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【Gene思書齋】大黃蜂真的飛得比波音747還快?

Gene Ng_96
・2014/03/31 ・3070字 ・閱讀時間約 6 分鐘

有本具有革命性概念的好書《從搖籃到搖籃》Cradle to Cradle: Remaking the Way We Make Things),要試圖從工業設計的角度,來真正解決地球資源有限又髒亂的環保問題〔請參見〈從搖籃到搖籃(Cradle to Cradle)〉〕。《從搖籃到搖籃》試圖提出,利用充滿巧思創意的方式,可以改變傳統的工業設計,讓消費者在享受新產品之餘,廠商能夠有效地回收舊商品,把絕大部分原料充分回收使用來製造更新的產品,創造一個雙贏的局面。

《從搖籃到搖籃》中, 作者德國化學家麥克.布朗嘉(Michael Braungart)和美國建築師威廉.麥唐諾(William McDonough)提出一種全新的解決方式,他們各自從自己的專業領域提出各種各樣,他們實際參與的解決之道和經驗。「從搖籃到搖籃」的概念非常棒,試 圖在資本主義的消費社會中創造企業、消費者和環保三贏的永續發展。除了《從搖籃到搖籃》裡頭提到的實際案例,還有什麼其他方法也能夠達到永續發展的目標呢?

我想,最簡單又實際的方式,就是向其他生物學習!畢竟,人類應該是地球上唯一會製造垃圾和污染的生物,只有人類會大量製造出沒有任何其他生物可以分解的廢 棄物!在自然界,一種生物的廢物,就是另一種生物的寶。要不然我們的屎尿怎麼能種出各種鮮美的蔬果呢?今人陶醉的美酒,基本上也就是酵母菌的尿液啊!如果 我們也學生物一樣設計和運作,或許我們將不再製造任何垃圾!

而且,人類的智商再高,實驗室和工廠再先進和尖端,能夠進行的實驗次數和時間畢竟有限,而各種生物在大自然中,有長達上億年,最短也有幾十萬年,能夠演化出應對環境中各種各樣問題,更有效的解決方案!我們或許能夠從其他生物中,學到許多寶貴無比的經驗。

仿生學(biomimicry),或者稱為生物啟發科技,就是一種應用仿效大自然經驗,籍了解生物的結構和功能原理,來研製新的科技,或解決科技的難題。 仿生學基本上,主要是觀察、研究和模擬自然界生物各種各樣的特殊本事,包括生物本身結構、原理、行為、各種器官功能、體內的物理和化學過程、能量的供給、 記憶與傳遞等。從而為科學技術中利用這些原理,提供新的設計思想、工作原理和系統架構的應用科學。

要瞭解仿生學的最新進展,可以參加2013年11月12日至13日在台大舉辦的「2013台灣仿生學國際研討會-向大自然學習」(2013 International Biomimetics Symposium in Taiwan-Learn from the Nature)。什麼?已經錯過了?那就參加泛科學主辦的「微型點子對撞機(M.I.C. XX):仿生」;啥?又錯過了?那就只好讀讀這本泛科學選書--《大黃蜂飛得比波音747還快?:仿生科技-來自大自然的下一波工業革命》The Shark’s Paintbrush: Biomimicry and How Nature is Inspiring Innovation)吧 🙂

和許多科普書作者是來自學界或媒體不同的,《大黃蜂飛得比波音747還快?》作者杰.哈爾曼(Jay Harman)是創業家,他創立並迅速發展了幾家資金達數百萬美元的研究與製造公司,進行各種創新產品的開發、專利與授權,從得獎的水上交通工具到建築連鎖磚、飛航引擎後燃氣,和非侵入性血液葡萄糖與其他電解質測量技術等。

《大黃蜂飛得比波音747還快?》指出,現代仿生學才短短15年左右的歷史,但仿生產品已經創造了數十億美元的銷售成果。透過仿生學,創意科學家、工程師和商務人士正在創造革新的、高效的、而且能賺錢的企業與產品。

和眾多科普書更不同的,《大黃蜂飛得比波音747還快?》花了大約三分之一的篇章探討利用仿生學的研究和成果來創業之酸甜苦辣。雖然仿生產品的絕佳銷售業績,正建立在它們提供顧客更好的性能、更低的能源需要、更少的廢料、與更微乎其微的毒性,而且售價可以與市場上既有產品競爭上。

不幸的是,仿生的好產品不見得輕易就被大企業接受,因為他們原本的工程師要嘛本位主義,要嘛忙到沒有時間瞭解新方案,要不然就是不曉得該如何好好行銷新產 品等等。加上投資人急功進利,或者創業者沒有足夠經驗,導致經營權被奪走,所以挫敗也不算少。我們也曉得,有許多大企業壟斷市場後,就日趨保守而縮減研 發,甚至打壓新技術突破的產生(請參見〈到底是誰控制了總開關?〉)。

不過,任何優異的產品和新創公司,在創業過程中都會遭遇到類似的問題,諸多困難並非是仿生產品的專利,《大黃蜂飛得比波音747還快?》揭示出的各種問題,讓仿生創業家能夠有更多準備,是件好事。而且,作者仍對仿生產品的前景充滿樂觀和信心。

《大黃蜂飛得比波音747還快?》裡頭舉了許多有趣的仿生學案例,從仿擬葉子的太陽能板、魚鱗的龍鱗防彈衣、到以蜥蜴生物學為本發現的治命醫藥突破、到仿製鯊魚皮的抗菌塗料、就連魔鬼氈也是實際應用仿生學的典型例子。

中華民國科技部首任部長張善政在揭牌典禮上說,未來科技部鼓勵學界在研究上以需求導向(demand-pull)取代科技導向(technology-push),要把科學研究有限的經費花在刀口上,研究必須入世,要對產業有所幫助,不要只是做好玩的。

可是,《大黃蜂飛得比波音747還快?》舉了許許多多生物學的研究啟發的應用科技,有哪一項是科學家是為了需求導向而研究的?姑且不論,科學研究在人類文明上的知性角色(請參見〈燒大錢的大科學研究,應該嗎?〉),如果要說得功利的話,極少基礎科學研究,是為了解決應用的問題而產生的,極大多數都僅是為了滿足人類的求知慾和好奇心而產生的,而應用性的發現是在蒐集了足夠多的知識後產生的。

例如過去研究鯊魚的學者是為了設計協助破世界記錄的泳衣?研究鯨魚的學者是為了解決船隻的流體力學問題?是為了設計更良好的過濾系統?設計更快更省油的快 艇?研究壁虎的學者是為了設計黏性材料?研究鳥類的學者是為了設計飛機和子彈列車?研究蜜蜂是為了建築設計?研究白蟻是為了節能減碳?研究黏菌是為了解決交通問題?

基礎科學的知識對科技的進展之重要,可以再參見這幾篇文章〈基礎科學為什麼重要?〉〈冷僻研究 救了多年後的產業〉〈科技部殺了台灣科學研究?〉,我們過去確實很難預料生物學過去百年累積的知識,對工業設計會有啥幫助。如果回到廿卅年前,那些生物學知識沒有在科學家努力不倦的發現、記錄和整理之下,幾乎就不會有任何《大黃蜂飛得比波音747還快?》提到的科技之出現,然後我們的科技也可能會走到一個瓶頸甚至侷限。

《大黃蜂飛得比波音747還快?》裡頭提到的各種各樣的案例,只是仿生學的開始而已,有個不錯的網站「AskNature」,可供詢問並提供各種大自然的解答,其母機構「Biomimicry 3.8」,是推廣仿生學不餘餘力的團體,有許多有趣的案例可供參考 🙂

大自然給了我們美好的生命,又給了我們巧妙的解答,我們怎麼能錯過呢?

 

本文原刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 16 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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用最新儀器,分析鯨豚死因的「鯨豚調查局」——專訪臺灣大學獸醫學院楊瑋誠教授

科技大觀園_96
・2021/06/23 ・3657字 ・閱讀時間約 7 分鐘

受訪時被問及人們鯨豚最大的誤解是什麼?「海豚過得很好,想要像海豚一樣在海裡自由自在。」台大獸醫專業學院副教授,專業為鯨豚保育醫學的楊瑋誠談到遭遇到生存危機的鯨豚,直率坦言:「我不想跟海豚一樣,尤其是在台灣。」

全世界共有 80 多種鯨豚,有 30 多種會出沒在台灣周遭的海域,許多生存狀態都岌岌可危。舉例來說,近年來大眾最耳熟能詳、在政治攻防佔有一席「會轉彎」名言的台灣白海豚(Sousa chinensis taiwanensis),就是生活在台灣海峽的特有種,近年來的觀察顯示,其族群數量約莫不超過 50 隻。

現今的鯨豚研究有哪些主要的努力目標?生活在大海中的鯨豚面臨了那些威脅?一般人對於鯨豚有哪些誤解?楊瑋誠創立粉絲頁「CIB 鯨豚調查局」,就是希望經由研究專題介紹、擱淺事件追蹤等,讓大眾更認識鯨豚。

FB 粉絲專業「CIB 鯨豚調查局」旨在讓大眾更了解鯨豚。圖/pexel

鯨豚調查局在調查什麼?

「為什麼用『調查』這兩個字,而不是鯨豚研究室,或單純的鯨豚愛好者的FB社群,是因為我們認為『調查』這兩個字是有需要的。」楊瑋誠分享當初也考慮過「救援隊」之類的稱呼,最後還是決定用「調查局」,一方面強調其中的急迫性與重要性,另一方面保留其中抽絲剝繭解開鯨豚的遭遇、針對事實下判斷的語感。

不只錯誤的迷思,人們的「感性」有時也會成為保育討論的阻礙。楊瑋誠認為,處理鯨豚面對的問題,極度需要科學、理性的證據。不管是討厭或喜歡鯨豚,都要保持理性、有多少數據說多少話。在公共政策或各種爭議上,才有討論對話的空間。

舉例來說,楊瑋誠多年前在海洋公園服務時,就曾遇過遊客投訴表演音響音量過大、認為會傷到海豚。團隊後來秉著研究精神測量水下音量,發現經過水的隔絕後,真正在水中傳播的音量,尤其是在海豚能夠接收到的音頻已經減弱到幾乎沒有影響。

「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標,在死因資訊尚未明瞭時,不少人會捕風捉影任意猜測,像是看到胃裡面有垃圾,就說死因是吃垃圾。楊瑋誠舉例,在 2020 年 1 月 19 日,宜蘭新城溪出海口擱淺的柯維氏喙鯨,外表並無重大創傷,經解剖、組織切片與細菌培養後,才在排除細菌感染的情況下,診斷是罹患了「潛水夫病」,根據過往研究,巨大噪音(如軍事聲納)會使鯨豚受到驚嚇,改變鯨豚原本潛水的模式,使鯨豚罹患潛水夫病。因此調查局也推測,這次的擱淺原因,很可能是源於台灣周邊海域軍事升溫,海上軍事演習頻繁所造成。

鯨豚擱淺事件層出不窮,「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標。圖/pexel

噪音對鯨豚的影響是非常大的,而近期即將組建的風力發電機組,其打樁造成的巨大聲響,無疑是鯨豚保育必須關注的現況。近期,楊瑋誠也發表了打樁機噪音對鯨豚影響的研究,希望能藉由科學研究提供的數據為基礎,一同制定相關規範,並在施工階段採取預防性措施。

楊瑋誠對鯨豚調查局的期許,就是能夠提供更多經過科學考驗過的數據資料,讓未來相關的保育政策討論,能有堅實的科學基礎。而他也強調,也是這二十年的人才與研究能量累積,才讓鯨豚調查局開始有機會發掘、展現更多更在地的鯨豚資訊。「生命有限、人力有限,時間要花在刀口上(累積事實與資料)。鯨豚調查局所做的每件事情都很重要。」

調查局用上了什麼特別的技術?

從 1999 年起開始鯨豚相關研究,浸淫其中超過 20 年的楊瑋誠分享,剛起步從事研究時,不僅國內資料闕如,就連國外文獻都找不到幾篇。只能一步步摸索、從實務中累積經驗與數據。

鯨豚調查局使用的技術,有沒有什麼比較特別的地方?楊瑋誠表示,一般會用在人身上的檢測儀器,像是X光機、超音波、熱成像儀等設備,都能用於擱淺鯨豚的驗傷上。過去,楊瑋誠就曾使用高解析度的熱成像儀用在擱淺海豚上面,除了偵測體溫,還能用來檢查是否有表面看不出來的瘀青,或是牙齦發炎等情況。

此外,雖然聽力對於鯨豚的重要性人盡皆知,但令人出乎意料的,世界上有在針對鯨豚進行聽力檢測的團隊不到十組,而臺灣正是其中一處,楊瑋誠說:「一般獸醫檢測中,很少有對聽力做檢測,世界上能做的人很少,臺灣更是花了兩、三年的時間,才完善了儀器、技術與人員培訓。」鯨豚聽力檢測的原理,其實跟人類新生兒一樣,都是給予聽覺刺激後用腦電圖觀察腦波變化。楊瑋誠認為目前聽力檢查需耗時 3-4 個小時,實在太長,希望未來能跟美國合作更新軟硬體,把檢查時間壓低在 1 小時以內。這樣往後就可以在野外現場直接檢查鯨豚,不用限制於有運回水池的個體。

而運用斷層掃描技術做死因分析,雖然無法取代法醫解剖,卻有機會指出一些解剖時不易發現的狀況,如骨骼上細微的骨折、骨刺、退化性關節炎,或是其他隱晦的損傷,更重要的是,解剖會破壞骨骼或臟器間的相對位置,這時不具破壞性的斷層掃描技術,就能提供相對完整的資訊,幫助辨別死因。楊瑋誠舉例,香港的研究團隊針對擱淺死亡的鼠海豚進行斷層掃描,才發現許多個體有出現頸椎脫位的情況 ,爾後才推測此類死亡的原因,有可能與受困漁網掙扎有關。此研究也揭露鯨豚與漁業衝突的另一層面相。像這樣的資料,都直接或間接支持了楊瑋誠的「調查」理念,在開始討論之前,累積源自於事實的科學數據,自有其重要性。

利用電腦斷層掃描技術做死因分析,能夠找到解剖時難以找到的細小線索,提供更加完整的資訊。圖/ pexel

不管是研究上的突破或新設備的投入,每一點數據的累積都代表我們對鯨豚欠缺的認識補足了一點,逐漸步上更理想的保育路線。

從照顧單隻海豚到保育整個族群

對不同物種先入為主的誤解,往往在進行保育討論時,造成溝通上的障礙。「有些人覺得『海豚有海就可以活』,那就表示施工的時候(海豚)就應該閃邊去。又沒有把整個海圍起來,你可以去其他地方啊!」說到大眾對鯨豚常有的迷思,楊瑋誠只能苦笑。其實就跟人類都市會劃分商業區、住宅區一樣,鯨豚在海中也有屬於自己的覓食區、育幼區、繁殖區。而各種鯨豚對於海洋自有不同的棲地需求,像是台灣白海豚就生活在深度不超過二十公尺水域,離岸多在三至五公里範圍內,大海雖大,卻也不是到處都能去的。

多數大眾對於鯨豚的關注主要從擱淺事件開始,關心的是某個個體是否回復健康、回到大海。楊瑋誠在鯨豚調查局的研究,從鯨豚面對壓力的緊迫生理、潛水夫病等疑難雜症,甚至是如何在檢測違法鯨豚肉的試紙開發,以及發現鯨豚身上有來自陸地汙染海洋的病原,皆是期待能做得更多。「我們在做的事情已經不是在保護一隻海豚,而是保護更多海豚。」

除了累積研究科學研究之餘,如何把成果傳達給更多人、發揮影響力也是同等重要的任務。經過二十年的累積,楊瑋誠團隊開始經營起 FB 粉專「CIB 鯨豚調查局」傳遞相關的知識洞見。除此之外,他也期待近年鯨豚保育議題已經開始逐漸發酵,如出現在中小學課本中,或者有更多相關的展覽等,都能加深大眾對鯨豚的認識。雖然「保護更多鯨豚」的目標任重而道遠,但楊瑋誠認為這就跟種樹一樣,即便可能要很久才能看到成果,卻絕對有努力去做的價值。

「保育一詞雖代指『保護各種生物的行為』,但其內涵是生物的『共存』,讓不同生物都能活在這個地球上。我認為推廣保育的工作,也應該秉持『共存』的概念,讓意見相左的人一同前進,才是真正的保育。透過公開數據與資料,將不同意見的人們拉向針對事實的討論,正是鯨豚調查局的初衷。」

鯨豚保育的初衷為人類與鯨豚「共好」。圖/pexel

鯨豚身為海洋食物鏈的頂點消費者,其種類與數量反應了海洋的生產能量,是海洋健康的指標物種。台灣周遭海域的鯨豚,既是自然的餽贈,維繫其健康與福祉,也應是我們無法推卸的責任。

參考資料

科技大觀園_96
7 篇文章 ・ 1 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。
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