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獵豹的速度並非決勝關鍵

曾 文宣
・2015/10/08 ・1226字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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奔馳中的獵豹(圖片拍攝:Hein Waschefort. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cheetah_chase.jpg)
奔馳中的獵豹(圖片拍攝:Hein Waschefort. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cheetah_chase.jpg)

每位小朋友心中都有一種最愛的動物,特別是那些有「最」字頭頭銜的動物總是榜上有名。目前現生陸地上奔跑最快的動物,大家馬上聯想到獵豹。事實上,獵豹成功打獵的關鍵,並不是牠們爆發出的驚人速度。最新的研究指出獵豹真正靠的是牠們更為出色的敏捷度和機動性,這才是牠們生存的高超技倆。

獵豹的速度究竟有多少一直是科學家眾說紛紜的主題,1960年代的測量計算出高達時速64英哩(相當於時速103公里)的速度,但後續的實驗量出來最快卻只有40英哩(相當於時速64.4公里,跟一種稱為靈提的獵犬差不多)。

為了找出這些苗條的傢伙到底最擅長哪部分,研究團隊在五隻野生獵豹身上裝上檢測器來追蹤牠們的行動。這個檢測器可以用來記錄速度、加速度、減速度和位置。最後經過17個月,共收集了367個跑步的數據。

作者驚訝地發現敏捷度和機動性是獵豹捕獵過程中最重要的關鍵。牠們的確有能力跑出高速,有隻名為法拉利的獵豹跑出了時速93公里的速度。但是總平均下來,時速最高只有53公里,而且這樣的速度也無法持續維持。另外,在成功捕獵和失敗的打獵過程中,科學家發現兩組不同速度的獵豹並無明顯的捕食差異。換句話說,超級快的獵豹和稍快一點的獵豹,牠們捕食成功的機率是差不多的。

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研究資料顯示了這些獵豹是動物界中「加速度和減速度『最快』」的冠軍,獵豹可以在一次的跨步中增加或減少時速14.5公里。牠們的肌肉每公斤可以輸出100瓦的功率,這是陸生動物中單位重量輸出最高的功率。比較一下,全世界最快的紀錄保持人,來自牙買加的短跑選手Usain Bolt,他的每公斤肌肉只產生25瓦的功率。因此,比起單純的高速,獵豹真正致勝的關鍵,是牠們能夠在瞬間加速、又能在瞬間減速,持續緊跟著獵物不放,逮到時機一把撂倒獵物。

傳統上的思維都把獵豹描述成破曉殺手,待在開曠的草原上靜靜注視著,直到逼近到幾百公尺外,如鳴起賽跑槍聲一樣,倏然地展開精采的生死追逐戰。最新的研究則顛覆了這個想法:獵豹的確在白天展開殺戮,不過有半數的追逐時間是發生在灌木叢、疏林草原等具有很多植被的地方,好讓獵物處處碰壁、反應不及,最終成為獵豹的午餐了。

參考文獻:

  1. Chow, D. 2013. Hunting Cheetahs Rely More on Agility Than Speed. Livescience.http://www.livescience.com/37372-cheetah-running-hunting-behavior.html
  2. Wilson, A. M., Lowe, J. C., Roskilly, K., Hudson, P. E., Golabek, K. A. & McNutt, J. W. 2013. Locomotion dynamics of hunting in wild cheetahs. Nature 498, 185-189.http://dx.doi.org/10.1038/nature12295

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本文原發表於科學Online-科技部高瞻自然科學教學資源平台,經授權轉載。

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曾 文宣
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我是甩啊!畢業於臺灣師範大學生科系生態演化組|寫稿、審稿、審書被編輯們追殺是日常,經常到各學校或有關單位演講,寒暑假會客串帶小朋友到博物館學暴龍吼叫。癡迷鱷魚,守備領域從恐龍到哺乳動物,從陰莖到動物視覺,因此貴為「視覺系男孩」、或被稱呼「老二大大」。

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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

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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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動物移動方式大不同!獵豹為什麼跑這麼快?——《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》
晨星出版
・2023/10/23 ・1560字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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動物的移動方式及進化

動物會使用肌肉骨骼系統來進行各種運動,有時是只動身體的一部分,有時則是移動整個身體,讓自己移往其他地方的情況。理所當然的是,動物將自己整個身體移動到其他地方,會比只有動一部分身體需要更多的能量。所以移動時會特別需要注重效率。

動物們在進化過程中獲得各種生活形態,以及適合該生活形態的移動方法。只要看看動物們的走路方式,就能理解這個進化過程。

像山椒魚等兩棲類動物,以及蜥蜴、壁虎等爬蟲類,都是從軀幹伸出四肢來撐起身體,並扭動身軀,一一藉著四肢的支點往前方移動(圖一)。扭動軀體的運動跟魚在游泳時的軀幹動作很類似。兩棲類和爬蟲類是脊椎動物進化過程中最初上陸的動物們,本來就擁有類似魚那樣扭動身軀的身體構造,要善用這種構造在陸地上運動,就演化出了這樣的走路方式吧。

圖一、壁虎的步行姿勢。隨著步伐,脊骨(白線)會左右大大彎曲。

後來兩棲類中有一部分軀幹變短、後肢也變得發達,那就是蛙類(圖二)。長長的後肢可以產生強大的跳躍力。說到彈跳,身體要是扭來扭去的穩定性就不好,要是身體變短,就不會扭來扭去的了。因為獲得了短身軀跟長後肢,使得蛙類可以進行大幅度跳躍。

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圖二、青蛙的骨骼標本。長腳可以進行強力跳躍,短短的軀幹則讓跳躍時可以保持身軀穩定。

一部分的爬蟲類(恐龍類)和哺乳類的四肢又更加發達,可以進行多樣化的運動。他們的四肢不只是變長,還跟兩棲類或蜥蜴等爬蟲類不一樣,四肢不是生長在身體兩側,而是下方。往下生長的四肢可以高高舉起軀幹,只要前後擺動四肢就能移動了。

比起移動整個身體,只有四肢動作的效率會比較好。另外,體幹如果可以不激烈動作,身體就可以比較安定,而且更容易控制。結果就能實現高速運動。另外,像鹿或是馬等擅長跑步的動物,牠們的四肢,特別是末端部分會很長(圖三)。腳變長的話,跨一步的距離也就會變長,可以跑得比較快。

圖三、馬(左)和人(右)的骨骼,馬的掌骨跟肱骨差不多是同樣長度,人的骨骼圖為臼田隆行作畫。

本來哺乳類也不是軀幹就保持不動,而是軀幹跟四肢經常一起協調地動作,但是方向跟魚或蜥蜴的橫向運動不同,是身體往腹背方向彎曲再伸直,像是為人熟知的貓科動物跑步時的動作。例如,獵豹跑步時,身體會大大彎曲再伸直,用全身力氣來有力地跳躍並讓步伐加大,創造出陸地上最快生物才有的跑步速度。(圖四)

圖四、跑步中的獵豹。跑步時脊骨(白線)會往腹背方向大大彎曲再伸直,讓每一步的步伐距離變長。

所有哺乳類雖有程度差別,但似乎都有像這樣身體往腹部方向屈伸的動作。前面所述的馬跟鹿等動物,雖然看起來軀幹動作沒這麼大,但脊骨還是會反覆進行彎曲再伸直的動作。只是活動程度比貓科動物少得多了。

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稍微離題一下,從陸地再度回到水中的哺乳類也不例外,海豹或海狗、鯨魚等動物,游泳時的脊椎也是往腹背方向屈伸的。魚類一般是身體往兩側扭動來游泳,所以我們可以說水棲哺乳類的身體往腹背方向屈伸,是因為從腳配置在軀幹下方的哺乳類演化而來,可以說水棲哺乳類才有這樣的特性吧!

——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭?》,2023 年 8 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

晨星出版
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你知道嗎?這些動物的求偶行為不只很怪,還很可愛!——《怪奇事物所2》
時報出版_96
・2022/01/28 ・2841字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者/怪奇事物所|Incrediville

編按:泛科學的好夥伴怪奇事物所出第二本書啦!這次,我們收錄了五個與動物求偶行為有關的內容,快跟著怪奇事物所一起認識這很怪但也很可愛的世界吧!

母鬣狗的〇〇比公鬣狗還要大

圖/《怪奇事物所2》

雄鬣狗可以說是自然界裡,最有資格靠夭男人真命苦的動物了──在牠們的母系社會中,男生豈止下賤,那個身分地位真叫連狗都不如(鬣狗在分類上與貓科動物關係更近,真的不是狗)。

鬣狗的族長皆由最能打的雌鬣狗擔任,這位最強最惡的女王,又稱「阿爾法雌性」,而且在鬣狗社會,不只女王本人高高在上,任何雌性的地位,也都比雄性還要尊貴,連最低階的雌性都能壓過最高階的雄性。

為了貫徹這種雌性浪漫,雌鬣狗甚至演化出一種很屌的武器,就是在兩腿間直接長出一條「偽陰莖」:雌鬣狗在成長時,陰蒂會不斷延伸成長條狀,最長可達18cm,看起來就跟真的一樣棒。

每次交配前,雌鬣狗都得先把假陰莖往內收(大概像穿襪子前先翻一下的那種收法),雄鬣狗才算是獲得許可,得以長驅直入,雌性也就能完全掌握交配主導權了。此外這種假陰莖,還附帶社交作用──因為勃起的陰莖,在鬣狗社會是一種軟弱的象徵,所以當低階雌性想討好上面的大人物時,也會將陰莖勃起表達自己的順從。

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也因為鬣狗使用陰莖的方式如此前衛,自古以來常被誤會是同性性行為,而飽受衛道人士抨擊,雖說如今看似還了鬣狗一個公道,不過這種女生都有大○○的設定,根本比同性戀還要刺激啊?

#古人真是太缺乏想像力了

80% 的公海豹一輩子都是處男,但剩下 20% 一生會和 250 頭母海豹交配

圖/《怪奇事物所2》

動物的求偶競爭,其實比你想像的更慘烈更無情。所以即使扣掉螞蟻蜜蜂這些習性特殊、只有權貴階級有生育能力的社會性動物,自然界還是存在不少可撥仔終身無法脫處。

比如象鼻海豹正是一個血淋淋的例子。

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研究發現,雌性象鼻海豹只收菁英,絕不接受垃圾,擇偶條件開得非常嚴格──唯有那些最精銳、最能打的雄海豹,才可獲得牠們青睞、受邀繁衍下一代。

相對的,雄海豹一旦當上菁英,從此就能縱橫情場,躋身大眾情人,被翻牌的頻率直逼歌舞伎町夜之帝王,一生約可和 250 頭雌海豹勾勾纏。

然而在所有的雄象鼻海豹中,這種豹生勝利組僅僅只占兩成,其他 80% 通通算是被選剩的孩子,等待牠們的結局,只有母胎單身一輩子。

雖然聽起來好像很可憐,但象鼻海豹約在 5 歲達到性成熟,而平均壽命其實不到 15 歲。換句話說,牠們保持處男的歲月,最多也就十年,根本連轉職魔導海豹的資格都沒有。

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從這個角度看,誰比較可憐還真的不好說啊 。

公獵豹光靠喵喵叫,就能讓母豹排卵喔!

圖/《怪奇事物所2》

一般來說,雌性動物的排卵機制分成兩種:一種是「自發性」,會在固定時間規律排卵;一種是「誘導性」,要透過特殊刺激,特別像是交配等外力影響才會排卵。

例如公貓生殖器上長滿的倒刺,就是為了在交配時刺激母貓排卵(這超痛)。另外雖然有些人聲稱看到帥哥會大排卵,但人類女性可是道道地地的排卵靠自發,所以妳家姨媽才會每個月固定來打卡。

至於今天要說的獵豹,雖然也是一種大貓,但過去一直沒人知道牠們究竟什麼時候排卵,既沒有固定週期,也不是在交配中被喚起,難道只有感覺對了才可以?

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後來終於有科學家注意到,每當公獵豹發出一種奇異的喵喵叫,周圍母豹就有很高的機會在未來幾天受孕,才進一步發現,這是因為在聽到這種愛的呼喚後,母豹體內和發情或排卵有關連的性賀爾蒙──例如動情激素、黃體素助孕酮都會立刻噴發,從而刺激母豹排卵。

像這樣靠聲控啟動的繁殖機制,在哺乳動物中可是非常非常罕見,我想,這也是少數經過科學認證的──能讓人懷孕的好聲音。

越帥的小鳥越容易被吃掉喔

圖/《怪奇事物所2》

帥有什麼用?帥能吃嗎?這題的答案,其實要看你是什麼動物──如果你是隻小鳥的話,長得帥,還真的會讓你更好吃!

這要說到澳洲有一種青春小鳥,叫華麗細尾鷯鶯,每當發情警報響起時,雄鷯鶯的羽毛,都會由鐵鏽灰轉成小發財藍,目的當然是用力帥他一波好吸引雌鳥青睞。

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但耍帥往往是要付出代價的,因為藍色在自然界非常顯眼,所以變了色的雄鳥,就像漆黑中的螢火蟲一樣,是那麼樣的鮮明,那麼樣的出眾,連帶提高了被掠食者盯上的風險。

因此科學家發現,這些拉風的雄鳥,不但會花費更多時間警戒周遭環境,遇到任何風吹草動,都要搶先躲進龜仔坑,就算風頭過了也要拖到最後一刻才出來面對,美其名是愛惜羽毛,講難聽點就是貪生怕死。

更有趣的是,相較於安全感不夠的雄鳥,雌鳥(不會變色)心臟反而會變得更大顆,找掩護以及警戒的時間都會比求偶期前更短,顯然是看準天塌下來也有帥過頭的雄鳥頂著先。所以在求偶期間慘遭捕食的雄華麗細尾鷯鶯,也算是名副其實的把自己「帥死了」,更應證了什麼叫長得帥死得快。

所以我們也在此呼籲,謹記帥小鳥的教訓,大家一起長得醜活得久,謝謝。

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其實北極熊的腳非常臭喔

圖/《怪奇事物所2》

科學家發現,北極熊的腳是真的很臭。

許多動物都會利用氣味傳遞訊息,像熊族大多會透過摩擦樹木,留下牠們的體味。然而北極可沒有什麼樹,在白茫茫一片真乾淨的冰天雪地,除了幾道偶然的足跡,你很難再留下什麼東西。

好在北極熊的腳丫上,長著發達的汗腺及濃密的毛髮,那個積累的臭味,就連極地的寒風都會為之顫動,不論是北極寂寥的風中雪中或你的心中,北極熊走到哪,腳臭味就能留到哪。

此外,在收集了 200 多隻北極熊的腳臭後(噁),科學家還發現,公北極熊對發情母熊的腳臭,普遍有著更明顯的反應、看起來會更加興奮,可見想得到北極熊的芳心,一定要靠腳臭。而在這之後也有研究證實,野生公熊就是靠這薰人的腳氣,找到心儀的母熊。

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所以對北極熊來說,腳是真的要越臭,才越有可能找到另一半(或者說被找到),反觀人類老要擔心自己腳臭口臭狐臭放屁臭,會嚇到約會對象以後不聯絡,這看在北極熊眼裡,還真是挺奢侈的煩惱欸。

——本文摘自《怪奇事物所2:這世界不只很怪,還很可愛!》,2021 年 12 月,時報出版 。
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。