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尋龜宿 中興保育團隊為食蛇龜環島

劉珈均
・2015/10/07 ・3930字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

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食蛇龜保育單車環島團隊,左起為Wendy、肯尼、洪敏瑜、廖珠宏。圖/劉珈均攝

台灣珍稀保育動物食蛇龜(Cuora flavomarginata)因嚴重盜獵、走私而面臨生存危機,中興大學食蛇龜保育團隊走出實驗室,本月1日開始為期十天的單車環島活動,打扮為吉祥物大使和各地民眾玩耍,希望讓大眾認識這曾經遍佈鄉間,而今難以生存的台灣原生龜。

不吃蛇的食蛇龜

牠名列二級保育類動物,是台灣唯一陸棲性的淡水龜,其實食蛇龜並不吃蛇,雜食性的牠會吃蚯蚓、蝸牛、蛞蝓等無脊椎動物或動物死屍,香蕉、菇類、果實與花葉也是牠的食物。保育宣導專員廖珠宏說,「食蛇龜」這名字來由已不可考,「可能牠吃蚯蚓的樣子很像吃蛇吧!」(註1)

「縮頭烏龜」一詞常用來形容躲避現實的態度,不過,只有潛頸龜亞目(Cryptodira)的龜類才能把頭部縮進龜甲內,食蛇龜便屬於此目,牠更是台灣唯一「箱龜」──其腹甲可閉合,當牠完全縮進殼中時,外觀就像個密閉盒子(相反的,鱷龜、大頭龜、海洋裡的所有海龜等就無法縮進龜甲)。

中國、台灣、日本琉球群島皆有食蛇龜分布,牠生活在海拔1000公尺以下的淺山森林、丘陵與平原,與人類的活動環境高度重疊。食蛇龜從孵化開始,需要8到10年才性成熟,每年只生產一兩次,每次只有1至4顆蛋;蛋需要75~110天孵化,但半數幼龜無法破殼而出,幼龜死亡率也相當高。

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食蛇龜組圖(3)
食蛇龜兩側耳後各有一道褐色鑲邊的鮮黃色條紋,龜甲中央有一道黃色不連續脊稜,又名黃緣閉殼龜、黃緣箱龜。左/林哲安攝;右/取自維基與翡翠水庫網站。
食蛇龜腹甲有橫向韌帶-龜鱉目地龜科-屏東縣墾丁毛柿林-20110512-賴鵬智攝
食蛇龜腹甲分前後兩頁,以韌帶相連,食蛇龜驚嚇時會完全縮進龜甲以躲避敵害。卡通常有烏龜脫殼奔逃的畫面,其實龜的脊椎與龜甲相連,身體無法與龜甲剝離。圖/賴鵬智

為何食蛇龜回不了家?

早期食蛇龜被大量走私販賣到中國作為食物、中藥材或寵物,近年演變為投機市場的炒作物件,查緝到的走私龜唯一去處是由林務局分配至全台為數幾個收容單位,作為牠們短期中繼休養。中興的食蛇龜臨時收容中心自2006年成立,約可容納五六百隻食蛇龜與柴棺龜(但現實中各中心都面臨超收困境,只能盡量找地安置)。

中興生命科學所博士生洪敏瑜說,被走私者捕獲的食蛇龜處於緊繃狀態,腎上腺素飆升以便逃命,因此剛到達收容中心的食蛇龜通常相當「亢奮」,稱為「緊迫症候群」。這導致食蛇龜免疫力下降,當牠腎上腺素開始降低,一些身體機能也可能無法維持而出現病症。

進入收容所的食蛇龜至少得觀察半年以上,才能確知其健康狀態。「有些病症要三個月或半年後才出現,而出現症狀後可能半天就死了。」中興生命科學系副教授吳聲海表示,一批批進入收容中心的食蛇龜有多少比例能撐到恢復健康、甚至野放,端視先前狀態。

食蛇龜組圖(4)
食蛇龜被裝在網袋或籠子走私,過程中常有外傷,狀況不佳者送到收容中心後須立即給獸醫治療。圖/中興食蛇龜保育團隊提供

野放不是件簡單的事,有好幾年時間,收容中心只能收,不能野放,因為不知道這些走私龜來自哪裡,也尚不清楚全台各地食蛇龜族群的基因分佈。野放的龜若不屬於當地,可能細菌混雜而感染疾病,或是破壞當地的遺傳多樣性。

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為了讓這些龜安全回到野外,吳聲海的實驗室研究多年,分析台灣各地食蛇龜族群的基因型態,尋找鑑定來源的簡易方法。這些研究有助於了解食蛇龜的微棲地需求,也做為日後規劃保育單位、尋覓合適復育或野放地點的參考。研究結論得出,全島的食蛇龜族群基因差異不大,粒線體基因型可歸納大致為東部和西部兩群,分化指數(Fst)為0.77(達高度分化),遺傳距離最大為0.9 %。(註2)

直至2013年,中心才首次進行野放,團隊選擇適合食蛇龜生存而族群量稀少的地方,以避免打擾既有的穩定族群(例如翡翠水庫食蛇龜保護區就不適合),以及像國家公園這類有人巡守之地。「野放與放生有個很大的不同點,野放會繼續追蹤動物狀態。」洪敏瑜解釋,野放的食蛇龜身上有晶片,殼上有標記,以便後續監測。

然而,結果並不樂觀,吳聲海說,2013年團隊在墾丁放了200隻食蛇龜,過兩個月去看還有60隻,今年七八月只找到1隻,「後來發現,有的是野放後又被抓了!」吳聲海無奈的說,中心的經費和人力有限,收容個體太多急需野放,台灣卻難以找到安全的野放地點。

拍賣市場一年成交量達10公噸,但十年只查緝到1萬多隻

洪敏瑜說:「有份民國50年的研究資料,當時一小時內可以抓到100隻食蛇龜!」但現在研究團隊到野外調查,可能三天、甚至三個禮拜才遇到一隻。食蛇龜還有許多課題待研究,而走私者一次幾千、幾萬隻地抓,族群消失速度太快,學術研究與食蛇龜的繁殖速度都跟不上。

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「與十年前相比,食蛇龜族群量大概少了八成以上。」研究食蛇龜20餘年、屏科大野生動物保育所助理教授陳添喜表示,牠的保育類身分讓市場有空間炒作價格,2011年中國拍賣市場食蛇龜成交量有20噸(一隻成體的龜約為500公克,20噸換算下來大約是4萬隻),近一兩年有降到10噸以下。這些食蛇龜幾乎全來自台灣,而柴棺龜比食蛇龜好抓,處境甚至比食蛇龜更糟。
查緝的保育龜(1)

查緝的保育龜(2)
2006年至今查緝到的台灣原生龜有1萬5000多隻,陳添喜說,走私成功的大概超過十萬隻。圖/中興食蛇龜保育團隊提供

一些保育單位認為盜獵猖獗與法律漏洞有關,因「野生動物保育法」中沒有走私「未遂」的罪名,走私者多以「騷擾」被起訴,罰則輕了許多,盜獵者不只在淺山森林設陷阱,甚至鎖定收容中心,2013年中興大學就有一千多隻食蛇龜遭竊;2013年底「翡翠水庫食蛇龜野生動物保護區」成立;2014年有立委提案,在野保法中針對走私、購買保育類野生動物增列未遂罰則。

對此,陳添喜認為,其實《懲治走私條例》就能處理,此法罰則比野保法更重,也涵蓋了走私未遂,增列野保法條文是重複立法了。盜獵根源在於政府不夠重視,以及執法不力。走私成案的機率低,且走私前的盜獵、搜購環節難以處置,有時因檢警的呈堂證據薄弱導致輕判,走私者的犯罪所得與懲罰不成比例。

陳添喜說,美國近年開始實施「受害補償」原則,走私保育動物者除了本罪判刑之外,走私一隻動物要額外裁罰美金1000~3000元,走私幾隻就累加上去,各州規定金額不一,這些罰緩就作為收容、野放那些走私動物之用,讓法律處罰能對動物產生實質效益。

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食蛇龜判例_關懷生命協會
歷年相關判例。圖/取自關懷生命協會網站

環島行動:「知道」就是一種力量

洪敏瑜說,保育推廣工作一大阻礙是大家都沒聽過食蛇龜,他們早就策劃環島宣傳,因人力不足而一再延宕。今年六月底,廖珠宏結識車隊隊長肯尼,聽聞車隊要環島,便向他介紹食蛇龜保育,希望結合兩者,雙方一拍即合。環島活動兵分兩路,車隊七人專心環島,廖珠宏與洪敏瑜則扮演吉祥物到各地點與大眾互動。

中興收容中心兩三年前開始保育推廣工作,首先以宗教團體為對象,「我們跟他們說,對放生或物種有任何問題,可以問我們,我們也願意找專家。」洪敏瑜說,其實犯錯都源自於不了解,有些人聽過專業意見後,會開始反思自身作為是否對動物有益。

而今環島行動的考驗除了每天騎一百多公里的體力負荷,最困難的就是如何「不嚴肅」的讓保育議題親近大眾。他們發現自製的吉祥物「阿食」效果最好,廖珠宏笑著說:「只要靠過去,大家都會過來要抱抱。」肯尼也表示,此行「讓每個人從『不知道』到『知道』就夠了!」

想跟隨團隊十天環島所見所聞,可看看FB「2015單車環島守護食蛇龜

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守護食蛇龜單車環島
圖/取自活動FB粉絲頁
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Scimu科學募資專案「阿食想回家──單車環島守護食蛇龜

註:

  1. 陳添喜認為,食蛇龜的稱呼可能是受台語「欱(hop)蛇龜」的影響;也有人考察古文典籍試圖找出詞源(文章:〈食蛇龜不吃蛇,為什麼叫做食蛇龜〉)
  2. 就保育經營觀點,若物種存續面臨嚴重威脅,保育物種會優先於保育其基因多樣性;資源多寡也是保育工作能做到何種程度的一大關鍵,要鑑定族群來源,一隻食蛇龜從抽DNA到完成定序需要新台幣兩三百元(沒有一次成功的話花費更高),但各單位經費有限,以中興食蛇龜收容中心為例,最佳情況下一年經費為新台幣50萬。經費不固定,收容的龜卻日益增多,中心僅能勉強維持基本收容照護工作,無法一一鑑定龜的來源,加上安全地點非常有限,野放時難以周全兼顧讓牠「回家」與「安全性」,因此中興團隊作法傾向尋找食蛇龜族群稀少之地與有保全的地方,避免打擾既有族群,並提高野放動物的生存機率。

參考資料:

  • 陳添喜,《在龜的國度:龜的生態與習性》,行政院農業委員會特有生物研究保育中心,2009
  • 〈台灣全島食蛇龜族群遺傳與棲地環境調查及復育經營策略研究計畫〉,林務局委託中興大學研究,2012
  • 陳添喜部落格:台灣龜主題網站
  • 公視《我們的島》台灣走私龜記錄影片合輯
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劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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為何非洲「莫三比克」的母象長不出象牙?——戰爭促發的「無齒」之症
TingWei
・2021/11/22 ・3528字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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莫三比克共和國(Republic of Mozambique),位在非洲東部接鄰印度洋,再往東跨過莫三比克海峽,就是馬達加斯加。從地圖上來看,莫三比克的形狀有點像是個右邊落筆太重的y字型。東非大裂谷(Great Rift Valley)的南端,從y字型中間劃過然後入海。而曾經以豐富的野生動物生態受人矚目的「哥隆戈薩國家公園」(Gorongosa National Park),就座落在東非大裂谷的南端、莫三比克境內。

哥隆戈薩國家公園所在處,在 1960 年代曾經以觀光業為主,全世界各地的遊客為了該處成群的獅子、大象和水牛去到莫三比克。1970 年代,莫三比克的發展目標是將這個國家公園,變成一個遠勝非洲其他地方的自然保留區。

莫三比克共和國的哥隆戈薩國家公園入口。圖/WIKIPEDIA

內戰結束後,「無齒之象」比例遽增?

令生態學家與野生動物愛好者趨之若鶩的好景並沒有持續太久,戰爭來了。1977 年,莫三比克脫離葡萄牙的殖民後沒有幾年,就開啟了內戰。大約有 100 萬人死於戰爭與饑荒,500 萬人被迫離開家園。莫三比克內戰持續 15 年後,於 1992 年結束。位在莫三比克中心的哥隆戈薩國家公園成為戰場,而公園中的野生動物,也成為征戰雙方果腹的獵物。

內戰其間,大型草食動物數量銳減 90%,整個生態系統都遭到了嚴重的破壞。漫步在哥隆戈薩國家公園,最大的危險不再是肉食性的掠食者,而是埋藏在地下的地雷。

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而其中的一個轉變,引起了演化生物學家的注意:這個公園內的母象,沒有長牙的「無齒之象」比例非常高。

相較於只有公象才會長出明顯長象牙的亞洲象,一般來說,非洲象不論公母,都會有一對長牙。生物學家根據內戰前後的歷史照片、影片進行統計,發現到內戰之前沒有象牙的母象只佔了族群的五分之一不到(18.5%)[註1];但 2000 年,也就是戰爭結束後 8 年的資料卻顯示,沒有長牙的母象卻高達一半以上(50.9%)。

戰爭使得大象族群數量減少了 90%,統計模擬也支持,哥隆戈薩國家公園內「無齒之象」[註2]比例大幅增加,這樣的變化,不可能是隨機發生的;「無齒之象」比例遽增,顯示整個族群經過了強烈的選擇壓力。

正常情況下,成年的非洲象都會有一對長牙,哥隆戈薩國家公園卻有半數的母象沒長出象牙。圖/Pixabay

有象牙的慘遭獵殺,讓「無齒基因」在族群內擴大

追本溯源,價值不菲的象牙,在內戰期間自然也成為籌措軍費的重要來源;而且在乏人管理的情況下,內戰結束了,盜獵可沒有。而大象因為象牙承受了強大的狩獵壓力,「無齒之象」的基因型自然在種族間擴大、脫穎而出。

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其實這個狀況與傳統的育種相當相似:人類特意留下跑得最快、體型最壯碩的馬匹做為種馬來生小馬。後代雖然會有變異,但長時間累積下來,那些會造成馬跑得「不夠快」的基因,自然會越來越少。家禽家畜的育種是在長時間、人類密切的關注之下,「人擇」留下人類偏好的特性。而在大象的情況下,可以說野外的大小也遭到狩獵者的「育種」,只不過這裡存活下來的,是沒有長牙的大象。

下一個觀察重點是,這樣「無齒」的特性,似乎只出現在母象身上。除了後天的因素外,哥隆戈薩國家公園公象幾乎都還是有長牙。[註3]

科學家仔細檢視發現,無齒母象生出的小象,大多也是小母象,佔了 65.7%;而小象如果是母象的話,長大後沒有長牙的比例大約是 1:1。看起來,似乎有某些因素,讓「無齒基因」沒能遺傳給小公象。

大多數可以遺傳的性狀變化基本上都可以連結到基因的表現,差別是有些特徵比較複雜、也可能交互受到環境的影響,像是身高、膚色等;也有一些比較單純只由單因基因控制,像是國中課本經典的美人尖、ABO 血型。

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原本要確認是哪組基因與長牙的產生有關,需要掃描大象的全基因組,可謂工程浩大。但是,「無齒之象」都是母象、幾乎沒有公象,這讓科學家可以作出一個合理的推測:這個「無齒基因」很有可能是性聯顯性遺傳。而更進一步,如果小公象遺傳到無齒基因,則無法存活,則可以解釋,無齒母象的小象,為何會有個明顯的的性別比落差。

無齒母象特別容易生出小母象,而且無齒的特徵只會遺傳給小母象。圖/Pixabay

促成母象「無齒」的關鍵:AMELX 基因

因此,科學家掃描無齒大象的 X 染色體基因組序列,來找出到底是哪些組基因與無齒有關,而且還真的找到了。無齒大象的 AMELX 基因位置都有出現了一些變異,這個位置的基因,根據目前的理解推測,會參與構成牙齒最外堅硬部位的琺瑯質形成的蛋白。

這部分的基因人類與大象屬於同源,在人類身上,AMELX 的基因如果有突變,就有可能會影響琺瑯質的礦化、造成牙齒容易脆化。AMELX 位於染色體的位置有些特殊,這部分的基因如果有嚴重的缺失,除了影響牙齒,遺傳到的男性會死亡,女性則會出現嚴重的頭骨異常,像是小齒或是上頷發育缺陷。

而除了與 X 染色體連鎖的 AMELX 基因有變異,科學家還發現到無齒大象還有個共同的基因表現:位在第一染色體的 MEP1aMEP1a 這也是會影響牙齒發育的基因。在小鼠身上,MEP1a 的變異會顯著影響牙齒象牙質的骨質密度,造成象牙質發育不良、牙根畸形或是提早掉牙。[註4]

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論文作者推測 AMELX、MEP1a 兩基因分別影響的牙齒構造。深藍色表示 AMELX 可能影響的位置,淺藍色表示 MEP1a 可能影響的位置。

缺牙問題在於基因?顯然「人類」才是大問題!

總結一下,哥隆戈薩國家公園的大象族群遭受到巨大的選汰壓力──擁有象牙的成象成為人類狩獵的主要目標,因而使得擁有無齒基因 AMELX 與 MEP1a 的母象在族群中逐漸佔據優勢、比例提高。但同時,AMELX 屬於顯性遺傳的性聯基因,獲得此遺傳的小公象會因此而死,因此無齒母象的後裔明顯母象較多。

某種程度來說,無齒基因在原本的象群間,可以視作某種遺傳疾病或基因缺陷,會自然受到天擇的壓力而受限、不會在族群中持續擴增;但在人類大規模獵取象牙的極端的情境之下,反而成為有利的演化特徵。

但大象缺少了長牙,受影響的,並不只是大象的外觀。非洲象使用長牙有點像馬蓋仙的瑞士刀──什麼都能做──牠們用長牙進行挖掘、推倒樹木剝取樹皮、獲取地下食物與水源。失去了象牙,大象的行為自然會有所改變。而象群在生態系中的一舉一動,都會擾動該地的微氣候。

舉例來說,當大象為了食用樹皮推倒一顆大樹,就有無數種子能夠透過新產生的林隙發芽,以嫩葉、草類為主食的草食動物因此獲得更多的食物來源。這是生態系統中關鍵擾動的微妙變化:當人們為了象牙獵取大象,當倖存下來的大象不再長出長象牙,後續的生態系統,也就失去了伴隨關鍵物種擾動而引出的種種變化。

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一半的母象沒有了長牙,會有什麼影響?這個,沒有人說得準。我們只知道,勢必會有一些蝴蝶效應悄悄地發生。

圖/Pexels

後記:

好消息是,隨著內戰結束,陸續有人投入哥隆戈薩國家公園的保育工作,試圖恢復當地的野生動物族群與野生動物觀光產業。而隨著當地國家公園開始進行執法管制、大象數量逐漸增加,後面的世代裡,是不是有機會讓更多帶著長牙的大象可以繁衍生息,讓象群「恢復原貌」?戰後第一個世代的母象無齒的比例為 33%,這個比例會有機會隨著人們的保育工作,再度減少嗎?我們只能繼續看下去。

註解

  1. 有一個說法認為非洲象一般族群無長牙的比例約為 2%,因此哥隆戈薩國家公園內戰前就已達 18.3%,有可能是已經承受狩獵壓力的結果。
  2. 「無齒」在此代稱沒有長象牙,不是真的全部沒有牙齒(人家還是要吃飯的)
  3. 這裡的討論省略了還有一個小比例(內戰前後均小於 10%)的大象只長出了單邊的象牙。
  4. 目前的資料顯示 AMELX、MEP1a 這兩個基因跟母象沒有長牙有明確的關聯,但詳細是否會影響其他牙齒發育之類的,尚無進一步研究討論。
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「安靜的滅絕」——全球長頸鹿面臨生存危機?
風言
・2021/07/20 ・3593字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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「世界長頸鹿日」(6/21)剛過不久,一則長頸鹿受到不當圈養甚至死亡的新聞,就躍上媒體版面。長頸鹿雖然不是新聞報導的常客,但大家對牠們應該不會陌生:長頸鹿高高的身影配上非洲草原的日落美景,經常出現於宣傳非洲旅遊的圖片,在世界各地的主要動物園,也幾乎都可以見到牠們的蹤影,牠們應該安好地在非洲生活繁衍著。可是近年的調查發現,原來牠們的數量一直在下降,正靜悄悄地在非洲大地上消失!

長頸鹿高高的身影配上非洲草原的日落美景,經常出現於宣傳非洲旅遊的圖片。圖/Pixabay

無聲無息消失的長頸鹿

和大象和犀牛等野生動物相比,長頸鹿受到的關注相對較小;一直以來針對長頸鹿野外族群的研究也不太多,因此多年來各國均十分缺乏針對牠們族群數目的研究數據。2016 年,多國專家整理了各國零星分散的數據,才發現長頸鹿在過去數十年間的數字大幅下降了 30%:由 80 年代起超過 150,000 隻長頸鹿,下跌至 2016 年時只有約 97,000 多隻。

當所有族群數加起來,97,000 多隻看上去好像還不太差,但實際上若把不同種的長頸鹿分開計算,部份種類和亞種的數目實在下降得驚人,一些族群如努比亞長頸鹿(Nubian giraffe)的數目更大幅下跌超過 9 成。

國際自然保護聯盟從 1963 年起編製瀕危物種紅色名錄(IUCN Red List),根據物種及亞種的滅絕風險,把不同物種族群分成無危、近危、易危、瀕危、極危,以至野外滅絕和滅絕七個級別,代表不同物種族群數目受到的威脅。IUCN 把所有長頸鹿歸成易危(Vulnerable)級別,但也把數個他們認為是亞種的長頸鹿歸成瀕危或極危。這個評級引起了外界對長頸鹿保育的關注。在此之前,由於長頸鹿的族群危機並未受到一般民眾及新聞的注目,所以牠們也被形容為「安靜的滅絕(Silent Extinction)」。

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一張含有 地圖 的圖片

自動產生的描述
長頸鹿看似數量不少,其實各族群有著不同程度的滅絕風險,努比亞長頸鹿的數目更下跌超過9成,與科爾多瓦長頸鹿一同被列為極危級別。圖/discovergiraffe

為什麼長頸鹿的數目會直直下降?

對於某些瀕危動物,科學家很了解影響牠們數量下降的主要原因,就如大象和犀牛便因象牙和犀牛角而被大量獵殺;紅毛猩猩的棲地便因森林被大量開發而遭受破壞。長頸鹿在非洲分佈甚廣,為什麼牠們的數量會直直下降?

經過多年的調查和分析,科學家漸漸發現令長頸鹿族群數目下降並不只有單一原因,而是源自不同層面的威脅,在非洲的不同地方,因著環境和文化的不同,長頸鹿受到的威脅也會有分別,下文簡單地把不同的原因說明一下: 

  • 棲地的破壞:廣泛來說,這是現今世界很多物種的第一大威脅,長頸鹿也不例外。世界自然基金會(WWF)估計,瀕危物種紅色名錄內85%受威脅物種的主要威脅,來自棲息地的破壞。在非洲的草原,由於人類對土地有不同的需求,往往在草原大量伐木、放牧、建設農地和市鎮,掠奪了長頸鹿原先應有的棲息環境。很多長頸鹿的棲地也不在保護區範圍之內,令長頸鹿的生活備受威脅。例如在東非北部生活的網紋長頸鹿(Reticultaed Giraffe)便因土地的開發和人類放牧而令牠們的數目下降了 50%。 
  • 棲地破碎化:長頸鹿是大型哺乳動物,需要很大的地方生活,由於人類的開發,很多長頸鹿的棲地被切割而變得破碎。試想像,如果我們家強行被一條通道分成兩部分,那將對生活帶來多大的不便和影響?在東非肯雅和坦桑尼亞生活的馬賽長頸鹿(Masai Giraffe),和在西非尼日爾(Niger)生活的西非長頸鹿(West African Giraffe),均由於城市建設、農業以及畜牧業的開發,使得很多長頸鹿的棲地被人類分割而變得支離破碎,牠們的棲地往往被人類的農地、道路或房屋分隔,這令很多長頸鹿族群被迫分離,也令牠們承受人為意外(如汽車碰撞、被鐵栅傷害)的機會大增。
人類在草原大量伐木、放牧、建設農地和市鎮,掠奪了長頸鹿原先可用的棲地。圖/Pixabay
  • 原住民捕獵:很多原住民會捕獵羚羊、猩猩以及長頸鹿作為肉食的來源,長頸鹿由於身型巨大,牠們的生活範圍很多時候也在保護區以外,所以也是十分受歡迎的「野味」。當中最受此原因影響的便是在東非生活的馬賽長頸鹿(Masai Giraffe),牠們的族群數目已經下降了 50%。在肯亞,有報導指出在一個野味市場,一年可能有多達 800 公斤的長頸鹿肉出賣,而每頭長頸鹿的價值可以高達 600-800 美元。
  • 非法捕獵:捕殺長頸鹿販賣至國外是也長頸鹿族群減少的其中一個原因。近年便有兩隻十分罕見的白化長頸鹿在肯亞被非法獵殺,而引起廣泛的報導。英國的獨立報發現,美國在 2006-2015 年間,入口了 40,000 件從長頸鹿不同身體部份製成的物品,包括骨骼、皮膚,甚至是長頸鹿幼兒的標本。這也是導致努比亞長頸鹿(Nubian Giraffe)數目大幅下降的主因。
  • 政治因素:非洲部份國家多年的戰爭亦令很多長頸鹿的保育工作不能進行,很多地方的政府均無法在生態保育投入大量資源,長頸鹿的保育很多時也需要非政府組織(Non-governmental organization)或私人機構的幫助才能進行。
長頸鹿所面臨的各種人為生存壓力。圖/discovergiraffe

地方發起保護長頸鹿的支援前線

就此看來,保護長頸鹿並不容易,需要多方通力合作,針對不同原因而作出對應的方法。

就棲息地的保護,很多地方政府或私人保育機構會成立保護區,例如尼日爾便有一個專為保護西非長頸鹿而成立的 Koure Giraffe Reserve。在南非和納米比亞,南部長頸鹿(Southern Giraffe)由於相對上得到較多私人保育機構的妥善保護和管理,令牠們的族群數目在四個長頸鹿物種中唯一不跌反升。有保育組織會把長頸鹿轉移到受保護的區域,希望牠們能在新的地方落地生根,成功繁衍。專注長頸鹿保育的保育組織 Giraffe Conservation Foundation(GCF)便在非洲不同國家協助長頸鹿搬家,最近他們便幫助於烏干達的 Pian Upe Wildlife Reserve 成功引進了消失了 25 年的長頸鹿。

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重新引入烏干達默奇森瀑布國家公園的羅氏長頸鹿,是努比亞長頸鹿的一個亞種。圖/wiki

在禁止非法貿易方面,長頸鹿在 2019 年被列入瀕危野生動植物種國際貿易公約(CITES)的動物名單附錄 II[註],儘管很多地方的法律只明訂進出口個體需要准許證,卻沒有規範動物身體部位的貿易,但被列入法律保護也是重要的成就。教育方面,很多保育組織也在非洲以及不同地方進行教育推廣,向公眾和下一代灌輸保育長頸鹿的知識。

除了合適的政策,增加對不同地方長頸鹿的認識也十分重要。保育專家近年便提倡正確的長頸鹿分類,生物學家也在非洲各地進行人類對長頸鹿族群影響的研究,希望更能針對性地為保育政策提供重要的資訊。

綜合來看,長頸鹿的生存受到多種原因的威脅,要全面保育長頸鹿免受滅絕的危險,需要政策、法律、科研、教育等一系列的配套措施,看來,我們還有漫漫長路要走。希望在各方的努力和大家的關注下,長頸鹿的族群可以穩定下來,讓我們及下一代可以繼續在非洲的草原上欣賞到這種美妙的動物。

註解

  • 瀕危野生動植物種國際貿易公約(CITES),是於 1963 年起草、1975 年正式執行的一份國際協約,其目的是希望透過限制對野生動植物的出口和進口,確保野生動植物的國際交易不會危害到物種本身的生存。
  1. 聯合新聞網:頑皮世界將引進18隻長頸鹿 挨轟飼養條件差10年死4隻
  2. Giraffe Conservation Status. Giraffe Conservation Foundation. https://giraffeconservation.org/giraffe-conservation-status/
  3. Giraffe. The IUCN red list of threatened species. https://www.iucnredlist.org/species/9194/136266699
  4. Giraffes facing ‘silent extinction’ as population plunges. BBC News. https://www.bbc.com/news/science-environment-38240760
  5. Losing their homes because of the growing needs of humans. World Wild Fund. https://wwf.panda.org/discover/our_focus/wildlife_practice/problems/habitat_loss_degradation/ 
  6. Two rare white giraffes killed in Kenya. National Geographics. https://www.nationalgeographic.com/animals/2020/03/rare-white-giraffes-poached/
  7. CITES conference responds to extinction crisis by strengthening international trade regime for wildlife. The Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora (CITES). https://cites.org/eng/CITES_conference_responds_to_extinction_crisis_by_strengthening_international_trade_regime_for_wildlife_28082019
  8. Kenya’s giraffes slump under local bushmeat trade. African Wildlife Foundation. https://www.awf.org/news/kenyas-giraffes-slump-under-local-bushmeat-trade
  9. A bold plan to save Africa’s shrinking giraffe herds. National Geographics. https://www.nationalgeographic.com/animals/article/bold-plan-to-save-africas-giraffes-feature
  10. Bushmeat hunting: The greatest threat to Africa’s wildlife? Mongabay. https://news.mongabay.com/2020/10/bushmeat-hunting-the-greatest-threat-to-africas-wildlife. /https://news.mongabay.com/2020/10/bushmeat-hunting-the-greatest-threat-to-africas-wildlife/
  11. Bibles, bar stools and cowboy boots: How the US market in giraffe products is driving their ‘silent extinction’. Independent. https://www.independent.co.uk/environment/illegal-wildlife-trade-giraffes-extinction-africa-us-hunting-markets-a9674996.html?fbclid=IwAR26w_Cnt2g4OTmrTefItL1vBjT5Di1RKbHo0EBBZUFcSw2NyJ862iZSles
  12. In Tanzania, Survival of Giraffes Is Influenced by How Close They Live To Towns. Science The Wire. https://science.thewire.in/environment/in-tanzania-survival-of-giraffes-is-influenced-by-how-close-they-live-to-towns/
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風言
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從少對動物行為和演化著迷,特別喜愛長頸鹿,修讀了生態學系的環境保護碩士。 愛到不同地方作生態旅遊,閒時也會觀鳥和閱讀有關書籍,希望透過文字介紹神奇的動物行為和生態冷知識。