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人類世:主宰地球,天下無雙的人類?——《人類時代》

時報出版_96
・2015/10/14 ・4986字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

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狂野的心,人類世的心智

一九七八年的大風雪, 積雪及膝, 雪帆在疾風勁催之下駛過卡尤加湖( L a k eCayuga,紐約上州十一個湖組成五指湖其中的第二大湖),把所有的街道幻化成雪橇跑道。當時我還是在紐約上州就讀的學生,儘管天候不佳,課還是照常要上,我們聆聽心靈宛如夜光錶面盤一般明亮的科學家談起「核冬天」(nuclear winter),亦即在核子戰爭後,地球氣候可能會發生的改變:太陽就像白色的棉花一樣懸在枯萎的天空上,塵雲在地球上方凝結,植物忘了怎麼維持青翠,夏天由零下二十度的氣溫下展開,接著四時的變換完全不符所有生物的期望。這情景很可能成真,因為華府和莫斯科的政壇人物就像遊戲場上的孩子一樣,虛張聲勢相互挑釁。這是我頭一次聽到師長說,如今我們已有能力拆解環繞地球的整個大氣層,教我既驚奇又憂慮。

source:Lorenzoclick
source:Lorenzoclick

在地質時間上,才不過片刻之前,我們還只是熱帶大草原上無語的暗影,是採集者和小型獵物的獵人。曾幾何時,我們怎麼成了地球的威脅?在講課結束,雪暴止息之時,在一望無際的白色遼原中,我們學生就像小小的發光體。

四分之一世紀之後,諾貝爾獎得主保羅.克魯岑(Paul Crutzen,他發現臭氧層的破洞,於一九九五年獲諾貝爾化學獎。他也是首先引介核冬天觀念的學者)再度步上世界舞台,主張我們人類已經成為地球變化的重要媒介,因此有必要把我們所生存的這個地質時代重新命名。世界各國的科學菁英都同意此說,倫敦地質學會(Geological Society ofLondon,地質時間表的權威組織)也召集了德高望眾的專家小組,考量種種證據,要更新我們的世代名稱,由堅如磐石的全新世,到「Anthropocene」──人類世[1],頭一次承認我們主宰整個地球,天下無雙。

地質學家根據國際協議,依主宰地球的岩石、海洋,和生物等帝國,把地球環境史劃分為各個階段;就像我們用「伊利莎白時期」和其他朝代來表示人類史的階段一樣。

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深厚的南極冰核告訴我們古早大氣層的內容,化石遺跡透露出古代的海洋和生命形式,還有更多的資訊寫在淤泥上,記錄在石頭裡。先前的時代,比如我們認為恐龍當道的侏羅紀,延續了數百萬年,有時我們再把它們細分為更小的單位,變化不斷的世代和紀元悄悄溜進我們的視野。每一個世代都會添加絲絲縷縷到這片織錦之中,不論多麼纖細。在化石紀錄上,我們會留下多寬的條紋?

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可以辨識出是人類的動物在地球上已經行走了近二十萬年,在這些以千年為單位的時代中,我們不斷適應多變的環境以求生存,勇敢面對惡劣的天氣和艱險的地形,恐懼比我們凶猛得多的動物,屈服在大自然的威力之下,它的魔力教我們不知所措,它的宏偉壯麗教我們恭順謙卑,在它的周遭,我們滿懷憂懼地安排我們的生活。經過漫長到難以完全想像,影響多到無法勝數的時間,我們卻開始反抗大自然的力量。我們運用靈巧的雙手,豐富的資源,柔韌靈活,聰明,合作。我們俘虜了火,製作了工具,砍出矛,磨出針,鑄造了語言,不論漫遊到什麼地方都隨手花用。接著我們開始以教人屏息的速度繁衍。

在西元前一千年,整個世界的人口才只有一百萬,到西元後一千年,已經成長到三億。一千五百年,增加為五億。此後我們成倍繁殖,自一八七○年以來,世界人口已經成長了四倍。根據BBC網站的資料,一九四八年十月七日我出生那天,我是第二十四億九千零三十九萬八千四百一十六個存活在世界上的人,也是有史以來第七百五十五億二千八百五十二萬七千四百三十二個人。中古時代世上人口還能以百萬為計算單位,如今世上卻有七十億人口。生物學家威爾森(E.O. Wilson)說,「二十世紀人類人口成長的模式比較像細菌,而不像靈長類。」依據他的說法,如今的人類生物質(biomass)比地球上曾有過的任何大規模物種都大百倍,共有三十二億人蝸居在都市裡,都市計畫專家預測到二○五○年,舉世百億人口將會有近三分之二都聚居在城市。

source:wikimedia
source:wikimedia

 

到這十年的年尾,地球史將會重寫,教科書會因過時而出錯,老師必須揭露大膽、刺激,而且可能教人心驚的新現實。我們在地球上短暫逗留的期間,因為教人振奮的科技發展、化石燃料的使用、農業和日益增多的人口,使人類成為地球上唯一主宰變化的力量。在地球四十五億年的歷史中,只憑單一一種物種就能改變整個自然界,幾乎是史無前例。

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唯一曾經發生過類似情況的一次是在數十億年前,當時金肩鸚鵡和海鬣蜥這類的生物還沒出現,大氣還充滿毒性,人類如果作時光旅行,非得戴上防毒面罩不可。只有柔軟吸水的單細胞藍綠藻群體平舖在淺灘上,攝食水和陽光,持續不斷地向大氣輸出一波波的氧氣──這是它們的胃腸脹氣。逐漸地,空氣和海洋充滿了氧氣,天空淨化了,大地歡迎有肺的生物。這種生物的排泄物卻是那種生物的補品,這個想法雖教人尷尬,卻是實情。近五十億年來,生命滴答滴答地運轉,因為藍綠藻重塑地球,使得無數大膽的實驗得以實現,包括形形色色的葉片和舌頭、各種各樣的家譜和部族,由捕蠅草到人類。接著,由平凡到不可思議的這種起源,在最近兩三百年之間,人類竟然變成了旋乾轉坤的第二個物種,由大地至穹蒼都因之而脫胎換骨。

忙碌的人類

人類一向都是活力充沛、焦躁不安、忙忙碌碌的動物。過去這一萬一千七百年以來,雖然不過是自上一次冰河時期末冰河撤退之後一眨眼的工夫而已,我們卻已經發明了珍貴的農業、書寫,和科學。我們行遍天涯海角,跟隨長河的支脈、跨越雪鄉、攀登教人頭暈目眩的隙縫和峽谷,跋涉到遙遠的島嶼和兩極、躍入汪洋深海,受到燈火般明亮的魚類和火眼金睛的水母魅惑。在群星的禮拜之下,我們在漫無邊際的黑暗之中升起火苗,掛上燈籠。

我們建構了宛如綠野仙蹤故事裡的城市,由我們故鄉的星球航向外太空,在月球上揮桿打高爾夫。我們夢想出工業和醫藥的魔法。儘管我們並沒有搬移各洲大陸,但卻以城市、農業,和氣候的變遷抹除並重繪了它們的輪廓。我們阻斷了河流,讓它們改道,填入厚重的新土。我們砍平了森林,削去又重舖了大地。我們征服了七五%的地表──保留一些小地方作為「曠野」,改變了龐大的面積,作為我們的產業和家園,並且藉著農耕,統一了世上三分之一沒有冰雪覆蓋的土地。我們砍掉了山巔,挖鑿坑道和石場採礦。就好像外星生物帶著巨錘和雷射鑿子,重新雕塑各大洲,以適應他們的需要。我們把風景化為另一種形式的建築,把這個星球當成我們的沙盒。

source:Jamie McCaffrey
source:Jamie McCaffrey

說到地球的生物,我們尤其忙碌。我們和我們所豢養的家畜如今已經佔據了地球所有哺乳生物的九成;在西元一千年,我們和我們的動物卻僅佔百分之二。至於野生物種,我們也把動植物重新分配到舉世各個不同的地方,激發它們演化出新的習慣,改造它們的身體,或者讓它們滅絕,而它們也都各自走向這三種結果。在這個過程中,我們決定了哪些物種終將與我們共享這個星球。

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甚至連雲層上都展現了我們的所作所為。有些是環遊世界的旅客搭機留下的凝結尾經風吹拂留下的軌跡,有些則是工廠釋出的砂塵,溢漏出來,汙染了空氣。我們為烏鴉套上腳環,讓樹木雜交,在懸崖峭壁上建了棚架,在河邊築了堤壩,如果可以,我們連太陽也想管上一管,我們已經運用了它的光線作為我們奇想的動力,這是連古早神話中的諸神都會嫉妒的本領。

如今我們也像諸神一樣,無所不在處處存身。我們已經殖民到這星球的每一吋土地,在四處留下指印,由海洋的沉積物,到大氣層最外緣的外逸層,也就是分子逸入太空、太空垃圾,和衛星軌道的地方。幾乎所有我們視為現代生活的奇妙事物,都只不過在過去兩世紀之內,甚至過去幾十年間出現,就像在土石流前方急速滾動的巨石一樣,人類的冒險以驚人的步調加速奔馳。

每一天我們都更有把握,由外太空駛向人體和大腦內在的殿堂。我們不再是大草原上削製工具的那種猿類,不再像牠們那般背負著寶貴的餘火,把文字編結成串,宛如它們是稀罕的貝殼。由那樣的角度很難想像我們心靈的幻想曲,它是來勢洶洶,一瀉千里,抑或如潺潺流水,涓涓滴滴?我們以迅雷不及掩耳的速度改變這個星球,造成難以磨滅的結果,使得我們起源的這個自然世界──由原子至單細胞至哺乳動物至智人至主宰一切的萬物之靈──早已非我們祖先所識的同一泉源。如今,我們非但適應我們所居的自然世界,而且還創造了人造的環境,把自然界嵌入其中。

我們與大自然[2]的關係已經改變……雖然是脫胎換骨,難以挽回,但絕非只朝壞的方面改變。如今我們怎麼與大地、海洋、動物和我們自己的身體建立關係,已經因生產製造、醫療保健,和科技工業五花八門的進步,而受到各種出乎意料的方式影響,大自然緊閉的奧祕門扉也震動開啟──人類基因組、幹細胞、如地球一般的其他星球──讓我們大開眼界。一路走來,我們和大自然的關係正在演變,迅速而逐步漸進,有時微妙到我們對其音震毫無所覺的地步──不論在實質,或是象徵上。隨著我們重新定義對周遭和我們體內世界的基本知覺,我們對於身而為人的看法以及對「大自然」的基本觀念,也自然而然地重新修訂。在每一個層面,由野生動物到以我們的軀體為家的微生物,由我們不斷演化的家園和城市,到虛擬動物園和網路攝影機,人類和大自然的獨特連結已經走向了新的方向。

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已經回不去了

我之所以寫這本書,是因為我對某些問題大惑不解,比如:為什麼世界彷彿在我們的腳下奔跑?為什麼新英格蘭許多城市的加拿大雁今年首度並不南飛,為什麼歐洲有這麼多白鸛不再移棲?這個世界因破紀錄的熱浪、乾旱和洪水而受到蹂躪──我們能否彌補我們對天氣的所作所為?當今的數位兒童未來會成為什麼樣的地球主人翁?如果我們可以藉著電腦遨遊世界,毋需花費金錢,也不耗體力,旅行會有什麼樣的意義?醫藥既能造成人體如此眾多的改變──包括碳纖維義肢、仿生手指、矽視網膜、戴在眼睛上的電腦螢幕,一眨眼就可以傳簡訊、可以舉起千鈞之重的仿生套裝,和可以改善注意力、記憶,或情緒等優質大腦的奇幻之境──少年男女還會不會再提出「我是誰?」或「我是什麼?」之類的問題?未來五十年內,城市、野生動物,和我們自身的生命機理會有什麼樣的變化?

在不經意之中,我們已經在地球上創造了混沌,危害了自身的福祉。然而即使控制氣候的變化是當務之急,設計更安全的方式來餵養、補充,和管理我們的文明刻不容緩,我卻依舊無比樂觀。我們的新時代雖然糾結著種種罪愆,卻也纏繞了諸多發明。我們的壽命已經比以往延長了三倍、降低了幼兒死亡率,而且大部分人的生活品質都獲得改善,由健康到日常生活的舒適──達到了教人瞠目結舌的地步。我們犯的錯磬竹難書,但我們的才華也不勝枚舉。

要是我們能夠回到過去,比如鐵器時代,恐怕沒有人能不帶點必需品:火柴、抗生素、眼鏡、圓規、刀子、鞋子、維生素、紙筆、牙刷、魚鉤、金屬鍋、附太陽能電池的手電筒,和其他種種可以讓人生更安全的發明。我們的行囊絕對不輕。

註:

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  1. 「人類世」一詞是由數位學者和機構提出,包括:美國水生生態學者尤金.史多麥(Eugene Stoermer,密西根大學榮譽教授)在一場會議中用了這個詞,目前在德國美因茲(Mainz)馬克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)大氣化學部門工作的保羅.克魯岑;聖地牙哥加大斯克利普斯研究所(ScrippsInstitution),和南韓的漢城國立大學也都使用這個詞。
  2. 生物學家威爾森(E.O. Wilson)在《造物》(The Creation)一書中把大自然定義為包括「地球上所有不需要我們而可以獨立生存的一切」。

getImage (6)本文摘自泛科學2015年10月選書《人類時代:我們所塑造的世界》,時報出版。

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本書搭配好活動《PanSci TALK:生而為人》,邀請到泛科學專欄作家寒波來分享「猴子有好幾種,為什麼人只有一種?」討論關於人類演化的故事;下半場則由〈故事〉專欄作家馬雅人分享「雨林世界:自然環境與馬雅文明」。

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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。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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宇宙文明演化史(下):文明蘊含的資訊量與精細結構的掌握
Castaly Fan (范欽淨)_96
・2023/06/27 ・4854字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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編按:說到星際文明的發展程度,科幻愛好者必定會提到「卡爾達肖夫指數」,以使用的能源多寡,來區分文明發達程度。然而,除了從能源來評斷文明進程,其實還有其他的評判方式。

「宇宙文明演化史」系列,將在上篇回顧「卡爾達肖夫指數」,下篇介紹較少討論的「資訊量」與「微觀尺度」的評斷觀點。

資訊量的掌握層級

卡爾達肖夫指數是以「能量」作為文明分級的依據。同時,薩根(Carl Sagan)也有提出不同的分類法。他將文明所擁有的「資訊含量」作為依據,將文明分出「A — Z 級」。這些資訊量的定義很廣泛,語言、文字、影像都屬於資訊量的一部分。

在薩根的分類法中,「A 級」文明能掌握 106 位元的資訊,但目前人類史上的任何一個文明所掌握的資訊量都比這個數目還多。要超越一個 A 級文明相當簡單,比如:你只需要用「二分法」試探,例如判斷這個文明「是存在還是消亡的」。探問過二十次這樣的問題後,相當於掌握了 220 種可能性,這個數字剛好略大於 106

也就是說,這已然囊括了一個 A 級文明的所有資訊,一旦通過了這個二分法測試,就可以被判定為 B 級文明。以此類推,當人類所擁有的資訊量每增加十倍、便對應到不同的字母分級,因此,在這個分類中最為先進的是「Z 級」文明、相當於能掌握 1031 位元的資訊量。

資訊量的爆炸最早可以追溯至文字發明開始,書面文字使得人類得以記載當下、乃至於過去發生的一切歷史。古希臘時代所有的書面文物加總起來大概對應於 109 位元的資訊量,相當於薩根筆下的 C 級文明。1970、80 年代,薩根從全世界所有藏書館數以千萬計的藏書總量、頁數進行統計,我們人類從歷史上至當代所擁有的文字、語言、圖像等資訊含量總計大約是 10¹⁵ 位元,因此被歸類為「0.7 H」類文明。

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而資訊量的第二次大爆炸莫過於網際網路的誕生。當網路普及後,無論是科學、經濟、政治、醫療、娛樂、藝術等包羅萬象的事物,都裝載在網際網路之中。2016 年,全球網路所涵括的總資訊量大概是 1.3 ZB (zettabytes),大約相當於 1022 位元,對應於 Q 級文明。根據國際資訊公司(IDC)預測,人類所擁有的數據庫資訊總量在 2025 年可以達到 175 ZB,相當於 1024 位元——也就是說,當前人類正在往「S 級文明」邁進。

有趣的是,薩根推測人類初次接觸到的外星文明應當是 1.5 J 到 1.8 K 類的文明,通常他們已然克服恆星際旅行的瓶頸。至於卡爾達肖夫的第 II 型文明,大約對應於 Q 類文明;而得以掌控可觀測宇宙大部分星系的 III 型文明,則可以達到 Z 類文明的水平。畢竟掌握時空旅行需要相當複雜的計算與模擬,需要遠超越當今的人類設備所擁有的一切運算能力。

然而,從目前的角度來看,顯而易見地——我們早已超越了他所預測的第 II 型文明等級。這是因為薩根在當時提出這個分類法時,尚未預測到數十年後的今天資訊量會隨著網路的出現而劇增。即使在薩根指數定義的資訊量必須是「單一而不重複的」(比如 A 網站的圖片是從B網站引用來的、同時 C 網站也使用了該圖片,我們只能將該影像視為一組位元、而非三組),但這些資訊在枝繁葉茂的網路時代已然是幾乎不可能被估算的。

因此,薩根的這個分級法在網際網路出現後便可能無法作為合適的指標,但卡爾達肖夫指數目前依然能適用;換言之,資訊量急速暴增似乎也側面反映了「能量」對於人類而言比「資訊量」更難駕馭的事實。

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2000 年代之後,網際網路的發軔造就了資訊量呈指數成長。圖/Statista

微觀尺度的操作層級

另一個有關文明的分級是由英國宇宙學家約翰.巴羅(John D. Barrow)所提出的,是基於人類對於「微觀尺度」的「操作程度」。他發現,科學史上人類似乎不斷朝著微小尺度的事物進行探索,從生活中隨處可見的宏觀機械裝置、顯微鏡下的分析、到分子原子尺度的研究,某種程度上,「探測尺度」似乎與文明發達程度成正比。他將文明發達程度區分為下列等級:

  1. 負 I 型文明(機械文明)
    該文明能操控與個體同等尺度的一切物件,比如採礦、建築樓房、使用機械裝置等等。
  2. 負 II 型文明(生物工程文明)
    該文明能操控基因序列,或者藉由移植組織、器官來改變生命體的特性。
  3. 負 III 型文明(化學工程文明)
    該文明能操控分子,比如透過改變分子鍵結創造新物質。
  4. 負 IV 型文明(奈米文明)
    該文明得以操控個別原子,實現奈米科技在原子尺度的應用,並可能透過科技創造出複雜的人造生命體。
  5. 負 V 型文明(核子文明)
    該文明得以操控原子核,並能自由改造組成原子核的質子、中子。
  6. 負 VI 型文明(粒子文明)
    該文明將能操控夸克、輕子等組成萬物的基本粒子,並且能隨心所欲聚集粒子、駕馭高能量。
  7. 負 Ω 型文明(時空文明)
    該文明將能操控普朗克尺度(10-35 公尺)下的事物,比如量子泡沫(quantum foam)等微觀時空結構;他們將有能力透過負能量或者奇異物質控制、放大隨機漲落的蟲洞,從而具備實現時空旅行的能力。

顯而易見地,人類距離負 Ω 型文明依然來日方長。目前,人類能夠自由操控與我們相同尺度的機械物件,可以建築、採礦,也可以完成一些簡單的基因工程;在近一個世紀內,我們掌握了相對論、發明了人造衛星與 GPS,同時也因為量子力學的發跡,打造出各式各樣的電子產品。但我們尚未能夠自由改變分子鍵結、發明新物質的能力也是侷限的、更無法隨心所欲操控並改變原子結構,因此目前人類大概落在負 I 型文明與負 II 型文明之間。

尺度的數量級:愈先進的文明可能可以探測到愈微觀的結構。圖/筆者繪製

從物理學的角度來看,「探測尺度」和卡爾達肖夫指數的「能量」其實也是可以呼應的。由於相對論告訴我們宇宙中萬物都有一個速限,也就是光速,這意味著無論是能量、溫度、尺度、甚至時間單位都有一個極限值,也就是「普朗克單位」。在歷史上各種對撞機實驗告訴我們一個事實:當對撞機的能量愈高,人類所能探測的尺度就愈小。

事實上,普朗克能量(約 1.96x10^9 焦耳,相當於一輛車中 16 加侖汽油槽所提供的能量——貌似普通,然而這個值在微觀尺度下是相當大的,「焦耳」這單位在微觀世界大概相當於用「光年」換算人類尺度的距離)對應於一個普朗克質量黑洞的史瓦西半徑(約 10^(-35) 公尺,亦即普朗克尺度);用通俗的語言來說就是:一旦對撞機能量值大於普朗克能量,相當於把對應的質量壓縮到了小於史瓦西半徑的尺度,從而產生「黑洞」——即使是微型黑洞,也意味著我們的探測將被黑洞視界所設限。

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換句話說,普朗克能量相當於我們能探測普朗克尺度的所需能量;一旦超越了這個值,我們的探測將因為黑洞的產生而不再精確。因此,即使是一個無限發達的文明,普朗克長度將會成為探測尺度的最終極限,小於普朗克尺度的事物便不再具有物理意義——要注意的是,這些事實是基於目前「已知的物理理論」,假設未來文明已經掌握了結合量子場論與廣義相對論的萬有理論,這些極限值並不是沒有被推翻的可能性。

對於未來文明的展望

從最基本有機分子、形成碳基生命體、再演化成為人類這樣的智慧生命,這樣的機率可以說是趨近於零,也因為如此,才有「地球殊異假說」、甚至是「創造論」這些爭辯。我們必須剛好躲過演化史上的大滅絕事件,並且在安穩的自然環境下演化為智人。這段過程還要大概經過一、兩百萬年後,才開始有文明的誕生;而縱觀整個人類史,科學正式發跡至今其實也就只有幾百年。

把地球 46 億年的歷史濃縮在一份年曆上,人類進入舊石器時代大概對應於 12 月 31 號晚上 11 點,大概跨年前 25 秒才進入新石器時代,而從文藝復興、大航海時代、科學革命至今,在這年曆的尺度下其實根本還不到一秒鐘。這還僅僅只是地球史的尺度——如果考量到 137 億年的宇宙史尺度,科技文明的興起根本是連一瞬間都還不到的事,可見人類的科技目前還算是相當稚嫩的。

科幻作品中那些搭乘星艦、遨遊星際空間的劇情,大多數便是 II 型文明;至於可以利用曲速引擎穿越時空的,或許是 III 型文明才能實現的。對於 II 型文明而言,他們或許能夠透過「戴森球」(Dyson sphere)控制恆星能量的輸出。當一個文明的工業發達到一個程度,便能夠駕馭恆星能量,搭建一系列能源板或人造衛星,從而環繞著恆星本體、調控能量的輸出,這種大規模的人造結構便稱為「戴森球」。

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要建造這類型的結構,目前所知的方法大概就是藉由太空梭或者人造衛星在行星軌道上搭建一圈能源板,並可能需要碳纖維或者更堅韌且輕便的材料。

最基本的構造大概是建構一圈「戴森環」,再來是更多戴森環組裝成的「戴森雲」,或者可以透過光壓與重力的平衡打造出更完整的「戴森泡」;如果科技更發達,則有機會建造出完整且均勻的球殼包覆著恆星以及周圍的行星,也就是「戴森殼」,這類型結構基本上可以完全駕馭母恆星的能量、並且可以將球殼內層表面改建為太空殖民地——但這以目前人類科技水平、或者資金限制等各層面而言,數百年內是不太可能實現的。

先進文明所建造的「戴森球」想像圖。圖/space.com

2015 年,恆星 KIC 8462852 的光變曲線一度成為天文學界的謎團,因為當時天文學家們觀測到該恆星的光譜有異常,且這一異常用傳統模型(比如周邊小行星帶、彗星雲氣等理論)是無法解釋的,因此,有一部份天文學家猜測該恆星的光度變化可能源於「人造巨型結構」;也就是說,能造成光譜像觀測結果那樣異常變化的原因,唯一合理的可能性就是「戴森球」的環繞與掩蔽。

這項研究吸引了當時不少外星愛好者的興趣,畢竟這顆恆星很可能正被高等外星文明所搭建的一系列巨大人工建築圍繞著!然而,根據 2019 至 2021 年的最新研究,發現了這顆恆星其實有一顆「伴星」在外圍,而系外衛星的殘骸大規模地遮蔽了恆星、致使光度出現異常。因此,目前並沒有證據指出戴森球這種人工結構真實存在。

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綜上所述,人類文明目前還算是新生兒,也或許,宇宙中還沒有更先進的文明出現。但在躍升為第 I 型文明之前,我們恐怕會經歷各種挑戰,而有些已經發生過、有些則或許正在醞釀,例如——宗教戰爭、糧食危機、核武威脅、氣候災難等等。

從目前看來,氣候變遷便是當務之急:人類過度排放溫室氣體,溫室效應導致了海平面上升、全球暖化,間接引發了各地氣候的異常、熱浪、饑荒,並一再落入惡性循環。此外,在二戰期間人類發明並使用了核子武器,其毀滅性更是不容輕忽的。我們尚不需考慮火山、地震這些自然災害,若無法擺脫上述這些境況,人類很有可能會在蛻變為 I 型文明前便自取滅亡。

人類文明雖然已有一定的科技水平,然而在卡爾達肖夫指數中,目前仍處於第 0.7 型文明。在躍升成為I型文明之前,有可能面臨生態危機、核子戰爭而自取滅亡。上圖為正在排放溫室氣體的工業煙囪。圖/Economist Intelligence Unit

因此,在未來數十年內,除了科技的提升以外,人類的當務之急是避免氣候災害與核武戰爭的發生。而人類對於星系文明的好奇與嚮往從未間斷,誠如 1977 年發射至太空的航海家金唱片中、美國總統吉米.卡特所提及的:

「我們正邁步度過我們的年月,好讓我們得以共生於你們的時代。我們期望有朝一日,能夠共同解決彼此所面臨的難題,並且聯合組成一個星系文明共同體。」

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We are attempting to survive our time so we may live into yours. We hope someday, having solved the problems we face, to join a community of galactic civilizations.

參考文獻 / 延伸閱讀

  1. Kardashev, N.S. (1964). Transmission of information by extraterrestrial civilizations. articles.adsabs.harvard.edu.
  2. 加來道雄,《穿梭超時空》,台北:商周出版,2013
  3. 加來道雄,《平行宇宙》,台北:商周出版,2015
  4. 卡爾.薩根,《宇宙・宇宙》,台北:遠流出版事業股份有限公司,2010
  5. 史蒂芬.霍金,《胡桃裡的宇宙》,台北:大塊文化,2001
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Castaly Fan (范欽淨)_96
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科學研究者,1999年生於台北,目前於美國佛羅里達大學(University of Florida)攻讀物理學博士,並於費米國家實驗室(Fermilab)從事高能物理相關研究。2022年於美國羅格斯大學(Rutgers University)取得物理學學士學位,當前則致力於學術研究、以及科學知識的傳播發展。 同時也是網路作家、《隨筆天下》網誌創辦人,筆名辰風,業餘發表網誌文章,從事詩詞、小說、以及音樂創作。