跟着專家去探索自然2023-24

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人工智能對生物辨識的應用

二零二三年九月 第二期

人工智能對生物辨識的應用

很多年前智能手機普及後,有不少的應用程式隨之而來,當中不乏生物辨識功能,特別是植物鑑別的Apps,包羅萬有,任君選擇。然而,植物以外的生物,例如細小而多變的昆蟲,不少在外國開發的軟件便對本地的小動物顯得無所適從。

近年人工智能的應用在影像分析或學習上有明顯提升,不用再下載不同類別的軟件,基本上,由細至單細胞的微生物,到肉眼僅見的蜘蛛,或者大型的哺乳類動物,只要是生物都能夠透過分析影像,從而根據前人所載入的影像和確認的資料,不斷學習和改善辨別的準確度。分享一下最近的例子,同事在校園梯間發現一隻細小的昆蟲,第一眼看到只知道是甲蟲,再用微距鏡頭拍下估計是一隻天牛,但自己以前是未有記錄過的。昔日,我一定會嘗試翻開《香港天牛》一書去找尋答案,但今次我便把照片上載到兩個軟件(Google Lens和iNaturalist),Google Lens得出數種相似影像的天牛,有Caribbomerus elieri, Stenhomalus taiwanus, Beraba angeli and Beraba limpida,若果仔細將每一個結果放大,再檢視相片中的天牛特徵,不難排除 CaribbomerusBeraba,得出臺灣突眼天牛 Stenhomalus taiwanus

另外,iNaturalist除了根據視覺上的相似度作辨識外,也會利用地理資訊確認 Stenhomalus 是在附近已經記錄過,直接鎖定到屬的辨別。人工智能除了會透過更多的相片分析該物種的外貌特徵外,這個平台也會加入專家確認的元素,將「研究等級」的內容成為資料庫的重要依據和學習對象。因此,我只用了短短幾分鐘時間,便可以確認是恆春突眼天牛/ 台灣突眼天牛 Stenhomalus taiwanus

知更多人工智能對生物辨識的應用示範,觀看可觀Channel

 

生物科老師

黃志俊


色彩多變的海蛞蝓

二零二三年二月 第一期

色彩多變的海蛞蝓

安娜多彩海牛 Chromodoris annae

海洋中有一類色彩萬千,形態多變的軟體動物 – 海蛞蝓,可能是因為有一對耳朵般的觸角,不少人都會稱牠們為海兔。其實海蛞蝓家族中,以裸鰓目Nudibranchia中的海牛亞目Doridina同枝鰓亞目Cladobranchia多樣性最高,嚴格來說牠們不是海兔。真正稱為海兔的是無楯目Anaspidea中的海兔科Aplysiidae,香港常見的海兔一般體形較大,顏色像牠們食用的海藻,褐色為主,擁有很強的保護色。

在剛過去的聖誕節,筆者有機會首次到菲律賓潛水,被鮮艷奪目的海蛞蝓迷住了。這篇文章會分享一個連名字都好配合的 – 多彩海牛科 Chromodorididae.  這個科的物種多樣性很高,在香港已有36種記錄,而當中Chromodoris 屬的有六種,但我只見過俗稱火龍果的東方多彩海蛞蝓 Chromodoris orientalis,沒有想過在菲律賓Anilao潛了三日水,便記錄了六種不同的 Chromodoris spp. 而且牠們的顏色比香港的更多變更鮮艷。多彩海牛主要攝食海綿,身體可以積存當中的有毒成份,因此牠們採取一個生存策略 – 警戒色 Aposematic signals,捕獵者例如魚類,當咬過一口具警戒色的海蛞蝓,通常會嚐到有毒的化合物,或酸性、或極差的味道,便學會了一課,知道要避免這些看似沒有硬殼保護,卻不能入口的軟體動物。雖然科學家們都知道警戒色與毒性有一定關係,但是否越美麗就越有毒,似乎文獻記載不多。

科立曼多彩海牛 Chromodoris colemani

喬氏多彩海牛Chromodoris joshi

曾經有學者指出多彩海牛科內的物種顏色變化較為穩定,即使該物種有不同外貌,也限於幾款的主色變化,不妨礙物種的辨別。在尋找有關多彩海牛科的文獻時,發現了一篇關於牠們顏色花紋與穆氏擬態 的文獻,這研究利用基因系統分析,顯示在多彩海牛屬 Chromodoris spp.的39種(18種未被命名)當中,只有5種是有穩定的外貌顏色花紋,其他的會有區域性變化或者在同一區域有高度變化的花紋。而在這個研究中發現Chromodoris屬中的不同物種,會有擬態的情況。舉個例子,科立曼多彩海牛 Chromodoris colemani 有一個 「西澳化」的變異,與 Chromodoris westraliensis 西澳多彩海牛顏色和花紋基本一樣,兩個物種都有毒性,是穆氏擬態的極佳例子。

另一個情況像變色龍擬態 “chameleon-like mimics” 科立曼多彩海牛 Chromodoris colemani 和 喬氏多彩海牛Chromodoris joshi,分別有四個和兩個不同形態類型。科立曼多彩海牛的原本外貌和牠的「annae」變異,同時廣泛分佈於熱帶印太平洋海域,「burni」變異和「westraliensis」變異則只分別局限於昆士蘭和西澳洲,實際為何有這樣的外貌變異現在仍未清楚。但最直接的解釋是變色龍擬態,在西澳洲的C. colemani極像C. westraliensis,在昆士蘭的C. colemani極像C. burni,而常見的C. colemaniC. annae則出現於印太平洋。

我相信大家睇完我以上所寫(嚴格來說是強行翻譯文獻)都一頭霧水,我自己又何嘗不是呢?!究竟我現在影到和認到的 Chromodoris annae 安娜多彩海牛是真身,還是科立曼多彩海牛 Chromodoris colemani的安娜變異?似乎我這篇文章未能解答大家的疑問,唯一我可以確定的是,海洋生物除了多樣性高之外,仍有很多未知的範疇,我們要好好愛惜海洋生態!

生物科老師
黃志俊

絞色多彩海牛Chromodoris strigata

陸氏多彩海牛 Chromodoris lochi

威廉多彩海牛 Chromodoris willani


高中生物科野外考察課程 2023-2024年

bio.author@hokoon.edu.hk

生物科考察網上學習平台 Online Learning Platform for Biology Field Study

moodle.hokoon.edu.hk

可觀中心可為參與課程的老師和同學開設網上學習平台戶口。學生在參與課程前,可以登入平台學習考察相關知識、概念和技巧,並完成小測驗。平台會自動記錄各同學的進度和分數,讓老師能檢視各人的學習情況。

 

參與課程的老師可因應學生的需要選擇以下不同的課題,每個課程都以一日為單位。若果課程日數為兩日或三日,則可以選擇二個或三個不同的課題。

以傳統模式進行的課題如下:

  • 共生世界多面睇
  • 小生境探奇
  • 牛糞小生境大揭秘
  • 電子顯微鏡生態探索
  • 顯微鏡生態探索
  • 生物多樣性速查

可以選擇以傳統模式或探究模式進行考察的課題如下:

  • 考察淡水溪流生態系統
  • 考察紅樹林生態系統
  • 考察岩岸生態系統
  • 考察沙坪生態系統

課程安排詳情

費用:課程費用全免,兩日課程需向曹公潭戶外康樂中心繳交住宿和膳食費用,交通費用亦由參加者負責。

午膳安排:本中心附近沒有食店,住宿課程的膳食由營舍提供,一日課程參加者可自攜食品,或預訂餐盒

交通安排:可參考此三間旅遊巴公司的價目表,自由決定是否採用有關服務。

課程工作紙:請預先到相關課題版面下載工作紙,並複印及派發給學生,亦提醒學生必須事先閱讀和理解工作紙內容。

防蚊、蜱、蟎:蚊子傳播的疾病包括登革熱(伊蚊)、日本腦炎(庫蚊)和瘧疾(按蚊),而叢林斑疹傷寒和斑疹熱分別由蟎和蜱傳播。戶外考察時要保護自己免被蚊子、蜱和蟎叮咬,應穿著寬鬆、淺色的長袖上衣及長褲,於外露的皮膚及衣服塗上含避蚊胺成分的昆蟲驅避劑(自行帶備)及採取其他關於遠足或前往叢林地區的預防措施。詳細資料請參閱衞生防護中心出版的《慎防一叮 防蚊防蟲我至醒》,按此連結下載:
http://www.chp.gov.hk/files/pdf/whd2014_pamphlet_tc.pdf

衣著:考察時應穿著適合戶外活動的長褲和長袖上衣,可防止蚊蟲叮咬;另需攜帶多一對布鞋,以備考察時弄污後替換;雨季時,必須帶備雨具,可觀中心沒有足夠雨具提供。同學考察時不應穿著短褲和拖鞋,以減低受傷機會。

急救用品:戶外考察時,可觀中心教職員會帶同一套標準急救用品。參與者亦可自行帶備。

藥物:每次到戶外考察,可觀中心教職員均會帶備急救用品,而個人藥品和防蚊藥物應自行準備。

電腦和數碼相機: 可觀中心會向每一組同學借出一部平板電腦。學生亦可自行攜帶相機、智能電話、平板電腦等電子設備,用作野外拍攝、上網搜尋資料和製作匯報材料。可觀中心全部教室皆提供免費 WIFI 上網功能。

惡劣天氣:凡教統局宣佈停課,郊野研習課程亦必須停止舉行,若停課決定在早上6時15分或之前發出,可觀中心亦將停課一天,參加者無須前往可觀中心。我們將盡快提供日子供老師選擇補回課程。

– 天文台已懸掛熱帶氣旋警告信號:取消所有戶外考察活動。如一號警告信號在活動進行期間才懸掛,則立即前往最近的安全地點暫避,直至可安全回程為止。

– 天文台發出紅色或黑色暴雨警告:立即停止所有考察活動,並帶領參加者前往安全地點暫避,直至可安全回程為止。

– 天文台發出雷暴預報/警告:立即停止所有考察活動,並帶領參加者前往安全地點暫避,直至雷暴警告取消及實地情況安全為止。

– 天文台發出寒冷或酷熱天氣警告: 衡量情況,決定是否需要將活動押後,甚或改期。

空氣質素健康指數:
指數 7 (健康風險高): 戶內活動繼績舉行,戶外活動或有所調節。
指數 8-10 (健康風險甚高):戶內活動繼績舉行,戶外活動縮減逗留時間和路程,或更改活動程序。
指數 10+ (健康風險嚴重):戶內活動繼績舉行,戶外活動延期或取消。

天文台預告將有惡劣天氣或預告空氣質素健康指數欠佳: 可觀中心不會取消課程,参加活動的學校可考慮:
1. 改用另一個不涉及戶外考察的課題 – 小生境探奇、電子顯微鏡生態探索、顯微鏡生態探索,繼續來可觀中心上課;
2. 繼續原有課題,若上午10時出發時,上述惡劣天氣警告仍然懸掛或情況不適合外出,戶外考察將押後至下午進行,上午10時至中午先做室內實驗工作;或
3. 和我們商議將整個課程改期。

知會警方:戶外考察活動的資料由本中心通知相關警區。

安全守則:戶外考察活動有一定危險性,請下載並詳閱考察安全與行為守則

綠色行為小備忘:保護環境同心做

課程舉⾏前聯絡:參加者資料(學生人數、隨隊老師)若有變動,請盡早在電子系统中更新。若因事要退出課程而又無法安排更改日期,請填寫《課程取消通知書》。

可觀中心辦公室電話:24137122


1. 共生世界多面睇

高中生物科野外考察課程 2022-2023

1. 共生世界多面睇

植物與昆蟲是全球多樣性最高的兩類生物,牠們之間關係密切而有趣。同學在前往下花山的途中,可以沿途尋找不同的共生關係,並且利用解剖顯微鏡記錄這些被忽略但奇妙的生態。

內容重點:

  • 互利共生
  • 片利共生
  • 寄生
  • 捕獵或者攝食等

考察地點:下花山(步行)

下載考察工作紙PDF: Symbiotic_World


2. 小生境探奇

高中生物科野外考察課程 2022-2023

2. 小生境探奇

可觀中心及其附近地方有枯葉堆、有機農田、生態水池甚至沙井等小生境,同學將被分派收集不同的樣本,利用解剖和複式顯微鏡找尋存活於當中的小生物,認識牠們的多樣性和適應性。

內容重點:

  • 陸地節肢動物
  • 水生原生生物和藻類
  • 生物多樣性與環境適應

考察地點:可觀中心及其附近(步行)

下載考察工作紙PDF: microhabitats


3. 牛糞小生境大揭秘

高中生物科野外考察課程 2022-2023

3. 牛糞小生境大揭秘

牛糞是一個獨特的小生境,除了在不同階段有明顯的物理轉變外,活在當中的生物數量和種類也因新鮮程度而變化。同學可以透過找尋牛糞樣本內的生物,了解如此獨特的微演替過程。

內容重點:

  • 牛糞生物演替
  • 物理與生物相互變化
  • 糞金龜及其他生物適應特徵

考察地點:下花山(步行)

下載考察工作紙PDF: cowdung


4. 電子顯微鏡生態探索

高中生物科野外考察課程 2022-2023

4. 電子顯微鏡生態探索

可觀中心擁有高階電子顯微鏡,讓同學可以利用超高放大倍數,認識植物結構和花粉特徵,了解繁殖策略;同時也觀察細小昆蟲的不同部份如複眼、口器和腳等,了解牠們如何適應環境。

內容重點:

  • 植物繁殖策略
  • 花粉和昆蟲結構
  • 外貌特徵與適應

考察地點:可觀及其附近地方(步行)

下載考察工作紙PDF: SEM


5. 顯微鏡生態探索

高中生物科野外考察課程 2022-2023

5. 顯微鏡生態探索

同學在可觀中心收集不同的水樣本和昆蟲,置於複式顯微鏡和立體顯微鏡,以各種顯微鏡成像技術作觀察,認識淡水微生物和昆蟲微結構,熟習不同的放大倍率作觀察記錄。

內容重點:

  • 複式顯微鏡、立體顯微鏡
  • 光場、暗場、相位差成像
  • 微生物分類
  • 昆蟲微結構

考察地點:可觀及其附近地方(步行)

下載考察工作紙PDF: MicroscopeEcoExploration