修枝後的黑板樹（林大利攝，照片中之黑板樹非當事黑板樹）

今天下班後一邊吃飯一邊看電視，看到這則新聞，仔細一看是什麼樹……哇！又是黑板樹！一週內就發生兩次事件！

近年臺灣各地積極綠化生活環境，栽植許多行道樹，樹種亦非常多元。然而，我們除了享受著行道樹的優點，也難免會遇到行道樹所帶來的困擾。行道樹的優點相信許多讀者都很清楚，就先不多提，而著重在缺點的討論。

行道樹的根系會破壞路面 ^[10]、樹幹斷裂或枝葉果實掉落^{[11, 10, 14]}、花粉引起過敏、吸引昆蟲^[14]等特性，都會對日常生活產生負面的影響，且防治和補救金額皆相當高^{[9, 13]}。

然而，我們不得不好好思考行道樹倒塌、枝條斷裂及根系破壞路面，威脅著居民生命財產的問題。例如今天的新聞是砸毀汽車，能用錢解決的還算是小事；但上星期中午倒塌砸傷孕婦（幸好母子/女均安），可就不能等閒視之了。

黑板樹（Alstonia scholaris）屬於夾竹桃科（Apocynaceae），原生於印度半島及東南亞，因生長快速、栽培容易、景觀綠化快速等優點而廣泛栽植於校園、公園和作為行道樹。黑板樹因為生長快速、且木質部不具有膠質纖維^[7]，木材結構較為鬆脆，雖然不易罹患褐根病^[1]，但颱風後折枝、斷幹和傾倒的機率仍然相當高，因此常常成為台灣具爭議的行道樹^[4]。除此之外，樹幹與根系的快速生長造成路面破壞，也將使根害問題日漸嚴重^[3、8]。

黑板樹葉輪生，開花時散發濃烈的氣味。Source: wikipedia

章錦瑜^[2]發現台中市黑板樹之胸高直徑^[註]與對鋪面之破壞程度呈顯著正相關；黑板樹 5 年生植株之幹徑就可能達 20-30 公分粗，栽植附近的鋪面易遭破壞。章錦瑜、黃曉菊^[5]調查高雄市行道樹破壞路面狀況，其中黑板樹共調查 252 株，胸高直徑20 公分以下時，栽植邊框破壞率較高（80.65％）；胸高直徑超過 30 公分時，栽植邊框的破壞率為 100％，其他硬體破壞率則超過 90％。

黃敏碩、劉東啟^[6]以視覺樹木診斷法（Visual Tree Assessment, VTA）評估台中綠園道的行道樹，發現潛在危險度最高者為興大園道黑板樹C樣區（12.2），危險度指數最高的樹種為黑板樹（30.4）。

雖然行道樹難免有帶來困擾之處，但是民眾還是相當肯定行道樹的優點，主管機關也認為應盡力防治缺點而非因噎廢食^[14]。在挑選行道樹的樹種時，應該多加考量其缺點，經過多方考量及諮詢後再決定樹種^[16]。

目前內政部已明令不得再將黑板樹作為行道樹，現有則逐步移植或自然淘汰，公園或校園內且無威脅之虞者則暫時保持現狀。這個月的兩起倒伏事件，都在無風無雨下發生，可能是根系受迫或樹幹無法支撐重量所致。無論原因為何，黑板樹的倒伏已成為難以預測的危險，建議主管機關應積極檢視轄區內的黑板樹，若有歪斜或鬆動者，應盡速移植以避免憾事發生。

坦白說，釐清黑板樹問題的文章已經有很多，寫到一半覺得也不差我這一篇，但是看到十天內發生兩起事件，還是希望以多引述科學研究的方式，能有助於加強黑板樹的管理。

註：胸高直徑（diameter at breast height, DBH）樹幹高度1.3公尺處的直徑。

參考文獻：

1. 陳任芳。2004。樹癌：褐根病之防治與介紹。花蓮區農業專訊，18: 14-17。
2. 章錦瑜。1999。台中市行道樹之根系對鋪面與路緣石破壞程度之調查。東海學報，40(6): 49-55。
3. 章錦瑜。2004。論台灣常見行道樹之問題。林業研究季刊 ，26(3): 83-102。
4. 章錦瑜。2009。論台灣常見之爭議性行道樹。造園景觀學報，15(1): 1-9。
5. 章錦瑜、黃曉菊。2009。高雄市行道樹及其胸徑與人行道根害關係之研究。環境與生態學報，2(1): 65-83。
6. 黃敏碩、劉東啟。2010。以VTA法進行台中市綠園道行道樹之危險度評估。興大園藝，35(4): 113-127。
7. 郭威武。2006。常見六種闊葉樹枝條構造的比較。國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所碩士論文。
8. 劉芳吟。2003。行道樹缺點對民眾影響之研究─以台中市黑板樹為例。東海大學景觀學研究所碩士論文。
9. Dodge, L. 2000. Tree root and urban infrastructure conflicts：symposium sets research and education goals. Growing points 4(2,3): 1-11.
10. Gorman, J. 2004. Residents’ opinions on the value of street trees depending on tree location. Journal of Arboriculture, 30(1): 36-44.
11. James, M. B. 1985. Tree problems in Ireland. Journal of Arboriculture, 11(4): 122-124.
12. Lohr, V. I.et al. 2004. How urban residents rate and rank the benefits and problems associated with trees in cities. Journal of Arboriculture, 30(1): 28-35.
13. McPherson, E. G. 2000. Expenditures associated with conflicts between street trees root growth and hardscape in California. Journal of Arboriculture 26: 289-297.
14. Schroeder, H. et al. 2006. Residents’ attitudes toward street trees in the U.K. and U.S. communities. Arboriculture and Urban Forestry, 32: 236-246.
15. Spellerberg, I. F. et al. 2006. Silver birch (Betula pendula) pollen and human health:problems for an exotic tree in New Zealand. Arboriculture & Urban Forestry, 32(4): 133-137.
16. Stevenson, T. R.et al. 2008. Attitudes of municipal officials toward street tree programs in Pennsylvania U.S. Arboriculture & Urban Forestry, 34(3):144-151.

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這是一個關於祖先有保佑而作出厲害研究的故事：製程是夢到的、氧化物是意外合成出來、該氧化物目前找不到五篇相關文獻（甚至資料庫裡沒有資料可比對），但可能是用途廣泛的材料。

這個集戲劇性於一身的材料是「錫鐵氧化物（SnFe₂O₄）」。清華大學化學工程系教授呂世源所帶領「奈米材料與奈米結構實驗室」的博士後研究員李冠廷研究「錫鐵氧化物（SnFe₂O₄）」的應用，發現它能快速分解污水中的有機物（降解速率為已知文獻第三快），論文並刊登於今年五月的國際學術期刊「材料化學期刊（Journal of Material Chemistry A）」。

李冠廷強調，這不是首度發現一個新的氧化物，過去就有人發現這材料了，只是不知為何乏人問津。李冠廷的研究重點在於發掘了它的應用面。錫鐵氧化物除了能快速分解有機汙水，初步測試用於生質能源、殺菌與處理空汙的效果也相當不錯，「有廣泛用途的材料並不常見。」李冠廷說。而一位審查此論文的科學家也稱此類成果可能會是廢水處理的領先研究。

李冠廷與錫鐵氧化物。圖／劉珈均攝。

致力研究汙水處理　夢中想出新製程

李冠廷本身致力於以「高級氧化程序（Advanced Oxidation Process, AOP）」處理有機汙水，「基本上就是利用所產生的活性基，把廢水裡的有機物斷鏈，」李冠廷說：「你可以想像一個武士，拿著刀劍（活性基，free radical）斬斷有機物。」（註1）

汙水通常含有固體物、有機物、致病菌、重金屬、營養鹽等，必須交互運用物理、化學及生物方式處理。例如固體物用過濾；無法分解的金屬可用吸附方式移除；有些則須添加化學物讓目標與之反應、沉澱。汙水也常見有機物，有機物可被分解，「因為它是碳氫氧的組合，可以被斷鏈，剩下最終產物如：二氧化碳、氧氣、氫氣或水。」

但有機物分子鏈很長、狀態穩定而不好處理，AOP可說是幫助產生斷鏈有機物的「活性基兵器」的程序，為近十年盛行的新式技術。煉成兵器的方式有許多種，利用光觸媒材料是其一，有些光觸媒材料是半導體，當材料顆粒的尺寸縮小到5奈米以內，就有機會透過改變材料「粒徑大小」以控制「能隙結構」，適當的能隙結構大小與位置，就能有效產生活性基，繼而加強汙水處理的效能（註2）。

簡單而言，兵器充足，打仗才有效率（否則就要學諸葛亮要辛苦借箭），而要產生充足的活性基兵器，關鍵就在控制半導體材料的顆粒大小，只是過去控制能隙的製程大部分都須在高溫高壓下進行，耗時且不易操作。

2013年李冠廷從事另一項研究時，發想如何在常溫常壓下就能改變半導體氧化物能隙大小的製程，他苦思許久，想出了一個簡便的方法，原理看起來像複雜的三角戀情：瓶中裝著有機溶液氯仿，酒精與原料混合後倒入（原料不溶於氯仿但溶於酒精），接著加入水，水與有機溶劑不相溶，因此會像油水分層般形成兩層液體。而倒入水後，原本溶於有機溶劑的酒精因為更喜歡水，會帶著原料往上跑，奔向位在上層的水的懷抱，原料經過兩種溶液界面的瞬間就會跟水反應，析出所要的小尺寸顆粒氧化物。

若覺得水、氯仿、酒精、原料的多角關係太複雜，直接看影片吧：

「這作法很簡單，說不定以後中學作實驗會用到。」怕說出來大家不相信，李冠廷猶豫了一下才透露幕後花絮，「這製程其實是夢到的！」他說：「有時候其實答案就在腦袋裡了，但你怎樣就是不會看到，放鬆一下它就跳出來了。」

「兩個嬰兒變成連體嬰」　意外合成錫鐵氧化物

上述製程是在進行其他研究的過程中「巧合」而生，這製程後來又意外催生了本研究的主角錫鐵氧化物。李冠廷原打算合成錫鐵的複合物，結果卻毫無預警地合成出尖晶石結構的錫鐵氧化物，「本來要兩個嬰兒手牽手就好，卻得出一個連體嬰。」李冠廷形容。

錫鐵氧化物粉末，其為奈米級顆粒，約3nm左右。李冠廷說，他曾好玩把粉末加入沐浴乳揉搓，發現產生的泡泡不太會破。圖／劉珈均攝。

「尖晶石結構」乍聽下腦中會浮現礦石或水晶的美麗樣貌，但這與水晶礦石的美貌無關，而是一種化合物排列結構方式（註3），其化學通式為「XY₂O₄」，錫鐵氧化物「SnFe₂O₄」正符合此通式規則。

「我合出來的時候還想說這到底是什麼。」李冠廷要確認這意外得出的東西為何物時，發現連JCPDS資料庫（元素繞射圖譜資料庫，Joint Committee on Powder Diffraction Standards）都沒有收錄，經過一番晶體繞射實驗、分析元素，確認為錫鐵氧化物。查找論文時也發現，過去有人在高溫高壓下合成出這東西，但相關論文卻不到5篇。

研究一路以來連續遇到美妙巧合，李冠廷笑著說，最大感想是大概上輩子燒好香，祖先有保佑吧。

小兵立大功　小小光觸媒的驚人魅力

李冠廷好奇把這錫鐵氧化物用在自身長期研究的廢水處理，發現它能快速分解水中的有機物。調控適當光觸媒配比，數分鐘內就能將1.2ppm濃度的有機染料廢水清除光，降解速率為已知文獻排名第三快；在相同濃度之下，有的材料要花半小時至一小時才能將有機物清除乾淨。此外，錫鐵氧化物具有磁性，「處理完後還可以用電磁鐵把它吸回來，處理下一批汙水。」李冠廷轉述，投稿期刊後，一位審查委員稱此類成果可能會是廢水處理的領先研究！

「電鍍廠（的廢水）包含了大量金屬，有機物含量較少，但這類型之外很多都是有機廢水。」例如染料廠、家戶廚餘等皆是，錫鐵氧化物的潛在應用範圍廣泛。除了用以分解污水，初步測試錫鐵氧化物用於殺大腸桿菌、分解線香煙霧也有不錯的效果（具有分解空汙粒子的潛力），但確切效果到哪裡還得投入更多研究。李冠廷說，實驗室也已嘗試其他尖晶石結構，有些效能甚至比錫鐵氧化物更好，不過他故作神祕的說，這部分得先保留，待日後公布！

錫鐵氧化物處理有機廢棄物的對照圖，左為處理前，右為之後。0.2公克左右的長纖維拭淨紙置於12毫升的水中，黃色水溶液為光觸媒顏色；照射太陽光約30分鐘後，可將固態廢棄物分解乾淨（右），底層的黃色光觸媒沉澱物可用磁鐵回收重復使用。圖／李冠廷提供。

註

1. 一般來說，可作為斬斷有機物分子的活性基包含「OH·」、「HO2·」等。
2.  精確而言，光觸媒是催化反應（而不是自己跳下去反應、分解有機物），水中有機物能分解，端賴光觸媒產生的活性基。光觸媒吸收光能後，會產生電子與電動對（electron-hole pair），並躍遷至能隙結構中的導帶（conduction band）與價帶（valence band），進而產生活性基。光觸媒的能隙越大，吸收波長範圍越偏紫外光，反之，則趨向可見光。例如普遍使用於化妝品與防曬乳的二氧化鈦（TiO₂，俗稱鈦白粉），其能隙大小約3.2eV，能吸收的波長範圍是紫外光。
3. 尖晶石結構（spinel structure）的化學式通式為「XY₂O₄」，X是+2價的陽離子，Y是+3價的陽離子。常見的尖晶石結構化合物如：Fe₃O₄、ZnFe₂O₄、 MgFe₂O₄等，由於其磁吸特性、高催化活性與吸收可見光能力等， 廣泛應用在太陽能電池之電極材料、超級電容器、產氫材料、生醫材料、殺菌材料、汙水處理材料等。

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《侏羅紀世界》打破多項影史票房紀錄，全球再度掀起恐龍熱，當然，我們很難不去挑剔電影中的女主角穿著不知幾吋高跟鞋狂跑的荒唐鏡頭，以及它的劇情根本只是套以前《侏羅記公園》的老套公式，再把影劇內的人事物換了一下了事，但這和四千萬年前的蚊子能吸到六千五百萬年前就已經死光光的恐龍血（算術不及格），和白堊紀恐龍跑到侏羅紀公園湊熱鬧，張飛打岳飛等大笑話、負面教材一比，前述的缺點可說是無關緊要了！反正電影嘛，搏君一笑就好了，就如我們看台灣當下那些政客名嘴所說的，能認真地「ㄏㄠˋㄍㄨㄛ」嗎？同樣的道理，哈哈一笑，可也，認真不得。

不過，這一系列的電影主角，兇猛的暴龍以及其它敏捷的肉食性恐龍張開血盆大口、追逐吃咬獵物的鏡頭，肯定是令觀眾印象深刻。先撇開到底這些獸腳類出現於地球的時間對不對、身上有沒有毛髮等問題不談，牠們咬食的最基本工具－－牙齒，到底是怎麼一回事？

牙齒決定了吃什麼

我們老中自古以來有句俗諺說「民以食為天」！美國人則有一句話說：「你就是你吃的東西（You are what you eat.）」，我們所吃的食物，決定你我如何：吃得好吃得對，身體健康，做事有幹勁；吃不好吃不對，健康出問題，昏聵人生。有好的牙齒，可享受營養可口的大餐，沒有好牙齒，空有山珍海味在眼前，也無福消受，豈不是折磨嗎？

除了要有好的牙齒之外，更需要有對的牙齒，沒有對的牙齒，同樣只能流口水，有看吃不到，滿口假牙的老人家應該最能體會這些話。換一個角度來說，牙齒的結構，決定吃什麼，當然，整個嘴巴上下頜骨的構造，也是非常關鍵，不過那是本文的題外話。

回到恐龍話題，以食性作區分，恐龍可分成「肉食性」、「雜食性」、和「植食性」等三大類。在說下去之前，我要先罵罵人－－經常看到無知或糊塗蛋記者使用「草食性」這個用詞；但侏羅紀的時候，我們現今所認知的「草」根本還沒出現於地球上，直至今天，也尚未發現任何恐龍吃「草」的證據，所以若要問我恐龍究竟吃的是什麼草？恐怕得請不用功的記者大德代為回答了。

過去，研究學者對於恐龍的食性分類，是依據骨盤裡面的坐骨和恥骨方向：然而問題來了，恥骨指向尾巴的鳥臀目恐龍的確都是吃素的沒錯，但恥骨指向頭部的蜥臀目恐龍又分為吃素的蜥腳類和吃葷的獸腳類；我個人總覺得，看屁股決定吃葷吃素，會不會太鬼扯了一點？天下豈有看屁股吃東西的道理？牙齒才是決定該動物吃什麼的最主要直接關鍵，恐龍的食性判斷，也應該要以牠的牙齒基準。因此，恐龍牙齒的型態與結構，才是我們玩恐龍食性者該探討的課題項目。

圖一：長達 18 公尺的姜驛元謀龍，頭顱長度不到 50 公分（相片中紅圈處）；左邊中央插上的頭顱照片是清理到一半的頭顱，請注意到鉛筆狀的牙齒，左下照片是我 2005 年正在清理這個頭顱的樣子。

說到了牙齒型態和結構，要先從型態，也就是牙齒的形狀說起。侏羅紀的值食性恐龍，牙齒形狀像鉛筆，可能會稍微往內彎，外型構造相對簡單；而且整個頭部相對於實際的身體長度和大小來說，簡直不成比例：這類恐龍的身長可達 20、30，甚至 40、50 公尺，就算是體型更大的蜥腳類恐龍，頭部長度也頂多 60 公分而已。牠們頭顱裡面的牙齒像耙子，把植物的葉子一股腦地往肚子裡面送，完全沒有經過咀嚼、切碎的步驟。

這些出現於侏羅紀中晚期出現的蜥腳類恐龍可說是地球史上身體最長、體型最大，也是噸位最重的動物，至今沒有任何其它的動物可以和牠們比擬。一個很有趣的問題出現了，吃素的牠們到底為什麼會長得這麼大？成長速度還能這麼快？牠們一天要吃幾噸的樹葉？拉出幾噸的大便？這種「巨大現象 （Gigantism）」，到底怎麼一回事情？實在令人好奇。

另外，這些龐然大物就是讓一般人，特別是媒體記者們所喜歡使用「恐龍XX」取笑某些遲鈍、腦筋不靈光、不食人間煙火者的由來，但牠們真是如此顢頇、行動遲鈍嗎？這群古老而巨大的動物用尾巴當作自我防禦的武器，鞭打想吃牠們的獵食性恐龍，科學家算過，牠們甩動尾巴的速度可能高達每小時 60 英哩（相當於時速95.56公里）！可別忘了這群大傢伙可是在地球上興盛存活了一億年，令人不禁懷疑那些挪揄、謾罵別人是「恐龍XX」者，到底是在譏嘲罵人，或是在捧人？又或只是彰顯罵人者自己的無知？

接下來到了白堊紀，特別是白堊紀晚期的植食性恐龍，牙齒的演化就更為有趣了。角龍類和鴨嘴龍類的體型雖然沒有蜥腳類恐龍那麼大，但部分種類的體型還是可達十多公尺，嘴巴裡面的牙齒數目可能高達兩千以上，並具備咀嚼、磨碎樹葉的功能。

恐龍有一副怎樣的牙齒？

說了半天還沒進入主題，該打屁股！現在馬上就回來談肉食性恐龍的牙齒。

在 2015 年 7 月 28 日美國東部時間上午 5 點鐘（台灣時間 28 日下午 5 點鐘），本團隊在自然出版集團的重量級期刊《科學報告 （Scientific Reports）》發表〈獸腳類恐龍有鋸齒之牙齒發展和演化的重要性 （Developmental and evolutionary novelty in the serrated teeth of theropod dinosaurs）〉，這篇文章可說是國際兩岸聯合科研團隊在研究世界最古老恐龍胚胎課題中，無心插柳得到的意外成果。

此項研究本來是團隊老大賴茲 （Robert Reisz）院士的博士生，克絲丁●布林克 （Kirstin Brink）的博士論文研究課題，和台灣團隊並無直接關係，在一次賴茲院士提起後，我主動為台灣團隊爭取機會，雖然他多次指責我們多管閒事，表示這項研究和我們無關，別想攪局參一咖！但我還是懇求他務必讓台灣團隊試試看，承諾若我們不能為該研究做出貢獻，便不必放進論文裡，就當作是我們團隊額外的練習題。

沒想到，台灣團隊四人（佔作者群的一半）的努力成果，竟促使克絲丁整個研究計畫，回歸最原本的繪畫版，重新檢討原本的論點，更提出強而有力的證據、推翻了過去對於肉食恐龍鋸齒的認知，說明這些具關鍵意義的小鋸齒的來龍去脈。我們難道不該浮一大白慶祝一下？

圖二：牙齒於牙床外部的構造──最外面是琺瑯層，最裡面是牙本質層，牙本質裡面有很多牙小管，兩層之間是琺瑯／牙本介面。

先從最基本的牙齒構造來開始說明：每根牙齒可分為露出在牙床外面，以及埋在牙床內的牙根等兩大部份，牙床外面的部份，如圖二的結構，最外面的是琺瑯層，最裡面的是牙本質，兩者之間有個被稱為「琺瑯／牙本介面 （Dentin Enamel Junction, DEJ）」的區塊，而牙本質內還有很多的牙小管 （Dentinal Tubules）。牙齒的強弱，取決於這三層裡的構造，也影響了動物會吃哪些東西。

我們的研究發現，吃素的恐龍牙齒，部份牙小管從牙本質區域直直地延伸到琺瑯／牙本介面區域，少數又延伸到琺瑯層；相對地，吃葷的恐龍牙齒，牙小管會從牙本質延伸到琺瑯牙本質介面區域裡面，並打結成球狀、形成被戲稱大家為「干貝」的構造，我們認為這些「干貝」可能俱備了力學緩衝的功能；吃素恐龍的牙齒，不若吃葷恐龍需要進行咬碎骨頭、撕開肌肉等大力道的動作，在此區域內的牙小管型態，就沒有必要有力學緩衝的機制，所以直直的也就夠了。此介面區域內的牙小管型態構造不同，決定了該恐龍的葷素食性；現在就來考考看倌們的眼力，圖二的恐龍，究竟是吃葷的，抑或是吃素的？很有趣吧！

圖三：肉食恐龍的牙齒 左一：牙齒在頭顱裡的位置示意（方框處）。左三：一根實際的肉食恐龍牙齒，左二和左四為左三兩側之鋸齒狀結構，左四附有細微結構名稱。 圖片取自於論文。

除了上述的「牙齒結構決定恐龍的食性」外，肉食性，也就是獸腳類恐龍的牙齒，為了方便咬撕獵物，牠們的牙齒除了會往口內彎曲，以防止獵物掙脫外，從橫切面來看，這些接近橢圓型的牙齒的前後兩邊，都有小鋸齒存在（如圖三所示），就像牛排刀的刀鋒一樣，可以用來撕咬獵物的肌肉。雖然大部分的肉食恐龍牙齒並不是特別巨大，但是暴龍口中最大的「牛排刀牙齒」連同齒根可達 30 公分，若滿口都是這種類似牛排刀的粗壯牙齒，一次吃下幾百公斤恐龍肉恐怕也稱不上什麼難事。

底下的圖四是裝設在美國蒙大拿州立大學，洛基山脈博物館外的原尺寸暴龍銅複製，頭部離地大約三公尺（一層樓高）。試想，如果在你的頭頂上，出現這麼一個血盆大口，眼睛緊盯著你，隨時準備要一口把你吞下，你不會嚇得屁滾尿流？不過我們其實大可以放心，人類出現在地球才不到一千萬年，這些活在陸地上不會飛的恐龍，早在六千五百萬年前就滅絕殆盡了，絕對不可能如某些話唬爛騙人的報導：「恐龍之所以會滅絕，是因為牠們原本是人類的寵物，那時的人類未盡到該有的責任，沒有好好照顧恐龍，導致牠們的滅絕」－－嘿，不要說我亂扯蛋，曾經就有台大外文系畢業當老師的某人，真相信有這麼一回事情，還特地跑到雲南要證實這種荒謬。

圖四：美國蒙大拿州立大學洛基山脈博物館外面裝架的原尺寸銅複製暴龍，我常問同行小朋友：「要幾個小孩才能塞滿這恐龍的嘴巴？」

肉食性恐龍上面的小鋸齒

又扯遠了一點，讓我們再回到肉食恐龍牙齒上面的小鋸齒上；圖三中最右邊有註解的這張相片，請仔細看到從自最下方數到第二個的註解「牙間皺摺 （inter-dental fold）」。以往，包括本次研究的中期以前，這個結構都被稱為「牙間洞 （Ampulla）」，普遍的認知是，當肉食恐龍咬到獵物骨頭和撕裂肌肉時，會對獵者牙齒的小鋸齒產生很大的壓力，容易導致兩個小鋸齒間產生裂隙，並在裂線底部產生一個小洞，作為應力的緩衝，以保護小鋸齒和整根牙齒不會繼續受損，產生更嚴重的傷害。

過去曾有無數篇論文都以「牙間洞 」為前提來展開討論，我們團隊一開始也延續這個想法；依照此說，這些「牙間洞」有可能藏著當年的食物碎屑，就像我們的蛀牙那樣會塞食物，並有細菌跑進「洞」裡來消化這些食物碎屑。如果能透過國家同步輻射研究中心的 BL-14A 工作站傅立葉轉換紅外線 （sr-FTIR）掃描，我們應該有機會在這些牙齒化石切片中，找到殘留有機物的證據；這也是我用來說服賴茲院士的有力說詞，於是乎他終於答應提供台灣團隊相關樣本，進行一系列的掃描。

團隊中服務於同步輻射研究中心的江正誠先生，以他笑傲江湖、獨領風騷的高超製作試片技巧，磨了不知多少試片，我和該中心世界頂尖的光譜專家李耀昌博士則花了不知多少時間，做了無數次的顯微紅外線掃描，卻始終未能在牙間「洞」裡發現機殘留物的波峰、找出任何有機物殘留的證據；也就是說「牙間洞」的存在很可能並非向大家過去所認知的那樣，而是一個需要重新思考的課題。

在我粗淺紅外線光譜分析中，雖然沒找到任何有機物殘留物的蛛絲馬跡，卻看到了相對未成熟的磷灰石群礦物（即構成牙齒的基本礦物質），這意味著有新的牙本質形成於過去所謂的「牙間洞」內，這就很有趣啦！「洞」裡沒有有機物，反倒有新的牙本質形成，這意味者可能根本沒有所謂牙間的「洞」存在；再者，李博士在分析用同步輻射傅立葉轉換顯微紅外線形成的光譜後，又有另一個更重大的發現。

圖五：肉食恐龍牙齒小鋸齒間的同步輻射傅立葉轉換紅外線光譜與分析，詳見內文說明。取自論文中的圖六。

圖五是李博士所做的光譜分析，可說是精彩絕倫。先解說最上面一排的圖片 A – F：

• A 是在紅外線光源下掃描區域的光學影像，可以明顯看到所謂的「牙間洞」。
• B 是一般的光學影像，「牙間洞」更為明顯（按：同樣的樣本，在不同的光源下，所「看」到的影像會有所不同）。從影像 C 到影像 F，越是紅色的區域代表濃度越高，越是藍色代表濃度越低。
• C 為二氧化碳在 2345 cm^-1 位置的分布，主要見於琺瑯層和少量在「牙間皺摺」。
• D 為碳酸磷灰石A 在 879 cm^-1 的分布，存在於「牙間折摺」的球狀牙本質內。
• E 為碳酸磷灰石B 在 867 cm^-1 的分布，存在於「牙間折摺」的球狀牙本質內。
• F 在 3000 – 2800 cm^-1 之間的烷基，請注意，這些有機物殘留物，基本上不存在於所謂的「牙間洞」內，而是在四周的牙本質（牙小管）內。
• G 是傅立葉轉換紅外線光譜與解讀。
• H 為琺瑯質的傅立葉轉換紅外線光譜。
• I 為牙本質的傅立葉轉換紅外線光譜。
• J 為琺瑯層內的碳酸磷灰石A 和 碳酸磷灰B 解析圖。
• K 為保存在牙本質內的有機烷基。

到此為止，我們徹底打破了過去對於「牙間洞」的認知，進而提出新的正確名稱──在兩小鋸齒間的這個構造，應該稱為「牙間皺摺」。對於不是搞光譜分析的芸芸眾生來說，這些技術性說法，這些內容同天書般難以閱讀，看倌們也不必勉強自己一定得讀懂這部份，我只希望能在本文留下個人的心路歷程，讓子孫們知道，當年爺爺有幹過此等大事。

現在我來試著講講普通人的話，說明這些光譜掃描和分析的重要結果：

1. 從 F 可以明顯看到，在過去所謂的牙間「洞」內，沒有看到有機殘留物存在，反倒是在牙本質內出現了烷基。
2. 二氧化碳 (CO₂)和牙齒化石有著很密切的關係──中生代比現在氣溫高上很多，南北極都沒有冰層覆蓋，大氣中的二氧化碳濃度更是現在的好幾倍。因此，溶解到地下水裡面的二氧化碳濃度高於現在，這些溶解於水中的二氧化碳與它和水所形成碳酸，在牙齒石化過程中滲入其中。但就如 C 所顯示的，二氧化碳只滲透到琺瑯層，加上少部分跑進「牙間皺摺」，並沒有擴展到牙本質區域內；換句話說，二氧化碳的侵入就到此處為止。
3. 水中的碳酸成分跑進「牙間皺摺」區域裡面，並與磷灰石起了作用，產生兩種不同的碳酸磷灰石A 和 碳酸磷灰石B。
4. 綜合以上兩點，可以看到二氧化碳和碳酸在石化過程中，扮演了一個非常有趣而獨特的作用：它們在琺瑯層和「牙間皺摺」等地方，形成「水泥覆蓋 （Cementing）」作用（水泥就是碳酸鈣），這個「覆蓋作用」或許就是讓牙本質內得以保存有機殘留物的重要原因！

為了探究「牙間皺摺」的形成，克絲丁又做了許多切片，觀察尚未長出牙床的小鋸齒間；依據以前的說法，「牙間洞」是在牙齒使用過程中產生的，所以還沒長出來使用的牙齒，理論上應該不會有這些結構。然而克絲丁卻在許多尚未長出牙床的牙齒邊緣同樣看到了「牙間皺摺」（圖六），這更是壓垮老駱駝的致命一槍，徹底推翻了過去的「牙間洞」說法！

哈哈哈！雖然我們推翻的只是一個一般人根本不會關注的、非常學術的小小課題，但能在浩瀚學海中，留下了一點點小記錄，人生也就夠本啦！

圖六：蛇髮女怪龍（學名：Gorgosaurus）近似種未長出牙床的切片，可看到沒長出牙床的牙齒，已經有很清晰明顯的「牙間皺摺」結構，對「牙間洞」說法可算是最有力的反證。

原始論文

Developmental and evolutionary novelty in the serrated teeth of theropod dinosaurs 
Scientific Reports. [July 28, 2015]

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自殺，曾經為國人十大死因之一。雖然近年有滑落的趨勢，但是它所帶來的影響之大，是台灣社會上所有人都需要知道的。接下來，我們來談談在台灣發生的自殺。

根據行政院衛生福利部公佈的最新調查，在民國103年，自殺這項死因分別為青少年（15-24歲）和青壯年（25-44歲）前三大死因之一。過去一年裡，在15-44歲的死亡人口中，有1324人是死於自殺。

這串統計數據除了告訴我們一堆年紀和人數外，又能代表什麼呢？

一項公佈於2011年的研究認為，這代表台灣社會經濟的損失。在這項針對1997和2007這兩個年份的自殺數據調查指出，若是只單看人數的話，自殺似乎只排在第十位跟第九位，但若是結合社會經濟的損失，也就是這些消逝的生命對社會可能提供的貢獻來計算，自殺是排在第六位和第三位。研究者進一步指出中年男性，這群過去沒被注意到的團體，可能需要更多的關注。

青少年（15-24歲）的自殺死亡率，僅次於意外死亡。

這看起來似乎是一件很奇怪的事情，為什麼沒有生老病死纏身、身在人生最美好的歲月中恣意青春的青少年會選擇自殺？

2009年一篇針對南台灣10,233位青少年的研究指出，在放入大量可能跟自殺企圖（suicide attempt）有關的心理社會因子（psychosocial factor）進行分析後，發現青少年的自殺企圖和憂鬱症、高度家庭衝突以及身為女性有關。

在此，我們先將話題岔開一下。請注意，「有關」不代表「造成」。也就是說，在這項研究裡頭指出的憂鬱症、高度家庭衝突以及女性這三個因素，並不是造成自殺的充分且必要條件，而是具有自殺的危險性。另外，具有自殺的想法，不代表就真的會自殺，而是危險度較高。在這項研究中的一萬多名的青少年，有自殺意念（suicide ideation）的高達28.2%，但實際上只有9.1%的人回報他們曾經試圖自殺。

自殺並不是一個簡單就可以說明的行為，個人心理、家庭因素、酒精藥物、同儕相處都可能影響自殺。在這篇研究中指出，針對青少年的自殺議題，需要有上至社會教育、下至家庭溝通的協助。

那麼，青少年的自殺是否也跟社會環境有關？

一篇發表於2011年的研究，比較臺北、上海、河內這三個處於不同發展階段的亞洲城市後，發現被視為完全工業化的臺北，相較於上海和河內，具有顯著的青少年自殺企圖和自殺意念。在分析各項因素後，數據指出，不論是從鄉村或都市搬到臺北的人，都較可能有自殺意念；出乎意料之外的是，不和父母同住的青少年較少有自殺意念，和父親關係較好的青少年也是。

但不論是哪個國家，具有自殺意念或自殺意圖的青少年都認為，來自同儕、父母以及專業人士的幫助，都可能讓他們感受到支持。但在臺北，23.9%的受訪青少年不會跟任何人談論自己有這樣的念頭。這項研究指出，這三個亞洲城市都缺乏管道給青少年去尋求專業人士的幫助。

除了這些，還有其他因素會影響自殺率嗎？

有的，就是媒體。根據兩篇分別發表於2007年和2010年的研究都指出，媒體過度渲染名人自殺的新聞，接踵而來的就是模仿效應（copycat effect）——用類似手法自殺的人數升高，而自殺率也是。之所以會有這樣的影響，主要是因為媒體在報導時過於聳動，並不斷重複，更提供自殺手法的細節所造成。

1995國際生命線台灣總會

最後，自殺，不該是某個群體該關注、該想辦法解決的事，做為一個全球性的公共衛生議題，所有人都有義務來了解自殺這件事。也只有這樣，才能繼續去預防它。

引用文獻：

• Law et al. (2011) The economic and potential years of life lost from suicide in Taiwan, 1997-2007. Crisis Vol. 32(2): 152-159
• Tang et al. (2009) Suicide and Its Association with Individual, Family, Peer, and School Factors in an Adolescent Population in Southern Taiwan.  Suicide & Life – Threatening Behavior 39.1: 91-102
• Blum et al. (2012) Youth at Risk: Suicidal Thoughts and Attempts in Vietnam, China, and Taiwan. Journal of Adolescent Health Vol. 50(3): 37-44
• Cheng et al. (2007) The influence of media reporting of the suicide of a celebrity on suicide rates: a population-based study. International Journal of Epidemiology Vol. 36(6): 1229-1234
• Chen et al. (2010) The impact of media reporting of the suicide of a singer on suicide rates in Taiwan. Social Psychiatry and Psychiatric Epidemiology Vol. 47(2): 215-221

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內容來源

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呂權恩在自家屋頂上蓋的簡易觀測平台。圖／呂權恩提供。

民國66年七月底、八月初，中颱賽洛瑪（Thelma）和強颱薇拉（Vera）一北一南，相繼橫掃基隆和台北。颱風的災情景況震懾了當時年僅十歲的呂權恩，從此對變幻莫測的氣象深深著迷，一頭栽入就超過30年，他在自家房子屋頂架設儀器，成立觀測站，忠實記錄彰化數據。

他的「銀星氣象站」取得中央氣象局登記證，為民間唯一氣象站（現在則為暫停狀態），也曾是彰化雲林一帶唯一的「氣象站」（註1）。他曾因故停止觀測十年，儀器也已難以滿足量測需求，他希望能募資重建像樣的觀測站，成為推廣氣象知識的據點。

彰化和美鎮的尋常巷子裡，一棟透天厝門口掛著「銀星研究氣象站」藍色牌子，說是研究站，其實相當克難，自搬家過後，呂權恩的儀器只能分散擺在住家角落。「自記虹吸雨量儀」、風速風向儀（今年八月中被蘇迪勒颱風吹壞了）設置於鐵皮屋頂的簡易平台，「自記氣壓計」則在神明廳的櫃子上滴答作響，曬衣場空間的一方桌板擺著紀錄本，一箱箱紙本天氣圖資料堆疊在鐵櫃上，櫃裡則堆滿氣象相關書籍與資料。

呂權恩的儀器分散在屋頂、頂樓空位。他面前的儀器為「自記風向風速儀」，蘇迪勒颱風打壞的風扇就擱置儀器旁。圖／劉珈均攝

每天清晨五六點，呂權恩便起床調校儀器、記錄自家數據、看看中央氣象局的資料和圖表，接著出外到工廠上班，數十年如一日，記錄和美地區的地面數據。現在多了預報中部在地天氣的服務，趁空檔在FB預告雨訊。 他認為，大家對於天氣資訊的需求相當單純，就是想知道當天是否會下雨、要如何安排行程。

此次訪問開始前，他說待會可能會下大雨，不一會兒窗外果真下起傾盆大雨，呂權恩也不時滑著手機回覆網友提問（每天約有幾十人提問，在地人、國中生、附近廟宇等都是常客），或是看看雷達回波圖，預告下一波陣雨，訪問就在一陣陣雨聲中進行。

一人觀測站　氣象工作像星星一樣無法窮盡

這「一人氣象站」的誕生可以追溯到呂權恩13歲時，起初他只是用簡單符號記錄天氣陰晴，漸漸地加入溫度、風向風級、雨量等項目。當兵時呂權恩努力存錢，購置自記溫濕度儀和自計氣壓儀，一個簡單但項目完整的氣象觀測站於是成形。

呂權恩並向氣象局申請登記證，因為場地不夠正規，持續申請了六七年，氣象局在79年「破例」發放證照給呂權恩，他也按月傳回觀測數據給氣象局。將測站取名為「銀星」是因為，研究氣象是不能停歇、無止盡的工作，就像天上星星無法數清，綿久恆長。

氣象局發給銀星氣象站的登記證（呂銀山為呂權恩舊名）。圖／劉珈均攝

因為家貧，呂權恩國中畢業後就出社會工作，他曾北上求職，擔任電視台撰寫氣象資訊的幕後人員，後來回鄉任職於各式工廠，工時冗長，一天只有一兩小時得以自由運用，他的氣象知識皆靠自修而來，有問題就寫信給氣象局、索取資料。

早年資訊不發達，研究天氣是相當孤獨的工作，呂權恩都靠撥打氣象專線166獲取氣象資訊，遇颱風或特殊氣象時，常得緊密盯著天氣變化，跟著氣象人員一起「加班」。近年在女兒建議下，呂權恩開設了FB粉絲頁與社團「彰化天氣搶先報」，即時預報中部地區的天氣和雨況，最快幾點、最慢幾點下雨。他說，今年梅雨季的陣雨估算地準，還曾有網友對他說：「雨是你說下就下的嗎！」但也有雲進來就突然消散，預測失準的情況。

天氣圖與颱風警報單的故事

民國70年代的天氣圖。圖／劉珈均攝

他從民國73年開始，一口氣訂了50年份的天氣圖，「兩三天寄一次，有時候也會漏掉。」呂權恩足足累積了30年份的天氣圖，後來各項資訊上網後轉由網路下載。早年天氣圖為手繪，密集的字跡、數字與曲線是氣象員每日不懈的觀測成果。逢特殊天氣時，圖上的曲線就像被擾動的漣漪，標誌著這些遠洋而來的颱風或鋒面，呂權恩翻著這些天氣圖，信手拈來背後故事。

有張雙颱衛星雲圖被呂權恩稱為鎮台之寶，南北半球各一個強烈颱風，旋轉方向相反，在衛星雲圖上幾乎對稱，宛如兩個相互牽引的星系，「雙颱本來就罕見，像這樣對稱的更是絕無僅有！」呂權恩說。當時報載，北半球的羅拉（Lola）在海面上消散，南半球的南姆（Namu）卻造成所羅門群島幾萬人無家可歸、百人以上死亡或失蹤的災情，那年正逢哈雷彗星回歸，有民眾因此穿鑿附會是「掃把星」帶來麻煩。

呂權恩稱為鎮台之寶的雙颱衛星雲圖。75年5月，北半球的羅拉（Lola）與南半球的南姆（Namu）被媒體形容為兇神惡煞的巨眼。圖／呂權恩提供

收藏裡有份泛黃的颱風警報單，那是民國52年的強颱葛樂禮（Gloria），當時台灣省氣象所（中央氣象局前身）認為颱風會北轉，不會侵台，民眾可以安心睡覺，結果颱風又轉回來，路徑變為西北颱，造成台北嚴重水患、300多人傷亡或失蹤等災情，氣象所所長鄭子政更因此下台、移送法辦。

讓呂權恩印象最深刻的，莫過於民國75年八月的韋恩颱風（Wayne）。韋恩颱風是台灣氣象史上第一次由中部登陸的颱風，造成台灣中部重大災情。它的生命週期長達20天，期間它登陸台灣兩次，讓中央氣象局3度發布海上及陸上颱風警報，路徑錯綜複雜，更有一度減弱成熱帶性低氣壓後又起死回生，再度發展成颱風。

當時呂權恩每隔兩三小時便撥打氣象專線166，半夜亦然，「當時預報間隔跟資訊項目跟現在差不多，就差在形式用電話或電視。」中央氣象局發佈海上警報後，每3小時更新一報；發佈陸警後，每小時加發最新颱風位置。 他從電話聽取預報資訊，自己手繪警報單，貼在住家附近橋樑的電線杆上，也帶到公司給同事看，「看的人也不多，但我還是貼。」他笑著說。他對韋恩從濁水溪登陸那天記憶猶新，大清早他聽完預報後，直接打電話給老闆，堅決告知他當天不去上班了，不久風雨立驟，雨勢猛烈，狂風掀起路樹和屋瓦，先前視他反應過度的左鄰右舍也紛紛轉變態度。

（左）民國52年葛樂禮颱風警報單；（右）今年天鵝颱風警報單。圖／劉珈均攝

韋恩路徑圖。圖／取自wiki

暫停觀測十年後　今日重啟未竟藍圖

氣象站建立後，如常運行了十幾年，不過，和美鎮鄰近海邊，在海風吹拂下，儀器日漸損壞，加上經濟拮据，有些耗材也缺乏補給，到民國90年代逐步停止部分項目，僅持續測量氣壓和雨量。後因忙於生計和家庭，觀測工作不得不暫停，這一停就是十年，至去年才恢復記錄雨量、氣壓、風速。

為什麼暫停許久後又恢復觀測，甚至嘗試募資？ 有什麼好理由讓大家資助一個民間測站？

他回答：「就興趣啊！」他不想放棄繼續研究天氣的可能性，並戲稱：「我沒有背景，只有背影。」因此報著開放心情嘗試群眾募資這新穎方式。他說，現在申請參訪氣象局或測站有一定難度，他想成立一個開放性、教育性質的氣象站。

他比劃著，描述理想中的氣象站要設在空曠場地，佔地十幾坪，白色圓塔頂樓擺儀器、太陽能發電和風力發電機，下面樓層則有觀測室和展覽室，戶外有觀測坪。氣象站會提供資料服務，並對外開放，讓一般人或學生有親民的氣象站可以參訪。

不過，現實因素是一大挑戰，這願景需要新台幣百萬以上的經費才能實現，若「折衷」在屋頂上蓋個堅固的觀測平台，也需要二三十萬。 他去年兩度於flyingV募資網提案，只募到兩萬元，「只能有多少錢，做多少事。」他說，觀測儀器都要幾萬元起跳，專用記錄紙、記錄筆等耗材也需要經費。為了省錢，自計氣壓計的記錄紙原為一天用，他調整氣壓計的發條，讓一張記錄紙可以記錄一周的資訊。

呂權恩的成果曾寫成《台灣的天氣》一書、編進彰化縣的鄉土教材，和美鎮誌、消防員、建築商也曾向他請教在地天氣資訊。「氣象資訊是很在地的東西。」他說，以前沒有儀器的時代，人們口耳相傳經驗，累積為地方諺語，科學數據則能有根據地累積，讓往後回顧、研究時有所依循。

爬上兩道鐵梯才能上屋頂的簡易觀測站。圖／劉珈均攝

（左上）自記氣壓計；（左下）今年蘇迪勒颱風的氣壓記錄，呂權恩說這是他量測過最低的氣壓；（右）自記風速風向儀是他僅存不多的儀器之一。圖／劉珈均攝

氣象局組長：「喔我記得那位小朋友的故事！」

早年呂權恩常連絡預報中心，詢問問題或分享自身觀測成果，氣象局第二組組長李育棋在氣象局服務30幾年，剛入氣象局時就在預報中心服務，聽記者詢問銀星氣象站，他說：「喔我記得那位小朋友的故事！」李育棋說，早年通訊不發達，加上處於戒嚴時期，氣象資料有國防敏感性，一般人不易取得，經內部查詢，當時氣象局發證照給銀星氣象站其實鼓勵研究的性質居多，並未嚴格查驗儀器或數據。（P.S.聊了一下，組長才發現自己和呂權恩不過相差十歲）

「弄一個完善的百葉箱就需要四五十萬了。」李育棋說：「建立一個嚴謹的氣象站起碼大概需要新台幣兩百萬。」加上後續維運、保養等也需要資金，一般民間或私人單位無力負擔運作一個測站的成本。

氣象法修正後，有限度放寬民間參與預報（註2），測站也由許可制改為報備制。李育棋說，在許可制時期，除了氣象局，只有各縣市水利署、農田水利會等單位會為了農業研究目的而成立測站、向氣象局登記；現今有些校園等「教育單位」會設立測站，目前尚未有民間或私人所有的測站。在這層意義上，銀星的確是「民間」唯一氣象站。

氣象局不會干涉同好之間交流知識、科普教育，或是環境評估等為特定用途而進行的氣象觀測，不過，氣象資料運用有其界線，若要拿私自測量的數據當作憑據甚至預報，就涉及專業和法規問題。

要公開發佈氣象消息，或成為氣象局採納數據的「專用站」，須經一套嚴謹的申請與審核流程，氣象局會勘查場地、校驗儀器、審核觀測數據和儀器保養等，「作好環境控制，才能確保那些數據是在相同標準下產生和可信度。」若審核通過，氣象局才會採納該測站的數據，收錄進資料庫，作為日後預報或研究參考。

民國70年代的手繪天氣圖，一張約為月曆般大，手繪而成。圖／陳亭瑋攝。

民國80年代天氣圖改為粉色（左為內頁，右為封面），對折後約A4大小，開始使用電腦打字。圖／陳亭瑋攝

註：

1. 依據「專用觀測站認可辦法」，氣象觀測站依用途和觀測項目分成13個種類。早年彰化和雲林一帶只有「雨量站」和「農業氣象站」，沒有全面觀測氣象資訊的站點。
2. 氣象法於民國73年制定，92年及104年修正。第一次修正時，許可其他機關、學校、團體或個人可以發布氣象或海象預報，但禁止災害性天氣預報；第二次修正再放寬，除了不得發佈災害性天氣中的颱風、豪雨，其他如大雨、雷電、乾旱、濃霧、寒潮、冰雹、龍捲風、強風、低溫、海水倒灌等，都可開放發佈，但須同時註明中央氣象局的資訊。

參考資料：颱風資料庫、氣象法修正QA、中央氣象局知識特輯、Scimu「屋頂上的氣象先生」募資案

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作者／趙軒翎（科學月刊編輯）

2014年謝志豪升等為台大海洋研究所教授，2015年7月又榮獲日本第18屆生態學琵琶湖獎的殊榮。他結合理論模型、野外調查實務數據與統計分析等跨領域科學方法，解決湖泊及海洋生態系統中漁業、優養化與環境變遷問題，而獲得此獎的肯定。

台灣大學海洋研究所位於校園的西北角，醉月湖的北岸，左右有天文數學館與凝態中心暨物理系館兩棟新的高樓矗立，襯托之下，海洋所的大樓顯得多了些歷史的痕跡，這裡就是謝志豪副教授任職之處。進入四樓的研究室，我們遇到的是如同實驗室中大學長般親切、沒有拒人之外學者架子的謝志豪老師，這樣一位年輕學者卻已有多篇令人驚豔的論文發表在世界頂尖的期刊上，讓人不能不好奇他究竟是怎麼做到的？

分生年代抵抗分生

雖然達到錄取醫學系的成績，卻寧可就讀台大動物系，謝志豪笑著說當時許多進入動物系的學生都是這樣。他進入台大就讀的那年，民國82 年，正好是中央研究院分子生物研究所、生物醫學研究所相繼正式成所的時代，在相關人士的宣揚與媒體的播送下，分子生物學成為當時台灣的顯學。在這樣的氛圍下，吸引了許多像謝老師這樣的學子進入生物相關科系就讀，期望能在這個尖端的生物研究中有所突破，進而貢獻生技產業或是醫學領域。

不過到了大二升大三的暑假進入實驗室後，他發現自己總是做不好分生實驗，搞不定這些儀器和技術。雖然實驗室的學長安慰他，犯完所有可以犯的錯誤之後，一定可以海闊天空、駕馭自如，但這樣的挫折卻仍讓他覺得自己不適合這樣的研究方向。

直到他跟著教授無脊椎動物學的陳俊宏老師，到澎湖去做野外實驗，在海邊採集樣本，他至此萌發了對生態的喜愛與熱情。而後又有幸遇到石長泰和丘臺生老師，帶領他進入浮游生物的世界。關起分子生物的這扇門後，生態的這扇窗開啟了，每個月出海採樣、努力學習浮游生物種類鑑定。謝志豪說，雖然要用很小的鑷子在顯微鏡下解剖微小的浮游生物，但對他而言卻比分生實驗容易上手。

研究所時想選擇純粹的海洋生態研究，不要再有分生實驗的實驗室。但在當年那個研究氛圍下可說是難上加難，因為連生態學都面臨分生的新研究工具引進而導致的轉型壓力。最後他選擇了與石長泰、丘臺生兩位海洋生態學家，學習如何研究台灣海峽的浮游生物與漁業資源。

讀論文是興趣

難道不跟著分生的潮流，就只能沉浮於傳統生態學領域？謝志豪可不這麼認為，他勇於跨入了另一個他不那麼熟悉的領域，並將生態學與這個領域做緊密的連結，這個領域是「數學」。生物統計及生物數學在現在可能不是一個新興的概念，但當時台灣在這方面的研究卻落後許多。他笑著說，當時會唸生物科系的通常數學不太好，或者是覺得自己數學不太好。不過開始想用數學作為研究工具，但數學又不好怎麼辦？於是他開始去旁聽數學系的課程，接觸微分方程、高等微積分，並且自己學寫程式，一點一滴唸下來，才發現是自己把數學想得太難了。

在眾人提倡分生的年代毅然決然地轉身投向海洋生態的懷抱， 勇敢走與大多數人不一樣的路。（謝志豪提供）

多數的研究生把大多數的時間花在自己的論文題目上，他卻將大把時間拿來了解各種不同的領域，他說讀論文是他的「興趣」。當他對某個主題有興趣，他會去念這個主題相關的論文，其中遇到不懂的或有疑問的，就再去閱讀更多的論文。「我想知道它的來龍去脈，我對歷史很有興趣，我會想知道誰是第一個提出這樣的想法的人，為什麼想這樣解決問題。」謝志豪的語句中很自然的流露他渴望更多新知識、新觀念的熱情，在這樣的過程中，他不僅擴充他的學識範圍，這些求知經驗更在一點一滴的累積下，成為他現在課堂上授課的題材。

進入理論生態殿堂

碩士畢業後他申請上了相當著名的加州大學聖地牙哥海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography），前往美國就讀博士班。「我跟我的老闆馬克歐曼（Mark Ohman）說我不要做種類鑑定，這我已經會了，我想做洋流模型，看洋流的流動如何影響生物漂送及族群變動。」也因此謝志豪走入理論生態學，由一本《生態學入門》（A Primer of Ecology）和程式設計課本開啟了新領域的門。從大學、碩士班累積起來的數學也沒有荒廢，他每個學期必定修一門數學系或機械系大學部的數學課，他打趣地說，「上過國外的數學課，才發現台灣的數學課，對於非數學專業領域的學生而言，真的教太難了，不是學生太笨！」

因為他的認真與努力，也讓他遇到了影響他博士班生涯的第二位老師，杉原（George Sugihara）教授。謝志豪回憶道，「我去上他的計量生態學，別的同學交作業都是紙本，我都寫程式，老師每次給我的成績上都寫Super ！他改成績的方式就是ok、good、excellent、super 分級， 沒有分數。」好的表現使杉原教授對謝志豪印象深刻，並將他挖角到自己的實驗室。

這個轉換讓謝志豪相當掙扎，一來是原實驗室的歐曼教授是帶他走入理論生態領域的重要老師，給他很多激勵和幫助，且當時已經準備要提博士資格考了。二來是他懷疑自己有沒有這個能耐，可以去應付新研究課題的挑戰。當他下定決心與舊實驗室道別時，他的理由是，「我認為我現在做的研究題目不夠具有挑戰性」，看似一句相當直接、大膽的話背後，其實有相當多的考量。

「當我在念碩士班時，像洋流模型這樣的題目全世界只有十個人在做，但當我唸博士班時卻有一百人會做，且出現了很多軟體，若我不能自己去發明軟體，那我就只是學會使用軟體和調整參數，這並非我讀博士班的初衷。」他決定給自己更新的挑戰，這種「除了要好，還要更好」的態度，相信是他不斷突破自我的動力，不過這次的轉換跑道卻也帶給他意想不到的艱難磨練。

他成為了兩個教授共同指導的學生，雖然這不是很特別的案例，但當發現這兩個教授對彼此頗有意見後，夾在中間的學生就相當尷尬了。兩位教授都是學生公認非常嚴格的老師，能在這兩位嚴師指導下順利畢業，謝志豪笑著說自己成了系上的「傳奇人物」。

雖然謝志豪一直都以輕鬆的語氣敘述這段經歷，卻不難想見當時他所面臨的壓力與挫折。博士班三年級他得重新構思研究題目，老師卻又一直不滿意他提出的想法，此外公費留學的獎金也即將用罄，卻沒有經費來源。在什麼都沒有的窘困情況下，曾讓他非常後悔轉換實驗室的念頭。

謝志豪老師親切、爽朗的個性，以及談話之間的妙語如珠，讓整個訪談笑聲連連。（洪英愷攝影）

獲得漁業寶庫

幸運的是，他遇到了一位準備從美國西南漁業中心（Southwest Fisheries Science Center, NOAA）退休的老教授約翰（John Hunter）。約翰手中有一筆累積50 年的加州魚類資料，想找人幫他分析這些資料，希望對漁業有幫助。他說「I should give this treasure to a good hand」，而謝志豪則成為這雙「good hand」。

「他們想從資料庫中找到生態指標（ecological indicators），能夠幫助他們做環境和漁業的資源管理，讓他們經由指標判斷什麼魚可以抓、什麼魚不行之類的問題。」當時相當流行發明生態指標，至今仍是一門顯學，因為不管是政府單位或研究單位都想找一個簡單可行的標準，因此陸續發展出一百多種生態指標。謝志豪說他當時對漁業一點都不了解，要從不了解到了解，他認真下功夫，遇到不懂就找書唸、找人問。「發明生態指標何其之難，不同的魚受到不同的漁業壓力，要找到一個數值就可以來全面應用，其實我認為不是一個成熟的科學想法。」在大家極力尋找生態指標的情況下，謝志豪卻有相反的想法，「這些指標可能有用，但是它需要和沒有漁撈的狀況作比較，但現實上全世界都是先有漁撈後才去測量這種魚。唯一有用的指標還是回到傳統的漁業管理方法，一個種類、一個種類去做指標，但這不是政府單位想要的，因為已經有研究顯示，單一種類指標有相當大的缺陷。」

因此他提出了一個在當時很創新、奇特的想法，他要比較加州地區受漁撈和沒受漁撈影響的魚種，把受漁撈影響的魚種當實驗組，沒受漁撈影響的魚種當對照組，以此來看漁撈對魚種的影響。這個時候他的實驗室是整個大自然，不受漁撈的魚種受到的環境壓力，單獨來自氣候變遷和生物之間原本的交互作用，但受漁撈的種類除了這些以外，還要承受撈捕的影響。運用來自約翰老教授的50 年資料，他就能用各式各樣的分析方法來比較這兩種狀況。

「當時我提了這個想法，我的博士班口試委員，漁業界的大老都覺得我是拿橘子和蘋果來比較，根本不可行。」謝志豪打趣地說，每次與口試委員的會議，老師們總是吵成一團，不過因為當時大家做生態指標也做不出個所以然，於是就只能死馬當活馬醫的試試看了。

後來這樣的一篇研究發表到國際知名期刊Nature。即使如此，還是有一些反對的聲浪，但也同時引發了新的研究浪潮。以往的學者曾提出許多相關的物種互動模型，以及魚類族群結構的分析，但往往只停留在模型，沒有以實際的資料去驗證。謝志豪謙虛的說，「我就像走在路上幸運撿到NOAA資料庫的這塊寶，而自己只是從中挖寶。」但若是沒有他一直不斷地進修數學分析、努力鑽研理論生態學，即使有這樣的寶礦在手，也不見得能讓他發光發亮。

成功的研究發表在好的期刊等於博士班順利畢業，這在謝志豪身上卻是不成立的，他發現指導老師希望他能留下來，繼續完成其他研究，加上其他種種壓力，讓師徒二人起了爭執。在崩潰邊緣的謝志豪，很慶幸他的背後一直有一雙支持他的手，讓他不會放棄倒下，這一雙溫暖的手來自他的太太。「我太太一直很支持我，她原本有很好的工作，但是她選擇放棄工作陪伴我。」說到這裡謝志豪的語氣柔和了許多，透露的是無限的感激與溫暖。

另一方面是前老闆與口試委員們的幫忙，使得杉原教授在最後妥協，也寫了封很好的推薦函，讓他順利在京都大學找到博士後研究的工作。在這段期間他們也迅速將第二篇Nature 的論文送出去，謝志豪說他的老師認為，即使在相處上遇到衝突，但科學研究不應該因為這些事情而受挫折，不繼續前進。即使到現在，謝志豪仍然和杉原教授維持合作，共同指導學生。「我感謝我的指導教授對我的嚴格要求與挑戰，我自畢業以來，還未遇過比博士班生涯更大的挑戰。」

創建台灣海洋生物資料庫

2007年回到台灣，在台大海洋所開始建立自己實驗室的謝志豪，對於研究走向經過一番思索後，回到了他碩士班時期做的海洋浮游生物生態。以往台灣幾乎沒有完整、且有系統性建立的海洋生物資料庫，研究人員都是到處抓資料分析，能分析的參數有限，空間象度也有限。謝志豪認為這樣不行，「我希望能夠建立一個資料庫，這個資料庫30年之後會有用，將來我能夠像約翰老先生一樣找個good hand來好好利用它」，因此決心要投注心力在創建台灣浮游生態資料庫。這是一條披荊斬棘的路途，箇中艱辛只有實際去做才會瞭解。

「你可以想像我需要花多少時間、多少人力、多少經費，才能完成一個資料點，而一篇論文需要累積4、50個資料點才夠，我需要投資的遠遠超過想像。」這個資料庫中的資料相當齊全，包含海洋環境的背景資料，如溫度、鹽度、溶氧量、各式營養鹽；以及浮游生物的資料，如浮游植物的濃度、生產力、浮游動物的濃度、種類等。

謝志豪這一等就是6、7年，其間慫恿他發表論文的聲音不斷，卻動搖不了他不做「泡麵式」發表的決心，他認為當資料搜集還不夠說一個完整的故事時，連自己都說服不了，怎麼說服別人！

在謝志豪的研究路上，太太給予他的支持與鼓勵，讓他沒有在重重艱難關卡前放棄。（謝志豪提供）

難道就這樣放棄漁業研究了嗎？其實謝志豪並沒有放棄，2008 年發表在Nature期刊上的論文是延續博士班的研究，著重於漁業對魚群豐度的擾動，運用NOAA資料庫的資料分析，發現漁民撈捕時篩選體型較大的魚，造成魚群的年齡金字塔低齡化，進而提高魚群群族崩解的風險，是在對漁業提出沉痛的警告。此外，2012年發表在Science 的研究，則是以加州最著名的鯷魚與沙丁魚漁業為題，探討這兩種族群一增一減變動背後的真正原因。

問到未來有沒有可能回過頭來研究台灣漁業，謝志豪在短暫思索後回答，「我在等一個契機」，這個契機是讓漁業的採樣方法，以及獲得的資料更可信。「我還是想建立一個30 年計畫，期待將來有幫助。當然也有人跟我說，30年之後沒有魚了怎麼辦？那我真的無話可說了。」謝志豪也感嘆，我們對台灣附近的海域了解真的很有限，常常都在處理新的、不了解的現象。以往針對局部、特定種類的調查較多，卻缺乏大規模的調查，在我們還不夠了解自己的海洋的情況下，魚群卻已經面臨慢慢減少的危機。台灣海域面臨的另一問題是，即使規範了台灣的漁民，卻無法規範外國鐵殼船入侵的無奈。

蓄勢待發 航向新大陸

航行於波濤洶湧的大海，如何克服暈船、挺過暴風雨，需要的是不畏艱難的意志力。能夠乘風破浪地前進，航向未知的大陸，需要堅強與堅定。發現新大陸時，要的不只是攻頂插旗，求的是全盤的了解土地。謝志豪的研究之路一如這個旅程，克服困難、險阻的無畏精神與努力不懈的毅力，引領船隊向前挺進。

謝志豪帶領學生們出海採樣。（謝志豪提供）

謝志豪說，當你知道自己想要什麼，就開始努力規劃自己的生活，不做浪費時間的事情，即使你的努力當下看不見，但你從過程中總是會學習到你下一步可能會用到的技能，不管是團隊合作、知識的積累、如何面對新的挑戰等。他從不要求學生要做什麼，反而要他們自己去想、去執行，訓練他們獨立自主研究、邏輯思考和時間安排。

從2013年起，謝志豪與台大大氣系郭鴻基教授合授「生命科學數學」，希望能讓學生物的學生們，瞭解數學的樂趣與應用，開拓更寬廣的視野。我們可以期待的是，在謝志豪老師的帶領下，30年後完成的不僅是一個完整的台灣海洋生態資料庫，更是一批關切海洋生態的專家，在各地發芽茁壯。

〈本文選自《科學月刊》2014年1月號〉

延伸閱讀：
走訪明星研究船—海研一號
與一隻臺灣新紀錄海膽的邂逅與聯想

什麼？！你還不知道《科學月刊》，我們46歲囉！
入不惑之年還是可以當個科青

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 錢鰻：兇猛的在這啦！

食用的「鰻」裡還有一類「錢鰻」，主要包括了鯙科（Muraenidae）的成員，台灣記錄2亞科12屬59種，大部分的種類白天躲在珊瑚巖穴底下，到夜晚才外出捕食。如果你對鰻魚有過一絲一毫兇猛的印象，那應該是來自於這群掠食者們。牠們不僅僅擁有厚皮和黏液能在珊瑚礁縫及岩縫中保護自己，配合牠們刀片狀的牙齒以及身軀如蛇般的扭力，獵物一旦被咬住就難以脫身。

黑身管鼻鯙雄魚頭部特寫 By Chika Watanabe (Chika) from Los Altos, USA (Flickr) [CC BY 2.0]

除了以上「兇惡」的屬性外，鯙科（Muraenidae）的成員還有些很特別的特質：有些種類的性別會隨年紀改變。例如黑身管鼻鯙（Rhinomuraena quaesita）[4]小時候是黑色的，少年時期（雄性）是漂亮的艷藍色帶黃色鰭，年紀更大時則性轉為雌性，全身黃色。

御飯糰又是哪種鰻？

好吧，說了這麼多，你一定也有個疑問。既然我們在「鰻魚飯拯救計畫」裡囉嗦了這麼久，白鰻數量驟降價格昂貴相對罕見。那麼日常生活裡這種隨手可得的地方吃到的鰻魚又是哪一位呢？

鄭景名攝

星鰻？錢鰻？御飯糰裡到底是不是「鰻」……要不要一起來調查看看呢？

【參考資訊】
數位典藏國家型科技計畫：臺灣魚類資料庫

• 註一　一個詞惹火生物老師的「中文學名」
  在談及生物的「學名」時，分類學家只用已經死掉很久了的的拉丁文溝通──所有的生物學名都是拉丁文，換而言之並沒有「中文學名」這個東西存在。要替一個物種取名字（新種發表）在分類學家來說是很認真的事情，完整的發表需要遵守《國際動物命名法規》才能成立，也才不會導致後續的人混淆。
• 註二 台灣園鰻（Gorgasia taiwanensis）1990年才被採集發表，曾被認為是僅產於台灣墾丁、綠島海域的特有種，但近年來也有在印尼與日本採集到的紀錄。
• 註三 黑身管鼻鯙（Rhinomuraena quaesita）為鯙科的成員，但目前沒有查到資料顯示此一種類曾經被稱為錢鰻，特此註明。
• 註四 所以說，那個人類本位主義……
  講到這裡不曉得大家有沒有注意到一件事情，其實除了少數囉嗦的分類學家守規矩（如前面提及國際動物命名法規），人類對於身邊的動植物該叫什麼名字其實只遵照一個法則：看自己方便。因此跟我們切身相關的會區分得很細緻（如柴犬和德國狼犬基本上不會有人分不出來），但是沒那麼切身相關的，則會給予一個非常粗略的稱呼泛稱一個很大範圍、彼此間甚至關聯性不太一致的生物。

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2015抗震盃競賽現場。圖／國研院提供

「2015抗震盃：地震工程模型製作國際競賽」昨天（9/20）落幕，高中、大專與研究生近百隊伍參賽，學生自製建築模型，置於振動平台，測試各種耐震設計。高中和大專組用木棒等簡單材料現場製作模型，主要訴求堅固，研究生組則進一步要求構思如何減震，每次「地震」有一分鐘多，震力一關比一關強，看誰能隨地震擺盪共舞到最後！

大專組和高中組在現場以橡皮筋、木棒、綿線和熱融膠築起膝蓋般高的模型，並依照樓層面積大小，加載至少10.795公斤的鐵塊。振幅逐漸加大，直到競賽規定的最大地震強度，或所有模型都崩塌為止。這些模型簡直在跳「音浪」（影片為高中組800 gal）：

研究生組不限定媒材，可自由設計減震裝置，因此模型樣貌最多變，但須在每層樓加上10公斤、總計40公斤的鐵塊。他們還有一道困難任務，模型若剛好通過1000 gal地震力、在1050 gal時倒下（倒塌、零件掉落、傾斜等都算），就能獲得最高分。「作堅固的東西不難，拿捏結構、讓它在一定震力的時候倒下最困難。」總裁判、國家地震研究中心研究員林沛暘說。

林沛暘提到，以前會放一杯水在模型上，震完後看杯裡還剩多少，以此判別模型的抗震力；今年則於入圍隊伍的模型頂樓安裝加速度計，量測頂樓所受的地震力加速度，加總數字越小，分數越高。模型旁邊還插了幾根生脆的義大利麵條，用以標誌位移界限，麵條斷裂就知道模型搖晃出界了。

模型置於5公尺x 5公尺的振動平台上，觀眾像競技場一樣圍坐四周。在地震力400 gal和800 gal關卡，只見各模型微微顫動，而後左右搖擺，再隨著振動幅度平緩而恢復靜止；到了950 gal開始有零件飛出，兩棟模型匡啷應聲倒塌；1200 gal時有模型鐵塊掉落，有的底盤幾乎掀起，左右「踏步」。每一關振動完畢，裁判會上前檢查、當場用推車搬走沒通過的組別。

研究生組影片（清單有800、950、1000、1200gal）：

台灣大學土木工程所學生陳培榮、樊鵬、陳正鴻、葉昶辰組成團隊，奪得研究生組首獎與創意獎，獲得共新台幣13萬的獎金！

團隊設計了「斜面滾動支承」，以多滾軸在斜面上的滾動機制，控制傳遞至上方結構的加速度，不管震波有多強，皆能有效減震一定幅度。在400、800、1000 gal時，模型頂樓的加速度計量測結果分別為296、682、725 gal，相較之下，其他隊伍模型的量測結果大多比平台產生的震力還高，在平台振動為800 gal時，頂樓處就衝上一兩千gal了。

模型並輔以「摩擦阻尼器裝置」消散地震能量，調節阻尼裝置的鬆緊度，便能控制建築的位移幅度。陳正鴻解釋，一般建築和抗震建築主要差別就在底盤結構，前者整棟固定在一起，地震時會如節拍器般劇烈甩動，越往頂樓越晃；抗震建築底盤的柔性設計則能吸附部分震力，並讓樓房整體較均勻地隨地震擺動。

台大團隊與模型合影。圖／劉珈均攝

「台大團隊模型的耐震性和舒適性都很好。」林沛暘擔任了十幾年抗震盃裁判，他解釋，比賽期待高中與大專生建造堅固的房屋，但研究生組則要發想如何隔震、兼顧舒適度。「像博物館、醫院或電廠就需要地震時還可以運作功能。」他說，建築不能一味要求「堅固」，若沒有防震設計，房子固然不易受損，但地震時屋內的人和東西會被摔地七葷八素。中央大學團隊的模型最穩固，直到1200 gal仍沒倒，卻也因此被扣分，「這個太over了，像個大鐵塊。」

振動平台平時給各界測試減震器、產品耐震度等，也能應地震研究需求「重播」各地地震，「時序和三軸向波形都能一致重現。」他也說，模型和真實房子的尺度差很多，受相同震力的反應無法相提並論。他舉例，921地震重災區的地震加速度約200~800 gal；前幾天（16日晚間）花蓮近海的地震讓台北很有感，但台北只有十幾gal，花蓮約40 gal。

抗震盃自2001起舉行，由國家實驗研究院和英國文化協會主辦，希望藉此推廣地震工程防災教育，參賽選手涵蓋英、美、日、香港、印尼、澳洲等國。今年高中、大專、研究生組共95支隊伍參賽，其中有30支外國隊伍，總參賽人數近470人。

註：得獎隊伍一至三名排序

研究生組：台灣大學、香港科技大學、馬來西亞英迪國際大學。圖／國研院提供

大專組：香港科技大學、明新科技大學、越南峴港大學。圖／國研院提供

高中組：永年高中、虎尾農工、台中高工。圖／國研院提供

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作者／黃大一（美國俄亥俄州立大學生藥學博士班，中興大學客座教授，曾任蘋果公司中文電腦研發顧問、中華玩石家地科協會創始人理事長、天龍科普國際基金會亞太總監）

對於本文的讀者來說，這篇文章可能有些另類，因為我不打算照著學術界的傳統論文方式，言必孔孟那樣硬梆梆、引用好多其它論文註解等等，反而是從科普的角度來著筆，加上自己的實戰經驗，一方面介紹我這些年來所著迷瘋狂的恐龍研究，另一方面也記錄些許個人的心路歷程，如果出現筆鋒帶著感情嘻笑怒罵的言詞，也只好敬請多多海涵我的臭屁，我的「陰謀／陽謀」其實很單純：如果能因而激發後浪超越前浪，那我的人生就很值得了。

各種孵化階段的恐龍胚胎大腿骨中央橫切面。（作者提供）

「恐龍胚胎學」的建立

2013年4月11日，五個臺灣學者專家的恐龍胚胎論文被刊登於國際頂尖期刊Nature，又榮獲為當期封面論文，這是臺灣從未有過的紀錄，然而，這項成果的開端，必須回朔到十年前的偶然。2003年，玩石家地科協會到中國雲南舉辦「百戰天龍」活動，那時我在中央電視臺的採訪過程中，無意間撿到一個恐龍胚胎化石。

這塊2003年無意間撿到的怪石頭，就是改變人們對於恐龍認知的「始作俑者」。 （作者提供）

後來在2009年初，這個化石被證明是世界最古老的恐龍胚胎化石。透過這樣的契機，「恐龍胚胎學」因而成為恐龍學範疇中的一個新領域。 我們能夠有幸首先創立「恐龍胚胎學」，透過以下所述「看進骨頭內」的研究方針，藉由各種先進的科研儀器設備和方法，我們將深入瞭解為什麼恐龍胚胎發育過程會如此快速？恐龍為什麼會長那麼大？部分問題的答案，已經在2013年的Nature封面論文內敘述，而目前我們正在進行幾個很有趣的課題，以充實「恐龍胚胎學」的內涵。

在研究世界最古老的恐龍胚胎過程中，「看進骨頭內」是我與國際兩岸聯合團隊，考量臺灣過去沒有好好培養古生物學專家，而不得不「異想天開」所提出來給臺灣科研界的一條新路，為臺灣學者們打開了一個新思維領域。臺灣從光復以來未曾培養過古生物學者，以我個人來說，在視蒼蒼髮茫茫而齒牙動搖的年紀，想要重頭去學習古生物學已經太晚了。

所以，我乾脆放棄傳統古生物學那種「看骨頭外表（系統型態描述）」的作法，把這些看骨頭外面的事項，交給團隊裡諸多世界頂尖的科班古生物學者，他們才是訓練有素的學者專家，在這方面，我還沒進幼稚園呢！雖然如此，臺灣學者們也不能妄自菲薄，透過我這個「看進骨頭內」的思維，我們來探看恐龍骨頭裡面到底是怎麼回事？

皇天不負苦心人，我們還是能在全球古生物界，做出領先傲人的成果來。我們團隊所發表的Nature封面論文，就是五位臺灣學者專家以「看進骨頭內」的方式所完成。這五位專家沒有一位是科班的古生物學者，甚至有好幾位剛開始的時候，老是搞不清楚「古生物學」和「考古學」的差異，經常考古來考古去，鬧了不少笑話。

五個臺灣學者專家的恐龍胚胎論文被刊登於Nature期刊，又同時榮獲為封面論文，是台灣從未有過的紀錄。

恐龍胚胎的福與禍

從恐龍學的角度來說，平均每個禮拜都會有新的恐龍被發現，而科幻電影如《侏羅紀世界》等，長期以來對於普羅大眾的灌輸，使得恐龍議題一直維持在相當高的熱度，從來沒有其它的古生物（如三葉蟲、菊石等）能有此榮幸。但是，在這麼多的科學論文和普羅新聞當中，有關於恐龍胚胎的，相當稀少，而且如果有的話，絕大部份都是中晚白堊紀的恐龍胚胎，年齡才七、八千萬年的「晚輩」！我們這個是1.95億年前、最早期恐龍的胚胎。

再者，過去所發現的恐龍胚胎，「死相」都太漂亮了，完整或幾乎完整的恐龍胚胎捲曲在恐龍蛋裡面，漂亮得很。可是從另一個角度來說，如此的樣本，同時兼具「福」與「禍」，「福」是這麼可愛罕見，「禍」呢？因為太完整漂亮，斷絕了進行深入骨頭內研究的路，誰會讓你我拔出某根骨頭來切割，看到骨頭裡面去？於是，只能做到傳統古生物學的型態描述。進一步想，完整絞合的恐龍胚胎樣本所提供的資訊，只是該孵化中恐龍蛋被掩埋的那個剎那，在剎那之前和之後的恐龍胚胎發育，完全無法提供任何資訊，所以這些「死相」完美的恐龍胚胎樣本，一方面是福氣，同時也是詛咒。

這些零散的骨頭樣本，提供了我們絕對的機會，讓我們進行「看進骨頭內」。（作者提供）

相對的，在我所發現的恐龍胚胎地點，除了上一段提到的那顆怪石頭有比較完整的樣本之外，我們還撿拾到很多非絞合（Disarticulate）的零散骨頭，從完整度來 說，可說是完全沒有漂亮完整的「死相」。但是從另外的角度來說，這個「禍」才是真正的「福」，因為它們提供了比完整恐龍胚胎更多的資訊，如透過測量股骨的 長度和直徑，我們分析出在這個採集點的恐龍胚胎，至少有三個不同孵化的階段，有可能是來自三個恐龍蛋的窩，或該地點曾經有三次淹水事件。

相對於其它完整絞合的恐龍胚胎樣本只能提供孵化過程中某瞬間的狀態，我們的材料讓我們研究恐龍胚胎的某一段期間，有如片段的視訊，而非單獨一張拍立得照片。又因為這些數量 不少的胚胎骨頭都是零散的，我們可以選擇某些來「犧牲」，做成切片，藉由各種先進的科研設備儀器，仔細觀察其內部構造，進行「看進骨頭內」的研究，揭開更 多恐龍寶貝的奧祕。

從小骨頭看見大世界

透過這些毫不起眼的零散骨頭，提供一個絕無僅有的好機會，讓我們建立恐龍胚胎學，利用同一物種的恐龍胚胎化石來研究，探討（至少在此物種的範疇）恐龍胚胎的孵化發育成長過程。這種機緣，是那些完美死相恐龍胚胎化石所無法提供的。我們認為恐龍胚胎學，至少囊括「化石生物學（PaleoBiology）」、「化石生理學（PaleoPhysiology）」、「化石化學（PaleoChemistry）」等三個主要學科領域。

深入研究恐龍胚胎學，可以提供或解答很多恐龍的奧祕，比方說，祿豐龍在牠的時代，是地球上體型最大的動物，體長達12公尺！這個世界最古老的祿豐龍胚胎，我估計孵化出來的時候，大約只有20公分，那麼，牠們如何快速成長到12公尺這麼大？早期侏羅紀原蜥腳類至中晚期侏羅紀的後代蜥腳類恐龍，如梁龍、馬門溪龍、泰坦龍等等吃素的龐然怪獸，體長可達五、六十公尺，體重上百公噸，牠們是地球從古到今最大的動物，如此龐大現象（Gigantism），到底怎麼一回事？

說來我們臺灣有點悲哀，光復以後，為了求溫飽，好多基礎科學被忽略了，沒有培養古生物學者。從我個人的角度來說，這剛好是「福」與「禍」攪和在一起。在這項重大發現的研究中，因為我本身沒有古生物的專業訓練，在臺灣也找不到適當的人選幫忙，只好另外打開一條路，以「看進骨頭內」來帶著臺灣的其它學者參與這項研究，我們從上述的諸多骨頭，透過必須使用極端破壞性的幾種同步輻射設備，觀測到一些很有趣的恐龍胚胎化石內涵：如圖四，將直徑只有0.846釐米的大洼祿豐龍胚胎肋骨，切磨成15微米的薄片，並用國家同步輻射的穿透式X光顯微掃描後，把諸多的單格掃描組合成右方的馬賽克，可以看到以前從未有人看過的資訊，提供很有用的胚胎發育骨頭成長訊息。

左為大洼祿豐龍胚胎肋骨剖面，利用同步輻射穿透式Ｘ光顯微鏡掃描後，可看到胚胎發育階段中小肋骨內的結構（右）。左方照片內的綠色框標示掃描區域為寬0.16釐米，長0.846釐米。（作者提供）

在國家同步輻射研究中心，我們也利用同步輻射傅立葉快速轉換紅外光譜顯微鏡（Synchrotron Radiation FTIR Microscopy），掃描這些快兩億年前的恐龍胚胎股骨切片，在骨質和諸多原始管狀空間（Primary Tubular Cavity）交界處，看到了有機殘留物的波峰。但當時我們在論文中也僅保守地說，我們找到了保存有機殘留物的證據。

發現有機物

近日的後續分析，我們終於可說這些有機殘留物，就是第一種膠原蛋白（Collagen I）與其分解物。對於提出「看進骨頭內」的我來說，這個結果證明了我的引導思維沒錯，我們團隊走在正確的道路上。

有趣的是，我們原本投遞到Nature論文的題目，被期刊主編做了修改，新的標題總共有兩行，其中第二行：「帶著保存有機殘留物的證據（with evidence of preserved organic remains）」特別強調在這些快兩億年前的胚胎化石內，還保存著原本胚胎骨頭內的有機物，這不就是給我們臺灣團隊最大的肯定嗎？更也是「看進骨頭內」的一個有力支撐，同時也給傳統型態描述的古生物學，打開了另外一扇門，通往另外一個更高更寬廣的新古生物學範疇。

一般來說，通常認為化石是古代的生物已經變「化」成「石」頭，石頭是無機的礦物，因此在化石裡面，不應該或說不可能還保存著有機物，我們的成果，除了提出這是化石內保存有機物的最古老證據之外，更徹底推翻了這個「化石裡面不可能保存著有機物」的錯誤認知，這是一個抽地毯式的影響。

〈本文選自《科學月刊》2015年9月號〉

延伸閱讀：
有恐龍的血就能重現恐龍？
與古人類學大師的初次相遇─肯亞李奇會館

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台大海洋所的「海氣即時觀測浮標」。圖／取自海洋所網站

台灣每年平均會受3~4個颱風侵襲，颱風幾乎是台灣對夏天的共同記憶之一，颱風增強或減弱與海洋上層一兩百公尺厚的水溫結構相當密切，但在颱風來襲前開著研究船到海上觀測太瘋狂了，衛星遙測又只能觀測海洋表面薄薄一兩公尺，因此，台灣大學海洋研究所自力研發海上氣象浮標，記錄颱風過境時的氣象資訊。

海洋所團隊六月在鵝鑾鼻東南方海域400公里處佈置了一個「海氣即時觀測浮標」，錨定在水深5577公尺處，蒐集氣象與水文資料，每30分鐘穩定傳輸至衛星與陸地接收站，即時顯示於台大海洋所的觀測網頁。浮標安然度過蓮花（Linfa）、昌鴻（Chan-Hom）、蘇迪勒（Soudelor）及天鵝（Goni）等颱風後，於九月初回收，預計明年再佈放一次。

專為了蒐集颱風數據，且如此高頻率的回傳氣象、海象與水下數據，「目前這可說是（世界）唯一！」海洋所所長魏慶琳說。

浮標結構與運作示意圖。水下500公尺的鋼纜掛了11個儀器，下接五千公尺長的尼龍繩則掛了5個儀器。水下儀器有「感應式傳導數據機」，不用串接電纜線，只要掛載於鋼纜便能傳數據，每分鐘記錄一筆資料、6分鐘回傳至浮標中控系統、每30分鐘傳輸至衛星與陸地接收站。圖／魏慶琳提供、劉珈均組圖

世界各國的錨定點

「颱風是海洋和大氣交互作用。」海洋所副教授楊穎堅說，海洋上層的暖水層是預測颱風強度發展的重要數據，颱風像抽水馬達般將水往上抽，溫度大於26℃的暖水層越厚，颱風就能從中汲取越多能量。但這些熱含量資料可算是最難取得的資訊，若有即時觀測數據，便能掌握現場海洋環境，輸入數值預報模式的初始場以精進颱風預報。

世界各國的錨定浮標多為觀測海面溫濕度、風速、風向、雨量、海表面溫度等資訊，有觀測水下資料的浮標集中於赤道，主要研究聖嬰現象或海洋聲學，西北太平洋為颱風好發區域，出於電力供給、水下通訊、後勤補給等技術困難，無專門觀測颱風的海氣象浮標；中央氣象局在台灣沿海佈有十幾個海上氣象浮標回傳即時海況，但觀測深度較淺，目的是監測波浪對近岸的影響。

台大海洋所的浮標主要蒐集水下溫度和鹽度資料，數據精細到小數點後第三位，並有海面氣溫、氣壓、風速、風向、日照等數據。魏慶琳說，溫度和鹽度就像海水的身分證，溫鹽圖（T-S Diagram）能描繪海水團的特性，並以此判別不同地域的海水。

世界上的錨定浮標分佈點。圖／魏慶琳提供

用火車輪錨定深海　「就像從10個101頂樓往下投籃。」

海洋所助理教授張明輝分析過去50年西太平洋的颱風路徑圖，把海域網格化，分析颱風中心經過的熱區，因為2015年是聖嬰年，所以特別挑出過往聖嬰年的資料，再加上避開主權爭議區域、考量航程距離等條件，篩選出最後地點。

如何從海面準確地讓錨定重物落在五千多公尺深的海底？這正是技術所在。

「海底也有高山低谷，選得不好，浮標可能就被海流拉下去了。」團隊必須事先量水深、勘查海底地形以尋找平坦之處。楊穎堅說，量測水深的方法是從船上將聲波打到海底，聲波來回時間搭配水下聲速便能算出距離；然而，海水並不是均勻液體，聲音在水下傳播速度不一，累積誤差很大，必須先放溫鹽深儀（CTD）蒐集水文資料，「花四小時只為了一筆數字──平均聲速是多少。」得到那數字就能正確算出水深。

接著根據風向和海流流向決定船要怎麼走，並考量作業時間，船先開到上游處，再一邊行駛（五公里遠）一邊依序放下浮標、鋼纜、儀器，最後拋下錨定重物，「船在海上停著不動是最痛苦的，會四面八方亂晃。」五千多公尺的距離實在太長了，浮標與火車輪會飄移，這些誤差距離也要事先算計。

楊穎堅形容：「這就像是從十個101頂樓往下投籃，還要投空心球！」

團隊採用的錨定重物是──總重約2500公斤的10顆火車輪！輪子錨定在海底，穩住浮標和整串儀器。團隊計畫再向高雄捷運訂一批輪子，楊穎堅轉述，高捷人員曾興奮的說，原本這只能當廢鐵賣，沒想到能支持科學研究！早期他們曾用汽車引擎錨定，不過機油會流遍甲板，油膩膩的很不方便。

六月佈放浮標的航次花了9天時間，而前期提出構想、規畫、實驗、設計等不過今年二月才開始，實驗與測試行程非常密集。過程中總有突發狀況，例如電路板突然燒掉；蓮花颱風過境時，氣象局向他們要即時資料，台大卻宣布要停電以整修電力，讓實驗室忙得人仰馬翻，從外部架設網站接收資料。

擺脫太陽能板　40顆電池就能撐一年多

颱風橫掃時的狂風暴雨壤大眾避之唯恐不及，但這海上浮標就是為了「堵」颱風。颱風過境時，海上風浪可高達十幾二十公尺，張明輝形容：「這大概像是把浮標從十幾公尺高的瀑布丟下去。」浮標被驚濤駭浪拋上拋下，承受著巨大撞擊和震動，它得以抵禦海上和颱風的嚴峻環境，端賴精密又省電的構造設計。

海象系統大致分成三個單元：氣海象資料、氣象主機、銥衛星通訊模組。技術師張宏毅在海研所工作超過30年，負責儀器設計，魏慶琳形容張宏毅是此次任務的靈魂人物，端賴他巧手設計系統，克服了海洋研究最讓人頭疼的電力問題。

「海洋研究最麻煩的就是電力！」自己設計的電路板可以免除所有不需要的部分，而為了省電，張宏毅設計了睡眠模式，一次只讓需要工作的單位醒著，其他一律休眠。「90%的電力都用在跟衛星通訊。」張宏毅說，浮標本身耗電量極少，靠40顆一號電池就能維持14個月。

團隊成員檢視浮標。圖／取自海洋所網站

一般海上浮標通常會裝設兩三片太陽能板供電，但太陽能板有許多缺點：受風面積大、難防鹽、水和強風，天氣不佳更可能斷電，「但壞天氣時更需要這些資料啊！」而海研所的系統耗電如此低，可免去太陽能板，整體浮標造型乾淨俐落。楊穎堅說，甚至有同行打電話詢問：「你們把太陽能板藏到哪裡了？」

浮標每30分鐘傳一次資料給銥衛星，銥衛星由66顆通訊衛星組成，通訊死角小，浮標隨時可傳輸資料（若換成其他衛星，其軌道可能一兩天才會重複經過同地點，資料只能在它經過上空時傳輸），每月傳輸費約需新台幣九萬元。規律傳輸也有「報平安」的功用，浮標並有GPS追蹤，出問題能馬上掌握，萬一有狀況就開船去追。

這樣一座浮標造價需要新台幣上千萬元，保險公司因其風險太大而不願承接──除了海上環境不佳，也有可能被有心人士破壞。魏慶琳說，「十幾年前曾發生過，我們在南海放浮標，看到GPS顯示咚咚咚跟著漁船進到越南去！」

颱風經過時，海洋水溫結構與溫濕度、氣壓變化過程（精采動態圖請點這裡）。圖／截圖自海洋所網站

為已逝學者圓夢　盼未來擴張觀測陣列

魏慶琳曾多次提到，這是為已逝的老友唐存勇圓夢，唐存勇是海洋所前副所長，推動成立中華民國海洋學會，他於美國就讀博士時的鑽研主題便是利用赤道的海上浮標研究聖嬰現象，為台灣建構一個海象氣象觀測網的構想最初便由唐存勇提出。這些是自家門口的資訊，交由外國研究不太方便，且各國災防等也需要這些數據，台灣若更清楚地掌握海洋，不僅有助防災，也能提升國際學術地位。

今年佈放浮標的試驗性質居多，九月初回收檢視後，預計明年再佈放一次，並新增海流資料和遠距遙控設定等功能，探測營養鹽、葉綠素濃度等海洋化學、生物面向也是未來的潛力研究。「明年希望能夠在兩個點放兩串浮標。」魏慶琳說：「理想狀況就是像赤道地區的浮標一樣形成一個面，布置成陣列。」不過，一串浮標就要上千萬，需要一定經費支持，研究才能長久進行。

「我們算是系統裡的小螺絲。」楊穎堅說，要正確預報颱風還需要很多螺絲，不可能靠汪洋中一串氣象浮標就大幅增進預報準確度。觀測數據首先在於了解所處環境，精進科學探索，才能逐步修正科學理論、回饋電腦數值模式預報。

（左）西北太平洋過去50年的颱風路徑熱區（右）由上而下，經過浮標周圍的颱風依序為蓮花與昌鴻、蘇迪勒、天鵝。圖／魏慶琳提供、截圖自海洋所網站

六月佈放浮標的成員，左二為該航次領隊楊穎堅。圖／取自海洋所網站

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文／謝宇程

科學是許多人年少時代心中的青梅竹馬。而青梅竹馬的意義，總是在於無可迴避的分離。有人可以徹底忘記，有人則會終身追憶。而我，至今還在思考這個謎：我究竟是否曾經和真正的她相遇？

科學，和我們這一代眼前出現的時候，是這麼美麗──是無窮星空、是遠古恐龍、是細胞分子、是天邊彩虹。科學，人們說她心地極為仁慈，她為人醫治疾病，她極為善心，照料我們的衣食住行。科學，人們說她有無窮潛力，她可以在世間創造天堂。

科學，我們這一代，多少人為她著迷，多少人想成為她情侶。從小就有自然課，我們以為，自然課中我們會和科學相遇，相愛，然後永遠在一起。

現在回想，自然課到底是讓我們和科學相遇，還是讓我們永遠別離？

一瞬身影，羞澀而親切

印象依稀，小學三年級，我和當時摯友常在下課拿著《牛頓雜誌》討論，假日時，我還去他家一起看（兒童）科學書籍。

那個無憂無慮的年紀，我究竟有沒有曾經見到科學一面，看到她的笑容、牽到她的小手？我不真的知道。但也許有一刻，我似乎和她靠得很近。

當時小學四年級，自然科老師在課堂上說：「動物的呼吸方式有兩種，用肺，或是用鰓。」我當時疑惑了──螃蟹好像沒有肺，但是也看不出來有鰓。於是我下課問老師。老師故作神祕：「你要不要自己去查查看，然後來告訴我？」

我照作了。我跑了家裡附近的好幾間圖書館，看了關於動物構造的書，帶了一個答案給老師──我忘記當時找到的答案是什麼，但是感覺很好。我好像在一瞬間有看到科學的側影：有點羞澀，但是非常親切。

後來，一年過一年，科學的模樣，逐漸變得冷酷、尖刻、遙遠。

不是那塊料？她終於燦然微笑

從國中而高中，自然科變成物理、化學、生物、地科，老師由一位變四位，我應該距離科學愈來愈近，愈來愈有學問的老師應該更能引領我和科學愛上彼此。

老師告訴我們，科學是要能記熟公式，更好是要能記熟公式的原理，要能用它解題。

老師告訴我們，科學是在選擇題中挑出正確答案，科學是應用題的逐步推導，是在正確答案下畫兩條線。

老師告訴我們，科學是拿 2B 鉛筆在答案卡畫下正確的一格，在成績單上取得最大的數字，在名次表上取得最前的序位。

我很努力，盡量都做到了。

好啦，有一些沒做到。國中理化老師，要我們全班買一學期三冊的理化參考書，每一節有三頁練習題。但我堅持只買理化總複習參考書（六學期共一冊），每一章只有半頁練習題。在這樣的情況下，我的成績還是很好──我以為，這意味著科學喜歡我。

很快發現，也不是這樣。高中，我參加校內奧林匹亞競試，幾十題的考卷，一題一題因為不會而跳過了，結果被剔除了──似乎，我不是那塊能接近自然的料？

我沒有信邪。在高中二類組的日子。我平均每天做幾十題，像是每天不畏風雨，到科學的門口放下一朵玫瑰。

聯考之後，似乎看到科學對我燦然微笑了。但我對科學的愛好，在當天猶豫了。

被認可了，選擇轉身遠走

我被認可了，科學說我有資格在大學中和她玩耍了──所有理工類的科系，我都可以上，因為我的分數夠高。

這時候我突然有一點心寒。回想高中那無休無止的習題和演練，如果那就是科學的面貌，我真的愛她嗎？如果，和科學長相廝守，意味著之後當「理工人」，在科技廠當工程師，我真的會愛她嗎？

結果，我選擇了一個非理工學院的科系。但是，為了給自己和科學再一個機會，我申請了一個科學科系的雙修。於是又經歷了兩年，普物普化、動植物學，遺傳學、有機化學，以及許許多多的實驗課──抄預報、照表操課，然後抄結報……。

大三下，在某一門微生物學的課堂上，空氣滯悶，教室昏暗，唯一的光源是教室前方的投影幕。老師面對教科書商提供的投影片，將重點處英文翻成中文，略加說明解釋，同學們絕大多數或趴或仰都睡著了。我手上拿著生物化學這門課的課本，我下學期可能會修，先和同學借來翻翻，看到其中充滿了英文、數字、拉丁文組合構成的專業名詞。

我確定自己和科學沒有未來。那天，我去申請中止雙修，確定科學在我的人生當中，不會再出現了。

除了，在心中。

那些身影，到底是不是妳？

是不是我偏執和死心眼呢？明明當愛已成往事，就應該要斷了過去，讓明天好好繼續，偏偏我會在心中苦苦追問，到底，人生有科學會不會不同？

尤其，過去幾年，我開始研究教育問題，我開始意識到一件事：其實我從來不曾肯定，我面對面見過科學。我花了近十年的時間，花了大量的心力想接近科學，最後失望離去 — 但是這個過程中，我接觸的有多少是「科學」本身？

教自然科是教科學嗎？教物理、化學、生物、地科，就是教科學嗎？奧林匹亞能代表科學嗎？公式、應用題，科展、大考中的自然科……這些是科學嗎？

這些，是啟發伽利略、拉瓦結、馬克斯威爾……這些科學家的「科學」嗎？那十年，我終究有沒有把玫瑰花放在科學的門前嗎？或是我給錯了對象？

當這麼多的學生，尤其男生，就讀了理工學科，台灣的「科學精神」日漸昌明了嗎？我們是否成為發現事理、追求真相的一個社會？有各種發明和發現，從台灣湧出，照亮世界、為人類點燃溫暖的火光嗎？

教育體系崇尚科學、也認為在教導科學。但是，實際上也許不見得如此。在教育體系之中，是不是有些事物正在冒名頂替科學？他們長得和科學有三分相似，穿著科學的衣冠，別上她的名牌，在教育體系中招搖過市？

如果科學在學校裡，那麼，科學在哪？在哪一門課程，在哪一冊課本，在哪些考題中？如果科學不在學校，那麼，是誰冒名頂替了科學？是什麼把科學阻擋在校門及圍牆之外？我們如何把她接回來？

這篇文章的結尾不是答案，而是這一個邀請。邀請大家和我一起想這個問題：「親愛的科學，我在學校中見到的那個身影，真的是妳嗎？」

【作者介紹】
謝宇程，在學期間，從理組轉到商管，再從商管切換政策研究，芝加哥大學社會科學碩士畢業後，擔任政策研究者，現在是研究型作家，在數個媒體平台撰寫專欄，目前專注於探討教育／專業／產業之間的關係，著有《做自己的教育部長》一書。並經營粉絲頁《學與業壯遊》
在「科學教育，科學嗎？」活動中，泛科邀請謝宇程擔任共同發起人，開始我們對科學教育的深思討論！

【‎教育專輯‬】 泛科學十月份特別專題：「科學教育，科學嗎？」

歡迎你來稿和我們談談你所知的科學教育的過去，現在，以及未來。
我們希望討論的方向包括（但不限於）：
● 什麼是科學？科學是一種能力？態度？知識？
● 教自然科就是教科學嗎？教自然科才能教科學嗎？
● 那些自然科以外的學科，和科學有關係嗎？

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食蛇龜保育單車環島團隊，左起為Wendy、肯尼、洪敏瑜、廖珠宏。圖／劉珈均攝

台灣珍稀保育動物食蛇龜（Cuora flavomarginata）因嚴重盜獵、走私而面臨生存危機，中興大學食蛇龜保育團隊走出實驗室，本月1日開始為期十天的單車環島活動，打扮為吉祥物大使和各地民眾玩耍，希望讓大眾認識這曾經遍佈鄉間，而今難以生存的台灣原生龜。

不吃蛇的食蛇龜

牠名列二級保育類動物，是台灣唯一陸棲性的淡水龜，其實食蛇龜並不吃蛇，雜食性的牠會吃蚯蚓、蝸牛、蛞蝓等無脊椎動物或動物死屍，香蕉、菇類、果實與花葉也是牠的食物。保育宣導專員廖珠宏說，「食蛇龜」這名字來由已不可考，「可能牠吃蚯蚓的樣子很像吃蛇吧！」（註1）

「縮頭烏龜」一詞常用來形容躲避現實的態度，不過，只有潛頸龜亞目（Cryptodira）的龜類才能把頭部縮進龜甲內，食蛇龜便屬於此目，牠更是台灣唯一「箱龜」──其腹甲可閉合，當牠完全縮進殼中時，外觀就像個密閉盒子（相反的，鱷龜、大頭龜、海洋裡的所有海龜等就無法縮進龜甲）。

中國、台灣、日本琉球群島皆有食蛇龜分布，牠生活在海拔1000公尺以下的淺山森林、丘陵與平原，與人類的活動環境高度重疊。食蛇龜從孵化開始，需要8到10年才性成熟，每年只生產一兩次，每次只有1至4顆蛋；蛋需要75~110天孵化，但半數幼龜無法破殼而出，幼龜死亡率也相當高。

食蛇龜兩側耳後各有一道褐色鑲邊的鮮黃色條紋，龜甲中央有一道黃色不連續脊稜，又名黃緣閉殼龜、黃緣箱龜。左／林哲安攝；右／取自維基與翡翠水庫網站。

食蛇龜腹甲分前後兩頁，以韌帶相連，食蛇龜驚嚇時會完全縮進龜甲以躲避敵害。卡通常有烏龜脫殼奔逃的畫面，其實龜的脊椎與龜甲相連，身體無法與龜甲剝離。圖／賴鵬智攝

為何食蛇龜回不了家？

早期食蛇龜被大量走私販賣到中國作為食物、中藥材或寵物，近年演變為投機市場的炒作物件，查緝到的走私龜唯一去處是由林務局分配至全台為數幾個收容單位，作為牠們短期中繼休養。中興的食蛇龜臨時收容中心自2006年成立，約可容納五六百隻食蛇龜與柴棺龜（但現實中各中心都面臨超收困境，只能盡量找地安置）。

中興生命科學所博士生洪敏瑜說，被走私者捕獲的食蛇龜處於緊繃狀態，腎上腺素飆升以便逃命，因此剛到達收容中心的食蛇龜通常相當「亢奮」，稱為「緊迫症候群」。這導致食蛇龜免疫力下降，當牠腎上腺素開始降低，一些身體機能也可能無法維持而出現病症。

進入收容所的食蛇龜至少得觀察半年以上，才能確知其健康狀態。「有些病症要三個月或半年後才出現，而出現症狀後可能半天就死了。」中興生命科學系副教授吳聲海表示，一批批進入收容中心的食蛇龜有多少比例能撐到恢復健康、甚至野放，端視先前狀態。

食蛇龜被裝在網袋或籠子走私，過程中常有外傷，狀況不佳者送到收容中心後須立即給獸醫治療。圖／中興食蛇龜保育團隊提供

野放不是件簡單的事，有好幾年時間，收容中心只能收，不能野放，因為不知道這些走私龜來自哪裡，也尚不清楚全台各地食蛇龜族群的基因分佈。野放的龜若不屬於當地，可能細菌混雜而感染疾病，或是破壞當地的遺傳多樣性。

為了讓這些龜安全回到野外，吳聲海的實驗室研究多年，分析台灣各地食蛇龜族群的基因型態，尋找鑑定來源的簡易方法。這些研究有助於了解食蛇龜的微棲地需求，也做為日後規劃保育單位、尋覓合適復育或野放地點的參考。研究結論得出，全島的食蛇龜族群基因差異不大，粒線體基因型可歸納大致為東部和西部兩群，分化指數（Fst）為0.77（達高度分化），遺傳距離最大為0.9 %。（註2）

直至2013年，中心才首次進行野放，團隊選擇適合食蛇龜生存而族群量稀少的地方，以避免打擾既有的穩定族群（例如翡翠水庫食蛇龜保護區就不適合），以及像國家公園這類有人巡守之地。「野放與放生有個很大的不同點，野放會繼續追蹤動物狀態。」洪敏瑜解釋，野放的食蛇龜身上有晶片，殼上有標記，以便後續監測。

然而，結果並不樂觀，吳聲海說，2013年團隊在墾丁放了200隻食蛇龜，過兩個月去看還有60隻，今年七八月只找到1隻，「後來發現，有的是野放後又被抓了！」吳聲海無奈的說，中心的經費和人力有限，收容個體太多急需野放，台灣卻難以找到安全的野放地點。

拍賣市場一年成交量達10公噸，但十年只查緝到1萬多隻

洪敏瑜說：「有份民國50年的研究資料，當時一小時內可以抓到100隻食蛇龜！」但現在研究團隊到野外調查，可能三天、甚至三個禮拜才遇到一隻。食蛇龜還有許多課題待研究，而走私者一次幾千、幾萬隻地抓，族群消失速度太快，學術研究與食蛇龜的繁殖速度都跟不上。

「與十年前相比，食蛇龜族群量大概少了八成以上。」研究食蛇龜20餘年、屏科大野生動物保育所助理教授陳添喜表示，牠的保育類身分讓市場有空間炒作價格，2011年中國拍賣市場食蛇龜成交量有20噸（一隻成體的龜約為500公克，20噸換算下來大約是4萬隻），近一兩年有降到10噸以下。這些食蛇龜幾乎全來自台灣，而柴棺龜比食蛇龜好抓，處境甚至比食蛇龜更糟。

2006年至今查緝到的台灣原生龜有1萬5000多隻，陳添喜說，走私成功的大概超過十萬隻。圖／中興食蛇龜保育團隊提供

一些保育單位認為盜獵猖獗與法律漏洞有關，因「野生動物保育法」中沒有走私「未遂」的罪名，走私者多以「騷擾」被起訴，罰則輕了許多，盜獵者不只在淺山森林設陷阱，甚至鎖定收容中心，2013年中興大學就有一千多隻食蛇龜遭竊；2013年底「翡翠水庫食蛇龜野生動物保護區」成立；2014年有立委提案，在野保法中針對走私、購買保育類野生動物增列未遂罰則。

對此，陳添喜認為，其實《懲治走私條例》就能處理，此法罰則比野保法更重，也涵蓋了走私未遂，增列野保法條文是重複立法了。盜獵根源在於政府不夠重視，以及執法不力。走私成案的機率低，且走私前的盜獵、搜購環節難以處置，有時因檢警的呈堂證據薄弱導致輕判，走私者的犯罪所得與懲罰不成比例。

陳添喜說，美國近年開始實施「受害補償」原則，走私保育動物者除了本罪判刑之外，走私一隻動物要額外裁罰美金1000~3000元，走私幾隻就累加上去，各州規定金額不一，這些罰緩就作為收容、野放那些走私動物之用，讓法律處罰能對動物產生實質效益。

歷年相關判例。圖／取自關懷生命協會網站

環島行動：「知道」就是一種力量

洪敏瑜說，保育推廣工作一大阻礙是大家都沒聽過食蛇龜，他們早就策劃環島宣傳，因人力不足而一再延宕。今年六月底，廖珠宏結識車隊隊長肯尼，聽聞車隊要環島，便向他介紹食蛇龜保育，希望結合兩者，雙方一拍即合。環島活動兵分兩路，車隊七人專心環島，廖珠宏與洪敏瑜則扮演吉祥物到各地點與大眾互動。

中興收容中心兩三年前開始保育推廣工作，首先以宗教團體為對象，「我們跟他們說，對放生或物種有任何問題，可以問我們，我們也願意找專家。」洪敏瑜說，其實犯錯都源自於不了解，有些人聽過專業意見後，會開始反思自身作為是否對動物有益。

而今環島行動的考驗除了每天騎一百多公里的體力負荷，最困難的就是如何「不嚴肅」的讓保育議題親近大眾。他們發現自製的吉祥物「阿食」效果最好，廖珠宏笑著說：「只要靠過去，大家都會過來要抱抱。」肯尼也表示，此行「讓每個人從『不知道』到『知道』就夠了！」

想跟隨團隊十天環島所見所聞，可看看FB「2015單車環島守護食蛇龜」

圖／取自活動FB粉絲頁

Scimu科學募資專案「阿食想回家──單車環島守護食蛇龜」

註：

1. 陳添喜認為，食蛇龜的稱呼可能是受台語「欱(hop)蛇龜」的影響；也有人考察古文典籍試圖找出詞源（文章：〈食蛇龜不吃蛇，為什麼叫做食蛇龜〉）
2. 就保育經營觀點，若物種存續面臨嚴重威脅，保育物種會優先於保育其基因多樣性；資源多寡也是保育工作能做到何種程度的一大關鍵，要鑑定族群來源，一隻食蛇龜從抽DNA到完成定序需要新台幣兩三百元（沒有一次成功的話花費更高），但各單位經費有限，以中興食蛇龜收容中心為例，最佳情況下一年經費為新台幣50萬。經費不固定，收容的龜卻日益增多，中心僅能勉強維持基本收容照護工作，無法一一鑑定龜的來源，加上安全地點非常有限，野放時難以周全兼顧讓牠「回家」與「安全性」，因此中興團隊作法傾向尋找食蛇龜族群稀少之地與有保全的地方，避免打擾既有族群，並提高野放動物的生存機率。

參考資料：

• 陳添喜，《在龜的國度：龜的生態與習性》，行政院農業委員會特有生物研究保育中心，2009
• 〈台灣全島食蛇龜族群遺傳與棲地環境調查及復育經營策略研究計畫〉，林務局委託中興大學研究，2012
• 陳添喜部落格：台灣龜主題網站
• 公視《我們的島》台灣走私龜記錄影片合輯

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作者／呂權恩

在一般人印象中，颱風給人印象最深刻的事，莫過於強風以及豪雨，還有海水倒灌及土石流，另外一個就是焚風，但是還有一項災害容易被人忽略，那就是「鹽風」。

鹽風的形成，就是颱風往往使海面狂浪滔天，將海水中的鹽粒子吹向空中，使得海面上的空氣充滿鹽之細粒，狂風再將帶有鹽粒的空氣吹向沿海的陸地及島嶼。「鹽風」會使得農作物及樹木佈滿鹽粒而枯萎；也使得電線杆上電路絕緣處失效而漏電，造成停電。

最早出現鹽風災情首見民國48年瓊安颱風侵襲期間，所產生的鹽風就造成澎湖農作物損失慘重；民國75年9月艾貝颱風侵台時，亦使得台中縣和彰化縣及雲林縣出現鹽風，並造成農作物枯萎，及電路絕緣失效而停電之災害。

近年來出現鹽風的頻率明顯增加；事隔20年後，民國94年夏天強烈颱風海棠、龍王、泰利都是由東部花蓮一帶登陸，彰化沿海一帶鄉鎮接連三次遭到鹽風肆虐，農作物損失慘重。民國97年薔蜜颱風由宜蘭一帶登陸，彰化沿海一帶鄉鎮也遭到鹽風肆虐。隔年的民國98年，莫拉克颱風再度重演彰化沿海一帶鄉鎮遭到鹽風肆虐，民國99年9月凡那比當時造成在彰化沿海一帶，除了出現10-11級的強陣風之外，更出現鹽風，草木出現焦黃枯萎的現象。

本次蘇迪勒颱風造成彰化一帶刮起鹽風，植物枯萎 氣象記者呂權恩／彰化和美攝影

時間過得很快５年之後，也就是今年（104年）8月8日蘇迪勒颱風侵襲，除了出現破紀錄的強風，台灣西部沿海從苗栗一路到台南出現鹽風現象，造成大量農作物枯萎，這也是史上最大一次鹽風災情

一般人遇到草木枯萎這樣景象，都會認為是焚風作怪，其實不然，焚風在臺東和臺中一帶常有發生。此種風因為溫度甚高，可較附近地區高出6、7度之多，而且非常乾燥，常使農作物因溫度突然升高、溼度下降而發生枯萎現象，以致發生損害。

焚風發生的原因，係由於暖溼的空氣受山嶺之阻擋，被迫上升而冷卻（每上升100公尺氣溫就下降0.65℃），水氣凝結成雲雨，降在迎風面的山坡上。待空氣越過山嶺後，因所含水氣已減少而變成乾燥空氣，再因下降後，因壓力增加而溫度再增（每下降100公尺氣溫就上升1℃），明顯比鄰近的空氣溫度為高，稱為焚風。

根據上述原因，當颱風在臺灣北部通過時，強勁之西風遇中央山脈之阻擋，被迫上升再下降，常在臺東一帶發生焚風；如颱風通過臺灣南部時，東風越過中央山脈而下降，則常在臺中一帶發生焚風。

所以焚風以及鹽風是不一樣的，焚風閩南語叫「火燒風」，鹽風閩南語則叫「鹽水煙」。焚風出現的範圍較小，災情並不明顯，持續時間也不至於太長；鹽風則範圍較廣，影響所及農作物草木之迎風面無一倖免，堪稱是植物界的生態浩劫，若要恢復原狀，快則半個月慢則一個月，影響較焚風來得久，往往導致菜價居高不下。

所以焚風及鹽風經過詳細介紹之後，就能清楚發現其不同之處。由上述所提及造成鹽風的颱風颱風路徑，也不難發現，造成中部沿海鄉鎮出現鹽風颱風登陸地點都在北緯23-24.5度間，當然颱風的強度及暴風範圍也會影響鹽風災區的大小，尤其此路徑的颱風侵襲初期，中部剛好是少雨區，就會加重鹽風災情。

以上提供大家做參考，下次遇到這種路徑颱風，可以觀察看看是否又有鹽風發生，或者可以提前提出警告。

參考資料：

• 中央氣象局颱風百問：什麼是鹽風
• 台灣天氣網歷年鹽風天氣新聞資料
• 銀星研究氣象站資料庫

【作者介紹】

呂權恩，經營民間私人氣象站「銀星氣象站」觀測彰化地區天氣長達30餘年，近幾年以「台灣天氣網」與臉書社團「彰化天氣搶先報」於網路提供地區天氣預測服務。

本次蘇迪勒颱風造成〈銀星氣象台〉測風儀器大幅損壞，他募資以獲得修繕與營運經費：屋頂上的天氣先生

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文 / 鍾國芳（國立臺灣大學森林環境暨資源學系副教授）

十八世紀西方船隊首次在浩瀚的太平洋島嶼上接觸到南島語族時，無不驚訝於其優異的航海能力與精緻的農業，而困惑著人類學者的，是這群分布橫跨印度洋、太平洋，人口將近四億，使用1,200種語言的民族來自何方？而他們的祖先是如何橫渡大海、拓殖遠大洋洲的島嶼？近年來考古學、語言學及人類遺傳學等研究傾向支持臺灣為南島原鄉的「出臺灣說」，然而，研究隨著南島語族遷徙傳入大洋洲的「共生物種 （commensal species）」的地理起源——如雞、豬、狗等眷養動物及麵包樹、芋頭、香蕉等糧食作物—仍未能提供「出臺灣說」的有力證據。

多數分布在太平洋島嶼的構樹都攜帶臺灣南部構樹特有的基因單型cp-17，證實太平洋構樹起源於臺灣。（來源：台大新聞稿）

臺灣俗稱鹿仔樹的構樹是東亞及中南半島常見的植物，構樹的強韌內皮自古即用於造紙，而在近代文明傳入大洋洲島嶼前，南島語族在太平洋遍植構樹以取其樹皮經拍打搥氈製成「樹皮布」。雖然樹皮布的實用價值已被紡織布取代，但樹皮布在許多南島慶典儀式中仍有重要象徵意義，為最具代表性的南島物質文化。

• 斐濟、薩摩亞住民樹皮布製作過程 （來源：李宜軒 （Yi-Hsuan Li） 拍攝）

這篇在PNAS early edition 刊出的文章最早是本文第一作者、目前任職台東史前博物館張至善先生的想法，阿善是臺大森林系系友、我大學時自然保育社的學長，目前也是東華大學自然資源與環境學系博士候選人。2008年三月初，我剛到臺大森林系任教時，阿善突然與我聯繫，告訴我岩佐嘉親先生（1922-2014）捐贈給史博館的大洋洲文物、構樹、樹皮布、南島語族遷徙的種種故事，同時問我以構樹的傳播來檢測南島語族遷徙假說的可能性。雖然我的研究室財力不甚雄厚，但這想法太誘人了，接著對民族植物學有興趣的Hsiao-Lei Liu加入研究室，我便說服她做著個題目。

這個想法由2008年三月到今天2015年十月刊出，歷經了七年半的時間，期間雖有教育部世界南島學術辦公室田野補助的挹注讓阿善能到蘇拉威西、夏威夷採集，筱蕾到越南採集，我也不斷利用到中國的採集順便採集構樹，再加上許多好朋友由各地寄來構樹樣本，雖然最後得到國科會一年的些微支助，但大量的分子實驗讓研究室承受很大的財務壓力。2012年時我們雖然已經有初步的成果，但最後靠著世界南島第四個補助案將智利Dr. Seelenfreund姊妹請來臺灣，帶來了太平洋的珍貴材料。同時SI、MO、NY、BM也慷慨提供了標本材料。

種植在智利復活節島 Rano Kau 火山口內的構樹。復活節島 (Rapa Nui) 是南島語族分布的最東界。本株構樹攜帶葉綠體 ndhF-rpl32 基因單型 cp-17，與南臺灣部分構樹有相同的基因單型。（來源：鍾國芳攝影。）

構樹是雌雄異株的樹木。在太平洋的構樹基本上都是南島語族以樹根萌糱繁殖，多數文獻記載僅有雄株被傳入太平洋。構樹的形態：A. 全株、B. 葉、C. 雌花序、D. 雄花序、E. 成熟果實。（來源：鍾國芳攝影。）

我們團隊在分析了臺灣、中國、中南半島、日本、菲律賓、印尼蘇拉威西、新幾內亞及大洋洲島嶼合計超過600個構樹樣本，發現在蘇拉威西、新幾內亞及遠大洋洲等島嶼上南島語族以根部萌櫱無性繁殖的構樹都帶有與南臺灣構樹相同的葉綠體基因單型（haplotype），證實臺灣是「太平洋構樹」的原鄉。此外，根據北臺灣構樹的遺傳多樣性、地質孢粉、以及樹皮布製作工具「石拍打棒」的出土年代，我們推論臺灣北部帶有與福建相同基因單型的構樹有可能並非原生植物，而有可能是最早隨南島語族「先祖」「出南中國」由福建被帶入臺灣。由於中國大陸現在已無說南島語的民族，因此我以「先祖」來描述這批最早的移民。

文章作者群在東華大學自然資源學系合影。
張至善 (後排中)、劉筱蕾 (後排右一)、Andrea Seelenfreund (前排左三)、Daniela Seelenfreund (前排右三)、鍾國芳 (右一)。（來源：鍾國芳攝影。）

本研究是第一個以民族植物學的角度佐證南島語族「出臺灣說」，藉由最常見的本土樹種見證了臺灣在南島研究上的重要性。

原始論文：

• Chi-Shan Chang, Hsiao-Lei Liu, Ximena Moncada, Andrea Seelenfreund, Daniela Seelenfreund, and Kuo-Fang Chung, A holistic picture of Austronesian migrations revealed by phylogeography of Pacific paper mulberry, Published online before printOctober 5, 2015, doi:10.1073/pnas.1503205112
  PNAS October 5, 2015.

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系統於名竹大橋完成安裝時。圖／國研院提供

國家實驗研究院整合六個中心，首創全球第一個斷橋預警系統，「斷橋預警─雲端防災互連網」可全天候監測橋梁安全，特別是颱風洪水時影響橋樑安全甚劇的「沖刷深度」，並可在橋梁發生斷橋危機前，提前六小時預警。國研院目前已在濁水溪與大甲溪共四座橋梁完成實驗，未來可望擴及其他主要橋梁。

此系統可在洪水氾濫時供當局做封橋決策的科學依據，平時則做為橋梁保養維護之用。台灣目前大小橋梁共兩萬多座，過去十年來，有一百多座橋梁被颱風洪水沖斷，嚴重案例如2000年碧利斯颱風高屏大橋斷橋導致22人墜橋受傷；2008年辛樂克颱風時后豐大橋橋墩沖毀造成6死；2009年莫拉克颱風沖垮雙園大橋15橋墩與500公尺斷裂路面，造成6車10死的意外。

全球橋梁損壞原因統計。其中有60%來自沖刷，而台灣降雨強度集中，地形陡峻，河流短促，沖刷問題特別嚴重。圖／國研院提供

目前世界各國封橋的依據都是看水位有多接近橋面（我國標準是1.5公尺），但水位上漲與沖刷深度並非完全相關，橋梁斷裂主因是河水沖刷、掏空橋墩下方沙土。國家地震工程研究中心研究員林詠彬說，2000年高屏大橋是在颱風過後兩天、水退了才斷，單憑水位高度看不出橋有危險。

沖刷感測器封裝在鋼球裡，埋於河床下的沙土中，每50公分深裝設一個，至少安裝至河床下十幾公尺深。當沙土被沖刷、掏空，晶片就會一個個露於水中而發出訊號，即可得知沙土的沖刷情形（想像一下，十幾公尺深的泥土被沖走，相當於掏空五層樓高了！）。

橋梁上並有水位計、流速計、應力感測、橋面振動感測等，所有即時監測的資訊回傳至國網中心的雲端超級電腦分析，搭配電腦模擬降雨及沖刷情形，再將結果傳給橋梁管理單位，幫助掌握封橋時機。

國研院已在濁水溪上中下游的名竹大橋、中沙大橋、自強大橋，以及國道3號大甲溪橋裝設此系統，實驗了兩三年。林詠彬解釋，濁水溪上游是卵礫石，下游為沙質，中游段則是兩者混雜，台灣四大流域的地質特性皆相同，因此可以類推運用至台灣各地區。中部河流的沖刷強度最大，像大甲溪、濁水溪、高屏溪等都是有潛在沖刷危險的橋。

林詠彬表示，一座橋不需要每座橋墩都裝，只要裝設在位於深槽區的兩三座橋墩即可推算整座橋梁的狀況，在一座橋上安裝這些感應器的施工費約新台幣300萬。

此系統為國研院整合儀科中心、颱洪中心、國震中心、國網中心、晶片中心、奈米實驗室六個單位，歷經十多年研發而成，已申請台、日、美、中等各國專利，待技術更加成熟也考慮輸出國外。

感測晶片就封裝在鋼球裡，埋於橋下沙土。平常橋上感應器一分鐘傳一筆資料，橋下則是10分鐘一筆；發布海上颱風警報後，橋下感應器也增為一分鐘一筆。圖／國研院提供

系統安裝於自強大橋的施工情形。圖／國研院提供

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文／陳志今

現代「科學」一詞涵蓋許多各種不同的知識領域，從我們病痛時的醫療照護、每日食衣住行所需、彈指之間與世界各個角落的便捷聯絡網等，若非幾百年來許多科學工藝的演化和應用，現代文明不可能存在。但究竟什麼是科學？絕大多數的人可能不假思索的舉出生物、化學、物理等學科，卻無法回答為何這些學科被定義成科學？科學的價值究竟是什麼？

理查．費曼（Richard Phillips Feynman1918-1988）圖片來源：The Nobel Foundation

關於這點，美國物理學家理查．費曼，1965 年的物理諾貝爾獎得主，曾對科學下了一段定義︰「科學家總嘗試想盡快證明自己是錯的」。中學時的我讀起這段話時感到非常不解，為什麼費曼會這麼說呢？研究「科學」的科學家們不是在追求自然界運行的法則嗎？數年後，當我成為科學研究員時，才開始領悟到科學巨人費曼他話中的真諦。而這句話，也其實是所有科學的根本。

科學和偽科學

簡單的說，科學，是人類在演化史上發展出的一種知識理論。也因此，它並不完美，會隨著時間演進。因為有人相信「科學」能夠解釋一系列的現象，它才得以在歷史上存活。在古時的歐洲，鍊金術是最初的科學，其中心思想是元素間能互相變換，因此廢金屬也能變成黃金；無獨有偶，在中華文明上，風水學也曾是一門科學，其中心思想是大地、人、乃至物品的氣場，能夠左右人生命的好壞和命運，也因此背山靠海的土地往往成為許多人嚮往的居住地。

圖片來源：pixabay

但在現代，煉金術和風水論都被歸類成「偽科學」。原因是因為廢金屬怎樣都無法變成黃金、而居住在背山靠海的人也可能遭逢天災人禍。這些偽科學的理論無法被檢測、無法完美詮釋所有的現象、我們也無法用這些理論來進行準確的預測。

相對的，為什麼生物、化學、物理就被歸類成「科學」呢？因為這些知識理論是有一套嚴謹的方法：觀察，實驗，和論證。觀察，用可見或者可以測量的證據，讓所有的人都能看到（或者感覺到）；在觀察後，人們提出不同的假設來詮釋觀察到的現象，並依據這些假設來進行實驗，而實驗也是讓這些學科成為科學的最重要因素。實驗的基本概念是當一個實驗組和對照組之間只有一個不同，若實驗組的結果和對照組不同時，我們便可以說那個不同的設定是造成結果不同的原因。

實驗不僅可以提供數據，更重要的是當數次實驗都得到同樣的結果時，這個假設便能獲得客觀上的支持。最後的論證則可以對實驗結果提供一套模型（或理論），當未來的觀察結果與論證模型一致時，這個論證就可能被接受為「科學知識」。在這樣的定義下，我們便可以理解為什麼有些事情是不能被標籤為「科學知識」的。比方說，鬼魂或者神的存在。你可以口口聲聲說你看過鬼，也可以信誓旦旦的說神曾在你禱告時向你回話，但這些現象無法用實驗證明，也因此它們並不科學（也因此許多科學家是無神論者）。總而言之，只要主張的內容無法用科學的方法（也就是實驗）證明，那它就不是科學。

科學隨時間進步，她不是真理

費曼的話其實有兩個涵義，第一個含義是大多數的科學家急切的想要證明自己的模型是否是錯的，因為科學知識會因時間而改變。科學家的實驗方法絕大多數取決於當時的科技水平，而隨著科技進步，過去無法觀察的現象就能夠被觀察，甚至修改過去人們對科學的理解。好比說，起初人們只有肉眼能觀察動植物和星空，但隨著放大鏡的發明，顯微鏡和望遠鏡跟著出現，並改變人們對大自然的理解。這些例子多不勝數，但最著名的，莫過於文藝復興期人們對地球和宇宙的概念。在此讓我細說這段歷史。

起初，人們觀察天象，發現星星繞著天際轉、太陽月亮東昇西降。也因此古希臘人相信地球必定是恆定的宇宙中心。如果不是如此，人們豈不是會被移動的地球摔到宇宙嗎？既然沒有人被摔到宇宙，地球一定是不會移動的宇宙中心。還有，地球應該是平的，如果地球是有菱角、或者是圓的，那在斜坡上的人們不就同樣會飛進宇宙中嗎？既然沒有人飛到宇宙，地球必定是平的。

這兩個著名的〈天動論〉和〈地平說〉是由著名的希臘天文學家托勒密（西元85-165 年）所提出。他這兩個當時的「科學」知識，被人們相信了幾百年，因為沒有人有其他證據證明它們是錯的。直到十五世紀時，波蘭的哥白尼（西元1473-1543 年）觀察行星運行的軌道，發現行星運行並不是繞著地球轉，而是繞著太陽。而哥白尼的論點在伽利略（1564-1642 年）用新發明的望遠鏡證實太陽才是太陽系的中心，而地球繞著太陽系旋轉。

圖片來源：pixabay

伽利略更進一步的用哥白尼的太陽中心論大膽預言，因為金星是繞著太陽轉，她對地球的距離時遠時近，所以她從地球看到的大小必定會因不同的季節而改變。托勒密的天動論則會預測金星的距離和地球是固定的，因此她的大小必定保持恆定。天文望遠鏡的觀測證明金星確實會因季節不同而改變大小，也證明哥白尼論點的正確性。

哥白尼也同時提出地球是圓的，不是平的。最顯著的證明就是當遠方的船隻接近陸地時，陸地上的人們會先看到船頂，之後才是船身（也就是海洋和陸地都有弧度存在）。但是，如果地球是一個行星，而且是圓的，為什麼人們不會被地球甩到宇宙裡呢？牛頓（1642-1727）在十七世紀時提出了萬有引力學說，提出地球的引力將地上所有的物品，包括人類，緊緊吸住在地表上。至此，箝制人類數百年來錯誤的天動論和地平說正式成為歷史。也證明了，科學的演進是侷限於當時的證據，若有新證據證明就的理論是錯誤時，新的科學知識隨之誕生。科學隨時間進步，她不是永遠的真理。

「新」科學常無法被人接受

科學是人們所創立的學說，也因此，即使有人提出了證據，人們也不一定會相信。這就是費曼話語中第二個含義：因為人們不是神，所以科學其實是一種人的信仰，一個用科學方法（觀察、實驗、論證）所創造的知識。也就因此，科學家希望證明自己是錯的，如果過了數十年數百年都沒有人證明自己是錯的，那這科學家的理論就相當接近於常識。

在科學歷史中，許多人都忽略了科學常識並不可能永遠是對的（因為新的證據可能推翻舊的思維），也因此許多新的理論往往過了非常久的時間才被人們認可是對的。其中一例是美國物理學家特斯拉（Nicholas Tesla, 1856-1943）。大家都耳熟能詳的愛迪生在美國發明燈泡、轟動全美一時，特斯拉是第一位挑戰愛迪生地位的人。特斯拉提出交流電來提供家庭用電是比愛迪生提倡的直流電更好的選擇。

直流電不善於遠距離傳輸，但愛迪生的電力公司主要提供交流電給客戶，特斯拉的說法將會導致愛迪生公司蒙受鉅額損失。這可激怒了愛迪生，發動了所謂的電流戰爭。雖然最後證明特斯拉的說法才是對的，而交流電也成為現代電纜傳輸的最根本方法，但特斯拉在一連串的法律攻擊下失去了大多數的專利。在最後他窮愁潦倒的去世。直到二十世紀尾聲後，特斯拉的建樹才漸漸被大眾所認可。

圖片來源：Sam Fentress or GFDL, via Wikimedia Commons

另一位科學家的成就也花了十分漫長的歲月才被科學界認可。不過她比特斯拉幸運：她夠長壽。芭芭拉•麥克林托克（Babara McClintock, 1902-1992），一位基因學家，在四十歲出頭時用玉米實驗提出「跳躍基因」(Jumping Genome)學說：這個學說說DNA內有著「轉座子」(Transposon)，能夠跳躍到另一段不同的基因上，並改變玉米的外表。她的理論在當時不僅沒有被人接受，甚至遭受無情的攻擊。也因此從她五十歲以後她便停止在學術期刊上發表任何理論。直到她年過七十古稀之年時，新的實驗才又再一次證明麥克林托克是正確的。她比當時的科學家進步了四十年。最終在她八十歲時她成為諾貝爾醫學獎得主，也是現在唯一單獨獲得此殊榮的女性。「新」科學常常無法被人接受。

結論：科學之路

總結的說，費曼的一席話「科學家總嘗試想盡快證明自己是錯的」，所代表的涵意是，科學是一門經由觀察、實驗、和論證的人類學問。經過這方法所成立的知識就是科學，無論是基礎的生物化學物理，或者是人文的心理學。但世界上沒有完美的實驗，新的實驗可能會提出新證據並推翻舊的實驗結果。也因此真正的科學家希望趕快證明自己理論上的錯誤。他/她的理論在數十年或數百年可能都不會被推翻，直到新證據出現為止。但遺憾的是，人類並不一定會相信新的理論，即使證據就擺在你的眼前。

那我們該如何看待科學呢？從正面看，她的演進讓我們生活有所改善，有著更好的醫療，交通工具，或通訊設備。悲觀的看，科學是人們所創造的學科，所以她永遠都在改變，也永遠不會是真理。

當然，筆者我並非要在此向各位宣揚科學之死的新宗教。但重要的是：科學並不完美，但她是讓我們能理解世界的最完美工具。這一點是我所相信的科學精神，而能相信這一點的人也才能成為真正的科學人。

【作者介紹】
陳志今 Kevin Chen
英國南開普頓大學 醫學院研究員（病毒免疫學）

【‎教育專輯‬】 泛科學十月份特別專題：「科學教育，科學嗎？」

歡迎你來稿和我們談談你所知的科學教育的過去，現在，以及未來。
我們希望討論的方向包括（但不限於）：
● 什麼是科學？科學是一種能力？態度？知識？
● 教自然科就是教科學嗎？教自然科才能教科學嗎？
● 那些自然科以外的學科，和科學有關係嗎？

如果你是在學學生，請與我們分享：
● 過往的教育經驗讓你了解科學、愛好科學嗎？請和我們分享你的經驗！
● 你希望自然科（地科/生物/物理/化學）、數學、各種學校科目該怎麼教，讓你更接近科學？

如果你是老師，請告訴我們：
● 在你的理想中，科學應該怎麼教？
● 你正在嘗試什麼樣的科學教育？成果如何？
● 在今日的教育現場教科學，什麼是優勢和助力，有哪些難關和阻力？

兩者皆非，也歡迎你來談談你的想法：
● 學「科學」有什麼價值？
● 什麼樣的結果意味著成功的科學教育？
● 要達成科學教育，有什麼樣的好方法？

來稿請寄：pansci.tw@gmail.com
來稿字數1000-3000，並請註明希望發表的名稱與身分；請於10/31前提供，泛科學編輯部將保留來稿最終修改審核權；如審核通過將刊登於泛科學並謹備稿費，感謝您的參與。

泛科學本次「科學教育，科學嗎？」教育專輯，將配合11/8泛科知識節活動，當天將舉行現場對談，歡迎你的加入！

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「我們將諾貝爾醫學獎授予亞歷克西·卡雷爾（Alexis Carrel）先生，以表彰他對血管縫合的開發，以及器官、血管的移植研究貢獻。」－－1912年

「我們將諾貝爾醫學獎授予約瑟夫·穆雷（Joseph Murray）先生，以表彰他對器官移植的努力來治療疾病的貢獻。」－－1990年 [註1]

對當時的腎衰竭病人來說，死亡是一種慈悲

60年前，當醫師下了腎衰竭的診斷，就等於宣判了死刑，以洗腎延長患者的性命，只是一種凌遲而已。當時的洗腎必須用手術刀割開血管，再插入塑膠管，慢慢讓鮮血從手臂流出。這道維繫生命的切口慢慢一刀、一刀地向上移動，直到沒有血管可切為止。垂危的病人，四肢佈滿了象徵死亡的十字傷痕，此時死神才會緩緩地取走他的生命。

上個世紀初，約翰霍普金斯大學開始推廣無菌手術，外科醫學的發展一日千里。而1900年卡爾·蘭德施泰納（Karl Landsteiner）發現人類的血型，讓輸血變成可能，外科手術中患者的存活率從此增加。1912年，發展出血管接合的技術，讓被摘除的臟器能夠重新恢復血流的供應。接續還有抗生素及生理學的進展，終於讓醫師備齊了手中的武器，去挑戰外科醫學的最後一塊拼圖－「移植」。

用綿羊輸血給患者，在無菌、麻醉技術尚未普及的年代，外科醫師就是一群有膽識將身邊的事物插進病人體內的勇士。From wikimedia

其實早在一戰之前，就有法國、德國的醫師陸續將猴、狗或兔子的腎臟移植到病人體內，但是將動物器官異體移植至人體會產生嚴重的排斥，植入的器官很快就被白血球攻擊而失去功能，病人自然無法存活。1936年，俄國醫師渥若諾（Voronoy）執行了歷史上首例人和人之間的腎臟捐贈手術，預期植入同樣來自人類的器官就能夠逃過免疫細胞的攻擊。但可惜的是，即便是同種的臟器，身體對於新的外來物似乎也不太領情，啟動免疫細胞攻擊新的腎臟，在無法排出尿液的情況之下，受贈的病人在術後兩天就死亡。

儘管免疫細胞的排斥反應已經證據確鑿，但在當時，藥界尚未發現能夠壓制免疫系統的抗排斥藥，學界也不明瞭組織相容性的原理，整個器官移植的領域，面對未知的敵人，彷彿是在打一場毫無勝算的硬仗。

那顆縫在大腿內的腎臟

1948年，一名34歲的外科醫生匆匆地趕往哈佛醫院－布萊甘分院就任，他是法蘭西斯·摩爾（Francis D. Moore）醫師。從規模來看，位於波士頓的布萊甘分院（Brigham）比麻州總醫院小得多，但它優越的外科血統可追朔到腦神經之父－哈維庫欣（Harvey Cushing）。但恐怕連哈維庫欣都意想不到的是，他身後的布萊甘分院即將在年輕的摩爾主任領導之下，成為器官移植界的燈塔之一。

哈維庫欣，出身於約翰霍普金斯醫學院，專長為腦神經、內分泌，晚年所撰寫的「威廉•歐斯勒爵士的一生」獲得普立茲獎，當時極具媒體魅力。from: wikimedia

二戰結束後不久，來自荷蘭的洗腎之父－科爾夫（Wilhelm Kolff）先生來訪，將洗腎技術傳入哈佛布萊甘分院，讓病人在機器的幫助之下，能有時間嘗試創新的手術（此時腎衰竭仍是必死的絕症，即便是創新的手術也僅能稍稍延長患者的生命）。1953年，一名瀕死的南美醫生來到波士頓，尋求摩爾醫師的協助以延長他的生命。外科團隊裡由年輕的休姆醫師（David Hume）執刀，他將大愛的腎臟用塑膠袋包好後，小心地縫在病人的大腿內 [註3]。出乎意外的是，那顆大腿內的腎臟居然讓病人順利出院且飛回了故鄉南美洲，免疫排斥的巨人，似乎從輕發落，放過了這個患者，他會是首位在歷史上留名的手術成功案例嗎？

科爾夫先生和他開發的早期洗腎機。from: wikimedia

五個月後，新的腎臟逐漸失去功能，自知死期不遠的他從南美飛回到波士頓，感謝醫療團隊額外賦予了他五個月的生命，並静靜地等待死亡。他，最終未能在器官移植史上留下名字。死後的腎臟解剖，竟沒有發現免疫排斥的跡象，摩爾和休姆醫師等人討論，這可能是個隨機移植，卻恰好配對成功的案例，而此例一出，也讓波士頓的團隊順勢推理出，現階段的醫學雖然無法跨越免疫排斥的高牆，但若是病人剛好有個同卵雙胞胎的兄弟，那將是個千載難逢的機會，因為同卵雙胞胎就是天生的複製人，在免疫細胞的眼中，同卵雙胞胎兄弟的腎臟是完全一樣的！不久，休姆醫師入伍當兵 [註4]，由約瑟夫穆雷（Joseph Murray）醫師接下手術刀，而令波士頓團隊沒料到的是，他們口中的千載難逢機會，這麼快就讓他們在隔年遇到了……

接下來…第二章－奇蹟的聖誕節

二戰初期，正在替傷兵輸血的英軍醫護兵，兩次大戰雖然奪去了許多生命，但發展出的感染控制、外傷照護等技術，都促進了後世的醫學發展。From wikimedia

註1：1990年諾貝爾生理獎，由約瑟夫·穆雷和唐納爾·托馬斯（E. Donnall Thomas）共享，後者和穆雷醫師同在波士頓共事，其貢獻在於骨髓移植領域。

註2：為求書寫流利和情節起伏，本文所出現的對話皆為模擬情境，請讀者見諒

註3：使用塑膠袋包裹腎臟，是企圖減少讓腎臟接觸到白血球的機會，以降低免疫排斥反應。而縫在大腿內側的原因，是因為腎臟在人體內的位置較為隱密，手術上較為困難。當時還可以使用的藥物是抗生素和促腎上腺皮質素，抗生素能對抗細菌，而促腎上腺皮質素可提高類固醇濃度，抑制免疫反應。

註4：休姆醫師1953-1955在美國海軍服役，恰好錯過了那個「奇蹟的聖誕節」。

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作者：張　澔（義守大學通識教育中心副教授）

十九世紀的週期表，就像一張天空星座圖，充滿了神祕的美感，如此迷人的圖案似乎暗藏了構成萬物的傳奇密碼。元素的性質與原子量之間是否存在某一種關係？這不是一個突然的想法，而是西方自然哲學對於自然奧祕的一種猜測與預測，而門得列夫並不是唯一有這種想法的人，然而為何大家卻只推崇他的成就？在20世紀初，隨著量子化學的發展，再加上新發現的元素，週期表如何逐漸蛻變成我們今天所看到的面貌？

門得列夫。Source: Wikipedia

元素週期表的創生

元素及原子是兩個構成近代化學發展的基石。從古希臘時代，不論是元素或者原子，便定義為構成自然萬物的最小物質。既然是構成萬物的最小單位，自然成為化學家夢想征服的聖地，如此才能真正瞭解萬物構成的奧祕。

十八世紀末拉瓦節的化學革命，讓我們逐漸開始知道哪些才是真正的元素，而十九世紀初道耳吞所提的原子理論，又讓原子量成為化學化合時必備的數據。在1815~1816年之間，英國化學家普勞特（William Prout, 1785~1850）觀察到，當時所知各種元素的原子重量都是氫原子重量的整數倍。1829年德國化學家德貝萊納（Johann Wolfgang Döbereiner, 1780~1849）提出了「三元群」（Triaden）規則，把當時已知的53個元素中的30個元素分成三大組。

在1862年法國化學家尚古多（Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, 1820~1886），以義大利化學家坎尼扎羅（Stanislao Cannizzaro, 1826~1910）在1858 年於法國科學院宣讀元素週期表的論文中，將原子量數值作為基礎，闡述元素會按原子量大小來排列，呈現「碲螺旋」狀（telluric helix），因「碲」元素排列在此螺旋圖案的中間。

從1863年開始，英國化學家紐蘭德（John Alexander Reina Newland, 1837~1898）開始研究化學元素性質的週期性。1865年他受德貝萊納「三元群」的啟發，把當時已知的61 種元素按照原子量的大小順序排列，發現每隔7種元素便出現性質相似週期性，就如同音樂中的音階一樣，他稱之為八音律法（Law of Octaves）。

1864 年德國化學家邁爾（Julius Lothar Meyer, 1830~1895） 完成《近代化學理論》（Die Modernen Theorien der Chemie），在書中，他按照元素的化學鍵，將28個元素分為6族。但是在1870年的時候，他卻按元素及原子量的關係來排列它們的週期性。

門得列夫的崛起

1869年3月6日，在聖彼得市的蘇俄化學學會上，有一篇關於元素性質與原子重量有關的論文發表，署名門得列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834~1907），因為那天他正好生病，所以是由他的同事來宣讀。在同年，門得列夫將這篇論文節錄整理成二頁的德文，以〈有關元素的性質與其原子量的關係〉為標題，發表在《化學期刊》（Zeitschrift für Chemie）。在兩頁的內容中，包含一張元素週期表。

門得列夫發表在《化學期刊》的週期表。（Meyer, L., Mendelejeff, D., Das Naturliche System der Chemischen Elemente – Ostwald’s Klassiker der Exakten Wissenschaften Nr. 68, Zeitschrift für Chemie, 1895.）

除此之外，尚有數個註解如：元素，按原子量的大小，性質會呈現逐步的變化； 化學相似的元素，它們的原子量如非出現一致（鉑、銥、鋨），便會是等量的增加（鉀、銣、銫）；按原子量排列的元素與其價鍵相對應，從某一些程度而言，也與它們化學行為的差異相對應，如鋰、鈹、硼；氫是最輕的元素，理應被當作重量的標準；有些元素的原子量需要被訂正，如碲的原子量不是128，而是在123和126之間。

在這張週期表中，門得列夫共列有67個元素，他預測將會有原子量為45、68、70及180的元素存在，後來，除了原子量180沒有被發現外，其餘的三個元素，鈧（45）、鎵（68）、鍺（70），陸續被發現。在表中，門得列夫還對鉺、釔、銦、釷、碲與金的原子量表示質疑。

門得列夫將週期表論文發表在德國期刊上，這不僅帶動週期表觀念的流傳，也有助於他名聲的傳播。1859年門得列夫到海德堡大學，在本生（Robert Bunsen, 1811~ 1899）門下進修學習。隔年，他恰巧有機會參加卡斯魯爾化學會議。在會上，他學到亞佛加厥定律：在相同的溫度和壓力下，等體積的任何氣體都含有相同數目的分子。這點對於門得列夫在探討元素週期表有很大的啟發。

莫斯利的貢獻

在莫斯利（Henry Moseley, 1887~1915）的實驗前，元素在週期表上的排列是以原子量作為依據，有時候會產生一些混淆，或者無法解釋的地方，如原子量比較輕的鎳（58.693），應該排在鈷（58.933）之前，然而按照它們的化學性質來分析，鈷卻排於鎳之前。在1913 年的時候，莫斯利對照週期表進行實驗，他以陰極射線撞擊不同金屬的靶面，發現到金屬原子所放射出來的X射線頻率平方根與週期表的原子序成比例，此實驗稱之為莫斯利定律。

陰極射線管。 Source:Science Museum London

透過此實驗方法，莫斯利重新檢驗了週期表的元素排列，他實驗證明，鈷和鎳的原子序分別為27和28。另外，莫斯利也按此方法，指出原子序在43、61、72和75的元素是空白的。後來這些被莫斯利所預測的元素，在他去世之後，陸續被發現，前兩者是在大自然中極少量的放射性元素鎝（43）和鉕（61），後兩者則是自然穩定存在的過渡金屬元素鉿（72）和錸（75）。莫斯利的實驗正好證實了波耳原子模型，原子序就是原子中的正電荷數目。後來實驗發現，原子序便是原子核中的質子數。最重要的是，在莫斯利之前，原子序只是元素在週期表中一個位置，莫斯利不僅賦予原子序一個物理意義，並且是可以實驗測量的一項數值。

週期表所隱藏的祕密

為何元素化學性質會與原子重量產生關係，當然門得列夫無法正確來回答這個問題。然而隨著更多的元素被發現，再加上量子力學的發展，週期表的謎題逐漸柳暗花明。

在1897年英國化學家湯姆生（Joseph John Thomson, 1856~1940）透過陰極射線， 第一次發現到電子，打破了科學家長期以來對於原子不可分割的觀念，隨後，美國物理學家密立根（Robert Millikan, 1868~1953）利用精確的油滴實驗，測得原子中負電荷粒子的重量和電荷。1903年拉塞福（Ernest Rutherford, 1871~1937）發現，放射性的產生乃是由於原子的崩壞。隨後，在1911年拉塞福和德國物理學家蓋革（Hans Geiger, 1882~1945）發現，其實電子是圍繞原子核來運動。

拉塞福的實驗室。 Source:Science Museum London

在1913年波耳（Niels Bohr, 1885~1962）更發現，電子以不連續能量方式圍繞原子運動，其被稱之為軌道。當電子從一個軌道移動到另外一個軌道的時候，就會釋放出輻射。一年之後，拉塞福證實，在原子中存在一個帶有正電荷的粒子，稱之為質子。1932 年查兌克（James Chadwick, 1891~1970）實驗發現，在原子核中，除了帶正電荷的質子外，還有一個不帶電荷的中子，這讓科學家對於原子的結構知識更完整，也讓週期表的建立有更完整的基礎。

1923年波耳是第一位提出，元素週期表可以用原子的結構來解釋。隔年，英國理論物理學家斯通納（Edmund Clifton Stoner, 1899~1968）使用了德國理論物理學家索末菲（Arnold Sommerfeld, 1868~1951）的第三個量子數來解釋電子殼層。在1914~1915年期間，索末菲開始使用第二量子數（l：角量子數）及第三量子數（m：磁量子數），然而不論是波耳或者是斯通納都無法正確的來描述原子光譜在磁場中的變化，即所謂塞曼效應（Zeeman effect）。波耳很清楚這個缺點，所以寫信給他的好朋友包立（Wolfgang Pauli, 1900~1958），請求協助如何讓這個量子理論更完善。包立意識到，塞曼效應能夠影響的，應該只是原子最外殼層的電子而已，所以只需要修訂斯通納的原子殼中的次殼層結構便可，因此在1925年，他提出了第四個量子數，即所謂的自旋量子數，及包立不相容原理來描述。

最左方為波耳，右二為愛因斯坦。 Source: Smithsonian Institution

包立（中）。 Source: Science Museum London

查兌克。Source: wikipedia

除了包立不相容原理外，有關電子在殼層的排列，在1927年由德國物理學家罕德（Friedrich Hund, 1896~1997）所提出的罕德定則：當有多重軌道時，電子必須先以相同的自旋方式完成半填滿之後，才能以成對的方式填入軌域。除此之外，尚有1936年被提出的構築理論，不論是一個或者更多原子的軌道電子是以最少的能量來填入，在這情況下，原子、分子或者離子都會處於最穩定的電子組態。

所以原子的結構中，除了原子核外，每一個元素所擁有的電子，則是按照以上的方法而構成，而不同軌域所能夠填滿的電子數目則不同（s軌域可填2個電子；p軌域為6個；d 軌域為10個；f 軌域為14個）。因此，電子組態是解釋元素週期表最好的依據，換句話說，按電子組態所形成的週期表才最值得採信。

被時代所淘汰的週期表

除了發表在《化學期刊》的週期表外，門得列夫在1868~1872年之間至少還發表了7張以上的週期表。而1940年開始，4f電子軌域的鑭系元素（原子序57的鑭到71的鎦），及在5f電子軌域的錒系元素（原子序89的錒到103的鐒）陸續被發現，所以我們現今所使用的週期表，大約也是在1950年前後逐漸開始形成，當時有無數的週期表被提出。

在形狀為長方形的週期表，可以被分類成不同長度的週期表，除了氫與氦外，有含有8個元素的短週期，含有18個元素的中週期，含有32個元素的長週期。所以，週期表按它們的長度，可分類為短表、中表及長表。除了按表的長度來分類外，有些週期像同心圓，有些週期表圖看來像螺絲，有些像蝸牛，有些像雙鈕線。雙鈕形及橢圓柱螺旋形是按原子量所排列之週期表；盤繞螺旋形及八平面空間同心圓則是按電子組態來排列。

雙鈕形，1898年由克魯克斯（William Crookes）所提出。（Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements）

橢圓柱螺旋形，1911年由史塔克柏格（E. von Stackelberg）所提出。（Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements）

盤繞螺旋形，1929 年由賈內（Charles Jane）所提出。（Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements）

八平面空間同心圓，1943 年由韓佐（G. Haenzel）所提出。（Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements）

最終的成果

元素的性質與原子重量會出現週期關係，這聽來很神奇。在十九世紀時，化學家無法正確來解釋這個現象，一個是質量的東西，而另外一個卻是數量的東西。然而化學家實驗發現，這兩者之間出現週期性的變化，而且可以製作成一張表格。在那個時候，他們不知道為何會出現如此的關係，但是他們相信，可以在表格上，找到元素性質及原子量更多例子，也許最終有一天，當更多或者完整的週期表出現後，化學家便可以找到的答案。在建立更精確的週期表的過程中，它神奇的預測過新的元素，也幫忙校正一些原子的重量。

也許，門得列夫在1869年提出元素週期表，並非是一個「科學成就」，而是另外一個嶄新的問題：為何元素的性質與原子量出現週期關係？是的，電子組態便是答案。當我們知道，電子組態可以來解釋元素的各項性質時，我們似乎對元素性質的瞭解豁然開朗。然而另外一方面，過去週期表給我們那種神祕的美感，頓時消失，因為電子組態看來也是一個數量而已，它們是分布在不同軌域的電子數，而原子量就是原子核的中子和質子所組成，在原子中，有多少電子，就有多少質子，最後，我們看到就是數量和數量的關係，而不再是我們所認為的質量和數量所產生的關係，不再令人有一種神祕傳奇的魅力。

參考文獻：

1. Mazurs, E. G., Graphic Representations of the Periodic System during One Hundred Years, University of Alabama Press, 1974.
2. Meyer, L., Mendelejeff, D., Das Naturliche System der Chemischen Elemente – Ostwald’s Klassiker der Exakten Wissenschaften Nr. 68, Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1895.
3. Van Spronsen, J. W., The Periodic System of Chemical Elements: A History of the First Hundred Years, Amsterdam: Elsevier, 1969.

本文選自《科學月刊》2015年10月號

延伸閱讀：
時代下的悲劇天才—莫斯利與原子序
人類所創造的物質—超鈾元素

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入不惑之年還是可以當個科青

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作者：
聶斯特／中央大學物理系與天文所退休教授
陳江梅／中央大學物理系教授

一世紀前，偉大的物理學家愛因斯坦（Albert Einstein, 1879~1955）完成了廣義相對論，透過時空的彎曲來描述重力交互作用，這個理論毫無疑問的是物理學中最激動人心的智慧結晶。愛因斯坦在物理學上做出了許多劃時代的貢獻，例如在1905 年，年輕的他就獨立地完成了許多開創性的成果，其中有關光電效應的論文，是開啟量子物理大門的關鍵性工作，他也因此獲得1921 年諾貝爾物理獎的桂冠。然而，對一般大眾來說，愛因斯坦最著名的研究成果就是相對論，他在1905 年完成了狹義相對論，討論等速運動系統的物理特性，其中光速不變性的假設所推論出來的「時間膨脹」、「長度收縮」等奇特效應，是理論物理中令人非常著迷的現象。十年之後，愛因斯坦更將其理論推廣至加速的系統，建構出描述重力作用的廣義相對論。

學生時期的愛因斯坦

愛因斯坦在大學時期是一個相當古怪的學生，常常翹課，成績也並不突出，最後勉強達到畢業門檻，而他大部分的時間致力於獨立研究物理學中最前沿的問題。至於考試，愛因斯坦則依賴於他的同學格羅斯曼（Marcel Grossmann, 1878~1936）所做的筆記。因為愛因斯坦經常缺課，再加上似乎不夠尊重師長的態度，使得他在授課老師心中留下不良的印象。他的物理學教授韋伯（Heinrich Friedrich Weber, 1843~1912） 曾經責備他說：「你是一個很聰明的孩子，愛因斯坦，非常聰明的孩子，但是你有一個很大的缺點，就是永遠聽不進去別人對你說的任何事情。」他的數學教授閔可夫斯基（Hermann Minkowski, 1864~1909）則曾經稱他為「懶狗」。許多年後，當被問到關於愛因斯坦發表的狹義相對論時，閔可夫斯基的評論是「我真的不敢相信他能夠做到。」

愛因斯坦所就讀的蘇黎世聯邦理工學院。 Source: Shepard4711

廣義相對論的基礎

廣義相對論所討論的，是自然界中的重力，也稱為萬有引力，是人類最熟知的作用力。牛頓（Isaac Newton, 1642~1727）首先理解到，萬有引力不單單只是造成地球上萬物會向下掉落的原因，也是天體中星球運行的作用力來源。他寫下了質量如何產生重力的萬有引力公式，再加上他所提出的物體運動必須服從的三大運動定律，構成了牛頓力學的體系，主導我們對物理的認知達數百年。直到愛因斯坦發表相對論後，物理世界才又往前跨出了重要的一步。

廣義相對論的理論基礎，起源於一個稱為「等效原理」的基本概念——當一個人在自由墜落的時候，他感受不到自己的重量。自由墜落是一個加速的運動狀態，而物體的重量則是重力作用的結果，因此，等效原理說明了這兩個物理現象間有一定的關聯性。這個想法給愛因斯坦很深的啟發，引導他建立了一個革命性重力理論的方向。根據愛因斯坦的說法，等效原理的靈感出現在1907 年，是他一輩子中感到最快樂的想法。

根據狹義相對論，物理學家已經理解到在牛頓力學體系中的一維時間和三維空間不再是各自獨立的，勞侖茲（Hendrik Lorentz, 1853~1928）給出了兩個相對等速運動的觀測者間，他們測量到的時間和長度的轉換關係，也就是說，時間和空間必須被看成一體，形成一個稱為「時空」的概念。

一個完整的重力理論包含兩個部分：第一，需要知道物質如何產生重力場，在牛頓的理論就是萬有引力方程式；第二，重力場是如何作用在物體上，因而改變物體的運動狀態，在牛頓的理論中就是第二運動定律。在廣義相對論彎曲時空的架構下，重力如何作用在物體的部分相對上較容易理解，即物體在彎曲時空中走最短路徑，而最短路徑在數學上可由測地線方程式算出。因此，廣義相對論的建構中最核心的問題，就是推導出物質如何彎曲時空的重力場方程式。

1927 年10 月所召開的第五次索爾維會議，主題為「電子與光子」，並齊聚了當時最頂尖的物理學家，包括正中間的愛因斯坦、居里夫人（第一排左三）、勞侖茲（第一排左四）、包立（Wolfgang Pauli，第三排右四）與海森堡（Werner Heisenberg，第三排右三）等人。 Source: I Harsten

困擾愛因斯坦的難題

儘管愛因斯坦對於建立新的重力理論的物理直覺是清晰而深刻，但是要將他的想法具體的實踐出來，需要一個全新的數學架構。討論彎曲時空結構的數學工具「微分幾何」，便成了廣義相對論所需要的數學平台。但是很不幸的，愛因斯坦一開始並不十分熟悉微分幾何，以致於遲遲無法建構出具有一致性的理論。他再次向格羅斯曼尋求幫助，他拜託老同學說：「格羅斯曼，你一定要幫幫我，否則我會瘋了。」

愛因斯坦開始和格羅斯曼合作，埋首於廣義相對論的建構，經過了一段時間的努力之後，愛因斯坦和格羅斯曼終於在1913年發表了著名的「綱要（Entwurf）」論文，這篇論文分為物理與數學兩部分，分別由愛因斯坦和格羅斯曼撰寫。然而，他們兩人在這篇論文中都犯下了錯誤，而這些錯誤全是起源於對彎曲時空的數學沒有能夠全盤掌握。這個新的數學領域，雖然大數學家黎曼（Bernhard Riemann, 1826~1866）早在1854 年就曾發表他在彎曲空間幾何的研究成果，但對愛因斯坦和格羅斯曼這樣的新手來說，他們只能透過可獲得的文獻，對彎曲空間的數學工具有粗略的理解，但是，他們尚未完全了解彎曲時空的數學公式之真正意涵和在他們新的重力理論當中所扮演的角色。

廣義相對論的誕生

廣義相對論的誕生，也就是推導出正確的重力場方程式的日子，發生在1915年的11 月，那一個月份，愛因斯坦在4 日、11 日、18 日和25 日分別發表了有關廣義相對論的論文，從考慮比較簡單的特殊系統再推廣到一般情形，逐步改進結果，而正確的重力場方程式則是出現在25 日的論文之中。

大數學家希爾伯特（David Hilbert,1862~1943）有關重力場方程式的論文也是在這個時間點完成，所以一直都有到底是誰先得到重力場方程式的爭論。愛因斯坦首次提出正確的重力場方程是在1915 年11 月25 日，但就在5 天之前，希爾伯特在德國哥廷根大學的一個報告中介紹了他對廣義相對論的研究成果。希爾伯特的研究主要目的是考慮重力與電磁力的整合模型，他從作用量出發，利用變分原理，進而分析理論的數學性質。

大數學家希爾伯特。 Source: Open Logic

誰先發現重力場方程式？

愛因斯坦和希爾伯特論文發表的時間十分接近，導致了誰先孰後的爭議：發現重力場方程式應歸功於愛因斯坦還是希爾伯特？有些物理學家和科學史家認為希爾伯特首先發現重力場方程式，而愛因斯坦則是在幾天之後獨立地發現了它。

希爾伯特參與廣義相對論的研究起始於1915 年6 月，那年夏天，愛因斯坦訪問了哥廷根大學，並發表了一系列演講介紹他的重力理論。他和希爾伯特對理論中的問題進行深入的討論。在接下來的幾個月，希爾伯特深入研究關於愛因斯坦的理論，他很快就找到了一個優雅的數學處理方法。他寫信告訴愛因斯坦他的研究成果，而愛因斯坦則要了希爾伯特的筆記與計算的副本。

哥廷根大學一景（1961 年攝）。 Source: Roger W

從愛因斯坦的回信來看，他顯然在11 月18 日前收到了這些筆記副本。但是，沒有證據可以判斷希爾伯特給愛因斯坦的筆記中是否已有愛因斯坦方程式，如果有，那麼愛因斯坦就是在自己提出這個方程式前就已經知道結果。另一種說法是，明確的重力場方程式事實上並沒有出現在希爾伯特給愛因斯坦的筆記副本裡，甚至也沒有在他11 月20日的報告中，希爾伯特是在稍後的論文校對過程時，才將愛因斯坦方程式加入到他的論文當中。

這個兩種看法在1997 年哥廷根大學的圖書館公布了有關希爾伯特在12 月6 日所做的論文校對相關文件後，更添加神祕色彩。希爾伯特的校對版論文內容和最後正式發表的版本是有些不同，最特別的是，在校對版文件中可能是包含愛因斯坦方程式的半頁手稿被人撕走了。這種狀況使得真相更加撲朔迷離，陰謀論的說法層出不窮：難道是愛因斯坦的支持者摧毀證明方程式存在的證據？抑或是希爾伯特的支持者想要掩蓋方程式不存在的事實？

無論真相為何，愛因斯坦和希爾伯特對廣義相對論的建立，都扮演著極其關鍵的角色，愛因斯坦的物理圖像清晰，動機明確，雖然所需的數學基礎和一些疑惑困擾了他許多年，但終究達到目的。希爾伯特經由愛因斯坦的介紹開始重力的研究，他的數學知識雄厚，利用作用量和變分的方法，為重力場方程式的推導開闢出一個在數學上非常簡潔的方法。他們倆人之間在1915 年的相互交流與討論，肯定對彼此的研究產生正面的影響。誰先推導出重力場方程的爭議，一開始在兩人的內心，也確實曾經激起短暫時期的不愉快情緒。然而，在他們往後的頻繁交流過程中，幾乎看不出這爭議對他們的友好關係產生任何嫌隙，或許他們終究認為，這件事並不是個值得浪費時間和友誼的議題。

光路徑偏折

歷史上，牛頓最先提出光線受重力的影響，它所行進的路徑會產生偏折的可能性，在此之後，許多物理學家也都曾經做過光線路徑偏折的具體計算。回到1911 年，愛因斯坦在尚未建構出完整的廣義相對論之前，就曾經基於等效原理和他早先的理論版本，預言光線在經過太陽時會受到它的重力作用影響，而產生0.87 秒角的偏折。

對於光線經過太陽會產生偏折的觀測，在廣義相對論誕生前就已經在嘗試進行。觀測的對象是恆星所發出的光線，因為太陽光太強烈，所以可行的觀測只能在日蝕發生時進行。在1914 年7 月底，德國天文學家弗洛因德里希（Erwin Finlay-Freundlich, 1885~1964）與兩位同伴總共攜帶三組相機前去克里米亞，為將發生在8 月21 日的日蝕觀測做準備。很不幸地，德國在8 月1 日的正式宣戰開啟了第一次世界大戰，俄羅斯也出兵參與戰爭。因此，俄羅斯政府拘留了弗洛因德里希，並且沒收了他的設備，也使得這次的觀測計畫被迫中止。愛因斯坦曾經抱怨說：「決定我的科研奮鬥中最重要的結果，將不會在我的有生之年看到。」事實上，當時另一組美國的觀測隊伍並沒有受到發生戰爭的影響，可惜日蝕當天的天氣並不好，是一個不適合拍攝的陰天，因此美國隊伍的觀測過程也並不順利。

幸運的愛因斯坦

這次觀測的延遲對於愛因斯坦來說應該是一個幸運事件，因為直到1914 年，他對光線路徑偏折的計算並沒有考慮到空間彎曲所造成的效應，預測值為0.87 秒角，而這個預測值是不正確的。一年之後，愛因斯坦理解到空間彎曲的部分和時間彎曲的效應是一樣大，他修正預測值增加到1.74 秒角，是原始結果的兩倍大，而這才是正確的數值。如果在1914 年8 月弗洛因德里希成功地完成了對光線彎曲的測量，那麼他的觀測結果就會不符合愛因斯坦所做的預言，那麼愛因斯坦將會發現自己處在一個相當尷尬的位置上。

對於支持廣義相對論最關鍵的觀測結果，是英國天文物理學家愛丁頓（Arthur Stanley Eddington, 1882~1944）所領導的團隊在1919 年完成的。愛丁頓是廣義相對論在英國首要的支持者，他曾用英語寫了許多文章來介紹並推展廣義相對論。和愛因斯坦一樣，愛丁頓在當時是少數和平主義的熱衷支持者。第一次世界大戰期間，英國實行了徵兵政策，而愛丁頓寧可被判刑也不願意入伍服役參與戰爭，經過了一番的努力，他以日蝕觀測在科學研究的重要性，成功地說服仲裁庭給予他一年的免除兵役豁免權，讓他可以領導1919 年的日蝕觀測團隊。幸運地，這場戰爭在愛丁頓豁免時效過期前的1918 年底就結束了。

英國天文物理學家愛丁頓。 Source: Smithsonian Institution

在戰爭結束後的1919 年， 共有兩個團隊對當年5 月29 日發生的日蝕進行觀測，格林威治天文臺的克羅梅林（Andrew Crommelin, 1865~1939）所帶領的觀測團隊到巴西，而愛丁頓則領隊到非洲。這次的觀測進行得很順利，而觀測資料分析的結果符合了愛因斯坦廣義相對論的預測。

觀測的結果於1919 年11 月6 日在英國皇家哲學學會和皇家天文學會的倫敦聯合會議上向全世界公佈，天文學家戴森（Frank Watson Dyson, 1868~1939）總結說：「經過仔細研究拍攝的底片，我正式宣布，結果證實了愛因斯坦的預言。一個非常明確的結果顯示了光線的偏折，符合愛因斯坦重力理論的推論。」就在第一次世界大戰結束一周年的前夕，德國科學家愛因斯坦延續了英國科學家牛頓的光環，正式地將萬有引力理論推廣至廣義相對論。這消息也迅速地傳播到世界的每個角落，各地的報紙，都大肆報導這個科學史上劃時代的里程碑，而愛因斯坦也因此迅速地提升至世界名人的地位。

愛丁頓於1919 年所拍攝之日蝕照片。(Public Domain)

廣義相對論已經誕生一世紀，從它延伸出的許多有趣課題，例如黑洞、宇宙學、重力波、重力透鏡等，幫助我們更深入地理解自然界的奧祕。然而，直到現在，還有許多尚未解決的問題，期待有更多的愛因斯坦來尋找答案。無論如何，就像音樂和美術一樣，能一窺自然界運行的「美」，無疑是一個激動人心的感受。

〈本文選自《科學月刊》2015年8月號〉

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來自深空的交響詩—重力波
時間起源與量子重力

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