科學人觀點

光達建功,草也醒了

科學知識的進展,立基在已知的證據,並且以邏輯論證建立學說,提出假設,進行實驗,以探索未知的真相。科學的力量就是前人的這麼一句話:「目前沒有證據,不能用來做為不存在的證據。」

撰文/曾志朗

科學人觀點

光達建功,草也醒了

科學知識的進展,立基在已知的證據,並且以邏輯論證建立學說,提出假設,進行實驗,以探索未知的真相。科學的力量就是前人的這麼一句話:「目前沒有證據,不能用來做為不存在的證據。」

撰文/曾志朗


今年過年,很難得沒有出國開會的行程,但我也沒有過年過節的習慣,仍然朝九晚十待在研究室裡,偶爾打電話、傳簡訊拜年,多數時間就是讀書、趕文章,擁著電腦發揮彈指神功,在數位雲端上當起時空行者,遊走在人類文明的軌跡上,看各地科學家對過去發生和現在上演的模糊現象,一層又一層剝開它們的神秘外殼,時間竟也飛逝如梭,真是過癮得很!


我對考古研究的進展一直很感興趣,這個月初,剛剛讀到一群來自美國、歐洲和瓜地馬拉的考古學家將光學遙感技術應用於考古上的驚人發現。研究者利用先進的雷射雷達(light detection and ranging , LiDAR,又稱光達),從高空向瓜地馬拉北部的叢林地面發出脈衝雷射,根據地面反應的時間和波長,再配合全球定位系統(GPS),以3D立體圖像描繪出叢林裡那些隱晦的地形物。經過比對、定位、確認造形,看似熟悉的古代建築一一顯現在專家眼前。數以萬計的房屋、宮殿、城牆、堤道、公路、金字塔以及廣場等公共建物,散落在這個從未被發現的馬雅大城裡。複雜的運河和灌溉系統,顯示了去山丘、建農地的地形變化。根據估計,曾經有上千萬人在公元前1000年至公元900年之間流動在那片廣闊的山谷平原上。


不想在過年期間,又看到一篇有關美國科學促進協會(AAAS)年會的論文報告的報導,同樣是考古學家將光達技術應用於研究上,這回掃描地點來到了墨西哥的西部叢林。其實2007年考古隊伍曾在此處發現一個帝國古城,當時估計每平方公里約有1500個遺址,但由於地形崎嶇、交通不便,要想探索整個區域,至少也得10年以上的時間。美國科羅拉多大學的考古學家於是轉而採用光達,很快的便繪製出35平方公里大小的城市輪廓,推算約有10萬人曾居於此,年代約在公元900年,古城規模比最初估計的還要來得大許多。到目前為止,經研究者確認,已有超過7000個遺址分布在4平方公里的山區上。


這些發現將改寫中南美洲的歷史教科書,也使考古人類學家重新思考人類文明的生死大哉問。但對我來講,最令我感動和興奮的,莫過於高科技專家和人文社會學者聚合在一起,各自發揮專業,利用被考古學者譽為革命性工具的光達,從高空發出雷射脈衝,檢視藏在茂密叢林下的建物特徵,然後考古學者根據這些線索,挖掘地下的遺留物件,一一證實了天上傳來的訊息明確無誤。如果沒有這些新科技的指引,研究者即使多次走過古老的建物上頭,也渾然不覺腳底下踩的是千年的寶藏!但接下來要面對的問題就更難解了:公元前1000年至公元900年之間,到底發生什麼樣的巨變,引起千萬人口消失?那個相當於現今紐約曼哈頓的建築群,又是如何毀滅在歷史的洪流中?相信科學家和歷史學者一起深入探討後,教科書內容肯定會一次又一次的翻新。而對一個輝煌帝國起、興、衰、落的故事,後代的人也會有更清晰準確的描繪了。


新春假期窩在研究室中,雖然整棟大樓只有我一人,看似冷冷清清,但能讀到如此精采美妙的研究,一睹壯觀的馬雅文明和墨西哥古城,一點也不寂寞,還感到滿腔熱血呢!不知不覺,再往知識雲端的更遠處飛翔。


尋尋又覓覓,連結復連結,終於連上了《植物學年報》(Annals of Botany)的一篇報告。那是由德國波昂大學一群植物細胞生物學家所做的研究,他們將人類醫療所用的麻醉劑乙醚用在幾種植物上,結果發現這些植物對麻藥的反應竟和人類一模一樣。這個結果帶來了一個不可思議的問題:植物受麻藥影響,似乎失去了知覺,它們有意識嗎?實驗的方法很有意思,研究者在幾種平常極具動態的植物上施用乙醚,例如對碰觸有收縮反應的含羞草、能快速捕食昆蟲的捕蠅草和南非茅膏菜,以及會不停晃動捲鬚的豌豆。一個小時後,這些植物不是對碰觸毫無反應,就是委靡不動。幾個小時後,麻藥失效,它們又慢慢恢復生機,「活過來」了!這個現象確實反映了上述很值得深思的問題:它們是先被乙醚迷昏,然後慢慢「恢復意識」嗎?這是意識的表現嗎?


懷疑草木有意識,是不是太荒唐,也太可笑了?但仔細想一想,實驗用乙醚把植物給麻醉了,待藥效退去,植物恢復生機,又搖晃起來了,這個昏死而後生的現象,和我在兩個月前做腸鏡檢查時,被注射麻醉劑後不省人事,直到藥效退去慢慢轉醒,有何不同?不同的是,當我逐漸醒來,耳邊聽到護理師交頭接耳說:「他意識恢復了!」但被麻醉的植物,生機再現時,沒有人會說出「它意識恢復了!」為什麼不?因為護理師從常識知道我注射麻藥之前是有意識的,但沒有人會認為被麻醉的植物曾經有意識,所以它只是恢復生機,而非恢復意識!讀這篇論文時,我幾乎是屏息再三,思索何謂意識的大哉問。


但我們憑恃著什麼而產生「草木無情,當然也不會有意識」的認定呢?人工智慧(AI)研發一日千里,出現了各種各類的機器人,至今還沒有出現有「自我意識」的機器人,但向日葵會隨日轉向,豌豆的根會判定土壤的營養成份而改變吸取養份的策略,花草對季節乾濕的規律有記憶,所以面對氣候變遷,無法因應環境而變的花草只有遭到淘汰。那這些帶有「類」認知能力的花花草草,是不是比目前問世的各種機器人有「意識」呢?


看來,意識除了有和無之外,中間應該還有很多層次。植物人和因腦震盪一時昏迷不醒的病人,可能也有不同類別的意識。我們真的所知有限。以往談意識,缺乏類似血壓計的測量指標,我想生物科技進展神速,新的腦神經動態測量工具,包括腦電圖(EEG)、磁振造影儀(MRI)、腦磁圖(MEG)和近紅外光光譜儀(NIRS)等,或許可以為我們建立客觀的指標,例如用跨顱磁刺激(TMS)技術由外把磁脈衝刺激打在腦殼上,再計算腦反應的強度,也許可能發展出類似血壓計的意識測量儀。


科學知識的進展,立基在已知的證據,並且以邏輯論證建立學說,提出假設,進行實驗,以探索未知的真相。光達的多方應用,有助釐清人類的文明史;麻醉後又醒的植物,讓我們思考意識的深淺和類別。跨科合作,使許多未解的難題慢慢有了解答,而以前沒有發現的,不一定就不存在。科學的力量就是前人的這麼一句話:「目前沒有證據,不能用來做為不存在的證據。(Absence of evidence is not evidence of absence.)」


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