公眾科學 振翅高飛

鳥類學界尋求業餘鳥類觀察者的協助，不但產生了源源不絕的資料，也改寫科學研究的規則。

重點提要

■自動感測網絡可以偵測我們環境的大部份狀況，但即使身處數位時代，蒐集到的一些資料還是需要由熟悉該領域的人來仔細分析，以解決研究規模的問題。

■有個新興的領域稱為「公眾科學」，意思是民眾參與科學研究，並整理業餘人士的觀察結果，通常可以透過消費型高科技裝置和機器來參與。

■eBird以美國康乃爾鳥類學實驗室為基地，並與奧杜邦協會合作，可說是公眾科學最成熟的例子。eBird與一些同類型計畫，已在天文學、電腦科學、公共衛生等領域產出學術等級的成果，同時讓身懷絕技的業餘人士有更多機會貢獻所長。

在凱靈（Steve Kelling）的辦公室玻璃帷幕外，有一片佔地將近一平方公里的森林，一夜之間，50種遷移性鳥類飛抵此地，包括歌綠鵑、玫胸白翅斑雀和雪松連雀。在這5月初的下午時分，牠們的鳴叫聲響徹森林，形成超大型的鳥類混聲合唱。凱靈或其他在美國紐約州綺色佳「康乃爾鳥類學實驗室」的人，怎還能夠專心工作，實在引人好奇。

事實上，窗外的景象就是他們的工作。凱靈在他的筆記型電腦上秀出一張美國動畫地圖，黑色背景襯著白色線條。地圖下方有個橫座標，顯示一整年的時間推移。一開始沒有任何變化，突然在4月左右，一團橘色從南加州冒出來，像野火燎原一般朝北邊和東邊擴散，直到整個美國西部的1/3都著了火，閃爍著不同明暗程度的橘色和白色亮光。接著火勢倒退，色彩由北一路往南逐漸消失，到了11月左右，整張地圖復歸黑暗。我們剛剛目睹的是黃腹比藍雀一整年的遷移情形。

如今有300多種鳥類有了遷移地圖，這是由eBird所蒐集的資料而產生。eBird是一項歷時10年的公眾科學研究計畫，凱靈在康乃爾鳥類學實驗室主管資訊科學，也負責管理這個計畫。最近一個月約有1萬1000名鳥類觀察者把目擊記錄上傳到eBird資料庫，數量超過300萬筆，至今已累積了高達1億1000多萬筆記錄；總共約有九萬人曾經參與，記錄數量也以每年增加40%的速度持續成長。

鳥友向來以熱切的奉獻精神著稱，習慣一絲不苟地記錄觀察結果。不久之前，這些記錄只見隨意偶然的分享，大多與科學家的研究工作不相干。這種情形開始改變了，凱靈和他的同事便是「公眾科學」這個新興領域的開創者。科技（包括無線上網、智慧型手機和處理能力）已經澈底改變科學界處理素人資料的方式，讓那些堅守崗位的業餘人士樂於參與真正的科學研究。

受益的不只有鳥類學家，生態學、人類學和公共衛生等各種領域的科學家都開始受益於科技所帶來的連結，也得知一般人可以純粹為了樂趣而參與研究，或者只要求研究結果做為回報。（光eBird的資料應用就可從氣候科學到人工智慧。）目前公眾科學家已發現未知的星系、判定難解的蛋白質構造，也為國土管理者蒐集到有助於保護森林和集水區所需的證據。eBird也許是最著名的公眾科學大膽嘗試，顯示民眾的參與對於特定研究領域多麼重要。

而公眾科學的擴展逐步產生了更大的效應，顯示科學家和一般大眾對科學界的看法已經改變了。這個「參與科學」的新時代，剛好在社會最需要它的時候成形，此時我們面臨了氣候變遷這類複雜問題，不但需要大量的資料，也需要民眾的熱切參與。美國緬因州阿卡迪亞國家公園的科學研究統籌者米勒–盧辛（Abe Miller-Rushing）說：「我們有一些最重大的自然保育困境，無論是科學或社會方面，沒有民眾參與就無法解決。」

善用社群的力量

家醫科醫師曼羅迪諾（Steven Mlodinow）是科羅拉多州隆蒙特市的熱心鳥友，參與eBird讓他自覺像是現代的林奈（18世紀瑞典人，現代生物分類學之父）。他說：「如果你回到那個時代，當時的博物學者全都沒有專業知識，科學也多半由自學者或只在大學習得極少知識的人所推動。所以身為醫師，我覺得像是回到18世紀的英國。」

自從人類發明符號之後，便持續觀察周遭環境並記錄自身所見。業餘人士一直都參與科學研究，例如美國總統傑弗遜蒐集了50年的天氣資料，作家梭羅也勤勉地記錄住家附近樹林中各種植物的開花時間。做出最重大科學突破的人，有些往往只在該領域受過很少的正式教育或根本沒有，例如電學的特士拉、數學的拉曼努真、物理學的牛頓、生物學的達爾文。

氣象學也許是最顯而易見的例子。在1840年代，史密森尼學會的第一任秘書長設計了一個由義工氣象站組成的網絡，這項計畫能為協會省下不少預算，當時招募了600名參與者。每年義工蒐集到將近50萬筆觀測資料，利用電報彼此分享。這個網絡到最後由官方接管，不過仍有一個全國性的氣象站合作網路持續運作至今。這項計畫孕育出關於天氣模式、每年降雪量、植物耐寒性、地形重要性等各種發現，我們至今依然仰賴的乾旱監測地圖也是。

義工提供的資料構成了「我們過去所知大部份的氣候知識」，科羅拉多州的氣象學家多斯肯（Nolan Doesken）在最近一次演講中表示：「要陳述適當的歷史觀點時，我們需要那樣的基準線。」

鳥類學是另一個天生就適合業餘人士的學門，畢竟鳥友數百年來一直致力於蒐集資料，例如燈塔管理員保存著他們所見鳥類的詳盡記錄；美國奧杜邦協會的耶誕鳥類普查也進行了超過110年。eBird最初於2002年剛起步時，計畫主持人的腦中只有一個單純的想法：鳥友要如何累積資料才能對科學家有用？事實上，儘管研究者已在全世界設置大規模的自動偵測網絡，用以監看環境的幾乎每一方面（大氣碳量、流量、降雨量、氮污染量），有些資料依舊得依靠人力蒐集。凱靈說：「就這點來說，沒有一種自動偵測器可以辨認鳥種或其他生物，所以得把那些自動偵測器換掉，用可以做正確判定和觀察的偵測器取代。」換句話說，就是真實的人，而在eBird的例子中，是熱中於尋找、觀察、計算鳥種甚至引以為傲的那種人。

然而這個計畫很快就遇到瓶頸。鳥友每個月輸入約五萬筆記錄，數量實在少到沒有用處，也無法爭取到預算。凱靈回憶：「過了兩年半之後，我們承認失敗，需要有鳥界人士支持我們。」於是實驗室雇用兩位資深鳥友來負責執行計畫（後來又加入第三位）。

這個團隊很快便了解，關鍵在於鳥友完成指定工作之餘也要有其他收穫。eBird的科學家希望蒐集到的資料有助於保育工作，然而這不足以吸引鳥友參與，因為他們不僅得多花時間熟悉資料庫，還要改變原本的記錄習慣並上傳資料。新的計畫主持人也仔細考量鳥友會喜歡什麼工具。

觀鳥根本就是「記錄保存」的形式，所以為了吸引這個社群，eBird一位主持人伍德（Chris Wood）說，他們必須提供比較好的新方法來處理這些記錄，使之井然有序、容易分享、可為良性（多數情況下）競爭的基礎。時至今日，eBird對鳥友來說幾乎像臉書一樣，是一種社交網絡，可用來記錄並宣揚自己的觀鳥經歷。eBird資料庫還有手機版App，讓鳥友可以輕鬆整理自己看過的鳥種記錄、某個特殊鳥種曾經看過幾次，以及在觀鳥勝地看過的鳥種。同樣重要的是，鳥友也可看到其他人的鳥種記錄，然後想辦法超越。曼羅迪諾在科羅拉多州東部一片草原上看到兩隻極小蚊霸鶲時，馬上就知道他是那年春天最早看到這種鳥的人。「好耶，我們記錄到了！」他開心大叫。

伍德後來說：「那種競爭的激勵效應大到難以評估。」

坐在康乃爾鳥類學實驗室的一間會議室裡（有更大的玻璃帷幕面對著喧囂森林），伍德找出堪薩斯州西南部一個郡的記錄，他說：「你可以看到誰交出最多記錄表和看到最多鳥種。」凱靈一直靜靜坐在桌子的那端，這時突然提高音調說：「我是湯普金斯郡的第一名。」他相當自豪。

「他才不是呢！」伍德笑著對我說：「他以為他是。」

但eBird並不只是為了好玩或觀鳥競賽，公眾科學要面對嚴肅的挑戰，最大的也許是如何確保資料可靠。eBird計畫主持人維持資料品質的方法之一，是邀請鳥友擔任駐地專家。在科羅拉多州，曼羅迪諾和另兩位鳥友：自然科老師胥莫克（Bill Schmoker）和野生動物監測員努尼斯（Christian Nunes），每週都要花幾個小時上傳他們的觀察資料，並審查其他人的記錄。系統先標記出可疑的資料，他們再來檢視，這約佔每個月輸入的300萬筆記錄的8%。這項工作有助於讓鳥類記錄更準確。根據不同資料提供者的專業度，可以訓練演算法去衡量每一筆記錄的可信度。

這些努力似乎漸漸開花結果了，eBird的資料逐漸累積，也開始影響公共政策。把eBird資料的鳥類分佈情形與美國公有土地地圖疊在一起，研究者可以判斷哪些受威脅或瀕臨絕種的鳥類，會在一年中什麼時候出現在聯邦機構的土地上，各機構便能決定預算運用的優先順序。

有一個新計畫稱為「鳥況預報」（BirdCast），也是運用eBird資料庫來發佈鳥類遷移預報，你不妨想像有一種預報的內容是橙腹擬黃鸝的群聚情況，而非雷陣雨。凱靈說：「都卜勒雷達很酷的地方，在於不管是蟲子、煙霧或鳥類，都可以把訊號反射回來。」他拿出看似熟悉的雷達影像，你以為是移動的雲層，其實那不是藍色的雷雨胞，而是較小的綠色區塊──飛越夜空的鳥群。鳥況預報是把eBird資料與雷達影像、天氣資訊和電腦模型結合在一起，很快就能為美國任何地區發佈每週的鳥類遷移預報。目前鳥類學實驗室會在春、秋的遷移季發佈每週預報，如果出現不尋常事件時也會發佈特殊報告，例如珊迪颶風來臨時。凱靈說，這些預報可促使許多城市的市中心晚上熄燈、風力發電廠在晚上關掉葉片馬達，讓成千上萬的鳥順利飛越。

所有類型的公眾科學計畫都可產生具有實際應用價值的研究。LiMPETS是一項長期監看加州海岸的計畫，由學生和教師蒐集資料，若發生漏油或其他污染事件，這些資料有助於指揮清理工作。威斯康辛州自然資源部也召集民眾密切監視當地的空氣、水域和野生動物狀況。越過大半地球來到非洲沙赫爾地區，美國大學大氣研究聯盟在此進行「腦膜炎天氣計畫」，運用村民對當地天氣模式的觀察來預測雨季何時開始，這時腦膜炎的肆虐情況會驟降，也就不需要施打疫苗了，這樣有助於延長疫苗的供應時間。

除了公共政策，公眾科學也可解決研究規模的問題。科學家不可能同時出現在每個地方，這個事實讓我們同意芝加哥阿德勒天文館公眾科學部主任史密斯（Arfon
Smith）所說的「無知的困惑」，特別是一些幾乎沒有歷史資料的現象，諸如天氣事件或生物多樣性。若能讓觀察這世界的人數大幅擴增，無論是觀察花朵、星星或各種毒素，都能增進我們了解的能力。

全新的科學領域

在美國波特蘭一個悶熱的8月週末，將近300人擠在俄勒岡會議中心的一個房間內，參加「公眾參與科學研究研討會」。整整兩天，參加者展示他們進行的計畫、介紹各種資料庫和其他實用工具、回顧業餘人士在歷史上的種種貢獻，並舉出實例說明民眾參與科學研究可以是變革的動力。研討會最後是一場大型的腦力激盪會議，討論公眾科學該如何運作才會像是正式的科學領域，包括設有專業組織、召開年度會議和發行期刊等。

阿卡迪亞的米勒–盧辛，以及康乃爾鳥類學實驗室的兩位研究人員波尼（Rick Bonney）和薛克（Jennifer Shirk），在某天晚餐時有了舉辦研討會的點子。2006年，實驗室獲得美國國家科學基金會資助，研發公眾科學的最佳實行方式，如今該實驗室已是這個領域實質的發展總部了。波尼正是在1990年代創造出「公眾科學」這個名詞的人。薛克則想知道，為什麼科學家不惜冒著專業上的風險、運作時可能出現的問題，依然願意進行這樣的計畫？於是他研究這個領域而拿到博士學位。

他們致力於創設出正式的學門，原因之一是要讓一些看似遙遠的研究領域（例如生態學、天文學、電腦科學與流行病學等）之間能交換想法。薛克說，公眾科學的科學家需要一個論壇，「以便聚在一起，交流『這是我在做的，這是我們正在努力的』。」研究人員要招募義工或處理巨量資料時，都可由其他人的成功或失敗經驗汲取教訓。

而公眾參與的科學研究若要自成學門，必然要解決一些挑戰，例如如何將各種不同的研究目標和計畫類型結合在一起？研究人員試著將各種計畫分類，但基本上公眾科學計畫主要分成兩大類：民眾直接協助科學家、科學家直接協助民眾。（這兩類並非毫不相干；若能得到比較好的動物遷移、乾旱、分子結構資料，都會對公眾有益。）

「星系動物園」（Galaxy Zoo）最初是一群博士後研究員埋頭下載「史隆數位巡天計畫」的資料而誕生的，其中有全世界最好的一些天文學資訊。如今，星系動物園也蒐集哈伯太空望遠鏡的影像，並衍生出一系列線上公眾科學計畫，稱為「動物園宇宙」（Zooniverse），由義工協助判讀資料。動物園宇宙有將近72萬人參與，協助解讀一次世界大戰軍艦所記錄的天氣觀察資料、鑑定在海床上拍到的物種照片、為鯨魚叫聲分類等，這些計畫都讓科學家獲益無窮。而在另一個極端，英國倫敦大學學院新近設立「極致公眾科學」（ExCiteS）小組，致力於幫助社會邊緣族群利用科學而使自己更有力量。例如倫敦有個破舊社區的居民運用分貝偵測器，蒐集到1100多個噪音樣本，顯示附近一家廢棄物處理廠的噪音確實震耳欲聾。大學的地理資訊系統專家將這些資料轉繪成社區的噪音地圖，有助於說服當地官員著手管控廢棄物處理廠的噪音。