【蘋中人】烏賊會算術 軟絲說愛妳 焦傳金 解碼

出版時間:2019/06/15

作者╱陳德愉 攝影╱羅佳蓉

你知道,烏賊會算術,軟絲會說「我愛妳」嗎?
清華大學系統神經科學研究所教授焦傳金笑瞇瞇地說。這些,是他領導的研究團隊所做的許多研究之一。

焦傳金是頭足類生物(如章魚、烏賊等)權威,也是系統神經科學家,他帶領的烏賊實驗室在全球有極重要地位,「烏賊實驗室在世界上只有10個。」焦傳金笑著告訴我。所以,他們所做的每一個報告,都是人類的一小步。
頭足類應該是人類最熟悉的海中生物,經典冒險小說《地底旅行》裡的海底怪獸、皮克斯《海底總動員》裡不斷大逃亡的章魚漢克、每到世足賽就要出來神預測的世界級算命師章魚哥保羅、電影《環太平洋》那隻可以開發人類智慧,連接人腦神經的大頭章魚怪……。
「章魚」充斥在人類的影視文化產品裡,對這些「頭特別大」的海底生物的無盡想像,也就是人類對海底未知智慧的想像。億萬年的演化,讓萬物之靈在地表站起來,那麼,在那神秘的深海裡,是否也有另一種生物,與人類一樣經過了種種意外,終於長智慧了呢?
「人類全身的神經細胞有1千億個,狗有6億個,可是,一隻短短的章魚,身上就有5億個神經細胞。」
焦傳金嚴肅地對我點點頭:「妳看,牠們的頭那麼大,神經元這麼多,總是有意義的吧!」
他研究烏賊的智慧、烏賊的情感,我問他為什麼不養章魚(對電影裡的章魚戀戀不忘),焦傳金笑著回答:「章魚真的會逃跑啊!」
他的研究室位於清華大學的半山腰,一棟被樹海包圍的建築中,學生們來來往往,四周充滿著青草味兒的學城味道。但是,當電梯抵達研究室的樓層時,門一開,一股海水的潮腥味便衝鼻而來,像是告訴來人,此處住著稀有的客人。焦傳金老師笑瞇瞇地坐在書桌後對我解說烏賊習性:微捲的頭髮,瘦瘦高高的身量,眼鏡後面一對彎彎的眼睛,一看就知道是「動物好朋友」。

雄軟絲與雌軟絲成對游泳。
雄軟絲與雌軟絲成對游泳。

他告訴我,就在隔壁房間裡,住著他養的100隻烏賊。
養海裡的生物不容易,要打造「人工的海底環境」,焦傳金帶我們去看「烏賊的房間」。只見4坪左右大的房間裡幾個大水箱裡裝著海水,上面密密排著長方形塑膠洞洞盒,烏賊同學們一個個待在自己的小盒子裡,正在進行不同的實驗。
「牠們每一隻都有不同個性。」焦傳金介紹:「有的活潑,有的害羞……。」
2016年,他在英國皇家學會會報上發表了「烏賊具有數感,可以算出面前食物的多寡」研究報告,這篇文章被《自然》(nature)期刊選為精采報導。
根據他們的研究,烏賊能分辨2比1大,5比4大,且數量愈多,牠計算所需要的時間就愈多。
焦傳金在我們面前操作這個實驗,在烏賊的面前放了2個密閉的透明小盒子,一邊是一隻小蝦,另一邊是兩隻小蝦,看牠往哪裡走,只見那隻烏賊立即伸出攻擊腕(最長的一對觸手),毫不猶豫地朝向「2隻蝦」的盒子前進。
為了證明烏賊是有「真正的數感」,而不是只是偏好密度比較高一邊,他們還試過將兩邊的蝦子密度維持一致,或是將兩邊的活蝦變成死蝦,結果顯示烏賊仍然選數量多的那一邊,「因此我們認為烏賊能夠藉由算術分辨食物的多寡。」焦傳金說。

這2個透明盒中分別放了1隻和2隻小蝦。
這2個透明盒中分別放了1隻和2隻小蝦。

解讀軟絲體表顏色「會談戀愛也會吵架」

一般人類的數量感可以分為兩大系統,一種是「感數」能力,就是不需計算,一眼就可以分辨數量,但是最多只能分辨到3或4;另一種是「算術」能力,就是需要數完後才能判斷數量。為了了解烏賊的數量感是屬於哪一種系統,這項實驗也量測烏賊在選擇時所花費的時間,結果發現烏賊在面臨4或5,這樣數目大的困難選擇時,會比簡單的1或2,花更多的猶豫時間,這表示烏賊是在計算數量,而不是一眼判斷。
烏賊哥除了會算術之外,焦傳金告訴我們,牠還會評估風險,「實驗發現,在面對1隻大蝦與2隻小蝦的選擇時,烏賊肚子餓時,會選1隻大蝦,不餓時會選2隻小蝦。」
「肚子餓時,會選擇高風險、高報酬,這跟人類是一樣的啊!」焦傳金說。
有著大頭殼的海底生物,有著自己的小心思,焦傳金還試圖去解讀牠們的語言。所有的頭足類動物都善於變換體色,這些「身體語言」是不是牠們彼此溝通的方式呢?
焦傳金把軟絲的頭、觸腕、鰭、身體的顏色變深或淺、出現斑點或條紋等圖案,分析歸類為27個單元,當牠們快速地變換組合這些顏色,就像人類的語言一樣,可以組出不同的句子,像「我打贏了」、「我愛妳」。
頭足類是用神經系統控制體表色素細胞,一秒可以變好多次顏色,這27個單元就像英文的字母一樣,快速排列組合,啪啪啪地打在體表上;所以,當2隻軟絲閃閃發光地在一起游泳時,其實是在散步聊天。有時牠們在談戀愛,有時在吵架,一言不合,還會打起來。這篇解開台灣萊氏擬烏賊(軟絲)變換體色來傳達訊息的論文《分析軟絲生殖行為中動態體色變化發現視覺語言的溝通方式》,不僅登上生科領域頂尖期刊《生態與演化尖端研究》,也被「科學日報」等國際科學新聞網站報導。

會算出面前食物多寡的烏賊,毫不猶豫地朝向2隻蝦的盒子前進。
會算出面前食物多寡的烏賊,毫不猶豫地朝向2隻蝦的盒子前進。

不過,研究「軟絲說話」,可是要去「軟絲的家」。2011年開始,研究團隊便「泡」在東北角海域裡,用水下攝影機記錄軟絲的活動。
水下作業不比陸上工作,他們曾經遇到颱風,軟絲的卵全被沖走了;有時海象很差,研究人員為了追蹤實驗,得冒險潛水下海,摸黑游上岸;還有一段時間,軟絲卵突然陸續消失,最後他們不得不架攝影機抓小偷──原來有隻大海龜把焦傳金的海底研究室當餐廳,不時地來叼一串軟絲卵邊走邊吃。
首先你得喜歡海──這是做海洋生物研究裡,最重要的事。
焦傳金告訴我,他是怎麼樣走進這個研究領域的。
「我念成功高中時遇到一個很好的生物老師,受到他很大的鼓勵,然後,那時候我很想學潛水,看到中山大學海資系有潛水課,就填了這個志願。」
「結果,我入學的那一年,學校更改課程,把潛水課移到研究所,於是我又念了研究所……」他呵呵地笑起來。
海洋,是一個讓他一腳跨進,就難以忘懷的世界。
只要背上氧氣瓶,穿上蛙鞋,穿過水面,你就可以開始飛行。在那個超過人類想像、夢境般瑰麗的國度裡,有斑斕的大頭魚、整整齊齊穿著制服的魚群部隊,害羞的小丑魚在身下探頭探腦。當你與牠們一同展翅飛行時,有時你會左顧右盼,在光的折射下,你看到的一切動植物都鍍上金光,隨著體色變換閃動著;那些顏色屬於海底生物,人類創造的文字還沒有追上,千變萬化、難描難畫。

雄軟絲採取翻轉體位交配。
雄軟絲採取翻轉體位交配。

得到問題比答案多「每天期待到實驗室」

地球是一顆「浸在水中的星球」,海洋佔了地球表面的70.8%。人的一生再如何轟轟烈烈,也只能在地表的30%上面稱王,可是,從事海洋生物研究,卻讓焦傳金有機會一窺這顆「水星球」的另外面貌。
他告訴我一個有關「深海中的大鳳梨」的故事。
「我在美國做研究的時候,美國的軍方與學術單位合作,設立了一個海洋實驗室,那時軍方的想法是,人類在外太空可以生存,那麼人類在『內太空』(海底)應該也可以生存,於是就設立了一個工作站。」
「這個工作站開放給學者進駐,進行海洋研究,我那時也在這個研究團隊裡。我是水上團隊,有另外一個團隊是固定住在水底的工作站裡,他們每一次進駐都是2周。」
「我需要固定地把補給帶下去給他們。」焦傳金微笑著,那真是難以忘記的「海底旅行」──穿上潛水衣深入海底,下面有個可以讓人居住的小房子──我的腦海裡馬上浮出海綿寶寶住的深海大鳳梨。
然後,進入工作站,脫下潛水衣,換上乾爽的休閒服,倒杯咖啡,和裡面的夥伴一起聊聊天說說笑話,海裡的魚就在他們的不遠處游來游去。
「因為壓力緣故,每次我都只能待20至30分鐘。」焦傳金笑著說,喝完咖啡,他再換上潛水衣,走出大鳳梨往海面游去。

焦傳金在美國鱈魚角做研究時留影。
焦傳金在美國鱈魚角做研究時留影。

雖然章魚是電影最愛的主角,可是,「頭足類」研究,其實是超級冷門的研究。「大家都不知道研究頭足類有什麼實際的應用。」焦傳金坦白地說,他的另一個研究領域「人工視網膜」比較受到外界的重視。
但是,對於與自己不一樣的另一個生物的好奇心,才是研究者的欲望與樂趣的來源。
「我的學生告訴我,研究烏賊是很療癒的。」他告訴我:「心情不好時,去實驗室看看牠們,心情就緩和了。」他的研究助理楊璨伊剛開始實驗時還把自己從小養大的烏賊們都取了名字,比如說喜歡趴在水缸裡的造景小屋上的「趴趴」、膽小的「小小」、愛生氣噴墨的「墨墨」、最配合實驗的「乖乖」。但是實驗中有隻烏賊突然死掉了,讓她很傷心,後來焦傳金就要同學們別再替烏賊取名字,現在一律用編號。
「我都告訴我的學生不要為學分來做實驗,」他微笑著告訴我:「我每天都很期待來實驗室,很想知道結果,而且,我們提的問題是很有趣的……」
我問他:「你得到的最大結果是什麼呢?」
聽到這問題,焦傳金呵呵地笑起來了:「研究20年,我得到的問題比答案更多啊!」
接著,他開始起勁地提起許許多多烏賊的實驗:烏賊的心情會不會影響牠的決定呢?給牠不同的情況,牠會做出不同的決定嗎……。

全世界僅有10個烏賊實驗室,焦傳金簡樸的實驗室是其中之一。
全世界僅有10個烏賊實驗室,焦傳金簡樸的實驗室是其中之一。

焦傳金 50歲

現職:
.清華大學副教務長、分子醫學研究所所長、生命科學系暨系統神經科學研究所教授
.美國伍茲霍爾海洋生物實驗室合聘研究員
學歷:美國馬里蘭大學生物科學系博士
家庭:已婚

照片:焦傳金提供

作者╱陳德愉

人物寫作記者。敬佩為理想犧牲奮鬥的每一個人。


本文經《上報》獨家授權

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