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什麼研究需要在樹上爬來爬去?關於樹冠生物學家──《爬樹的女人》

時報出版_96
・2016/05/23 ・5689字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 480 ・五年級

文/Margaret D.Lowman

上千片的樹葉採樣

成為樹冠生物學家並不是我一開始的目標,只是隨著研究的進展,各種想法自然而然地把我帶到樹冠這塊領域。我早期和雨林接觸的經驗讓我很沮喪,因為那時候我身邊根本沒有其他同事,雪梨大學的學生跟教職員也都沒有參與雨林研究,因此我對雨林的了解僅限於書本,不然就是和偶爾來大學參訪的科學家討教。

我記得最一開始在構想博士論文計畫時,我一心一意想要研究的是雨林樹冠層裡的蝴蝶。我想像自己身處綠野,坐在盪鞦韆上細數色彩繽紛的鱗翅目昆蟲,那感覺多開心啊!但我的指導老師比我實際多了,他提醒我,博士論文需要收集大量的研究數據,因為蝴蝶的活動範圍很廣,且行蹤成謎,他很擔心我到了雨林以後,會連一隻蝴蝶都找不到。百般不情願下,我只好把研究對象改為行動力比較差的生物:樹木。我決定研究雨林樹葉的生長模式,這也是我在蘇格蘭碩士論文的延伸,當時我研究的是植物氣候學以及樺樹的光合作用,只不過蘇格蘭的樹最高也就十五呎而已。

儘管樹葉是森林生態系統相當重要的驅動力,但和雨林樹葉相關的文獻還是非常少,而一九七○年代以前,大部分的雨林生態研究都是敘述性質,而非實驗類型。葉子在不同季節時會產生什麼變化?葉子的生長模式又是什麼?這其中可是包含了發芽、生存、壽命長短、死亡以及衰變等各種面向。我希望在研究中設計有效的實驗,然後以葉子為研究單位進行重複試驗。若是把整棵樹株當作研究的單位,那麼在複製研究時,不僅範圍太大,也不容易達成。

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身為一個用功、又全心全意投入在研究工作的學生,我真的是把自己完全地投注到田野研究裡,滿腦子都是雨林樹冠。我當時的目標是研究澳洲東部最常見的亞熱帶和熱帶雨林樹種,試圖了解這些樹種的葉生長型態,以及食植行為對樹葉生存率的影響。我的研究問題包括:熱帶雨林樹冠層中葉子的壽命有多長?是什麼因素誘發新葉萌芽?為什麼樹葉會在溫暖的環境中死亡,冬季時卻不會掉落?

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生態豐富的熱帶雨林。圖/wikipedia

為了要研究這些問題,我給樹冠層裡上千片樹葉做了記號,仔細採樣,並將各種因素也考量進去,例如空間(以樹群、個別的樹木或枝葉為單位,看不同樹種、位置、高度的差異)和時間(以季節和年份來看樹葉生長的差異)。我僅選擇了五個不同的樹種,做樹葉生長型態的比較,因為熱帶雨林樹冠有數千種,要全部研究是不可能的。我所選的五個樹種都有其生態上的重要性,並且也擁有特殊的保護機制,以阻絕昆蟲帶來的傷害(譬如非常螫人的細毛、異常堅韌、數量稀少,或帶有毒性)。

我超時工作,記錄著那些標識有記號的樹葉如何對抗草食性動物,這點對樹葉壽命來說非常關鍵。但我萬萬沒想到,有些樹葉竟然可以存活超過十二年,這也讓我田野研究所花的時間,比原本預期的還要更久。驚訝之餘,這也反映了我從小在紐約州長大所形成的「溫帶本位偏見」,因為溫帶樹葉的壽命,大概只有六至八個月而已。

若想驗證雨林樹葉成長動態學的各種假設,我大可以選擇在地表高度的樹葉樣本,但如此一來,我的研究結果可能會有所偏差,因為地表的環境較陰暗,但絕大多數的樹葉都是在地表之上生長,沐浴在充足的陽光裡。我站在地面上抬頭仰望,還發現了另一個不該把自己局限在地面、非得登高進入樹冠層不可的理由:生物的多樣性都是集中在樹頂。

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草食性動物對樹葉的生長型態可能有著重大影響,一九七○年代晚期,史密森尼學會的昆蟲學家泰瑞歐文所收集的實證指出,地球上絕大多數的昆蟲棲息地都是在森林的樹冠層。一想到樹上可能充滿了各式各樣的昆蟲和植物,我對樹冠層又更感興趣了。

立志成為爬樹達人

我原本沒想過把爬樹當成職業,事實上,我曾經無所不用其極,尋找不需要爬樹的替代方案。像是訓練猴子,想辦法把大型長焦相機固定在滑輪上;或是冒著摔下山谷的風險,趴在懸崖上觀察與我視線同高的雨林樹冠。但是這些方法對於收集有效的研究資料來說,都太不切實際了,所以我決定成為一個爬樹高手

我永遠也不會忘記自己第一次爬樹的經驗,那是一九七九年三月四號,剛好是我媽媽的生日,我爬的是一棵角瓣木。這種樹在雪梨南方的皇家國家公園裡,可以超過三十公尺高。即便城市範圍不斷擴張,所幸澳洲東南部沿海還有幾處維護良好的暖溫帶雨林,那時我打算利用這一帶來收集光合作用的相關數據,也因為地點臨近雪梨大學,我希望可以善用資源,順便進行其他的研究工作。角瓣木是我研究的五個樹種之一,經濟效益也很高,它厚實的蠟質葉面,看起來就很難被昆蟲啃咬。

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角瓣木。圖/wikipedia

我很幸運地被當地一個洞穴探勘社團「收留」,他們教我如何使用攀爬的工具和繩索,不過他們的技術主要是拿來探勘地底洞穴。他們看我一點經驗都沒有,肯定覺得我很好笑吧。因為那時候澳洲都還沒有登山用品店跟戶外活動的產品型錄,我只好拿汽車的安全帶,聽從我的老師茱莉亞‧詹姆斯和艾爾‧瓦里亞德的指導,一針一線縫製自己的第一個安全扣帶。

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我先在雪梨大學植物學系系館旁的一棵樹上實際練習,然後就直接攀爬角瓣木了,我也在那裡學會用彈弓在樹木上固定繩索以及垂降的方式攀樹。就像大多數的初學者,我努力想要改變身體的重心,好讓自己不要再晃來晃去,但我還是晃得一塌糊塗、東倒西歪的,雖然隔天我全身痠痛到不行,但是爬樹真的很好玩!

從那天起,我就再也沒往回看……或是往下看了!有了更進一步的指導,我想澳洲雨林裡任何一棵健壯的樹,我都有辦法攀爬到最頂端,帶著我的裝備:七十公尺的「藍水二代」攀登動力繩索、我自製的安全扣帶、兩個上升器、一個鯨魚尾環扣、一個自製的彈弓、一堆鉛錘和魚線,還有田野筆記本,我已經準備好研究樹頂上的各種生命了。

我在澳洲研究的那幾年,開了好幾十萬公里的路,為的是每個月到溫帶、亞熱帶和熱帶雨林定期觀測樹冠層的樹葉變化,我也列了一個實用的田野研究裝備清單。這些野外旅程也讓我有機會看看澳洲內陸的生活,接觸這座島上的文化。

我也遇到好多和藹親切的人,他們的人情味豐富了我在田野的經驗,我會永遠銘記在心:在濕溽的樹林裡待了好多天時,好心的牧人給我蘇格蘭威士忌;多瑞格(Dorrigo)一個木雕師傅把籬笆木柱刻成美麗的碗,還教我怎麼辨識我最喜歡的樹的樹材;我的技術助理希金斯,他敏銳的雙眼和沉穩的雙手,在瞄準樹枝做固定點時幾乎沒有失手過;還有許多陪我一起到處採樣、忍受水蛭和高樹的朋友們。

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此外,這些旅程中也不乏形形色色的其他人物:到國家公園偷雪杉的一群盜木者;那些被我渾身泥土、腰上掛把開山刀嚇到的奶吧(Milk Bar,即咖啡店)老闆們,嚇歸嚇,他們奶昔還是搖得超好喝的;一群反文化的澳洲人,醉心迷幻藥,總是在雨林裡收集果實和種子,處理後吸食;以及那個「蛾人」,只要當地酒吧的燈一亮,他就會準時報到;另外還有一位總是踩著高跟鞋的旅客,她偶爾會來國家公園,才走幾步路就尖叫道:「水蛭!!!」,然後便慌張踉蹌地跑回車上揚長而去。

征服螫人樹

克服了最一開始辨識雨林以及爬樹的困難以後,我在國家公園及保育區裡,選了幾處做為長期研究的區塊,並在幾棵樹架好方便進入樹冠層使用的常設設備。最具挑戰性的樹種就是螫人樹,又稱金皮樹。這種樹呢,顧名思義,葉柄和樹葉上全佈滿密密麻麻的小毛刺,可以輕易地刺穿皮膚,在傷口的表皮上釋放毒素。一九○八年,一位澳洲的化學家派崔伊指出,螫人樹的毒性比一般的蕁麻還要強上三十九倍。巨大的螫人樹和普通的蕁麻都屬同科(蕁麻科),野生的蕁麻大概有三呎高,但是在雨林裡面的螫人樹卻可以長到兩百呎高。因為樹葉的壽命和生存率也是樹葉生長模式的其中一環,如此螫人卻有保護作用的毛刺,無疑激起了我的好奇心。

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金皮樹(螫人樹)葉子上的毛刺繁多,若不甚接觸到會引起一系列的過敏反應,嚴重者可能致死。圖/io9

凱拉山保護區坐落於新南威爾斯州的臥龍崗市,有人告訴我保護區的螫人樹很多,很適合作為研究的地點。不出所料,在有擾動(如:土石流、造路)的懸崖上,正是這種先驅樹種(即在一塊空地或受干擾或是新生的區域最先出現的樹種)最佳的生長地點,在保護區裡的螫人樹,高度可達一百五十呎,直徑可達八呎,並沿著偶爾來紮營的童子軍所建造的步道系統生長。不過發現這一帶螫人樹的欣喜很快就被一位童軍領隊澆熄了,這個人常常不請自來,且過分熱情,害得我走童軍步道時很不自在,而且這樣對研究也有很大的風險,為了要避免這種尷尬,我決定從山的另一邊進入保護區,開闢我自己的路徑。

重新探勘地形以後,我找到了一個非常合適的山溝,這區塊可能根本沒有人來過。我第一次穿梭在這片我新發現的雨林區塊時,華麗琴鳥也高歌不斷,有這種美麗的雀形目鳥作伴,是我在澳洲工作時非常獨特的享受。在我的研究地點棲息的鳥類,大多都是兩兩一對、有地域性的琴鳥。過去數年間,我有幸欣賞到無數地令人嘆為觀止的琴鳥求偶儀式。

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華麗琴鳥擁有漂亮的尾羽,也能模仿牠所聽到的聲音。圖/wikipedia

琴鳥會模仿其他鳥類的叫聲,牠們常常將各種不同的鳴唱拼湊在一起,並且不間斷地重複很多次(感覺都不需要換氣),渾厚美麗的音調,不時在森林裡迴盪。我在澳洲從事研究的那幾年,琴鳥一直是非常珍貴的同伴,但很諷刺地,在凱拉山保護區裡的琴鳥,還會模仿一些不尋常的聲音,譬如說狗叫聲割草機的噪音,或是卡車倒車的聲音,這些聲音或許也是對這一帶快速的都市發展,一種預言式的告誡吧。

我在我的秘密山溝裡,選了幾棵要攀爬的樹木。對付螫人樹呢,我會先爬上它旁邊那棵樹,然後再攀近螫人樹的樹枝(我有戴手套)。每次採樣,免不了都會被毛刺螫上幾回,但後來我也愈來愈習慣這種像蜜蜂叮的刺痛感,就連已經枯死的樹葉都還是很螫人。也因為要不停的採樣,搞得我雙手上的紅腫好像永遠不會褪似的。

始料未及的挑戰

我採樣的方法其實很簡單。首先我會拿一隻防水筆,依序在不同樹枝、不同高度、不同棵樹的樹葉寫上編號,再每個月固定回去紀錄樹葉的生長狀態、損壞程度、顏色變化和最後的死亡階段。我也記錄葉片上受到昆蟲侵害的範圍,並將葉片生長的模式和資訊紀錄在筆記中。有了這些長期的測量和記錄,我很快就整理出雨林中上千片樹葉的生長模式,並彙整成一個龐大的資料庫,樹葉上的記號意外地保存良好,也讓我能夠持續觀察每一片樹葉,直到它們枯黃老去。

我也在地面架設枯落物收集盤,每個月採集落葉樣本,測量樹木、樹葉以及花朵的重量,這也是計算森林生物量很傳統的一種做法。架設枯落物收集盤需要一個一平方公尺的收集網,並以塑膠管做的支架架高。

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我記得我第一次架設收集盤時,遇到一個始料未及的阻礙,澳洲工會讓我吃了很大的苦頭。首先是大眾運輸罷工,再來是連續兩個月的暑假,那段期間我根本沒辦法買到製作收集盤所需的材料。澳洲工會的強勢,讓人們部分的生活所需完全被箝制,這些推遲和阻礙教了我寶貴的一課:一定要事先訂好研究計畫。

後來我終於架設好收集盤和攀樹設備,一個月過後,我迫不及待想回去看收集盤裡收集了什麼,也等不及進行第一次樹葉的樣本觀察。時序正值九月,是澳洲的初春。我向下走到山溝裡,被腳邊會動的土地嚇了一跳,原來我匆匆忙忙地,差點踩到澳洲棕蛇。這種毒性極高的蛇類,在屬繁殖季節的春天攻擊性特別強,因此我慢下腳步、小心地前進。但我被眼前的一幕給嚇傻了。整片山溝地上滿滿都是蛇,而且全都是毒性超強的棕蛇,這群棕蛇想必是在陽光最充足的地點曬著日光浴……小心啊,印地安納瓊斯!

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潛伏在草堆中的澳洲棕蛇,為本土特有種,毒性甚強,即便幼蛇的毒素也足以殺死成人。圖/wikipedia

我躡手躡腳地離開滿是棕蛇的山溝,如釋重負地安全回到大學的交通車上。這個危險的阻礙迫使我不得不放棄整個山溝,不這樣做的話,我的雙眼可能沒辦法專注在樹冠,而是得緊盯著腳邊的土地了。後來我在凱拉山保護區有著豐富螫人樹的某個下坡處,找到一小塊的雨林區,不過沒有成群的棕蛇,也沒有惱人的童子軍領隊。

根據測量的數值顯示,即便有毛刺保護,螫人樹冠層的樹葉每年還是有高達百分之四十二的樹葉表面被草食性動物啃食殆盡。一種具有宿主特異性的葉甲蟲,已經演化至專門吃這種名符其實的針墊。跟其他澳洲雨林樹種相比,螫人樹冠被蟲食的比例,也是我測量過程度最高的。失去如此大面積的光合組織,螫人樹怎麼還有辦法存活呢?為什麼螫人毛刺保護不了樹葉呢?

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原因很簡單,螫人樹的生長速度快加上葉組織吸收的養分相對較少(葉片薄小、生命週期短),因此可以輕易淘汰受侵害的樹葉,卻不會造成樹株死亡。而有效阻絕人類的螫人毛刺,對甲蟲來說可是一點威脅都沒有。據說亞洲是蕁麻科演化的地方,這種毛刺的植物防衛機制,能有效遏止了許多哺乳類動物的捕食。不過對此我仍心存懷疑,因為即便被有毒的毛刺保護,螫人樹所受到的昆蟲侵害,仍比我測量過的其他雨林樹種都還要嚴重。不同樹種間落葉的比例差異相當顯著,這是非常驚人的發現,也是未來可以繼續研究的方向。


時報-爬樹的女人-立體書

 

 

 

瑪格麗特‧羅曼懷抱對科學研究的滿腔熱情在田野調查界打拼,不但開啟女性研究熱帶樹冠層的新里程,更被譽為樹冠生態學的拓荒者。隨著本書,我們一窺作者三十多年來投身樹冠研究的有趣經歷,一位不甘於平凡女性的故事。《爬樹的女人》,時報出版

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時報出版_96
174 篇文章 ・ 35 位粉絲
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

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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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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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原住民祖先見過明亮的南方之星?傳說是真的,而且超過一萬年!
寒波_96
・2023/11/08 ・2777字 ・閱讀時間約 5 分鐘

有些故事代代相傳之下,經歷非常漫長的時光。過去很久以後,五百年、三千年或一萬年,都已經是「很久很久以前」,難以判斷到底多久。2023 年發表的一項研究認為,澳洲南方的塔斯馬尼亞島,有個故事似乎能追溯到超過一萬年前。

塔斯馬尼亞的祖傳故事

大英帝國的調查隊抵達塔斯馬尼亞初期,估計島上約六千到八千位居民;原住民們統稱為「palawa」,不過又能分成多個有所區別的族群。英國人在公元 1803 年建立第一個殖民地,然後,不意外地起爭議。

走訪塔斯馬尼亞各地,留下許多紀錄的英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)。圖/參考資料3

走訪塔斯馬尼亞各地,留下許多紀錄的英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)。圖/參考資料3

殖民者與原住民的衝突加劇後,1823 到 1832 年間導致約兩百位殖民者及九百位原住民身亡。有些英國人希望能和平解決問題,最終勸誘加上強迫,1829 到 1835 年間將島上的原住民,都成功遷移到位於塔斯馬尼亞和澳洲之間,巴斯海峽的弗林德斯島(Flinders)。

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英國人認為這是一次「友善」的轉移任務。以當時狀況而言,確實算是相對和平的收場,但是慘遭強制搬遷的原住民依然損失慘重,人口以外,他們脫離原本的家園「Lutruwita」,文化、語言幾乎喪失殆盡。

遷徙計畫中,英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)可謂關鍵角色。他走訪塔斯馬尼亞各地,說服原住民搬家,也對當地風俗文化非常好奇,留下大量紀錄。

這些 1830 年代的紀錄,就像塔斯馬尼亞傳統文化的切片。後來有些原住民重返塔斯馬尼亞,試圖擺脫殖民時,英國殖民者當初搜集原汁原味的資料,也成為重建傳統的材料之一。

魯賓遜等人搜集的紀錄來自多位原住民的說法,其中一個故事相當費解,至少當年魯賓遜無法理解,新問世的論文總算揭開奧秘。

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情節湊不上,是因為發生在太久之前

祖先的遷徙故事,提到他們來自一片大陸;後來大陸被海水淹沒,當時岸邊附近有冰山漂浮。那時望向南方的天空,可以見到一顆很亮的星。

塔斯馬尼亞與澳洲之間的地形。兩地之間原本存在陸橋,海水上升後形成巴斯海峽。圖/參考資料1

塔斯馬尼亞原住民一代一代仰望星空,也建立一些自己的天文學知識,被魯賓遜忠實收錄。那顆南方大星星卻令人費解,因為星空中根本沒有符合描述的那顆星。最可能的對象是老人星(Canopus),也稱為船底座α(α Carinae)。

星空中最亮的是天狼星,第二就是老人星,顯然它非常顯眼,可是位置明顯有差。是原住民唬爛,還是魯賓遜唬爛,或是魯賓遜紀錄錯誤呢?新的分析指出,他們都是正確的,因為一萬兩千年前的星空,老人星確實處於故事中的那個位置。

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首先,故事提到祖先前來的道路被大海淹沒,冰山在岸邊漂浮。對照現代科學知識,能輕易推論這講的是冰河時期結束,海平面上升,淹沒澳洲與塔斯馬尼亞之間的陸橋,形成巴斯海峽,讓塔斯馬尼亞成為一個四面環海的島。

接著是星空為什麼不同?從地球表面仰望夜空,星星的分布位置會由於「歲差」緩慢改變。回溯調整成一萬多年前的星空,老人星的確就在那兒。

地表很多位置都能見到南方明亮的老人星,不同民族、文化各有自己的想像。台灣人即使沒有親眼注意過,也肯定知道老人星,因為這就是福祿壽中的「壽星」,形象化叫作南極仙翁。

有趣的是,中文名字叫老人星,英文名字 Canopus 則來自特洛伊戰爭傳說中的一位年輕人,他是航海家,後來不幸在埃及被毒蛇咬死……所以中國想像這顆星是老人,歐洲卻想像是年輕小夥。

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回溯塔斯馬尼亞 1831 年 8 月 1 日,凌晨 5 點時的星空。圖/參考資料1

難以理解的時候,先忠實紀錄

考慮到魯賓遜紀錄的日期是 1830 年代,更加深故事的真實感,因為當時英國人還不知道「冰河時期結束導致海面上升」。阿加西(Louis Agassiz)首度宣稱冰川歷史的想法要等到 1837 年,更多年後取得較多支持,十九世紀後期才廣為人知。

魯賓遜等歐洲人對聽到的故事內容難以理解,他們或許會聯想到聖經的大洪水,但是完全想像不到冰河時期。所以這些內容,大概更能免於印象或偏好影響,反映忠實的紀錄。

據此推敲,塔斯馬尼亞祖傳故事講的是:「大約 1.2 萬年前海水上升之際,明亮的老人星在那個位置」。如果推論正確,這便是傳承 1.2 萬年的口述歷史,堪稱全人類罕見的文化遺產。

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有人或許會好奇,一些研究認為早在四萬年前,已經有人穿過澳洲,抵達塔斯馬尼亞。可是島上原住民的祖先故事,卻是一萬多年前?

我想可能是因為,記憶對於愈久遠的事情常常會愈壓縮,把更早發生的事情疊加到比較近期,印象很深的事件中。或許原住民的祖先很早就過去,但是海水上升淹沒陸橋令人印象太過深刻,就變成故事的素材。

另一件啟示是,世界上不知道的事情太多了,當你不太理解聽到什麼的時候,不要試著腦補,就照聽到的忠實紀錄下來!

延伸閱讀

參考資料

  1. Hamacher, D., Nunn, P., Gantevoort, M., Taylor, R., Lehman, G., Law, K. H. A., & Miles, M. (2023). The archaeology of orality: Dating Tasmanian Aboriginal oral traditions to the Late Pleistocene. Journal of Archaeological Science, 105819.
  2. Rising seas and a great southern star: Aboriginal oral traditions stretch back more than 12,000 years
  3. GEORGE AUGUSTUS ROBINSON
  4. 老人星名字來源神話人物 Canopus 維基百科

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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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》。