科學月刊2019-5月號 593期-伴．毛小孩

593 2019 05 月號

伴 ‧毛小孩 跟隨左右的牠， 將「我」變成「我們」。 無論是玫瑰或狐狸， 最親愛的你， 將是牠眼中的唯一……

NT$249

焦點評論

專欄文章

跨越百年後的「賽先生」

千元鈔票背後的謎樣植物

ISSN :0250-331X

人物 與海洋、珊瑚為伍 專訪 海生館館長陳啟祥

05

9

770250

331001

Contents

0 p 36

1 p 38

2 p 42

2019 MAY

593

Cover Story 人類×寵物

喵星人，你從哪裡來？─ 寵物的馴化與遺傳 寒波

汪星人，別害怕─ 談犬貓的聲音恐懼症 王儷蒨

3 p 46

4 p 50

是馴服還是陪伴？─ 人類、寵物的相互心理學 邱珍琬

愛與生命教育的串聯─ DOOOG & 牠牠 李依庭

Vol.50 No. 5

1

Contents-2

填問卷．拿新書

4 顯影

只 要 於 2019 年 5 月 31 日 前 完

非關科學

整回答讀者問卷調查內容請至

8 未來竟是一場夢一預知夢預測的是未來，還是自己？／郭家銘

bit.ly/2KRjLKG 填寫，或掃描 QR code，就有機會獲得臉譜出版的

News Focus

新書《共病時代》。數量有限，

10 大腦裡的關鍵開關 可望一解神經退化疾病機轉／

敬請把握！獲獎名單將於 2019

長大以後時間過得更快？原來是生理變化在搞鬼！

年 6 月 5 日前公布在科學月刊臉

11 氮氣合成技術新突破／遺傳變異恐使愛滋治療藥物失效

書與部落格上。資料煩請詳實填

12 大滅絕的真相 原來是火山惹的禍／麥擱呷啦！重度吸菸也會影響視力

寫，以便贈書寄送。

13 風言風語風吹沙 隨風飄盪的塑膠微粒／天文奇觀 黑洞真面目問世 思辨之評

14 賽先生的百年回眸／黃相輔 16 進化中的腦圖譜／李志昌 專 欄

18 數不勝數：語言、文法與掠奪性期刊／游森棚 20 格物致知：從細胞到鳥群—這個流體和你想的不一樣／陳宣毅 24 生生不息：千元鈔票上的因緣際會—塔塔加薊／張之毅 28 淺移默化：唐圓宋扁— 從木材科學定年看古代樂器的傳承與收藏／蔡文潔、戴桓青 32 物換星移：水能載舟，如何才能不覆舟？ 從海浪的行為談海嘯預警系統／吳祚任、郭家銘

bit.ly/2KRjLKG

精選文章

56 我不是老鼠啦！從牙齒看錢鼠／蕭裕源 60 新世代 5G 傳輸技術—大規模 MIMO 系統與波束合成技術／蔡作敏 64 物種的板塊運動 擠出多元的基因新大陸／許家偉 專 訪

70 與珊瑚共生的研究之路—海生館館長陳啟祥專訪／陳其暐 追憶年華

74 飛越半世紀的天文探索之旅 ／葉永烜、潘康嫻、葉庭碩 《科學月刊》勘誤

Live 科學

76 指尖下的世界竄流—淺談觸控技術／謝育哲 書 摘

78 《共病時代》

2

SCIENCE MONTHLY 2019.5

《科學月刊》592 期第 55 頁圖四來源更

正為「作者提供」；第 61 頁李祖源更正 為「李祖原」。

以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上

台北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長：劉源俊 董 事：王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書：李金穗 出版者：科學月刊社

生命的優雅 上（2019 年 4）月日本東京大學的入學典禮上，上野千鶴子名譽教授發表一場發 人省思的致詞，從女性入學的劣勢、社會加諸的女性價值到女權主義的孕育，闡 述現今社會的不完美平等。

理事會 理事長：曾耀寰 理 事：曲建仲 邱韻如 林翰佐

在演講的最後，她更提醒在懷抱「努力就能獲得回報」這份信念的同時，是因受

紀延平 張敏娟 程一駿

惠周圍環境的激勵、扶持，不全是自身努力就能得到的必然成果。因為，在這個

蔡孟利 蔡政修 執行總監：趙軒翎

世界上，也存在著即使努力也無法獲得回報、想努力也無法努力、因為太過努力 而使身心受到摧殘或在開始努力之前就遭到打擊的人。

編輯部 總編輯：林翰佐

如同偉人傳記中所撰寫的永遠是成功的事蹟、功成身就才得以勝利者之姿站在臺

副總編輯：陳妙嫻 趙軒翎 蔡政修

上的講者，卻鮮少有人發現或在意，那些繾綣角落、乏人問津的失敗者。所以，

編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌

上野教授希望幸運擁有這份「努力就能獲得回報」的勝者，能幫助那些沒有受惠

李精益 林秀玉 林宮玄

的人，而不是貶低或打壓，讓較弱勢的人能夠以弱者的身份受到尊重。

黃正球 黃相輔 周鑑恆 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟 陳彥榮 陳鎮東 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 單維彰 楊正澤 葉李華 廖達珊

人類與寵物的關係，也如同強者與弱者，寵物所需的供給被動仰賴飼主的餵養， 然而飼主卻可能因為各種理由將之遺棄。在《為了這條街的生命》中，動物愛護 中心負責捕捉、收容街道上的流浪貓狗，而這些遭遺棄的動物，則成政客口中為 守護市民生活安全、打造極樂之城下的犧牲品。縱使弱肉強食是自然界的生存法

管永恕 劉宗平 鄭宇君

則，不過，擁有最高智慧的人類，真有如此生殺大權嗎？流浪貓狗的梳理與訓練、

鄭運鴻 蔡兆陽 蔡孟利

舉辦領養會與飼育講座，將工作重心從撲殺轉變成領養，是影片最後「看似美好」

蔡振家 蘇逸平 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋

的結局。

編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 孫維新 張 復 張勝祺 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮

無獨有偶，現今臺灣也有以「零棄養」為目標努力的新創事業，嘗試翻轉牠們弱 勢角色之餘，也不忘從教育著手。縱使這條路看似艱辛漫長，不過，筆者相信貓 狗無法幸福生活的地方，對人類而言也不會是幸福所在，更深信人類如何對待寵 物，也將取決於如何看待社會上的人權、性別平等議題。

蘇益仁 蘇振隆 主 編：李依庭 編 輯：郭家銘 謝育哲 美術編輯：黃琳琇

（編輯部） 業務部 經 理：李金穗 業務助理：廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷：赫偉有限公司

本期為第五十卷第五期 第 593 期 發行於 2019 年 5 月

地址：10646 台北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

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Vol.50 No. 5

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川西鼠兔

Lv 5

口 阿 ! 野生的

川西鼠兔出來了 !

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

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在陰暗處休息的川西鼠兔。

Vol.50 No. 54

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臉部看起來還更像兔子。

川西鼠兔 Ochotona gloveri brookei 圖／文 游崇

川西鼠兔青海亞種棲息在岩壁碎石環境，主食為草本植物或其根系，利用石 頭空隙挖巢躲藏，肥肥短短的身體加上大耳朵與大眼睛，活脫脫就像卡通裡 面跑出來的可愛動物！ 雖然外表毫無疑問是可愛系，但其實牠們是相當強壯的一物種。川西鼠兔棲 息的海拔高度大約介於 3500~4200 公尺高，能在如此高海拔棲息的動物們都 有十分出色的生存能力。 鼠兔的英文俗名是 Pika，川西鼠兔則為 Glover's Pika。因此，除了外觀相似， 從名字看起來似乎也暗示精靈寶可夢（Pokémon）中的皮卡丘（Pikachu，ピ カチュウ）可能真的是從這些物種發想而來？由此看來，人們的創意靈感最 終還是來自大自然這個寶庫呀！

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

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在岩石夾縫間觀察環境。

4 身體比例圓短的川西鼠兔。

川西鼠兔對攝影者並不會感到特別害怕。

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川西鼠兔洗臉的動作，非常可愛！

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非關

科學

未來竟是一場夢－ 預知夢預測的是未來，還是自己？ 郭家銘

突然想起曾經夢到自己在寫這篇文章，本刊編輯。

從夢裡放眼未來的可能 相信讀者或多或少都有這種經驗──夜 裡所做的夢在未來某一天被發生時， 雙手一拍地驚呼著：「我的老天鵝啊， 這不會就是所謂的預知夢（prophetic dreams）吧？」從科學的角度來看， 夢這種東西向來都有驗證上的困難， 客觀而言很難說預知夢的預測為真。 筆者相信，若非發生在心理學與意識 科學蓬勃發展的近代，這個名詞對許 多人而言，可能還比較像是江湖術士 的行騙手段，畢竟，神秘的事總是特 別令人著迷嘛。 說到作夢，大家一定都看過佛洛伊德的 《夢的解析》（Die Traumdeutung）， 但其實在更久以前，夢境的內容就已 被視為來自神的訊息，也有人說那是 一種超自然的力量。如古埃及法老王 圖特摩斯四世（Pharaoh Thothmes IV） 夢到太陽王告訴他要好好保護人面獅 身像史芬克斯（Sphinx）、《聖經》 裡雅各（Jacob）夢見的天堂與梯子， 其事後的記錄顯然對一些人而言具有 啟示意味。看起來，人們普遍用一種 非常隆重而神聖的態度看待夢境的內 容，然而，稍有一點科學家精神的朋 友想必會發現，這些故事與銘文並沒 有為夢境與未來事實間的連結提供證 據。冷靜想想，還真的是這樣。 若要在一本科普雜誌裡討論這橫豎摸 不著邊際的故事，恐有幫神棍打廣告

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

之嫌。不過，既然這種跟你我實在沒 什麼關係的小事都能傳上千年之久， 想必人類仍試圖要從中破譯出某些有 用的資訊。這事很值得鼓勵的，至少 對筆者而言，又多了一些可以拿來破 冰解悶的話題。

超脫凡俗的心靈…… 施主您不是認真的吧？ 現代社會把預知夢看作一種心靈能力 （psychic abilities），而且似乎被熱烈 地討論著；有些網站提供閱聽眾記錄 夢境與未來事件的平台，當中也不乏 教大家如何確切分辨其為預知夢的方 法。不僅如此，也有許多研究者在這 個圈圈裡，一邊尋找各種支持與反對 的關鍵證據，一面嘗試理解這個現象。 知名期刊 Science 於 90 年代曾有一研 究指出，超自然信念的證據只不過是 統計學上的謬誤。此研究的作者之一 奧里瓦斯托（Dominic Olivastro）曾表 示，「概率錯覺（probability illusion）」 的產生，使預知夢發生的概率可能早 已被扭曲，導致該領域的研究怎麼看 都像是一門偽科學（pseudoscience）。 整個研究的演進，也不乏為預知夢重 新定位的說法，如心靈研究者李切特 （Charles Richet）曾於《神秘學與超心 理大百科》（Encyclopedia of Occultism and Parapsychology）一書提到，預知

夢的發生必定有 2 個前提：被發生的 事實需獨立於做夢的人之外，且事實的 宣稱無法被歸咎於這個人太聰明、或 只是概率問題。然而，對預知夢持反 對態度的學者則認為，這項能力比較 像是「選擇性記憶」與「巧合」的結果。 既然講不明白，那還有什麼好研究的 呢？或許，正是因為歷史記載的預知 夢數量實在太過龐大，人們對於這事 的真假定奪仍放不下心，便有了更後 續的研究產生。

情報局特工真有神力？ 有「夢境探子（dream detective）」之 稱的羅賓森（Christopher Robinson）， 曾於英國蘇格蘭場（Scotland Yard）與 情報局擔任臥底特工，傳聞他能在夢 裡預見自然災害、恐怖攻擊或犯罪事 件的發生。有學者曾針對羅賓森的夢 境內容進行實驗，然而第一次研究投 稿就被超心理學（parapsychology）期 刊給駁回，他們認為這些數據並不精 確，基本上可以用知覺促發（perceptual priming）與選擇性注意力來加以解釋。 這個案例引起史瓦茨（Gary Schwartz） 博士的注意，因此他們決定於美國亞 利桑那州進行一項新實驗。在羅賓森 抵達亞利桑那州以前，實驗者甲從該 州選出 20 處，將地名寫下後裝入信封 內彌封並寄給位在加州的實驗者乙與 丙（在此之前，羅賓森與甲並不知曉

非關

科學

（Flicker-Kevin Dooley, https://flic.kr/p/qCRT8T）

兩人的身份）。羅賓森的任務，是要 將連續 10 個晚上的夢境內容記錄下 來，再由實驗者考證其所記錄的地點 與事件是否相匹配，看來這些任務設 計，的確有意避免心理因素的干擾。 不過這個實驗仍存在一些問題。首先， 羅賓森是夢境的擁有者與經驗者，實 驗者每晚造訪查看夢境內容期間，他 們的對話是否使其知覺被促發進而改 變記錄內容？其二，羅賓森的夢境內 容對他個人而言，可能是一些需要破 譯的象徵，在意義上來說也未必與實 驗有關。很顯然，在提供經驗證據的 同時，當實驗者從訪談中得知要尋找 的標的為何時，其實也產生了心理學 上的確認偏差（confirmation bias）── 僅選擇搜集有利於實驗的資訊，忽略 其他可能產生矛盾的地方。

預測未來與事後諸葛的 –––––– 分隔線 –––––– 除此之外，夢境被「實現」這回事， 也讓許多科學家議論紛紛。根據卡爾 維 羅（Dustin Calvillo）於 2013 年 的 研究報告指出，該現象是一種與預測 結果有關記憶及傾向，這樣的後見之 明（hindsight bias）可以解釋為何人

們相信他們的夢能解釋未來的事件， 大概跟強者我朋友常說「我早就知道 了，只是不想講而已」的態度有 87 分 像。而卡爾維羅也提到，預知夢發生 的必然性（inevitability）、可預見性 （foreseeability）及記憶扭曲（memory distortions）等特質，也往往是形成後 見之明的原因。 從這項研究來看，這些夢的發生可以 推測出一種可能：在災難性或創傷性 事件發生後，人們可能試圖從記憶中 擷取部分內容，並聲稱他們能夠預知 某些事件的發展，這聽起來比較像是 某種預感。更別說在夢境之後，人們 通常很難記得所有夢境的內容，因此 這種把夢境與未來事件做連結的說 法，其實還是有待商榷的。 與過去的記憶及自身感受相反，預知夢 也有可能是一種展望。早在十幾年前， 就有實驗於自然實驗條件下發現，預 知夢是一種「自我實現的預言（he selffulfilling prophecy）」與「讓事件成真 的信念」，這很有可能是人為直接或間 接影響的結果。好比說，小時候夢想著 能成為科學家（或某類型的社會菁英） 並逐步地實踐這個夢想，或是某人心裡 強烈的負面感受可能導致夢見自己被 粗暴對待。當事情真的發生時，他們就

可以聲稱自己有預知能力，那只不過 是因為他們早已對於未來的事件發展 有某種傾向，並期待看到特定的結果， 從而改變了自己的行為。

夢，還沒醒…… 其實與夢境有關的還有很多，本文僅 針對一些心理學的過往研究，歸納出 預知夢可能的本質。人們從作夢、回 想到對應未來事件，都有很高的主觀 意識參與其中，如何才能客觀地驗證 這些內容呢？除了期待更具突破性的 科學方法與實驗設計，或許科學家能 嘗試「以夢解夢」，哪天說不定就夢到 答案了（咦？）。

延伸閱讀

1. Gary Schwartz, Exploratory blinded field experiment evaluating purported precognitive dreams in a highly skilled subject: Possible spiritual mediation, The Journal of Spirituality and Paranormal Studies, Vol. 34 (1): 3-20, 2011.

2. Dustin Calvillo, Rapid recollection of foresight judgments increase hindsight bias in memory design, Journal of Experimental Psychology. Learning Memory & Cognition, Vol. 39 (3): 959-964, 2013.

（Flickr-Erik, https://flic.kr/p/oLsGtF） Vol.50 No. 5

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NEWS FOCUS

大滅絕的真相 原來是火山惹的禍 在地球的歷史上，曾發生過 5 次的大型滅 絕事件，其中在 2.52 億年前，界於二疊紀

（Permian）與三疊紀（Triassic）之間，一 場稱為「大死亡（The Great Dying）」的嚴 重滅絕事件，造成全球超過 95％的生物 死亡。一直以來，各界對於這場事件的始 末爭議不斷。而在近日，由美國辛辛那提 大學（University

of Cincinnati）與武漢的

中國地質大學的共同研究團隊發布在《自 然通訊》（Nature

（Pexels）

Communications）的

研究指出，這場滅絕為火山噴發所導致。

指標。團隊在全球多處的地質紀錄中，發

而發生的地點，則位於俄羅斯中部一個名

現極高的汞含量，便證明火山爆發是這場

為西伯利亞暗色岩（Siberian

災難的罪魁禍首。

Traps）的火

山系統中。

這場災難維持數十萬年之久，火山噴發

研究團隊表示，火山噴發的過程，會排放

時，大量的煤炭同時被點燃，其中釋放出

出火山氣體與燃燒過後的有機物，並釋放

的溫室氣體造成全球平均溫度上升達 10℃

出大量的汞到地球表面。而這些汞成分，

左右，造成難以挽回的災難。研究人員表

是目前科學家用於鑑定相關地質研究的新

示，當時火山的碳排放與現今的狀況類

似。甚至有學者指出，溫室氣體排放的情 況讓地球可能面臨另一次大滅絕的危機， 人類勢必要以過往的歷史作為借鏡，並 努力降低對於地球環境的傷害，避免類似 的悲劇再次發生。過去是因自然災害所造 成，但這次的命運則是掌握在人類手中。 Jun Shen et al., Evidence for a prolonged Permian– Triassic extinction interval from global marine mercury records, Nature Communications, 2019.

麥擱呷啦！重度吸菸也會影響視力 老菸槍與重度吸菸者注意了，吸菸不只會 傷害肺部引起相關慢性疾病，根據近期美 國羅格斯大學（Rutgers University）的研究

生中吸食少於 15 支的香菸；另外則有 63

名每天抽超過 20 支菸的受試者，並被診 斷出有成癮的現象，且他們也從來沒試圖

人員發布於《精神病學研究》（Psychiatry

戒菸。

Research）的最新研究指出，一天抽超過 一包，約 20 根以上的香菸將有可能影響

研究過程中，受試者被要求辨識顯示器中

視力，造成眼睛對於色彩與對比度的辨別

辨別顏色與對比度的能力下降許多。團隊

能力下降。 眾所皆知，香菸當中有許多可能危害人體 的化合物成分，其中有些涉及大腦內額葉 等區域的傷害，後續會造成視覺能力的衰 退。研究人員表示，過去的研究指出， 長期吸菸會造成黃斑部病變的風險增加一

的對比度與顏色。結果顯示，吸菸者對於 表示，香菸中的尼古丁成分會損壞體內的 血管系統及視網膜中的血管與神經元。 簡而言之，吸菸不但傷身，更可能會影響 雙眼的視力。如果可以的話，還是建議少 抽或是戒菸，畢竟健康無價。

倍，甚至導致水晶體變黃及發炎。 新研究中，團隊找來的受試者介於 25~45 （Pexels）

歲，並全部通過正常的視力檢查測驗，其 中包括 71 名健康的受試者，這些人在一

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

Thiago P. Fernandes et al., Visual impairments in tobacco use disorder, Psychiatry Research, 2018.

NEWS FOCUS

風言風語風吹沙 隨風飄盪的塑膠微粒 塑膠微粒問題於近年來已成為不可忽視的

間檢驗該區域的空氣樣本。根據數據顯

環境議題。一般而言，塑膠微粒的污染會

示，一天當中每平方公尺平均約有 365 顆

透過自來水、河川及海洋等媒介進行傳

塑膠微粒沉積於該地，研究人員表示，這

播。但近期一項來自法國卡斯塔內托洛桑

項微粒濃度的數據結果與法國巴黎都會區

（Castanet-Tolosan）的研究團隊發表於

《自然地球科學》（Nature Geoscience） 的研究指出，塑膠微粒也可能透過風力等 空氣傳遞，汙染都市外的其他地區。 研究指出，源起於都市的塑膠微粒在經由 風力的吹拂下，遠在 95 公里外的偏遠山 區依舊可以發現這些微粒的蹤跡。研究人 員表示，這是第一次證實塑膠微粒能透過 空氣進行遠距離傳播。而另一項更驚人的 事實是，這些偏遠地區的塑膠微粒濃度不

相似。其中大部分微粒的成分為聚苯乙烯 （Polystyrene, PS），多為包裝品材料等。 目前對於這些塑膠微粒的來源尚不清楚， 研究團隊表示，庇里牛斯山周遭並無人口 稠密的工業化區域，這些微粒可能源自於 更遠的地方。研究團隊後續將計畫更大範 圍的研究，於其他偏遠地區收集更多相關 塑膠微粒的數據及樣本，找出塑膠微粒的 汙染狀況。

亞於都市。 為了找出確切的汙染數據，研究團隊於法 （Pexels）

國與西班牙邊境的庇里牛斯山脈中設置感 測裝置，並於 2017 年 11 月至 2018 年 3 月

S. Allen et al., Atmospheric transport and deposition of microplastics in a remote mountain catchment, Nature Geoscience, 2019.

天文奇觀 黑洞真面目問世 在宇宙所有的天體之中，沒有任何一種比 黑洞更令人感到目眩神迷、高深莫測。在

遠鏡，觀看遠在 5350 萬光年

科學上代表 3 項意義：第一

外的 M87 星系中心：一顆

是人類終於有機會親眼

百年之前，由愛因斯坦提出的廣義相對

質量為太陽 65 億倍的黑

論，預測了這超乎一般人想像的天體存

洞。科學家指出，而其

第二是人類獲得了探

在。如今，在包含臺灣中研院在內的各地

觀測的難度，猶如在

索極限條件下重力

科研團隊共同努力之下，人類終於揭開了

地球上拍攝一顆放置

的新工具；最後則

黑洞的神秘面紗。

於月球上的甜甜圈。

是這項觀測成為研

各地研究團隊自 2017 年起，利用事件視

但黑洞本身並不發光，

對 M87 星系進行觀察，終於在今（2019）

噬其中，那為何有辦法能

甚至能將所有的光線吞

年 4 月 10 日向全球公布這張照片。EHT 是

夠「拍」到黑洞的照片呢？

一項以觀測超大質量黑洞為目標的計畫， 其透過特長基線干涉測量法（Very-long-

baseline interferometry, VLBI），將全球 各洲的無線電天文望遠鏡，同時協調與觀 測同一目標並記錄相關數據，簡單來說，

VLBI 形成出一個直徑與地球相當的天文望

究黑洞等天文物理 的先鋒。 ion ）

界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）

目睹黑洞實際樣貌；

rat bo a l The l Co Even t Horizon Telescope 事實上，被黑洞吸入的物質，會 （

以極高的速度衝入黑洞之中，形成溫度極 高的吸積盤，在墜入黑洞前釋放大量的輻 射。而 EHT 所捕捉的照片，即黑洞邊界所 發出的光線。 中研院研究員淺田圭一表示，此次觀測在

Event Horizon Telescope Collaboration et al., First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole, ApJL, 2019.

Vol.50 No. 5

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專欄文章

千元鈔票上的因緣際會── 塔塔加薊 張之毅 中興大學森林學系博士生，高中到 博士都是森林系（科）的野孩子。

什麼是薊屬植物？

植物最引人

說到薊屬（Cirsium Mill.）這個植物，大家第一個聯想

注目的特徵

到的很有可能是，那些長在路邊常常成群結隊開著紫色

可以說是它

小花的紫花藿香薊（Ageratum houstonianum Mill.，

那整株全副

圖一）。雖然名字中一樣有個「薊」字，也同樣是菊科

武裝的刺了。

（Asteraceae）植物，但其是藿香薊屬（Ageratum L.）

喜歡登高山的人對這群植物一定不陌生，在山徑上喘息

的植物，並不是本文要討論的薊屬植物。此外，薊屬植

時隨便往路邊一坐，就有可能直接坐在這叢「刺牙牙的

物有個很常見的別名叫做雞角刺，如果輸入雞角刺請教

蓮座」上，那經驗保證非常難忘。雖然有人統稱這群植

Google 大神，隨便也有上萬筆資料，內容不外乎圍繞著

物為雞角刺，但是薊屬植物在臺灣可是有著非常高的多

它那神奇的藥效。先姑且不談論它藥效的真實性，薊屬

樣性，從高山到海邊有 10 多種不同的種類，如果沒有仔

圖二：生活中再 熟悉不過的 1000 元大鈔，猜猜看 薊屬植物在哪裡 ？（By Central Ba

nk of the Republic of China (Taiwan)-A ttribution, Wikime dia）

細研究與辨認，很有可能發生吃錯藥的窘境。撇開那些 神奇療效，薊屬植物肯定也是人們最常見到的植物之一， 民眾日常使用的新臺幣 1000 元大鈔，就為薊屬植物留了 一個重要的位置（圖二），鈔票中那葉片呈現放射狀的奇 特形態，可能第一次見到還覺得比較像美麗的雪花。而 有幸能夠登上鈔票的植物當然是非常能夠代表臺灣的植 物，接下來就讓我們好好認識它。

鈔票上薊屬植物的真實身分 關 於 鈔 票 上 的 薊 屬 植 物， 一 樣 請 教 Google 大 神， 馬 上就可以查到原來它是玉山薊（Cirsium kawakamii

Hayata），然而這個答案可以說是、也可以說不是。原因 為在還沒有人研究之前，這個植物的形態與玉山薊最為 圖一：紫花霍香薊，雖然名字有個薊字，但與薊屬植物沒關聯。（張之毅攝影）

24

SCIENCE MONTHLY 2019.5

接近（圖三）。但是經過筆者與研究團隊歷時 5 年多的研

生生不息

圖三：玉山薊。（張之毅攝影）

圖四：阿里山薊。（張之毅攝影）

圖五：玉山薊的全模式標本。（張之 毅攝影）

究，發現其與原本認為的玉山薊並不一樣，而是一個全新

臺灣其他同屬的親戚很不一樣，例如阿里山薊（Cirsium

的物種──塔塔加薊（Cirsium tatakaense Y.H.Tseng &

arisanense，圖四）；頭狀花序盛開時下垂，白色的花，

C.Y. Chang）。等等，這也太複雜了吧 ! 在玉山看到的薊

加上花序基部也長滿像許多牙籤一樣長長的刺狀總苞片，

居然不是玉山薊？

可說是長得非常有特色。

這裡，就先從真正的玉山薊開始認識起，從圖三中可以看

而玉山薊這個名稱是由一位為臺灣植物學研究奉獻一生的

到玉山薊跟其他薊屬植物一樣整株都帶刺，但玉山薊植

日籍學者──早田文藏（Hayata Bunzō）於 1911 年命名，

株非常高大，而且有著大得誇張的葉子，再仔細一看其

而 學 名 中 的 Cirsium 字 根 為 薊 屬 的 學 名，kawakamii

葉子的裂片缺刻成方框狀，這個特徵使這群薊屬植物與

則是為了紀念這份標本的採集者川上瀧彌（Kawakami

Takiya），所以，玉山薊又有個別名叫 「川上氏薊」。

此外，在為新植物物種命名時，會附 上一描述其形態特徵時所依據的標本， 叫做模式標本（holotype），這份標本 就是此學名命名的基礎，甚至可以說 是此名字的第一份標本，其實感覺也 挺浪漫的。仔細檢視玉山薊的模式標 本（圖五），可以發現他葉子寬闊的裂 片，與具有長刺的總苞片，與上面提 及的形態相符合。

圖六：塔塔加薊。（張之毅攝影）

然而，現在生長在塔塔加一帶的塔塔

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25

專欄文章

水能載舟，如何才能不覆舟？

從海浪的行為 談海嘯預警系統

口述／吳祚任 中央大學水文與海洋科學研究所副教授。 撰稿／郭家銘 本刊編輯。

海港可不只是出入口

失去它防衛的作用，且臺灣的港口普遍蓋在地形平緩處，

颱風在臺灣可說是家常便飯，氣候因素使得風浪變大，

海嘯也更容易上岸……

因此漁船需進到港內才不會因持續晃動與碰撞造成損壞。 人們往往以「避風港」相稱，卻不知道設置海港其實是

從波與浪的行為構築海嘯科學

要避浪用的（圖一）。

老掉牙但還是要講：關於波 在解決這個問題前，可以先認識一下海嘯的本質。直觀

不過當對手從颱風代換成其他天然狀況時，海港就不真

來看，海嘯比一般海浪來得大，但水波「行為」的不同

的那麼安全了，例如海嘯。海嘯的日文為「津波」，其

才是造成海嘯具毀滅性衝擊的關鍵。在深海，海嘯的浪

中的「津」指的就是海港；而津波二字也意味著，當海

高僅約 1 公尺，週期為 30 分鐘，這種花 15 分鐘上升 1

嘯來臨時，最有浪的地方就是海港！對近海漁船而言，

公尺、再花同樣的時間退下來的海波，置身其中的船隻

遇到這種情況的最佳解決方案是往外海移動，回港只會

想必處在非常舒適的狀態。

是更危險的選擇。 有趣的問題是，假設某人穿戴救生圈在一深海水域戲水， 一般來說，消除波浪的方法是找到一個「大個子」阻擋

其波浪可被理想化為一正弦波（sine wave），當海浪襲

它前進，這也是為什麼海堤常設的帶狀消波塊（圖二），

來時，他會如何移動呢？答案是原地上下擺盪。這種「傳

其陳設寬度絕對都比海浪的波長要長的原因。然而，海

能量不傳質量、質點不會移動」的特性，與光波的傳遞

嘯的波長比一般海浪又更長，這段距離無法輕易地阻擋

很類似。試想，人們可以看到強光照射，但並不會被光

掉；當波長長度突破提防設計的上限，這個「城牆」就

所推動；反之，若今天傳過來是石頭之類的物體，那就

圖一：除了避風，港口最重要的作用就是避浪。（Flickr-Guiaullme Richer, https://flic.kr/p/9eFiDs）

32

SCIENCE MONTHLY 2019.5

物換星移

圖二：臺灣比西里岸部落附近的消坡塊。（Flickr-Liao Zi, https://flic.kr/p/uNTN2b）

會變成傳能也傳質的狀況了。 浪與潮的分野 外海的波浪可比作正弦波，但近岸的浪就不是這麼回事 了。原因在於，海浪抵達岸邊的這段時間，由於海的深度 變淺，導致水分子向下運動的空間產生變化；當水分子行 經淺水處，會產生多餘的力量向上推擠，造成浮出海面的 浪被推得更高並逐漸形成「捲浪（roller wave，圖三）」， 這種海浪崩塌後的行為在海嘯科學裡稱為湧潮（bore）。

圖三：捲浪示意圖。（Flickr-Les Chatfield, https://flic.kr/p/5VZSZK）

湧潮與波浪不同，它具備推行能力（即傳能也傳質），而

以 c= √ gh 表示，其中 c 為波傳速度，g 為重力加速度，h

海嘯即將上岸時，其高度會越疊越高；當高度到達一程度

為水深。從這裡可以看到，無論多高、多大的海嘯，其傳

後便會向下掉落，此稱「臨界破碎點」。在破碎點前，海

遞的速度都無關乎高度與波長等因素，只跟水深有關。

嘯的本質是波浪，跨越這個點以後，就是湧潮了，這也是 為何海嘯來臨前漁船必須出港迎接海嘯的原因只要在破碎

在深海，假設 g 是 10 公尺∕秒平方，水深為 4000 公尺，

點發生前衝過去，船隻的處境就相對安全（圖四）。

海嘯波長速度為√ 40000= 每秒 200 公尺（約每小時 720 公里），類似於噴射機的速度。另外，讀者應該也聽過「長

後浪為何推前浪？

江後浪推前浪」這說法，c= √ gh 同時也能印證近岸海浪

除了能量傳遞外，讀者也許會好奇：高的海嘯跟低的海嘯，

「後浪推前浪」的特質。最後前浪到達臨界點崩落，就

誰跑得比較快？海嘯的波傳速度（即能量傳遞的速度）可

一起「死在沙灘上」啦！

圖四：海水堆疊到一定的高度便會崩落，也因此船隻通常須搶在破碎點出現前出海。（Flickr-Paul van de Velde, https://flic.kr/p/Pnhc97）

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人類×寵物

36

SCIENCE MONTHLY 2019.5

地球上， 數以萬計的物種中， 貓和狗， 為人類最親近的生物。 是人類馴養牠們？ 還是牠們仰賴人類？ 抑或是， 其實我們彼此需要？

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是馴服還是陪伴？─ 人類、寵物的相互心理學 物開始，到近幾十年來除了貓、狗之

人類在面對可愛、溫馴的寵物時，會

曾任國高中教師，目前服

外的其他動物也慢慢成為家庭寵物之

想要去撫摸、保護牠們，發揮「利他

務於屏東大學教育心理與

後，為動物權發聲的也愈來愈多，不

（有助於他人）」的能力。而當情緒

只是基於維護人權的延伸，同時也看

躁動或幼小兒童伸手去撫摸寵物時，

見寵物對於人類的偉大貢獻。

他們的情緒能得以舒緩、甚至快樂，

邱珍琬

輔導學系。

心理學（ psychology）是研究人類行 為的科學，原本也是以動物為實驗對

人類與寵物

象，希望從動物實驗結果延用到人身

醫療與心理治療上已率先引用寵物，

上，用來解釋、分析、預測與控制行

來做動物治療或輔助的功能，如導盲

為。隨著時代的進步，人類在許多產

犬。而寵物治療，如狗狗醫生，則是

品的使用前還是先以動物為實驗對

以寵物為媒介來協助兒童、心智發展

象，如化妝品、藥物的實驗等，許多

遲緩者、情緒障礙或其他心理疾患與

情況下這些動物都是人類自身利益的

老年人。寵物治療為何可以用在治療

犧牲者。人類從數千年前開始飼養寵

上？是因為研究者及實務工作者發現

（Shutterstock）

46

SCIENCE MONTHLY 2019.5

COVER STORY

也較願意服從成人的指導；孤單或與

個活蹦亂跳、忠誠的寵物陪伴，餵養

養寵物，是期望回家時有活生生的生

人較為疏離的老年人，對寵物較無戒

寵物、散步等照顧工作讓他們的生活

命在家送往迎來，能感覺較不孤單。

心，而當他們在撫摸寵物時，心理能

有目標，也對增進其身心健康有很大

有孩子的父母親飼養寵物，除了因自

產生療癒的感覺，可以促進其身心健

的幫助。曾經有一位大學女生放假回

身喜歡寵物外，也希望孩子有人陪伴

康與希望感；憂鬱症患者飼養寵物，

到家裡，發現獨居的母親竟然先忙著

或能自寵物身上學習。然而，有時飼

可以讓他們每天做一些必要的寵物照

餵狗吃飯便有些吃味，母親回應說：

養寵物因投注太多愛，導致寵物離世

顧活動，看見寵物無怨無悔的回報，

「我給妳 100 塊妳可以去買吃的，但

時不能承受那種沉痛，不過有更多人

情緒狀況因而改善；國外則有讓非行

是牠不會呀！」儘管寵物依賴性高，

在飼養寵物之後就沒有停止過，甚至

（行為偏差）少年在流浪動物之家照

但是主人都不嫌煩燥，是因為寵物帶

越養越多隻。現今，人們普遍認為寵

顧狗狗，發現青少年慢慢對狗與人打

來的酬賞可能遠比麻煩更多。

物帶給其生活的歡樂多過悲傷或痛

03

苦，而不可諱言地，寵物的確帶給人

開心防，發揮保護與利他能力。 年長者飼養寵物，是一種愛的轉移， 現代文明社會，年輕人往都會區跑、

可能是因為子女均已離家，生活中缺

很少願意留在偏僻的家鄉，年長者每

乏一些寄託與關愛對象；而單身者飼

許多寶貴與歡樂的時光。

寵物與人的依附關係 心理學家馬斯洛（Abraham Maslow）

日面面相覷、孤單與寂寞是常態，有

提到人類需求的階層理論，除了最基 本的生存與條件外，接下來就是愛與 隸屬，每個人都需要被愛與愛人，前 者讓自己感受到存在的價值，後者讓 自己看見自己的能力與貢獻。人們自 幼與主要照顧人之間的關係（依附關

to c

k）

係）就是一切人格與心理健康的基

（S

h

ers utt

礎，有足夠的被愛經驗後才有能力做 延伸，愛自己與他人。

以筆者為例，家中所飼養的狗──安 安，從流浪動物之家來到筆者家時 才 4 個月大，牠依附筆者家中另一隻

16 歲、半盲的狗──毛毛，不論吃 飯、睡覺都跟著毛毛。在相處半年後 的某一天，安安像平時一樣用嘴巴去 頂毛毛、通常毛毛會醒來，但是這一 次毛毛沒有。隨後要將毛毛的遺體送 往門口、讓動物安樂之家處理時，安 安變得非常焦躁。後來，筆者發現只 要家裡有人要出門，安安就會不停地 吠叫，擔心像毛毛一樣一去不回，這 （Shutterstock）

就是依附的傷痛。而在家中來了新成

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喵 !

汪 !

愛與生命教育的串聯─ DOOOG & 牠牠 李依庭 本刊主編。

「We love, we care and we share.」、「讓臺灣成為亞洲第一個零棄養的國家。」斗大的兩標題，在 進入網頁後最吸引人的位置，不只是品牌的口號，更是 DOOOG 和牠牠對於寵物關懷的決心。 臺灣寵物品牌 DOOOG 與新創事業牠牠，創立的初衷可謂簡單且純粹，因喜愛動物而起。但是，在這 自主創業的背後卻各自懷抱著遠大的夢想和使命，希望從寵物的「食」喚醒人們對於動物保護與環保 等議題的省思；藉由生命教育的體驗，根本地解決流浪動物問題，貫徹幸福的定義。

打造平易近人的飼料品牌

才是影響價格與營養的關鍵。」

是相似或相同的。在國外，許多知名

「成立這個品牌的目的就是希望臺灣 的寵物能夠用經濟實惠的價格吃到

「以臺灣來說，飼料製作的原物料主

品牌的飼料供應鏈皆來自同一管道、

好的飼料。」這是 DOOOG 創辦人

要都是以國外進口為主，因此，產品

甚至是同一間工廠製造，再空運來臺

Button 在接受採訪時所說的第一句

的好壞就取決於選擇用什麼食材進行

提供給消費者。而 DOOOG 的產品

話。畢業於法律系、從小便喜歡與

飼料的製作。」Button 說道。一般

則是選擇將原物料進口來臺後，將之

動物一起玩耍的 Button，為了實現

而言，一批飼料的製造需花費 3~5

進行加工後製作成飼料，在臺販售，

這個想法與信念，開始鑽研起寵物

天，其中必須經過食材研磨、冷凍

「我們從國外將原物料進口後製作，

飼料相關知識，更種下這間公司成

乾燥、混凝與噴油等過程，他接著

反而更新鮮，因為飼料其實不管是抽

立的契機。

說，「以我們的產品為例，是使用富

真空或灌氮氣也好，一接觸到空氣

含 70 ％以上蛋白質的純肉塊研磨成

後，蛋白質或胺基酸等就會開始慢慢

縱使所學與事業相差甚遠，卻一點也

肉粉，對於寵物而言是好吸收、好

氧化變質。」

沒有澆熄他想製造出好飼料的渴望。

消 化 的。」 他 更 進 一 步 補 充，「 含

透過獸醫、相關行業友人、飼料工廠

40~70％的蛋白質則使用像是邊肉、

而產品的因地制宜則彰顯 DOOOG

與自學摸索之下，調製出動物所需最

內臟或骨頭等研磨，而 40 ％以下則

的不同和特色，「由於臺灣天氣較潮

適切的配方糧食。綜觀臺灣的寵物飼

是使用毛髮、指甲或蛋白粉等製作，

溼、悶熱，所以我們的飼料成分特別

料市場，主要有國外製造、原裝進

就是屬於很劣質的成分了。」

添加 omega 3（ω − 3 脂肪酸），可

口；國外製造、臺灣分裝或本地製造，

50

數不多的選擇中，飼料的原物料可能

以保護貓狗皮膚、抗發炎；也因為飼

「其實我們的產品與市面上所販售的

因製作所需的原物料仰賴從國外進

養臘腸狗，所以在產品中也添加葡

飼料成分大同小異，但原物料的選擇

口，在全球供應優質原物料的廠商為

萄糖胺，幫助牠們骨骼發育健全。」

SCIENCE MONTHLY 2019.5

COVER STORY

04

什麼是灰分？ 灰分是指一堆飼料通過高溫燃 燒後，使有機成分逸散得到的 殘留物，當中就會包含鈣、磷、 鎂等礦物質。雖然灰分比例高 低不是直接判定食品好壞的標 準，必須參考原食材的灰分比 例，不過灰分越多，則代表添 加越多難以消化的雜質，攝取 過多會造成寵物身體的負擔。

DOOOG 品牌負責人 Button 和牠牠創辦人暨執行長李茂芊。（李依庭攝影） 費者並傳播正確貓狗飲食觀念，將公 司遠大的藍圖定位在社會企業上。 「當初成立的目的就是希望先透過建 立 DOOOG 這個品牌，盈利之後， 再推廣環保與動物保護等議題，延伸 正確的觀念宣導，進而影響更多的 人。」為此，DOOOG 更不遺餘力 地推出環保產品，Button 笑著從產 品櫃中拿出一只狗便袋（圖二），不 同於其他可分解產品分解成塑膠微 圖一：飼養在 DOOOG 公司的 BaGiBu，雖

圖二：DOOOG 所開發的各產品與生物可分

然 已 高 齡 11 歲， 但 毛 髮 仍 雪 亮 且 生 氣 勃

解環保狗便袋（右下）。（DOOOG 提供）

勃。（DOOOG 提供）

粒，「 這 個 袋 子 有 效 期 限 8 個 月， 分解成水和二氧化碳，通過臺灣、德 國、日本、比利時、美國和歐盟的環

Button 笑著指著地板上活碰亂跳的

品目──灰分（ash）含量標示上，

保標章。」他更拿出一個過期的塑膠

黑色臘腸狗（圖一）。

「產品好壞可從灰分、鈣和磷的比

袋示範，用手輕輕一撕，轉瞬便支離

例來看，使用蛋白質含量越低的原

破碎，猶如撕碎片片紙花般容易。

縱使如此，但市面上寵物飼料百百

料時，比例會很高，這也是為什麼很

種，有國外原裝進口、國外進口國內

多飼料選擇不標示灰分的原因。」

縱使高成本、低利潤的銷售模式，

分裝或國內製造等，對於消費者而

Button 表示。

DOOOG 仍舊不畏此而持續前行，

言，要如何從包裝袋上密密麻麻的成

期望在站穩銷售的商業之後，能擴大

分配方中定奪飼料的好壞？為了幫

流浪動物與環保議題的關注

公司規模、成立中途之家，「現階段

助消費者分辨飼料的好壞與選擇，

不以營利企業自居，成立全憑藉著一

是先把產品做好，幫助私人中途機

DOOOG 產品特別將非規定標示的

股以愛與關懷為出發點、嘗試教導消

構，當未來品牌能普及且讓社會大眾

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精選 文章

物種的板塊運動 擠出多元的基因新大陸 許家偉

畢業於輔大生物、陽明微免所，曾任職 UCLA

和 USC，學術專長從細胞生化到分子病毒學。現在懂得 從演化的角度去欣賞生物學。

（Flickr-beingmyself, https://flic.kr/p/4oks3k）

地 球 上 每 個 物 種， 都 會 佔 據 一 個 可

個體跟 原 來 的 母 族 群 拆 散 分 開 後，

遺 傳 修 飾 後 迅 速 自 成 新 種， 這 樣 的

滿足其生活所需的多維資源空間

兩 者不 再 有 基 因 上 的 交 流，導 致 遺

種化過程稱為邊域種化（peripatric

（multidimensional resource space） ，

傳上的差異漸漸擴大，孤立的群體最

speciation，圖二）。

這個物理環境稱為棲息地（habitat）；

後 就 會 變 成 新 種， 這 種 因 地 理 屏 障

不同的生物可以生存在同一個棲息

而形成新種的種化過程稱為雙域種化

雙域種化和邊域種化都是因為地理

地， 但 若 只 說 單 一 物 種 在 生 態 系 中

（dichopatric speciation，圖一）。

因 素 產 生 生 殖 隔 離（reproductive

的 位 置 和 角 色 時， 則 稱 為 生 態 棲 位

而一些棲息在不宜生境（unsuitable

isolation）， 使 得 新 舊 兩 個 物 種 即

（ecological niche，或生態區位）。

terrain）， 如 貧 脊 的 地 區 的 小 族 群

使恢復接觸後也無法在自然狀態下

而生物在面對棲息地的環境變遷時，

會因生活壓力而離開母族群，在強烈

孕 育 出 下 一 代， 此 統 稱 為 異 域 種 化

為了生存和繁衍，在演化機制──自

的 環 境 壓 力 下 會 有 3 種 結 果： 回 歸

（allopatric speciation），這也衍生

然選擇（natural selection）的作用

母群、不能適應環境而滅絕或跟母群

出生物學家對「物種（species）」的

下，生物的性狀（trait）會呈現出對

不再接觸、不相往來，在經過大規模

普遍定義──和他群成員有生殖隔離

週遭環境的適應性，這些具適應的性 狀又會藉由新種的形成，也就是種化 （speciation）彰顯出來，造就出生 命樹上的分支。

基因譜系的分道揚鑣 一般公認地理因素是造成種化的主要 原 因， 例 如： 當 物 種 遭 到 地 理 隔 離 （geographically isolation）， 像 是 因地殼運動造成陸橋消失使得部份

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

圖一：雙域種化。

精選 文章

爾文開始鑽研南美洲海岸線地層、親 見冰川崩解砸落河中的壯觀。過程中 他不只遇上冰雹，也見到火山爆發的 情 景， 甚 至 親 臨 剛 地 震 過 後 的 震 央 處，見識到地震的破壞力。這趟旅途 不只讓達爾文對地質學有新的見解， 在各地觀察到的生物更讓他體認到物 種是會改變的，啟發他對演化理論的 構思，也因此這趟旅程的所見所聞， 對他能建構出一套可供驗證的演化理 論至為關鍵。 圖二：邊域種化。

一趟生物地理學發現之旅

達爾文先在大西洋熱帶島嶼上見識到

生物學的另一分支生態學，是藉由探

形態奇異的熱帶植物，隨後在巴西的

此外，達爾文（Charles R. Darwin）

究生物跟環境之間的交互作用去研究

熱帶雨林體驗到豐富的生物多樣性，

亦提出適應輻射（adaptive radiation）

生物歧異度和多樣性的一門學科，而

他注意到幾種在歐洲未見過的兀鷹

現象，指原始品種從起源地擴展到不

專門研究「環境生態系統」與「物種

和 大 型 鳥 類。 為 了 解 釋 這 種 區 域 性

同的生態區位時，因面對不同的環境

分布」兩者關係的科學，就是生物地

分 布， 他 開 始 對 鳥 類 的 起 源 進 行 探

就會演化出不同的新品種，這種以生

理 學（biogeography）。1831 年 12

討。接著，他又在阿根廷蓬塔阿爾塔

態歧異（ecological divergence）為基

月 至 1836 年 10 月 間， 達 爾 文 在 英

（Punta Alta）挖掘出已滅絕的雕齒

礎卻又不涉及地理分隔的種化，稱為

國小型海軍探勘船小獵犬號（HMS

獸（Glyptodon）的化石，觀察到這

同域種化（sympatric speciation），

Beagle），用約 5 年的時間航行於南

些化石的體型雖然比同地點的現生的

在這個種化過程中，會產生中間型的

美洲和南太平洋間，整個過程基本上

犰狳（armadillo）大，但都有著相似

個體在比例上逐漸減少的中斷選擇

是一趟生物地理學的發現之旅。

的外貌和結構（圖三），達爾文在 27

機制的生物族群。

年後（1859 年）發表的《物種起源》

（disruptive selection）現象。 航程途經許多海岸、島嶼與山嶽，達

（Origin of Species）中推論是舊物

從演化的時間標準來看，新種形成的 速度其實相當快，只要數百個世代的 時間就呈現出族群間的差異。而且種 化通常源自一個小群體，因為在小群 體中，自然選擇可以呈現強烈的作用 力，加快變異的擴展速度；至於龐大 的母族群，因為相對穩定（已經適應 良好），變異的效用無法發揮，因而

圖三：現生的犰狳（左）是由已滅絕的舊物種雕齒獸（右）演化而成的。（Pixabay；By Staka －

很難散播出去。

Own work, CC BY-SA 4.0, Wikimedia）

Vol.50 No. 5

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人物專訪

與珊瑚共生的研究之路─

海生館館長陳啟祥專訪 陳其暐

嘗試在混亂的年代當一名說故事的人。

（陳其暐攝影）

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

在陳啟祥遇見珊瑚之後，他選擇走了

林裡搜集蜥蜴標本。某些蜥蜴或烏龜

珊瑚的胞內共生

一條與眾不同的道路。

的蛋孵化時，會受到溫度影響，使孵

初次見到珊瑚的人，可能會以為牠們

化 的 個 體 變 成 雄 性 或 雌 性。 從 那 時

是一株株美麗的海洋植物，實際上，

人類活動與珊瑚

起， 他 對 這 種 胚 胎 發 生 學 產 生 十 足

珊瑚是由一種稱為「水螅體」的動物

自工業革命後，溫室氣體在大氣中大

的 興 趣， 也 因 此 發 現， 發 育 生 物 學

所構成的群體。更特別的是，這些珊

量 累 積， 已 造 成 全 球 平 均 氣 溫 上 升

（developmental biology）其實與

瑚水螅體的細胞裡，居住著一顆顆稱

1~3 ％，許多物種面臨生存危機，海

海洋息息相關。

為「共生藻」的植物。珊瑚與共生藻 仿若相安無事，卻又互相依靠地住在

洋 中 的 珊 瑚 也 不 例 外。1980~2015 年間，全世界已發生 3 次全球性的珊

陳啟祥退伍後，便在中山大學海洋資

一起。這種現象最早由澳洲科學家楊

瑚白化現象。因此，大多數研究珊瑚

源系擔任研究助理，這也成為他人生

吉（Charles Yonge）所發現，他在

的科學家，選擇關注珊瑚為什麼會白

最大的轉折——開始研究海洋中的珊

1929 年的 Nature 發表一篇論文，指

化、如何才能拯救珊瑚？

瑚。這是他第一次接近海洋生物，不 過他並沒有猶疑或膽怯，因為他知道

珊瑚是檢視海洋環境的重要指標，適

研究珊瑚，能實現他的理想。

合珊瑚生存的溫度為 20~28％之間。 一旦海水溫度上升至 30 ％，這僅僅

為了能夠更深入研究海洋生物，他前往

幾度的差異，就會使共生藻離開珊瑚

美國德州大學奧斯汀分校（University

細胞，導致珊瑚開始白化。陳啟祥對

of Texas at Austin）就讀博士，開始

此感到十分憂心，但吸引他研究珊瑚

跟著指導教授研究海膽，並學習有機

的並不是白化本身。

化學合成，為的是製造螢光物質來追 蹤細胞裡酵素的移動。陳啟祥認為，

「我對白化沒有多大興趣，因為那只

為了解海洋生物，必須學習很多工具

是環境改變造成的結果。」陳啟祥認

來幫助研究工作。

為，白化只是因為共生藻與珊瑚的共

出珊瑚屬於一種動物，並闡述珊瑚細 胞裡同時存在共生藻的「胞內共生」 現象。

陳啟祥好奇：「為何共生藻能夠和平 生長在珊瑚的細胞裡頭，不會受到排 斥呢？」當外來病菌進入人體時，免 疫系統會驅逐、摧毀這些入侵者，一 旦免疫系統失靈，人們就容易生病， 甚 至 死 亡。 可 是 對 珊 瑚 與 共 生 藻 來 說，兩者共存反而對雙方都有助益， 為什麼會有這種現象？免疫系統與胞 內共生是 2 個極端相異的生命現象， 若能解答胞內共生的機轉，或許就能

生條件被破壞所造成的結果，而真正

沒想到的是，這趟學習之旅，一去就

重要的是促使珊瑚與共生藻形成共生

是 17 年。

關係的原因。2004 年，陳啟祥從美

提供人類醫學方面重要的啟發。 從楊吉發現胞內共生至今已 90 年，

國回到臺灣擔任屏東國立海洋生物博

博士畢業後，陳啟祥在美國陸續做了

物館研究員時，便開始陸續建置實驗

細胞學等其他研究，即便許多研究對

形成機制與原因究竟是什麼。陳啟祥

環境，朝向這個研究方向前進。

海洋生物沒有直接相關，但當初他在

解釋，研究珊瑚的胞內共生之所以困

中山大學許下對珊瑚的夢，仍埋藏在

難，原因之一是珊瑚會形成碳酸鈣骨

從山林走向海洋

心裡。直到有一次海生館的工作機會

骼。這些骨骼佔據珊瑚整體將近 90％

陳啟祥研究珊瑚的起點，得回溯至尚

找上門，他毅然決定回到家鄉。他開

的重量，其中肉質組織的部分可能不

在就讀碩士的他。當時他主要研究蜥

始應用所有學到的工具，來研究他心

到一成，而這些組織又鑲嵌在碳酸鈣

蜴的內分泌，為此常常跑到臺中的山

心念念的珊瑚。

之中，加上珊瑚沒有細胞株可以在實

但科學家仍然不太了解，胞內共生的

（Shutterstock）

Vol.50 No. 5

71

體 悉的文 自身熟 成 化 求，轉 記錄著 識的渴 刊 》， 知 華 月 術 年 學 學 科 對 追憶 論細 本 的《 生，將 ，更遑 成一本 灣留學 刷 印 臺 印 轉 的 版 美 活 後， 代，在 制式的 鑄字背 不再是 1970 年 排列的 術 密 技 緊 刷 顆 化…… 日，印 在一顆 發生變 後的今 撰 寫。 然 年 0 悄 5 也已 知。 的容貌 稀的新 ，科學 當年珍 裡 子 日 000 多個 數這 18

的 紀 世 飛越半 旅 之 索 天文探 所 學天文 中央大 烜 陽 永 太 系 葉 ，研 究 所教授 星。 及太空 糸外 行 物體 及 起 源、小

所 學天 文 中央 大 嫻 康 行 潘 小 星 太 陽系 ，研 究 度及 博士生 行星 光 態與小 家族型 測。 偏 振觀

刊》 科學月 圖一：《 封面。 第５期

所博 學天 文 中央 大 帶小 主 葉庭碩 為 域 研究領 要 主 構。 士 生， 態與結 自旋 狀 行星 的

隕石的分類 當隕石的母體來自小行星的事實得到初步澄清後，接下來 的工作便是認定各類隕石與小行星的關聯。從地面的天文 望遠鏡的光譜或者濾光片測光觀察所得資料，可知小行星

在過去 50 年間，隕石和其與小行星相互關係的研究有很

的化學成分依它們離太陽距離的近遠大略可以分為 E、S、

多重要成果和突破。回想在 1969 年，科學家們對隕石的

M、V、C 和 D 六類（圖一）。如將各種小行星的光譜和

來源還是各說各話。有人說是從彗星而來〔註一〕，有人認

隕石的光譜相比較，則知道 S 類的行星成分與普通球粒隕

為是因小行星受到碰撞碎裂，產生的碎片被發射到與地球

石相近；C 類小行星成分與碳質球粒隕石相近；D 類小行

相交的軌道，才有機會穿入地球大氣層而墜落在地面，成

星的隕石標本很稀有，被認為是富含水分和有機物質的成

為隕石。但問題在於要從火星和木星軌道之間的空間，改 變成近日點小於一個天文單位（地球和太陽的距離）的軌 道，需要極大的能量，一般來說很難有適合這種條件的碰 撞事件。 而這個難題要等到 80 年代電腦計算能力到達一定的水平， 可以執行長時期的軌道演變計算時，才知道與木星有共振 作用的小個體，即繞日公轉週期與木星週期成 2 個簡單的 正數比（即 1∕2、2∕3、3∕4、3∕5 等），其軌道可以 從穩定狀態過渡成為混沌狀態，因此離心率可以變得非常 大，使得軌道的近日點跨入火星軌道和地球軌道的空間。 從而變成與地球有碰撞機率的近地小行星。事實上這個天 體力學過程本身是相當的複雜，還有很多重要細節都需要 了解，不過現今的科學家已把這個問題解決了。

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SCIENCE MONTHLY 2019.5

圖一：跟據表面反射光譜和顏色的資訊所得小行星在太陽系中的分類， 它們和隕石的化學成分也各有相應。（Gradie and Tedesco, 1982）

分所成。以灶神星（Vesta）為代表的 V 類小行星成分，

年內增長成今日的規模，把軌道內外的物質分隔，有如楚

接近一種由溶漿岩形成並簡稱為 HED

河漢界而不能同化。使得在後段時期形成的小行星的同位

族的隕石﹝註二﹞。

而 M 類小行星的成分則和鐵質隕石差不多，可能是一些

素含量和前期形成的小行星不一樣。

大型的小行星個體，在太陽系的早期歷史中的破碎性激烈 碰撞事件，把中間的鐵質核心整個分裂出來。所以在某種

結語

程度來說，針對一塊塊不同的隕石作分析和比較，便有如

在過去 50 年，由於天文學觀察、隕石研究、天體動力學

在玩拼圖遊戲，嘗試把小行星的內部構造重新接合，更進

研究及太空船實地探測的結果，讓人們對小行星和隕石的

一步推論太陽系在最開始幾百萬年期間的溫度和化學成分

了解，有了長足的進步，也因此更令人覺得宇宙的奧妙，

的分布。

而且有更多問題需要更深入的鑽研。要透過短短一篇文章

在上世紀 90 年代有關太陽系來源的傳統模型，通常把行

列出 50 年來的成果實屬不易，因此只能透過簡單和顯淺 的描述，希望能引起讀者對天文學的興趣。

星胚胎從小積生到現在的質量和大小的過程，都固定在一 定的軌道位置。因為太陽星雲的溫度與太陽距離（r）的 平方根成反比（T~1/ √ r），離開太陽越近的原始物體會 含有越多的金屬。因此，這些 S 類小行星主要成分是岩 石。而在小行星外側的 C 類和靠近木星軌道的 D 類小行 星，則會有越來越多的水冰和其它揮發性高的物質。而彗 星則是在木星軌道或更遠區域的產物。太陽小物體成份的 排列，一切都是規規矩矩的，45 億年不變。但目前頗為流 行的一個理論模型，卻認為當天王星和海王星形成時，它 們會從原來的軌道區域，向外大幅遷移到今天的位置。而 因為角動量守恆，土星和木星的軌道會稍微向內收縮。在 這個動力學過程中，大量的原始微星體會受到彈射到各種 軌道。本來在木星軌道之內的小行星，都是石質成分（如 普通球粒隕石）的 S 類小行星。而在木星軌道之外則是成 分以碳質球粒隕石為代表的 C 類小行星，它們是在行星軌 道遷移作用之下，才被注射入小行星帶外圍。而現今的科 學家也嘗試利用天文觀測和太空船實地探測計畫，研討這 些不同的理論。

圖二：在大陽系形成階段的初期，因為固體粒子從外被輸送入內部， 物質的同位素相對成份相似。但當木星的質量增加到一定程度，這個 動力學途徑被切斷。同位素的相對成份也會分成 2 種不同的演化歷 史，可以在隕石的分析找出蛛絲馬跡。（Kruijer et al, 2018）

太陽系的原始物質 最近一個很有趣的發展，是發現太陽系中原始物質的成分 分布非常可能和木星的形成有關係。重要線索在於比較 70

〔註一〕當時尚未確定彗星是冰塵混合而成的個體。 〔註二〕HED 族：3 種無球粒隕石的總稱，分別為古銅鈣無粒隕石（Howardites）、 鈣長輝長無粒隕石（Eucrites）和古銅無球隕石（Diogenites）。

個鐵隕石中鎢（tungsten, W）和鉬（molybdenum, Mo）

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同位素的相對含量，發現在太陽系內部物質開始積生成小

就能回顧《科學月刊》1970 年５月號的

行星的 3、400 萬年內，所有物體的同位素含量的相對比 例都一樣，但過了這個時段，便開始劃分為截然不同的 2 種，一種可能的解釋如圖二所示。當木星的質量尚未達到 一定程度，太陽吸積盤中的物質的各種同位素含量，因為 擴散作用可以變得非常均勻。但當木星質量在 3、400 萬

〈月球標本之研究結果〉！ 延伸閱讀

1. J. Gradie and E. Tedesco, Compositional structure of the asteroid belt, Science, Vol. 216(4553): 1405-7, 1982.

2. T.S. Kruijer, et al., Meteorite dichotomy implies that Jupiter formed early, LPI Contribution, Vol. 2084: 4037, 2018.

Vol.50 No. 5

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