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70億世界人口是怎麼來的

科學松鼠會_96
・2011/11/21 ・3882字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 581 ・九年級

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作者:D-Horse

1999 年 10 月 12 日凌晨 0 時 2 分,波黑首都薩拉熱窩一名男嬰的誕生標誌著 世界人口達到了 60 億。時光流轉,僅僅 12 年之後,2011 年 10 月 31 日,菲律賓嬰兒, 丹妮卡‧卡馬喬 的誕生象徵著世界人口突破 70 億。也許很多人會感到詫異,這個「 70 億」到底是怎麼算出來的。別急,讓我們從頭說起……

人口是如何增長起來的

早期人類以狩獵和覓食為生,世界範圍內數量約為 100 萬,到農業得到發展之前,其數量也未超過 1500 萬。而公元 4 世紀時,東、西羅馬帝國人數總和已超過 5600 萬。但隨之而來的 查士丁尼大瘟疫 幾乎給歐洲文明以毀滅性打擊,其人口數量從公元 541 年到公元 8 世紀間銳減 50% 。隨後歐洲文明漸漸復甦,人數從公元 1000 年的 3850 萬上升至 1340 年的 7350 萬。好景不長, 1347 年 黑死病 席捲而來, 3 年時間世界範圍內死亡 7500 萬人,整個 14 世紀約死亡 2 億人。又過了 150 年,歐洲人口數量才得以恢復。中世紀前後,疾病、戰爭是阻礙世界人口發展的主要原因。但鼠疫並未徹底根除,反覆爆發幾次後才於 19 世紀徹底結束。

世界人口變化圖 (圖像來源:維基百科)

直到近代 農業革命 和 工業革命 的興起,醫療衛生條件得到改善,嬰幼兒死亡率降低,人類預期壽命上升,世界人口才呈現陡然上升的趨勢。

各個時期的人口模型

從人類的發展歷史和人口變化曲線圖中我們不難發現,人口的增長並沒有明顯的規律,它受多方面因素的影響。早期關注於人口統計的科學家受制於當時的技術和條件,並沒有現在這麼多的數據分析。他們從自身地域出發,通過觀察和推測,發展出早期的人口統計學理 論和模型,比如英國人口學家和政治經濟學家 托馬斯•馬爾薩斯 (Thomas Malthus)。他認為,如果沒有任何限制,人口將按恆定的淨增長率,以幾何級速率增長。由此可以得到一個指數級增長的人口模型。設 N( t ) 為時間 t 時的人口數,且 N 0 為 t = t 0 時的人口數,則此模型可表示為:

由定積分可得:

由原方程可得:

合併(1)式和(2)式最後得到:

由於人口淨增長率 λ 是一個常數,所以這個模型的一個特點就是人口數量翻一番所需的時間是恆定的。

馬爾薩斯的祖國英國是個島嶼國家(當時其領土還包括現在的愛爾蘭),他預測不列顛群島的人口數將以每 25 年翻一番的速度增長。後來的統計數據幾乎可以證明他是正確的——至少預測對了前 50 年( 19 世紀英國人口增長速率減慢的一個原因是 移民 : 1815 – 1930 年, 1140 多萬人從不列顛移出, 730 萬人從愛爾蘭移出。僅在 1853 – 1900 年,就有 467 萬人離開英格蘭和威爾士, 89 萬人離開蘇格蘭)。

不列顛群島人口數從1800年到1900年的變化

但這個模型僅在人口數量不太大的時候才適用,它沒有考慮到由於有限的生存空間和資源而引發的生存競爭問題,這種情況下人口增長率不可能恆為常數,它應與人口數量有關。

1840 年比利時數學家威爾霍斯特(Verhulst)通過改進馬爾薩斯模型,發展出了 Logistic 模型,其核心思想是:人口成長不能超過由其它地域環境所決定的某最大容量 M,用數學公式表示就是:

當人口數量較少時,這個模型仍然符合馬爾薩斯的思想,當人口無限向最大容量 M 接近時,人口增長率逐漸降低。假設初始條件 N( t 0 ) = N 0 , 0 < N 0 < M,由上式我們可以得到:

不妨取美國從 1790 年到 1920 年的人口普查數據對Logistic模型進行驗證。

美國人口普查數據(1790年到1920年)

經過程序模擬,我們發現,當 M 取 225 時,可以找到最佳擬合曲線,它的預測與實際數據相一致。但再看 1920 年以後的數據,會發現預測結果與實際數據開始產生較大的偏差。

美國人口普查數據(1930年到2000年)

Logistic模型擬合曲線(M=225)

這說明,隨著時代的發展,人口數量的制約因素也在因時而變,模型所需考慮和進行修正的變量也越來越複雜。人口增長模型對於預測人口發展趨勢具有一定的積極意義,但依然存在時代侷限性。

時至現代,1975 年霍納(Hoerner)發展出了雙曲線人口模型,根據這一模型, 2025 年世界人口將達到無限,顯然也不夠準確。 1997 年卡皮察(Kapitsa)提出了一個可以描述人口從公元前 67000 年到公元 1965 年的人口增長計算公式:

 

其中 N 為當前人口數量, T 為當前年份, C 取值為 ( 1.86 ± 0.01 ) × 1011, T0 取值為( 2007 ± 1 ), τ 取值為 (42 ± 1 )。上述模型都為線性增長模型。此外,還有基於年齡結構的離散型 Leslie模型 等等。限於篇幅,這裡就不再贅述了。總之,它們都有各自的適用條件,能描述出一定條件和環境下人口增長的趨勢,但精確度都不如下面要介紹的這種方法——人口普查。

最精確的人口統計方法:人口普查

世界上第一次真正意義上的人口普查是美國於 1790 年進行的,此後規定每十年進行一次人口普查。調查員挨家挨戶地尋訪,記錄每戶居民的人數和他們的名字。第一次人口普查對奴隸也進行了統計,但根據當時美國憲法中的 五分之三協議 (three-fifths compromise),每位黑奴只能折抵 3/5 個自由民。美洲印第安人因不參與當時美國政府的賦稅和利益分配,未被列入普查對象。美國第一次人口普查的統計數字為 390 萬。此次普查雖算不得上是成功,且仍帶有種族歧視色彩,但在它結束後,自殺率、犯罪率、宗教分佈、男女比例等社會學概念開始逐漸形成,這在經濟和政治學上具有深遠的影響。

現如今,聯合國通過綜合各國的統計數據,便可知曉世界人口變化的詳細情況。比如1963年世界人口增長率曾經達到過一次峰值: 2.2%, 2009 年這一數值降至 1.1%, 2011年將有1.35億人出生,同時有5700萬人死亡,淨增長人口為7800萬。

為什麼2011年10月31號是「第70億人口日」

聯合國經濟及社會理事會是聯合國的六個主要部門之一。其下屬機構人口司成立於 1946 年,從 50 年代初開始負責世界人口的統計和預測工作。他們每兩年發佈一份世界人口前景(World Population Prospects)報告。這份報告綜合了最新的人口普查、人口調查、人口登記冊及從其它來源獲得的數據。人口預測結果(包括此次的「第 70 億人口日」)就來源於這份報告。但是由於各種統計數據並不完美——即使目前世界上最好的人口普查報告也有著至少 1% 到 2% 的誤差,所以「2011年10月31號」這個日期實際上有著相當高的不確定性,它只是個象徵日期而已。假設中國、印度和印尼這三個國家的人口統計誤差為 2%,那麼世界人口總數將上下浮動約 5600 萬。當然人口司也會通過一些方法儘量減少誤差,再考慮到有些國家人口算得過多,而另一些國家人口算得過少,也會出現兩者正好可以「中和」的情況。即便如此,對於世界人口數量的預測在全球範圍內仍至少存在 1% 的誤差。如果就按 1% 的誤差來計算的話, 70 億人口的到來時間則以 10 月 31 日這個日期為基準 上下浮動 6 個月 。

因此在海量的數據和不可避免的誤差面前,誰也不能精確地說出 70 億人口日到底會哪天到來。另外,大批來源於發展中國家的人口統計學數據都相當糟糕,也許誤差還會比我們想像中的更大。

未來人口數量預測

1929 年美國人口統計學家 Warren Thompson 曾提出過一個 人口轉變模型 (Demographic Transition)用於預測人口未來增長趨勢。但由於這個模型是基於西方國家幾百年高質量的人口統計學數據建立起來的,缺乏發展中國家的數據,且忽略了欠發達地區諸如愛滋病等一些現實情況的影響,所以此模型僅對目前的發達國家適用。

人口轉變模型(其中 1, 2, 3, 4, 5 分別代表人口發展的五個階段)(圖像來源:維基百科)

聯合國人口司基於現有統計數據,假設世界人口數量每年仍會呈指數級增長。同時他們每年也還會對人口數量重新進行分析和預測並修正最終結果。最新的人口未來數量 預測結果 如下表所示:


世界人口數量未來預測

結語:人口問題是個永恆的話題

兩千多前的韓非子在《五蠹》中寫道「今人有五子不為多,子又有五子,大父未死而有二十五孫」,這是古人表現出的對人口過剩的一種擔憂。到今天,關於人口增長的模型已經非常複雜,涉及人類學、人口統計學、歷史和社會學、群體遺傳學、流行病學等多個領域。

另一方面,當初馬爾薩斯認為的制約人口增長的重要因素——食物不足問題,也漸漸地被解決了。但重要的是,現在的我們正面臨著很嚴肅的人口控制問題。「第70億人口日」的意義其實是為了喚醒我們全人類對自身生存環境的危機意識。同時我們也不能忘記,人類並不是地球上的唯一居民。這些問題,正是我們應該思考的。

編輯註:在「最精確的人口統計方法:人口普查」一節中,本文原先闡述了一些人口普查的歷史。但是它在表述上有一些歧義,為保證嚴謹性,我們把它刪除了。感謝 Ent 的提醒。


主要參考資料:

[1] 維基百科詞條(英文):World population, Malthusian growth model, Censu,Three-fifths compromise, Demographic transition

[2] 維基百科詞條(中文):多峇巨災理論,人口普查

[3] 人口成長模型 翁秉仁,台灣大學

[4] Reverend Thomas Robert Malthus – An Exponentialst View

[5] ME 406 Logistic Model for US Population

[6] The phenomenological theory of word population growth(Sergei P Kapitza Paper from Physics-Uspekhi 39(1) 57-71(1996))

本文已發表於果殼網 死理性派主題站 《70億世界人口是怎麼來的》

原刊載於 科學松鼠會

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種族大爆發!數萬年前的人類大遷徙如何影響我們的社會?——《人類的旅程》
商業周刊
・2022/10/22 ・2852字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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人類如何發展成多元族群?

自從三十萬年前智人在非洲現身,多元化便幫助人類適應非洲各地不同的環境。這期間大部分時候,適應成功漸漸產生更好的獵人和採集者,使食物供給增加,人口明顯上升。

之後每個人可享有的生存空間和自然資源減少,早在六萬至九萬年前的某個時間,智人開始大規模出走非洲大陸,尋找更多肥沃的生存土地。由於這種外移過程有連續性,便自然產生一種相關:定居的地方離非洲越遠,人口多元化就越低。智人離開非洲越遠,其社會的文化、語言、行為、體格多元化程度就越低。這種現象反映著連續始祖效應(serial founder effect)。

什麼是「連續始祖效應」?

假設有個島上,住著五種主要品種的鸚鵡:藍、黃、黑、綠、紅,牠們在島上適應存活的能力相當。當颱風來襲,有幾隻鸚鵡被吹到很遠的荒漠小島。這一子群鸚鵡不太可能涵蓋所有五個品種。假定牠們以紅、黃、藍居多,不久滿布新島上的幼雛將遺傳牠們的毛色。於是新島上形成的鸚鵡群就不及原棲息地的多樣化。要是後來又有很小一群鸚鵡,從第二島移往第三島,這一群的多樣化更不及前二島。所以只要鸚鵡從母島移出的速度快過原島上可能產生突變的速度,則牠們(相繼)移得越遠,就越不多樣。

人類移出非洲也是類似模式。起先有一群人離開非洲,定居在附近肥沃地帶,他們只帶走非洲母體人口多樣化的一部分。等這群最早的移民成長到新環境無法支撐他們再擴大,便會有一群人離開,去尋找別的處女地,定居在更遠的地方,其多元化將更低。人類向非洲以外散布,以致各洲都有人類蹤跡的這段期間,同樣的過程一再重複:人口增加,新群體再移出,去追尋更綠的草地,但多樣化僅及母體人口的一部分。

儘管有移民改變方向,這顯而易見,不過這種移居模式的影響是,離開非洲來到西亞的人群不像原本在非洲的人口那樣多樣化,其後代又繼續向東移往中亞,最後來到大洋洲和美洲,或是向西北移往歐洲,多其樣性也越來越比不上留在原地的人。解剖學上的現代人類,從非洲的搖籃向外擴張,為世界各地文化、語言、行為、形體多元化的程度不同,刻下深刻且不可磨滅的印記。

人類移出非洲對多元化的影響。
虛線箭頭代表移出的大約路徑,小圓圈代表一種假設的社會特質有各種變異。每向外移一次,離開的人只帶走母體人口多元化的一部分。圖/《人類的旅程》

這種與非洲離得越遠、人口整體多元程度就降低,部分反映在較遠的在地民族基因較不多樣化上。根據對二百六十七種不同人口做基因多元化的比較測量,這些人口大都可找出原屬的本土族群和地理上的發源地。結果很明顯,距東非最近的本土族群基因最多樣化。多樣化最低的是中南美洲的本土族群,他們從陸路移出非洲的距離最長。多元化與移出東非的距離成負相關,這種模式不僅出現在各大洲之間,在各洲內部也是如此。

自東非移出距離與地理上本土族群多元化。圖/《人類的旅程》

體質與認知人類學領域提供更多這種證據。研究人體體型的特徵,比方與牙齒特徵、骨盆特徵、產道形狀相關的骨骼架構,以及研究文化特徵,例如不同語言的基本詞語單位(「音素」〔phonemes〕),都證實有源自東非的連續始祖效應存在;同樣是距東非越遠,體形和文化特徵的多樣化越低。

人口多元化表現的形式是多方面的,若要適當探究整體多元化程度對國家經濟繁榮的影響,當然需要比基因學家和人類學家所提供的更廣泛許多的測量標準。此外,這標準也需要獨立於經濟發展的程度之外,以便用於評估多元化對國家財富的因果效應。這會是什麼樣的測量標準呢?

測量人類多樣性的標準是什麼?

測量人口多元化慣用的標準,往往只擷取人口中族裔或語言群體的比例代表。這類標準因此有二大缺點;一是某些族裔和語言群體的關係較密切。由等比例丹麥人和瑞典人組成的社會,或許不如由等比例丹麥人和日本人組成的社會那麼多元。另一缺點是,族裔和語言群體的內部也不盡然完全同質。全由日本人組成的國家與全由丹麥人組成的國家,多元化程度不見得相同。事實上,族裔團體內在的多樣性通常比不同群體的多樣性要大上十倍。

因此要全面測量一國人口的整體多元化,至少應當再多加二個多元化的面向。一是族裔或次民族群體內在的多元化,如美國的愛爾蘭裔和蘇格蘭裔人口。其次是比對任一組族裔或次民族群體之間的多元化程度,例如,比起美國的愛爾蘭裔和墨西哥裔人口,愛爾蘭裔和蘇格蘭裔的文化較為相近。

鑑於移出東非的距離與可觀察特質的多元化之間存在緊密的負相關,這個遷徙距離可用於代表地球上每個地方的歷史多元化程度。我們依據各地人口的祖先與遷徙出非洲的距離有多遠,可以建構推算今日各國人口整體多元化的指數,列入考量的包括 (1) 國內各次群體的祖先人數多寡;(2) 依據各次群體的祖先走出東非時遷徙的距離,來推測其多元化;(3) 每一次群體配對後,由兩方祖先和地理發源地的遷徙距離來推算多元化程度。

這樣用統計學測量來推算多元化水準有二大優點。一是史前遠離非洲有多遠,顯然完全與當今的經濟繁榮水準無關,所以這種測量法可用於估計多元化對生活水準的因果效應。其次是如上文所強調,有越來越多體質與認知人類學領域的證據顯示,遠離非洲的遷徙距離深深影響到許多表現在身體及行為上的特質的多元化;所以我們有把握,用這種測量法推算的多元化類別會產生社會結果。

要是用這種指數測量多元化不精準(採隨機方式進行),原因比方說是未能適當考量各洲的內部移民,則根據統計學理論,我們多半會因此否定、而非確認多元化影響經濟繁榮的假設。也就是說,如果我們犯錯,是因為過於謹慎。

人口特質多元性和能不能賺大錢有關係!?

最後很重要的一點是,我們是針對個別社會的特徵測量多元化。這測量的是某一社會的人口特質有多少不同種類,無論這些特質是什麼,或是不同社會間有什麼差別。因此它不會、也不能用於暗示某些特質比別的特質對經濟成功更有利。反而它可以掌握到某個社會的人口特質多元化,對經濟繁榮有何潛在影響。事實上,把地理與歷史干擾因子納入考量,遠離非洲的遷徙距離本身似乎並未影響全球各地如身高體重等特徵的平均水準。它主要是影響群體中的個人與平均水準的差異。

有了這強有力的測量法可測定每一群人口的整體多樣性,我們終於可以探究數萬年前遠離非洲的大出走,以及它對人類多元化的影響,是否如此源遠流長,以致居然還能左右當前的全球生活水準。

———本書摘自《人類的旅程》,2022 年 10 月,商業周刊,未經同意請勿轉載

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當生命走向完結,怎麼樣避免遺憾?——《你需要的是休息,而不是放棄》
親子天下_96
・2022/06/15 ・2573字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者/蔡佳璇、葉品希

當生命之歌曲終時

前陣子有位 Podcast 聽眾問我一個很嚴肅的問題,他說他一直想跟家人討論自己如何死去,或是葬禮要如何進行的議題,可是很難鼓起勇氣開口,也不知道怎麼開始。看完他的提問後,我感觸很深,近年來從台鐵出軌到疫情爆發等事件,加上親朋好友也有家人無預警地離開,許多人都經歷著傷痛,正在復原的路上。生活中的事件,會令人感受到死亡其實離我們很近,想要更珍惜生命中看似平凡的每一天,甚至每一秒。

為了這個難解的問題,我特別找了以前的同事——商沛宇臨床心理師一起討論,由於她曾在醫學中心的安寧病房擔任心理師,現在也從事著心理腫瘤的工作,每天都很貼近生命的議題,便想聽聽她的看法與建議。

在我的臨床觀察和她的經驗裡,一般很少有人提前談論,甚至做好面對死亡的準備,但也有例外,一種是對於生死已經有自己的態度跟深切想法的人,例如已經八、九十歲高齡,人生經歷豐富,身邊很多人都已經離開了,所以對生死相對坦然的長者,可能就會提早跟晚輩們交代自己的對身後事的期待;另外一種,是他自己的親人好友曾罹患癌症或重症,由於經歷過臨終的陪伴,而開始思考自己在生命的最後一段路想要怎麼走,就可能會做出提前簽署 DNR 的決定。

死亡其實離我們很近,一般卻很少有人提前談論,甚至做好面對死亡的準備。圖/Pexels

DNR 的抉擇

DNR(Do Not Resuscitate)是病人本身或家屬簽署同意書,在病人臨終、瀕死或無生命徵象時, 不施予心肺復甦術(cardiopulmonary resuscitation, CPR),包含:氣管內插管、體外心臟按壓、急救藥物注射、心臟電擊、人工呼吸等其他救治行為,以較有尊嚴的方式自然離開人世,免受人工維生醫療拖延時日的痛苦。只要年滿二十歲就可事先簽署,並註記在健保卡內。

不過,大多數的臺灣人在病情還沒有進展到最後關頭時,很少人會預先做這樣的決定。通常是直到醫療團隊主動提起,家人們才會討論。而且大家似乎都誤以為 DNR 就是「不救了」,其實必須是無法治癒的程度,或醫師預期到目前多餘的醫療行為都只是傷害時,才會提出 DNR 的選項。

面對死亡真的不是那麼容易的事,所以會想要逃避其伴隨的負向情緒也在所難免。但醫療有極限,醫生也不是神,有時候疾病勢必會走向末期的歷程,而在做疾病告知或預後時,如果拖得越久,就越容易錯過時機。曾有些經驗是病人會埋怨家屬或醫療團隊:「為什麼現在才告訴我?」產生隔閡,或者很多時候是家屬擔心病人知道實情會受不了,而要求隱瞞,甚至有時會說:「沒關係,等他昏迷的時候,我們再幫他決定好了。」但也有看過家屬認為,不告知或詢問病人自身意願的話,就好像是自己在幫病人決定生死,壓力好大,擔心自己會不會做錯決定,然後一輩子都背著這個包袱。

其實病人被隱瞞時,是很容易產生孤立與焦慮感的。所以,近年才會持續推動疾病告知和「安寧緩和醫療」,希望當病人仍處於清醒時,和他討論後續的照護方式,包含 DNR 在內。通常如果家屬願意開放性的討論,大多都能尊重病人的意願,決定落差都不會太大,甚至是可以平靜與家屬一起討論喪葬事宜,這都是為了避免生者與逝者的遺憾。

病患與家屬若願意開放性的討論喪葬事宜,都可以避免日後的遺憾。圖/Pexels

安寧緩和醫療讓生命沒有遺憾

還有另外一個名詞也常被誤解,那就是「安寧緩和醫療」。一般大眾沒有辦法從字面上理解含意,有些人還以為住進安寧病房就出不來了,真是天大的誤會。在安寧病房,主要是控制症狀,像是想辦法減輕病人的疼痛與不適,當生理症狀控制好,身體舒服了,心理才會有更多的空間與彈性,去思考更多的事,包括如何跟家人一起走過人生最後一程,度過哀傷的歷程,這是安寧緩和醫療很重視的一部分。

沛宇提到,她曾經照顧一位年輕媽媽來來回回出入安寧病房三次,每一次的出院,她都會好好把握那段時間完成一些事情,例如帶著孩子坐高鐵出去玩;她曾經跟安寧病房的團隊提過,她心裡有個畫面,就是帶著全家人一起去美術館前放風箏。所以安寧團隊的護理師、心理師、社工師,就做了很多的事前準備和安排,陪伴她和先生、兩個小孩一起去美術館放風箏。看著風箏在天空飄揚時,她跟孩子說:「未來有一天,媽媽不在這個世界上了,媽媽會像這支風箏一樣,雖然遠遠的,但一定還是跟你們牽繫在一起,看著你們成長。

聽沛宇分享這個動人的故事,我好佩服這位媽媽和安寧團隊,透過這樣的活動把她和家人的連結具象化,那個畫面應該會永遠留在孩子的心中成為力量吧!

「雖然遠遠的,但一定還是跟你們牽繫在一起,看著你們成長。」圖/Pixabay

當生命來到最後的階段,你可以選擇忍受痛苦繼續積極治療,也可以選擇讓自己相對舒服,在有限的時間和狀態下,陪伴在重要的人身邊,留下最後的回憶;或是回顧自己的生命,細數生命中重要的人、事、物,審視自己的信念和價值觀,讓它能夠傳承。如此,即使物理性的生命不在世上,但精神長存,愛與力量可以延續

另外在這個案例中,我也看到了一件很重要但常被忽略的事。以往在一個人得了重大疾病後,常會被貼上病人的標籤,卻忽略了他原本的角色,或許是一位媽媽、是一位老師或主管⋯⋯這些角色好像在知道診斷的那一瞬間都不見了,甚至病人可能也忘記自己在生命中有其他的面貌。

透過安寧緩和醫療,整個團隊的協作可以幫助病人控制好生理的不適,變回一個完整的人,讓家人的腦海裡,不只是留下他虛弱病人的印象,而是有尊嚴地度過這段臨終時期。

——本文摘自本月選書《你需要的是休息,而不是放棄:哇賽療心室,19道練習陪你解鎖人生難題》,2022 年 6 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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誰是地表最憂傷生物?水滴魚醜哭:我壓力山大
Lea Tang
・2022/03/06 ・1384字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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說到世界上最悲傷的生物,實在不能不提全身粉嫩、整隻軟趴趴,表情還超喪的水滴魚(Blobfish)。

表情很喪的水滴魚。圖 ∕ Kerryn-Parkinson

世界上最憂傷的魚

軟隱棘杜父魚(Psychrolutes marcidus),俗稱水滴魚、憂傷魚,是一種棲息在澳洲塔斯馬尼亞島和紐西蘭附近、水深 600-1200 公尺處的深海魚。1983 年,研究船在紐西蘭發現了第一隻水滴魚。但深海魚不易觀察,僅靠海底拖網中的樣本數實在很難增加生物學家對牠們的了解。

科學家們眼中的謎團。圖 ∕ Matt Collins

即使如此,這個粉紅色、肉嘟嘟的塌鼻子怪魚,很快就吸引了大眾目光,並因其奇特的悲傷外貌獲選為「世上最醜」生物。各種水滴魚的迷因、鑰匙圈和絨毛娃娃充斥在我們生活週遭。人們特別喜歡牠悶悶不樂的表情,覺得牠完美體現了我們的日常情緒。

然而,水滴魚並不是天生就長這樣——牠的「苦」是後天造成的。

都是急速減壓惹的禍

生長在深海中的水滴魚,必須承受比我們大 100 倍以上的水壓。為了適應環境,牠們的骨頭很軟,而且只有少量肌肉。 當水滴魚被托網捕獲並帶到水面時,快速減少的水壓會使其身體膨脹,而牠凝膠狀的組織,則會因無法保持原本的結構而塌陷,變成了我們大眾印象中扁塌的樣子。

急速減壓破壞水滴魚的身體組織,讓牠爆體而亡。圖 ∕ Shutterstock

沒錯!人類著迷的那個「悶悶不樂的水滴魚」,其實是死於內臟爆裂的腫脹魚屍。

水滴魚的深海日常

活在深水下的水滴魚,其實看起來十分普通。牠的體長通常不超過 30 公分,重量不到 2 公斤。

看起來就只是一條魚。圖 ∕ Sea Serpent

就像許多深海魚一樣,水滴魚沒有魚鰾這類可以控制浮力的氣囊式器官,如果牠們想要自由地在海床移動,就得仰賴密度小於水的「膠狀脂肪體」。

換句話說,水滴魚就像浮在水中的「油」,牠們並不主動捕食,而是在深海中隨波逐流,吃下漂到嘴邊的各種東西。

比悲傷更悲傷的事

迄今為止,學界對水滴魚的了解仍然不多,目前只能推測牠們和其它深海魚一樣,有較長的壽命。至於其交配行為、幼魚樣貌、天敵以及群體數量,仍屬未知。

黑暗的海洋深處難以觀察水滴魚。圖 ∕ NOAA/Monterey Bay Aquarium Research Institute

需要注意的是,在深海捕撈盛行的現在,水滴魚可能正瀕臨滅絕危機。

尤其在動物保育的議題上,可愛上相的物種總是搶盡風頭,長得醜的就幾乎沒人討論。以無脊椎動物為例,雖然佔了所有生物的 79%,卻因外貌不討喜,而僅出現在 11% 探討動物保育的文獻中。像水滴魚這種「醜」的動物,別說是保護了,連相關研究都特別稀少。

下回在保育的議題上,除了貓熊、北極熊這些代表動物外,別忘了還有這些默默無聞、同樣掙扎著生活在這顆星球上的居民們。

參考資料:

  1. The blobfish: A bloated guide to the world’s ugliest animal (and what they really look like)
  2. Behold the Blobfish – How a creature from the deep taught the world a lesson about the importance of being ugly

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Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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70億世界人口是怎麼來的
科學松鼠會_96
・2011/11/21 ・3882字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 581 ・九年級

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作者:D-Horse

1999 年 10 月 12 日凌晨 0 時 2 分,波黑首都薩拉熱窩一名男嬰的誕生標誌著 世界人口達到了 60 億。時光流轉,僅僅 12 年之後,2011 年 10 月 31 日,菲律賓嬰兒, 丹妮卡‧卡馬喬 的誕生象徵著世界人口突破 70 億。也許很多人會感到詫異,這個「 70 億」到底是怎麼算出來的。別急,讓我們從頭說起……

人口是如何增長起來的

早期人類以狩獵和覓食為生,世界範圍內數量約為 100 萬,到農業得到發展之前,其數量也未超過 1500 萬。而公元 4 世紀時,東、西羅馬帝國人數總和已超過 5600 萬。但隨之而來的 查士丁尼大瘟疫 幾乎給歐洲文明以毀滅性打擊,其人口數量從公元 541 年到公元 8 世紀間銳減 50% 。隨後歐洲文明漸漸復甦,人數從公元 1000 年的 3850 萬上升至 1340 年的 7350 萬。好景不長, 1347 年 黑死病 席捲而來, 3 年時間世界範圍內死亡 7500 萬人,整個 14 世紀約死亡 2 億人。又過了 150 年,歐洲人口數量才得以恢復。中世紀前後,疾病、戰爭是阻礙世界人口發展的主要原因。但鼠疫並未徹底根除,反覆爆發幾次後才於 19 世紀徹底結束。

世界人口變化圖 (圖像來源:維基百科)

直到近代 農業革命 和 工業革命 的興起,醫療衛生條件得到改善,嬰幼兒死亡率降低,人類預期壽命上升,世界人口才呈現陡然上升的趨勢。

各個時期的人口模型

從人類的發展歷史和人口變化曲線圖中我們不難發現,人口的增長並沒有明顯的規律,它受多方面因素的影響。早期關注於人口統計的科學家受制於當時的技術和條件,並沒有現在這麼多的數據分析。他們從自身地域出發,通過觀察和推測,發展出早期的人口統計學理 論和模型,比如英國人口學家和政治經濟學家 托馬斯•馬爾薩斯 (Thomas Malthus)。他認為,如果沒有任何限制,人口將按恆定的淨增長率,以幾何級速率增長。由此可以得到一個指數級增長的人口模型。設 N( t ) 為時間 t 時的人口數,且 N 0 為 t = t 0 時的人口數,則此模型可表示為:

由定積分可得:

由原方程可得:

合併(1)式和(2)式最後得到:

由於人口淨增長率 λ 是一個常數,所以這個模型的一個特點就是人口數量翻一番所需的時間是恆定的。

馬爾薩斯的祖國英國是個島嶼國家(當時其領土還包括現在的愛爾蘭),他預測不列顛群島的人口數將以每 25 年翻一番的速度增長。後來的統計數據幾乎可以證明他是正確的——至少預測對了前 50 年( 19 世紀英國人口增長速率減慢的一個原因是 移民 : 1815 – 1930 年, 1140 多萬人從不列顛移出, 730 萬人從愛爾蘭移出。僅在 1853 – 1900 年,就有 467 萬人離開英格蘭和威爾士, 89 萬人離開蘇格蘭)。

不列顛群島人口數從1800年到1900年的變化

但這個模型僅在人口數量不太大的時候才適用,它沒有考慮到由於有限的生存空間和資源而引發的生存競爭問題,這種情況下人口增長率不可能恆為常數,它應與人口數量有關。

1840 年比利時數學家威爾霍斯特(Verhulst)通過改進馬爾薩斯模型,發展出了 Logistic 模型,其核心思想是:人口成長不能超過由其它地域環境所決定的某最大容量 M,用數學公式表示就是:

當人口數量較少時,這個模型仍然符合馬爾薩斯的思想,當人口無限向最大容量 M 接近時,人口增長率逐漸降低。假設初始條件 N( t 0 ) = N 0 , 0 < N 0 < M,由上式我們可以得到:

不妨取美國從 1790 年到 1920 年的人口普查數據對Logistic模型進行驗證。

美國人口普查數據(1790年到1920年)

經過程序模擬,我們發現,當 M 取 225 時,可以找到最佳擬合曲線,它的預測與實際數據相一致。但再看 1920 年以後的數據,會發現預測結果與實際數據開始產生較大的偏差。

美國人口普查數據(1930年到2000年)

Logistic模型擬合曲線(M=225)

這說明,隨著時代的發展,人口數量的制約因素也在因時而變,模型所需考慮和進行修正的變量也越來越複雜。人口增長模型對於預測人口發展趨勢具有一定的積極意義,但依然存在時代侷限性。

時至現代,1975 年霍納(Hoerner)發展出了雙曲線人口模型,根據這一模型, 2025 年世界人口將達到無限,顯然也不夠準確。 1997 年卡皮察(Kapitsa)提出了一個可以描述人口從公元前 67000 年到公元 1965 年的人口增長計算公式:

 

其中 N 為當前人口數量, T 為當前年份, C 取值為 ( 1.86 ± 0.01 ) × 1011, T0 取值為( 2007 ± 1 ), τ 取值為 (42 ± 1 )。上述模型都為線性增長模型。此外,還有基於年齡結構的離散型 Leslie模型 等等。限於篇幅,這裡就不再贅述了。總之,它們都有各自的適用條件,能描述出一定條件和環境下人口增長的趨勢,但精確度都不如下面要介紹的這種方法——人口普查。

最精確的人口統計方法:人口普查

世界上第一次真正意義上的人口普查是美國於 1790 年進行的,此後規定每十年進行一次人口普查。調查員挨家挨戶地尋訪,記錄每戶居民的人數和他們的名字。第一次人口普查對奴隸也進行了統計,但根據當時美國憲法中的 五分之三協議 (three-fifths compromise),每位黑奴只能折抵 3/5 個自由民。美洲印第安人因不參與當時美國政府的賦稅和利益分配,未被列入普查對象。美國第一次人口普查的統計數字為 390 萬。此次普查雖算不得上是成功,且仍帶有種族歧視色彩,但在它結束後,自殺率、犯罪率、宗教分佈、男女比例等社會學概念開始逐漸形成,這在經濟和政治學上具有深遠的影響。

現如今,聯合國通過綜合各國的統計數據,便可知曉世界人口變化的詳細情況。比如1963年世界人口增長率曾經達到過一次峰值: 2.2%, 2009 年這一數值降至 1.1%, 2011年將有1.35億人出生,同時有5700萬人死亡,淨增長人口為7800萬。

為什麼2011年10月31號是「第70億人口日」

聯合國經濟及社會理事會是聯合國的六個主要部門之一。其下屬機構人口司成立於 1946 年,從 50 年代初開始負責世界人口的統計和預測工作。他們每兩年發佈一份世界人口前景(World Population Prospects)報告。這份報告綜合了最新的人口普查、人口調查、人口登記冊及從其它來源獲得的數據。人口預測結果(包括此次的「第 70 億人口日」)就來源於這份報告。但是由於各種統計數據並不完美——即使目前世界上最好的人口普查報告也有著至少 1% 到 2% 的誤差,所以「2011年10月31號」這個日期實際上有著相當高的不確定性,它只是個象徵日期而已。假設中國、印度和印尼這三個國家的人口統計誤差為 2%,那麼世界人口總數將上下浮動約 5600 萬。當然人口司也會通過一些方法儘量減少誤差,再考慮到有些國家人口算得過多,而另一些國家人口算得過少,也會出現兩者正好可以「中和」的情況。即便如此,對於世界人口數量的預測在全球範圍內仍至少存在 1% 的誤差。如果就按 1% 的誤差來計算的話, 70 億人口的到來時間則以 10 月 31 日這個日期為基準 上下浮動 6 個月 。

因此在海量的數據和不可避免的誤差面前,誰也不能精確地說出 70 億人口日到底會哪天到來。另外,大批來源於發展中國家的人口統計學數據都相當糟糕,也許誤差還會比我們想像中的更大。

未來人口數量預測

1929 年美國人口統計學家 Warren Thompson 曾提出過一個 人口轉變模型 (Demographic Transition)用於預測人口未來增長趨勢。但由於這個模型是基於西方國家幾百年高質量的人口統計學數據建立起來的,缺乏發展中國家的數據,且忽略了欠發達地區諸如愛滋病等一些現實情況的影響,所以此模型僅對目前的發達國家適用。

人口轉變模型(其中 1, 2, 3, 4, 5 分別代表人口發展的五個階段)(圖像來源:維基百科)

聯合國人口司基於現有統計數據,假設世界人口數量每年仍會呈指數級增長。同時他們每年也還會對人口數量重新進行分析和預測並修正最終結果。最新的人口未來數量 預測結果 如下表所示:


世界人口數量未來預測

結語:人口問題是個永恆的話題

兩千多前的韓非子在《五蠹》中寫道「今人有五子不為多,子又有五子,大父未死而有二十五孫」,這是古人表現出的對人口過剩的一種擔憂。到今天,關於人口增長的模型已經非常複雜,涉及人類學、人口統計學、歷史和社會學、群體遺傳學、流行病學等多個領域。

另一方面,當初馬爾薩斯認為的制約人口增長的重要因素——食物不足問題,也漸漸地被解決了。但重要的是,現在的我們正面臨著很嚴肅的人口控制問題。「第70億人口日」的意義其實是為了喚醒我們全人類對自身生存環境的危機意識。同時我們也不能忘記,人類並不是地球上的唯一居民。這些問題,正是我們應該思考的。

編輯註:在「最精確的人口統計方法:人口普查」一節中,本文原先闡述了一些人口普查的歷史。但是它在表述上有一些歧義,為保證嚴謹性,我們把它刪除了。感謝 Ent 的提醒。


主要參考資料:

[1] 維基百科詞條(英文):World population, Malthusian growth model, Censu,Three-fifths compromise, Demographic transition

[2] 維基百科詞條(中文):多峇巨災理論,人口普查

[3] 人口成長模型 翁秉仁,台灣大學

[4] Reverend Thomas Robert Malthus – An Exponentialst View

[5] ME 406 Logistic Model for US Population

[6] The phenomenological theory of word population growth(Sergei P Kapitza Paper from Physics-Uspekhi 39(1) 57-71(1996))

本文已發表於果殼網 死理性派主題站 《70億世界人口是怎麼來的》

原刊載於 科學松鼠會

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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀