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胡蜂認得出彼此的臉孔

陸子鈞
・2011/12/03 ・266字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 474 ・五年級
相關標籤: 胡蜂 (3) 臉 (3)

胡蜂像許多猿猴一樣,會辨認臉孔。胡蜂(Paper Wasp: Polistes fuscatus)臉上有著明顯可供辨識的褐色、淡黃色色塊。一則發表在《Science》的研究中,科學家將不同隻胡蜂的「肖像」擺在叉道的兩邊,讓它們學會一張肖像代表危險的叉道,另一張則代表安全。胡蜂會較準確且快速飛到代表安全的「肖像」那邊-顯示它們認得出「肖像」間的差異。不過它們並非神準,當科學家利用修圖軟體將肖像中的觸角移除,它們見無法認出臉孔,可能就像人無法認出沒有鼻子的另一個人一樣。

資料來源:ScienceShot: Wasps Spot Familiar Faces [1 December 2011]

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陸子鈞
294 篇文章 ・ 4 位粉絲
Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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濫用 Deepfake 製作換臉影片,有哪些法律責任?
法律白話文運動_96
・2022/01/25 ・5284字 ・閱讀時間約 11 分鐘

  • 作者:黃伊平/執業律師,台北大學法學碩士

編按:在出現Deepfake之後,網路世界進入了「眼見不為憑」的年代。

本次泛科學和法律白話文合作策畫「Deepfake 專題」,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應。科技在走,社會和法律該如何跟上、甚至超前部署呢?一起來全方位解析 Deepfake 吧!

網紅小玉涉嫌利用人工智能 AI「Deepfake」(深度造假)技術,把多位公眾人物的臉部圖像移花接木到色情影片的主角身上,重製成「換臉影片」,並成立「台灣網紅挖面」社群,供人付費觀看,以獲取不法利益。被害人數眾多,其中不乏藝人、政治人物、知名網紅等。

而未經當事人同意,製作「換臉」的影片,這樣的行為會觸犯那些法律呢?

https://www.youtube.com/watch?v=8g4KiSK0p4U

換臉影片觸犯《刑法》哪些罪名?

換臉影片屬於新型的數位性犯罪,在台灣還沒有處罰前例,目前大多認為可能會涉犯《刑法》的「散布猥褻罪物品罪」和「妨害名譽罪」。

「散布猥褻物品罪」包括哪些具體行為?

首先,刑法處罰「散布猥褻物品」的行為,依照實務見解是指:「客觀上足以刺激或滿足性慾,內容可與性器官、性行為及性文化的描繪與論述聯結,且引起一般人羞恥或厭惡感而侵害性的道德感情,有礙於社會風化的狀態」。

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具體來說,「Deepfake」換臉影片的劇情,如果含有「暴力、性虐待或人獸性交」的情節,或雖然無關「暴力、性虐待或人獸性交」,但有引起一般人羞恥的性器官裸露、性行為的內容,且缺乏適當的安全阻隔措施(例如沒有用包裝隔絕並標示「18 禁」),就會違反《刑法》的散布猥褻物品罪,刑度是 2 年以下有期徒刑、拘役或科或併科 9 萬元以下罰金。

實務上,曾有人不滿女友提分手,憤而把交往時拍攝的女友裸體照片散布在社群網站 Instagram,被法院判拘役 50 天,並以「一天 1000 元」易科罰金。

還有一則案例是前男友在兩人分手後,在網路論壇上傳親密影片供人瀏覽,被害人直到聽朋友說網路上有疑似自己的性愛影片,才知道受害。而觸法的前男友,也被法院判有期徒刑 3 月,緩刑 2 年。

將他人的裸照發佈在 IG 上,就有可能成立「散布猥褻物品罪」。圖/envato elements

另外,如果換臉影片的內容涉及「未成年人」,加害人除了違反《刑法》的散布猥褻物品罪外,還會同時觸犯保護兒少所特別制定的《兒童及少年性剝削防制條例》——如「拍攝、製造兒童或少年為性交或猥褻行為之電子訊號罪」以及「散布少年為性交及猥褻行為之電子訊號罪」。

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而且,基於特別法優先於普通法的原則,加害人將會被用刑責較重的《兒童及少年性剝削防制條例罪》來處罰。

舉例來說,有個案例是被告在拍攝自己跟未成年人的性愛影片後,用影片要脅被害人,又把影片上傳到色情網站。針對拍攝影片的行為,被法院處有期徒刑 1 年 1 個月;恐嚇未成年人的部分,則被處有期徒刑 3 個月,得易科罰金;最後,散布猥褻影片的部分,被處有期徒刑 6 個月,得易科罰金。

不過,並非所有傳送裸露照片的人都會被定罪,還需要達到「散布」的程度,實務就曾有被告先拍攝被害人跟自己性交時的照片,還有被害人的大腿、胸部等私密處,再將照片傳送給某位網友觀賞;法院認為,被告只有把照片傳給「1 名」網友,不算是「散布」,就不能用散布猥褻物品罪處罰。

並非所有傳送裸露照片的人都會被定罪,還需要達到「散布」的程度。圖/envato elements

換臉影片又為何符合「妨害名譽」?

所謂妨害名譽罪,包含「公然侮辱罪」和「誹謗罪」兩種類型。兩者的共同點,都是在保護人民的名譽免於侵害,但差別在於:前者是透過「表達意見」來侵害名譽,後者則是用「陳述事實」的方式來做。

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實務上,有法院用「事實能否驗證」的判準來區分「公然侮辱罪」和「誹謗罪」。

換言之,如果行為人的言論,語意脈絡空洞而無意義,無法客觀檢驗所依附的事實,僅讓被害人主觀評價下的感情或名譽意識受損,就屬於「侮辱」;反之,如果語意脈絡具體而有意義,客觀上可以清楚理解、辨識指摘的特定事實是什麼,此時就傷害到被害人客觀外部的名譽,就是「誹謗」要處理的範疇。

舉例來說,曾有被告在他人臉書專頁文章下留言「智障超譯的女表子」等文字,法院認為「婊子」是針對撰文者的「性別」的侮辱性用語,判被告犯刑法的公然侮辱罪,處罰金2千元。

另則案例是:被告在臉書社團爆料公社上,張貼指摘被害人是「史上地表最強小三」等內容的文章,法院認為被告用散布文字的方法,指受害人是介入他人婚姻關係的第三者,足以貶損人格尊嚴與社會評價,所以觸犯刑法的加重誹謗罪,處拘役 45 日,得易科罰金。

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在網路上對人謾罵,就有可能被判「妨害名譽罪」。

那 Deep fake 換臉影片到底觸犯「公然侮辱罪」還是「誹謗罪」呢?

由於影片已直接將被害人的臉置換到 AV 內容當中,雖然沒有明確使用侮辱或謾罵被害人的文字,但影片本身已足以向觀賞者傳達「羞辱、侮蔑」被害人的意味,並讓被害人感受到極大的輕視和痛苦,所以可能會成立刑公然侮辱罪。

而含有性交和裸露鏡頭的換臉影片,一旦在網路流出後,不免有人會相信影片主角有拍攝的事實,將嚴重影響被害人在一般人心中的名譽和社會地位,所以也可能會成立加重誹謗罪。

而觸犯刑法公然侮辱罪,可處拘役或九千元以下罰金;觸犯刑法加重誹謗罪,則將處二年以下有期徒刑、拘役或三萬元以下罰金。

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換臉影片觸犯了《個人資料保護法》!

所謂「個人資料」,依規定包括:任何足以辨識個人的資料,包括姓名、生日、特徵等。由於製作「Deepfake」換臉影片,勢必會擷取被害人的臉部照片,而可以辨識個人的「臉部特徵」,實務肯認這就屬於《個人資料保護法》所要保護的「個人資料」。

每個人的「臉部特徵」都屬於個人隱私的一部分。圖/envato elements

而個人資料的蒐集、處理及利用,原則上需要得到當事人本人的同意,僅當政府機關基於法定目的,或私人基於契約關係、或其他重要的公共利益時,才能在不經同意的前提下,合理使用,但無論如何都不能侵害當事人的利益。否則,可能就會違反「非公務機關非法利用個人資料罪」,最高可處 5 年以下有期徒刑,得併科 100 萬元以下罰金。

類似案例像是:被告未經被害人同意,就在臉書社團張貼被害人的姓名、年齡、地址、個人大頭照、生活照、住家外觀照片,同時發表「小心這個人外表會騙人,目前侵占案避不見面」等言論。法院認為,被告把自己跟被害人間的債務糾紛私怨訴諸公眾,將被害人的個人資料揭露在臉書社團專頁,顯然侵害被害人的資訊隱私或自決權,觸犯個人資料保護法罪名,處有期徒刑 3 月,得易科罰金。

此外,為了製作 Deep fake 換臉影片,勢必使用明顯能夠辨識被害人的臉部照片,且非出於任何公益目的;依個資法,加害人就該負起「損害賠償」的責任!

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肖像權被侵害,可依《民法》請求賠償

《民法》保障每個人的肖像權,這是一種「個人決定肖像是否公開的權利」,肖像權人可以自己決定是否揭露自己肖像,並決定在何種範圍內、何時、以何種方式、向何人揭露。

因此,如未經同意,就拍攝、重製他人的肖像等,就會侵害肖像權。

過去曾有案例,被告未經他人同意,就把被害人的照片後製,在臉上增加手掌圖案,並刊登在網路,表示「打臉」的意思,即使被告辯稱是為了評論與公益有關的事項,才製作網路圖片,但法院認為被告「並沒有」利用被害人肖像的權利,而以網路方式公開打臉圖片,已嚴重侵害被害人的肖像權。被害人除了可以請求刪除打臉圖片,也可以要求賠償自己的精神上損害。

(非當事打臉圖)

因此,那些臉部照片遭盜用、被製成換臉影片的被害人,可以依法請求製作者刪除影片,並請求慰撫金──具體來說,法院將依照實際加害情形、所造成的影響、被害人痛苦的程度、雙方的身分地位、經濟情形及其他各種狀況,以確認合適的賠償金額。

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換臉也是「性騷擾」,可以申訴啟動調查

什麼是性騷擾行為?《性騷擾防治法》指出:像是那些違反被害人意願,播送跟性或性別有關的影像,而有損害被害人的人格尊嚴,造成被害人感受敵意或冒犯的情境。

而換臉影片將被害人照片後製成 A 片主角,彷彿讓眾人看見赤裸裸的自己,使被害人深感冒犯和不舒服,就是一種性騷擾。

性騷擾事件的被害人可向直轄市或縣(市)主管機關提出申訴,主管機關即應開啟調查程序,並可依法對行為人處以新臺幣一萬元以上十萬元以下罰鍰。

而有鑑近年數位和網路性別暴力案例頻傳,行政院性別平等會更在今年 110 年 2 月 3 日,發布「數位/網路性別暴力之定義、類型及其內涵說明」一文,內容是參酌 CEDAW 一般性建議第 19 號第 6 段意旨,明確定義數位/網路性別暴力,明列數位/網路性別暴力的態樣,其中就包括「未經同意散布與性/性別有關個人私密資料」,並表態有意擬定相關防治政策、訂修法規,有待後續明顯進展。

「換臉 A 片」也是一種性騷擾。圖/envato elements

要求換臉影片下架,有法律機制嗎?

被害人若發現某網路平台上有換臉影片,可以要求業者將影片下架嗎?

關於網路平台業者有無管制用戶言論的責任,曾有判決指出:網路業者並非司法機關,沒有判斷用戶行為是否構成侵害他人權利的權限,且若平台判斷錯誤,將有侵害言論自由的疑慮。為了兼顧用戶的言論自由及保護被害人權利,網路業者只有在「明知或有相當理由足認確實發生侵權行為」時,才有採取防止措施(例如刪文)的義務。

換言之,在侵權事實水落石出之前,依照法院的慣例,網路平台業者可能沒有主動和積極管制用戶言論的權責,被害人除非能證明權利受到侵害,才能要求網路平台業者下架影片,較難及時避免損害繼續擴大。

為了處理這樣的進退兩難,行政院在 107 年 4 月 27 日提出《數位通訊傳播法草案》,明定網路業者對提供使用的資訊,應負擔法律責任──當被害人告知或警察機關通知有侵權的內容,網路業者就應採取適當的處置並保全證據。

業者如果確實在合理期間內移除侵權資訊,並好好保全相關證據,就可以免除後續的賠償問題。因此,本草案如經未來立法院三讀通過,可望附加網路業者更多積極管制換臉影片的措施。

圖/envato elements

此外,依照《兒童及少年福利與權益保障法》的要求,須設立「iWIN 網路內容防護機構申訴管道」。若民眾發現有害兒少身心健康的網路色情內容時,可以向 iWIN 網路內容防護機構提起申訴,iWIN 機構將依規定進行查證,如查證屬實,即通知業者移除或改善,若屆期未移除或改善,主管機關可以對業者進行裁罰。

水能載舟,亦能覆舟,科技的發展原意是要改善人們的生活,然而一旦遭有心人濫用,所造成的危害,將是遠遠超出我們的想像。

如長期氾濫的虛假訊息、以及層出不窮的網路性暴力威脅,除了有賴立法管制,也不該忽略加強對網路使用者的教育宣導,而將性別平權的概念深植到每個人的心中,才能從根本解決網路/數位的性別暴力現象。

願立法追上科技的腳步前,我們每個人都自動自發地成為 Deep fake 換臉影片的終結者。當看見非法的色情影片,不下載、也不分享,提出檢舉,終結那些血淋淋傷害持續擴大的可能性。

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法律白話文運動_96
26 篇文章 ・ 531 位粉絲
法律白話文運動」是致力於推廣法律知識與法治思想的獨立媒體,願與讀者一起從法律認識議題,從議題反思法律。

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蟻生online上線:如何決定成為要生寶寶或是做工的螞蟻?
寒波_96
・2018/12/24 ・2703字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

螞蟻這種昆蟲,以分工合作著稱大部分螞蟻算是社會性昆蟲。而多數種類的螞蟻女生分為「蟻后」與「工蟻」兩種角色蟻后不工作,專職生寶寶;工蟻只會工作,沒有生殖能力。

講得更專業一點,螞蟻分工為蟻后與工蟻的狀態稱作「真社會性 (eusociality)」。除了螞蟻之外,白蟻、蜜蜂也算是真社會性的昆蟲,不過歷史上它們卻是獨立起源,與螞蟻演化為真社會性是無關的獨立結果。

超英雄蟻人與黃蜂。圖/取自 marvel

由同一位母后生育,蟻后與工蟻在遺傳上配備同一套 DNA,卻會發育為截然不同的兩種個體,顯然是由於基因不同的表現所致。因此要研究影響真社會性發展的基因,必需從基因調控下手,比較蟻后與工蟻之間,在同樣的基因表現上的差異。

基因本身是 DNA 序列,會先轉錄為 mRNA,再轉譯為蛋白質。

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為了研究基因表現差異,近年流行的一種分析方法是,搜集樣本內所有 mRNA 片段,再全部定序取得「轉錄組 (transcriptome)」;若是定序到愈多 mRNA 片段,意謂基因量表現愈高。

今年發表的論文中,採取這個方法比較工蟻與蟻后的基因表現差異,可以發現在分析的 7 種螞蟻中,都觀察到有一個基因的表現量差異明顯,那就是 insulin-like peptide 2(簡稱 ILP2)。[1][2]

各位大概都聽過胰島素,除了和糖尿病有關,胰島素也影響許多發育和生理功能。螞蟻有兩個胰島素基因,一號的功能比較不同;而這回找到的二號和其他生物差不多,本文之後就直接稱作胰島素。

左邊是各種螞蟻間的親戚關係,右邊是 7 種用於分析的螞蟻。將生殖與不生殖個體間 ilp2 基因的表現量比較後,可以發現都是生殖的個體明顯高於不生殖的個體。圖/取自 ref1

胰島素讓螞蟻當媽媽

論文分析的 7 種螞蟻的胰島素表現量,在會生寶寶的女生中都比較高;相反的,不生的都比較低,可見胰島素對螞蟻生育能力的影響,或許是普遍現象。研究團隊挑選其中一種螞蟻,畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) 深入調查,這種螞蟻比較特殊,她們沒有蟻后,也沒有男生,是全女生團體;而所有畢氏粗角蟻平時都是會工作的工蟻,她們會等時候到了再把肚子搞大變蟻后,接著一起用孤雌生殖生寶寶。

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大多數種類的螞蟻是把工作拆開,分工為蟻后/工蟻;不過同一隻畢氏粗角蟻卻會經歷生寶寶、育幼的循環,她們會這週當蟻后,下週就改當工蟻。

螞蟻製造胰島素的地方是腦袋,比較不同時期,能觀察到胰島素產量會在生寶寶的時候增加,等到不生的階段便開始降低。神奇的是,假如把蟻巢中的寶寶移除,本來當工蟻的個體胰島素又會開始上升,準備生寶寶。這表示畢氏粗角蟻的生殖狀況,受到寶寶存在與否影響,與營養優劣沒有直接關係。

畢氏粗角蟻在不同階段,ilp2 基因的表現變化。圖/取自 ref1

不過研究者也發現,營養狀況仍然對生育能力有點影響。儘管沒有蟻后,畢氏粗角蟻仍有些個體的體型較大、卵巢較多、生育能力更強。這款有女王屬性,卻又不是蟻后的女王化工蟻,英文稱為「intercastes」,目前沒有慣用的中文翻譯,有人翻譯為「中間階級」,或許「女王工蟻」更加傳神。特點是她們的胰島素基因表現量也普遍比其他同類更高。而比較分析發現,在成長過程中較為滋潤的寶寶,發育為生育能力較佳的女王工蟻的機率也比較高。

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令人震驚,只差一個胰島素基因,就足以決定螞蟻的生殖能力!此一研究大大增進我們對真社會性的認識,非常有價值。同樣值得玩味的是,論文在取得確信無疑的結果以後,筆鋒一轉,就開始探討真社會性的起源與演變。

螞蟻社會,從個體戶到社會化的昆蟲

螞蟻的祖先類似胡蜂,是非社會性的個體戶生物,後來才演化為現在分工為蟻后/工蟻的真社會性。可想而知,由個體/個體,演變成蟻后/工蟻的路上,一定存在半分化的階段。

被人為塗色的畢氏粗角蟻。這種螞蟻之前成為第一種成功被 CRISPR 基因改造的螞蟻。圖/取自 eurekalert

如今的螞蟻,擁有蟻后是常態,所以沒有蟻后的畢氏粗角蟻反而算是特例。畢氏粗角蟻的演化過程中,一度也曾經有過蟻后,後來才又失去;也就是在螞蟻共同祖先由沒有差異的個體/個體,完全分工化為蟻后/工蟻的社會化階段後,畢氏粗角蟻隨後才再度演變成,蟻后與工蟻不分化的狀態。

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不過論文的討論中卻把畢氏粗角蟻,類比為螞蟻的真社會演化史上「半分化」的階段。別出心裁的研究者用畢氏粗角蟻,蟻后/工蟻分工化完成後,卻又失去分工差異的特例去類比,推測當年眾家螞蟻仍處於共同祖先,仍屬於初步分化時的階段。

螞蟻變成真社會性的演化過程:

一開始,螞蟻的祖先類似胡蜂,是只有欠缺差異的個體們。後來雖然仍然都是個體,卻漸漸區分出比較會生,以及比較不會生的個體,於是發展出初步的真社會性;此一史上曾經經歷的階段,如今已經見不到了,論文作者才只好用畢氏粗角蟻類比。

接著則是進一步分工化:比較會生的個體,演化成只會生殖的蟻后,比較不生的個體則完全失去生育能力,形成專職工作與育幼的工蟻,達到全面分工的真社會性。只有少數如畢氏粗角蟻般的螞蟻,又在隨後的演化中失去蟻后,轉變成所有成員都會輪流生育的個體,形成特殊的真社會性狀態。

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這是個非常重要的發現,其論文寫法也很有意思。

延伸閱讀:

參考文獻:

 

  • 勘誤:修改「品種」為「種類」。(2019/1/10)

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。