科普推廣

蔡佩妤、端木茂甯

公民科學的蓬勃發展

　　公民科學是由一群對於某項專業領域具有興趣的一般民眾，共同參與資料收集、分析與議題探討的科學研究。目前大多數的公民科學活動，是由受過專業訓練的科學家帶領參與的民眾，共同集思廣益進行研究議題的發想，規劃並確認研究方向與資料收集方式，再由參與的公民科學家同步進行大規模、系統性的資料收集與調查。正因為這些自願參與的民眾對於研究的議題具有熱情，並有開放的心胸接受新興知識，在透過人員的培訓、實際執行資料的收集，甚至參與資料分析與結果的解讀之後，讓這些業餘的民眾逐步提升成為具有科學思考能力與訓練有素的公民科學家。生態的公民科學家通常對於特定的生物類群或生態現象充滿興趣，雖然他們並未經過專業學科的訓練，但因為自身的興趣，往往累積了非常豐富的觀察經驗，例如不少生物的新種，都是透過他們長期對環境與生態的關注而得以發現。
　　近年來資訊科技的應用促進了公民科學的蓬勃發展，例如網路提供了穩定的資訊收集平台，同時也提供了即時分享與交流資訊的管道。而網路資源的普及和攜帶式3C科技產品，如全球定位系統與數位攝影的使用，更降低了收集與上傳資料的門檻，促進了一般民眾對公民科學研究的參與。網路平台同時也開啟了公民科學家與科學家對話的契機，透過快速與即時的雙向交流、回饋、溝通，不但提升研究設計的客觀性與可行性，改善資料收集的方法，也因而強化了雙方在研究上相互支持的凝聚力。網路平台上的資料管理系統，除了可以儲存資料檔案，還能設計成自動透過電腦產生視覺化的圖像與分布地圖等研究成果。這一類視覺化成果的呈現，可以讓參與者得到更多科學知性的回饋，也可促使參與者更進一步的投入在公民科學活動中。隨著相關推廣教育的推動，保育的概念與行動也能隨之落實。
　　在國際上有許多公民科學應用於保育的成功案例，如北美洲帝王斑蝶研究組織（Monarch Watch）的長期研究。從1857年就發現帝王斑蝶會在秋天進行大規模的遷徙，志工們自1952年開始參與帝王斑蝶個體的標記工作，透過回收的資料發現牠們最長的遷徙距離超過3000公里。隨後陸續開始尋找這些蝴蝶的誕生地、研究遷徙的時間與停留地點、分析族群的死亡率以及遷入率，並且更進一步了解這些蝴蝶在地理分布上的改變。這些研究成果促成牠們度冬地的保護區劃設，以及對其幼蟲主要食物來源的馬利筋植物的復育等工作，對帝王斑蝶的保育具有極大的貢獻。
　　在臺灣也有一群為生態與環境付出努力的公民科學家，他們針對不同生物類群進行長期的基礎調查，並對外來種與人類活動的干擾進行監控。例如由東華大學楊懿如教授於2002年開始組織的臺灣蛙類調查活動，從最初由桃園七所小學的教師參與，到近幾年600多位志工在臺灣各地進行固定月份的蛙類相普查。所累積的資料，不僅可以反映物種與棲地間的關係，更在蛙類調查的同時進行了外來種斑腿樹蛙的移除工作，進而保護原生蛙類的生存空間。這些將近二十年的長期調查資料，建構了極為完整的臺灣蛙類分布資料庫。除了定時定點的調查工作所建構的資料庫之外，尚有一個著名的「臺灣動物路死觀察網（又名路殺社）」──藉由一般民眾在日常生活中，回報公路沿線意外遭車輛撞擊死亡的動物屍體，透過這些資料歸納出動物路死事件發生的熱點，進而整理出動物主要生活範圍與交通要道重疊的區域。透過這個資料庫，可針對特定區域設立告示牌與利用App提供語音警示提醒，以減少車輛撞死野生動物的悲劇。
　　除了上述有關昆蟲、蛙類以及涵蓋許多野生物種路死的公民科學研究之外，由於賞鳥活動在世界各地相當盛行（如圖一、圖二賞鳥解說活動），且生活中時常可發現鳥類活動的蹤跡，便於隨時隨地觀察，因此鳥類相關的公民科學活動也相當多元。在公民科學研究的發展中，有許多長期的鳥類資料蒐集平台，例如在美國有百年傳統的聖誕節數鳥（Christmas Bird Count）活動，在加拿大針對貓頭鷹、在英國針對大型庭院鳥類的觀察，以及全球性的賞鳥紀錄平台（eBird）等。因為有這些鳥類的長期觀察與紀錄，透過資料不斷地累積與網路資訊的公開與普及化，進而擴展了鳥類生態學研究的深度與廣度。

圖一、筆者於2010年參與第六屆亞洲猛禽研討會的賞鳥活動，觀察蒙古國當地草原環境常見的猛禽。利用人為電塔建物進行繁殖的獵隼（Saker Falcon）之鳥巢與幼鳥。（攝影者：楊明淵）

圖二、高雄鳥會舉辦的金門冬候鳥觀察的賞鳥活動。（攝影者：楊明淵）

公民科學與鳥類生態學的結合

　　鳥類的分布與活動被認為與環境、氣候甚至是人為活動與開發有很大的關係。影響鳥類適應環境的機制與人為活動的衝擊，一直是科學家們感興趣與重視的問題。透過鳥類的各項生物特徵或地理分布資訊，探討環境對於鳥類的影響機制，即屬於鳥類生態學的研究範疇。例如，在加拿大的長期鳥類調查中發現，旱災、水災與大火等極端事件會造成當地鳥類數量的減少。許多鳥類也被發現可能因為氣候的變化和食物資源的變動，會如同游牧民族一般成群移動到合適的地區居住，移動的距離可能橫跨數千公里。然而全世界的鳥類種類超過一萬種，全球各大洲皆有分布，即使在冰天雪地的南極洲也有鳥類的踪跡。如果要進行大規模且長期的鳥類生態學研究往往是一項難以克服的挑戰，除了需要龐大的經費支持，也需要大量具備專業知識的調查人員才能達成。值得慶幸地，由於近二十年來公民科學的興起，公民科學家就好比科學家的分身，這些分身帶著專業的技能在世界各地進行資料的收集，可以在短時間內進行大尺度的同步調查，因而突破傳統調查與研究所需的人力物力的限制，共同攜手在科學研究上締造新局。

達成不可能的任務──美洲鳥類長距離遷徙的秘密

　　eBird是目前全球最主要的觀察鳥類的公民科學交流平台，是由美國奧杜邦學會（The National Audubon Society）以及康乃爾鳥類學實驗室（Cornell Lab of Ornithology）在2002年共同建立。此平台提供世界各地的賞鳥者記錄並上傳觀察到的鳥類物種，直至2019年五月已累積了5億多筆的鳥類觀測紀錄，並以每個月上百萬筆的紀錄持續增加中。康乃爾鳥類學實驗室的 La Sorte博士與他的研究團隊利用eBird資料庫中不同鳥種的每日紀錄資料，結合紀錄當地的氣象資訊，歸納出西北半球118種鳥類在不同季節的遷徙路徑，以及環境因子對遷徙路徑的影響。他們發現在遷徙的過程中，不同鳥種在面臨跨越海洋的障礙時，會因應季風與地景的環境條件，使用不同的遷徙路徑。例如秋季時的風向較不利於鳥類往南遷徙，所以當鳥類要從北美飛越墨西哥灣的海洋時，會仰賴低氣壓系統所產生的風，因而會以逆時針的遷徙路徑抵達目的地。然而到了春天，當地的風向則是有利於鳥類順著風移往北邊的陸地，遷徙路徑呈現和秋季相反的順時針環狀結構。這個具有突破性的研究成果，便是仰賴公民科學家們長達12年並涵蓋了北美洲至南美洲610萬筆的鳥類觀察紀錄。

逐海拔的水草而居──鳥類的海拔垂直遷徙

　　除了跨緯度的長距離遷徙，許多居留在山區的鳥類也會隨著季節在不同海拔的區域間往返移動。由於高海拔區域冬天的低溫且較缺乏的食物資源，居住在高海拔地區的鳥類往往在冬季時會遷徙到較低海拔的區域越冬。然而有不少鳥類卻反其道而行，到了冬天反而往更高、更冷的地方移動。這樣違反常理的行為，引起了許多鳥類行為與生態學家的好奇心，想釐清到底是什麼原因影響了鳥類海拔垂直遷徙。由於山地生態系較易受到土地利用變化以及氣候變遷的威脅，了解鳥類的海拔遷徙行為不只滿足科學家的好奇心，也可以透過鳥類對環境改變的反應，評估在氣候變遷下的適應能力，藉此制定保育策略。然而傳統的研究方法依賴專業人員進行鳥類繫放與標記的工作，需耗費大量的人力與物力。即使近年應用無線電或衛星追蹤器，或是透過分析鳥類組織中的穩定同位素比例以追蹤個體的移動，仍難以同時針對大量鳥種進行跨山區，甚至是全球尺度下的研究。為了突破這樣的限制，我們利用eBird資料庫中於全球不同山區所收集的鳥類觀察紀錄，分析各鳥種在不同季節的海拔分布變化，再結合鳥類形態、行為與生態上的特徵，以及山區的環境因子，試圖釐清影響鳥類海拔遷徙行為的機制（如圖三）。

圖三、影響山區鳥類海拔遷徒行為的相關因子的探討。

水泥叢林的拓殖者──都市鳥類的適應

　　目前全球已有超過半數的人口居住於都市，且都市人口的比例預期將持續增加。尤其在許多生物多樣性資源豐富的發展中國家，自然棲地受到都市化的威脅更加嚴重。在人類經歷從鄉村遷移到都市生活的轉變時，隨著都市的擴張，其他生物也同樣面臨了適應都市環境的挑戰。如同有的人偏好鄉村環境，有的人喜好都市生活，有些鳥類只能生活在遠離人為干擾的自然棲地，有些鳥類卻快速適應了人造環境。例如常常可見到在騎樓築巢的家燕，現在已經幾乎不再利用天然的洞穴進行繁殖了。為了了解鳥類對於都市環境的適應，並評估全球都市化對鳥類多樣性的衝擊，我們利用eBird資料庫中的觀察資料，分析全球近100 個城市中的鳥類組成，探討鳥類的食物種類與繁殖行為等特徵，如何影響牠們對城市中水泥叢林的適應能力（如圖四，適應都市的猛禽）。同時也探討城市的物理環境（例如綠地面積與分布）、生物組成（例如外來種的數量）、社會經濟條件（例如人口密度與國民生產毛額）等等因素，如何影響城市所能支持的鳥類多樣性。研究的結果不但有助於我們瞭解鳥類如何適應新興環境，也將能應用於創造生物多樣性友善、永續發展的都市環境。

我們與公民科學的距離──從素人蛻變成為鳥類公民科學家

　　新興公民科學的研究突破了傳統的限制，研究成果的發表更是在2010年之後呈現快速的成長。這些知識的傳遞，更增進了一般民眾參與公民科學活動的意願。要解決現今許多環境變遷衝擊的議題，都是需要跨越不同國家或是地理區域的研究作為基礎，並仰賴各國政府、非政府組織、學術研究單位，甚至公民科學家的合作。以臺灣參與的國際合作為例，全球黑面琵鷺回報系統與保育網是多方合作的極佳典範。黑面琵鷺是被國際自然保育聯盟（IUCN）列為世界瀕臨滅絕的保育類鳥種，數量在全球剩下不到4000隻，所棲息的濕地環境也面臨到破壞的威脅。由全球保育人士與公民科學家的回報觀察紀錄發現：近二十幾年來全球族群中約六成的個體會固定在臺灣的臺南四草濕地越冬。因此保育組織開發了「黑琵計算機App」，讓全球各地的保育人士或賞鳥民眾在捕捉到已被標記身份的黑面琵鷺身影時，透過App的資訊更新，就可以快速的得知這隻個體的身份、曾在哪裡被繫放、飛行經過哪些地區等資訊，同時也上傳目擊的紀錄。這些累積的紀錄，將來就能幫助鳥類學家了解黑面琵鷺的分布與遷徙的路徑，也便於提供保育相關單位擬定政策時的參考。藉由一個透過手機App上傳的簡單動作，每個人都可以做為黑面琵鷺的守護者。因此要成為公民科學家並不困難，只要擁有熱情、對於自然充滿好奇心，願意踏進大自然，並善用適當的工具，便可在參與過程中培養興趣並增廣智能，人人都有機會成為下一位公民科學家！

圖四、適應臺北市大都會環境的猛禽──鳳頭蒼鷹（Crested Goshawk）於臺灣大學校園綠地築巢的情形。生存於都市中的鳳頭蒼鷹以捕食環境裡常見的老鼠為食物來源。（攝影者：楊明淵）