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行動超音波掃描

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/09 ・1856字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 608 ・十年級

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文/劉珈均

提到超音波,腦海中率先浮現的印象大概是醫院的婦產科裡,醫生為孕婦產檢的畫面:醫生拿著「探頭(transducer)」貼在孕婦腹部,身旁一台PC般笨重的機器螢幕上即時顯示出扇形的黑白畫面。工研院生醫與醫材研究所試圖開啟不同的想像,團隊開發出體積如蛋捲禮盒大小的輕便超音波設備,團隊也設計友善介面,探頭與顯像裝置可無線傳輸,直接以平板或手機作為顯像裝置,解讀超音波影像。

超音波技術源於潛水艇的聲納,後者誕生於第二次世界大戰,潛水艇利用聲納探測地形、測定物體距離與運動速度。1950年代後,開始嘗試將技術原理移至醫療領域,以不侵入的方式探看人體組織。聲波在不同物質中傳遞時,會產生不同能量的回波訊號,經後端軟體分析處理便形成人體組織的結構影像。一個標準的醫用超音波系統大致分為發射與接收聲波訊號的「探頭」(依探測部位與發射頻率不同,一般有三種)、類比前端電路、將音訊「轉譯」為影像的後端成像運算技術。

「要跟『GPS』(指奇異、菲利浦、西門子公司)交鋒很難,不過台灣可以切進正在興起的趨勢!」生醫所超音波影像技術部經理吳國瑞博士說,超音波的應用有兩個趨勢,一是超音波機器小型化帶來普及的可能,目前配備超音波機器的單位多為中大型醫院,近年攜帶型的超音波設備問世,超音波技術可望從中大型醫院走出來,進入小型診所、救護車、居家照護、緊急醫療等。西門子和奇異公司自2007年起,已陸續推出多款手持式超音波機器,有無線傳輸款式,也有樣子精巧如貝殼手機。

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另一個趨勢則是超音波技術的角色由「診斷」漸漸轉為「治療」,超音波適合觀察軟體組織,細節比X光片更清楚,國外已有將超音波與X光並行檢測乳癌,超音波沒有輻射,未來可能於某些檢測項目取代X光;醫美領域可用於消脂和塑身,超音波拉皮的效果甚至比電波拉皮好;治療癌細胞的標靶藥物大多有副作用,或破壞正常細胞,超音波藥物釋放系統則是將藥物包覆如膠囊,注射進人體後,等藥物循環至癌細胞附近,再以超音波激發、釋放,多餘的藥物則排出人體,如此可將副作用減至最小。動物檢驗也有相關需求,例如美國畜牧協會制定標準,以超音波確認牲畜肉質。

換言之,超音波系統的用途和使用場域持續延展中,吳國瑞說,超音波系統的核心技術在於晶片和軟體,這正好是台灣的強項:「台灣有很好的資通訊產業,但高階醫材產業還屬於起步階段。」吳國瑞認為,現在正是台灣藉資通訊產業的基礎發展高階醫療器材的時機,而超音波系統是最適合台灣著手的醫材產業,其他生醫影像儀器如X光、磁振造影等,對台灣而言技術門檻較高。

右上角寫有ITRI字樣的黑色晶片工研院開發之專用晶片。
右上角寫有ITRI字樣的黑色晶片工研院開發之專用晶片。

超音波小型化的關鍵在於晶片,但目前可攜式超音波設備的晶片技術掌握於歐美醫療大廠如奇異、西門子等廠商,只提供自有產品使用,不對外販售;晶片商的產品只能提供部分功能,無法提供多通道、多功能整合的專用晶片。工研院團隊自行開發專用晶片,以ARM+FPGA建構可做小型化超音波的多波束成型(Beam Former)與顯像平台,可支援32與64通道(超音波的通道愈多,成像愈清晰)

團隊約莫20人,有來自資通訊背景與醫工系,先前研究題目是消費性電子產品、影音播放機的編解碼器。自三年起團隊切入研究超音波技術,今年已跟醫院合作,進入臨床實驗階段。吳國瑞笑著說:「處理的東西差不多,超音波也是聲音和影像。」最大的困難在於以前處理五到十通道的東西,現在要變成幾十個通道。

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醫院裡基本款式的超音波機重量約6至10公斤,價格約150萬台幣,若要多加探頭或是功能則不只。而目前簡便的超音波設備雖已問世,價格仍相當昂貴,例如2013年西門子開發的無線超音波,三個探頭加總約150萬台幣。工研院團隊的超音波機器重量約950g,吳國瑞說:「超音波要普及大概只差cost down,以台灣的技術,有希望壓到美金一千以下。」超音波可探測心跳、血壓與血流資訊,或是打針時定位血管,集許多儀器功能於一身,若成本壓得夠低,超音波或許能成為健康照護的穿戴式設備主流。

(右)一般醫院的超音波設備機型;(左上)工研院機型(左下)以平板顯示的超音波圖,圖中黃框區域為血流資訊。
(右)一般醫院的超音波設備機型;(左上)工研院機型(左下)以平板顯示的超音波圖,圖中黃框區域為血流資訊。
小型的超音波設備適合居家照護,量測與講解十分簡便。
小型的超音波設備適合居家照護,量測與講解十分簡便。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747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

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

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 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

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  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

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參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
  4. McElrone A J, Choat B, Gambetta GA, et al. (2013) ‘Water Uptake and Transport in Vascular Plants’. Nature Education Knowledge, 4(5):6.
  5. Datta S, Taghvaeian S, Stivers J. (AUG 2018) ‘Understanding Soil Water Content and Thresholds for Irrigation Management’. OSU Extension of Oklahoma State University.
  6. Murray M, Soh WK, Yiotis C, et al. (2020) ‘Consistent Relationship between Field-Measured Stomatal Conductance and Theoretical Maximum Stomatal Conductance in C3 Woody Angiosperms in Four Major Biomes’. International Journal of Plant Sciences, 181, 1.
  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
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。

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台灣蝙蝠知多少?沿著蘇花公路,探尋豐富的蝙蝠多樣性(下)——蘇花改特輯(二)
自然保育季刊_96
・2021/05/14 ・4772字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 589 ・九年級

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  • 本文轉載自特有生物研究保育中心,《自然保育季刊》第 112 期
  • 作者 / 鄭錫奇|行政院農業委員會特有生物研究保育中心研究員兼主任秘書、陳宏彰|行政院農業委員會特有生物研究保育中心計畫助理、周政翰|台灣蝙蝠學會理事

台 9 線蘇花公路山區路段改善工程歷時 9 年的努力終於在 2020 年 1 月 6 日全線通車。近年政府進行重大建設時日益重視工程對環境及生物多樣性的影響評估,蝙蝠類因其物種繁多、族群數量龐大、食性獨特、活動範圍廣泛且對環境變化敏感,其生存棲地品質攸關族群存續狀況,因此相當適合作為反應環境變化的類群。

上一篇〈台灣蝙蝠知多少?沿著蘇花公路,探尋豐富的蝙蝠多樣性(上)——蘇花改特輯(二)〉我們介紹了許多種臺灣蝙蝠以及調查過程,這篇我們將探討這些資料的分析結果。

棲所難尋但資料珍貴

蝙蝠棲息的處所通常隱密而不易探尋。不過, 一旦發現某種蝙蝠的棲所及族群,則可以進行深入研究以獲得許多生態相關的珍貴資訊。除了在夜間外飛覓食時段,蝙蝠在棲所度過很長的時間,包括其生活史的不同階段,諸如白天休息、尋覓伴侶交配、生殖育幼、日間休眠或冬季冬眠等。棲所還能提供保護的功能,降低蝙蝠被天敵掠食或人類干擾的機會,以及抵禦外界環境或氣候變化的影響,可見適當的棲所對涵養蝙蝠族群而言相當重要。

身形嬌小的玄彩蝠。 圖/鄭錫奇攝

本計畫歷年陸續在調查樣區中發現蝙蝠的棲所,諸如群居型的臺灣葉鼻蝠、臺灣小蹄鼻蝠,以及獨居型的臺灣大蹄鼻蝠喜歡陰暗潮濕的洞穴、隧道、涵洞等處;日間棲息在林道旁新生芭蕉捲葉中的玄彩蝠;會利用東岳冷泉鐵路高架橋橋墩下作為夜間棲所的堀川氏棕蝠。當發現臺灣葉鼻蝠或臺灣小蹄鼻蝠的族群時,我們會持續瞭解其族群量的變動趨勢,以及生殖育幼的季節;相對而言,獨居的臺灣大蹄鼻蝠雖較不容易發現,然而我們曾觀察到有 1 隻雌性個體居然連續使用同一處廢棄木屋長達 3 年之久, 而在春季時又發現另 1 隻雌性個體共棲,這種現象相當罕見;依據尤宣亞 (2015) 針對臺灣大蹄鼻蝠配對系統的研究指出,成體雌蝠間並不會共處於同一 棲所,但在懷孕期(4-5 月)則會和去年生產的幼蝠(或亞成蝠)共棲,因而推測牠們可能是去年繁殖的 一對母女蝠。

棲所勘查法—玄彩蝠喜棲於芭蕉捲葉中。圖/鄭錫奇攝

地區新紀錄種的發現

我們執行計畫的第一 (2012) 年即發現了 17 種蝙蝠,之後每年均可調查到 17-19 種之多,而且在前 5 年幾乎每年都有地區新種類的發現,譬如 2013 年增加了東方寬耳蝠(網具捕捉)及臺灣家蝠(音頻判識)而達 19 種;2014 年增加寬吻鼠耳蝠(網具捕捉)達 20 種;2015 年則再增加金芒管鼻蝠(網具捕捉)達 21 種;2016 年新增毛翼管鼻蝠(網具捕捉)後使得物種累積達 22 種至今 (2020) 年上半年。

參考特生中心於 2007 至 2010 年間在雲林縣斗六丘陵湖山水庫預定地與周邊區域所進行的多年蝙蝠調查結果,亦呈現類似的物種數累加趨勢,即幾乎每年都會有 1-2 種地區新紀錄種蝙蝠的發現 (鄭錫奇等 2010)。也就是說,若要確切得到一個地區相對完整的蝙蝠相,不僅需要運用多樣化的調查方法,而且須按季節持續 進行多年(至少 5 年)的調查始能達成。然而,納悶的 是,雖然我們努力調查多年,除了顯著地增加調查區域內 15 種蝙蝠的新發現紀錄外,迄今仍無發現弘益生態有限公司於 2010 年在同一區域調查所得之高頭蝠 (Scotophilus kuhlii) 分布資料。

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與昔日調查資料比較

特生中心 2003 年在宜蘭與花蓮兩縣市進行的蝙蝠類調查,總計發現了 19 種蝙蝠(鄭錫奇與張簡琳玟 2003),然而若只篩選該成果中,沿蘇花公路及兩側延伸海拔 500m 以下區域(因本蘇花改計畫調查範圍低於海拔 500m),則為 12 種;另於 2004 年執行宜蘭縣和花蓮縣野生哺乳類動物及花東地區的翼手目調查,共發現 20 種蝙蝠,而在低於 500m 的區域則僅發現 9 種(鄭錫奇等 2004);而 2006 年進行花蓮縣野生哺乳類動物調查時,於秀林鄉發現了臺灣葉鼻蝠與渡瀨氏鼠耳蝠(現稱赤黑鼠耳蝠)2 種蝙蝠 (鄭錫奇等 2006)。

根據上述文獻所發現的物種與本計畫多年 (2012-2019 年) 的結果比較,同一海拔區域內僅臺灣無尾葉鼻蝠為本計畫迄今尚未有記錄的種類,而本計畫所發現的堀川氏棕蝠、絨山蝠、東方寬耳蝠、寬吻鼠耳蝠、毛翼管鼻蝠、金芒管鼻蝠、 黃胸管鼻蝠、隱姬管鼻蝠及東亞游離尾蝠等 9 種則為昔日文獻未曾記錄的地區新紀錄種。

太魯閣國家公園管理處曾委辦執行「太魯閣國家公園蝙蝠族群動態智慧監控規劃」(謝伯娟與陳宏彰 2016),該計畫同樣採網具捕捉、超音波測錄及棲所探查等 3 種調查方法進行調查,惟其執行範圍(於花蓮縣山區)沿台 8 線中橫公路東段涵蓋園區內低、中、高海拔區域,結果發現 5 科 15 屬 24 種,其中除了分布於中高海拔的臺灣長耳蝠、紅棕鼠耳蝠與姬管鼻蝠外,其他 21 種在本計畫皆有發現。可見台 9 線蘇花公路沿線及周邊範圍的蝙蝠物種多樣性堪稱豐富。

施工初期造成的棲地切割現象 2013。圖/周政翰攝
橋梁施工中棲地變化情形 2014。圖/鄭錫奇攝
橋梁完工後棲地恢復情形 2019。圖/鄭錫奇攝

蝙蝠的季節性遷移行為

由近 8 個年度的調查結果顯示,雖然不同季節發現之種數不盡相同,然而春、夏、秋季為物種出現較多的季節(2018 年春季最多可達 17 種),蝙蝠活動力較低的冬季則相對較少(2015 年最少僅發現 8 種)。雖然至少 15 種蝙蝠四季均可在調查範圍中發現,但部分物種僅於特定季節出現,如黃頸蝠和絨山蝠只零星於春、夏、秋季發現(音頻資料),在冬季則無任何紀錄。

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臺灣的蝙蝠會隨著季節的更迭而進行海拔垂直遷徙現象陸續被發現 (鄭錫奇及張簡琳玟 2008;鄭錫奇等 2009),其中以黃胸管鼻蝠最為典型,牠們在溫暖的季節 (如夏季) 通常會在低海拔區域棲息、活動及繁殖育幼,而在冬季時則遷到高海拔超過 3,000m 的山區度冬,年復一年地在不同海拔間遷移。

然而,我們調查捕獲的資料顯示,在 2013 年秋季及 2017 年冬季在花蓮秀林鄉同一樣區 (海拔 120m) 各捕獲 1 隻東方寬耳蝠,這 2 筆資料為該物種目前全臺海拔分布最低紀錄;同樣地於 2014、2017 年冬季及 2019 年秋季分別在花蓮秀林鄉樣區內各捕獲 4 隻、1 隻及 1 隻的寬吻鼠耳蝠雄性個體,此紀錄亦為寬吻鼠耳蝠於臺灣的最低海拔 (120m) 分布資料;另外也於 2015 年秋季及 2018 年度春季於花蓮秀林鄉和平地區的不同樣區內捕獲各 1 隻個體的金芒管鼻蝠。唯一 1 隻毛翼管鼻蝠則在 2016 年秋季以網具捕獲。這些溫暖季節主要分布於中高海拔的物種竟然在冬季時逆向降遷至蘇花改低海拔區域活動,其原因仍不清楚。

冬季時降遷至低海拔區域活動的東方寬耳蝠。圖/周政翰攝

捕捉標放探討時空變動

歷年研究人員以網具捕獲或棲所探查捕撈的個體都會以具號碼的翼標標示個體,並在原地釋放, 之後藉由再捕獲紀錄探討其不同時空下的變動情形。近 8 個年度本計畫總共捕捉標放了 17 種共 580 隻的蝙蝠,其中以臺灣管鼻蝠 219 隻最多,其次為玄彩蝠 (85 隻)、隱姬管鼻蝠 (66隻)、長趾鼠耳蝠 (64 隻)、長尾鼠耳蝠 (36 隻)、赤黑鼠耳蝠 (25 隻)、堀川氏棕蝠 (24 隻)、臺灣小蹄鼻蝠 (22 隻) 等,其餘如臺灣葉鼻蝠、東亞摺翅蝠、黃胸管鼻蝠、寬吻鼠耳蝠、臺灣大蹄鼻蝠、東方寬耳蝠、山家蝠、金芒管鼻蝠及臺灣家蝠之標放個體都少於 10 隻。

標放個體中有 8 種 78 隻陸續再被重複捕捉,最多者為臺灣管鼻蝠 31 隻,其中有 2 隻重複捕捉 4 次,10 隻 3 次,再捕捉間隔時間最長為標放 3 年後於相同樣點再次捕獲。這些重復捕捉資料顯示, 臺灣管鼻蝠對於當地棲地有明顯的棲地重複利用習性,牠們會棲息的處所包括乾枯的香蕉捲葉叢 (周政翰等 2008)、戶外枯木燈罩 (謝伯娟與陳宏彰等 2016)、枯萎的月桃捲葉 (鄭錫奇等 2017) 等。次多者為玄彩蝠,有 22 隻個體被重覆捕捉,有 3 隻捕捉紀錄達 5 次 (次數最多者),其中 1 隻連續 4 年 (2012- 2015) 在相同樣區的新生芭蕉捲葉中被發現,其餘達 4 次者有 4 隻、3 次者 1 隻、2 次者有 13 隻。

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換言之,這些玄彩蝠經常出現在捕捉標放的地點或鄰近區域內。根據許家維 (2016) 在臺中烏石坑地區的研究,玄彩蝠對於當地蕉叢棲所及棲息環境有相當程度的依賴性,因此一旦蕉叢大量消失,都將影響玄彩蝠族群的存續。此外,有 4 隻長趾鼠耳蝠在不同年間於相同樣點捕獲,其中間隔年度最長為第一次捕捉標放 (2012年) 後的第 6 年 (2018)(間隔年度最長紀錄)。

另如前述,我們也曾發現臺灣大蹄鼻蝠會連續數年四季中均棲息在同一洞穴中、堀川氏棕蝠會多年重複利用一處橋墩下作為夜間休息處;其他較零星的捕捉標放資料尚包括赤黑鼠耳蝠、長尾鼠耳蝠、隱姬管鼻蝠等亦會經常使用某些棲地與處所 而被重複捕捉。這些現象顯示出蝙蝠對特定棲息地具有相當高的忠誠度 (fidelity)。

蘇花改工程會影響蝙蝠嗎?

由 8 個年度 (2012-2019) 的調查結果顯示,以年間蝙蝠組成而言尚稱穩定,雖然蘇花改不同路段的工程施工時程有別,而不同蝙蝠物種對於棲地工程干擾的反應也可能不一。蘇澳~東澳路段(本計畫北段)共計發現 5 科 10 屬 18 種蝙蝠,南澳~和平路段(中段)5 科 14 屬 22 種蝙蝠,而在和中~大清水路段(南段)則發現 5 科 10 屬 18 種蝙蝠,中段樣區內記錄的種類較多,主要差異為捕捉到一些主要分布於中高海拔山區的物種,如東方寬耳蝠、寬吻鼠耳蝠、毛翼管鼻蝠及金芒管鼻蝠等。

此外,由調查資料較多者之堀川氏棕蝠、長趾鼠耳蝠及山家蝠(視為指標物種)的 監測趨勢顯示,長期而言不同年間物種組成的差異 雖然不明顯,但在短期只要樣區環境發生突然的變化,如工程施作、棲地破壞(如林木大量砍除)、環境汙染(如除草劑或農藥噴灑),或每年的夏、秋季颱風來襲,常會立即反映在蝙蝠類群的調查結果(數量)上。

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因此,我們認為天災為自然現象,但人為的工程施作則應儘量縮小範圍,並避免非必要的植被移 除或破壞,因為森林型棲息地對某些蝙蝠(如臺灣管鼻蝠、隱姬管鼻蝠及玄彩蝠等)至關重要,一旦破壞則會嚴重影響其族群存續。事實上,每個物種對生態系都有牠們重要的功能,我們會在工程完成通車後持續瞭解蝙蝠利用棲地與棲所的狀況,咸信對物種的生活史及生態習性更為瞭解後,將可避免或降低人為工程施作對生物的干擾與傷害,以維持當地生物多樣性的豐富,達到與生態保育雙贏的局面。

(表2)2012-2019 年間於蘇花公路改善工程沿線發現之蝙蝠物種及其對應調查方法。圖/《自然保育季刊》第 112 期

後記

本文描述的年度主要為 2012 至 2019 年的調查結果,然而今 (2020) 年仲夏 7 月間研究人員特別在南澳至和平間新選一處樣點,利用網具進行捕捉調查,結果一夜間總計捕獲了 32 隻蝙蝠,其中還包括歷年只有超音波音頻資料的黃頸蝠,捕獲數量竟有 14 隻之多,同時亦捕獲 1 隻華南水鼠耳蝠,為本區域的新紀錄種,令人意外又驚喜。

這種結果除了直接證實以往僅利用音頻辨識發現的黃頸蝠的確存在蘇花公路沿線環境中外,更使得本計畫在蘇花公路沿線多年的蝙蝠調查紀錄(22 種)再添 1 種而達 5 科 14 屬 23 種,占臺灣本島食蟲性蝙蝠物種數之 72%,顯 示自然環境豐富而多樣的蘇花公路沿線所孕育的蝙蝠資源確實是多樣而特殊,值得我們持續瞭解並積極保育。

常活動於溪流環境的黃頸蝠。圖/周政翰攝

自然保育季刊_96
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