【上報人物】全球僅10間! 走進焦傳金的怪奇烏賊實驗室(上)

陳德愉 2019年06月15日 10:00:00

清大系統神經科學研究所教授焦傳金所帶領的烏賊實驗室,在國際上有極重要的地位。(攝影:羅佳蓉)

你知道,烏賊會算術,軟絲會說『我愛你』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(如章魚、烏賊等)生物專家,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的地位,「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。

 

 

被當海底「智慧王」 神經細胞數直逼狗兒

 

頭足類應該是人類最熟悉的魚類,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……。

 

皮克斯《海底總動員》系列動畫中,策動逃亡的章魚漢克(左),也被賦予「足智多謀」的形象。(擷取自YouTube)

 

「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,它們的頭那麼大,神經元這麼多,總是有意義的吧。」

 

一隻短小的章魚,身上就有5億個神經細胞。(攝影:羅佳蓉)

 

 

活潑、害羞 擁百隻烏賊個性都不同

 

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),焦傳金笑著回答我:「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説烏賊習性: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」。

 

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。

 

「它們每一隻都有不同的個性。」焦傳金介紹牠們:「有的活潑,有的害羞……。」

 

焦傳金在烏賊的房間裡養了100隻「同學」,各有不同個性。(攝影:羅佳蓉)

 

 

食物「偎大邊」 烏賊能目判食物多寡

 

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」的研究報告,這篇文章也被自然(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,在烏賊的面前放進兩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「兩隻蝦」的盒子前進。

 

為了證明烏賊是有「真正的數感」反覆驗證,最後判定烏賊能藉算術分辨食物多寡。(攝影:羅佳蓉)

 

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。

 

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。

 

 

奇! 烏賊肚子餓會冒險「幹大事」

 

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。

 

在1隻大蝦與2隻小蝦的選擇實驗中,烏賊在肚子餓時,會考慮1隻大蝦。(攝影:羅佳蓉)

 

 

看軟絲27變! 用身體語言爭霸、示愛

 

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」、「我愛你」。

 

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,當兩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。接續下集

 

焦傳金將軟絲身體各部位顏色變換,歸納27個單元,好比人類語言組出不同意涵,像「我打贏了」、「我愛你」等。(焦傳金提供、羅佳蓉攝)

 

 

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