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這只是個小感冒,應該不用吃藥吧?來來來~先服下這篇文章再說

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感冒是每個人一定都得過的疾病,大家想必都有類似的經驗:
天氣日夜變化大,清晨起床時突然打個了噴嚏,隨即而來是流鼻水、鼻塞的反應。

有些人會覺得這應該只是冷到,不是嚴重的感冒,因此不以為意,想說多喝水,補充維他命就好。忙了一個早上後,突然就開始喉嚨痛、咳嗽,甚至感覺臉和身體熱熱的,似乎有輕微的發燒。上述狀況你是否也似曾相識?

感冒發生時,很多人常會想趕快去看醫生,或去藥房買個感冒藥把不適的症狀壓下來。但電視上又常說「感冒症狀勿輕忽」,報導一些人剛開始只是感冒症狀,但後來卻住院甚至是死掉了,那到底我該怎麼辦呢?到底感冒的時候該不該吃藥?感冒了有沒有自我緩解的方法?什麼時候要趕快就醫治療?今天這篇文章將由 Medpartner 團隊的醫師和藥師為你詳細解答。準備好了嗎?我們開始上課囉!

感冒是什麼?常見的症狀有哪些?

感冒簡介

感冒的定義是指是某些病毒感染上呼吸道(喉嚨、鼻子的粘膜)所引發的輕微症狀

會造成感冒的病毒高達上百種,就連醫師都無法通通背出來給你聽。常見造成感冒症狀的病毒包括:鼻病毒、冠狀病毒、腺病毒…等。在這些病毒感染後,常會開始產生一些感染的局部症狀,例如:流鼻水、鼻塞、喉嚨痛、打噴嚏

但病毒也不是乖乖地只會侷限在上呼吸道的粘膜中繁殖,有時病毒會進入血液中繁殖,或因為免疫反應造成一些全身性的不舒服,常見的症狀有:輕微頭痛、全身倦怠,或是低溫的發燒

感冒的定義是指是某些病毒感染上呼吸道(喉嚨、鼻子的粘膜)所引發的輕微症狀。圖/pixabay

產生這些惱人的症狀不全然是壞事,因為這些症狀其實是人體免疫系統機制的自然反應。當身體感受到有外來物入侵時,體內的免疫反應就會啟動,派出免疫細胞來對抗這些外來物。在與外來物對抗的過程中,身體常會造成一些發炎反應,感冒時的鼻塞、流鼻水和喉嚨痛…等,其實就是免疫系統與病毒作戰的過程中所造成的。

多數的感冒不會怎麼樣,不舒服個幾天通常就會好轉,只有少數的人會因為呼吸道粘膜破損後,導致繼發性的細菌感染,產生細菌性鼻竇炎、化膿性扁桃腺炎等問題。但流行性感冒(俗稱:流感)就不是這麼簡單,在年長者以及幼兒身上,如果得了流感,產生嚴重併發症的風險就高了許多。因此在介紹感冒相關的自我緩解與治療之前,一定要先教大家怎麼區分感冒和流感。

感冒和流行性感冒有什麼差別?

感冒與流感到底有什麼不一樣?這是很多民眾都會有的疑問。簡單來說,感冒的致病原是多達數百種的不同病毒,比較常見的如:鼻病毒、冠狀病毒、腺病毒。流感則是由流感病毒引起的急性呼吸道傳染病。

兩者可能會出現一些類似的症狀,但和一般感冒相比,流感容易出現明顯的頭痛發熱、倦怠、肌肉酸痛等症狀,且通常症狀發作較突然,痊癒所須時間比一般感冒長,約需 1-2 週甚至數週才能完全恢復,而且比一般感冒更容易引發併發症,嚴重時甚至會導致死亡。

要怎麼簡單區分感冒與流行性感冒呢?我們以表格比較的方式整理如下:

感冒和流行性感冒的差別

但別忘了,這個表格只是參考。實際要確認是不是流感,最好還是經由醫師的臨床診斷,或者是必要時由醫師安排流感的快速篩檢喔!

感冒了到底要不要立刻看醫生呢?這件事情有點國情因素。假設你在一個地廣人稀,就醫不方便的地方,例如美國的中、西部,那為了感冒去看醫生真的是很奢侈的事,實際上不只是耗時,花費也很高。但台灣的就醫便利性高,很多人會選擇去看醫生。如果真的忙起來,暫時沒空去看醫生,那也沒關係,只要症狀比較像是單純的感冒,通常可以先嘗試一些症狀自我緩解的方式。

感冒如何自我緩解?自己去買藥有效嗎?

許多人都會想問的問題的是:感冒一定要吃藥嗎?

其實如果沒有嚴重不舒服的症狀,一般的感冒是可以嘗試著自我緩解的,不一定要吃藥。感冒造成的不適症狀,通常都會在幾天內自行痊癒。以一般免疫正常的健康人來說,有症狀的時間大概 5 天,長的時候會拖到一週左右,症狀就會緩和下來。

感冒時醫師會衛教大家的自我緩解方式,不外乎就是多喝溫開水、多休息。如果感冒的症狀比較複雜一些,或是不舒服的情況已經影響到生活作息和工作,有些人會選擇就醫和服用成藥來緩解這些不適的症狀,不過還是建議在購買的當下可以諮詢過專業醫藥人員比較適當喔!

有些人會去藥房找藥師買些綜合感冒藥來改善感冒症狀,我們將感冒藥的相關成份跟大家做個介紹。

許多人都會想問的問題的是:感冒一定要吃藥嗎?答案是:不一定。圖/torange

市售的綜合感冒藥有哪些成分?

市售的綜合感冒藥大部分是以緩解感冒的症狀為目的,並沒有辦法縮短感冒的病程。白話一點來說,感冒藥緩解症狀的效果可以讓你感冒的過程比較好過一點,但沒辦法讓你少難過幾天。

實際上要治癒感冒,還是必須仰賴每個人體內的免疫系統。所以在選擇感冒藥時,就是以治療感冒的症狀為目標。如果有頭痛、發燒的症狀,可以選用成分含有退燒止痛效果的藥品。發生鼻炎相關的症狀,可以選用緩解鼻塞、流鼻水成分的藥物,其他症狀也適用相同的選購原則。

一般常見的綜合感冒藥成分大都相似,通常同時包含退燒止痛藥 、抗組織胺、止咳祛痰…等成分。主要的差別在每個品牌或藥品品項,各個成分劑量上比例的調整。建議在購買時,務必要詢問專業醫療人員來確認是不是符合自己目前的症狀,才是比較有保障的作法。

市售的綜合感冒藥大部分是以緩解感冒的症狀為目的,並沒有辦法縮短感冒的病程。圖/pixabay

在服用綜合感冒藥時,一定要按照建議的使用劑量來服用。尤其是感冒藥水,時常耳聞有民眾習慣一次就灌下一整瓶,或是同時服用兩種品牌的產品,這其實是不恰當的。過量使用感冒藥物,不旦不會好比較快,其中的成分可能會加重肝腎負擔,需要特別留意。

雖然多數感冒都未必要去看醫生,但麻煩的是,有些感冒後來可能演變成進一步的細菌感染。另外有些初期像是感冒的症狀,後來可能其實不單純是感冒,嚴重時可能讓你住院,甚至是有死亡的風險!為了避免大家的不安,我們將就醫的時機整理如下。

感冒什麼時候必須去看醫生呢?

感冒過程中,如果發生以下的狀況,建議還是要去就醫,請醫師幫你做個評估與檢查。

  • 如果出現發高燒(體溫超過 38.4 度)
  • 發燒持續 5 天或更長時間、間歇性發燒 (可能是細菌感染)
  • 呼吸短促、呼吸會喘 (可能引發了肺炎)
  • 嚴重喉嚨痛(吞嚥會痛)(可能引發嚴重的咽喉炎或扁桃腺炎)
  • 鼻竇疼痛時 (可能引發了鼻竇炎)

當上述感冒症狀影響生活作息或工作,還是會建議就醫檢查治療。

到底感冒到什麼程度要去就醫呢?圖/flickr

雖然一般感冒很少發生嚴重的併發症或者是致死, But ,問題就在這個 But ,很多嚴重的疾病,一開始的症狀就很像感冒,但隨後會發生可能致死的併發症。例如病毒性的腦炎(腦膜炎)、病毒性心肌炎、急性肝炎、急性腎衰竭、急性肺炎,這些疾病往往初期表現和一般感冒很難區分。

因此密切觀察症狀變化,就是預防這些嚴重疾病造成傷害的重點。如果沒發生這些症狀,多數狀況下就是沒事,只需要症狀治療就可以。但若是發生以下症狀,請務必立刻就醫

  • 急性腦膜炎:可能發生劇烈頭痛、癲癇、抽筋、意識狀態不清
  • 急性心肌炎:臉色蒼白、冒冷汗、心跳過慢、血壓下降
  • 急性肝炎:黃疸
  • 急性肺炎:高燒三天以上不退、呼吸窘迫、喘不過氣
  • 急性腎炎:突然無尿,快速水腫

發生這些症狀,千萬不要輕忽。請就近找醫師為你診治,避免發生嚴重的併發症。

嬰幼兒感冒何時需要就醫?

嬰幼兒的問題是,不太會描述自己的症狀。當家長發現孩子有感冒症狀時,可以先在家休息嘗試自我緩解的方法,並留心觀察孩子精神、活動力以及食慾的狀況,如果孩子出現體溫升高或持續發燒超過 2 天以上、出現熱痙攣(抽筋)的狀況;或是有食慾不振、活動力低落、持續昏睡、呼吸困難或呼吸急促、無理由地哭鬧不安…等情形時,就有併發比較嚴重感染的可能性,而不只是普通的感冒,以下我們列出的症狀請家長務必留意,建議盡快就醫治療。

何時需要就醫?

  • 體溫高於 101°F ( 38.4°C )的發燒持續三天以上。
  • 鼻塞在 14 天內沒有改善或持續惡化。
  • 眼睛變紅或出現黃色分泌物。
  • 耳部感染有徵兆或症狀(疼痛、耳朵抽搐、躁動)。

何時需要立刻就醫?

  • 長時間拒絕吃或喝東西。
  • 行為改變,包括煩躁不安或嗜睡(對外界反應減弱)。
  • 呼吸困難或呼吸急促。

嬰幼兒發生以上症狀時,千萬不要輕忽。請就近找醫師為孩子診治,避免發生嚴重的併發症,甚至可能對器官造成永久的損害或影響生命安危。

感冒何時需就醫

感冒是每個人一輩子幾乎都躲不掉的疾病。每個人一年當中,往往都要得過好幾次感冒。對於這麼常見的疾病,你真的完整了解過它嗎?只有正確了解疾病,才能安心戰勝病魔。

參考資料

  1. Uptodate:The common cold in adults: Diagnosis and clinical features
  2. Uptodate:The common cold in adults: Treatment and prevention
  3. Uptodate:The common cold in children: Clinical features and diagnosis
  4. Uptodate:The common cold in children: Treatment and prevention
  5. Uptodate:Patient education: The common cold in children (Beyond the Basics)
  6. Mayoclinic
  7. 衛生署疾病管制署 流感專區

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聽~媽媽的話,媽媽語的秘密

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  • 作者/成功大學心理學系系學會學術部門|希望能藉我們所學,讓心理學走進生活,也讓大眾更了解真正的心理學。

週末的午後,總會在公園看到許多父母推著自己的小嬰兒去散步,讓孩子認識、接觸大自然。在父母帶嬰兒散步與認識這個世界的同時也免不了的總會聽到:「小寶你看,是狗狗耶!」;偶爾看到孩子受傷或遭蚊蟲叮咬後也會聽到:「來~幫你呼呼,痛痛不見了喔!」。

你是否曾經想過,為什麼每當我們嘗試著跟小嬰兒對話時,總會不自覺地使用一些和一般對話相比較為可愛、有趣的講話方式呢? 而這樣的溝通方式在發展心理學上我們就稱之為「媽媽語1

週末的午後,總會在公園看到許多父母推著自己的小嬰兒去散步,讓孩子認識、接觸大自然。
圖/pexels

媽媽語到底是什麼?

「媽媽語」所指的就是在和小孩對話時所使用的具有較高音頻較慢語速;在語彙使用上較為簡單或重疊,並且在表述意象和臉部表現上會較為誇張、清晰的語言。研究發現媽媽語不只更容易引起嬰兒的注意,也有助於嬰兒有效率的學習發音並了解字彙意義。2媽媽語,另一種稱法則為嬰兒導向語言 (IDS, Infant-directed speech),而與其相對的即為成人導向語言 (ADS, Adult-directed speech)。

高頻聲音及緩慢語速

至於媽媽語究竟為何會有以上所述的這些特性呢?首先,嬰兒腦袋的發展中針對高頻聲音的部分較早發育成熟3,繼而使嬰兒對高頻語音產生較佳的注意力,以利其語言的學習。

再者,嬰兒較慢的語速往往夾帶了更為鮮明而清楚的抑揚頓挫及節奏,也因此讓嬰兒更容易將日常聽到的語句做正確的切割,讓句子更易於辨認,進而強化嬰兒對整串話語的熟識及理解。

圖/pixabay

簡單且重複的語句

兒童語言發展階段中,當小孩在一歲到兩歲的時候,他們所發出的聲音將不再只是無意義的喃喃自語,他們會開始將單字與所指稱的事物連結在一起,而此時媽媽語則扮演孩子語言發展中的重要推手。

透過不斷重複相同而簡單的單詞,幫助孩子增進對單詞的印象及單詞義涵的理解,這個現象就好比在一首歌曲中,副歌(也就是一首歌曲的重點!)總喜歡不斷的重複強調,再用易懂或是包含重點的語句來讓整首歌曲更容易被記住及了解,而媽媽語便是這樣相同的概念。4, 5, 6

圖/pixabay

誇大的肢體動作及臉部表情

當我們在觀察媽媽對小孩子說話時,也常常會發現媽媽在言談內容中表達較為誇張的意象,同時搭配比較多的肢體語言及臉部表情的變化,似乎是在試圖幫助他們的孩子能夠更容易理解自己的意思並引導孩子注意自己的語句。

舉例來說,當演員在舞台上演戲時,他們往往會使用較為明顯且誇大的肢體動作及臉部表情以吸引觀眾的目光,而媽媽語便是與此同理。1

圖/pixabay

清晰的語句

除了對話的內容與語調,我們在與小孩對話時也會比平常更注意自己的咬字,就像是一位成功的演講者,為了向聽眾清楚傳達想法或信念,不會選擇用含糊的咬字進行演說,因為這樣會讓聽眾無法精準了解所要傳達的內容。而咬字清晰的媽媽語更能促進孩子語言的學習與產生,較適合做為小孩語言學習的典範。7

圖/pixabay

媽媽語對小孩的語言學習影響

媽媽語這種溝通的方式,幾乎是每個人面對小孩時的說話模式。然而,在 Maude Beauchemin 2011 年的研究8中發現,小孩對於媽媽和陌生人說話的聲音會有不同的反應 ── 當媽媽講話時,小孩的左腦有較強烈的反應;而陌生人說話時,則是右腦反應較強烈。這項研究結果說明媽媽講的話對小孩在語言學習上有較大的幫助,因為人類的語言學習區在左腦,而右腦僅能負責「聲音」的辨識,不能做「語言」的 處理。

此外,在另一項 Leong V, Kalashnikova M, Bu rnham D, Goswami U 在 2014 年利用 EEG 所做關於腦波的研究中9也發現到當母親在使用媽媽語向小孩說話時,小孩與母親的腦波圖形會有趨近同步的現象,而這個現象提升了小孩在聆聽話語時的專注度及理解度,進而促進了他們對語言學習的效果。7

圖/pixabay

至於媽媽語誇大的音調變化和豐富的臉部表情可以促進小孩情緒的學習和表達,他們可以透過清楚的臉部表情和明顯的語調變化了解並分辨不同的情緒,並作出相對應的行為,例如媽媽生氣的大聲說話時,他們就會停下手邊正在做的事,並學習這是一件不對的行為;或是媽媽用愉悅的語調說話時,小孩也會感到開心等,進而促進小孩的社會化。10

所以盡情使用媽媽語吧!

透過媽媽語的說話方式,不只可以吸引孩子的注意,也能增進孩子對於語言及情緒的發展。如果父母用媽媽語跟小孩對話還可以藉此促進親子感情喔!

下次有機會跟小孩相處的時候,不要害羞或覺得用這種方式講話很羞恥,使用媽媽語與小孩愉快的相處吧!7

圖/pexels

參考文獻

  1. 羅伯特‧凱爾, 約翰‧卡瓦納夫(2016) 。發展心理學(上)—兒童發展( 6th ed.) (游婷雅、郭俊顯)。出版地點:洪葉文化。(2012)
  2. Thiessen, Hill, & Saffran (2005).Infant-Directed Speech Facilitates Word Segmentation. Department of Psychology and Waisman Center University of Wisconsin–Madison, USA.
  3. Laurel J. Trainor & Christine A. Zacharias (1998). Infants Prefer Higher-Pitched Singing. Infant Behavior and Development ,21(4), 799-805.
  4. Fisher C & Tokura H (1995). The given-new contract in speech to infants. Journal of Memory and Language, 34(3),287-310.
  5. Grieser, D. L., & Kuhl, P. K. (1988). Maternal speech to infants in a tonal language: Support for universal prosodic features in motherese. Developmental Psychology, 24(1), 14-20.
  6. Soderstrom M, Blossom M, Foygel R & Morgan JL (2008, Nov) Acoustical cues and grammatical units in speech to two preverbal infants. Journal of child language. 35(4),869-902.
  7. Catherine Saint-Georges, Mohamed Chetouani, Raquel Cassel, Fabio Apicella,  Ammar Mahdhaoui , Filippo Muratori , Marie-Christine Laznik , David Cohen (2013). Motherese in Interaction: At the Cross-Road of Emotion and Cognition? (A Systematic Review). Atsushi Senju, Birkbeck, University of London, United Kingdom.
  8. Maude Beauchemin  Berta González-Frankenberger  Julie Tremblay Phetsamone Vannasing  Eduardo Martínez-Montes Pascal Belin  Renée Béland Diane Francoeur Ana-Maria Carceller  Fabrice Wallois Maryse Lassonde (2011, Aug). Mother and Stranger: An Electrophysiological Study of Voice Processing in Newborns. Cereb Cortex. 21(8), 1705–1711.
  9. Leong, V., Kalashnikova, M., Burnham, D., & Goswami, U. (2017). The temporal modulation structure of infant-directed speech. Open Mind, 1(2), 78-90.
  10. Fernald, A. (1993). Approval and disapproval: Infant responsiveness to vocal affect in familiar and unfamiliar languages. Child development, 64(3), 657-674.
  • 撰文者:白耀升、范子嬪、莊明儒
  • 指導教授:成大心理系 胡中凡教授

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背後中箭、大啖貝類,史前南科住了誰?

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 執行編輯|林婷嫻、美術編輯|張語辰

南科考古發現 5000 年前的園區新貴(?)

出土遺骸背後插著頁岩製成的箭,大量貝殼從遺址中挖出。南科園區曾是海洋,隨著洪氾沖積成平原,距今 5000 年前人們來到此地,運用各種環境資源謀生存。

來到南科考古工作室,挖故事的人──李匡悌(南科考古計畫協同主持人),與我們分享南科千百年前的生活。
攝影│張語辰

我以前和你一樣也是個冒險家,直到我的背後中了一箭

背後中箭,不是險惡的現代社會才有。南科遺址中,看到墓葬死者背後被射了幾箭,史前文化住民的鬥爭躍然眼前。這些箭鏃呈現運用環境資源的策略,有的是動物骨骼磨製,例如鹿角、鈍鋸鮫牙齒;有的是頁岩或板岩,其頁理明顯、易加工成尖銳片狀。

南科南關里東遺址出土,大坌坑文化時期的遺骸,背後插著頁岩箭鏃(紅色虛線標示)。
攝影│張語辰

南科遺址中,另有一類環境資源被大量發現,那就是「貝殼」。遺址中可以看到雲母蛤製成的貝刀、堆積成疊的血蚶殼、穿孔就變飾品的榧螺、製成勺器的硨磲貝殼等等,也有混著貝殼砂的陶器,若將鹽酸滴在陶器表面,會與貝殼的碳酸鈣產生化學反應、冒出小小的白泡泡。

值得注意的是,其中硨磲貝常見於恆春半島或澎湖等地,並非生長於台南附近海域。李匡悌推論:「應為外地捕撈或貿易獲得。而且硨磲貝生長在需潛水才能觸及的深度,不是彎腰就能撿到,推測史前文化住民就像海女般已會潛水技術。」

南科南關里東遺址出土,大坌坑文化時期以硨磲貝製成的勺器。
圖片來源│南科考古隊

南科三寶埤遺址出土,大湖文化時期的遺留,骨骸下方堆積著血蚶殼。
攝影│張語辰

原來南科史前文化住民屬於狗派?

除了背後會中箭、愛吃或常使用貝類,古今人們還有一個相似處──飼養小狗。在南科南關里遺址出土了 4 具犬隻骨骸,骨架保存完整,且其中 2 具擺放方向朝南、與埋葬人體的頭向相同。南科考古隊研判在距今 4000-5000 年的大坌坑文化時期,這些犬隻可能被視為家庭或社群成員,而不是被拿來當食物。

南科南關里遺址出土,大坌坑文化時期的「臺灣第一狗」,是目前臺灣最早養狗的證據。
圖片來源│南科考古隊

以上這些考古發掘,只是南科遺址中幾顆耀眼的星星。在猶如滿天星斗的南科眾多遺址中,可觀見一個共通點:史前文化住民的生活,與環境自然資源密不可分。

用貝殼寫下史前的食記

南科考古計畫協同主持人李匡悌,也是中研院歷史語言研究所的研究員,著重於以生態學的角度,探討史前文化住民與生態環境的互動。

李匡悌一邊開車前往南科考古工作室,一邊指著車窗外高大的南科廠樓說:「這裡以前都是海。」南科園區在距今 6000 年前原是汪洋,經過曾文溪逐年洪氾沉積,海岸線不斷往西推移,人們得以在此定居。

海邊除了是史前文化住民的遊樂場,也是食物的來源,尤其是退潮的海灘、積水的水塘,有許多貝類容易撿拾,有吃又有拿。證據是南科出土的大量貝類遺留,其中南關里遺址發現 21 科 47 種的貝類,總重量 2525 公斤;累計貝殼件數最多為「刻紋海蜷」(共 56441 件),累計總重量最重為「近江牡蠣」(共 412.6 公斤)。

南科南關里遺址出土,累計貝殼件數最多的「刻紋海蜷」。
圖片來源│南科考古隊

南科考古隊以碳、氧同位素分析這些出土的貝類遺留,回推其被採收時的溫度與水體環境,發現南科遺址的六個不同文化時期(大坌坑、牛稠子、大湖、蔦松、西拉雅、近代漢人),一年四季都有採貝活動,但以「秋冬」最多。

李匡悌說明:「這現象可能的解釋是,如同現在人們認為秋冬的海鮮最肥美好吃,史前文化住民也在這個季節吃得比較多。是人類和自然環境的互動。」

南科遺址中常見的牡蠣,現今仍可見於臺灣的餐桌。但遺址中頻繁出現的血蚶、結毛蚶、紅樹蜆、雲母蛤等等,皆已在臺灣西南部海岸消失多時。「西南部海岸線的變化、人類過度捕食、人為開發影響環境,這些都是原因。」借鏡史前,李匡悌希望提醒人們運用環境資源的分寸。

至於為何小小的「刻紋海蜷」留下的貝殼件數居冠?明明有更大、肉更多的牡蠣可食用,為何史前文化住民想吸食這種肉少少的「燒酒螺」,難道是因為嘴饞?

來自臺師大地球科學系的團隊成員黃映琁提到:「這是量測出來的事實,背後的因果關係我們也很好奇。」南科遺留被挖掘出來,透過科學方法分析後,仍繚繞層層雲霧等待撥雲見日。

解決問題的樂趣,大於發現遺物的樂趣!

「我們的任務是,透過科學方法、科學理論,找出遺址遺物背後的故事。」李匡悌推了一下眼鏡說。鏡片前方有四尊模擬的史前人像,是《南科史前文化住民面部復原研究計畫》的成果。

團隊挑選幾具保存較為完整的頭骨,拼合頭骨、利用 3D 掃描和 CT 掃描輸出 1:1 模型,再依法醫人類學 (Forensic anthropology))塑造肌理、貼上皮膚,還原史前文化住民的長相。

左邊兩位蔦松文化人,屬於南方臉孔。右二的大湖文化人、右一的大坌坑文化人,屬於北方臉孔。
攝影│張語辰

李匡悌指著頭像說明:「左邊這兩人頭型較小、是典型南方臉孔,右邊這兩人是北方挺拔粗獷的輪廓。這些都是在南科遺址出土的頭骨,可以看到史前的人來人往。」

而動物骨骼出土後,會來到南科考古隊的「動物骨骼室」。先秤重計量、清理剔土後,再與現有生物的骨骼標本比對分類,並登錄建檔以供後續研究,例如分析史前這些動物在哪出現、推論當時人們捕捉動物的技術。

至於史前住民製作的文化遺物出土後,例如石器、陶器,會來到「繪圖室」描繪紀錄。先測量遺物的口徑、剖面、厚度,也會分析製作方法與接合點,再拍攝、點描、彩繪並完稿。

南科考古工作室中,動物骨骼室和繪圖室的工作情景。
攝影│張語辰

「為什麼相機那麼發達,還要手繪?」李匡悌挑眉提出這個問題。

因為在同一張手繪圖中,可以同時呈現遺物外層與內層的結構,例如石器表面的粗糙程度、打磨的質理,陶器的口徑大小、紋路細節等等。「這是僅靠一張照片無法取代的。」李匡悌這句話中,蘊含考古的職人精神。

南科考古工作室中,這些距今 5000 年到 300 年前的遺留是如何被發現?時光要倒轉回到 1995 年,那偶然的一鏟。

用怪手挖 vs. 用人手挖的考古大挑戰

為了發展高科技產業,1995 年行政院選定台南新市、善化、安定之間,作為南部科學工業園區台南園區基地(本文簡稱南科)。但那一鏟開發下去發現……地下怎麼有奇怪的東西?越掘越多、越挖越廣,分布於不同岩層、不同地段的遺址,通通現身和工程人員打照面。

南科地屬曾文溪洪氾區,土壤堆積迅速,以致遺址多深埋地下 1~8 公尺,在過去的農耕活動或小型工程不易被發現,直到南科大規模開發才得以深掘。中研院史語所的臧振華研究員與團隊實地調查,向當時的國科會提出建議,依據〈文化資產保存法〉希望在工程開發前搶救南科遺址。

於是 1996 年,南科園區出現人機競速奇觀。

怪手、卡車、鑽岩芯機轟隆隆開挖基地,塵土飛揚不遠處,一群來自中研院、臺灣史前文化博物館的南科考古團隊,蹲在一個個方坑中,小心翼翼地拿著小鏟,一層層挖掘長埋地下的文物。工作人手從個位數,逐漸增加到一兩百人。

考古工作並不只靠考古隊的付出,也有賴政府的協商、廠商的讓步。為了平衡南科園區施工作業的延宕,有時考古隊會挖到夜晚、與月娘搶時間。

 

1998 年,南科考古隊於南關里遺址進行夜間發掘。
圖片來源│南科考古隊

南科遺址有些埋藏較深,發掘時也有危險性。
圖片來源│南科考古隊

「是在挖寶嗎?」、「那用怪手來挖不是更快?」南科考古隊偶爾會聽到旁人這麼詢問。「我們不是在挖寶,我們是在考古。」儘管這麼回答,問者仍然露出納悶的眼神。

人進去、文物出來,考古發大財?

電影中的挖寶、盜墓者可以任意挖掘,只在乎挖到有金錢價值的物品。但考古要找尋、紀錄、保存發現的遺址遺物,並且遵循國家法律規範。有些人聽說「考古很賺錢」,李匡悌笑笑地搖頭,「那不是考古的目的。」

考古是為了讓世代了解:不是只有我們住在這。

透過考古出土的各種文物,可以重建古代人類如何生活,包含如何吃?怎麼住?與生態環境的關係?社群組織、宗教信仰等問題。若想了解臺灣這塊土地的史前史、亞洲和太平洋地區的文化發展史,南科遺址出土的文物也可提供許多證據。

至今南科共發現 68 處遺址,比對出土層順序、遺物遺跡的類型風格,結合放射性碳 14 的年代測定,可以辨識出六個時期文化:最早到達的先民「大坌坑文化」,落地生根的「牛稠子文化」,新來的人群「大湖文化」,使用鐵器的「蔦松文化」,平埔族的祖先「西拉雅文化」,以及唐山過臺灣的「漢人文化」

南科遺址包含六個文化時期。
圖片來源│南科考古隊

其中大坌坑文化是南科目前已知最早的史前文化,主要分布於南關里遺址、南關里東遺址,埋藏深度分別約為海拔 -1.1 及 -1.6 公尺。

南科遺址的發掘,就像滿天星斗照得考古學家瞳孔發亮。出土的遺物有陶器、石器、玉器、古角器、鐵器、銅器、玻璃器等,也有來自生態環境的植物種子、動物骨骼。遺跡則可見到建築遺痕、墓葬、溝渠、水井和灰坑等等。

南科遺址分布位置圖。
圖片來源│南科考古隊

1999 年開始參與南科考古,二十多年來,李匡悌持續開車往返南港中研院與南科園區,高速公路變成穿越現代與史前的時空隧道。問這番舟車勞頓累不累,李匡悌回答:「生活不會有不累的時候。」週間與團隊埋首考古研究,週末就提醒自己多將時間留給家庭。

李匡悌家中養了一隻非洲灰鸚名叫 「Forever」,以前很愛講話、大叫自己的名字,最近卻埋首拔自己的毛、悶悶不樂,獸醫師看診後提醒「你們太少關心牠了。」採訪結束,開著車離開南科考古工作室的李匡悌,想起家中的非洲灰鸚,靦腆地說:「是該好好陪陪家人啦!」

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本文轉載自中央研究院研之有物,原文為背後中箭、大啖貝類,史前南科住了誰?,泛科學為宣傳推廣執行單位

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打造聲波到耳朵的直達車,改善輕微聽損者的課堂困擾

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 執行編輯|林婷嫻、美術編輯|林洵安

輕微聽損的學生、長輩,因為空間距離、背景噪音,無法聽清楚老師或講者的話語。這種情況,常在課堂與演講中被忽略。中研院張佑榕、曹昱團隊與跨單位合作,打造智慧聽 APP 助聽系統,讓聲音直送耳朵,學習沒有距離。

課堂和演講中,每個人都能聽得清楚嗎?有些並不是。
圖片來源│iStock

世界上最遙遠的距離,是你在我面前,但是我聽不到

孔子曰:益者三友,友直,友諒,友多聞。而「聞」的前提,就藏在象形字的奧妙中,需要靠「耳」來聽取知識。若是學齡兒童有聽損情況,無法將眼前的「文字」與「聲音」相連結,會造成學習效果下降(註一);對於聽覺稍微退化的長輩來說,聽不清楚旁人的話語,也會心生社交壓力。

生活中常見的聽覺阻礙是:背景噪音、聽者與說話者的距離。

觀察到這些聽覺阻礙,受到馬偕醫學院張秀雯助理教授的邀請,加上雅文基金會張逸屏研究員的合作,中研院資訊科技創新研究中心的副研究員──張佑榕、曹昱,實驗如何透過便利的方法,來解決「因為空間距離和背景噪音,而聽不清楚」的輕微聽損問題。

為聲波打造一班到耳朵的直達車

我們可以將「聲波」想像成一位旅者,這位旅者從說話者的嘴巴出發,要到達聽者的耳朵,需要經過一大段空間。張佑榕和曹昱的解決方案是:「我們可以縮減這段空間,讓聲波這位旅者,直接跳到聽者的耳朵」。

這種「聲音直送」的助聽功能,傳統上是透過 FM 調頻系統來達成,但市面上的調頻助聽系統,售價約為臺幣 6 至 8 萬元,並非人人負擔得起,或是有些輕微聽損者還用不到如此高規格的輔具。

幸好,大多數人都有手機,手機又相當強大,張佑榕、曹昱決定用智慧型手機來實現「調頻助聽系統」的功能。

手機安裝「智慧聽」App、搭配藍芽耳機,就能變成類似「調頻助聽系統」的聽能輔具。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片

那麼,要如何讓聲波透過手機走捷徑呢?生活中常用的無線通訊──藍芽和 Wi-Fi,可以為聲波搭出一條高速道路。如下圖所示:

小型課堂或社交場合,說話者的聲音經由面前的手機、藍芽傳輸,直送聽者的藍芽耳機。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片
圖說重製│林洵安

大型課堂或演講,講師的聲音經由面前的手機、Wi-Fi 傳輸,直送聽者的手機和藍芽耳機。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片
圖說重製│林洵安

抗噪學問大,如何提高聲音傳播品質?

「聽者與說話者的距離」這個聽覺阻礙,透過無線通訊解決了,但還有另一個問題:背景噪音。

上課時同學很吵、講座場地反射回音,這些噪音都會附加於講者的聲音,讓輕微聽損者聽不清楚。因此,曹昱在智慧聽 APP 加上除噪功能,「目前我們是採用 GMAPA (適應性噪音消除演算法,註二),之後會嘗試用深度學習模型來消除噪音。」

日常生活中,就算聽覺健全,有時還是會聽錯別人說的話。考量這個情況,智慧聽 APP 另外加上「錄音」和「語音轉文字」的功能,除了可以重複聆聽確認,也能透過文字判讀聽到的話語。

「若是今天老師講的,我聽懂了七八成,那我再參照文字就能理解九成」,曹昱說明,目前文字是顯示在手機 APP ,若未來能結合穿戴式裝置,例如眼鏡,就能即時將關鍵字顯示在眼鏡上,透過視覺來輔助聽覺。

「智慧聽」 APP 誕生:工程研究是為了解決人的問題

擅長「語音處理」的曹昱、專精「無線通訊」的張佑榕,兩者的研究融合一起,加上團隊成員協力,變成有助於人的「智慧聽」 APP。
攝影│張語辰

無論是語音處理、或無線通訊的研究,都是用數學來解決生活問題。不過其實最初跨入這兩個研究領域,初衷是基於好奇心。

談到無線通訊這門學問,張佑榕說:「我們做研究比較像在解一個工程應用的數學問題,透過數理邏輯的推演,這過程很有趣。」從小雖然喜歡數學,但考量數學系太理論,而推甄到偏向應用的電機系,進入無線通訊的領域。

喜歡研究主題有「人味」的曹昱表示,語音處理的題目很有趣,而且可以應用到醫學和工程相關領域,幫助需要的人、讓生活更好。

除了可以發表論文,最快樂的是看到 APP 被點五顆星,留言說很好用。

術業有專攻,建構智慧聽 APP 的過程中,其實最難的是──找到會寫 APP 程式碼的成員。「我們會寫音訊處理、無線通訊、深度學習這些模型,但 APP 的程式和介面設計,依靠林祐成、Alan Chern、Kylon Chiang、賴穎暉教授協力完成與測試。」

團隊亦透過問卷調查使用者的反應,比較「智慧聽 APP」和「調頻助聽系統」的差異。調查結果發現,音質的分數相當,「但經濟實惠這個指標,我們的分數好非常多」。而因藍芽技術的問題,音訊會有一點點延遲,則是後續優化的項目之一。

當課堂和演講中聽不清楚的問題,透過智慧聽 APP 輔助解決後,更能達成因材施教、活到老學到老的目標。

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※編註:智慧聽 APP 為 Android 系統版本,若 iOS 系統使用者有類似需求,可運用 AirPods 變成輔聽器。

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本文轉載自中央研究院研之有物,原文為課堂裡的隱性需求:聽不清楚、不敢舉手,泛科學為宣傳推廣執行單位

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心臟、尾鰭與脊椎,那些以斑馬魚進行的「再生」研究

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 採訪編輯|王怡蓁、美術編輯|張語辰

渦蟲切不盡,春風吹又生

2016 年中研院的院區開放,陳振輝進行一場「如何跟金鋼狼一樣再生複雜組織?」科普演講,有個國小小朋友問:「渦蟲最多可以切成幾段?」當開始問這個問題,就離了解再生機制更近一步。而若能了解越多,就離增強人類組織與器官再生能力更近一步。

本文專訪中研院細胞與個體生物學研究所的陳振輝助研究員,了解為何及如何透過「斑馬魚」研究「再生」。
攝影│張語辰

擁有再生能力,也許能一圓人類的長生不老夢

長生不老的確是有可能的,像是渦蟲在實驗室生存條件充足的情況下,會將自己的身體拉成兩段,各自再生成完整的個體。這種可以極端再生的生物,存活的時間似乎沒有限制。

一百年前,美國諾貝爾獎科學家摩爾根( Thomas Hunt Morgan )曾經將渦蟲切成 279 塊,發現這 279 塊渦蟲仍然可以再生回來。但若以最小的單位,也就是「一顆細胞」能不能再生為「一隻渦蟲」呢?這個答案也是有機會。

若將渦蟲分解成單細胞(幹細胞),只憑這個幹細胞無法再生成一隻渦蟲。但若是將這個幹細胞移植到被放射線照過的渦蟲身上,原本被放射線照過的渦蟲會在兩週左右死亡,但植入幹細胞的渦蟲卻可以重新恢復再生能力,這好像是讓殭屍復活一樣!(Wagner et al., 2011)

再生的最小單位似乎可以說是幹細胞,但這是在有限制的條件下,且環境也相當重要。

為什麼會想研究「再生」?

十多年前當我在陽明大學生化所讀碩班時,研究的是中草藥抗氧化物的純化,當時對免疫學感興趣,在中研院擔任助理的階段、還有剛到美國時也待在免疫學研究的實驗室。在達特茅斯學院遺傳所讀博士班二年級時,才轉換到「生理時鐘」的研究。

當時以「麵包黴菌」來觀察光反應對生理時鐘的影響,黴菌為了適應光線會產生「胡蘿蔔素」,但產生到一定的量便會停止,從黴菌感受光的調控機制可以在分子層面上去解釋其它生物對光的適應性,這系列的實驗非常有意思。

黴菌跟老鼠與人類一樣擁有生理時鐘,也會受到光反應調控,然而,在老鼠與人類身上解釋光反應對生理時鐘的影響十分複雜,用黴菌來觀察較為容易。

在博士班畢業的前一年,大部分的博士生會轉換研究題目來增強自己的學術能力,那時我問自己:「什麼是我一輩子做了會覺得有趣的事?」

偶然看到幾篇有關「渦蟲再生」的研究論文,當時的我覺得這個主題很酷,於是申請了幾個研究再生機制的實驗室,後來在美國杜克大學醫學院的細胞生物學實驗室,與教授 Ken Poss 相談甚歡,因此加入了這個以斑馬魚研究再生的團隊。這個實驗室從我剛加入時大概有七、八個人,現在已經有二十人,顯示學界對於再生研究有濃厚興趣。

從斑馬魚可以得知哪些「再生」訊息?

在 Ken Poss 教授的實驗室中,目前三分之二的人都以斑馬魚研究「心臟再生」。根據衛福部的統計指出,台灣的第二大死因是心臟病,而美國則位居第一名,因此美國非常重視心臟的再生研究,也投入大量的資源支持。另外,用斑馬魚研究「脊椎再生」也是熱門的項目。

我自己是研究斑馬魚的「尾鰭再生」,也許有人會覺得尾鰭是魚類特有的器官,但尾鰭再生的研究,也許有機會應用於生物的斷肢再生。

紅線是斑馬魚尾鰭被截斷的部位,一般的斑馬魚會再生尾鰭(左圖),但基因突變的班馬魚會失去再生能力(右圖)。陳振輝團隊藉由誘發基因突變,找出是哪個基因出問題?也許就是觸發再生機制的關鍵。
圖片來源│Chen et al., (2015). Transient laminin beta 1a induction defines the wound epidermis during zebrafish fin regeneration. PLoS Genet 11 (8), e1005437.

現在在我們的實驗室,主要探索斑馬魚「表皮細胞」如何分工合作進行再生,下一步也想觀察斑馬魚尾鰭中其它細胞的運作,比如說若把尾鰭的「神經細胞」截斷,再生將無法進行。因此,了解各種細胞在再生過程中扮演的角色,是了解再生反應重要的方向。

從像斑馬魚這種「模式動物」去提出問題,需植基於許多理論基礎,要建立模型以及問對問題,這個過程的確很難。

當時我們實驗室的老闆 Ken 是建立斑馬魚心臟再生模型的初始者,還記得 Ken 說過 一開始要說服大家,斑馬魚可以用來做心臟再生的研究,大家都很難理解。(Poss et al, 2002) 現在我覺得很幸運的是,可以站在這些巨人的肩膀上進行研究。

研究「再生」的過程,遇到哪些困難?

研究斑馬魚如何及為何再生的過程中,建立「研究工具」最花時間。

研究老鼠與果蠅的科學家非常多,因此可以共享某些研究工具,例如要是老鼠的指節可以再生,利用老鼠的指節做為再生研究,科學家就可以運用前人建立好的研究工具來問問題。然而,在斑馬魚的成魚研究上,大部分的研究工具就需要自己建立,例如斑馬魚表皮細胞的研究工具 Skinbow 多顏色標誌技術,因此實驗時間就會拉得很長。

斑馬魚的生長週期是三個月,但建立新的基因轉殖魚作為研究工具的時間,一般就要花上六個月到九個月。

看起來很像印象派的筆觸?其實是陳振輝團隊研發的 Skinbow 多顏色標誌工具,用來研究斑馬魚修復傷口和再生複雜組織過程中,表皮細胞如何運作。
圖片來源│陳振輝實驗室網站

研究過程,會有想放棄的時候嗎?

在我讀書的年代,生命科學是明日產業,生命科學系是非常熱門的明星科系,但現在大環境的就業情況並不樂觀,學生也紛紛退卻。我的想法是,要預測明日產業是困難的,你只能問你自己興趣在哪裡,如果是真的有興趣,就會有理由和動力堅持下去。

無論是我以前博士班做的黴菌生理時鐘研究,或現在進行的斑馬魚再生研究,都是從黴菌和斑馬魚這種模式生物上來回答問題。利用各種模式生物的強項,問適合的問題就可以找到答案。

再生能力這領域還很新,就像一座待探索的西部大荒野,還有好多問題可以問。

這些發現除了以研究論文呈現,也希望能與小朋友們分享,小朋友非常有創造力,也許能問出我們想不到的問題。如果學校有興趣,我們實驗室可以提供斑馬魚與如何觀察尾鰭再生的方法,讓小朋友一起動手體驗再生的科學奧妙。

現在每天一早都很期待到實驗室,看看研究有什麼進展,想知道自己設計的實驗會有什麼成果,很像「我都在做我喜歡做的事,還剛好有人給我薪水」。

工作並非一帆風順,實驗的結果不如預期其實是常態,每天都有不同的挑戰要克服。但若是能重新選擇,我還是會走上學術研究這條路。

看起來彷彿藝廊的網站,每一張照片,都訴說著對再生研究的好奇與發現。
圖片來源│陳振輝實驗室網站

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本文轉載自中央研究院研之有物,原文標題為:「從動物身上問對問題,就可以找到答案!」陳振輝談斑馬魚的超強再生力,泛科學為宣傳推廣執行單位

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你所想不到的大麻:取代棉花,更環保的纖維來源——《drawdown 反轉地球暖化100招》

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編按:此為《drawdown 反轉地球暖化100招》最終章,作者提出一些「明日新亮點」,期待可以減緩全球暖化的現象。

大麻也有「工業用」?

將工業用大麻稱之為「明日新亮點」似乎有些奇怪,因為它被用於製作人類衣物的纖維,已長達數萬年的時間。它之所以被納入本文,不是因為它可以做什麼,而是因為它可以取代什麼。

1937 年,美國有效地禁止種植各種大麻,當時帶頭反對的新聞與紀錄片,以駭人聽聞的方式,述說大麻作為一種毒品如何滋生暴力與精神錯亂。因為人們對於麻繩或是其他工業用大麻製品感到舒坦,對神經起作用的其他品種(大麻的學名為 Cannabis sativa)就被命名為「marihuana」,這是一個墨西哥黑話,除了用來指涉它摧毀性的效果,也隱含了種族歧視。

今日,越來越多州批准休閒與醫療用大麻,工業用大麻卻因緝毒局拒絕同意,在美國仍被禁止栽種。在世界其他地方,大麻是具有許多用途的商品作物。與休閒或醫療用大麻相比,工業用大麻含有的大麻素微不足道

以大麻取代棉花,對社會、環境與氣候的影響更小

大麻的內皮與莖皮都含有長而強健的纖維,可以單獨被紡織,或是與亞麻及棉花結合後製作服飾。圖/聯經出版

數千年前,大麻因為其富含纖維的莖而受到注意。內皮與莖皮都含有長而強健的纖維,可以單獨被紡織,或是與亞麻及棉花結合後製作服飾。 1840 年代,人們開始使用木漿製作紙張;在此之前,紙張幾乎都是使用丟棄的大麻服裝製作而成。尋找廢棄布料的拾荒者,來回歐洲城市之間,撿拾街頭的廢棄物來貼補家用。這些破舊的衣物被賣至類似今日的回收中心,大麻被分類出來、清洗、紮綑後賣給造紙業者。

大麻生產強韌且永續的纖維。

用途涵蓋紙張、織品、繩索、縫隙填補、地毯與帆布(canvas)。「canvas」一詞源於「cannabis」(大麻,法語則為 canevas)。內皮是有價值的部位,被用於織品與繩索,每英畝產量在 800 至 2,400 磅之間,比棉花產量還高。兩種植物的影響差異也很可觀。棉花是世界上對環境最有害的作物,因為種植過程使用大量化學物質,並且相當倚賴化學燃料。棉花雖然僅占所有農地的 2.5 %,其每年的殺蟲劑使用量卻高達 16 %。

棉花是世界上對環境最有害的作物,因為種植過程使用大量化學物質,並且相當倚賴化學燃料。圖/Pixabay

當我們再把 2 萬人因為殺蟲劑中毒死亡、水質汙染、殺蟲劑引發的疾病,密集使用人工肥料與除草劑,以及因灌溉乾燥土壤導致的土壤鹽化等問題納入計算,你會發現這樣的一種作物對於社會、環境與氣候的影響。將近 1 %的溫室氣體排放來自棉花生產。一件白襯衫由農田至消費者手中的排放量是 80 磅的二氧化碳。

當大麻移除內皮後,剩下種子以及大麻屑(hurd)。大麻屑可以製造多種產品,包括纖維板、砌塊、隔熱材質、灰泥與粉刷。這種植物的多功能性讓某些人相信它是農業的萬靈丹。並非如此。大麻是一年生植物,所以必須輪耕使土壤恢復肥沃。不過它不需要像一般一年生作物那樣耕作。種植密集且成長快速的大麻,可以驅逐並遮蔽薊之類的雜草,因此發揮了除草劑的作用。此外也無需使用殺蟲劑。以當下價格計算,它的每英畝淨利是小麥的 2 至 3 倍。但是它需要不少的水,以及深厚且營養充沛的土壤,此外也不適合用來恢復退化的土地。

大麻對環境的益處很多,但是卻不便宜,至少在美國是如此。舉例而言,如果為了效率而使用打穀機收割大麻,將會破壞內皮纖維。雖然內皮用途多元,大麻纖維的成本將近木漿的 6 倍

以大麻取代棉花,希望能減少碳排放。圖/maxpixel

當大麻作為棉花的替代品時,才是它發揮改變作用的時候,其他用途則可支持它的經濟。當中國前最高領導人胡錦濤於 2009 年造訪中國的大麻加工商時,他懇求他們增加中國種植量至 200 萬英畝,藉此避免棉花的有害效果。成長端賴大麻織品的生產能否達到價格低廉、時尚與舒適。就纖維柔軟度而言,它不是棉花的對手,但是如果成本有競爭力,它確實可以取代世界一半的棉花,用於日常衣物的製作,例如牛仔褲、夾克、帆布鞋、帽子等,如此一來將對碳排放產生顯著影響。

註:傳統棉花種植使用大量殺蟲劑與除草劑,棉花種植面積占農業2.5%,但農藥用量卻占總量的16%;所使用的農藥毒性亦高,例如涕滅威。此外,將棉花製成服飾的過程中,也會使用各種化學物質,例如甲醛、氨、石化除垢劑、矽蠟、化學清洗劑等。

本文摘錄自《drawdown 反轉地球暖化100招》,2019 年 1 月,聯經文化出版

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面對令人聞風喪命的神經毒素,可預服的解毒劑終於要誕生了嗎?

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  • 文/林傑│有點反骨的人類。談談科學,再談談文學。

世界上最遙遠的距離,是解藥就在面前……

2017 年 2 月 13 日,就在情人節前夕,北韓領袖的同父異母哥哥金正男在吉隆坡機場遭到毒殺,在短短 20 分鐘內即窒息死亡,法醫在遺體眼睛及臉部發現了 VX 神經毒劑。

令人惋惜的是,檢方在金正男的隨身物品發現 12 瓶阿托品 (Atropine),而那正是 VX 神經毒劑的解毒劑。到底是什麼樣的毒?能讓人在解藥面前,來不及治療而死亡。

真正的一日喪命散:VX 神經毒劑

「一日喪命散,是由七種不同的毒藥,再加上鶴頂紅,提煉七七四十九日而成,吃了之後一日之內會武功全失,筋脈逆流,胡思亂想,而致走火入魔,最後會血管爆裂而死。」──唐伯虎點秋香

到了現代,化學武器的「毒」比起電影的毒藥更稱得上一日喪命散這個名字,它只需極少的劑量就可在短時間內致命。

1950 年代開發的 VX 神經毒劑,它比起上一代的「沙林毒氣」更不容易揮發,容易殘留在環境及人體身上,殺傷力與擴散力比以往更強。即使被國際條約禁止,近幾十年來的戰爭或恐怖攻擊還是能夠見到它們的身影。

VX 與沙林都是有機磷化物,同時是乙醯膽鹼酯酶 (acetylcholine esterase) 的不可逆抑制劑。它們進入生物或人體中會與乙醯膽鹼酯酶結合使其失去活性,進而破壞神經系統傳導功能,造成肌肉及神經系統癱瘓,最後導致患者窒息而死亡。若是未及時接受治療,從接觸毒素到死亡只需要不到一個小時,甚至更短。

這類的神經毒會造成噁心、嘔吐的感覺,嚴重者甚至會無法呼吸、窒息。圖/pixabay

別以為這種毒不存在我們生活中,農藥中就有一部分是屬於有機磷農藥(如 1997 年被禁用的巴拉松)。當農藥在噴灑時,對於農民也是一大安全隱憂;根據世界衛生組織 (WHO) 統計,每年在開發中國家有超過二十萬的人因為有機磷農藥而死亡。

若是不幸吸入或接觸到有機磷毒素,目前只能以阿托品 (Atropine) 與解磷定 (Pralidoxime, PAM) 併用進行治療;但即使幸運地及時獲得治療,仍有可能受到不可逆的神經系統損傷,留下永久的後遺症。況且大部分的時候,醫護人員很可能無法立即抵達患者身邊。對於這種急毒性物質,難道人類就無力可施嗎?

幸好,科學家還沒放棄,想出了一個辦法:既然投藥治療很可能來不及,那麼就來研究「事前預防」吧。

毒素疫苗:抵抗毒素也是預防勝於治療

一般的疫苗,是透過接種疫苗,刺激人體的免疫系統辨識特定病原體並生成抗體,讓人體自身擁有抵抗力。

科學家在幾十年前提出「毒素疫苗」的概念,它並非真正的疫苗,而是一種可以偵測並分解毒素的物質,科學家將其稱作「守衛(bioscavenger)」1。事先將守衛注射到身體中,這種物質可以透過鍵結或者催化水解的方式分解神經毒劑。

概念很簡單,做起來卻相當困難。首先要克服的,便是任何要注入血管中的物質,都要考慮到免疫系統的反應。其次,過去數十年的研究,守衛的解毒效率不是很低,就是能存留在體內的時間短,最多只能存留一個小時,隨後被身體自動代謝消滅。相較之下,一般疫苗的保護力可以持續一年到數年以上。若要作為實用的守衛,至少須能在生物體內存在七天,最好可以持續到一個月以上。(開玩笑,每小時打一次針,誰能受得了?)

近期華盛頓大學化學工程系的研究團隊在科學轉譯醫學期刊 (Science Translational Medicine) 發表了他們的最新成果──奈米守衛 (Nanoscavenger)。體內被注射奈米守衛的豚鼠,面對「沙林大魔王」仍活蹦亂跳,甚至還存活長達八天。

科學家在幾十年前提出「毒素疫苗」,它並非真正的疫苗,而是一種可以偵測並分解毒素的物質。圖/pixabay

奈米守衛:雙層結構的保命藥

奈米守衛的組成有兩大核心,催化中心(有機磷水解酶 OPH)及保護層 (PCB)。

有機磷水解酶 OPH 全名為 Organophosphorus hydrolase,顧名思義,它可以將有機磷水解成無害的物質,當注入血液中也不會激起人體的免疫反應。作為此研究的靈魂人物,OPH 有個致命的缺點──它的藥效極短。若是將 OPH 直接注入到生物體內,只有一到兩天的效果,隨後就被代謝清除掉。

但當研究人員在 OPH 表面鍵結上一層具有親水性與半透膜性質的聚羧基甜菜鹼(PCB; poly(carboxybetaine)) 作為保護層。不可思議的是,這層半透膜可以減緩 OPH 被代謝,也不會阻擋目標毒素與 OPH 進行反應,因此不影響解毒效率。

雖然有機磷水解酶 (OPH) 可以將磷水解成對身體無毒的物質,但在體內的代謝速度很快。圖/pixabay

沙林算甚麼?豚鼠 never die

研究團隊向軍方借來了沙林來做實驗,選用了改良過的 OPH-YT,加上 PCB 後,做出升級版奈米守衛 YT。接著,在豚鼠體內注射奈米守衛 YT,再注射沙林,之後每隔 24 小時注射沙林,觀察豚鼠的生理狀況與病徵。

研究發現,擁有奈米守衛 YT 的豚鼠全數存活到第六天,第七天時存活率降為 80%,到了第八天存活率仍有 60% 左右。這一些存活到第八天的豚鼠,依然頭好壯壯,只出現輕微的中毒現象,要知道,他們可是吃下數倍的沙林致死量。

先別急著送花,我還活得好好的!圖/pixabay

由於老鼠的代謝速度比起人類快上許多,因此研究人員推論奈米守衛可在人體存活得更久,可能長達數周,粗估在人體的生物半衰期2,可能長達 100 小時(豚鼠 36.3 小時)。當然老鼠與人類不能相提並論,即使同為哺乳類,生理系統仍有許多的不同,須經過進一步的臨床實驗才能證實,也因此研究團隊希望下個階段能在靈長類動物上進行實驗。

未來奈米守衛開發完成,將是農藥工作者與前線軍人的保命符,避免第一時間死亡,甚至促使各界減少化學武器的使用,畢竟沒有殺傷力的武器就如同玩具。

註解

  1. 此處將 bioscavenger 暫譯為「守衛」,Nanoscavenger暫譯為「奈米守衛」。
  2. 半衰期:一個物質失去一半效果的時間,描述代謝過程對特定物質的清除效率。

參考資料

  1. P. Zhang, E. J. Liu, C. Tsao, S. A. Kasten, M. V. Boeri, T. L. Dao, S. J. DeBus, C. L. Cadieux, C. A. Baker, T. C. Otto, D. M. Cerasoli, Y. Chen, P. Jain, F. Sun, W. Li, H.-C. Hung, Z. Yuan, J. Ma, A. N. Bigley, F. M. Raushel, S. Jiang, Nanoscavenger provides long-term prophylactic protection against nerve agents in rodents. Sci. Transl. Med. 11, eaau7091 (2019)
  2. ‘Nanoscavengers’ could protect people from sarin gas, other nerve agents
  3. 如果北捷發生毒氣攻擊

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你知道吃海草的牛不僅更健康,還有助減緩地球暖化嗎?——《drawdown 反轉地球暖化100招》

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編按:此為《drawdown 反轉地球暖化100招》最終章,作者提出一些「明日新亮點」,期待可以減緩全球暖化的現象。

牛牛吃的神祕海草:助消化、減甲烷、奶多多

從古希臘到冰島,人們使用海草餵養牲畜已有數千年歷史,特別是在冬季糧草貧乏的時候。

走在海灘上的牛。圖/聯經出版

畜牧業者與牧人們走在海灘上的牛早就注意到它的增肥效果。在今日的愛德華王子島,加拿大酪農喬.朵庚(Joe Dorgan)發覺他位於海邊牧場裡的牛隻,比遙遠內陸放牧的牛隻更健康,並且生產更多牛乳。他開始搜集被暴風席捲上岸的海草,並用來餵養他的所有動物。不久之後朵庚便明白他正掌握商機,如果他可以讓海草飼料核准販售的話。

科學研究員羅伯.金利(Rob Kinley)接手進行必要的測試,並且發現海草確實幫助了朵庚的牛隻,讓牠們的消化更有效率。朵庚的餵食讓甲烷這個牛隻消化食物時產生的主要廢棄物下降 12 %。減少了生產甲烷所需的卡路里,讓消化更有效率,因此產生更多牛乳。金利檢視被沖上岸的海藻,思考其他種類的海草是否更能協助牛隻在消化過程中減少製造不必要的甲烷。

牛的瘤胃(rumen)。圖/flickr

牛隻屬於反芻動物(ruminant)的一種,這些動物因為擁有相同的器官瘤胃(rumen)而得名。瘤胃是胃的一部分,咀嚼後的食物在此被細菌消化,並成為反芻物再被咀嚼、吞嚥。這樣一個會產生氣體的微生物過程,讓牛、綿羊、山羊、水牛消化高纖維的食物,例如草。

結果甲烷廢氣從動物排泄與進食兩端排出,90 % 透過打嗝。在世界各地,這些小小的排氣累積後,占全球牲畜生產過程中 39 % 的排放,以及 1/4 的全球甲烷汙染。在澳洲,該國農場與牧場製造的甲烷,占溫室氣體排放近 10 %。身體結構的自然特性意味著反芻動物必然得經過腸內發酵處理食物,但是金利在愛德華王子島的發現顯示腸內發酵不必然產生如此多的甲烷。

蘆筍藻的超級功效:三溴甲烷是關鍵

在澳洲昆士蘭北部某間研究公司中,金利加入一群由海藻與反芻動物營養專家組成的團隊,利用人造的牛胃,即一個小型的發酵槽,測試各種海草品種與飼料混合的效果。投注大量海草的情況下,各品種都對甲烷生產有不同程度的影響,但是研究員很快地注意到蘆筍藻(Asparagopsis taxiformis)。這是一種生長在世界各地溫水裡頭的紅藻,被沖上昆士蘭海岸的海藻也是。它在某些地區是原生種,其他地方則視它為外來種。當結果出爐時,金利與他的團隊一度懷疑設備是否故障。在人造瘤胃中,蘆筍藻減少的甲烷可達 99 %,需要的劑量僅為糧草的 2 %。在活綿羊上實驗,同樣的劑量可以減少甲烷達 70 ∼ 80 %(尚未於牛隻身上進行實驗)。

蘆筍藻是一種生長在世界各地溫水裡頭的紅藻。圖/wikimedia

蘆筍藻的關鍵成分是三溴甲烷。

在反芻過程的重要步驟中,瘤胃裡的細菌通常使用會產生甲烷廢氣的酶。三溴甲烷與維他命 B12 發生作用並阻斷上述過程。在缺乏蘆筍藻與三溴甲烷的情況下,反芻動物將在甲烷廢氣上浪費糧食 2 ∼ 15 % 的能量(確切損失根據飲食而變化),一如所有排泄物,甲烷代表系統效率不佳:反芻動物消耗的一部分食物無法被轉換成身體質量。減少排放氣體的三溴甲烷,可以避免排放並改進生產。由於三溴甲烷的效能將隨食物種類與品質改變,仍有許多實驗室內、外的研究需要進行。

如今有超過 14 億牛隻與將近 19 億綿羊及山羊棲息於地球。圖/pixabay

減少溫室氣體:除了改變吃,還得改變飼養畜牧方式

今日有超過 14 億牛隻與將近 19 億綿羊及山羊棲息於地球,利用蘆筍藻控制甲烷排放,規模將是主要的挑戰。要生產澳洲牲畜所需的 10%,需要 23 平方英里的海草農場。它可以在哪裡以及如何大量生產呢?乾燥儲放將會影響三溴甲烷的效果嗎?像金利這樣的支持者坦承挑戰確實存在,但是主張值得一試。

普及的海草生產對於海洋可能會是一項裨益,它可以吸收造成酸化的二氧化碳、吐出氧氣,並且創造出海洋棲地。不過所需規模仍然非同小可。另一個明日新亮點——海洋永續農業,承諾以每平方英里為單位培養蘆筍藻,即便離海岸很遠。兩種方案的合作將產生全球性的影響。

值得注意的還包括甲烷並非反芻動物與其他牲畜唯一製造的溫室氣體。糧草生產加工是另一個元凶,占牲畜相關排放的 45 %。

糧草生產與加工所排放的溫室氣體占牲畜相關排放的 45 %。圖/pixabay

除了幫助動物更有效率地消化,改變飼養牲畜的方法也有助於減少排放,例如混牧林業或放牧管理,並減少人類飲食對於動物製品的攝取。蘆筍藻的前景仍然看好。在夏威夷,它被稱為「limu kohu」,意思是令人愉悅的海草,並且用來作為生魚的調味料。如果用來餵養全球的反芻動物,將改進生產力並減少黃豆、玉米、牧草作為糧草的需求,因此降低養殖業對於土地的影響。最重要的是蘆筍藻可以大幅減少牲畜甲烷排放;牲畜每年排放的甲烷是全球溫室氣體的 6 ∼ 7 %。

 

——本文摘錄自《drawdown 反轉地球暖化100招》,2019 年 1 月,聯經文化出版

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日本隼鳥2號成功登陸「龍宮」小行星!預計 2020 年返回地球

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  • 文/邱彥綸

日本隼鳥2號任務的目的是採集小行星岩石樣本,希望能夠揭開地球上的生命起源奧秘。預計 2020 年返抵地球!

在這張於 2018 年 10 月底所拍攝的影像中,可以看到隼鳥2號的影子投射在龍宮小行星地表的樣子。Credit: JAXA

隼鳥2號的登陸過程

日本的隼鳥2號太空船於日本當地時間 2 月 22 日早上7點49分,由龍宮小行星上方 20 公里的高度成功著陸,由於龍宮小行星目前與地球的距離有 3 億 1000 萬公里遠,下降過程採全自動控制,耗時 23 個小時。隼鳥2號輕緩著陸,接近速度僅每秒七公分左右。如果一切照原定計畫進行,一公尺長的採樣手臂會發射子彈射擊地表,揚起不到 0.1 克重的塵埃,並收集在太空船的樣本艙中,預定於2020 年 12 月返回地球!

太空船會在採樣過程前後拍攝影像,這是確定採樣是否成功的唯一方式。採樣結束後,隼鳥2號會花大約半天的時間返回原本的位置。

為什麼要研究「龍宮小行星」?

圖/jaxa

隼鳥2號是由日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)在 2014 年 12 月發射,並在 2018 年 6 月抵達僅一公里寬的龍宮小行星。之所以會選擇龍宮小行星作為隼鳥2號的採樣目標,是因為它是一顆碳質小行星,這種小行星就像是時光膠囊一樣,保留了太陽系在 46 億年前形成之初的原始物質──甚至比眾行星凝聚而成的時間還要更早!

為了研究這顆極富科學價值的小行星,隼鳥2號在軌道上就已經對整顆小行星進行測繪工作,也在 2018 年底送了三輛小型探測車到龍宮小行星上,今年也還會再送出第四輛探測車。

有隼鳥2號,那1號呢?

由畫家J.R.C. Garry繪製的隼鳥1號及其儀器。圖/wikipedia

其實隼鳥2號最重要的任務並不是登陸小行星本身,而是要從小行星上採集岩石樣本返回地球,它所使用的儀器與前輩──隼鳥1號類似。隼鳥1號是史上第一個小行星採樣返回任務,在 2010 年 6 月帶著糸川小行星的岩石樣本戲劇性地返回地球

只是它的目標糸川小行星是顆岩質小行星,這種小行星的歷史就沒有碳質小行星那麼古老了!先前隼鳥1號採樣過程並不如預期的順利,返回地球的旅途也充滿意外和艱辛。研究人員在隼鳥1號送回地球的微量樣本中,並沒有找到任何有機物的蹤跡。但這回科學家對碳質的龍宮小行星充滿信心,認為有相當大的機會能找到有機物這兩樣對生命至關重要的物質。

隼鳥2號接下來的計畫?

隼鳥2號原先的計畫,是要在龍宮小行星上三個不同的地點登陸並進行採樣,但由於小行星的地形比想像中更為崎嶇不平,科學家或許只會再進行另一地點的登陸和採樣工作。太空船預定在四月之後,往小行星表面以每秒兩公里的速度射出重達一公斤的撞擊器,造成寬度兩到三公尺的撞擊坑,接下來研究團隊將會決定是否要在此登陸,並採集撞擊坑內──也就是小行星內部物質的樣本!隼鳥2號將在 2019 年底離開龍宮小行星,並在 2020 年底返回地球,帶回珍貴的時空膠囊,交給科學家進行研究。

為什麼要研究小行星?

科學家希望能夠藉由這樣的直接採樣,研究小行星或是彗星是否為早期的地球帶來了水和其他與生命有關的重要物質,像是胺基酸等有機物,或許就能解答地球生命的起源之謎。此外,我們還能對小行星樣本進行同位素成分的分析,以更確定太陽系的形成時間和歷史!

參考資料:

延伸閱讀:

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藏在玉米田裡面的遺傳大秘密,為人類帶來什麼貢獻?

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 執行編輯|林婷嫻、美術編輯|張語辰

為什麼要研究植物「減數分裂」?

氣候變遷迫使農田休耕、作物歉收,人類需要體質更優良也更美味的作物。一直以來,科學家利用「遺傳育種」,從大自然的遺傳多樣性中,透過有性生殖篩選保留優良的基因組合。在中研院植物暨微生物研究所王中茹的實驗室裡,透過超高解析度顯微鏡觀察玉米染色體世界,正在破解同源染色體如何重組的謎團。其中,發現蛋白質 DSY2 是解開謎團的第一個線索。

「遺傳育種」運用的機制之一為:當生殖細胞進行減數分裂時,來自爸媽的同源染色體交換部份 DNA 片段、產生新的基因組合,像「天然洗牌」般完成基因重組。這看似簡單的育種過程,困難關鍵之一在於發生染色體重組的「位置」和「數目」有許多限制。

王中茹與研究團隊發現,當玉米的生殖母細胞進行減數分裂時,有一個關鍵蛋白質 DSY2 會影響 DNA 斷裂和互換。這基因重組的過程,是育種學家尋找更多有用的基因、產生更多遺傳組合,以培育更優良品種的基礎。

王中茹研究團隊鑽進顯微鏡的世界中,發現促成玉米基因「 天然洗牌」的關鍵蛋白質 DSY2 。
攝影│張語辰

探討基因如何透過「天然洗牌」重組的過程,也就是研究「減數分裂時的染色體互換」。雖然是國際趨勢,但在台灣很少人在作物上分析其中的分子機制。因為這類基礎研究不會有什麼立即性的大發現,需要愚公移山的時間與精力。王中茹與相當年輕的團隊,憑著渴望了解新事物的好奇,在這個領域中執著於尋找控制基因重組的關鍵,除了滿足對遺傳學的熱情,更希望可以縮短育種的時程,找到解決糧食危機的機會。

要迅速了解 DSY2 蛋白質的功能,就像要迅速破關瑪莉歐遊戲一樣困難,如果早已忘記國高中課本教的「減數分裂」、「染色體聯會」等內容,讀到這裡可能會怒關視窗。但別急,本文從王中茹的研究生涯專訪說起,像愛麗絲掉進兔子洞般,縮小自己進入顯微鏡的奇幻世界,發現以前課本不會教的染色體奧妙。

擁有人生中第一台顯微鏡,是什麼時候?

國小三年級時,我梭哈自己畢生存的壓歲錢,買了一台兩千多元的兒童型顯微鏡,看到細胞的瞬間我真心覺得『太~酷~了~!』

「水田裡、池塘裡、沙子裡任何東西,可以放在顯微鏡上的我全都拿來看。那時候不認識顯微鏡底下的微生物、草履蟲,也還沒有網路,我哥就拿他的國中課本讓我查,或一起去圖書館找資料,漸漸對顯微鏡中的世界感到神奇。我很喜歡用顯微鏡探索未知的事物,這種新鮮感促使我走上研究染色體和 DNA 這條路。」王中茹興奮地回憶。

超高解析度螢光顯微鏡中的世界不只美,更能發現人類肉眼看不到的細胞奧妙,圖中可以看見玉米染色體的「聯會複合體」結構。此照片獲得 2009 年 OLYMPUS BioScapes 比賽世界第二名。 
顯微鏡攝影│王中茹

第一次看到染色體,是什麼心情?

「第一次看到染色體是大學就讀台大植物系的時候,在遺傳學實驗中觀察洋蔥的根尖細胞。但印象最深刻的是,在研究所細胞遺傳學的實驗中,我們抽了自己的血、養了自己血裡的淋巴細胞,做了自己染色體的核型、排出每一條染色體、觀察染色體的數目和大小,這一切讓我興奮地不得了!」從王中茹的眼中,看見漫畫人物般熊熊燃燒著的火光。

爸爸媽媽在世上能找到彼此已經很不容易,當精子和卵子相遇,才形成「我」。在我的生殖細胞中,他們的染色體還要重新尋找彼此配對,才能傳到我的下一代,這不是很浪漫嗎?

染色體為什麼要在細胞中重新尋找彼此配對?這是生物有性繁殖中最重要的「減數分裂」過程,有減數分裂才能確保爸媽、小孩、孫兒輩都是 23 對染色體,不會生出染色體以倍數成長的子孫。

而在減數分裂過程中,同源染色體會互換一部分 DNA 片段,配對互換的過程可確保正確地將一套染色體傳到細胞中,同時讓爸爸和媽媽給的基因在「我」的生殖細胞透過「天然洗牌」重組,增加更多的遺傳變異性。

這種奧妙的遺傳現象,發生在每一次的減數分裂中,在生物學上極為重要。透過顯微鏡觀察玉米減數分裂如何發生,了解這必要的細胞分裂機制,若能掌握發生的關鍵,就有機會透過控制染色體互換與基因重組,加速育種效率,培育出玉米界的馮迪索抵抗致命氣候,不只強壯也很美味。

爸爸和媽媽的染色體,在細胞中要尋找彼此、配對互換 DNA,才有機會生出更好的下一代。
圖說設計│林婷嫻、張語辰

基因會「天然洗牌」的生物那麼多,為什麼特別研究玉米?

王中茹崇拜地指著 Barbara McClintock 的照片說:「我在大三時對於一直死背教科書中已知的知識感到枯燥、迷惘,那時看了《玉米田裡的先知》這本書,受到 Barbara McClintock 啟發。

王中茹的辦公桌後方貼著偶像 Barbara McClintock 的照片,她終身致力於玉米細胞遺傳學研究,因為發現跳躍基因,被認為是「玉米田裡的先知」。
攝影│張語辰

她是細胞遺傳學家,當時的研究技術還沒有現在這麼先進,她透過長期觀察顯微鏡、做遺傳實驗,在 1940 – 1950 年代就發現基因會從染色體的原本位置跳躍到另一處。但當時的科學家無法想像、也無法理解這麼先驅的發現,加上 Barbara McClintock 是女性不受重視,實驗室就被迫搬到整棟樓最陰暗的角落,就算到處演講也沒有人在乎。她仍然堅持自己的研究幾十年,直到 1983 年才正式得到諾貝爾獎的肯定。

「這個故事雖然辛酸苦情,卻喚醒我小時候透過顯微鏡,看到微小新世界的那股興奮,因為受到 Barbara McClintock 這位細胞遺傳學家的影響,後來我讀台大植物系碩士班時就找了細胞遺傳學的陳其昌老師,從研究菸草的核型開始,博士班時轉為研究螢光定位標記玉米 DNA 的方法和遺傳圖譜。」

玉米是國際間重要的糧食作物,產量和價格都持續攀升。
資料提供│王中茹

「想提高玉米的體質和產量,要從玉米基因組解序下手,了解哪些基因代表玉米的哪些特性。但當年解序時, DNA 片片斷斷位於染色體各處,拼組起來很困難,科學家需要一種方法來分類、指引哪一段 DNA 位於哪一條染色體上,讓研究更好運作。因此我讀博士班時投入大量時間研究『螢光原位雜交 (簡稱 FISH )』技術如何應用在玉米上,建立染色體圖譜,既可增加了解玉米染色體的組成,也有助克服解序時拼組片段遇到的困難。」王中茹搭配當年的研究照片說明。

A圖:壓扁處理的玉米染色體。C圖:維持 3D 球狀的玉米染色體。將選擇好的 DNA 用會發光的染料標記,發螢光的 DNA 會到染色體上尋找和自己互補的 DNA,這種「螢光原位雜交 (FISH)」技術有助科學家了解染色體。
資料提供│王中茹

另外一個讓王中茹堅持研究玉米的原因是,玉米的花粉母細胞比阿拉伯芥、酵母菌的大很多,透過超高解析度顯微鏡可以很清楚地看到細胞減數分裂的過程、染色體如何配對互換 DNA 。而玉米雄花穗有上千個花藥,其中的減數分裂細胞在花穗上依序進入減數分裂,這個特性讓我們容易取得大量同步和相鄰階段的細胞,阿拉伯芥、水稻、哺乳類等其他模式物種都沒有這種研究上的便利。

「當玉米的花藥生長到 1 公厘時,1 個花藥中的 600 個細胞會同時進行減數分裂,並且開始 複製、 DNA 打斷、配對、重組、同源染色體分離……等步驟,我們透過流式細胞儀,將上萬個同時進行減數分裂的細胞一顆顆分離出來,以大數據的角度運用蛋白質體學 (Proteomics)、基因組學 (Genomics) 分析,就能從玉米身上發現別的物種無法提供的資訊,例如哪一段區域的 DNA 和別的區域很不一樣,進而找到影響 DNA 打斷的關聯。」像是發現寶藏般驚喜,王中茹強調研究玉米的優勢。

玉米的花粉母細胞不但很大,同時進行減數分裂的細胞更高達上萬個,這是玉米給我們得天獨厚的大數據資料,能發現什麼就靠我們把握。

在本文中透過王中茹的研究生涯 Q & A,一步步認識染色體、DNA、減數分裂與研究玉米的重要性,而王中茹研究團隊發現什麼關鍵,不但增進科學家了解植物的減數分裂,更可能有助解決糧食危機?將於下篇〈破解!玉米沒告訴你的「基因洗牌」關鍵〉揭曉。

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為玉米染色體有什麼好看?專訪細胞遺傳學家王中茹,泛科學為宣傳推廣執行單位

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感冒想看病,診所卻放假!我們該如何自行選購合適的感冒藥?

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感冒是每個人都得過的疾病,在季節轉換的時候,常常一不小心就感冒了。

在輕微的感冒症狀發生時,有些人會選擇多喝水、多休息,靠自己的免疫力復原。但也有些人因為工作或其他的因素,不能讓症狀太過嚴重,因此會去看醫生,或者是到藥局找藥師挑選綜合感冒藥把症狀壓下來。

甚至近年來台灣人還很流行到日本藥妝店甚至是殺到日本去採購藥品,但在不熟悉成分和法規的狀況下,這都要很小心啊!

近年來台灣人流行購買日藥,在不熟悉成分和法規的狀況下,這都要小心!圖/pixabay

常見的感冒症狀包括發燒、頭痛、鼻水、鼻塞、喉嚨痛、打噴嚏。如果選擇就醫治療,醫師通常會以對症下藥為原則,針對單一症狀來開立對應的治療藥物。大部分藥局販售的綜合感冒藥成份就比較多元,訴求是可以用同一款藥物治療多種感冒症狀。一般民眾在藥局選購感冒藥時,有時候會難分辨到底哪些藥會適合自己的症狀,這時就可以詢問藥師,來幫助自己選擇合適的藥物。

許多人會想進一步了解市售常見的綜合感冒藥到底有哪些成分?不同成分、劑型的感冒藥到底該如何選擇?今天 Medpartner 團隊的醫師和藥師將帶你一起來認識常見的綜合感冒藥,分析常見的感冒藥成分,並完整介紹使用時的注意事項。

文末附上了完整的綜合感冒藥的整理表格,幫助你更清楚分辨每個藥物的效用,作為選購感冒藥時的參考。準備好了嗎?我們開始上課囉!

常見綜合感冒藥有哪些成分?

市售的綜合感冒藥大部分是以緩解感冒症狀為目的,但沒有辦法縮短感冒復原的病程。也就是說,感冒藥可以讓你在感冒過程中好過一些,但沒辦法縮短你生病的天數。實際要讓感冒痊癒,還是必須仰賴體內的免疫系統。

所以在治療感冒時,通常是以治療感冒的症狀為目標。如果有頭痛、發燒的症狀,可以選用成分含有退燒止痛效果的藥品。發生鼻炎相關的症狀,就會選用可以緩解鼻塞、流鼻水成分的藥物。如果有咳嗽、痰液的症狀,則會使用止咳祛痰的藥物。其他症狀也適用相同的選購原則。以下我們分別介紹幾類常出現在市售綜合感冒藥中的成分。(如果是醫師開立的處方用藥,就沒有列在這裡喔!)

圖/wikimedia

【解熱鎮痛、消炎止痛藥物】

綜合感冒藥中的 acetaminophen 成分可以緩解發燒、頭痛、喉嚨痛、肌肉痠痛等症狀。講 acetaminophen 大家可能不知道是啥,但這成份其實就是常聽到的商品名「普拿疼」,它的作用是止痛以及退燒。但這個成分已經過了專利期,因此同成份的藥物可在許多不同藥廠的產品中找到,各自有不同的名字,大家如果要辨認,必須認清它的學名 acetaminophen 才行喔。

使用 acetaminophen 時需特別注意的是,這個藥物每日(每 24 小時)的最大劑量是 4000 mg ,以普拿疼常見的劑量一顆 500 mg 來計算,一天不能吃超過 8 顆。如果過量服用,可能會造成肝毒性的副作用,嚴重時甚至會導致肝衰竭,不可不慎!此外,服用 acetaminophen 期間應該要避免飲酒,否則更有可能導致傷肝或急性肝衰竭的風險。

【止咳化痰】

綜合感冒藥中通常會含有止咳成分,這類藥物的作用方式是抑制中樞或周邊的咳嗽反射神經,來降低咳嗽發作頻率和強度,改善咳嗽的症狀。常出現在綜合感冒藥中的止咳藥物包括: Dextromethophen 、 Noscapine 、 codeine 。另外,綜合感冒藥中也常添加化痰的成分,如: Potassium Guaiacolsulfonate 、 Terpin Hydrate 。要特別注意的是,在最新的衛福部公告,已經禁止成藥中的 codeine 成分使用在孕婦與未滿 12 歲的孩童身上,選購綜合感冒藥時,請務必注意!詳情請參考這篇文章

【舒緩鼻塞】

感冒過程中令人困擾的症狀之一就是鼻塞,尤其在睡覺的時候,常常會因為鼻塞的不舒服影響了睡眠的品質。發生鼻塞的原因與鼻腔微血管的擴張充血,導致鼻腔內部腫脹有關。一旦鼻腔內部腫脹,就可能阻塞呼吸道,導致呼吸不順暢,造成鼻塞的症狀。綜合感冒藥物常會添加麻黃素類 (ephedrine) 的藥物,讓血管收縮,可以緩解鼻塞症狀,常見藥品有: Methylephedrine 、 Phenylephrine 、 Pseudoephedrine 。

感冒過程中令人困擾的症狀之一就是鼻塞。圖/pixabay

麻黃素類 (ephedrine) 藥物的使用必須注意使用的劑量時間。如果過量使用,有些人可能會有血壓升高、心悸、失眠的副作用。如果長期使用,請務必要諮詢醫師或藥師,因為在停藥後可能會有反彈性鼻塞的狀況,使鼻塞的問題更加嚴重。

【流鼻水、打噴嚏、過敏-抗組織胺】

綜合感冒中用來緩解流鼻水、打噴嚏、過敏…等症狀的成分,主要是抗組織胺藥物。

抗組織胺藥物除了改善打噴嚏、流鼻水等感冒症狀,也能減緩過敏性鼻炎發作時的不舒服。但在使用上仍然需要注意相關的副作用,如:第一代抗組織胺容易產生疲倦、嗜睡、視力模糊、口乾舌燥、便秘、排尿困難的副作用,第二代抗組織胺的副作用會更輕微。綜合感冒藥中常見的抗組織胺成分有: Chlorpheniramine 、 Dexchlorpheniramine 。

綜合感冒藥常見成分

感冒藥使用注意事項

一般常見的綜合感冒藥成分都大同小異,基本上是退燒止痛、抗組織胺、止咳祛痰、緩解鼻塞等成分的組合,主要的差別在各成分劑量的比例不同。建議在購買時,要詢問專業醫療人員來確認是不是符合自己目前的症狀,否則亂買一通卻沒能對症下藥就不好了。

在服用綜合感冒藥時,一定要按照建議的使用劑量來服用。時常耳聞有些民眾希望感冒可以趕快好起來,就一次吃了好幾種不同牌子的感冒產品,或是習慣一次就灌下一整瓶感冒藥水,這其實是很危險的。綜合感冒藥物的成分多數是從肝臟和腎臟代謝,在正常的劑量下,不會有什麼風險。但過量使用時,就可能造成肝臟或腎臟的損傷。如果因為服用過量的感冒藥物,造成身體多餘的負擔甚至是傷害,真的是得不償失啊!

同一種藥物,因應大人、小孩、老人…等各種不同需求,可能會被做成糖漿、錠劑、膠囊、粉劑等不同劑型的產品。其中錠劑膠囊具有體積小、攜帶方便的特性。藥水、糖漿、粉劑這類劑型則比較容易吞服,適合兒童或不方便吞嚥的民眾來服用。

以下我們以藥錠和藥水兩種不同的劑型做分類,整理市售常見的感冒藥物和其中成分,並在旁邊附上對應的症狀,可以在選購時拿出來對照作為參考。

常見綜合感冒藥圖表介紹

【感冒藥水】

常見綜合感冒藥-感冒藥水

【感冒錠】

常見綜合感冒藥上面提到市售常見的綜合感冒藥物,大部分屬於可以自行購買的「成藥」及在醫師、藥師或藥劑生輔導下使用的「指示藥」等級。大家要特別了解的是,感冒多數可以自行痊癒,藥物只是幫助改善症狀。

即使選擇服用綜合感冒藥來緩解症狀,也要持續觀察身體的狀況,如果感冒沒有變得比較好,甚至是愈來愈嚴重的話,還是建議就醫尋求更進一步的治療,才能避免更嚴重的感染,或者是其他嚴重的併發症喔!

參考資料

  1. Uptodate:The common cold in adults: Diagnosis and clinical features
  2. Uptodate:The common cold in adults: Treatment and prevention
  3. Uptodate : Acetaminophen (paracetamol): Drug information
  4. Uptodate : Ephedrine (systemic): Drug information
  5. Uptodate : Pharmacotherapy of allergic rhinitis

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怎樣的動物容易馴化?社會性動物的馴化史——《與達爾文共進晚餐》

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怎樣的動物易馴化?先決條件可能是社會性行為

讓我們來討論動物馴化的起源。

具備社會性行為,似乎是某些哺乳動物物種能夠馴化的先決條件。羊屬會成群生活,狗在野生的時候也是,這些社會性動物才容易馴化。雄鹿會建立後宮妻妾群,就不適合馴化。

人類最早馴化的動物是狗,牠們的祖先是灰狼,狗至少在一萬五千年前成為人類狩獵其他動物時的伙伴,有人甚至認為人和狗之間的關係早在三萬年前就已經開始建立了。狗聽從人類指揮者,就像是聽從狼群中的領導者。你只要看著牧羊人指揮牧羊犬驅攏綿羊,就能夠了解這兩種動物的社會性行為對於牧羊有多麼重要。讓狗管理羊群是另一個例子,顯示出人類是如何把已有的演化關係挪為己用。

狗聽從人類指揮者,就像是聽從狼群中的領導者。圖/af.mil

綿羊是在亞洲西南部比較早期馴化出來的牲畜,可能早到一萬一千年前,之後分數次往四面八方散播。到了五千七百年前,來自於亞洲西南部的綿羊便抵達了遙遠的中國北方。現在,全世界的綿羊超過十億頭。綿羊不論到哪裡,都能生育,最後成為適應當地狀況的品種,所以現在已經有一千五百多個品種。綿羊在亞洲西南部的原生地也不是沒有變化。綿羊的身體中可以儲存大量脂肪,在馴化並且首次從亞洲西南部散播之後的數千年,當地的農人培育出了具有肥大尾巴的品種,這又引發了另一波的散播潮。

希臘歷史家希羅多德(Herodotus)曾寫道,

有些阿拉伯綿羊的尾巴非常巨大,牧羊人得給牠們套上小木車,這樣牠們才能夠拖著尾巴行走,不讓尾巴受到傷害。

在中東和伊朗,尾巴的肥肉現在是傳統烹飪中的食材。綿羊的尾巴切短了,還可以長一部分回來。

綿羊是在亞洲西南部比較早期馴化出來的牲畜,之後分數次往四面八方散播。圖/pixnio

農業及畜牧業的超級幫手:原牛的馴化歷程

野豬(Sus scrofa)和原牛(Bos primigenius)到晚近都分布在歐亞大陸,從最東到最西,不同地理區域的人類社會能夠馴化牠們。從約旦河谷的新石器時代遺跡判定,亞洲西南地區的人類約在九千到八千年之間,從獵捕野牛和野豬,轉變為馴養牛和豬。遺跡中殘留的骨頭來自馴化動物的愈來愈多,同種的野生動物愈來愈少。

牛的馴化歷程到了八千年前,亞洲西南地區的牛和豬已經完全馴化了,但是這兩個物種的基因卻道出了完全不同的後續故事。分析現存牛隻的遺傳組成,結果顯示原牛的馴化發生了三次,一次在亞洲西南地區,可能是在敘利亞;另一次是在印度河谷,原牛馴化成瘤牛,牠們的特徵是兩肩之間的有隆起;還有一次是在非洲。

原牛的馴化發生了三次,一次在亞洲西南地區,可能是在敘利亞;另一次是在印度河谷,最後是非洲。圖/wikimedia

在羅馬時代,原牛便是常見的野生動物,但是現在歐洲飼養的牛隻是從亞洲西南地區傳過來的,不是歐洲的原牛所馴化而來的。人類遺傳學研究的結果指出,農業是由亞洲西南地區的農人遷徙到西歐時傳入的,顯然他們遷徙時也帶了牛。農人、農業和牛是一起打包傳到歐洲的。

肥沃月彎的狀況則完全不同,那裡牛隻和其他馴化動物的散播並非跟隨著人類的遷徙。牲畜會在各農業社群中散播,但是從遺傳研究可以發現,人是留在原地的,而且是牢牢留在原地。在伊拉克的札格洛斯山脈出土了九千年前的人類骨骸,科學家分析其中的基因組序列,發現目前居住在伊朗的瑣羅亞斯德教徒(Zoroastrian),具有這些新石器時代農民的血脈。

肥沃月灣中家畜的馴化與散播。圖/天下文化

整個肥沃月彎的人都有安土重遷的習性。最早在安納托力亞、以色列與約旦地區,還有札格洛斯山脈的農民,彼此之間會進行貿易,交換農務經驗、牲畜和作物,卻不會交換血脈。

在非洲,野牛是當地最早馴化的動物,後來這些牛和來自亞洲西南地區與印度的牛混血,產生了適應當地環境的品種。亞洲西南地區的穀物也馴化了之後,牛便融入定居式的農業之中。但是在非洲撒哈拉沙漠以南地區,牛隻成為主要的游牧牲畜,到了數千年後非洲原生植物馴化成作物之後,情況才改變。現在牛在當地的經濟和社會體系中,依然占有舉足輕重的地位。許多非洲的社會中,一名男性的財富是以所擁有的牛隻數量來計算的。

從東南亞島嶼往歐亞大陸:野豬的演化故事

野豬的祖先是在東南亞島嶼上演化出來的,這些島上現在還居住著鹿豬和其他野生豬類。在整個豬科中,野豬的體形算是小的,往西散播到歐亞大陸的時間,要比人類從非洲進入歐亞大陸時早了數百萬年。後來不論在何處,只要人類和豬接觸到了,都會建立關係。人類和豬之間的關連之緊密,幾乎像人類和狗之間的關連那樣緊密,只是沒有那樣普遍。這份緊密的關連塑造了豬的演化史。綿羊的馴化發生了一次,牛有三次,但是豬至少有六、七次

野豬的祖先是在東南亞島嶼上演化出來的。圖/wikipedia

西歐地區的牛來自亞洲西南地區馴化的牛,但豬是由原生於歐洲的野豬馴化而來。在地中海上的薩丁尼亞島及科西嘉島,居民也各自馴化了當地的野豬。豬在中國至少馴化了兩次,也在緬甸和馬來西亞各馴化過一次。新幾內亞的野豬可能是玻里尼西亞人用獨木舟載來的馴化種後來野化的。玻里尼西亞人把豬一起帶著,抵達了夏威夷這樣偏遠的島嶼,而這些豬應該源於越南。

有趣的是,有一個地區的野豬基因沒有在現代馴化的豬中出現,這個地方便是亞洲西南地區,許多牲畜和作物明明是在這個區域中馴化的。還有更奇怪的事情,我們可以從考古紀錄中知道,新石器時代居住在亞洲西南地區的人會獵捕野豬,並且也馴化了豬。但是由於某些原因,現在馴化的豬和當地的野豬完全沒有任何關係。這可能是歷史文化造成的。目前居住在亞洲西南地區的人,主要信奉伊斯蘭教猶太教,這兩個宗教都認為豬是不潔的動物,因此律法規定不能吃豬肉。這個宗教禁忌可能是從古代埃及傳過來的。古埃及人和豬的關係可說是分分合合,愛恨交錯。

神祇賽特(Seth)。圖/wikimedia

一開始,豬是受到尊崇的動物,但是在西元前一千年,豬和神祇賽特(Seth)扯上關係,這位邪惡的神祇有著豬的頭,是太陽神荷魯斯(Horus)的敵人,荷魯斯的眼睛便是給一頭黑豬弄瞎的。這時廟堂中的賽特畫像都被抹去,養豬的人受到鄙視,不得進入神廟。在這樣的文化和宗教背景下,這個區域的豬品種沒有留下來,似乎一點都不意外。

 

摘錄自《與達爾文共進晚餐》,2018 年 10 月,天下文化出版

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【特輯】大學該選什麼科系?填志願前就該知道的那些事

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幾年寒窗,終於到了要選填志願的這一天,卻只能用成績來抓周嗎?選科系不是挑熱門、看出路,而是要評估能力、了解興趣、問問自己志向在哪裡!

就跟著這些走過相關科系的前輩,來看看當你想念科學相關科系時,應該要有哪些準備、注意哪些事!

也歡迎投稿給我們,為學弟妹們指點迷津喔。
(投稿請寄:contact@pansci.asia

「電機系憑什麼為二類榜首?」因為電機畢業工作和薪水都比較好嗎?

相信對電機系有很多疑問,包括:電機到底在唸什麼?數學物理要很好嗎?電機和資工差在哪?電機系平均薪水為何等等…沒關係,這些問題我會挑幾個大家比較難以 google 到的回答,並且回答一些電機系才知道的內幕問題。

「統計不就是按按計算機嗎?」讀統計系到底能做什麼?

一般大眾好像對於「統計」有著不少迷思,像是以前有一次剪頭髮,設計師問我讀什麼科系,我說我讀的是統計,設計師居然回答:「喔,跟會計差不多對嗎?」當下白眼真的要翻到後腦勺了 XD

「爸,媽,我想要念地球科學系。」但地科系到底在做什麼?

地球科學這門學問一點都不小,相反的,它非常的大。舉凡大氣、地質、海洋、太空甚至各自之間的影響等等都是一門學問。地震發生了,和地球科學有關;聖嬰現象來了,和地球科學有關;磅礡的山巒層疊與美麗的礦物們和地球科學有關;甚至那些我們人類乃至整個生命演化的歷史,無一處不和地球科學息息相關,如影隨形。

生傳系是什麼?農推能吃嗎?全面剖析「生物產業傳播暨發展學系」!

生傳系在農院裡,扮演的是農業後端與消費者和社會大眾連結的角色。當今台灣社會,有越來越重視土地正義、糧食自給、農地復耕的趨勢,農業不再只是夕陽產業,而是整體社會發展中,不可或缺的角色。當今農業發展也走向多元體系,從一級生產、二級加工、三級觀光、服務與行銷推廣的結合,都能看見這股趨勢。

化工系在做什麼?念化工不只是學知識,更要有解決問題的能力!

我身為一個從化工叛逃到建築的過來人,每想到過去滿滿的實驗和必修人生依然充滿感慨。希望能分享給一樣迷惘的同學或是學弟妹們,如果你們也曾念得很掙扎,你們並不孤單(淚)。

「一日生科,終生科科?」想念生命科學系,這些事你想過嗎?

評念生科沒價值,此事為誤。好好念生科,可以讓你比一般人更了解生命萬象的複雜和組織不易,還有生命是如何自己找出路。對念生科的人來說,落花流水不但有情,對自然界能量的維繫更是有理。懂了生命怎麼運作以後,對自然環境和保育相關的工作會更有概念。逛逛寵物店或花市,你養起動物或植物會更得心應手。看電視新聞和商品廣告時,能看破坊間諸如放生、能量水、美容、營養流言等等的謊言。當然,生科系提供邏輯訓練,也提供機會讓你認識所謂學術圈的生態是怎麼回事。

讀化學系能幹嘛?有哪些出路?——【M.I.C. 科學人生|活動紀錄】

不論是還在學的化學相關科系學生、剛畢業的社會新鮮人甚至是一般大眾,總是會很好奇,到底讀化學可以幹嘛啊?在學校學的化學知識進到業界,能有什麼形式的應用?又有哪些產業與化學息息相關?在這次的分享中,期望可以帶給大家對關於這類產業更多的認識,也提供化學背景學生一些職場、工作內容上更多的心理準備。

生技藥不藥?念生物科技系行不行?——【M.I.C. 科學人生|活動紀錄】

身為一個生科生技相關科系畢業的社會新鮮人,在進入職場前可能都對未來充滿了徬徨,究竟該走上什麼樣的道路?有什麼地方是可以應用到自己的專業呢?藥商業務代表?智慧財產權顧問?

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於是在宇宙大霹靂之後,我們有了時間——《霍金大見解》

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編按:本書為霍金留給世人的 10 個大哉問與見解,期盼讀者能藉由站在霍金這位巨人的肩膀上得到更多啟發與省思。本文為大哉問之一:上帝存在嗎?

宇宙的起源:無中生有的宇宙大霹靂

某件事的發生,必然是由於先前發生的另一件事所引起的。圖/pixabay

日常的生活經驗,會讓我們認為:某件事的發生,必然是由於先前發生的另一件事所引起的。因此,很自然的一個推理就是:我們需要某個東西(也許是上帝)來創造出這個宇宙。然而,當我們把宇宙視為一個整體時,情況就變得不太一樣了。讓我稍微解釋一下。

想像有一條河,從山上順流而下。這條河的來源、起因是什麼?好吧,可以是因為先前落在山上的雨水所造成的。但是,這些雨水又是哪裡來的呢?太陽,應該是個比較好的答案。由於太陽照到海上,使得海水蒸發,上升到空中變成雲,再落下來成為雨水。那麼,又是什麼原因造成太陽的光和熱呢?當然,我們現在知道這是由於核融合——太陽中的氫在融合成氦的時候,釋放出巨大的能量。

太陽核融合。能散發巨大能量。圖/pixabay

到目前為止,聽起來還算不錯。那麼問題又來了,氫又是從哪裡來的呢?答案是:大霹靂

於是,問題又回到了原點。不過,這裡有一個非常重要的關鍵:自然律本身就告訴我們,宇宙不僅可以無中生有(就能量的觀點,不需要任何的協助,就能直接蹦出來,就像質子),而且,也可能不需要任何特殊的人或物,來啟動大霹靂的開關。什麼都不需要!

這個解釋,源自於愛因斯坦的理論:宇宙中的時間與空間是密不可分的交織在一起。在大霹靂的瞬間,有一件非常美好的事情,降臨到了時間身上。時間它本身,就這麼誕生了!

於是乎,我們有了時間:大霹靂瞬間的美妙誕生

大霹靂之前,時間根本不存在。圖/pixabay

要想理解這個讓人難以想像的想法,讓我們從想像一個飄浮在太空中的黑洞開始。一個典型的黑洞,是由一顆具有巨大質量的恆星,因為它本身的重力過大,而引起的崩陷所致。由於它的質量非常巨大,以致光線都無法掙脫出它的重力吸引,因而成為一個看起來是黑色的星體。

由於黑洞的重力是如此之大,它不僅能讓光線扭曲,也能讓時間扭曲。當一個時鐘在接近黑洞的時候,時鐘會開始變慢。也就是時間本身會開始變慢。現在,假設時鐘已經進入到黑洞裡面(好吧,假設時鐘可以禁得起這個極端巨大的重力摧殘),時鐘事實上是會停下來的。時鐘之所以會停下來,不是因為它壞掉了,而是因為在黑洞裡面並不存在時間這個東西。而這也恰恰解釋了,宇宙在創生那一瞬間的情況。

圖/wikipedia

在過去的數百年裡,我們對於宇宙的瞭解,已有了驚人的進展。我們目前已知的自然律,不僅能解釋宇宙中的一般情況,也能解釋某些極端的情形,例如宇宙的起源與黑洞等等。時間在宇宙創生之初所扮演的角色,我相信,這是移除我們需要一位偉大造物主的最後一把鑰匙,也是告訴我們宇宙是如何自己創生自己的最後關鍵。

當我們順著時間的軌跡往回走,回到大霹靂的那一瞬間,過程中,宇宙的尺寸會愈來愈小,小到最終變成一個點;整個宇宙變成單一的一個在空間上無限小、密度卻無限大的黑洞,就和目前飄浮在太空中的許多黑洞一樣,也都必須遵守自然律來行事。其中最特別的是,無論是大霹靂那一瞬間的這個黑洞,或是目前飄浮在太空中的眾多黑洞,時間都必須是靜止的。

也就是說,你無法得知大霹靂之前的時間為何,因為時間在大霹靂之前根本就不存在。

現在,我們終於發現一個「沒有前因」的東西:由於大霹靂沒有「時間上的之前」,所以它不需要原因就能發生。對我而言,這表示造物主不可能存在,因為在大霹靂之前,「沒有時間」容得下這位造物主。


本文摘自《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》,天下文化,2019 年 2 月出版。

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黑洞裡面是什麼?還有那些恆星死亡的身後事——《霍金大見解》

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編按:本書為霍金留給世人的 10 個大哉問與見解,期盼讀者能藉由站在霍金這位巨人的肩膀上得到更多啟發與省思。本文為大哉問之五:黑洞裡面是什麼?

白矮星、中子星、類星體,都是恆星崩陷後的產物

對一顆正常的恆星而言,壽命可以有數十億年以上,在這段生命裡,絕大多數的歲月,它都是藉由把氫轉換為氦的核融合過程所產生的熱壓力,來對抗因自身質量所產生的重力。然而,氫燃料終有燃燒殆盡的一天。此後,恆星便會開始收縮。

白矮星。圖/pixabay

在某些情況下,它能承受得住自身的重力崩陷,只是變成密度很大的一個星核,稱為白矮星。然而印裔美籍物理學家錢卓塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910-1995)在 1930 年證得,白矮星的最大質量約為太陽的一點四倍。蘇俄物理學家蘭道(Lev Landau, 1908-1968)也獨立計算出相似的數值,並把這個完全由中子組成的緻密星體,命名為中子星。

對於另外無數個質量大於白矮星或中子星的恆星,當它們在核燃料耗盡之後,命運將會如何呢?稍後以研發原子彈而著名的歐本海默(Robert Oppenheimer, 1904-1967)曾對此做了一番研究。1939 年,歐本海默與沃科夫(GeorgeVolkoff, 1914-2000)、史耐德(Hartland Snyder, 1913-1962)共同計算出:

這樣的大恆星,熱壓力將無法與自身的重力相抗衡。

再者,如果忽略這個熱壓力,一顆均勻球形對稱的星體將會收縮成一個密度無限大的點,稱為奇異點。

奇異點(Gravitational singularity)。圖/wikimedia

違反時空平坦假設的奇異點:時空曲面上的曲率無限大

然而,我們所有關於空間的理論,都是構築在「時空是平坦的」假設上,因此,這些理論都無法適用於奇異點上,因為奇異點在時空曲面上的曲率為無限大。事實上,奇異點標誌著空間與時間的終點。這就是愛因斯坦覺得非常反感的東西。

接著,第二次世界大戰干擾了後續的研究。大多數的科學家,包括歐本海默在內,都把注意力轉向核物理學,至於恆星崩陷的議題,則被大家拋諸腦後。一直到發現了類星體(quasar),科學界才又重新注意到這個問題。第一顆類星體 3C 273 是在 1963 年發現的,隨後天文學家又陸續發現許多顆類星體。

第一顆類星體 3C 273 是在 1963 年發現的。圖/wikipedia

類星體是極度明亮的活躍星系核(位於星系中心的質量密集區域),輻射出來的電磁波功率非常巨大,但是由於距離地球非常遙遠,所以在可見光波段,看起來只是「類似」星狀的微弱光點。由於類星體的靜止質量並未大量減少,但釋放出來的能量卻遠大於質能轉換的結果,因此這些能量的來源不單只是核反應而已。唯一可能的解釋是,這些能量來自重力崩陷而釋放出來的重力能。

類星體的強電磁波,能量來自重力崩陷的重力能

恆星的重力崩陷,重新成為科學研究的焦點。當重力崩陷發生時,星體的重力會把周圍的所有物質向內聚集。很顯然,一顆均勻的球形恆星,最終會收縮成一個密度無限大的奇異點。但是,如果這顆恆星不是均勻的球形星體呢?由於物質的分布並不均勻,是否會讓崩陷的過程也不均勻,從而避開奇異點的生成呢?

潘若斯在1965 年提出一篇著名的論文,僅僅根據重力只有吸引力的這個事實,證明了即使恆星不是均勻球形的星體,崩陷的最終結果仍會是一個奇異點。

潘若斯(Roger Penrose)提出宇宙審查猜想(cosmic censorship conjecture)。圖/wikipedia

愛因斯坦方程在奇異點裡,因無法定義而失效了。也就是說,對於這個密度無限大的點,我們無法預測它的未來。這意味著,每當恆星發生崩陷時,就會有詭異而未知的事情發生。只要奇異點不是「裸露」的,換句話說,有個屏蔽(即事件視界)把它與外界區隔開來,那麼無論在奇異點上發生什麼事,便都與我們無關。於是,潘若斯提出了「宇宙審查猜想」(cosmic censorship conjecture):

所有由恆星或其他星體因崩陷所形成的奇異點,總會有一個事件視界將它隱匿起來,因而任何人都無法觀測到黑洞內部。

黑洞是一個重力極強、以致光都無法脫離的區域。宇宙審查猜想幾乎可以斷定是正確的了,因為所有希望證偽的嘗試都失敗了。

黑洞無毛?無論丟甚麼進去,看起來都一模一樣

當惠勒於 1967 年提出「黑洞」這個詞時,它取代了原先的名詞「凍星」。惠勒新造的這個詞,強調了讓人感興趣的是恆星崩陷之後的殘餘物本身,而與它的形成過程無關。這個新名詞很快就流行了起來。

從外面,你無法知道黑洞內部是何模樣。無論你朝著它丟進什麼東西,或是它原本是什麼東西、它是如何形成的,黑洞看起都一模一樣。惠勒對於這種現象,有一句著名的描述:「黑洞沒有頭髮」(A black hole has no hair,也簡稱
「黑洞無毛」)。

本文摘自《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》,天下文化,2019 年 2 月出版。

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人工智慧會比我們聰明嗎?面對AI的潛在隱憂與未來展望——《霍金大見解》

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編按:本書為霍金留給世人的 10 個大哉問與見解,期盼讀者能藉由站在霍金這位巨人的肩膀上得到更多啟發與省思。本文為大哉問之九:人工智慧將會比我們聰明嗎?

機器人需要法定「人格」嗎?人類面對機器人的新挑戰

最近頗受矚目的 AI 議題,是歐洲議會所起草的一項法案,特別針對機器人與 AI 的研發製造,提出了明確的規範。讓人有點驚訝的是,這項法案把電子人格(electronicpersonhood)包括在內,對於最先進的 AI 系統,規範了相
關的權利與義務。

無論何時,研發人員都應確保,所有的智慧型機器人都必須設有一個死亡開關。圖/pexels

歐洲議會的一位發言人評論道:隨著我們在日常生活中,有愈來愈多領域受到機器人的影響,我們必須確保機器人不僅是在現在、而且未來也將會,持續為人類提供服務。

有一份呈給歐洲議會參酌的報告,主張:世界正處於新工業機器人革命的開端,我們應審慎考量,機器人可否擁有「電子人」(electronic person)的法定權力——若以類似「法人」的定義來看,答案是可行的。然而,這份供歐洲議會參酌的報告也強調了:

無論何時,研發人員都應確保,所有的智慧型機器人都必須設有一個「死亡開關」。

但即使有如此先進的立法,對於在發現號太空船上與哈兒(HAL 9000)相處的五名科學家來說,卻沒有任何幫助。在庫柏力克(Stanley Kubrick)導演的科幻電影《2001太空漫遊》中,哈兒這部擁有強人工智慧的超級電腦,察
覺到太空船上的科學家有意關閉主機開關來殺死自己時,決定先下手為強,製造出很多假狀況,意圖殺死這幾位科學家。

當然,這只是科幻電影的情節。不過,我們還是得面對事實。奧斯本.克拉克(Osborne Clarke)跨國法律顧問公司的律師布雷澤爾(Lorna Brazell)在一份報告中指出:我們沒有給鯨或大猩猩所謂的「人格」,所以並不需要直
接跳到「機器人格」。

在未來的數十年內,AI 可能會超越人類的智能,進而對人與機器人之間的關係,形成挑戰。圖/pixabay

當然,隱憂一直都在。這份報告也指出,在未來的數十年內,AI 可能會超越人類的智能,進而對人與機器人之間的關係,形成挑戰。

虛擬的「數位替身」:人不必親自到場,就能與世界互動

預估在2025 年,世界上大約會有三十座巨型都市,每座巨型都市的人口將會超過一千萬。這麼一大群人,吵吵鬧鬧、時時刻刻都在要求取得各種貨物與服務,科技的進展能趕得上我們這種希望即時交易的快速節奏嗎?在網路購物的流程中,機器人一定能幫得上忙,但是速度必須快到每一筆購物都是當天遞交到消費者手上才行,否則就稱不上購物革命。

圖/wikipedia

人不必親身到場,就能與世界互動——這種機會正在快速增加中。對我們這些城市人來說,都市的生活已然過於忙碌,若是自己能有個分身,來幫忙分擔一些工作呢?想必你曾這樣想像過,我也覺得這個想法頗吸引人。擁有一位實用的「數位替身」,聽起來像是一個雄心勃勃的夢想。但是,最近的科技發展告訴我們,這也許已經不是遙不可及的夢想。

在我年輕的時候,科技的進展給了我們一個「可以享受更多休閒時光」的願景。但事實卻是,當我們有能力做更多事情的時候,我們卻變得更忙碌了。

目前的城市,已經充滿許多可以擴展我們能力的機器,但如果我們可以同時出現在兩個地方呢?我們已經很習慣在電話轉接的系統裡、以及公告廣播中,聽到自動語音了。現在,科學家兼發明家克拉夫特(Daniel Kraft)正在研究,我們如何能以虛擬方式複製出自己。這個問題的關鍵是:

一個分身可以多麼逼真?

智慧型互動導師或聊天機器人,在教育與娛樂上的應用,例如大規模開放線上課程(MOOC),已經證明相當有用。那麼,請想像一下有個「數位演員」,它們不僅青春永駐,還能表演出許多高難度、甚至是不可能的動作,該是多麼令人興奮的一件事!而我們未來心目中的偶像,也可能不會是一個「真人」。

如何與數位世界互動,是決定我們如何形塑未來世界的關鍵。圖/pexels

如何與數位世界互動,是決定我們如何形塑未來世界的關鍵。在未來的智慧城市裡,每個智慧家庭裡的裝置,無論是使用者介面或操作方法,都會非常符合直覺,你在與這些機器的互動上,絲毫不會覺得費力或有負擔。

 

 

 

 

 

本文摘自《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》,天下文化,2019 年 2 月出版。

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泛知識節紀實:關於好奇心日報想做什麼、能做什麼和為什麼要這樣做

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  • 文/吳易珊|政治大學廣電系

離開極具影響力的紙媒《第一財經週刊》, 2014 年 4 月楊櫻創辦了網路媒體《好奇心日報》,年輕活潑、講究內容的經營路線,讓好奇心日報在新媒體競爭激烈之際冒出頭,經營至今甚至被譽為「最會賺錢的媒體」。以新媒體為本的泛科知識,特別在 2016 泛知識節請到楊櫻,由她親自回應觀眾對好奇心日報的好奇心。

面對台下觀眾的掌聲她開口,「我只能分享《好奇心日報》的經驗,可能是我們做了什麼,與不做什麼。」

楊櫻說,一個好的媒體需要 7 年才會成熟,《好奇心日報》還無法作為商業模式楷模,然而不可否認的是,《好奇心日報》的進展超乎想像地快。

嚴禁小編,現在中國媒體是什麼格局?

正巧,演講前幾天《好奇心日報》登出編輯招聘,第一個條件就是「不會自稱小編」,且有實際管理記者的經驗,並經過嚴格的採訪與寫作訓練。

在楊櫻眼中,台灣的媒體生態反映出「強記者、弱編輯」的關係,第一線記者有權保護自己的作品,編輯只是幫忙摘要、改標題;而中國則更為複雜,一個媒體的內容生產者都會被總結、歸納成一個名字 ── 小編。

「這裡面沒有記者,沒有編輯,只有一個很虛構的角色,叫做小編。」楊櫻說,在很多讀者眼中,整個互聯網、訊息發布平台背後只有小編一人,對此她非常反對,也禁止《好奇心日報》員工稱自己為小編,認為這是中國媒體亂象的符號之一。

很多人問楊櫻,現在中國媒體是什麼格局,也有很多投資人問楊櫻,什麼是媒體。她認為投資人與想做內容的人,需先了解三件事:

  1. 到底什麼是媒體?
  2. 到底什麼是內容?
  3. 到底什麼是內容製造者?

有很多人認為「今日頭條」是媒體,但它其實是技術驅動的內容分發平台,核心資產為一千位以上的工程師員工,本身不生產任何內容,只是把重要訊息匯集起來。「如果阿里巴巴淘寶首頁的花邊、任何能增加點擊率的文字,都叫內容的話,像好奇心日報的內容要怎麼解釋自己的定位?」

她也提及,現在許多媒體工作者並不以「掌握媒體這一行的能力」為目標,他們的目標可能是成為大企業公關,而非提供價值或解決讀者的訊息需求。

「我遇到每位面試者與投資人,都問我將來該怎麼賺錢,聽我回答做內容、做廣告時總會質疑太過守舊,但我反而困惑,這些人為何在把 A 做好前,就急著做 B?」楊櫻說,自己成立《好奇心日報》時,就決定要投注大量成本在內容之上,用人工與專業能力為讀者篩選訊息,同時確保提供的內容有趣。

好奇心只關心兩件事

《好奇心日報》只關心兩件事:創造力與公信力,他們追蹤商業趨勢與產業,關注 15 家有粉絲、有顛覆性創新、將改變行業遊戲規則的公司,也注意其競爭者與上下游,加起來三百個左右的組織,是記者每天的追蹤標的;同時留意規模小的創業者,看他們能否將想法變成生意。「這是我們一定會抓住的。」楊櫻肯定地說。

《好奇心日報》鎖定的讀者群為 90 後,70% 讀者出生在 1986 年至 2000 年間,更精準的定義是,還有學習能力、有好奇心的受眾。

「我們要做比這些人的見識再高一點的選題,告訴他們這是值得關心的,要做讀者不知道的事,希望他們打開眼界。」《好奇心日報》很好奇時下年輕人對什麼感興趣、研究他們想要表現什麼,並非討好 90 後,而是鎖定有創造力的一群。

楊櫻強調,《好奇心日報》不像微信朋友圈或今日頭條,你可以在這裡看到生活圈之外的消息,不用被自身社群或任何數據左右所接收之內容。「為什麼要讓這群不怎麼樣的朋友,決定你要看什麼呢?」

好奇心研究所的延伸價值

《好奇心日報》於網站設置「好奇心研究所」條目,即業界所稱的 UGC(User Generated Content,用戶原創內容),這個計畫點子來自無印良品的生活研究所,它搜集並分析購物者的收納經驗,再開發能解決消費者困難的商品。

楊櫻每天都會在上面發問,讓讀者勾選答案,問題可能即時也可能永恆,如「當代直男有哪些被誤解的地方」、「什麼跡象表示你的伴侶不再愛你」,或者「你今年不想再看到哪個詞」,收到的答案都讓他們能更了解讀者。

後來,好奇心研究所也成為投資者感興趣的部分,因為它是少數真實的民意調查結果;《好奇心日報》也會在上面幫廣告商發問,問題表面上不一定與商品有關,如幫汽車贊助商問的是「你什麼時候最沒有安全感」。

好奇心研究所每天向讀者提出各式問題,真實的民調結果成為投資人感興趣的項目。圖/截自好奇心研究所

如果沒人要做最好的媒體

《好奇心日報》核心還是偏向傳統媒體,記者不用關注數字,也不會被文章轉貼次數評斷好壞,他們每天 8 點開會向編輯報告選題,每個月要生產 36 篇文章,一則深度報導能算成 15 篇;編輯只會用「是否寫出好文章」作為標準。

「這可能是任何一個國家,任何一個平台,只要還有媒體操守的人都不會改變的一個標準。」楊櫻清楚指出《好奇心日報》與同業的不同。

「每個時代都有一個最好的媒體,如果沒有人要做的話,那我來做到好了。」她說。

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【特輯】泛知識節:穿越、翻牆、實驗、漫遊,來一場專屬的知識饗宴

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2019 泛知識節即將到來,只要你帶著一顆永不止息的好奇心,這裡的知識將永不斷線。讓我們邀請你:

坐下來看場顛覆人生的情節 聽聽知識傳播背後的辛酸淚

聊一聊那柴米油鹽風花雪月 設計出商業模式來拯救世界

等不及今年知識節的到來?快來看看前兩年的活動紀錄吧!

柳田理科雄,空想科學研究所背後的瘋狂科學家

在 2016 年泛知識節華麗登板的頭號重量級講者柳田理科雄先生,是空想科學研究所主任研究員,也是啟發無數科學愛好者的《空想科學讀本》作者。這次他首度來台與眾多科學與知識狂熱份子,分享了空想科學的源頭、他對科學的想法、與促使他走上空想科學之路的人生觀。

翻越科學傳播:在自然中看見科學,在科學中理解自然

在 2016 年泛知識節第二日,登板的首席講者,正是赫赫有名的自然科學博物館孫維新館長。孫館長在執掌科博館前,先後任職於國際太空總署(NASA);中央大學物理系、天文所與台灣大學物理系等學術機構。歷年來在推廣天文教育上更是不遺餘力,他所開設的「認識星空」課程,更是多年來榜上有名熱門選修課程。許多今日年輕一輩的天文愛好者,或是以學術研究為已任的年輕研究者們,就有可能是在求學啟蒙時期,聽了一場孫老師的課程而義無反顧地探索知識最浩瀚的疆界。

泛知識節紀實:關於好奇心日報想做什麼、能做什麼和為什麼要這樣做

2014 年 4 月楊櫻創辦了網路媒體《好奇心日報》,年輕活潑、講究內容的經營路線,讓好奇心日報在新媒體競爭激烈之際冒出頭,經營至今甚至被譽為「最會賺錢的媒體」。以新媒體為本的泛科知識,特別在 2016 泛知識節請到楊櫻,由她親自回應觀眾對好奇心日報的好奇心。

跨越視覺科學:烏賊可能比你還聰明

常出現在餐桌上的烏賊,你了解多少?清華大學生科系教授焦傳金堪稱是國內研究烏賊的巨擘。看似冷血的烏賊,居然有跟哺乳類動物貓狗一般複雜的神經系統,對疼痛有長期記憶,甚至還會猶豫。

你不知道的實驗動物

實驗動物是人類為追求更好的生活品質與病痛治療背後的功臣,透過牠們,不僅救了人類,也救了動物,甚或是你家的寵物。只是你真的了解牠們嗎?

國研院動物中心企劃推廣組組長秦咸靜提到,從歷史上來看實驗動物的醫療貢獻,可以發現從 1900 至 2016 年為止,103 位諾貝爾生醫獎得主中就有 84 位做的是動物實驗。人類對器官移植、免疫系統或胃潰瘍等疾病的認識,許多都是從動物實驗而來。換句話說,沒有這些動物的犧牲,我們對於醫療健康的知識不會有這麼大的進展。

全世界最亮的「台灣光子源」是什麼?要幹嘛?

世界最亮的光,正是位於新竹「國家同步輻射研究中心」內的「台灣光子源(Taiwan Photon Source, TPS)」。它是世界上首屈一指的粒子加速器,在全世界同級機組中,提供了最亮的光源,自 2004 年開始構想、 2010 年開始動工,至 2014 年末發出第一道光。2016 泛.知識節邀請到同步輻射中心的助研究員陳家祥博士,與我們分享這道台灣之光的奧秘與身世。

跨越東西文化──如果要重新發明「教育」,那會是什麼?

深刻體會美國教育的產學落差後,Jeremy Rossmann 選擇放棄 MIT 自行創辦以產品為導向、培育科技人才的 Make School;在台灣同樣有畢業即失業的大問題,2016 泛 ‧ 知識節 ─ 「翻牆吧!知識」11/20 的 Keynote 便進行了一場中西教育的對談,看看當國立自然科學博物館館長孫維新遇上 Make School 創辦人,會如何點燃翻轉教育的火把。

翻越科幻電影的牆──以《地心引力》和《絕地救援》為例

電影之所以迷人其中一部分是因為它包含了各式各樣、天馬行空的劇情,而身為科學傳播者,我們發現一件更迷人的事——用科學角度去檢視這些天馬行空,翻找、討論、驗證電影中的科學元素。

2016泛.知識節第二天,我們邀請到臺北市立天文科學教育館的研究組吳志剛組長,以「倒下吧,電影中的科學高牆!」為主題進行分享。他以《地心引力》(Gravity)與《絕地救援》(The Martian)兩部場景設定皆在外太空的電影片段,帶著大家翻越電影中一道道的科學高牆。

 

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如何確定 ADAS 主動安全系統真安全?用模擬驗證技術先測試!

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越來越多人的駕照是雞腿換的?(誤)這樣我們要如何確定行車的安全呢?圖/pixabay

模擬驗證技術主要是為了預測、分析系統開發的特性及響應關係,透過模擬提供多種複雜條件下系統作動之響應行為,預先分析其環境條件、控制模組與系統物理特性關係是否符合預期。中心先進駕駛輔助系統開發之模擬驗證技術,依據環境感測模擬軟體建置 ISO 國際標準以及廠規測試驗證情境 (PreScan),提供 ADAS 主動安全系統演算法開發模擬驗證 (MATLAB/Simulink),並結合 CarSim 環境建置車輛動態,模擬車輛於實際道路路況之表現,確保 ADAS 控制系統演算法開發符合實際需求與安全規範。

ADAS 這樣守護你:車道維持、巡航控制、自動煞車

ARTC 開發一套自動輔助駕駛系統,主要由三項 ADAS 主動安全系統整合而成,包括車道維持輔助系統 (Lane Keeping Assistant Systems,LKAS)、自適應巡航控制系統 (Adaptive Cruise Control Systems,ACCS)、自動緊急煞車系統 (Autonomous Emergency Braking Systems,AEBS),下列將介紹各次系統控制原理及流程。

車道維持輔助系統 (LKAS)

為了預防駕駛因疲勞而偏離車道,LKAS 系統利用車輛前方攝影機、車身訊號、方向盤轉角訊號,計算本車與車道中心線之偏移量,當駕駛有不當偏離車道時,系統將介入修正方向盤,使得車輛可維持於車道上而不偏離。

LKAS 架構示意圖。圖/ARTC 提供

自適應巡航控制系統 (ACCS)

ACCS 是一種行車跟隨系統,藉由雷達偵測前車資訊,進而控制本車之行進車速,以確保行車的安全距離,而駕駛可透過安全距離之調整改變跟隨距離之遠近。

ACCS 架構示意圖。圖/ARTC 提供

自動緊急煞車系統 (AEBS)

AEBS 透過影像與雷達感知融合技術,增強前方障礙物偵測之穩定度與精準度,並搭配車身訊號計算本車與障礙物之間的相對關係,最後透過系統的防撞決策來降低與前方撞擊之危險。

AEBS架構示意圖。圖/ARTC 提供

上路前,先進場模擬:ADAS 的模擬驗證技術

系統模擬驗證主要區分成三部分「測試情境」、「ADAS 主動安全系統演算法」、「目標車輛之物理模型」並透過相對應之軟體進行模擬,系統開發流程如下圖所示。

系統開發流程圖。圖/ARTC 提供

  1. 測試情境:透過 PreScan 對外部環境及感測器的高度仿真,作為測試演算法前端之輸入資訊。
  2.  ADAS 主動安全系統演算法:利用 MATLAB/Simulink 強健的開發工具,可制訂模塊對於各種時變系統,如控制、通訊、信號處理、影像處理和圖像處理系統等進行模擬、測試,也可以進行基於模型的設計。
  3. 目標車輛之物理模型:利用 CarSim 對於實車車身姿態、行為、響應具有高精度之相似度,提供開發人員修改車輛參數、模型以達到符合模擬之層面。

Model in the Loop (MiL)

MiL 定義為「測試案例 @PreScan」、「演算法 @MATLAB/Simulink」、「物理模型 @CarSim」皆在純模擬環境下執行驗證,其優點為可快速測試演算法邏輯,並簡化過於複雜之測試流程,如下圖。

MiL示意圖。圖/ARTC 提供

Hardware in the Loop (HiL)

藉由 HiL 來執行測試,主要是在演算法開發階段尚未完成前,先建置控制器的驗證迴路,並在模擬驗證環境中導入失效驗證情境,能實際測試車用控制器在不同的失效階段下,以了解控制器存在危險性及風險的情況,控制器是否實施緊急保護措施。HiL 模擬可幫助開發工程師在虛擬環境中有效地測試嵌入式控制器。

HiL 示意圖。圖/ARTC 提供

Vehicle in the Loop (ViL)

定義為將實車運動資訊回傳至虛擬環境中之驗證車輛,確保虛擬驗證車輛可與實際車輛之運動姿態相同,並透過虛擬感測模組偵測虛擬場景中之驗證車輛與對手車輛或相關物件之互動關係,再將此互動資訊傳輸至系統控制器 (ECU),控制器依感測資訊下達控制命令控制實際車輛之轉向、煞車或油門等底盤模組。

ViL 示意圖。圖/ARTC 提供

考駕照就考駕照,為何需要模擬驗證系統?

模擬驗證主要是幫助減少演算法開發時程以及改變 try and error 開發流程,以及利用工具可以提早進行複雜場景測試及場景重現,利用 PreScan 建置各種測試環境,且提高測試情境之複雜度,將測試情境導入 MiL 測試可提高演算法功能上的確定性;HiL 測試可驗證單純在模擬環境下結合 ECU 後兩者輸出結果是否一致;ViL 測試則為了提高實車測試驗證安全性,因此利用 PreScan 模擬環境條件提供真實車輛進行 ADAS 系統演算法開發驗證,最後再進行實車道路情境測試確保系統功能之完整性、可控性以及系統穩定性、強健性。

本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文於,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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泛知識節紀實:Mouse 編和他愉快的小夥伴──泛科學動畫是如何誕生的?

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  • 文/林立芸

科普社群泛科學以科普文章起家,並在 2015 年推出系列動畫,以生動而簡單的畫面帶大家窺探背後的科學知識。這次,2016 泛・知識節便邀請到泛科學的動畫團隊,分享動畫製作過程。

本場講座以「Mouse 編和他的愉快小夥伴」為主題,主編雷雅淇一開始先問大家有沒有看過泛科學動畫、或是有從事動畫相關工作的夥伴,現場有不少人舉手。

雷雅淇介紹,泛科學的動畫系列以「科學大爆炸」為名,不同主題的動畫會在社群上接觸到不同的受眾,例如《咖啡迷思與提神攻略》動畫便有美容 SPA 粉絲專頁分享。目前,泛科動畫團隊已經製作將近 40 支動畫,榮登目前最多人次觀看的是《小強!你怎麼了小強》系列影片,加上臉書分享總共有 500 多萬次觀看。

 

左起為主編雷雅淇、動畫師 Tino、繪師林梳雲。

從零到一:泛科動畫製作大解析

接著,雷雅淇舉《 夏日大作戰:防蚊攻略 & 迷思 》動畫為例,說明泛科動畫團隊製作「從無到有」製作動畫的流程。

「每隻動畫大約需要 2 週的時間製作,包括從腳本發想、分鏡繪製、動畫繪製、動畫製作、後製音效到音效合成,音效較專業的部分還需另外和外部團隊合作。而多數人大多會問,為什麼要選定這個主題?」

她說,主題的發想可分類為:時事(聖誕節)、生活科學(負離子吹風機)、冷科學(相對論)、編輯私心熱愛領域(青蛙)或宅科學(搞笑諾貝爾獎)、甚至是聚焦台灣土地(土壤液化)等等,通常從這些大方向開始,再經由編輯們開會討論限縮題目,最後擬定出具體製作主題。

以《夏日大作戰:防蚊攻略&迷思 》為例,當時為 5 月,原本想聚焦 2016 里約奧運帶來的茲卡病毒議題,加上剛好台灣開始關心南部的登革熱疫情,因此想做些結合時事又兼具生活教育的內容,最後發想出《夏日大作戰:防蚊攻略&迷思 》題目。「泛科學背後有上百位專業的作者擔任顧問群,寫好腳本後,我們也會找具備該領域的專業顧問審查。」

 

自創角色:Mouse 編

動畫繪製者 ─ 林梳雲負責的是整部動畫的視覺呈現,包含場景、物件、角色設計。「動畫繪製是繪製、也是設計,可以說是在顧及自身作畫的質與量。必須正確掌握分鏡的內容,才能在忠實描繪畫風的同時,也使整部作品從單純的意念,轉化為展現給他人看的畫面。」

她也提到設計 Mouse 編的趣事,「主角 Mouse 編,其實代表著『白老鼠』默默為科學界貢獻,這些實驗室小白鼠是奠定科學家很多理論和來源的重要功臣。我們的角色也不適合畫人類,因為人會與現實生活中的人有所對應。」

 

Mouse 編以實驗室小白鼠為原型

動畫師的浪漫:動態的準確與細緻

動畫師 Tino 說:「能在泛科團隊中做原創動畫,是很幸福的一件事情。台灣的動畫師常因為商業需求或各種考量,無法隨心所欲做自己想做的事情;迎合時事做的內容也會有時間限制。泛科學的知識內容不會因時間改變,而且對社會有意義價值存在。」

他認為,動畫師最重要的技能可以歸納成一個重點:將平面的動畫繪製圖,轉化成連續動作,因此,動畫師需要拿捏動態的準確性與細緻性。

Tino 說自己曾為了畫出穿高跟鞋的動態感,在辦公室穿高跟鞋模擬;在畫《新世紀福音戰士》的角色使徒時,也不斷在辦公室模擬丟標槍,嘗試呈現動作的準確性。

「雖然,一般人並不會看見這些細節,大家通常關心動畫好不好看,喜不喜歡;但是將觀眾喜歡的、投射的做出來,便是動畫師的價值所在。」

浪漫後的現實:做動畫的美麗與艱辛

當然,身為科普社群,泛科動畫最常遇到的問題還是資料的正確性。三人笑說,泛科學動畫總能引出該領域中的民間高手,在臉書留言串討論「這個結論正確嗎?」、「數字正確嗎?」而對團隊來說,引起正反兩方的討論是常見的,或者換個角度想:影片下方長長的留言串,對團隊來說正是最大的動力來源之一。

聊到之後想嘗試的泛科動畫主題,生物、太空、經濟、地科、料理、心理…「只能說有太多想做,永遠沒辦法做到滿足啊。」主編雷雅淇說。

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