公民科學與生物多樣性：攜手護生態–你我都是公民科學家
105/06/07
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林瑞興｜
行政院農業委員會特有生物研究保育中心棲地生態組
「公民科學」（citizen science）這個新興詞彙在1990年代的全球科學界仍鮮少提及，千禧年後緩慢增加，而於2010年後開始爆炸性的增長，如僅僅在2015年就至少有400篇相關的科學文獻發表。近期研究發現公民科學在保育、生物多樣性和氣候變遷研究上應用最廣，其中遷徙鳥類與蝴蝶是最受歡迎的生物類群。
「公民科學」這個詞彙在台灣出現僅約10年光景，尤以在2010年後較為常見，因此如果你還不知道什麼是「公民科學」並不奇怪。就讓我們用這一篇文章來介紹「公民科學」，特別是它在生物多樣性研究上的可能應用。
公民科學是什麼
簡而言之，公民科學就是由民眾參與且有組織的科學研究活動。就生物多樣性研究而言，相較於傳統研究活動，公民科學計畫著名案例的特色主要在於通常其持續時間或涵蓋空間尺度甚大，但也可把它轉換成小尺度的研究。
近年來，方興未艾的公民科學因網路發展而發揚光大，然而民眾參與科學活動並不是現在才開始，即使是大規模的參與也已有好長一段時間。如18世紀在歐洲就有由志工執行的鳥類調查，美國1880年就有燈塔管理員自動自發地蒐集因撞擊燈塔導致死亡的野鳥種類與數量的資料。
另自1900年起，美國奧杜邦學會在每年聖誕節前後進行的聖誕節鳥類調查（Christmas Bird Count），更已延續超過110年，時至今日仍是北美賞鳥人最重要的年度活動，參與人數經常超過6萬人。但說起近期公民科學的爆發則是生態學和資訊科學融合的結果，透過這種結合，大幅強化資料蒐集、處理、視覺化的能力與便利性，網路的普及與加速更讓來自世界各地的志工們可同時參與同一計畫的活動。
公民科學的類型
百花齊放的公民科學計畫，可以由志工參與的方式把公民科學區分為貢獻型（contributory）、合作型（collaborative）或共創型（co-created）模式。志工僅負責蒐集及上傳資料的貢獻型是最常見的，而在合作型或共創型模式中，志工深入參與資料的分析，甚而共同協助發展計畫。
我們也可從環境科學的角度，由四個軸向來分析每一個公民科學計畫的特性。首先，啟動者是科學家或是公眾；再者，時空尺度是地區性或是全球性、短期或長期；問題的類型屬於模式（pattern）的確認或在於針對假說進行實驗測試；最後，則是計畫的目的在於科學研究、教育傾向或行為改變，如環境管理上的比重。
參與者的動機
若能了解潛在志工的心理需求，就有較高的機會吸引足夠的志工參與。不少研究都發現公民科學參與者最重要的心理是「利他」，也就是為自己所認同且對公眾具重要正面價值的崇高目標所驅動，進而產生的集體行為。但分析也發現，若能某種程度上獲得輔助的工具或資源來進一步支持自己的興趣或嗜好，則能驅動更多參與者。
當今世界上最大的即時、線上鳥類資料庫–eBird，就是一個很好的案例。eBird是由美國奧杜邦協會（National Audubon Society）與康乃爾鳥類學研究室於2002年所共同創建的，其目標在於透過蒐集賞鳥紀錄，累積大量分布與數量資訊，以助於研究、保育與生態教育。其設計的起點在於許多活躍的賞鳥人對於維護個人曾經觀察過的鳥種，也就是所謂的「生涯鳥種名錄（life list）」的執著，並藉由為數眾多的賞鳥社群不斷的意見回饋，持續精進網站和資料庫，最終漸漸被大量賞鳥者接受。
2010年eBird擴大為全球性公民科學計畫，至2015年底已有近30萬名用戶、累計蒐集超過2億6千萬筆鳥類分布資訊，成為當今參與人數最多的公民科學計畫。龐大的鳥類分布資料更促成創新的統計和資訊運算方式，讓生態與資訊科學的跨域結合進入新的領域。
公民科學的機會
傳統上的科學過程是研究者依據既有的知識或推測界定問題，並觀察提出假說，進一步針對假說設計與試驗驗證。在這樣的概念下，非實驗的觀察常被認為「不夠科學」，然而局部或地區性的密集（intensive）研究可能不足以了解整體的生態過程。就生態研究而言，公民科學的強項之一在於促進長時間與大空間範圍的自然史觀察。如果適當地運作將可為生態研究帶來新的視野。以下是公民科學在議題上可能應用的介紹：
分布和數量的時空模式 生物的分布和數量，以及其和環境間的交互作用就是生態學定義之一。公民科學已經廣泛地運用在了解生物的分布，其機制也可使用公民科學資料來探究。
與棲地的關聯性是生物分布資料最常應用的研究類型。目前許多大範圍或全球尺度的環境資訊已可透過遙測來蒐集，如全球森林分布、氣候狀態等資料，但生物是否出現在特定地點，至今仍需要透過人們的直接觀察。因此，透過公民科學與遙測的結合，可讓研究者有充分的資料探討環境因子和生物分布、數量、物候的關係，而其結果對保育及經營管理也是非常重要的資訊。
此外，大範圍與長期的觀察特別有利於追蹤生物數量在時間上的變化，進而評估環境變遷的衝擊。由1966年開啟的北美繁殖鳥調查（North American Breeding Bird Survey）是另一個著名的案例，目前在美國與加拿大有超過4,100條固定路徑由志工認養，每年以同樣的方法持續地監測。50年的資料累積成為北美保育規畫的重要參考，如藉由長期的族群趨勢分析，可提早偵測鳥種數量的下降，或釐清區域間的差異，以提出更細緻的保育方案。
氣候變遷對生物分布和繁殖生態上的影響，更是公民科學計畫的重要貢獻之一。在歐美都已有不少明確案例，如透過鳥類、蝶類、蜻蜓等公民科學計畫資料的分析，發現全球暖化後分布範圍明顯往北移動。又如2014年美國奧杜邦協會運用聖誕節鳥類調查超過百年的資料配合預測模式，完成涵蓋北美588種鳥類的全面性的氣候變遷影響預測報告，指出到2080年有314種鳥會損失超過50％的適宜氣候分布範圍。
值得一提的是，當初這些公民科學計畫開始執行時，人們哪裡知道「未來」會發生的暖化議題，因此這些長期的公民科學計畫可說是在「問題尚未提出之前已先提供答案」了。
新興疾病對生物族群可能產生嚴重的衝擊，但追蹤這類現象卻不容易。1990年代中期在美國東北部開始爆發的美洲家朱雀（House Finch）黴漿菌病，其觀測和追蹤過程是公民科學應用的另一典範。黴漿菌病是感染黴漿菌（Mycoplasma gallisepticum）所導致，感染後的美洲家朱雀會出現眼睛紅腫，嚴重者導致吃東西效率下降，也會提高被天敵捕食的機率。
1994年1月美國華盛頓特區出現第一件案例後的9個月，康乃爾鳥類學研究室便發起了美洲家朱雀疾病調查（House Finch Disease Survey, HFDS）公民科學計畫，長期而完整的HFDS計畫蒐集了黴漿菌病如何快速地擴散至整個北美東部的美洲家朱雀族群，進而跨過洛磯山脈的阻隔進入美西地區。這些資料不僅讓人們了解新興疾病的擴散模式，也是分析疾病對野生動物族群數量衝擊的重要案例。
除前述類型之外，舉凡不容易觀察，需要藉由民眾之力的分布相關議題，如觀察生物擴散、遷徙、移動等，都可能經過適當設計與推廣之後，成為成功的公民科學計畫。
生活史及行為在時空上的變化 除了時空分布外，公民科學也相當適合用於蒐集大範圍族群統計、生活史特徵或物候資料的蒐集。
鳥類的繁殖特徵，如一窩幾顆蛋（窩蛋數）、何時開始下蛋、孵蛋日數、離巢日期等，長久以來一直吸引著研究者與業餘觀察家的注意，也是許多生態與演化研究的核心議題之一。以窩蛋數為例，雖然在生態學的研究歷史已久，但多數研究的地點多半相當局限。公民科學則可突破地理上的限制，如1965年開始的北美鳥巢紀錄卡計畫（Nest Record Card Program），累積大量生活史資料，更成為超過135篇科學研究報告的材料。
公民科學的另一個重要應用領域是物候（phenology）的觀察。所謂物候指的是生物生活史上的重要事件隨時間的變化，如櫻花開花、楓樹發芽、候鳥抵達度冬地等都是生活史上的重要事件。由於物候通常與氣候密切相關，因此可做為生物對環境狀態反映的重要指標，如英國蝴蝶監測公民科學計畫的結果，就清楚地顯示蝴蝶第一次出現的日期有逐漸提前的趨勢。另外，前述鳥巢紀錄卡計畫也顯示某些鳥類下蛋日期隨著氣候變遷有提前的現象。
罕見事件的觀察紀錄 罕見事件或難以偵測的事件通常非常不易蒐集到足夠的資料進行研究，散布各地隨時可以協助勘測的公民科學家有機會讓這類研究變得可行。以美國失落的瓢蟲計畫（Lost Ladybug Project）為例，其參與者有許多是小朋友，藉由蒐集及上傳來自全美數千個地點的瓢蟲照片，發現2位來自維吉尼亞州的孩童拍攝到14年以來未曾記錄過的瓢蟲，專業研究者接著再前往該地進行深入的研究。
死亡也是另一個必然會發生卻很不容易觀察的現象，因此也有公民科學計畫請志工們協助蒐集相關資料，如極端低溫後野鳥死亡情形或撞擊人工建築物死亡等。
台灣公民科學應用於生態研究的發展
在台灣，民眾參與生物多樣性的科學活動至少超過40年。1973年柏來蕭（Blackshaw Kenneth Turner）和謝孝同（Serveringhaus Sheldon）先生仿照北美聖誕節鳥類調查，在台發起「新年鳥類調查」，此後一直延續到1983年。參加人數由第1年的31人，至1979年的140人為最高峰，調查成果也由顏重威及陳炳煌前輩在1983年發表於環境科學期刊，成為一窺當時台灣鳥類狀態的重要資訊。
相關賞鳥活動也促成許多賞鳥紀錄的累積，進而衍生出持續超過40年，累計超過200萬筆紀錄的賞鳥紀錄資料庫。除了鳥類之外，隨著對自然環境關注的提升，逐漸地對於鯨豚、蝴蝶、蜻蜓等各式生物資料的蒐集都有民眾積極參與。
不過，若以有組織、大範圍的公民科學活動而言，台灣當以楊懿如博士於2003年開始推動的「兩棲類監測」為濫觴。另行政院農業委員會特有生物研究保育中心有感於環境變動快速，為加速對台灣環境狀態與變動的掌握，自2009年起陸續推動包含鳥類、蛾類、蜘蛛、蝸牛、植物、路死動物、農藥毒害動物等多項公民科學計畫，以廣邀各地公民科學家把對環境的關心化為實際的行動。這期專題報導就邀請多位推動的研究人員分享各計畫的起源和發展過程。
提升社會各界對於生態的重視，認知生物多樣性的價值是人類永續的重要一步。公民科學除了嚴肅的科學面相之外，隨著科技與網路技術的發展，逐步讓某些科學活動與生活更為貼近也更為有趣。如近來發現四處趴趴走的貓咪是野生動物重要的殺手，在美國估計每年有10～40億的野鳥，60～220億隻的哺乳動物因貓咪而死，於是開始有了「貓咪去哪裡」（Cat-tracker）公民科學計畫。
簡而言之，參與者讓家裡的貓咪背上搭配GPS的行車記錄器，看看牠們都在外面做什麼，影片上傳至計畫網站後，研究者不僅可分析活動範圍，同時可透過影像紀錄分析貓咪捉了哪些野生動物，進而探討不同措施對降低野生動物被捕捉的機會，其結果也對鼓勵民眾不隨意放出家貓很有幫助。可預期未來會有更多有趣且扎實的公民科學計畫產生，不管你是研究者還是潛在的公民科學家，歡迎你一起加入公民科學的行列！
