科學人 10月號/2024 第272期

牠不笨——霸王龍到底有多聰明

新的化石和神經科學尖端儀器，
讓我們對於恐龍的腦部結構
以及嗅覺、視覺和聽覺有更深入的了解。

撰文／巴拉諾夫（Amy M. Balanoff）、賽普卡（Daniel T. Ksepka）
繪圖／柴肯（Beth Zaiken）
翻譯／鄧子衿

一隻孤獨的霸王龍（Tyrannosaurus rex）在潮濕的白堊紀空氣中嗅探，聞到了有一群三角龍在樹林後吃草。當這隻掠食動物掃視著泛濫平原（floodplain）時，目光突然集中起來，因為有一隻三角龍脫離了群體，漫遊來到攻擊距離內。霸王龍靜止不動，構思起了攻擊計畫，要如何在三角龍逃回群體之前獵捕牠。這隻掠食者在猛烈追擊的過程中，壓斷森林邊緣的樹枝，劃破了午後的寂靜。

霸王龍獵捕三角龍的情節出現在許多書本、遊戲和電影中，已然成為陳腔濫調。但這場景在現實世界中真的會那樣發生嗎？霸王龍是透過視覺或是嗅覺找出獵物？三角龍會因為樹枝斷裂的聲響而警覺，或是因為無法斷定聲音的來源而不以為意呢？霸王龍會如同貓那樣擬定攻擊計畫，或是像鯊魚那樣無差別攻擊呢？

從19世紀初第一具恐龍化石出土以來，古生物學家就長期爭論恐龍的智力、感官能力和行為複雜程度。早期的研究仰賴天然的內模（endocast），那是當沉積物填滿頭骨內部所形成的鑄型（cast），這些鑄型等於複製了腦顱（braincase）的樣貌。長久以來，科學家都認為由於恐龍的腦子小，因此行為也單純。這個觀點下最逗趣的例子，莫過於19世紀的古生物學家馬許（Othniel Charles Marsh）的看法，他認為身披鎧甲的劍龍（Stegosaurus）在臀部附近有第二顆腦，好輔助頭骨中只有核桃大小的腦部。這個看法出自於劍龍在臀部附近的脊椎，有一個類似腦顱的膨大部位。現在對於這個神秘膨大部位的解釋為裡面有肝醣體（glycogen body），用來儲存富含能量的葡萄糖，有些現生鳥類在相近的部位也有這種構造。

當代古生物學家依然無法確信劍龍有多高層次的推理能力，然而近年來，科學家已經可以精確評估其他種類恐龍的認知能力，特別是身為鳥類祖先的獸足類恐龍。藉由微電腦斷層掃描等先進的科技，科學家不再需要罕見的天然內模，便能夠計算出腦部的體積，並且重建出表面的起伏與形狀，大幅增加可研究的物種。先進的影像技術也讓科學家了解恐龍的腦部可能如何運作。科學家現在具有所需的工具，能窺探恐龍時代，了解這些消失已久的動物如何感知周遭的世界，以及掠食者遭遇獵物時所發生的事情⋯⋯

喜歡被嚇？還是喜歡嚇人？——談「恐懼的科學」

人們心底深處，似乎潛藏著「探索恐懼」的傾向，知道恐怖片會嚇人，還是要去看，知道科技場館有些展示充滿挑戰，還是要嘗試。這樣的心態，已經不是尋求刺激滿足好奇能解釋，從科學的角度分析，這可能是更深層的「學習生存」！


文／孫維新

有人喜歡被嚇，有人喜歡嚇人，您是哪一種人？

我會去看末日電影，覺得是去體驗科學，但其實是自願去被嚇；我會在科技場館設計驚險刺激的展項，覺得是讓別人去體驗科學，但其實就是在嚇人。

我在美國洛杉磯的加州科學中心（California Science Center）曾經看過一場特展「恐懼的科學」（Science of Fear），這個展很特別，是從科學的角度，分析世上各式恐懼事物如何影響我們的生理和心理，展示手法巧妙地將恐懼和娛樂連在一起，其中有兩個展項讓我印象深刻，一個是「電擊的恐懼」，另一個是「墜落的恐懼」。

在「電擊的恐懼」中，觀眾坐在桌前，面前有一截金屬管，開口朝向觀眾，可以讓觀眾將右手食指插入，左邊是一個半圓金屬塊，弧面朝上，觀眾可以將左手面朝下放在這個金屬塊上。這個體驗會先告訴你，你右手的食指遲早會被電擊，因此當你將食指插入金屬管的那一剎那，就已經開始恐懼，左手下方的金屬塊測量的是你手掌心的電阻，當你開始恐懼，手心會冒汗，導電性增加，電阻就會降低，觀眾此時看著電阻表上的數字逐漸降低，就知道自己的「恐懼程度」已經被量化了！然後隨著一聲尖叫，體驗就結束了，體驗者帶著電擊的痛楚，在周邊觀眾敬佩的眼光中滿意地離開。我在一旁看到排隊的人川流不息，我就好奇，為什麼有這麼多人喜歡折磨自己？

另一個展項是「墜落的恐懼」，這比剛才的電擊還要更上層樓！觀眾以立姿被綁在一張豎著的單人床上，平貼著床靠著，但知道這張床遲早會往後倒！體驗者此時只有苦笑，旁邊的人卻充滿期待，說時遲，那時快，床瞬間往後倒下，只聽到一聲慘叫，體驗者終於享受到這種「墜落的恐懼」！體驗者可能不希望自己驚懼的樣子為人所知，但策展單位很貼心，在體驗者正前方的支架上，裝了一個攝影鏡頭，跟著你一路倒下，忠實記錄你臉上的表情，在你倒下之後的五秒鐘，剛才的精采鏡頭就會出現在展場周遭的電視屏幕上！

我想我就是在這個展場中受到了薰陶，想嚇人的邪念如春雨中的小草，在內心逐漸滋長，終於在幾年之後，我設計了一項「真人體驗的馬德堡半球」！

1654年，馬德堡市的市長蓋里克（Otto von Guericke）做了一個經典實驗，他將兩個直徑36公分的銅質空心半球彼此緊靠，用他發明的真空幫浦將這兩個緊密接合半球中的空氣抽掉，然後找人試著來拉開這兩個半球，但沒人拉得開，因為大氣壓力將這兩個半球緊緊擠在一起，人不行就用馬，最後加到兩邊各八匹馬，才將這兩個半球拉開！自此之後，「馬德堡半球」就成為科技館常見的展示，但多半是小規模的掌上型體驗。

我當時做了簡單計算，大氣壓力大約是每平方公分一公斤，如果製造直徑40公分的兩個金屬半球，不用球面去算，光是以圓形截面積來看，就有1250平方公分，也就是說，上下兩個半球中間抽真空，懸吊起來，下方的半球至少就有1.25噸的大氣力量往上頂著。這不就意味著，這個抽了真空的空心球，可以在下方懸吊1.25噸的重物？

想到就做，我設計了一個有五個座位的吊籃，坐四名觀眾，再加上馬德堡市市長！我找人照著蓋里克市長的畫像，做了一尊真人大小的坐姿蠟像，讓他陪著體驗觀眾上上下下！誰叫他當年要設計這個經典實驗？

製作完畢開始測試，四個人和一尊蠟像坐進吊籃，上方的半球緩緩下降，和下方的半球結合之後，由其中一位觀眾按鈕抽氣，抽到足夠真空，上方的懸吊鋼纜就會啟動，繃直之後把吊籃緩緩往上拉。在座的四個真人眼睛睜得大大的，不敢相信自己坐著的這個龐然大物，竟然是由面前這個小小的、暫時結合的銅球懸吊著！只有蓋里克市長氣定神閒一言不發，因為他相信物理！

當吊籃來到六公尺高空，四個乘客就犯難了，誰都不願去解除真空，因為那樣吊籃就會成為自由落體，但老懸在半空中也不是辦法，最終只好由一人出手，按鈕進氣，瞬間一聲巨響，兩個半球分開，吊籃墜落，底部撞到下方的減速桿上，四人終於平安落地，手腳發軟地走出吊籃！

人們對恐怖情境常常充滿好奇，但喜歡在安全的環境中體驗恐懼，到電影院裡看的不是吸血鬼抓人，就是彗星撞地球，我們一邊吃著爆米花喝著可樂，一邊看著銀幕上別人受苦，然後一直說「好可怕啊！」，但手也沒停下來。 

從科學角度來看，這應該是件好事，看過疫情肆虐電影的人，似乎較能適應COVID時期的生活劇變；而心理學家更用恐怖遊戲來治療焦慮，能讓患者知道要保持冷靜才能擊敗敵人，有助於緩和焦慮。而在遊戲中獲取的經驗，可以轉而用在真實世界中面對壓力，增加自身韌性。

但也不盡然如此，我在大學開設的「認識星空」，有一堂課是「從占星術到天文學」，課後作業是讓同學們談談從小到大曾經有過的「超自然」體驗，結果交上來的作業有一半是鬼故事，改完作業我都睡不著覺。不知這種恐怖體驗，能否增加我做為老師的韌性和毅力？

關於封面
「迅猛龍用前肢緩緩轉動門把」是電影「侏羅紀公園」令人震驚的場景之一，這些科幻畫面掀起好幾個世代的「恐龍熱」。最近，有科學家運用新技術與神經科學儀器，更加了解霸王龍腦的神經元數量及感官，發現牠們耳聰目明、嗅覺敏銳。就像封面上的這隻霸王龍一樣衝破紙張，這項發現也令人驚喜。    封面影像來源：istock

專題報導 FEATURES
30        演化        牠不笨——霸王龍到底有多聰明？        文／巴拉諾夫（Amy M. Balano）、賽普卡（Daniel T. Ksepka）
42        物理學        量子AI決定量子狀態？        文／阿拿瑟斯旺米（Anil Ananthaswamy）
56        性別科學        我的小孩出櫃了——如何保護家中LGBTQ青少年        文／布羅德福（Marla Broadfoot）
70        化學        超出週期表的超重元素        文／帕帕斯（Stephanie Pappas）
82        生態學        暖化加上都市化 驅動生物演化        文／杜加金（Lee Alan Dugatkin）
92        心理學        凡嚇不死你的，必使你更強大        文／阿克蒂皮斯（Athena Aktipis）、斯克里夫納（Coltan Scrivner）
102        心理學        嚇嚇叫！恐怖電玩的心理學        文／林日璇

12  科學人新聞 NEWS SCAN
大象會用名字呼喚彼此｜櫛水母的抗高壓秘訣｜海底深處的第一道生物光｜可調控的智慧流體｜眼睛是認知功能之窗｜免費午餐吸引你嗎？

行家領路 GUIDES
6        總編輯的話        喜歡被嚇？還是喜歡嚇人？——談「恐懼的科學」        文／孫維新
8        科學人觀點        ＱＱＱＱ        文／曾志朗
10        我是企業家，也是科學人        創新是為了解決問題——專訪群聯電子創辦人潘健成        採訪／林詠翔、整理／郭毓璞

思想漫遊 COLUMNS

21        機器思維        SQL資料庫之父：科德（一）        文／林一平
22        科學棋談        人腦有多少神經元？        文／張瑞棋
24        媒事多科學        奧運性別事件的科學溝通        文／陳璽尹
26        建築的健康        為建築打造數位分身        文／郭毓璞
114        知識搖籃        走進門得列夫的夢：從煉金術到科學        文／黃貞祥
116        科學人選書        當野生動物來敲門        整理／陳碩甫

時事解析

110        健康與科學        年齡帶來智慧        文／丹維斯（Lydia Denworth）
112        圖表會說話        太陽風暴強勢來襲        文／莫斯柯維茨（Clara Moskowitz）、圖表/湯伯利（Matthew Twombly）

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窺探大腦（2016/10/20修訂版）  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美（2016/11/20修訂版） 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活（2016/12/20全新出版） 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為（2017/1/20全新出版）金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀