未來城市 – 都市垂直農場供你溫飽

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]

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]

受試的對象是番茄與菸草，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]

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]

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]

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：

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]

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]

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.

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳彥諺

你喜歡吃香蕉嗎？香蕉是台灣人從小到大非常熟悉的水果，不僅方便攜帶、營養價值豐富，更符合現代的養生概念，很適合健身者、節食者。不過，你是從哪裡買到香蕉的呢？
你知道現在已經有專屬香蕉的「驗證」了嗎？

從以前到現在的台灣「蕉傲」

為什麼香蕉也有驗證？在談到驗證之前，首先讓我們聊聊過去。

作為常見的、隨手可得的水果，香蕉不只是台灣重要的水果產業之一，也是全球重要的經濟果樹及糧食作物。在巔峰時候，香蕉曾經是全球產量最多的水果，經濟價值非常高，僅次於蘋果、柑橘及葡萄，而糧食重要性也僅次於小麥、稻米和玉米。

而我們的台灣，曾經有「香蕉王國」美名，當時因爲產量大，加上風土及氣候適合栽種，台灣種植出來的香蕉特別好吃，價格和出口銷量的成績都非常亮眼。在香蕉的黃金年代中，台灣東西南北都有種植。

只是，雖然台灣是香蕉王國，外銷成績乍看亮眼，但蕉農的辛苦卻很少人知道。行話裡有種說法是「種蕉如賭」，因為種植香蕉必須靠天吃飯，將蕉苗種下之後，接著蕉農便得對賭著天氣、氣候環境、市場狀況——如果自然條件不佳，會導致收成慘澹，不過，若整體銷量過剩，也將造成價格大跌。又如果非常好運，成功撐過上述的局面，最終在進入市場銷售前，還將面臨到中盤、行口（台語）的層層轉手。作為一個蕉農，有太多變數不能掌控，收入也因此起伏不定。

吃好蕉！守護蕉農大行動！

台灣香蕉，從過去的出口黃金年代，邁入今天的另一個美好時代。如今，香甜軟糯的台灣香蕉，仍然是我們生活中的重要存在。

今天的台灣，因為經歷了多次爆發的食安問題，消費者越來越注重食品安全。與此同時，農民們仍然有收入穩定的需求。要如何平衡這兩點呢？

家樂福認為，比起讓蕉農單打獨鬥，有另一個能兼顧農民與消費者雙方利益的方法，那就是以賣場的力量，支持小農。家樂福賣場內，只販售通過驗證的香蕉，藉由驗證，不僅可以做到產地溯源、驗證履歷，鼓勵且支持小農轉型，讓蕉農可以專注栽種，不需擔心後端銷售問題，同時，顧客也能藉由驗證得知透明資訊，進而安心選購。

四大金蕉：履歷蕉、有機蕉、金蕉伯、石虎香蕉

家樂福的香蕉驗證共有四大種。家樂福的「履歷蕉」，是從雲林到屏東產區中挑選出來當季的、品質最優良的香蕉，並且全產品都需具備「產銷履歷（TAP）標章」，也需要遵循「家樂福農藥規範」，履歷蕉的每一根香蕉，都有其栽種來源、用藥是否符合歐盟標準的紀錄，且只有在經過政府委託的第三方驗證機構定期抽檢合格後才能販售。

「家樂福 BIO 有機香蕉」則是來自全台最大的「有機驗證（Organic）」香蕉農園，位於屏東。「有機」的標章並不好取得，蕉農必須以全天然農法栽種，不施化肥、不催生催熟，以人工除草代替除草劑，讓土壤是自然健康的狀態，健康的土壤所種植出來的香蕉，除了來源健康，口感香氣也特別好。

「金蕉伯履歷香蕉」不是一個人，而是一群人！10 多年前，家樂福已開始在全台各地找尋志同道合的農友，終於在雲林遇到願意為食品安全及環境永續共同努力的蕉農，後來更成為長期契作的對象。他們以友善農法耕種，呵護土地，種出好蕉。

「石虎山蕉」則是南投中寮的一群農友。他們為了保育瀕臨絕種的台灣保育類動物石虎，不擴大農地面積、不使用化學肥料及除草劑，保留給石虎一塊乾淨、安全、友善的棲息地。

家樂福的 Act For Food 食物轉型計畫

家樂福與民生息息相關，通路可以單純只是販售點，也可以帶來改變、產生力量。因此，家樂福推動食物轉型計畫，希望建立起與農民、農民團體相互信賴的合作連結，藉由大量計畫性種植、保證收購降低平均成本，一來讓農民能獲得合理的農務所得，二來讓消費者能以合理價格買到安全的食物，三來，通路能成為穩定供貨的角色。

買香蕉選擇家樂福香蕉驗證，不僅食得安心，更是以行動支持在地農民。家樂福相信每個人都值得最好的，以家樂福 AFF 食物轉型作為領航，一同創造友善農民、土地、消費者的共好模式。

家樂福以行動，開創對所有人與土地共生共好的食物轉型模式，也邀請大家一同參與支持。

• 深入瞭解四大金蕉：https://bit.ly/392kTrP

被《紐約客》（The New Yorker）稱為「冰女」（Ice Woman）的科學家——瑪麗．恩格爾．彭寧頓（Mary Engle Pennington；1872－1952），是美國著名的細菌化學家，同時也是一名製冷工程師。

出生於田納西州的彭寧頓，出生後不久便舉家搬往賓州費城生活。彭寧頓的童年生活很豐富，她的父親熱衷於園藝，也鼓勵她一起協助栽種、熟悉各類植物；除植物外，周末彭寧頓會和母親逛市場，有時還會去農場挑選肉品，她便會在一旁觀察，也是在這時她注意到了，夏天滿是農產品的攤位，一到冬天卻什麼都沒有。

「女性」在化學這條路上受到的阻礙

十二歲時的小彭寧頓在圖書館找到了一本醫學化學教材，身為一個對書籍狂熱的閱讀者，努力吞下了對當時的她而言是非常艱澀的內容，她便察覺到，是那些肉眼看不到的化學元素構成了周遭的一切，甚至維持生命所需。

「突然，有一天，我意識到，儘管我無法觸摸、品嚐或聞到它們，但它們確實存在。這是一個里程碑，」彭寧頓說，「我領悟到了世界的真實性。」

這引起了彭寧頓的興趣，她便向私立女子學校的校長詢問，是否願意提供化學講座。由於當時科學被認定不是適合年輕女性的學科，因此校長感到震驚並拒絕了。不過高興的是，彭寧頓的家人非常支持她的新興趣。

十八歲的彭寧頓找到了賓州大學的科學學院院長，詢問是否能能提供就讀名額，在當時的院長與化學系教授支持男女同校下，她順利取得了入學允許。

1890 年，彭寧頓進入賓夕法尼亞大學攻讀化學，同時也輔修了植物與動物學，彭寧頓在短短兩年內完成了學士的學位要求，包括化學、植物學、動物學、細菌學。畢業時，彭寧頓是班上唯一的女性，但礙於當時賓大沒有授予女性學位，因此她僅能獲得修業證書，而不是像她的男性同學那樣獲得學位。

不過這並未澆熄彭寧頓的熱忱，彭寧頓無視所有對她的歧視，並繼續埋首於化學研究生涯，具有天賦的她，在短短三年內發表了一篇關於化學元素鈮（columbium）和鉭（Tantalum）的衍生物論文，靠著這份成就，也讓彭寧頓在 1895 年時，取得賓大的化學博士學位，這件事對當時（對現在應該也是 XD）而言堪稱壯舉，沒有學士學位，卻擁有了博士學位。

然而，對她，對一位女性科學家的偏見與歧視並未因此消失。

隨後彭寧頓很快就察覺，化學專業對女性從業者的偏見與在學術界時是相同的，儘管彭寧頓已經是加入美國化學學會的第三位女性，但大多數化學家，包括女性化學家，都認為應將她們的知識和技能應用於當時被認為更「女性化」的領域。

但彭寧頓堅持選擇純科學。

從純科學走向社會

之後，彭寧頓陸續在賓大擔任研究員，又在耶魯大學攻讀了生理化學，但她也不斷意識到，社會對於受過良好教育的女科學家認可及需求並不高，並開始思考著如何推廣她的科學工作。為此，她在費城創立了臨床實驗室，為醫生提供良好的實驗室資源，以利於進行準確的細菌學分析，而後也在賓夕法尼亞女子醫學院任教，教授生理化學，並指導該校的化學實驗室。

1906 年，彭寧頓被任命為新成立的費城衛生和細菌學實驗室主任。此時的彭寧頓也修改了目標，她希望能用科學來改善社會，而不是在只在實驗室裡專注於純科學。她任職後的第一份工作是：根除可能傳播致命疾病的不純牛奶。然而當時還沒有相關法規或標準，她考量到公眾對食品加工廠不衛生條件的擔憂，及製作過程中是否受到汙染，並建立起第一個全國通用的牛奶和乳製品檢驗及保存標準。

而後，彭寧頓成功地改善了食安問題，並在教育公眾了解食品中污染物的危害方面發揮了關鍵作用，與此同時也為她之後的製冷研究埋下了種子。

為製冷技術和食品保存奠下基礎

1907 年美國農業部（USDA）化學局（即為食品和藥物管理局 FDA 的前身）局長哈維·威利（Harvey W. Wiley）鼓勵她為政府研究食品冷藏保存的方法。

隔年威利任命彭寧頓擔任美國農業部化學局食品研究實驗室的負責人，這也讓她成為了化學局裡第一位女性實驗室負責人。

彭寧頓帶領研究員設計了食品工業的各個方面技術，如倉儲、包裝和配送等，該實驗室成為了食品處理及儲存研究的核心，特別是在防止雞蛋、家禽和魚類腐敗方面。

彭寧頓在參與冷藏車運輸研究的期間，開始對製冷機械產生興趣，並開始改良冷藏倉儲與推廣食物保存的相關知識。她對冷藏倉儲的改良十分出色，許多食品經銷商向她尋求建議，以製定完善的衛生程序，為她的專業知識贏得了尊重。

事蹟

彭寧頓於 1908 年作為美國官方代表，參加在巴黎舉行的第一屆國際製冷大會（她終生參與此會議）。作為唯一的女性代表，雖然她沒有發明製冷，但開發了確保冷藏食品保持新鮮和可食用的程序，並幫助建立了製冷行業，製冷也成了她的主要研究重點。

彭寧頓為許多科學和醫學期刊做出了貢獻，不僅是美國科學促進會、美國化學學會和生物化學家協會的成員，也是費城病理學會等多個學術學會的成員之一。

1920 年，她成為美國製冷工程師學會第一位女性會員，她積極參與了該組織的計劃、教育和出版委員會，1923 年彭寧頓被美國暖冷氣空調工程師學會（ASHRAE）認可為美國最重要的食品冷藏及家用製冷權威，1947 年成為美國製冷工程師協會的會員。

參考資料：

• Encyclopedia.com—Pennington, Mary Engle（1872–1952）
• 維基百科—Mary Engle Pennington