築物的反應。例如在美國西雅圖,已經能藉由模擬不同規模地震時的狀況,找出需要優先補強抗震的路段。

不過要推動這套電腦模型,首先碰到的難題是資料往往互不相通並缺乏整合,所以進行政府不同部門間,甚至連民間的資料一併統整是當務之急。整合資訊有助於都市基礎設施的決策制定、都市規劃與公共建設計畫,政府需要完整的資訊並能完全理解這些資訊的涵義。

而對救災人員而言,這些都市建築物的資訊也能提升這些救災英雄的生命保障,讓他們能對建築物的結構與管線的分布有所了解,而不是一無所知。例如,如果能事先知道建築物哪邊設有天然氣管線,災害發生時,這可說是攸關性命的重要資訊。

台灣開始注重都市的防災是好事一樁,政府之間也已經開始進行資訊共通的平台建置,台北市也率先建立了「智慧城市3D台北」的網頁。期待台灣其他城市亦能隨後建置相似的資訊公開平台,讓社會大眾能有更多資訊作災害應對,做出最合宜的防災決定。

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威| 元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。
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