章魚和頭足類動物奇妙的腦和變形皮膚
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0:01 - 0:05這是個奇怪而美妙的腦,
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0:05 - 0:07這個腦會引發一種
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0:07 - 0:12對這星球上有另類智慧的想法。
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0:13 - 0:17這個腦在一具非常奇怪的身體裡,
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0:18 - 0:24具有相當於遍佈周身的小型衛星腦。
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0:25 - 0:28這與人類的腦有多不同呢?
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0:28 - 0:30看起來非常不同,
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0:30 - 0:33以至於我和同事正努力
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0:33 - 0:36去了解這大腦的運作方式。
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0:36 - 0:38但我能肯定
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0:39 - 0:43這腦能做出些驚人之舉。
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0:43 - 0:46那麼,這是誰的腦呢?
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0:47 - 0:50好,來和我一起潛入海洋,
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0:50 - 0:52生命開始之地,
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0:52 - 0:54讓我們來看看。
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0:55 - 0:58你之前可能已經看過一些,
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0:58 - 0:59但我們在珊瑚礁後面,
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0:59 - 1:01那裡有岩石,
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1:01 - 1:02很多沙子,
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1:02 - 1:04魚兒游來游去......
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1:04 - 1:06突然間,這隻章魚出現了,
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1:06 - 1:08現在牠一閃而過,
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1:08 - 1:10把墨水噴在我的臉上,竄走了。
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1:10 - 1:12在慢動作反轉中,
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1:12 - 1:14你會看到環在眼睛周圍形成,
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1:14 - 1:16接著圖案在皮膚上形成。
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1:16 - 1:19現在看皮膚的 3D 紋理變化,
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1:20 - 1:23真正創造出這種美麗的 3D 迷彩。
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1:24 - 1:27皮膚有 2500 萬個
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1:27 - 1:30稱為「色素細胞」的顏色器官,
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1:30 - 1:33這些突起通通被稱為「乳突」,
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1:33 - 1:36全都由神經控制,可以瞬間改變。
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1:36 - 1:42我認為動態偽裝是一種「智慧」。
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1:43 - 1:46快速和精確變化的皮膚
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1:46 - 1:49的確複雜得令人驚訝。
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1:49 - 1:51那麼,這種皮膚能怎麼用?
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1:51 - 1:55好吧,讓我們想想除了偽裝以外
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1:55 - 1:57牠們的皮膚能怎麼用。
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1:57 - 1:59在這裡看得到模仿的章魚和圖案,
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2:00 - 2:01突然間發生巨大的變化——
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2:01 - 2:03那是信號,不是偽裝——
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2:03 - 2:05然後它又回到正常模式。
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2:05 - 2:08接著你看到白斑烏賊
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2:08 - 2:12在接近螃蟹獵物時
顯示浮雲飄過的樣子。 -
2:12 - 2:16最後,你看到偽裝的烏賊,
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2:16 - 2:20它能立即轉成這明亮的警示。
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2:21 - 2:26這裡有連續的表達級別,
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2:26 - 2:30從顯眼到偽裝,連續著。
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2:30 - 2:33這需要很多控制。
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2:33 - 2:34猜猜怎麼著?
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2:34 - 2:37腦真的很適合控制。
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2:37 - 2:41這裡顯示的章魚大腦有 35 個腦裂片,
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2:41 - 2:438000 萬個小細胞。
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2:44 - 2:46即使那很有意思,
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2:46 - 2:47真正奇怪的是
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2:47 - 2:50這種動物的皮膚有更多的神經元,
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2:50 - 2:52如圖所示,尤其是黃色的神經元。
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2:53 - 2:56皮膚中有 3 億個神經元,
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2:56 - 2:58而大腦本身只有 8000 萬個,
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2:58 - 2:59(皮膚擁有的是腦的)4 倍。
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2:59 - 3:01如果你看,
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3:01 - 3:05實際上有個小的衛星腦,
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3:05 - 3:08和相當於脊髓的八條手臂。
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3:08 - 3:12這種構建體內神經系統的方式
非比尋常。 -
3:12 - 3:14那這樣的腦有什麼好處呢?
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3:14 - 3:16那腦必須智勝其他
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3:16 - 3:19試圖吃掉牠的聰明腦,
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3:19 - 3:22包括海豚和海豹,
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3:22 - 3:24梭魚和鯊魚,
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3:24 - 3:26甚至包括我們人類。
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3:26 - 3:31因此,腦必須做決策,
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3:31 - 3:32且要做得很好。
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3:32 - 3:36這裡顯示這隻巡視的章魚,
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3:36 - 3:39牠突然停步,造出完美的偽裝。
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3:40 - 3:41這真是太棒了,
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3:41 - 3:44因為當這些動物在野外覓食時,
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3:44 - 3:46牠們必須在兩小時的覓食過程中
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3:46 - 3:48做出一百多個偽裝決策,
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3:48 - 3:50每天兩回。
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3:50 - 3:51決策。
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3:51 - 3:54牠們還得弄清楚
要去哪裡和如何回家。 -
3:54 - 3:56這是決策之事。
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3:56 - 3:58我們可以測試這種偽裝,
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3:58 - 4:00就像在我身後看到的烏賊,
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4:00 - 4:02我們從牠身下抽走地毯,
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4:02 - 4:03讓牠在棋盤上,
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4:03 - 4:06牠甚至用那些奇怪的視覺訊息,
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4:06 - 4:09當場盡力匹配棋盤的模樣。
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4:10 - 4:13其他的認知技能也很重要。
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4:13 - 4:16魷魚有不同的智慧。
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4:16 - 4:21牠們有非常複雜,有趣的性生活。
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4:21 - 4:26牠們會戰鬥、調情、
求愛、護衛伴侶, -
4:26 - 4:28和欺騙。
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4:28 - 4:30聽起來有點熟悉吧?
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4:30 - 4:31(笑聲)
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4:31 - 4:34非常神奇的是
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4:34 - 4:36這些動物能夠直覺地
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4:36 - 4:37做這些行為。
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4:37 - 4:39在這裡你看到一雄一雌。
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4:39 - 4:42左邊的雄性一直在對抗其他雄性
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4:42 - 4:43以與雌性配對,
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4:43 - 4:45現在牠呈現出雙重模式:
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4:45 - 4:47牠在雌魷魚這邊求愛和展現愛意,
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4:47 - 4:49在另一邊戰鬥。
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4:49 - 4:51看牠在雌性換邊的時候——
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4:51 - 4:52(笑聲)
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4:52 - 4:54你會看到牠已經流暢地
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4:54 - 4:57轉變成求愛模式來面對雌魷魚。
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4:58 - 5:00因此,這種並行的雙重信號
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5:00 - 5:03伴隨著不斷變化的行為背景,
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5:03 - 5:04真的非比尋常。
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5:04 - 5:06需要大量的腦力。
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5:06 - 5:08另一種看待這種情況的方式是,
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5:08 - 5:12也許我們有了五千萬年的
男性雙面人的證據。 -
5:12 - 5:16(笑聲)
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5:17 - 5:19好,讓我們繼續吧。
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5:19 - 5:20(笑聲)
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5:20 - 5:23珊瑚礁上的一隻章魚
面對一項艱難的工作, -
5:23 - 5:26得要記住牠去過的很多地方,
還要找到牠的巢穴。 -
5:26 - 5:28牠們做得非常好。
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5:28 - 5:30牠們有短期和長期記憶,
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5:30 - 5:32牠們試個三到五次就能學會——
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5:32 - 5:33腦很好。
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5:33 - 5:36空間記憶也極好。
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5:36 - 5:39牠們在覓食結束後
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5:39 - 5:41甚至會直奔巢穴。
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5:41 - 5:44看著牠們的潛水員完全迷路了,
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5:44 - 5:45但牠們回得來,
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5:45 - 5:48所以牠們有非常細緻的記憶能力。
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5:48 - 5:50在認知技能方面,
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5:50 - 5:53看看烏賊的這種睡眠行為。
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5:53 - 5:55特別是在右邊,
你會看到牠眼睛抽搐。 -
5:55 - 5:58這是做夢般的快速眼球運動,
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5:58 - 6:01以前我們以為哺乳動物和鳥類才有。
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6:01 - 6:03看我們放在那裡的假色,
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6:03 - 6:05看到皮膚圖案閃爍,
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6:05 - 6:08這常常發生。
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6:08 - 6:11但這不是一般清醒時的行為,
完全不是。 -
6:11 - 6:15人類在鞏固記憶時做夢,
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6:15 - 6:18烏賊可能就是這樣。
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6:19 - 6:21另一種非比尋常的記憶形式
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6:21 - 6:23是情節之類的記憶。
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6:23 - 6:28人類需要四年的大腦發育
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6:28 - 6:31才記得住特定事件、
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6:31 - 6:33發生的時間和地點。
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6:33 - 6:36特別難以記住「何時」這部分,
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6:37 - 6:40這些孩子能記住。
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6:40 - 6:41但猜猜怎麼了?
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6:41 - 6:45我們最近發現狡猾的烏賊
也具有這種能力。 -
6:45 - 6:47在去年夏天的實驗中,
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6:47 - 6:53如果在不同的時間餵不同食物給烏賊,
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6:53 - 6:58牠們必須確切地匹配位置
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6:58 - 7:01以及上一次看到那種食物的時間。
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7:01 - 7:05然後,牠們的覓食必須配合地點
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7:05 - 7:08和每種食物類型的補充速度。
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7:08 - 7:09聽起來複雜嗎?
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7:09 - 7:12這太複雜了,我幾乎
無法理解這個實驗。 -
7:12 - 7:16所以這真的是高級的認知處理。
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7:17 - 7:21現在談到大腦和進化,
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7:21 - 7:24右邊有脊椎動物大腦進化的途徑,
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7:25 - 7:26我們都有良好的大腦。
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7:26 - 7:28我想每個人都認可這一點。
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7:28 - 7:30左側描述一些
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7:30 - 7:34進化到章魚的途徑。
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7:34 - 7:38兩者都匯合到複雜的行為
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7:38 - 7:40和某種形式的智慧。
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7:40 - 7:44這兩行中的最後一個共同點
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7:44 - 7:46是 6 億年前
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7:46 - 7:48一種神經元非常少的蠕蟲。
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7:48 - 7:51所以,非常不同的路徑
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7:51 - 7:53匯合到複雜的行為。
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7:54 - 7:57這裡有一個很基本的問題:
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7:57 - 8:00章魚的腦結構
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8:00 - 8:04是否基本上與脊椎動物的不同?
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8:04 - 8:06我們現在沒有答案,
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8:06 - 8:09但如果結果是肯定的,
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8:09 - 8:12那麼就有不同的進化途徑
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8:12 - 8:14創造出地球上的智慧。
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8:14 - 8:17可能那些做人工智慧的人
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8:17 - 8:20會對這些機制感興趣。
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8:21 - 8:24好,我們來談點遺傳學。
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8:24 - 8:27我們有基因組,有 DNA,
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8:27 - 8:29DNA 被轉錄成 RNA,
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8:29 - 8:33RNA 將其轉化為蛋白質,
就成了我們。 -
8:33 - 8:36而頭足類動物有所不同。
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8:36 - 8:39牠們有很大的基因組,有 DNA,
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8:39 - 8:41轉錄成 RNA,
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8:41 - 8:43但發生了一些截然不同的事情。
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8:43 - 8:46牠們以天文奇速編輯 RNA,
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8:46 - 8:51速度超過人類或其他動物數百倍。
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8:51 - 8:54產生了大量的蛋白質,
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8:54 - 8:56猜猜大部分在哪裡?
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8:56 - 8:57在神經系統裡。
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8:57 - 9:01因此,這可能是動物進化
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9:01 - 9:05可塑性行為的非正統方式。
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9:05 - 9:08這裡有很多猜測值得去深思。
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9:09 - 9:11現在讓我稍稍分享經驗,
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9:11 - 9:16並利用我和同事的聰明才智
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9:16 - 9:18嘗試獲取此類訊息。
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9:18 - 9:20我們潛水,但無法一直待在水下,
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9:20 - 9:22因為我們無法呼吸,
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9:22 - 9:24所以我們必須高效地工作。
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9:24 - 9:26把感官全沉浸在水世界中
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9:26 - 9:29有助於我們了解
這些動物真正在做什麼。 -
9:30 - 9:32我必須說
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9:32 - 9:36在水裡與章魚和潛水員交流
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9:36 - 9:40真的是一種非常棒的體驗,
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9:40 - 9:42得以藉此明白
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9:42 - 9:45牠們是思考和好奇的動物。
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9:46 - 9:49這真的無止盡地激勵著我。
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9:49 - 9:52讓我們回到那聰明皮膚片刻。
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9:52 - 9:55這是一隻魷魚和迷彩圖案。
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9:55 - 9:58我們放大,看到美麗的顏料和反射層。
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9:58 - 10:01有快速打開和關閉的色素細胞。
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10:01 - 10:03接著在下一層皮膚中,
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10:03 - 10:05非常有趣。
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10:05 - 10:06色素細胞是封閉的,
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10:06 - 10:10你會看到皮膚呈現出這種神奇的虹彩。
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10:10 - 10:12這也是神經控制的,
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10:12 - 10:14所以是結合兩者,
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10:14 - 10:18如高解析度的烏賊皮膚中所見,
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10:18 - 10:22這裡有美麗的顏料結構色彩,
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10:22 - 10:25甚至是如此美麗的微紅。
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10:26 - 10:30那麼,我們如何利用這些訊息呢?
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10:30 - 10:32我先前談到了皮膚腫塊,即乳突。
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10:32 - 10:34這是巨大的澳大利亞烏賊。
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10:35 - 10:37牠有光滑的皮膚和明顯的圖案。
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10:37 - 10:40我一秒連拍了五張照片,
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10:40 - 10:43只為看這種動物變形——
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10:43 - 10:46一、二、三、四、五——
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10:46 - 10:48現在牠模仿海藻。
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10:48 - 10:50倒回來看看
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10:50 - 10:53光滑顯眼的皮膚。
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10:53 - 10:55這真是奇妙變形的皮膚。
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10:55 - 10:58在這裡能看得更仔細。
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10:58 - 10:59潛望鏡升起來了,
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10:59 - 11:01有美麗的乳突。
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11:01 - 11:03再看一點細節,
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11:03 - 11:06看的到個別的乳突出現,
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11:06 - 11:08那裡有小脊,
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11:08 - 11:10是乳突上的乳突等等。
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11:10 - 11:16每個物種都有十幾種
形狀和大小的凸起, -
11:16 - 11:20以創造微調、神經控制的偽裝。
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11:20 - 11:26現在我康奈爾大學的同事、工程師們
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11:26 - 11:29看到這些成果,說:
「我們應該能做出一些這種東西。」 -
11:29 - 11:31因為在工業和社會中,
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11:31 - 11:33這種受形狀控制的軟質材料
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11:33 - 11:35確實非常罕見。
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11:35 - 11:37他們開始與我們合作,
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11:37 - 11:41製作了人造乳膠,
軟材料的第一批樣品, -
11:41 - 11:42如圖所示。
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11:42 - 11:45看它們脹成不同的形狀,
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11:45 - 11:47可以用手指按壓,
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11:47 - 11:50看得出來它們有點可塑性。
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11:50 - 11:53這是一個可以拿來運用的例子。
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11:53 - 11:58好,我想轉談布料的顏色,
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11:58 - 12:01這裡也能有很多應用。
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12:01 - 12:03只要看看我們在頭足類動物中看到的
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12:04 - 12:08動態控制顏料和反射層
如萬花筒般的顏色。 -
12:08 - 12:12我們對牠們的作用機制了解得夠多,
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12:12 - 12:16不僅可以將其轉化為布匹的染料,
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12:16 - 12:19甚至可以轉化為千變萬化的化妝品。
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12:19 - 12:25此外,最近在章魚的皮膚中
發現了感光分子, -
12:26 - 12:28最終可能會為
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12:28 - 12:32能夠自我感知和回應的智慧材料
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12:32 - 12:34鋪平前路。
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12:34 - 12:40那麼,這種形式的生物技術或仿生學
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12:40 - 12:42能改變我們看世界的方式,
即使在水面之上亦然。 -
12:43 - 12:45例如,人工智慧
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12:45 - 12:51能受到章魚周身遍佈腦的啟發,
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12:51 - 12:53或烏賊的聰明皮膚的啟發,
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12:53 - 12:57轉化為尖端時尚。
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12:58 - 13:00那麼,
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13:00 - 13:02我們如何辦到呢?
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13:02 - 13:05也許我們只需更聰明地看待
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13:05 - 13:09頭足類動物是多麼的機靈。
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13:10 - 13:11謝謝。
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13:11 - 13:15(掌聲)
- Title:
- 章魚和頭足類動物奇妙的腦和變形皮膚
- Speaker:
- 羅格 · 漢倫
- Description:
-
統稱為頭足類動物的章魚、魷魚和墨魚,具有奇怪、巨大、分散式的腦。 這腦有什麼神經能力呢?來與海洋生物學家羅格 · 漢倫一起潛入大海,看頭足類動物驚人的偽裝能力——牠們能夠瞬間改變膚色和質地。一起來了解牠們如何複雜地部署聰明的皮膚,以及這種機靈的形式如何能夠讓我們在人工智慧、染料和化妝品等方面取得突破。
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:30
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