把螢火蟲請回大安森林公園？不只為人，是為生態

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

2011 年 3 月，一場大地震和隨之而來的海嘯，對日本東北部造成巨大的損害，但災難可遠遠不僅如此。地震與海嘯也侵襲了福島第一核電站，在各種天災與人禍下，最終發展成近年來最大的核事故。為了避免民眾受到核輻射的傷害，日本政府撤離了約 15 萬居民。雖然在後續幾年，部分地區因輻射量大幅降低，已陸續有民眾返回，但不少區域至今仍無人居住。人們撤離是要免受輻射的傷害，不過野生動物可無法撤離，因此這就讓科學家們好奇，這些核輻射究竟對牠們有怎樣的影響。由美國科羅拉多州立大學、喬治亞大學和日本的福島大學所組成的國際聯合團隊，近期發表在 Environment International 上的研究顯示，這些野生動物在核災後，長期暴露在輻射環境中，並沒有出現任何明顯的不良健康影響^[1]。

輻射究竟是什麼？

在福島核災之後，大眾普遍對「輻射」一詞充滿恐懼。但在我們害怕輻射以前，勢必得先了解輻射是甚麼，這樣才不會陷入不必要的恐懼之中。

輻射其實是很常見的現象。輻射是一種從中心點將能量向四面八方送出的方式，而這種方式可透過粒子或電磁波的形式。舉例來說，太陽所發出的太陽光是一種輻射、蠟燭的火光所發出的光與熱也是輻射，甚至手機與電腦螢幕發出的光也是輻射，因此講到這邊你應該就知道，輻射是稀鬆平常的事。

不是所有輻射都會造成危害

既然輻射很常見，那麼為何有些輻射對人體會有危害？這就與輻射的能量有關了。

前面提到，輻射是能量傳送的方式。若今天發出的輻射能量不高，那自然對人體不會有甚麼傷害。但如果發出的輻射能量極高，能改變甚至破壞如蛋白質和 DNA 等生物分子，這就會傷害人體了。在科學上，這種高能量且會傷害生物體的輻射被稱為「游離輻射」，而那些低能量也不會傷害生物體的輻射，則被稱為「非游離輻射」。因此輻射並非都是不好的，首先要明確知道所談的輻射種類為何，而我們在報章雜誌、社群媒體和科學文獻中看到，會傷害人體的輻射，指的都是游離輻射。在後面的文章中，我會用輻射一詞替代游離輻射，以方便閱讀。

輻射會改變與破壞生物分子，若輻射強度夠高，是能直接讓細胞死亡的。就算輻射強度沒那麼高，也足以改變細胞內部的構造，使其突變與癌化的機率大幅提高。而人們所懼怕的輻射傷害，很大程度就是後者的狀況。

輻射傷害可分為污染和暴露兩種。輻射暴露指身體直接受到外在輻射線之照射，會傷害人體但不會傳染影響他人；輻射污染是指身體內外留有會發出輻射之物質（又稱放射性物質），不僅會持續危害自身健康，也會導致接觸者被輻射污染物所傷害。而在福島第一核電廠發生爆炸後，大量的放射性物質便隨著爆炸散佈到空氣中。這些在空氣中的放射性物質，會隨著重力沉降或降雨等方式回到地表，沉降累積在土壤、河川或海洋中，讓環境被放射性物質所污染。

當生物處在被放射性物質所污染的環境中，就會持續被輻射所傷害。這也是為什麼在福島第一核電廠爆炸後，日本政府會撤離大量的居民。人類雖然撤離了，但許多野生動物仍繼續在輻射污染區生活，而這就讓科學家們好奇，在這樣的環境中，持續接收輻射是否會對這些動物們產生不良的影響？

以野豬與鼠蛇作為觀察指標

由美國科羅拉多州立大學、喬治亞大學和日本的福島大學所組成的國際聯合團隊，於 2016 年至 2018 年研究福島的野豬和鼠蛇在一系列輻射暴露中的生理情況。以往用來模擬輻射傷害的生物是小鼠，為何研究團隊會選擇這兩個物種做為觀察對象呢？

首先是在生理上，野豬比起小鼠更接近人類，因此是更適合研究輻射傷害的動物。選擇鼠蛇的原因在於，它們的生活型態是貼近地面的。而地面累積不少放射性物質，這使牠們會長期接觸到大量的輻射，受到輻射的傷害也更明顯。而研究團隊選定的觀察生理指標為端粒的長短和壓力賀爾蒙的量。

端粒是位於染色體兩側的保護性結構，當生物體的 DNA 有損傷或受到持續的壓力，端粒的長度會縮短。研究團隊本來猜測，這些長期生活在輻射污染區的野豬和鼠蛇，會因 DNA 損傷而有端粒縮短的現象。但研究結果顯示，這些生活在污染區的動物，其端粒長度與生活在非污染區的動物沒有區別，另外，端粒的長度與動物生存環境中的輻射量高低沒有關聯。研究團隊也檢測部分與 DNA 損傷相關的指標，但結果和端粒的長度類似。也就是說，環境中的輻射並不會對野生動物的 DNA 造成危害性損傷。

雖然輻射對野生動物所造成的 DNA 損傷影響不大，但在壓力賀爾蒙上卻有所影響。研究顯示，野豬體內的壓力賀爾蒙的量，會隨著環境中的輻射量升高而降低。研究團隊認為持續的輻射傷害，會干擾動物體內壓力賀爾蒙的分泌，進而使壓力賀爾蒙的量降低。

正常來說，若遇高壓環境（此研究中為輻射傷害），動物會分泌更多壓力賀爾蒙來維持體內平衡，然而壓力賀爾蒙對身體是種負擔，為了讓身體適應高壓環境，壓力荷爾蒙的分泌量反而會減少，這在生理學上稱為「負回饋機制」，當壓力賀爾蒙分泌量減少後，也可能會出現一系列不良的生理反應。（想想那些長期處在高壓環境且賀爾蒙失調的人）

不過雖然壓力賀爾蒙的量有下降，但動物們卻沒有出現任何不良的生理反應。而且野生動物群的數量在這些年來是越來越多。

綜合以上的結果，研究團隊認為目前在輻射污染區中的輻射量，不會對生活在此的野生動物群造成不良的健康影響。

動物沒事，代表人類也能沒事嗎？

看到這兒，想必一些讀者會想：既然野生動物們在輻射污染區中，不僅沒受到致命影響，還欣欣向榮，是否表示人在這些污染區中也沒事呢？答案是不知道。

首先，不同物種對於輻射的耐受度都不盡相同，例如人類能承受的最高輻射量，對於野豬而言，可能只是低劑量。另外，目前生活在污染區的動物們都受到輻射的長年洗禮，或許已發展出應對輻射的生理能力，而這些能力可能是人類不具有的。因此，野豬和鼠蛇在這樣的環境雖沒受到影響，但該環境對人體可能仍有一定的影響。

其二是在測量環境輻射量上的困難。目前我們對於輻射對生物體的傷害，絕大多數是在實驗以定量的放射性物質進行的研究。在實驗環境中，我們能清楚地控制與計算動物究竟會接受到多少的輻射。但在自然環境中，輻射量會隨著環境的改變而有所變動，因此我們無法知道野生動物所接受的確切輻射量。事實上，我們對於放射性物質在自然環境中會如何改變，是不清楚的。因此，在實驗室中會對動物產生不良影響的輻射劑量，在自然環境中可能不會產生問題。

雖然這篇研究的結果顯示在福島核災後，野生動物在污染區內沒有產生不良影響。但這個結果，長期來看是否仍是如此，仍有待持續觀察（雖然車諾比核災的案例已告訴我們：野生動物長期在污染區內生活，反而欣欣向榮）。當然，我不認為這個研究是要說輻射污染已不是問題，而是提出一個較為客觀的觀察。福島核災後，社會對於輻射的恐懼已到不理性的地步。輻射使用不當確實很可怕，但我們生活中的很多方面，其實都受益於輻射。與其一股腦地恐懼輻射，不如好好地認識輻射，或許才是面對輻射更好的態度。

參考資料

1. Cunningham K et al. Evaluation of DNA damage and stress in wildlife chronically exposed to low-dose, low-dose rate radiation from the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. Environ Int. 2021 Oct; 155:106675. 
2. Radiation: Effects and Sources

你上次看到號稱生態指標的螢火蟲是什麼時候？近年越來越多民眾加入賞螢行列，光是三到五月一個繁殖期，在台中苗栗幾個熱門地點，平均每年湧入數十萬人賞螢。大家對生態環境越來越重視，因此更重要的是讓更多環境恢復至螢火蟲棲地的品質。今（2016）年，台北市政府工務局在木柵、榮星花園、大安森林公園三個地點，分別推動螢火蟲棲地保育與復育工作，在前兩個地點，工務局把焦點放在棲地的改善與擴大，目的是要增加螢火蟲現有數量；而大安森林公園則是二十多年前曾出現螢火蟲，如今早已不見蹤影，工務局在當地進行復育，希望螢火蟲「回家」，讓民眾不用千里迢迢跑到郊外，就能在都市中獲得點點螢光相伴。

然而此舉是不是有可能對當地生態帶來負面影響？在原先螢火蟲已經絕跡的地點進行復育有沒有爭議？會不會成為另一種放生不成反放死？這些問題對主導這次計畫的台大昆蟲系教授楊平世來說都早已想透徹，但他也謹慎表示，地點選擇的評估必須小心、小心、再小心。

憂心引入外來種破壞生態平衡

「我其實本來是不贊成的。」從事昆蟲研究三十年，雖已到準備退休的年紀，楊平世仍活躍於昆蟲界，他說，隨便亂放螢火蟲，很有可能引起大災難。人類基於自身物種觀點，引入原本不屬於當地的外來種，就可能因為干涉物種互動關係，最後反而破壞生態平衡。

事涉敏感，選在大安森林公園進行復育，其實是層層考量下的決定，楊平世說，「如果過去不曾有螢火蟲出沒，我就不支持」。這次在大安森林公園野放的螢火蟲以黃緣螢為主，黃緣螢是生長在台灣平地、低海拔地區的螢火蟲，喜歡棲息在水流流速較緩的水域中，並且以水中的螺貝類為食。考量地緣相近，團隊選擇來自木柵公園和動物園的黃緣螢族群，作為這次野放的種源，而這個決定背後也有科學：「假若野放族群沒控制好，很容易引起基因汙染，產生島內中間型。」也就是說就算是同個品種，分屬不同族群，也會因為居住地的不同，在基因上有些微差異，選擇地緣鄰近的族群是一個折衷的辦法。

此外，為了不破壞當地生態，如何選擇幼蟲的糧食也很重要。這次一共放了兩種田螺、一種川蜷，而在放這些物種前復育團隊也做了很多功課。楊平世提到，要放田螺之前，必須先對當地生態進行徹底的調查和評估，否則新物種的加入很容易產生競爭、破壞生態平衡。這次在大安森林公園因為沒有原先在地的田螺，所以比較不會產生競爭問題。

野放螢火蟲只是開始  維護才是最大挑戰

螢火蟲復育前期，除了要進行棲息地處理外，還得在實驗室培育螢火蟲，分階段在地點施放。在春秋兩季螢火蟲的繁殖期間，楊平世會透過評估田螺數量（螢火蟲幼蟲糧食），來判斷當地環境是不是能承受目前的螢火蟲野放數量，評估後再進行增減。即使螢火蟲順利野放了，這個任務仍還  不  算  結  束，復育團隊仍需要繼續觀察螢火蟲在當地生活的狀況。若要說一個復育計畫到底成不成功，則是以最後出現的螢火蟲成蟲數量來判斷，若達到野放數量的十分之一，計畫就稱得上成功。

負責這次螢火蟲採種、飼養的國立台北護理健康大學通識中心兼任助理教授吳加雄則認為，不管在哪，野放後的維護，往往才是復育的最大挑戰，民眾對生態不夠了解，也成為後續維護的最大困難。我實地走訪位在大安森林公園的小生態池，周圍圍繞著茂密的野薑花，吳加雄說，這是為了營造葉子交疊的空間，讓成蟲棲息；不只如此，為避免螢火蟲受城市光害干擾，大安森林公園生態池旁的路燈，也採用波長 590 奈米的琥珀色光 LED 燈，讓螢火蟲「看不見這些光源」，一方面兼顧人類照明需求、也能減少人工光源對螢火蟲造成的負面影響。

如此費心的設計，在民眾眼裡卻不一定視如珍寶。從棲地打造設計到完工，全程參與的吳加雄告訴我，畢竟有些民眾還是以「漂不漂亮」的角度來檢視螢火蟲生態池，因此不是以「景觀」為主要考量的螢火蟲復育棲息地，若成為生態素養不夠高的民眾、野放外來種（如吳郭魚）的新地點，復育計畫就可能前功盡棄。

目前已於 2015 年 11 月、2016 年 1 月及 2016 年 4 月，在大安森林公園進行三次螢火蟲野放工作，吳加雄表示目前已野放 400 隻黃緣螢，而在四月底的觀察中記錄到約 100 隻次（因計算時無法排除是否重複計算，無法確定多少隻，而以隻次計算）。

復育優劣 一體兩面

台灣最早的螢火蟲紀錄來自 1911 年學者 Olivier 與 Pic 的觀察，當時發現台灣總共有 21 種不同的螢火蟲； 1930 年代，日本學者在台灣的調查，讓螢火蟲種類上升到三十多種；1990 年代以後，螢火蟲調查進入活躍期，光是目前知道的種類就有七十幾種，分布區域遍布全台。

楊平世說，如果這次計畫能成功，未來勢必會有更多人想加入復育行列，但復育帶來的優劣其實一體兩面，需要對當地生態情況有所掌握，才不會讓原本的好事一樁不小心反而成為當地生態問題。

參考資料

• 「火金姑來吃茶－台灣螢火蟲之研究、利用與保育」 國立臺灣大學昆蟲學系楊平世教授演講紀實
• 行政院農業委員會夜間及休閒昆蟲主題館，黃緣螢介紹頁面。

本文由海洋保育署廣告企劃，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 作者：採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地，但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題，珊瑚的生存不斷受到壓迫，珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚，由海科館陳麗淑博士帶領的團隊從澳洲引進「珊瑚觀測」，用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對，就能評估該珊瑚的健康狀況。此外，海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣，讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

海中有著形形色色的生物，如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的，肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了！許多人常會誤認珊瑚是一種植物，但牠其實是不折不扣的動物。事實上，珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲（coral polyps）所形成的群體。目前全世界共有超過 800 多種的珊瑚，而由珊瑚組成的珊瑚礁（coral reef）更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢，且十分脆弱，近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題，造成珊瑚的生存出現危機。因此，保護珊瑚人人有責，但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢？本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館（以下簡稱海科館）的研究員陳麗淑博士，看看有哪些保護珊瑚的方式，以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測（coral watch）方法吧！

珊瑚遇到了什麼危機？

關於珊瑚，我們最常聽到的是「珊瑚白化」（coral bleaching）。但珊瑚白化代表什麼？又是什麼造成了珊瑚白化呢？

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感，一般來說，對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23～28℃，而生存的極限溫度範圍則為 18～32℃，若超過這個溫度區間，對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示，一但海水溫度超過 32℃，珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化，各種珊瑚因生長速度不同，白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說，生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化，而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的？其實珊瑚白化詳細原因，是因為當環境溫度出現劇烈變化時，珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源，因此在珊瑚內部的共生藻數量多時，顏色就會飽滿鮮豔，而當共生藻離開珊瑚後，珊瑚的顏色便會越變越淡，最後白化，若後續沒有適當保護與處置，珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的，只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度，珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣，恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象，陳麗淑表示，珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季，甚至在去（2020）年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象，由於當時的海水溫度偏高，且維持時間較長，使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是，根據調查，今（2021）年還未發生大規模的珊瑚白化，且時節已進入秋季，海水溫度下降，至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過，陳麗淑也語重心長地提醒：「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是，若海水溫度升高頻繁，將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此，我們必須想辦法保護珊瑚。

一般人該怎麼保護珊瑚？平易近人的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說，並不是所有人都具備珊瑚的相關知識，對此，陳麗淑一直在思考該用什麼方法，才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢？在公民科學領域中，有個名為「珊瑚礁體檢」（reef check）的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高，需要先經過一定時數的課程訓練，且所費不貲，因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上，珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣，但當時並未受到大量關注。直到 2018 年，陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式，發現其背後的科學大有學問，也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片，上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示，這些色調涵蓋了約 70～80％ 的珊瑚種類，即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚，但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單，任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁，將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域，則建議觀測時攜帶光源，以避免色差造成的誤判。前文有提到，珊瑚的顏色代表其內部共生藻的數量，當共生藻數量越多，珊瑚顏色越深，也就代表越健康；反之，若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

陳麗淑說明，珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學（The University of Queensland）學者馬歇爾（Justin Marshall）等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗，觀察在各溫度區段中，不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量，並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後，馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示，這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後，許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高，能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

※珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫，將珊瑚的顏色變化標準化後，製作成珊瑚健康色卡，提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康，並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據，支持珊瑚礁監測工作。

另外，珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作，包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中，讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境？

雖然保育珊瑚是許多人的共識，但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動，當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上，若沒有人為協助清理，則非常有可能造成珊瑚死亡。

陳麗淑舉例說明，由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病（COVID-19）的本土疫情，位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現，因為沒人下水協助清理海洋垃圾，許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除，發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象，這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此，陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論，若保育區都沒有人進入可能並不是件好事，尤其當海洋汙染嚴重，垃圾很多的情況下，還是必須定期有人去協助清理。因此，保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢？陳麗淑表示，如果你是一個會下水觀測的人，使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備，只要準備珊瑚觀測的卡片，攜帶相機與光源，就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客，反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚，因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署（以下簡稱海保署）為推廣友善珊瑚礁生態旅遊，提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」，包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水，在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說，在我們常用的防曬乳中，多數含有可能傷害珊瑚的成份，因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外，由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類，讓珊瑚順利生長，我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的，是希望大家一起落實節能減碳，全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一，若減碳能從個人做起，也是保育珊瑚的積極作為。

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外，海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示，海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測，還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面，海科館內也有養殖珊瑚，研究人員會把這些珊瑚移植到野外，或是使用不同的材質，測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法，協助加速珊瑚的生長。

在教育方面，去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位，共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中，包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此，海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學，除了教導珊瑚的知識，以及倡導珊瑚保育外，讓小朋友們藉由織毛線的方式，訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題，也讓小朋友在織毛線的過程中，思考珊瑚對於生態的重要性，從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後，舉辦「陸上造礁——針織珊瑚計畫特展」。

此外，海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事：珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書，並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」，整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示，透過這些教材與教案的持續推廣，希望能讓更多人利用這些資源，一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫，建立珊瑚監測與保育示範點，以及珊瑚監測交流網絡，選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底，澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態，但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退，可見除了受到全球暖化影響，不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外，海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作，針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育，增加棲地多樣性。截至今年 9 月底，珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺，其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占（Lethrinus nebulosus）、鸚哥魚（Scaridae）、隆頭魚（Labridae）等也逐漸聚集在移植區域，豐富當地生態。

此外，有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作，海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室，除了作為各單位資料蒐集整合中心，提供數據科學家分析資料外，還能進一步轉化為資訊呈現給大眾，使珊瑚礁相關專家學者、單位，以及一般民眾等，都可藉由此互相交流，同時兼具諮詢、推廣功能，協助提供珊瑚保（復）育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析，了解水質狀態，以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與，海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」，支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植，希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略，發揮社會影響力，促進在地參與珊瑚保育及復育作業，並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面，再到行動面，海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松！為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧！