遇見科學

綠蠵龜小檔案
（Chelonia mydas, Linnaeus, 1758）
綠蠵龜又稱為綠海龜或海龜，英文俗名為green turtle，中文俗名則有菜龜或石龜之稱。屬於爬蟲綱，無弓亞綱，龜鱉目，隱頸亞目，硬殼龜科，海龜屬動物。綠蠵龜主要分布於熱帶至亞熱帶的海域中，目前全球數量大約有20萬隻以上。
位於南美的厄瓜多加拉巴哥斯國家公
園，之前在官網上宣布，國際知名的百歲象龜「寂寞喬治」被國家公園人員發現牠氣絕身亡，正式與大家告別，消息傳出後，不但令人感到遺憾，世界上物種也因此少了一種。而「寂寞喬治」的死訊，也讓人再度重視生態物種的保育議題。
長年以來，台灣習俗普遍認為烏龜有象徵長壽的吉祥之意，因此民間信仰中，我們常可看到長輩或宮廟常用紅龜粿、麵龜來祭拜神明、討吉利。事實上，龜不只長壽，更是生物界中的「活化石」！
研究爬蟲生態長達二十年、台灣海洋大學海洋生物研究所教授程一駿以海龜為例，最早出現的年代可追溯至2億年前的三迭紀，幾乎和恐龍同時出現在地球上，但相較恐龍的大滅絕，個性溫馴的牠們卻是直到現在都還活得好好的。
程一駿表示，海龜由淡水龜演化而來，雖然牠們無法像水龜那樣可以將四肢與頭部自由縮進龜殼，成為名副其實的「縮頭烏龜」，但海龜卻是海中的「游泳高手」，游泳時速甚至不輸給小型漁船。程一駿解釋，這是因為海龜的前鰭比較長，揮動起來就如同船槳一樣，有利於撥動海水，讓牠們可以在大海中自在優游。
有趣的是，雖然海龜和淡水龜外型有所不同，但海龜仍保留淡水龜上岸產卵的習性；程一駿說，對成年海龜而言，「傳宗接代」是一件耗費體力的事，要從汪洋大海返回陸上出生地進行交配與繁殖更是一段漫長旅行，每到夏天的繁殖季節，海龜總要趁著半夜、奮力從遼闊海洋中一步一腳印爬到陸地沙灘上產卵、藉此完成繁衍下一代的重要使命。
多產的海龜平均一次可產下三十幾顆、甚至兩百顆的卵。這些卵經過五十天的孵化期後，就能看到一隻隻小海龜破卵而出、慢慢游回大海；剛孵化出的小海龜以浮游生物為主食，逐漸長大後會改吃大型藻類與海草。
程一駿有感而發表示，每顆卵都代表一個個可能孵化成功的小生命，早年台灣沿海與離島沙灘上，經常可看到海龜上岸產卵。但隨著人類的捕殺與棲地遭汙染，經年累月下來，已經讓產卵海龜的數量大不如前，像是早年有民眾會撿拾龜卵變賣，導致海龜生態遭破壞。

「四面環海的台灣，也能看到海龜蹤跡，」程一駿表示，研究顯示，台灣海域可以看到綠蠵龜、赤蠵龜、欖蠵龜、玳瑁、革龜等五種海龜出沒。在這五種海龜中，只有綠蠵龜和赤蠵龜曾被發現有上岸產卵的記錄。
以普羅大眾最熟知的綠蠵龜來說，就是目前所有海龜中數量最多的種類之一，估計全球目前大約有20萬隻以上。程一駿表示，綠蠵龜又稱為綠海龜，中文俗名則有菜龜或石龜之稱；主要分布於熱帶至亞熱帶的海域中。以台灣來說，澎湖海域與小琉球海域都可看見牠們的身影。
然而，儘管海龜個性溫馴、模樣可愛，但一年比一年嚴重的海洋汙染卻成為威脅海龜生存的最大殺手。像是家庭與工業廢水流至海洋，導致重金屬汙染，會讓海龜的皮膚潰爛，以及面臨寄生蟲威脅。此外，海洋垃圾與人為干擾也是影響海龜生態的主因，曾有環保團體在死亡的海龜體內發現寶特瓶瓶蓋、塑膠袋等垃圾，而過去還有民眾為了與海龜合照，把已經好不容易爬回海中的綠蠵龜「抱回來」，讓保育人士看了不禁搖頭嘆氣。
「除了鯊魚外，人類可說是海龜最大天敵，」程一駿語重心長地表示，我們的生態保育意識須要更上層樓，除了要減少對海洋環境的汙染外，也要避免對海龜形成人為干擾、影響牠們上岸排卵。像是農委會從民國八十一年起就開始投入海龜研究與保育工作，並進一步將綠蠵龜重要的產卵棲地—澎湖縣望安島規畫為保護區，就是希望保護珍貴的自然生態，避免海龜和牠們的老朋友「恐龍」一樣走入歷史，讓海龜可以世世代代都在大海中快樂優游。

相信不管您是不是天文迷，肯定都注意到了今年的天文奇景，甫剛結束的「日環蝕」和「金星凌日」，更是相當吸睛。但您可知在天文學家眼中，肉眼無法觸及的宇宙才可謂是精采盛事不斷。其中，伽瑪射線爆（Gamma Ray Bursts, 簡稱GRBs）便是一例。
伽瑪射線爆就像是有人隨意地在宇宙中施放煙火，毫無預警出現在某一時刻和地方，時間短暫而絢麗。究竟這是怎麼一回事？對浩瀚宇宙又意味著什麼含意？就讓我們來一窺天文學中最活躍的領域之一！
伽瑪射線就如同紅外線、紫外線或可見光一樣，皆屬電磁波的一種，但其波長不同。伽瑪射線波長極短，穿透力強，並攜帶高能量。也因如此，當原子發生核衰變或能量劇烈改變時，往往能偵測到伽瑪射線，核子試爆便是典型的例子，伽瑪射線爆也便是在這樣世局情勢緊張的氣氛中首度露了面。
60年代美國正與蘇聯處於冷戰時期，美軍為監測其他國家是否進行核彈試爆，即藉人造衛星觀測地球大氣伽瑪射線的含量。不過，自1969~1972 年間，不同的人造衛星卻陸續同時觀偵測到16次來自宇宙的伽瑪射線強度短時間內突然增強，隨後又迅速減弱的事件，過程持續0.1至30秒不等。自此，科學家便試圖揭開這神秘的面紗，並稱這樣的現象為「伽瑪射線爆」。
究竟這樣的現象到底為什麼能引起科學家這麼大的興趣 ? 清華大學天文所教授張祥光表示，這是因為根據目前的數據顯示，距離我們最遠的伽瑪射線爆約發生於宇宙大霹靂後的6億3000萬年（約130億年前）；而一個典型時間長於2秒的伽瑪射線爆的爆炸亮度則約為太陽的1000兆倍，試想，這是多麼驚人的能量！況且在如此遙遠以前所發生的爆炸事件，幾百億年後的我們所觀測到的亮度依舊如此驚人，這意謂著科學家所觀測到的即很可能是宇宙自大霹靂以來最激烈的爆炸，而爆炸後的產物，便即有可能是宇宙第一個黑洞，這對天文學家可是一個極令人興奮的發現和成就。
然而，或許大多數人更關切的問題可能是這樣的伽瑪射線爆若發在我們星系附近，是不是將導致毀滅性災害？張祥光表示，其實這機率是很小的!這是因為要發生規模如此大的爆炸事件，必定要是質量極大星球才有可能。從宇宙生成的歷史來看，當大爆炸之後，宇宙處於高溫狀態，此時整個宇宙都是電漿游離的狀態。直到降溫到絕對溫度3000K時，溫度降低的光子無法再將質子與電子游離開來，原子開始形成。
在這個時候，宇宙中絕大部分的質量（98%）都形成最簡單的兩種元素氫與氦，而以這兩種元素為主的大質量星球便也紛紛形成。而我們太陽系附近的星球，有許多重元素存在，屬於晚形成之星系，並不足以形成伽瑪射線爆的基本條件——大質量星球。因此，伽瑪射線爆雖然毫無預警地在宇宙綻放驚人的能量，但對於我們的星系可不會有太大的影響。
此外，張祥光還表示，伽瑪射線爆的研究有助於我們了解早期宇宙的環境，以及最原先的星球是如何形成的；且目前有關短伽瑪射線爆 (發生時間短於2秒)發現很有可能是黑洞或中子星碰撞融合所造成，這對於我們了解極強大重力環境中的物理現象將非常有幫助。

專題報導／特約記者陳雅婷
西元1610年，義大利天文學家伽利略首次將望遠鏡指向天空，至今已逾400年；爾後，1862 年英國物理學家馬克斯威爾發表了「電磁輻射（或稱電磁波）」理論後，更整合了電、磁與光這三種現象於同一個架構下。時至今日，我們對天文學的了解已然遠遠超越400年前的里程碑，除可見光之外，科學家更已能藉著研發各種波段望遠鏡捕捉來自外太空的訊息，其中「無線電波望遠鏡」更是認識浩瀚宇宙的重要推手之一。
由於大氣層基於保護機制，往往吸收了多種波段的電磁輻射，以防止穿透至地面。因此，現今的大氣層可說是僅留有「可見光」和「無線電波段」兩個窗口的訊號可供偵測。可見光乃藉光學望遠鏡偵測即可，無線電波則得依賴無線電波望遠鏡。無線電波波長可超過 10 公里，屬波長最長且波段相當寬的電磁輻射，因具極不易被障礙物遮擋的特性，所以可在長距離空間進行傳播。不過由於無線電波波長極長，故用來偵測訊號的電波望遠鏡便需要一個極大接收器來偵測訊號，同時配合地球自轉的特性，配備可微調接收器方向裝置，藉以確實持續偵測同一訊號的變化。
在各國研究中，美國國立無線電波天文台無疑是全世界無線電波最為首要的觀測站之一，其中，在新墨西哥州1980年所完工之VLA 望遠鏡陣列（The Very Large Array）更是由27座天線組成直徑達40公里的大型無線電波望遠鏡，成為全球無線電波天文學觀測最佳工具之一。綜觀60年代以來，藉著電波望遠鏡的運作下所帶來的重要突破，便有類星體、脈衝星、宇宙微波背景輻射和星際有機分子等四大天文學發現。蒼穹之下，更多的天文觀測、更精密的儀器或航空載具，都將探索更多未知的秘密。

「防災規畫應該因地制宜，不能把所有地區都套用同一套防洪與防災標準，」詹錢登表示，每個地區地勢高低與地形環境各有不同，本來就應該視地形環境差異而量身打造，像台北本身由於是盆地地形，先天上就容易發生積水情況，因此保留疏洪區是不可少的基礎水利設施，像二重疏洪道的規畫就是將過多的雨水疏導至二重溪，流入大海。
詹錢登表示，「有時候水患不見得與硬體水利工程品質有關，而是人為因素所導致。」他以此次台北市文山區淹水為例，其主因就在於人為疏失，因為值班技工操作不當，將應該打開的水門關起來，導致大雨排不出去，造成涵管水壓太高而爆裂，形成淹水窘況。類似這樣的情況也意味著水利工程人員需再加強訓練，才能避免在緊要關頭出差錯。
而這也凸顯出軟硬體設備與資源雙管齊下的重要性。面對日益劇烈的氣候變遷與強降雨，相關部門在規畫水利工程時應該更有「遠見」，不能短視近利。他建議，政府當局應建立一套「防災地圖」，掌握每個縣市的低漥區有哪些，哪些區塊排水不良等，除了興建應有的堤防、擋土牆、水道工程外，建立「水患預警系統」亦不可或缺，他強調政府須把這些項目都一併納入都市規畫藍圖中整體考量，才不會陷入「顧此失彼」的窘況。
不只如此，推動防災教育、設計撤離動線亦是必要之務，他表示平日就要做好民眾與學生的防災訓練，讓大家可以預先準備才能「未雨綢繆」，了解水患發生時該如何安全撤離、有所因應，為大台北防洪計畫。

梅雨季鋒面帶來的連日大雨，讓台灣從南到北都降下了驚人雨量，許多低漥地區頓時成了「水鄉澤國」，而首善之區的台北都會區也不堪瞬間豪雨肆虐，就連熙來攘往的交通要道基隆路也頓時成了「基隆河」，不少人苦笑自己上班就像在「渡河」般辛苦，而眼看颱風季節又即將來臨，更多民眾擔心的是如何避免水患發生，不要讓「我家門前有小河」的窘況一再上演。
為何每逢大雨就成災？看到電視新聞播放一幕幕災區街道因大雨而成「水道」的畫面，讓不少受過水患之苦的民眾都忍不住質疑台灣水利工程排水成效究竟出了什麼問題，導致豪雨一來就「作大水」。
對此，成功大學特聘教授、同時也是水利及海洋工程學系主任詹錢登表示，ㄧ般人對水利工程往往都存有錯誤觀念與迷思，認為只要蓋了水利工程就可以「永保安康」、水患不會來敲門。事實上，這還關係到所降下的雨量多寡，以日前因鋒面影響而降下的豪雨來看，動輒超過200毫米的驚人雨量，即使是先進國家的水利工程設施都不一定能耐得住瞬間降下的暴雨。
他以之前發生的泰國水患為例，當時就持續好一陣子仍積水未退，相較之下，台灣的水利工程品質已經算是不錯，像「員山子分洪道」的完工就為基隆河打下重要的水利工程基礎，讓基隆河兩岸的淹水情況比過去改善許多，不會一下大雨就鬧水災。
「水利工程並非防水患的萬靈丹，而是要從多方面向整體考量才能減輕災情，」詹錢登強調，回歸基本面來看，水利工程目的是希望透過硬體設備的強化來提高排水能力、降低水患發生機率，但並不代表只要政府砸上百億元興建水利工程就能確保萬無一失，因為一旦降雨量超過水利工程承載量時，一樣有可能導致積水或淹水等問題發生。
他有感而發指出，要預防水患發生，並不是一味將堤防愈蓋愈高、或花大錢拚命蓋工程就可以，而是要保留公共低漥地、打造疏洪區，讓水有路可走；就像古早時代的老祖宗會在山林間打造梯田、水塘，讓大雨來臨時可以作為暫時的「蓄水池」，避免大水一下子就淹到民宅、造成傷亡損失。
而這樣的先人智慧也可運用在現代社會裡，對於地勢較地窪的地區要採取「非工程角度」來思考，因為「水往低處流」是亙久不變的真理，所以低漥地帶要規畫疏洪區讓大雨有「容身之處」，讓水不會立刻就往外流到市區、導致水利工程與防災規畫成效打折扣！

冰河瓦解速度愈來愈快、全球暖化日益嚴重，隨著氣候變遷愈加劇烈，不僅身為萬物之靈的人類想方設法找對策，首當其衝的自然界生物也得努力在惡劣環境中力求生存。
為了解鳥類在面對氣候與環境改變時的因應之道，台灣大學森林環境暨資源學系教授袁孝維與中央研究院生物多樣性研究中心助研究員沈聖峰組成研究團隊，長期觀察台灣特有種鳥類─「冠羽畫眉」，結果發現可愛的冠羽畫眉並不會因環境變惡劣而加強競爭、相互搶食，反而會攜手合作、同舟共濟，令人意外的創新發現引起全球關注。
研究冠羽畫眉長達二十年，為國內該領域生態權威的袁孝維表示，冠羽畫眉只有分布在台灣的中高海拔山區，是台灣特有種鳥類，可說是「僅此一家，別無分號」，討喜模樣常吸引不少鳥迷拍下動人姿態。有趣的是，冠羽畫眉不只台灣獨有，生態也相當特別。
為一窺堂奧，研究團隊蒐集了37個冠羽畫眉鳥巢，共85天的孵蛋競爭錄影畫面，分析了近三百個小時的餵食雛鳥資料，從中研究發現，冠羽畫眉具有很特殊的「共用一巢」合作生殖行為。她表示，這種生態在自然界十分少見，以目前全球將近一萬種的鳥類中，大約只有不到二十種鳥類會出現這樣的繁殖行為。
袁孝維解釋，所謂的「共用一巢」合作生殖行為就是指多對冠羽畫眉會在同一巢內彼此競爭生蛋，但為了讓後代可以順利繁衍與生存下來，而共同合作築巢、孵蛋與照顧雛鳥。
以冠羽畫眉生態為博士論文主題的沈聖峰表示，研究團隊發現冠羽畫眉在惡劣的天候如暴雨不歇、颱風等環境下，冠羽畫眉會減少族群內的個體競爭，像是降低為爭奪生蛋時的鳥巢「卡位」戰等，或是減少下蛋顆數以增加雛鳥存活率，甚至還從觀察中發現「共同孵蛋」的互助行為，也就是別隻畫眉媽媽會幫另ㄧ隻鳥媽媽孵卵，藉此發揮互助合作效果。
而果然是「團結力量大」，研究團隊發現藉由這樣的互助機制，不但冠羽畫眉彼此競爭減少，就連雛鳥也因此受惠，不只降低死亡率，長大後離巢成功率也大大增加。
沈聖峰表示，團隊運用演化賽局理論的模式來分析這個生態現象，結果恰好驗證孫子兵法中「同舟共濟」概念，顛覆了我們過往認為資源愈少、愈要爭個你死我活的刻板印象；反而是環境愈困頓惡劣時，更要懂得共體時艱、相互合作，才能獲取最大利益。
這個花了團隊四年時間、觀察超過一千隻冠羽畫眉所完成的有趣成果，不但有助科學界了解氣候變遷對生物生態影響的創新面向，研究內容也發表在國際知名期刊《Nature Communications》，引起國際關注。

何謂賽局理論？相信多數人可能都聽過這個名詞，但卻往往ㄧ知半解。事實上，賽局理論在我們日常生活中幾乎常運用得到，只要有利益衝突的地方，就會有「賽局理論」的存在。
以「賽局理論」最知名的「囚犯困境」又稱為「囚犯兩難賽局」（Prisoner's dilemma）為例，就是兩名被分開偵訊的共犯為了爭取對自己最有優勢的利益，會在腦海中思考究竟是要坦白以對、供出實情，還是要三緘其口、什麼都不說，反覆思考判斷應該要用哪種方式才能為自己爭取到最佳利益。
袁孝維表示，研究團隊透過建立演化賽局理論模式來解釋冠羽畫眉的合作生態，正好與孫子兵法中同舟共濟的概念不謀而合。沈聖峰表示，團隊發現在合作利益對個體很重要的前提下，惡劣環境反而會促進個體間的相互合作，他們相信這樣的法則也能應用其他生物中。
其實不只冠羽畫眉，像是每年十月都會過境台灣的知名候鳥「國慶鳥─灰面鵟鷹」也是相當聰明、善於因應氣候環境變化的鳥類。例如，當成群灰面鵟鷹飛往台灣的路途時，不但會組成順風而行的隊伍來降低飛行時的阻力，遇到下雨天還會找地方躲雨，避免自己渾身溼答答，這種因應環境變化的能力與智慧也讓鳥類專家看了嘖嘖稱奇，只能說大自然生態真是奇妙又有趣！

看似一望無際、人煙罕至的南極大陸也會出現環境荷爾蒙「戴奧辛」等汙染物嗎？國立海洋生物博物館、東華大學、中山大學及正修科技大學等校組成「台灣南極科學考察隊」，前進白雪皚皚的南極大陸進行生物標本蒐集、海岸環境有機汙染物調查等科學研究，結果發現企鵝體內竟存有戴奧辛等有機汙染物，讓科學家擔心被視為「人間淨土」的南極大陸，恐怕早已遭到人為汙染。
為研究極地的生物多樣性，及極區海洋生物含有的生理活性物質，海生館與多所大學攜手合作，從2009年起組成團隊前進南極大陸進行「零下任務」、採集生物標本與進行相關研究，三年下來成果豐碩。
東華大學海洋生物科技研究所所長宋秉鈞表示，以生物標本蒐集研究來說，目前已發現9種魚類、11種軟體動物、1種環節動物、14種棘皮動物、10種甲殼動物、1種腔腸動物、2種藻類等近50種生物，生物標本超過600個，當中有不少種類是許多人未曾見聞，像是外型奇特的南極章魚、十字水母、南極海綿、羅氏南極魚、南極賊鷗等生物；光是團隊帶回台灣的標本就重達近三十公斤。他指出，為讓更多人認識南極生態，所有生物標本在經過處理後，都將典藏於海生館資料庫，藉此提供後續研究與展示。
除採集到多種南極生物外，最令團隊吃驚的是，原以為乾淨無汙染的南極竟發現有戴奧辛存在。海洋生物博物館助理研究員、同時也是東華大學海洋生物多樣性及演化研究所助理教授何宣慶表示，他們將企鵝翅膀組織的樣本進行分析，結果發現其體內存有戴奧辛等環境荷爾蒙，顯示南極大陸已經受到人為汙染。
為何企鵝體內會出現戴奧辛？何宣慶解釋，這是因為都會裡的戴奧辛揮發到空氣中，經過大氣循環一路到南極，飄落海面後被海藻吸收，魚類吃了海藻後又被企鵝獵食，藉由「食物鏈」的環環相扣機制，讓原本在南極生活的可愛企鵝也無辜遭到戴奧辛的池魚之殃。何宣慶表示，南極大陸發現戴奧辛等汙染物存在，難免會對當地生態有影響，但影響究竟會有多大，則還有待日後研究與調查，但不可諱言，南極汙染問題已成為人類必須要重視的議題。
「我們都是地球一份子，如何維護極地生態環境責無旁貸」宋秉鈞表示，近年除了氣候變遷、溫室效應等相關議題受關注外，環境汙染問題也是日益發酵，團隊未來會繼續前往南極考察研究，藉此讓科學成果為極地生態保育奉獻心力。

除了發現戴奧辛等汙染物，團隊在進行「極地海洋生物所含生理活性物質」研究時，也從採集到的南極海膽、南極海綿等生物樣本中，發現其萃取物具有抗發炎與抗癌活性，宋秉鈞表示，這也表示這些極地生物為了在惡劣環境下生存，體內也發展抗發炎活性，若能進行更深入的研究與生物實驗，未來將有機會開發為醫療藥物。
然而，就如同電影《極地長征》中令人震懾的惡劣環境般，要到冰天雪地的南極大陸從事科學研究，其辛苦亦非一般人所能想像。
台灣第一位登上南極的中山大學海洋生物科技博士學位學程學生張祐嘉表示，要前進極地，第一個遇到的問題就是如何適應低溫，不同於台灣當時20度上下的溫暖氣候，在極地，零度或是零度以下是稀鬆平常的事，有時為了採樣方便，他們常得徒手伸入零度海水中，一不小心就會凍傷手指。
除要忍受寒風刺骨，體力也面臨高度挑戰。團隊表示，在極地，由於石油等能源補給較難，因此在南極野外進行採集時大多只能靠雙腳「一步一腳印」慢慢走，每天常得走上七、八小時才能順利完成所預期的採樣研究工作，而三餐也很簡單，以真空包裝食物為主，不容易吃到新鮮蔬果。
不過，儘管極地研究環境艱辛，但能有機會踏上夢寐以求的南極大陸，仍讓張祐嘉忍不住開心表示「美夢成真的感覺真好！」 這趟零下極地之旅不但讓他眼界大開、收穫滿滿，也更堅定未來要投入科學研究的意志，運用自身所學來捍衛美麗極地生態。