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全球入侵種─福壽螺的進擊 | 所謂外來種是相對於本地種而言，根據國際自然及自然資源保育聯盟 2000 年公布的定義，外來種是「一物種、亞種乃至於更低分類群，並包含該物種可能存活與繁殖的任何一部分，出現於自然分布疆界及可擴散範圍之外」; 外來入侵種則是「已於自然或半自然生態環境中建立一種穩定族群，並可能進而威脅原生生物多樣性者」。
因此，一般提到會對本地環境生態造成影響的外來種，其實指的是外來入侵種，簡稱入侵種。行政院農委會林務局 2006 年公布的台灣十大入侵種，排名依序是小花蔓澤蘭、福壽螺、布袋蓮、松材線蟲、入侵紅火蟻、中國梨木蝨、蘇鐵白輪盾介殼蟲、河殼菜蛤、緬甸小鼠、多線南蜥，其中福壽螺高居第二，顯示福壽螺問題在當時應該很棘手，那現在又是如何呢？福壽螺現在是台灣很常見的淡水螺，在作物種植區、河川、湖泊、溝渠中都看得到。在水田或芋頭田中發現的以小個體為主，但像高雄蓮池潭中就很容易看到大隻的福壽螺或梯形福壽螺，以及牠們的卵塊。這些螺表面常有薄薄的一層泥沙覆蓋在殼上，看起來跟底質的顏色很像，和石田螺也有點類似，不過只要近距離觀看，就不難分辨出福壽螺和田螺長相的差異。
福壽螺在世界上頗有名氣，2006 年 Joshi 博士等人撰寫了一本專門介紹全世界福壽螺生物學及管理的書，2017 年再出版這本書的續集。這二本書最大的差別是第一本只講一種福壽螺，第二本談的則是兩種入侵種福壽螺：福壽螺和島嶼福壽螺。由此可見，福壽螺的問題仍在，而且更麻煩了。
全球的外來種福壽螺
福壽螺變成全球頭痛的入侵種，在其進犯的過程中，台灣扮演了什麼角色？在 1970 年代末期，有人把好幾種福壽螺引進台灣，想藉其發展水產養殖，結果十年內整個亞洲都淪陷了，在日本、菲律賓、澳洲、中國大陸、韓國、泰國、印尼等國家都看得到這種福壽螺。研究人員透過大規模的全球福壽螺分子定序分析，證實了亞洲的福壽螺來自阿根廷首都布宜諾斯艾利斯附近，而且從這裡蔓延到別的地方發生過不只一次呢。
事實上，全球共有 6 種外來種福壽螺：大羊角螺原分布於南美洲到中美洲，但現在已在加勒比海、西班牙、美國等地氾濫成災；福壽螺原生於中南美洲和美國南部，但現在遍布亞洲、歐洲、美洲等地；島嶼福壽螺也已經在亞洲和美國造成嚴重的問題；元寶螺除了牠的原生地外，在夏威夷也看得到；福壽螺屬的 P. diffusa 在台灣還沒有中文名字，牠是斯里蘭卡、澳洲、美國的外來種；至於梯形福壽螺，除了原產地外，只發現於台灣。
在這 6 個外來種中，只有福壽螺跟島嶼福壽螺是外來入侵種，而且這兩個入侵種長得還蠻像的，卵塊也都是紅紅的，只是後者的卵粒小一點。
高雄蓮池潭的紅色福壽螺卵塊及淡棕色梯形福壽螺卵塊
外來與外來入侵種福壽螺
福壽螺共有 6 種外來種，那台灣究竟有幾種？在 2006 年的一個入侵種普查報告中，共列出了福壽螺、元寶螺、島嶼福壽螺、梯形福壽螺和黃金福壽螺 5 種。台灣生物多樣性資訊網站 TaiBIF (http://taibif.tw/zh/theme_species) 的蘋果螺科下則有元寶螺屬 1 種、福壽螺屬 6 種，但有物種出現紀錄的只有福壽螺和梯形福壽螺，這跟研究人員在野外調查所得一致。
元寶螺曾有養殖及相關的報導，但活體一直沒有看到過。至於大羊角螺和黃金福壽螺在水族店有販售，野外品種倒是沒看過。因此，目前確認台灣有的外來種是大羊角螺、黃金福壽螺和梯形福壽螺 3 種，外來入侵種就僅有福壽螺 1 種。
全球蘋果螺科的外來種紀錄：(圖片來源：Joshi et al., Ed.(2017) Biology and management of invasive apple snails)
梯形福壽螺與福壽螺
梯形福壽螺是外來種，福壽螺卻是外來入侵種。2006~2008 年筆者團隊執行農委會動植物防疫檢疫局的研究計畫曾對福壽螺做了一些調查研究，發現在全台及各離島的溪流、水庫、湖泊、農作物生產區到廢汙水區都有機會看到福壽螺，密度高的時候，甚至 1 平方公尺內就有近 100 隻，但梯形福壽螺只出現在南部。野外的福壽螺體長大約 5~6 公分，梯形福壽螺則不超過 5 公分，兩種都是母螺體型大於公螺。
很多報導都提到福壽螺是雜食性，會吃秧苗，也吃筊白筍、芋頭、蓮花，還有葉菜類等，實驗室內則看過牠們也吃福壽螺蛋和魚，另有文獻指出牠會吃苔蘚蟲。野外收集的福壽螺和梯形福壽螺糞便裡，會看到植物碎片、小石頭和一些螺殼。梯形福壽螺基本上是吃素的，因為牠們的糞便中植物類的東西比較多，也摻雜些小石頭。此外，福壽螺從入口到排便的速度比梯形福壽螺快很多，排出來的食物碎片也比較大，因此可推斷這兩外來種對台灣環境及經濟危害的程度應該不一樣。
從生殖觀點來看，梯形福壽螺和福壽螺其實差不多，生殖腺覆蓋率的月別變化顯示牠們整年都可以生殖，雄螺的生殖腺發育通常比雌螺飽滿，研究人員每次採樣都看到牠們的卵塊。在實驗室中比較這兩種福壽螺卵的大小、孵化時間、孵化率及幼螺大小，可發現福壽螺的孵化時間較長，且剛孵出來的幼螺比梯形福壽螺的大些，存活率也略高；飼養兩個星期後，就發現福壽螺的成長速度比梯形福壽螺快很多，半年後，兩種福壽螺都可產下卵塊。
2006 年 6 月的一個雨後，研究人員在高雄凹子底公園的樹幹上看到好多福壽螺卵塊，地上也有為數不少的福壽螺。一、兩星期後再去調查，發現大部分的福壽螺都已乾枯在地上，但因福壽螺耐旱是有名的，牠們能忍受幾個月的乾旱，所以這時候是死還是活仍很難說。更有趣的是，在這些樣本中並沒看到任何梯形福壽螺或牠的卵塊，為什麼呢？深入研究後發現，原來梯形福壽螺不但外殼比較厚重，也不像福壽螺會包住一些空氣在自己的身體裡，讓自己浮起來，因此能透過農田灌溉或下水道擴散的，就只有福壽螺辦得到。總之，梯形福壽螺不但吃得少，又吃得頗素，分布也只局限於南台灣，因此全球在評估福壽螺入侵狀況時，就把牠排除在外了。
高雄凹子底公園樹幹上的福壽螺卵塊及地上的福壽螺
福壽螺的防治
入侵種福壽螺造成的經濟損失除了吃水生作物、小動物外，牠還會跟本土物種搶東西吃，加上牠身上有寄生蟲，如：纖毛蟲、輪蟲、線蟲、扁蟲、水蛭、吸蟲等，可能帶來的疾病有皮膚炎、棘口吸蟲病、顎口線蟲病、管圓線蟲病、沙門氏菌病、廣東住血線蟲病等。此外，福壽螺多的時候甚至會吃掉大型的水生植物，小型的藻類因此得以大量生長，使得水色混濁不清，也讓水域生態系統的主要生產者從大型水生植物轉變成植物性浮游生物。
對大部分的國家來說，福壽螺是很嚴重的入侵種，在防治上一般是採：插大型秧苗、引水處加紗網、撿拾卵塊及螺體、提供產卵附著物、輪作等。收集的福壽螺可用以製成飼料和魚餌，卵塊則有提煉蝦紅素的價值。此外，鴨間稻種植法也是一種有效的福壽螺生物防治法。
但最常使用的還是化學防治，如苦茶粕、聚乙醛、耐克螺等，其中殺螺劑三苯醋錫因為會引發環境荷爾蒙問題而被禁用。據研究，福壽螺雄螺的生殖構造有陰莖鞘、陰莖囊和陰莖，陰莖在交配時才會從陰莖囊伸出來。三苯醋錫會讓雌螺雄性化，研究人員在 2006~2007 年間，曾以雌螺雄化輸精管指數 (0~3) 評估福壽螺的雄化程度，指數數字越大代表雄化越嚴重。結果發現全台及離島的福壽螺和梯形福壽螺的雄化現象普遍存在，雄化指數介於 0.29~2.00。
由於三苯醋錫會引起淡水螺雄化，進入海域也會讓海水螺雄化，螺類雄化在 1990 年代已經是全球關注的環境荷爾蒙問題，因此三苯醋錫就受到管制禁止使用了。
前面所談的調查結果已經是 10 年前的陳年往事了，12 年前福壽螺曾是列名台灣第二的入侵種，現在又是如何呢？已經在中國大陸造成危害的入侵種─島嶼福壽螺，台灣也有嗎？這些外來、入侵種的福壽螺現況仍然值得關注。 |
生物多樣性:臺灣野生動物的多樣性 | 臺灣地形多變，林相豐富，孕育許多的野生動物資源。(圖 / Thomas Hendele,Pixabay)
人稱「福爾摩莎 (Formosa)」的臺灣雖然僅是一座面積約 36,000 平方公里的島嶼，但由於地理位置處於熱帶和亞熱帶之間，島內多高山，地形海拔落差大，充沛的雨量衍生出各類森林，茂密覆蓋於島上每個角落，形成獨特而優質的自然環境。歷次的冰河時期使臺灣海峽海水退卻，形成和歐亞大陸相銜接的陸橋，許多野生動物得以遷移到臺灣生存繁衍，因而孕育了相當豐富的野生動物資源，其中更有許多是只分布在臺灣的珍貴特有種類 (包括特有種與特有亞種)。
自古以來，這些野生動物資源就和生活在臺灣地區的人們有著相當密切的關係。從原住民移住臺灣利用大自然資源以謀生起，野生動物就是最重要的資產之一。在人類的歷史上，野生動物除了提供食用、醫藥、毛皮、器具、裝飾品等具經濟涵義的用途外，在文學、藝術、信仰、習俗等精神層次上也有深遠的影響。即使在科技昌明的今日，人們的生存不論在精神生活或物質需求上仍離不開野生動物。
我們長期利用野生動物，可是普遍不尊重牠們的生命和生存，以至於造成濫殺濫捕的現象。加上近百年來所謂文明發展和科技進步導致自然棲息環境逐漸惡化，使得許多物種生存不易，甚至瀕臨滅絕。許多生態保育學者發現，全世界的物種因人類活動所造成的滅絕速度太快，終會危及人們的生存，而指出維護「生物多樣性」的重要性和迫切性。
台灣狐蝠是台灣最大型的蝙蝠，族群數量稀少，屬於瀕臨絕種保育類哺乳類。
聯合國、國際保育組織和多國政府於 1992 年 6 月在巴西里約熱內盧召開的國家領袖地球高峰會議中協商提出「生物多樣性公約」, 迄今已有 193 個國家簽約。各國積極編撰生物多樣性國家報告，以著手實施保育工作。2010 年是國際生物多樣性年，距 1992 年訂定的「生物多樣性公約」已有 18 年之久，今年是各國對生物多樣性保育所做的努力評估績效的關鍵年。
臺灣雖然不是公約的締約國，但身為地球村的一員，不論政府單位、學界專家、民間社團和社會保育人士，莫不戮力於維護臺灣的生物多樣性。至於成效如何，值得大家關注。在臺灣，野生動物的調查研究工作起步較晚，但在政府單位、民間組織，以及許多專家學者和自然愛好者的共同努力下，積極展開多項的研究調查，已陸續建立許多野生動物的基本資料，這將是推行生物多樣性保育和教育宣導工作的重要基礎。
何謂野生動物
前一陣子臺灣民間飼育臺灣土狗的風氣興盛，飼主多強調臺灣土狗是臺灣的特有種動物。
根據行政院農委會民國 78 年公告的野生動物保育法第一章總則第三條之一的定義:「野生動物乃謂非經人工飼養、繁殖之哺乳類、鳥類、爬蟲類、兩棲類、魚類、昆蟲及其他種類之動物。」民國 84 年修正的野生動物保育法，於第一章第三條的定義是:「野生動物係謂即一般狀況下，應生存於其自然棲息環境下 (即未經人工飼養、繁殖) 之哺乳類、鳥類、爬蟲類、兩棲類、魚類、昆蟲及其他種類之動物。」
第四條進一步依保育的需要，把野生動物區分為保育類和一般類，保育類則依物種的現況區分成瀕臨絕種、珍貴稀有和其他應予保育的野生動物，依野生動物保育法加強保育。因此臺灣土狗雖然冠有「臺灣」和「土」等字，卻不是臺灣的特有種動物，因牠是經由人工飼養和繁殖，且非生存在自然棲息環境中的動物。事實上，臺灣現生的野生動物並無犬科物種。
穿山甲全身披鱗片，以白蟻和螞蟻為食，屬於珍貴稀有保育類哺乳類。
臺灣特有種和特有亞種
野生動物的物種分類是採用林奈氏 (Karl von Linne) 的二名法命名的，每種動物的學名包含兩個字，第 1 個字是屬名 (是名詞), 第 2 個字是種名 (是形容詞)。種和屬之上，再依類緣關係合併為科、目、綱、門、界。
所謂的種 (species), 是指一群外部形態和內部構造都類似的動物，在自然的狀況下，可交配而產下和親代極為相似並有繁殖能力的子代。譬如全世界的犬類都是同一種，而虎和獅在人工協助下雖可生下稱為彪的下一代，但因牠無繁殖能力，因此屬不同種。而亞種 (sub-species) 是指同屬一種的動物，由於分布很廣泛，若因時空地理隔離的因素，使得外形上有了顯著的差異，彼此間就可視為不同的亞種。
至於特有種和特有亞種，是指只存在於世界某個特定地區的種或亞種，代表該特定地區長期演化下的珍貴自然資產和獨特的基因庫。因此所謂臺灣特有的野生動物，是指在世界上僅生存於臺灣的獨特物種，若一旦滅絕，將永遠在地球上消失。
直至今日，在臺灣生存的眾多野生動物到底有多少種？迄今無法知曉。至於族群數量、分布狀況，生活史等基本資料，則絕大部分闕如。相對於隸屬於脊椎動物的哺乳類、鳥類、爬蟲類、兩棲類和魚類，我們對種數繁多的無脊椎動物所知更是有限。
目前所知，臺灣的脊椎動物約有 900 種，其中超過 200 種屬於臺灣特有的種類。脊椎動物在分類上屬於脊索動物門的脊椎動物亞門，下分為 7 個綱，即無頷綱、軟骨魚綱、硬骨魚綱、兩棲綱、爬蟲綱、鳥綱和哺乳綱。其中生存在臺灣本島的淡水魚類 (屬硬骨魚綱)、兩棲類、爬蟲類、鳥類和哺乳類，是目前有較多專家學者積極投入研究的領域，本文將以脊椎動物為介紹重點。
淡水魚類
魚類是水生脊椎動物，兩側對稱的身體可區分為頭和軀幹，軀體多呈紡錘形，外表被鱗，身上的側腺是重要的感覺器官，能偵測方向和感應水流。四肢為鰭，以鰓進行水中呼吸，聽覺器官只有內耳，絕大部分是卵生，少部分是卵胎生。
魚類是現生其他各類脊椎動物的原型，形態構造和生理作用有相當程度的一致性。現生魚類大約在 5 千萬年前的始新世已經出現，目前分為 3 綱，硬骨魚綱、軟骨魚綱和無顎綱。大部分的魚類是硬骨魚類，總數達二萬餘種，其中淡水魚類約占 30%, 而軟骨魚類約有 800 種 (全是海生), 無顎綱的種類則很少，臺灣並無分布。
魚類可說是脊椎動物中最大的一個類族。一般人認為在陸地上水域生存的魚類應都是純淡水性魚種，其實依據對水中鹽度耐受性的差異和生態棲地的選擇，可概分成初級淡水魚、次級淡水魚和周緣性淡水魚 3 類。初級淡水魚是指終其一生都棲息在淡水域中，如臺灣石賓、臺灣鏟頷魚、高身鏟頷魚、臺灣馬口魚、粗首臘、埔里中華爬岩鰍等。次級淡水魚為偶爾可進入鹹淡水域或海水域中活動或棲息，如胎鱂科的大肚魚、慈鯛科的吳郭魚等。周緣性淡水魚則指在其生活史某個階段會進入淡水域或海水域中棲息的魚種，如鰻科的白鰻、鱸鰻；鰕虎科的叉舌蝦虎、日本禿頭鯊；石鱸科的斑雞身魚，以及條紋雞魚科的花身雞魚等。
荷氏棘魞是台灣特有種魚類，鱗片大而圓，體長最大可達 60 公分以上，僅分布在台灣南部和東部的淡水溪流域。
若根據生活史迴游遷移的特性，則可區分為淡水域迴游魚類和河海水域迴游魚類兩大類型，前者如高身鏟頷魚，後者如櫻花鉤吻鮭、鱸鰻。此外，若因產卵棲地的不同而有不同迴游方向的，則可區分為溯河性產卵魚類，如櫻花鉤吻鮭；降海性產卵魚類，如鱸鰻；河口域產卵魚類，如鰕虎科、鯔科魚類等。
臺灣地區的魚類超過 3,000 種，其中所謂的淡水魚類有 4 目 61 科 224 種，包括河口域種類。
兩棲類
兩棲類 (又稱兩生類) 是指可生活在水域和陸域二種不同棲地的動物，牠們是最先由水中移至陸地生活的脊椎動物，但是對陸上的環境並不完全適應，呼吸和產卵生殖仍需要在有水的環境下進行。現生兩棲綱包括無足目、無尾目和有尾目 3 個目。無足目是指沒有腳的兩棲類，多半眼盲，僅出現在熱帶地區的溼土洞中，如無腳蠑螈，臺灣並無這一目動物，只有無尾目和有尾目的物種分布。無尾目就是沒有尾巴的兩棲類，如蛙類和蟾蜍；有尾目則是具有尾巴的兩棲類，如山椒魚。
褐樹蛙皮膚光滑，僅有一些小顆粒凸起，體色會隨環境變化，從淡褐至深褐色都有，是一種廣泛分布在全省低海拔地區的特有種兩棲類。
兩棲類的皮膚富有腺體，可不停地分泌黏液，以保持皮膚的溼潤。幼體以鰓呼吸，成長後雖可以肺呼吸，但溼潤的皮膚對呼吸作用仍相當重要。對於脊椎動物而言，兩棲類的成體開始有四足，代表著移動和拓殖能力增強。兩棲類成體並無交配器，生殖時行假交配的體外受精，而且幾乎都必須在水中生殖，多數卵生，卵小無殼，僅有鞘膜保護。
山椒魚乍聽以為是魚類，其實是不折不扣的兩棲類。牠們的身體細長，可分頭、軀幹及尾 3 部分。臺灣有 5 種，包括臺灣山椒魚、楚南氏山椒魚、阿里山山椒魚、觀霧山椒魚和南湖山椒魚，都是冰河時期的殘餘物種，目前僅分布在高山地區溼潤的森林底層，且都是臺灣特有種。
蟾蜍類的體型肥胖笨拙，僅具頭部和軀幹 2 部分，皮膚粗糙，滿布腺性疣狀凸起，耳後有膨大的腺體，在臺灣僅兩種，即盤古蟾蜍和黑眶蟾蜍。蛙類的種類較多，包括樹蟾科、樹蛙科、狹口蛙科和赤蛙科的物種，牠們的體型大小不一，可分頭部和軀幹 2 部分，如中國樹蟾、莫氏樹蛙、諸羅樹蛙、小雨蛙、斯文豪氏赤蛙、梭德氏赤蛙等。蟾蜍及雄性蛙類大多會鳴叫，各種叫聲代表不同的生物意義。
盤古蟾蜍的皮膚粗糙，散布許多大大小小的凸起，看起來其貌不揚，卻是台灣特有種兩棲類。
全世界的兩棲類約有 4,900 種，臺灣的兩棲類有 2 目 6 科 32 種 (包括外來種的牛蛙及亞洲錦蛙)。
爬蟲類
爬蟲類動物是真正能脫離水域而在陸地上自在生活的脊椎動物，牠們以爬行的方式移動身軀前進，因此又稱爬行動物。爬蟲類身體表面包覆一層鱗片或硬殼，可防止體內水分散失。不同於兩棲類，爬蟲類行體內交配，而生產子代的形式有兩類，一是可產出具保護性外殼的卵生，另一是直接產出成形幼體的胎生，這種形式僅發生在某些毒蛇類，牠的幼體的營養來自卵黃囊。
爬蟲動物的成員包括蛇、蜥蜴、龜鼈、鱷魚和鱷蜥 5 類，後二者並不產於臺灣。依據動物分類學，蜥蜴和蛇歸屬有鱗目，龜和鼈合併為龜鼈目，鱷魚和鱷蜥則各自分為鱷目和喙頭目。
臺灣產的蜥蜴類可區分為 5 個科，包括頸背部具有脊鱗凸起的飛蜥科，如斯文豪氏攀蜥；腳趾下遍布許多規則皮瓣而具攀爬吸附能力的壁虎科，如蝎虎、無疣蝎虎等；身體修長、尾巴細長的蜥蝪科，如臺灣蜓蜥、雪山草蜥等；軀體肥胖、鱗片光滑的石龍子科，如印度蜓蜥、麗紋石龍子等；不具四肢，乍看似蛇的蛇蜥科，僅蛇蜥一種。
印度蜓蜥是一種常見的爬蟲類，廣布於台灣全島中低海拔地區，以昆蟲和其他小型無脊椎動物為食。
臺灣產的陸生蛇類可分為 4 個科，包括體細黝黑，狀似蚯蚓的盲蛇科，僅盲蛇一種；頭部呈三角形，頸細，上頷具管牙和毒腺的蝮蛇科，如百步蛇、龜殼花等；頭部呈橢圓形，上頷具前溝牙和毒腺的蝙蝠蛇科，如雨傘節和眼鏡蛇；頭部大多呈橢圓形，上頷牙齒沒有毒腺的黃頷蛇科，如錦蛇、青蛇等。
龜鼈類身軀包覆著骨質外殼，易於和蜥蜴類與蛇類區分。臺灣淡水龜鼈可類分為背部骨板外層具有堅硬角質盾板的澤龜科，包括斑龜、食蛇龜、材棺龜和金龜 4 種，以及骨板表面包覆一層柔軟皮膚的鼈科的鼈。
全世界的爬蟲類約有 8,000 種，臺灣產的爬蟲類有 2 目 14 科 89 種，包括蜥蜴 32 種，蛇類 46 種 (不含海蛇), 蛇蜥 1 種，龜鼈類 10 種 (含海龜 5 種)。
鳥類
鳥類具有靈巧的外形、鮮豔的羽色，以及婉轉動人的鳴叫聲，一直是人類所熟悉、喜愛的動物。除了夜行性的貓頭鷹類外，絕大多數的鳥種屬日行性，是一類容易被發現與觀察的野生動物。鳥類與哺乳類是動物界唯二的恆溫性動物。羽毛是鳥類最重要的特徵，鳥類的羽毛除了協助飛行外，其多樣的圖案和斑斕的色澤代表著物種和性徵的表現，羽毛更是鳥類保持體溫和漂浮於水面不可或缺的防水配備。
絕大部分的鳥類都有在空中飛行的能力，主要因為鳥類具有前肢演化成的雙翼，搭配流線形的身體、體表的羽毛、發達的胸肌、輕盈的骨骼，一對強壯的後肢則用於行走與跳躍，堪稱是完美的飛行生物。鳥類不具牙齒，體內部分器官退化或萎縮都有利於飛行。
臺灣的鳥類如果以停棲在臺灣的時間長短來劃分，可大致區分為留鳥、候鳥、過境鳥及迷鳥 4 大類。留鳥是指終生都在臺灣留棲生活的鳥類，如帝雉、藍腹鷴、臺灣藍鵲、冠羽畫眉等，約有 150 種。候鳥則指遷移性鳥類，其中主要是每年秋季遷移到臺灣並停留到隔年初春的冬候鳥，如陸棲的虎鶇、黃尾鴝和水域的小水鴨、黑面琵鷺等，種類和數量都相當可觀；少部分是春夏季到臺灣來繁殖的夏候鳥，如八色鳥、中杜鵑等。
黑冠麻鷺是鷺科鳥類，分布於低海拔森林底層，生性敏感，屬於稀有的留鳥。
過境鳥是指臺灣只是其遷徙路徑上的一個休息站或能量補充點，休息補充後會再南遷或北返的，如灰面鷲、紅尾伯勞等。迷鳥則是指族群分布或遷徙路徑應未經過臺灣，但有時因飛行迷途而來到臺灣，因此在臺灣往往只有一、二次的發現紀錄，出現時間也不規則，如東方白鸛、白腹海鵰等。此外，臺灣近年來經常可以發現人們飼養於籠中，因故逸逃到野外並有繁殖現象的外來種鳥，如椋鳥類、八哥類、白腰鵲鴝等。
目前全世界的鳥類約有 9,100 種，臺灣地區出現的紀錄鳥類近 560 種 (若包括外來種鳥則超過 600 種)。
哺乳類
哺乳類可說是動物界中最高等的一類動物，重要的特徵包括具有乳腺、毛髮、胎盤 (胎生), 以及內溫性 (溫血性) 等。乳腺是哺乳類動物所特有的構造，同時也是名稱的由來，成熟的雌性哺乳類動物都能分泌乳汁以哺育後代，提供成長發育所需的養分。所有的哺乳類動物全身或至少在身體的一部分有毛髮，或稱為毛皮。毛皮具有隔離作用以防止體溫散失，並能配合生長的環境達到保護和掩蔽的效果，以躲避掠食者的捕食。有些哺乳類動物的毛皮呈現對比鮮明的色彩，則是具有警戒作用。
除了鴨嘴獸、針鼴等一穴目是卵生的哺乳類動物外，幾乎所有的哺乳類都具有胎盤，是胎生動物。發育中的胎兒受到子宮的保護，並藉由胎盤從母體獲取養分，得以成長發育為較健全的幼體始產出。哺乳類具有體溫調節中樞，能夠維持體溫的恒定，不因為外界環境溫度的改變而改變。即使在低溫的環境下，哺乳類仍能維持正常的新陳代謝與活動能力，因而更增加哺乳類動物對環境的適應性，有助於分布至寒冷的地區。地球上只有哺乳類及鳥類是內溫性動物。
除了以上 4 個主要的特徵外，其他特徵還包括體腔內的橫膈膜；具有門齒、犬齒、前臼齒及臼齒的異型齒；螺旋狀的耳蝸；中耳的鐙骨、砧骨及槌骨 3 小骨；凸出的外耳殼等。
臺灣產哺乳類包括陸生的 8 個目和海生的鯨目。陸生的 8 個目是嘴部有 1 對持續生長的門齒、適應力強、繁殖率高的囓齒目，如鼠類、松鼠類和鼯鼠類；身體與鼠類相似，以蚯蚓、蠕蟲為食的食蟲目，如錢鼠、鼴鼠等；唯一真正會飛，形態生理特化，多數種類以超音波聲納系統偵測周遭的翼手目 (蝙蝠), 如臺灣葉鼻蝠、東亞家蝠等；臺灣唯一的本土野生靈長類 — 靈長目的臺灣獼猴；具有兩對上門齒、耳朵特長的兔形目的臺灣野兔；披有褐色厚鱗，口腔無牙齒，以黏性長條狀舌頭黏取白蟻或螞蟻為食的鱗甲目穿山甲；行動敏捷、兇猛有力的肉食性猛獸的食肉目，如石虎、白鼻心、臺灣黑熊等；體態粗壯，具偶數蹄趾的草食性動物的偶蹄目，如臺灣水鹿、野豬等。此外，屬於鯨目的鯨魚和海豚則活躍在臺灣周邊海域中。
全世界的哺乳動物種類約有 5,200 種，臺灣有 110 餘種，其中分布在陸地上的種類有 8 目 20 科 80 餘種，海域的鯨豚類則有 1 目 7 科約 30 種。
省思
臺灣得天獨厚的自然環境孕育出物種繁多的野生動物，以單位面積所擁有的種數而言，臺灣島上各類野生動物在和世界各國比較下都名列前茅，可謂是彌足珍貴。可是今日生存在臺灣的野生動物，普遍面臨非法盜捕、棲地破壞、外來入侵種競爭、全球環境變遷和氣候暖化的影響，牠們所遭遇的生存問題亟需我們加以研究了解，以共謀保育維護之道。
現階段最重要的議題，當屬國人須建立生物多樣性保育和維護野生動物生存權的觀念，尊重生命、愛護生命，深切體認人類也是地球生態中的一分子。當缺少芸芸眾生和完整生態體系的正常運作時，人們將無法獨自生存在這顆藍色地球上！ |
海龜殺手——致命的塑膠袋 | 你聽見海底傳來的聲音了嗎？噓！讓我們打開耳朵，細細聆聽！來自海洋的聲音。
【場景設定在海洋醫院，一群人手忙腳亂，大家正在搶救奄奄一息的海龜】
● 水母記者：城市廣播的觀眾朋友好！水母記者現在正在海底醫院現場為您實況轉播一則重大的意外消息！一隻重達一千公斤的綠瓗龜，因為受重傷現在被緊急送往海洋醫院搶救，馬上就來聽聽海豹醫生怎麼說！● Dr・海豹：這隻海龜的症狀確定是胃腸阻塞！剛剛我從他的胃裡頭取出一堆異物，你們知道我取出什麼嗎！天啊！竟然是一條長達 12 釐米的尼龍繩跟一堆塑膠袋！很遺憾，這隻海龜最終還是沒能救活，現在我要宣布，這隻海龜已經不治死亡！● 潛水夫：唉呦～真是太可憐了！～海龜爺爺～您平常沒東西吃也不用去吃一堆垃圾吧！你看，最後的下場是這麼慘～哇～● 水母記者：這位先生，貴姓大名？看來你是這隻海龜的朋友是嗎？請問你對於海龜的死有什麼看法？● 潛水夫：我是潛水夫–水哥。你問我有什麼看法？我看，我現在應該把你給宰了，直接去餵我的朋友海龜！都是你們這些水母，讓海龜爺爺沒東西吃，最後亂吃垃圾而死亡，海龜爺爺的死，你們這些死水母要負責～！● 水母記者：這位人類先不要激動，雖然海龜是我們的天敵，但是我一點都沒有興災樂禍的樣子，況且，你的說法似乎跟事實非常的不符合喔！● 潛水夫：不然你說說看啊！海龜爺爺會亂吃一堆垃圾，最後因為胃腸阻塞而死亡，你敢說不是你們造成的！● 水母記者：當然跟我們水母沒關係，真要怪罪的話，恐怕還是你們人類吧！因為你們人類沒有公德心，亂將垃圾丟棄在海中，才會對海龜造成這麼大的威脅！● 潛水夫：嗯...... 就算有一些人類真的沒公德心好了，但是海龜不至於會去吃垃圾吧！● 水母記者：這就是問題的所在啊！因為一些半透明或透明的塑膠袋，會讓大多數的海龜沒辦法辨認，以為那是水母，就這樣吞到他們肚子裡面，過去我就曾經採訪過很多件這樣的例子，在已經死亡海龜的消化道中發現一些塑膠袋的存在。這些海龜因為無法消化這些塑膠袋，而造成消化道的阻塞，活活生地挨餓，最後就走上死亡這條路。
● 潛水夫：原來是這樣啊，看來是我水哥錯怪你們水母了。很感謝你告訴我這些，我現在要趕快上岸去告訴我的朋友，以後到海邊來玩，一定要將塑膠帶回家，進行回收，或是乾脆不要帶塑膠袋來海邊！博士 OS:
研究調查發現，綠瓗龜誤食塑膠袋的比例在這幾年急速的增加，有許多被衝上海岸的綠瓗龜屍體中，科學家發現他們的胃裡頭有塑膠製品。以水母為主食的海龜，經常會把漂浮在海面的塑膠袋誤認為食物而吃到肚子裡面去，因而造成死亡。海龜是活動於大洋的動物，但因為誤食塑膠袋造成腸梗阻，身體產生脹氣，不能潛入水中，所以才會隨波逐流到了近海。英國的學者研究，每年海中的塑膠垃圾，至少殺害了上萬隻海中的哺乳類生物，這些塑膠垃圾，大部分都是來自於到海邊玩耍的遊客。而這些塑膠袋，也成為海中名副其實的恐怖殺手！大家一定要發揮公德心，不要讓這些海底生物白白犧牲！又大又深的海洋裡，蘊藏了許多新奇的知識，歡迎您也一起加入城市廣播與科技部的行列，探索更多海洋的奧秘喔！ |
拚經濟?顧環保? | 過去，企業為求經濟的快速成長，往往在過程中犧牲了環境保護的需求。隨著全球暖化議題日益延燒，環保意識抬頭，汙染防治政策因此成為綠色環境及綠色經濟所必須思考的一個重要議題。社會大眾也慢慢產生一個共識，即企業在追逐利潤的同時，也必須承擔所謂的企業社會責任 (corporate social responsibility, CSR)。在這樣的社會情境下，有愈來愈多的台灣企業開始正視其對環境的影響，也試圖以具體環境政策為地球盡一份心力。
當企業擬定環境政策時，除了成本、收益的考量外，也要考慮一些外在因素，包括政府的環境政策及企業形象的維護。因此，如何在傳統財務經濟與綠色經濟之間取捨，讓兩者的利潤衝突降至最低，考驗著每位企業經營者。以往，企業執行策略時，多數以傳統的淨現值法 (net present value method) 立即進行「做」與「不做」的決定，如今進一步思考的是在哪個「時間點」執行環境政策最適切，以及「如何做」、「做多少」的問題。
東華大學國際企業學系的林達榮副教授為此建立了一套量化求解模式，把經濟面與環保面的成本、收益函數納入考量，試圖使企業在經濟與環保的兩端找到一個平衡點。再者，林教授提出一個重要的觀念：面對一個充滿不確定性的外在環境，企業經營者必須改變以往「做」與「不做」的二元策略，導入「管理彈性」的思維，讓決策者有空間在適當的時機做適當的修正。
畢竟未來的世界充滿各種變數，而多數環境政策都是根據過去資料所研擬出來的趨勢或預測進行分析，容易產生「該做」而「未做」, 或「不該做」卻「做了」的偏誤，造成政策制定與執行的不適當。因此，應當思考一個環境政策執行後，要有彈性修正的空間，才能讓這個政策符合當下的環境。
林教授援引在 1973 年開發的「選擇權定價模式」(options pricing model), 這個模式由兩位美國財務經濟學家費雪・布萊克 (Fischer Black) 及麥倫・修斯 (Myron Scholes) 聯合提出，原使用在金融交易上，後經學者陸續修正模型後，以「實質選擇權」(real options) 之名，開始運用在企業經營領域。
林教授的突破在於把「管理彈性」的思維應用在環境議題上，並簡化複雜的數學運算，建立一套量化求解模式。這模型可以適切地評估「專案價值」、投資與否的「決定值」, 以及未來可能執行方案的「潛在策略價值」, 讓企業找到適切的決策「時機點」進行汙染防治的專案投資。
以彈性思維的管理觀念來處理環境、經濟的議題，不再只是「做」與「不做」的二元策略，而是做一個比較彈性的選擇，能更有效地掌握「何時做」、「如何做」、「做多少」的管理意涵。林教授同時強調，這個研究成果也適用於各項風險評估與專案價值的衡量，小到企業的決策，大到政府的政策，只要能善用這套方法，在變動的環境下，選擇合適的時間點進行合適的決策內容，就能減少不必要的人為判斷錯誤的機會。 |
與披著羽毛的音樂家相遇──耐絲與鳥類生態學 | 愛上野鳥
一八八三年十二月六日，瑪格利特。摩爾斯。耐絲 (Margaret Morse, 後冠夫姓 Nice) 生於美國麻薩諸塞州西部的阿默斯特鎮，她的父親是阿默斯特大學歷史學系的教授，同時是一個愛好種植蔬菜與果樹的人。她後來寫道:「在我兒時的記憶裡，父親不是在田裡抓蟲就是爬在果樹上。」她的母親畢業於聖軛山女子學院，熱心社區教育，經常帶著孩子與鄰居到野外認識花草。耐絲寫道:「母親期待我們七個孩子都能辨識花朵，因為認識野花，就能欣賞大地上最美的一角。」
摩爾斯家的小孩剛進入小學時，父母親就送孩子一本生物學的書作為禮物，摩爾斯所獲得的是美國主日學會出版的《珍妮與鳥》, 這本書是講一個名叫珍妮的小女孩與一隻鷦鷯作朋友的故事，母親經常要她朗誦給全家聽。兒時的影響是那麼深遠，使耐絲後來成為二十世紀最著名的鳥類學家之一，與全世界許許多多的野鳥作朋友。
迷上鳥巢
她的日記裡充滿著鳥類的紀錄，例如春天飛來的知更鳥、花叢中採蜜的蜂鳥、樹梢上鳴唱的歌雀，她也記錄其他的生物，如「石蠶蛾是水中最神祕的住客」、「癩蛤蟆在水中產的卵像是串串珍珠」、「水中沈靜的蠑螈長得好像蜥蜴」等。她又寫道:「我熱切地想認識周遭的一切生物。」
暑假是她最期待的日子，父母送她到鄉下與祖父母同住。她的祖父母在年輕時是印度的宣教士，也是辨認野生動植物的高手。她曾寫道:「今天，祖母帶我去探險，到河邊去認識一隻烏龜。」一八九五年，祖父母送她的耶誕節禮物《鳥的築巢技巧》更成為她青少年時期最喜愛的一本書，她後來寫道:「這本書使我跨出研究鳥類的第一步。」她照書上所寫，記錄鎮上鳥巢的分布，她寫道:「我連作夢都夢到鳥巢。」
爬樹的女孩
一八九七年，她就讀中學時愛上文學，她寫道:「文學是珍藏優美文字的寶庫。」她將文學與鳥類研究結合，在學校出版了一份《鳥報》, 定期報導校園裡鳥類的活動。為了報導鳥巢裡的狀況，她學了一身爬樹的本領，甚至有一次為了保護巢裡的雛鳥，還打死了一條蛇。
一九○三年，她也進入聖軛山女子學院就讀，她與兩位女同學組成一個探險小組，經常爬山、遠足，為了安全，她還買了一把來福槍，她寫道:「書本難以喚起我學習的熱情，但是當我走到野外時，就充滿認識大自然的飢渴。」她又寫道:「到野地，才知道文明帶給人方便，也使人逐漸忘了野地裡的趣味。」四年後，她畢業並申請進入克拉克大學 (Clark University) 應用生物學系的研究所深造。
愛吃的野鳥
她的指導教授邱德 (Sylvester D. Judd) 研究「鳥類的飼食」, 給她一隻鶉鳥 (bobwhite), 要她記錄這隻鳥整天的進食量，她寫道:「研究所裡如細菌學、神經學、組織學的課已經很重了，我還要去採集草種、捕捉蚱蜢，來養這隻彷彿一直都吃不飽的鶉鳥。」
由於對野鳥的喜愛，這份苦差事仍讓她甘之如飴。她發現這隻愛吃的鳥，一天之內竟可吃 1,532 隻昆蟲，其中一千隻是小蚱蜢，她興奮地向老師報告，老師卻怪她餵的太多，讓鳥吃個不停。其實，她的發現是正確的，鶉鳥的確是昆蟲的重要捕食者。
驚濤歷險記
一九○八年，她與實驗室裡的幾位同學到野外探險，夜宿河邊沙洲，忽然下起大雨，山洪驟至，淹沒沙洲。幸好，他們及時逃到高處，事後她寫道:「祇為興趣去熱忱參與野外的工作，有可能是危險的盲從，每次探險必須清楚前往的目的與方向，否則成了瞎子帶領瞎子。」
她探險的經驗愈來愈豐富，就成了領隊。她預備了足夠的食物、睡袋、帳篷，預先探勘了路線，才率隊前往。有次探險的途中，有一段划舟前進的水路，又逢大雨，使得划舟速度大減，更糟的是上游沖下許多木頭，若撞上這些木頭，就有翻船的危險。他們划到太陽下山，仍然未到達預定地。
黑暗中，船猛然撞上一根木頭，這根木頭不僅沒有把船撞翻，還將船頂上木頭。本來，她與隊員大為驚慌，因為船槳划不到水面，無法控制船隻，仔細一看，才知這根木頭救了他們，船在木頭上順著水流漂到了淺處，探險隊員安全上岸，她後來寫道:「我感恩不已，整夜無法成眠。」
天生佳偶
她注意到有一位新加入的探險隊員李歐那・布萊恩・耐絲 (Leonard Blaine Nice) 從頭到尾都很鎮定，他是系上的博士班學生，專攻生理學。經過這場驚險的遭遇，倆人進入更深的交往，他是一個熱愛野外探險的人，自稱:「我是像磚頭一樣堅固耐用的男人。」一九○九年八月倆人結婚。
結婚後，她幫助丈夫完成博士論文。一九一三年，丈夫前往奧克拉荷馬大學任職，她在學校邊租了一間老舊的大房子，將屋子的一部分租給大學生，並且在房子的後院，飼養雞、蜜蜂、青蛙、一隻豬與一群老鼠，她稱這房子是「黃南瓜」。不久，學生都知道周末時師母會辦戶外探險，參加的學生愈來愈多，她又開設一間兒童自然教室。
保護母鳥
一九一五年，她以〈兒童語彙發展與環境的關係〉為論文，取得克拉克大學的碩士學位。婚後到一九一八年之間，她生了四個女兒，她愈來愈忙於照顧孩子、料理家務，無暇到野外探險與觀察鳥類。
一九一九年，報紙上刊載州政府認為原列為保育種的「嘆鴿」(mourning dove) 數目過多，可以自八月起開放供人打獵。這件事引起耐絲的憤慨，根據過去的觀察，她記得嘆鴿的母鳥在八月時仍在孵卵。她立刻與「黃南瓜」的這群學生出外調查，果然發現到十月後，嘆鴿的幼鳥方能離巢獨立。她將調查結果反映給州政府，建議延後開放供人打獵的時間，州政府以一篇大學教授的研究成果反駁她，她又與該教授聯繫，才知道那份研究報告是該教授讓幾個調查鬆散的研究生所作的成果，卻影響許多嘆鴿的存亡。
鳥類觀察站
她寫道:「在觀察嘆鴿的過程中，大自然的榮耀再一次深深吸引我。太多人對大自然根本漠不關心，他們有眼卻看不見。從此，我決定以保護大自然與野生動物為己任。」她獲得家人的支持，向美國聯邦政府的生物調查局申請，在大學城外的「蝸牛溪」設立鳥類觀察站。一九二○年四月，她的申請獲准。她寫道:「我必須深深地耕耘，才能喚醒更多人對於野鳥的喜愛。」
她每天去觀察站一至二小時，記錄所觀察到的黑鶇、啄木鳥、柳鶯、鷦鷯、知更鳥、仿效鳥、黃鸝、緩帶鳥等，此外，她也經常與家人及「黃南瓜」的大學生們去附近的鄉鎮遠足，記錄不同地區的鳥種與隻數。
她的腳步逐漸遍布奧克拉荷馬州的各地，她愈來愈喜歡觀察鳥類，她寫道:「我在河邊看鳶鳥翱翔，在草叢聽雲雀歌唱，連夜間貓頭鷹的啼叫都是那麼迷人。鳥類是一群披著羽毛的音樂家，每一聲的啼唱都是美麗的音符，尤其在深夜裡靜聽，更是優美。」一九二四年，她與丈夫將觀察結果彙整出版《奧克拉荷馬州的鳥類》, 她在書的前言寫道:「介紹鳥類是保護鳥類最好的方法。」
棲地的保護
一九二五年，她轉而研究鳥類對雛鳥的餵食，長期的田間觀察使她愈來愈有經驗。但是豐富的經驗不代表研究的深度，她大量採購鳥類研究的期刊，並從早期出版的第一期買起。她愈讀愈想回大學念博士學位，但是身為四個女兒的母親，丈夫也需要她照顧，她知道難以如願。她寫道:「在學術圈裡沒有博士學位，就像一個殘廢的人與人競走。但是鳥類學研究，在野外觀察仍有一片待發展的空間。」隔年，她開始進行有系統的野外觀察，並將結果投稿到期刊，〈鳥巢的觀察紀錄〉是她以後 250 篇研究成果的第一篇。
為了保護「蝸牛溪」的自然生態，她經常與當地的農民溝通，她提出:「讓野鳥留下，牠們吃掉大量的昆蟲與草種，是對作物生長有益的，因此不要砍掉一些樹枝與草叢。」當地的政府曾想把荒地改闢為公園，以免流浪漢躲在其間，她不厭其煩地與官員溝通，她認為:「雜草叢生並非荒廢的地方，那是鳥類棲息的好所在，光是聽到鳥類的歌唱，就是社會休閒與教育最好的場所。」在打獵季節，她投書報社，以「區分保育性鳥類的方法」為題教育大眾，以免獵人誤殺了保育類的鳥種。有這一位熱心的溝通者，「蝸牛溪」漸成著名的野鳥保護區。
沈重的打擊
一九二九年，她的九歲女兒忽然高燒病逝。這對她是一個沈重的打擊，她是否太愛看鳥而忽略照顧女兒呢？她沈寂了一陣子。有一天，她一早到野外散步，聽到一隻歌雀在盡情歌唱，她寫道:「歌雀的生活環境裡有疾病、有掠食者、有風雨的打擊，牠為什麼還能夠發出如此悅耳的歌聲？那是勇敢！何等地祝福，能夠在清晨聽到這些歌聲。活著，就不該留在自己不幸的陰霾裡，該把歡樂散發給別的孩子們。」
從此，她決定走出憂傷，並以七年的時間，研究歌雀歌唱的原因。
鳥類學的發展史
二十世紀以來，觀察鳥類已經成為普世最熱門的生態教育活動，許多環境保護的運動，如 DDT 的禁用、瀕臨絕種生物的保護、濕地的保護等都是研究鳥類的學者與野鳥的愛護者首先提出的。除了鳥的歌聲好聽、羽毛好看之外，主要的關鍵是鳥類的活動需較寬廣的空間，所以環境一改變，鳥類就先受影響，鳥類的研究者與觀察者就成為對環境破壞最敏感的一群人。
在鳥類研究與觀察的背後，有幾個重要的哲學思考使鳥類學成為自然科學裡重要的一門。最早將鳥類當成研究對象的是十三世紀聖本篤修道院的修士馬格聶斯 (Albertus Magnus, 1198-1280), 他提出凡是在宇宙中真實存在的萬物，都值得研究，他著的《動物史》叢集，其中的第 23 冊，即為《鳥類學》, 他記錄鳥類的行為與生活，是鳥類學研究的先驅。
鳥類學的邏輯
「鳥類學之父」是英國的醫生特諾 (William Turner, 1500-1568), 他在劍橋大學念醫學系時成為基督徒，熱心傳講福音，英國國王亨利八世下令抓他，他在一五三九年逃到瑞典，又因信仰的緣故被通緝，他又逃到丹麥、荷蘭、法國、奧地利等地。逃亡使他有機會看到歐洲各處的鳥類，他開始用鳥的形態特徵進行分類，並出版《鳥類分類學》的專書。
而後，伊利葛 (Carl Illiger, 1775-1813) 認為用解剖認識鳥類的結構，可以更精確地分類。波拿巴第 (Charles Lucien Bonaparte, 1803-1857) 則成立鳥類博物館，大量收集鳥類標本，將鳥類做更有系統的分類，他曾寫道:「分類學猶似樓梯，縝密地級級相連。」
保護鳥類與環保的結合
薛里傑 (Hermann Schlegel, 1804-1884) 更提出為什麼鳥類存有可供人分類的「特徵」, 而且這些特徵可以一代一代地傳下去。這些「特徵」除了受到遺傳的影響外，在不同的地區，會產生程度上的「差異」, 但是主要的特徵依然存在。他到日本、爪哇、越南等地旅行，收集鳥類標本，他分類了四千種鳥種，建立近代鳥類分類的體系。
鳥類觀察成為普世人的喜愛，確普曼 (Frank M. Chapman, 1864-1945) 的貢獻最大，他在一八九九年出版《鳥的學問》期刊，成為許多人喜愛的刊物，他也強調鳥類生態學與鳥類地理分布學，使得喜歡野鳥的人成為環境生態保護的先鋒。
雀鳥的歌唱
耐絲對於歌雀的研究獨特的地方有三點，首先她用彩色塑膠的腳環套在研究鳥隻的腳上，彩色腳環有不同顏色的次序，可以區分不同的鳥，釋放後，她由遠距離就可以分辨這隻鳥。其次是她用錄音的方法研究鳥的歌唱頻率，與在求偶、交配、產卵、覓食、餵食、守衛領域時的啼叫，試由鳥的啼叫判斷鳥類心理、溝通的方法與對環境逆境的反應。她也對研究的對象，一代又一代地追蹤觀察，對於鳥類生活史提供更精確的資料。
首先她發現歌雀的叫聲有不同的旋律，至少有六至二十四種的變化，分別代表不同的意義。她也發現鳥類的叫聲，每一隻各有不同，而且不是傳遺自父母的叫法，她寫道:「我追蹤了八代歌雀的啼叫，發現每一代都有自己的叫法，而且與上一代的叫法不同。」這代表鳥類有自己學習，發展自己旋律的能力，她又寫道:「在叫法上，每一隻鳥都可以顯示其特色，母鳥為了照顧幼雛比較安靜，雄鳥卻是歌唱的能手，我曾記錄一隻雄歌雀，一天竟唱了 1,680 次，真是喜悅表達。」
一九三四年，她發表〈歌雀的行為〉, 引起學術界的注意。隔年，她又發表〈歌雀生活史的研究〉, 因而獲選為德國鳥類學會的榮譽會員。
大地之美
一九三六年，她的丈夫獲聘為芝加哥醫學院生理與藥學系教授，舉家遷往芝加哥。她繼續在芝加哥城外的森林保護區觀察鳥類，她發表〈光度對鳥類行為的影響〉, 並由凌晨四點起，列出鳥類啼叫順序：雞、環頸雉、夜鷹、歌雀、鷦鷯、紅雀、黑鶇等。接著，她又發表〈黃昏歸鳥的次序〉, 一九三七年，她被選為「威爾森鳥類學會」主席。
她開始經常受邀至學校演講，她在一場演講中說道:「人類文化的活動，不能祇留在人工之美的聲、光、色，這些膚淺之美若成為時代的主流美感，我們的孩子將迷失方向。孩子應該知道，最美的部分仍然留在大自然，他們需要去培育鑑賞大自然之美的能力。」她又提到:「為什麼我們的心，常被野地裡的美所激動？為何野鳥的歌唱，讓我們的心感到歡欣？莫非我們的被造，本來就與這些鳥類那麼地貼近。」「由一隻鳥的歌聲，就知道活著是一件多麼快樂的事。」
野生動物管理的先河
一九四○年，她在美國農業局教導農民「如何在耕種上多利用野鳥提供的幫助」, 因著她的努力，許多捕鳥的鳥網不再出現在農田上，她也教導農民「合理使用農藥的方法，以免影響野鳥的生存」。她建議市政府應如何設計公園裡的夜燈，以免影響夜間鳥類的棲息，她也提倡「土壤保持、森林保育，以增加鳥類的棲地空間」。一九四二年，她獲得鳥類學最高學術獎「布魯斯特金質獎」。
而後，她花許多時間教育各地賞鳥協會的會員，能夠與大學相關的學術團體及科學博物館的典藏標本接軌，她提出:「生態觀察者的危機是目光愈來愈狹窄，祇在乎自己所觀察的地區，祇在乎自己所喜好的種類，祇強調自己所擁有的田間經驗，結果是將自己局限在一個狹窄的區域內，而忘了自然生態的豐富與多樣，提醒我們要有開闊的眼光與心胸。」為此，她建議出國賞鳥，定期出版鳥類學研究摘要等。
此外，她也提倡保護生物某一物種，絕非祇在保護該物種本身，更需要保護棲地的水、土、植物環境，因此要從傳統的生態學再分出「野生動物生態與管理學」。她特別強調「保護」就需要有人去「管理」, 而非「任憑」其自生自滅。
優美的一生
一九五○年，她因心臟病較少出野外或四處演講，她把人生最後的菁華，用在以近代鳥類的分類法去勘正古代書籍中的鳥類名稱。她於一九五五到一九六二年期間，獲得數所大學的榮譽博士學位。學術界並將在墨西哥發現的歌雀新種 (Melospiza melodia niceae), 以她的姓為其取學名。
晚年，她用積蓄採購許多鳥類期刊，尤其是將最早期的卷數一一補齊後，贈送給其他國家的圖書館。她寫道:「自然科學是永無止境的學術，研究大自然豐富我們的一生。」一九七四年六月二十六日，她方從大自然的舞台謝幕。
深度閱讀
Berger, A.J. (1961) Bird Study, John Wiley & Sons Inc., London.
Bonta, M.M. (1991) Margaret Morse Nice - Ethnologist of the Song Sparrow, Texas A & M University Press, U.S.A.
Nice, M.M. (1979) Research is a Passion with Me, The Margaret Nice Ornithological Club, Canada.
Ross, M.E. (1997) Bird Watching with Margaret Morse Nice, Carolrhoda Books Inc., U.S.A.
Stresemann, F. (1975) Ornithology - From Aristotle to the Present, Harvard University Press, England. |
印尼祭出新措施,雨林仍持續消失 | 雨林在全球生態系扮演重要角色。(圖 /pixabay)
印尼雨林砍伐衝擊生態
印尼因為長期濫伐雨林而成為溫室氣體的排放大國，雖政府宣稱改善環境破壞的新措施頗有成效，但環保人士不相信，指蘇門答臘雨林的的果仁油與棕櫚油作物種植面積持續擴大，速度之快令人心驚，政府與企業承諾的節制措施根本沒用。雨林墾植是氣候變遷的主要成因，也威脅印尼境內老虎與猩猩的生存。
印尼雨林面積原是全球第三大，如今被砍除近半，成為中、美之後的全球第三大溫室氣體排放國，其中 8 成的溫室氣體因破壞雨林的墾植而生，加劇的海平面升高，危及印尼散居各島嶼上的兩億五千萬人民。
對此，印尼總統尤多約諾 (Yudhoyono) 承諾 2020 年前降低 26% 的溫室氣體排放量，途徑是限制雨林租用。印尼駐美大使賈拉 (Dino Patti Djalal) 呼應該國政府正積極與相關企業及環保團體合作保護雨林的政策。他強調，該國最大的果仁油與棕櫚油企業已承諾暫停雨林砍伐，改以現有耕地與劣地來生產，還承諾保護猩猩。
不過，環保團體綠色和平發現，印尼第二大果仁生產商 - 亞太資源國際公司 (Asia-Pacific Resources International Ltd., APRIL) 仍以蘇門答臘廖內省 (Riau Province) 的雨林生產，廖內省因而成為雨林濫墾最嚴重的地區，嚴重破壞當地生物多樣性。
廖內省今夏還發生可能係人為的森林大火，形成的霾害甚至北飄到近鄰泰國，引發抗議。綠色和平組織說，2009 至 2011 年間廖內省的老虎棲地有 10% 遭到摧毀，造成僅存的 400 頭蘇門達臘虎嚴重的生存壓力。
同期間婆羅洲有 1410 平方公里的猩猩棲地雨林遭到整地剷除，這正是承租該地的棕櫚油製造商所為。
環保人士認為政府新措施成效不彰，主因在大部份企業承租林地並未改變，而且法規漏洞太多且可輕易規避。研究東南亞環境議題的專家也說，企業壓力、官員貪污、錯誤的土地政策，以及人口成長帶來的耕地需求，造成雨林的消失。也有專家認為，印尼地方政府影響力增加，造成中央政府的環保新措施無法貫徹到地方。
雨林扮演生態要角 保育勢在必行
熱帶雨林僅佔地球面積的一小部份，主要分布在南美洲、非洲、東南亞和澳洲等地的赤道附近。雨林的存在對於地球生態有絕大影響，雨林是地球上最豐富的動植物棲息地，在維持生物多樣性上扮演關鍵角色。
雨林也影響降雨量多寡。樹木有有吸納水份的功能，樹根把水份吸收傳到葉面，進而讓水份以水蒸氣的形式釋放到空氣中進入水循環，水蒸氣凝結成雲，增加降雨的機率。一但雨林被大面積的砍伐，降雨量必將減少、乾旱隨即增加。
雨林更被視為地球之肺，雨林的大量植物的光合作用，吸收二氧化碳轉換排出動物所需的氧氣，是大氣中氧二氧化碳平衡的重要機制。雨林被大量砍伐，不僅降低了地球吸收二氧化碳的能力，開墾過程也會增加溫室氣體排放，加劇全球暖化。
印尼擁有的廣大雨林曾名列世界第二，1950 年代後大量地開墾而快速消失。聯合國報告指出，因為印尼傳統火耕、伐木、跨國企業的大批棕櫚油樹種植等行為，使得印尼成為雨林消失速度最快的國家，其中又以蘇門答臘最劇，每年消失總面積的 2.5%。目前印尼不僅地方政府和非營利組織致力保護雨林工作，國際非營利組織也紛紛投入保護印林雨林的行列，臺灣環保聯盟便是國內積極參與搶救印尼雨林的團體。
責任編輯：張春炎 | 卓越新聞獎基金會
校編：卓亞雄 | 聯合報
審校：胡元輝 | 國立中正大學傳播學系暨電訊傳播研究所
葉欣誠 | 國立臺灣師範大學環境教育研究所 |
野生動物:瀕危的臺灣黑熊 | 瀕臨絕種的黑熊是台灣陸地上最大型的食肉動物 (圖 / Abu0804,wikipedia)。
臺灣黑熊野外數量稀少、活動範圍大、習性隱蔽、對人敏感，是瀕臨絕種動物，也是保育學上的庇護物種。如果能夠有效地保育黑熊的棲習環境，其他眾多生物也能得到適當的保護。
談到熊，大家總不免聯想到優遊於白茫茫的極地捕食著海豹的北極熊，或憨厚可愛的竹林隱士 - 大貓熊，亦或群集河邊捕食迴游鮭魚的棕熊。當然，也有人會誤以為吃尤加利樹葉的無尾熊或浣熊都是熊類。一般人對於這些地球上最大型食肉動物的認識，通常也僅止於此。甚至在臺灣，有人會問:「臺灣有熊嗎？」
明星動物也會瀕危！民國 87 至 89 年，臺灣史上首次進行捕捉繫放野外黑熊的研究。黑熊在研究者的大力呼籲，以及媒體的競相報導後，漸露頭角。在民國 90 年「全民票選臺灣最具代表性野生動物」的活動中，臺灣黑熊甚至從千萬民眾投票中奪冠而出。後續的世界盃棒球賽和全國原住民運動會，也都以牠做為大會吉祥物。
近年來，臺灣黑熊的「人氣指數」逐漸增加，但是一般人對於這種被列入保育類的本土珍稀、最大型的食肉類動物的了解，其實十分有限，有時還充滿誤解。甚至因為曝光率增加，反而讓人誤以為臺灣黑熊的保育進展順利，而產生黑熊越來越多的錯覺。這些誤解會成為未來保育瀕危物種的阻礙。
非法狩獵是威脅黑熊存續的主因。
狗熊？月熊？都是臺灣黑熊
臺灣黑熊是臺灣唯一原產的熊類，也是世界 8 種熊類之一 — 亞洲黑熊分布於臺灣的特有亞種。牠們體型壯碩肥胖，頭圓頸短，眼小吻長，體重約為 50 至 200 公斤，四肢粗壯，體長約為 120 至 190 公分，短尾巴則不及 10 公分。由於鼻吻部與狗相似，又俗稱「狗熊」。黑熊全身披有粗糙但烏黑亮麗的的毛髮，下頦前端白色，胸前也有明顯的淡黃色 V 字形或新月形斑紋，因此也稱「月熊」(moon bear)。
由於體態的緣故，黑熊的動作看起來略顯笨拙或遲緩，但事實上牠們能涉水、游泳，也善於爬樹，當然也跑得比人還快，時速可超過 30 公里。牠們擁有靈敏的嗅覺和聽覺，若遇危險，通常會迅速逃避。加上黑熊數量稀少，因此在野外看到黑熊的機率極低。
遇到熊怎麼辦？保持距離，安靜離開
雖說遇熊不易，但人們仍常會問:「遇到熊該怎麼辦？」、「熊會不會攻擊人？」
熊是猛獸，在自然界裡少有天敵可以威脅牠。除非是受傷的個體或帶仔熊的母熊可能較為兇猛或敏感之外，黑熊一般不會主動攻擊人。從野外與熊不期而遇的經驗來看，黑熊多半會自動走避。因此人最適當的反應，莫過於在不驚擾牠的前提下，安靜地離開現場。「保持距離，以策安全」就成了人熊共存的最高指導原則。因此，我們實在不需要有「恐熊症」, 無端地害怕會被熊攻擊，反而應該增加對牠的了解，萬一狹路相逢時，便能採取適當的對策。
雜食性的食肉動物
黑熊在分類上屬食肉目熊科，很多人誤以為黑熊只吃肉。相反地，野外研究資料顯示牠們是標準的雜食性動物，並且以植物 (包括芽、葉、莖、根、花、果實) 為主食，占食性的 80% 以上。另外也常吃昆蟲、哺乳動物或腐肉，還喜歡挖掘蟻窩和掏蜂巢來吃。
牠們也是機會主義覓食者，食物常隨季節不同而變動。春季時，黑熊多以新鮮多汁的幼芽、嫩草及葉為主食。夏季，則以富含碳水化合物養分的各種果實和漿果為主食，例如懸鉤子、山枇杷、獼猴桃、及各種樟科植物的果實。秋、冬季節，黑熊則改以脂肪含量豐富的堅果為主食，例如山胡桃、殼斗科的橡實。
不冬眠的熊界獨行俠
黑熊是獨居性的動物，除了繁殖期之外，平日各自到處遊蕩覓食，並沒有固定的巢穴。和其他溫帶地區，如日本、韓國、中國等的黑熊習性不同，野外的臺灣黑熊終年都會活動，沒有冬眠的習性。黑熊雖然晝夜都會活動，但是仍以白天為主，在橡子結實纍纍的秋、冬時節，牠們的活動量也會增加，不分晝夜地採食，沒有固定的休息時間。
有些原住民獵人認為黑熊不會被「打光光」, 因為熊會自己繁衍，每年都生殖。事實上卻不盡然，黑熊的生殖率很低，母熊每次只生產一至三仔 (通常二仔), 孕期 6~7 個月，哺乳期約為半年左右。幼熊剛出生時很脆弱，眼閉毛禿，甚至得至二、三個月大時才可爬行。幼熊在離巢後，通常跟隨母熊到處活動，直到第 2 年母熊再度發情時才離開。因此，母熊通常是隔年生殖，並非每年都可生殖。這樣的生殖特性，也使得黑熊很容易受到危害。
臺灣黑熊生殖率低，幼獸晚熟。圖為剛會爬行的兩個半月齡黑熊幼仔。
為什麼黑熊會瀕臨絕種？黑熊曾廣泛分布在臺灣，但近幾十年來自然環境過度開發及人為活動頻繁，使得黑熊的數量和分布範圍都大幅縮減，目前多局限於地形較崎嶇陡峭或人為活動較少的山區，牠的族群也處於受威脅或瀕臨滅絕的狀態。黑熊自然而然地成了法定「瀕臨絕種」的保育類動物，表示牠的族群數量已降至危險標準，未來可能面臨滅絕的危機。
黑熊在亞洲其他地方所遭逢的命運和臺灣相差無幾，各地的數量和分布範圍都有減少的趨勢。因此，在管制野生物國際貿易的「瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約」(又名華盛頓公約組織，CITES) 中，黑熊被列為附錄 I 等級的動物，明白規定禁止任何商業性交易，否則會嚴重威脅該物種的存續。另外，世界自然保育聯盟 (IUCN) 也把牠們列為紅皮書上的「易危物種」, 表示如果迫害族群的因素繼續作用，在短期內會面臨滅絕的困境。
雖受法令的保護，但令人遺憾的是，獵殺或販賣黑熊的消息仍是偶有所聞，顯示黑熊仍遭受相當程度的非法獵捕壓力，這也暴露出現今的立法及執法，仍未能有效減輕這些動物所面臨的滅種威脅。
臺灣非法狩獵黑熊的情況，在玉山國家公園歷時 3 年的捕捉繫放研究中，更出現令人擔憂的結果。研究中捕捉到的 15 隻黑熊，便有 8 隻有斷掌或斷趾的情形，這是黑熊過去曾被獵人陷阱捕獲再逃脫的證據。這也昭顯非法狩獵對原本數量已經十分稀少的黑熊，可能產生的致命影響，實不容我們等閒視之。
非法獵殺黑熊的新聞仍時有耳聞。
人熊共存之道
在過去，臺灣許多原住民的狩獵傳統裡，都有禁獵黑熊的習俗和禁忌，間接地避免與熊發生正面的衝突。泰雅族、太魯閣族、布農族等都認為黑熊的習性如人，獵熊如獵人一般，或認為熊是山林的守護神，因此，若違反禁忌獵熊，則會為獵人或其親族帶來厄運，如生病、死亡，或導致穀物歉收。因此，早期的原住民都視打熊為「不吉利」或「很麻煩」的事，對熊則抱著敬而遠之的態度，除非必要，否則不會刻意去獵熊。
雖說一般原住民獵人很少主動獵熊，黑熊卻仍會偶發性地被人槍殺或捕獲，這是因為獵人有時唯恐「我如果不殺牠，牠就會攻擊我」, 有時是因為黑熊誤中了其他動物的陷阱而遭捕獲。無論如何，有意或無意的商業化獵熊活動，卻由於野生動物買賣市場的活絡而漸趨盛行。訪查也發現，近年來原住民獵人所賣出的熊肉，1 公斤售價可達 1,000 至 1,400 元不等，遠超過市場上豬肉的 10 倍價格。甚至在民國 85 年，有獵人把獵捕的熊以 16 萬元的高價賣出，真可謂「死後價更高」。
食補迷信 —— 黑熊不可承受之痛
中國人與熊有一段源遠流長的歷史，其中最為人所樂道的莫過於熊掌，它的典故可追溯至孟子的「魚與熊掌不可得兼」。在傳統中國人的中藥及食補文化裡，黑熊是一種物超所值的經濟動物，從頭到尾全身都是寶。根據醫藥大典《本草綱目》的記載，熊的膽、脂、骨、肉、血都可入藥。熊膽就是乾燥的膽囊，具有清熱、鎮經、明目、解毒等功效，是名貴的中藥材，價格甚至足以媲美黃金。熊脂也可補虛強筋及潤肌殺蟲，熊骨則可驅風除濕。熊掌自古以來就被視為珍饈，食之「驅風寒，益氣力」。
誤中陷阱受傷的臺灣黑熊斷掌。
當然，中國人還有迷信吃野味的「食補」觀念，以為野生動物具有奇特菁華，吃腦補腦，喝血補血，食鞭補陽，無病也可強身。由於這樣的文化觀點，或許就不難解釋有人於調查臺灣消費者飲食行為後指出，有半數民眾曾吃過山產，而嗜吃山產的原因，不外乎是為了進補、美味、好奇。至於黑熊在市場上高價位的主因，當然是因為其稀有性和進補藥性。
不過在今日物質生活豐裕、營養過剩之餘，如果民眾還大談「食補」, 或基於好奇心而吃瀕臨絕種或稀有的野生動物，在消費刺激市場、市場帶動消費的循環下，這些動物只會供不應求。而在「重賞之下必有勇夫」的經濟誘因下，「不打白不打 (熊)」似乎就成了順理成章的事了。這樣的惡性循環，只會讓現今已淪於地下化運作的山產店或野味餐廳更為猖獗，臺灣黑熊及其他的野生動物恐會永無寧日。
保育黑熊，會對其他生物有庇護效應
我們沒有理由不去擔心臺灣陸地上最大型的食肉動物，可能會在很多人還在問「臺灣有熊嗎？」的無知中，或是害怕牠們會攻擊人的莫名恐懼中，不知不覺地從臺灣島上銷聲匿跡，如同雲豹、梅花鹿一般。這絕對不是我們所樂見的！臺灣黑熊除了野外數量稀少、活動範圍廣大、習性隱蔽、對人敏感之外，臺灣山林植被複雜且鬱密、地形崎嶇、交通和通訊不便，都使得野外研究黑熊族群和生態習性的作業十分困難。在種種研究環境限制下，這類研究的資料蒐集及累積效率自然很低，而且研究花費不僅昂貴，經費更是不易取得。這也是有關臺灣其他大型的野生動物，深入且長期的野外研究調查難以持續進行的主因。但是，針對這些物種的生態和族群的長期研究和監測，卻對牠們未來存續具有關鍵性的影響，也具有重要的保育意義。
在國家地理雜誌或 Discovery 頻道上有關野生動物的影片中，常會穿插動物和研究者二者的故事，而常常打動我們心坎的，不僅是那多采多姿的動物世界，還有那群孜孜不倦鑽研的研究者。而因為實地研究黑熊的經驗，使筆者有機會看到一個野外研究計畫在生態保育上，可能展現的無限張力。
有一回筆者在花蓮卓溪鄉的布農族村落裡，進行獵人狩獵黑熊的訪談時，隨口訪問了一位過去曾經獵過黑熊的原住民。
我問:「以後在山上看到熊時，你會不會打 (狩獵) 熊？」
他想了一下，然後說:「應該不會吧。」
我有點懷疑，追問:「為什麼？」
他又想了一下，然後說:「知道有一個女生在山上那麼努力追 (蹤) 熊，我去殺牠 (熊) 幹什麼！」
這段對話雖然很短，但卻震撼於他說那句話時的肯定表情。這似乎也是部落裡的老人，不知從何時開始稱呼筆者為「熊媽媽」的原因。他們相信研究者捨棄山下的舒適便利，而願意長時間待在山上，是為了要照顧山上的熊。
庇護物種 許多大型食肉動物活動範圍廣大，而熱帶地區的森林擁有世界上最高的生物多樣性，常常可以保育棲息於這些地區的眾多生物，這也就是所謂的「庇護效應」。
黑熊是瀕臨絕種動物，也是保育學上的庇護物種，依據在玉山國家公園利用人造衛星追蹤黑熊活動範圍的資料顯示，有些個體的年活動範圍可大於 200 平方公里，相當於玉山國家公園 (臺灣面積最大者) 面積的五分之一，有些個體也會跑到非法狩獵活動較為猖狂的國家公園以外地區。因此，如果能夠有效地保育黑熊的棲習環境，其他眾多生物也能得到適當的保護。
落實臺灣黑熊保育的層級關係圖，顯示出科學研究及動員全民和各階層推展保育工作的重要性。
明星動物 廣告需要代言人，保育宣導也不例外。黑熊和其他為人熟知的大型食肉獸，比如老虎、獅子、貓熊等相似，牠們體型壯碩、生性隱密、形貌威嚴，具有吸引人目光的「巨星」風采，因此這些動物往往成了保育宣傳時，最常被舉出做為號召的親善大使。由此看來，臺灣黑熊不僅具有生態上、研究上及保育上的重要意義，更擔任了喚醒社會大眾保育意識的有效媒介。
易危物種 在人與獸的共同演化史上，大型食肉動物多半被人們視為具有威脅或危險性，或是不受歡迎，因此往往成了人們亟欲剷除的對象，比如灰狼、草原狼、美洲大山貓便是美國早期移民大規模屠殺的受害者。了解這些動物與人類的互動關係，就成為消弭二者衝突的重要關鍵。畢竟人們對於動物的刻板印象和誤解，往往是動物遭受莫名殘害的主因，黑熊便是一例。當然，人類對於生存在同一塊土地上其他動物的包容力，也試煉著我們生態保育的決心與智慧。
臺灣森林的靈魂
身為臺灣陸域生態系統中食物鏈最上層、最大型的消費者，黑熊的存續不僅影響其他生物的運作功能，也代表著生態系統的健全與否。如同一位曾經獵過黑熊的布農族原住民所說:「山上如果沒有熊和山鹿，心裡會覺得很孤獨，好像沒有人居住一樣。」
「動物是山林的靈魂」, 道盡了黑熊與這片土地的緊密關係。只可惜，大部分的臺灣人並沒有這般深刻的感受，因為人們居住的空間已離開自然荒野越來越遠，而生活中的聲光刺激也漸漸地被各式媒體、機械或電腦科技所取代。於是，我們對於自然環境的本能感受似乎越來越遲鈍，對於環境的關懷也漸趨被動和冷漠，而人類的無知與漠視才是這些動物瀕臨滅絕的最終殺手。
因此，如何提升全體國民的生態保育意識，以及加強對本土野生動物的研究和保育，不僅是臺灣黑熊未來前途之所繫，也是「福爾摩沙」之島是否名副其實的關鍵。 |
生物多樣性:野生臺灣穿山甲的救援 | 對野生動物獸醫師來說，處理受傷生病的穿山甲是很費時又棘手的，但牠是一種非常美麗且特別的野生動物，除了臉及腹部之外，全身都披著一片片的鱗狀盔甲，牠們的性格溫和、害羞、容易緊張。因為牠們沒有牙齒，因此用舌頭舔食螞蟻，人們稱牠是臺灣的食蟻獸。
穿山甲個性溫和，因為牠沒有牙齒，只能用長長的舌頭舔食螞蟻。
穿山甲白天在洞穴裡休息，晚上出來活動覓食，優遊在夜間的山林裡。然而在民間傳統食補、入藥與製造皮革的需求下，嚴重的獵捕行為使得族群數量急速下降，未來有滅絕的可能。本篇以農委會特有生物研究保育中心 (以下簡稱特生中心) 野生動物急救站歷年來處理穿山甲的病例，探討牠們所面臨的危機。
穿山甲──臺灣的食蟻獸
世界上穿山甲共有 8 種，分布在非洲及亞洲的熱帶與亞熱帶地區，分為樹棲型與地棲型。臺灣穿山甲屬於中國穿山甲的一支，是臺灣特有亞種，又稱作臺灣鯪鯉 (臺語音是ㄌㄚˊㄌㄧˋ)。
穿山甲以螞蟻及白蟻為主食，白天穴居，夜間活動，除了繁殖季節雌雄會同居一穴外，其他時間都獨居生活。穿山甲在體重超過 2.4 公斤後開始性成熟，主要發情期長達 6 至 8 個月，而懷孕期約 4 至 5 個月。小穿山甲出生後會攀爬在母體上，約 5~6 個月大後獨立生活。
穿山甲因為人工養殖困難，目前國內研究以臺北市立動物園為主，期望未來可以透過更多的合作慢慢地增進對牠的了解。
除了腹部與臉部外，穿山甲全身披滿堅硬的鱗片，看起來像穿盔甲一樣。
經年大量獵捕 穿山甲處境瀕危
在亞洲，華人把穿山甲視為野味美食，身上的盔甲鱗片在中藥上有通經絡、活血、消腫、治瘡毒、下乳汁等藥效，而且穿山甲皮革可加工製成皮包、皮鞋、皮帶等飾品。穿山甲肉也可食用，因此有極大的獵捕誘因。
在 1950 至 1970 年間，臺灣皮革加工產業極為興盛，每年穿山甲皮革需求竟高達 6 萬隻。由於經年大量獵捕，使得臺灣穿山甲數量急遽下降。因此，華盛頓公約把穿山甲列為附錄 II 的物種，並規定在國際貿易上加以管制，西元 2000 年更把中國、印度 (M. crassicaudata)、 菲律賓 (M. culionensis)、馬來 (M. javanica) 這 4 種穿山甲貿易配額定為 0, 禁止買賣。
雖然華盛頓公約嚴格管制穿山甲在國際間買賣，但是在亞洲仍有龐大的消費市場，原因是很多華人嗜吃穿山甲或利用穿山甲入藥，中國尤其是主要消費國，鄰近如寮國、柬埔寨、緬甸等則是主要供應國。
根據世界自然基金會與野生物貿易研究委員會表示，2006 年中國大陸境內共查緝了 1,685 隻的穿山甲和近 2 公噸的鱗片 (約等於 4 千隻穿山甲); 而 2008 年在越南查緝了來自印尼的 24 公噸穿山甲，同年印尼也查緝了 14 公噸的冷藏穿山甲。
穿山甲遇到危險會捲縮成球狀，原本是為了保護自己不被獵食，但遇到人類不僅無效反而容易被撿走。
因人工養殖困難，所以買賣的穿山甲都由野外獵捕所得。除了獵捕因素外，人口增加與工商業發展需要開發大量土地，也往往侵犯到穿山甲的棲息地，牠們的家因而逐漸消失與破碎化，並直接或間接威脅到牠們的生存。
誰傷了台灣穿山甲？獸鋏是頭號兇手
臺灣穿山甲在野生動物保育法的規範及各級政府與司法警察的嚴格執行下，已不再出現大規模的狩獵及製作皮革出口的問題。那麼目前臺灣穿甲所遭遇的問題又是什麼呢？我們引用特生中心野生動物急救站在 1993 年到 2009 年間所救援的傷病野生穿山甲的病例來看個究竟。
這 17 年間，急救站共處理了 117 隻的野生穿山甲，其原因以創傷 (包括外傷、脫臼、內出血、遭動物攻擊等) 最多，約占一半以上，其他依次是被民眾誤撿拾 (穿山甲遇到危險會捲曲成球狀而易被人抓走)、營養不良及消瘦、幼獸、疾病或未知原因。
創傷症狀的穿山甲約 70% 是陷阱造成的，其中獸鋏造成的傷害最多且最嚴重。經過緊急醫療後可以野放的個體約占 60%, 但醫療過程中死亡或安樂死的也約有 35%。還有一部分因獸鋏傷害太嚴重導致永久殘廢，牠們再也無法野放回大自然，只能長期收容。野生動物急救站目前規劃把牠們訓練成保育研究與教育推廣的動物大使。
穿山甲被獸鋏夾斷左腳，進行截肢後，正緩緩地從麻醉狀態中甦醒。
穿山甲鱗片常使用於外傷用藥，但諷刺的是，被獸鋏夾傷的穿山甲常需要 3 個月到半年的時間傷口才能癒合。而且穿山甲生性緊張，在人為環境下常常會長期拒食，必須每天插胃管灌食以維持牠們的生命。
穿山甲容易拒食，治療時常常需要灌食，而灌食需要兩位壯漢抓住牠的前後腳，以利獸醫師插餵管灌食營養液。
由特生中心野生動物急救站的病例資料，可知獸鋏是造成臺灣穿山甲受傷與死亡的頭號兇手。在臺灣，近年來大規模濫捕、濫殺野生動物的情形已經少見，但是山林野外架設獸鋏的情形仍氾濫不息，不僅對穿山甲造成傷害，其他如臺灣黑熊、臺灣野山羊、臺灣獼猴、山羌、石虎、鼬獾，以及在樹上生活的飛鼠與猛禽等動物，也都有遭夾傷的案例。究其原因，發現這種獵具容易取得、價格便宜、可重複使用且殺傷力強，因而廣泛用來獵捕各種野生動物。
2004 年臺北市立動物園邀請了各國的保育繁殖專家，共同討論臺灣穿山甲的現況與未來，並使用電腦軟體評估穿山甲的族群及棲地。結果發現若不急速改善目前的狀況，臺灣穿山甲將在 20 年後絕種。
面臨這個警訊，對於少數民眾對野生動物不當的傷害與利用，主管機關與野生動物研究機構須提出更有效的管理策略。此外，應提倡改變對待野生動物態度的生命教育扎根計畫，引入眾生平等觀，讓大家了解野生動物的生存權利與人類的福祉是同等重要，人類應予以尊重並與其和諧共存，如此也能保留永續的生活環境。 |
探索台灣蛙類世界 | 蛙類屬於兩棲類動物，全世界共有 3,500 餘種，多半分布在溫暖潮溼的地區。台灣地處亞熱帶及熱帶地區，氣候溫和溼潤，極適合蛙類生存，目前包括外來種牛蛙共有 31 種，分別屬於赤蛙科、狹口蛙科 (姬蛙科)、蟾蜍科、樹蟾科 (雨蛙科) 及樹蛙科。台灣本地產蛙類共有 31 種，包括台北樹蛙、翡翠樹蛙、莫氏樹蛙、褐樹蛙、黑蒙希氏小雨蛙、史丹吉氏小雨蛙、巴氏小雨蛙、台北赤蛙、虎皮蛙及貢德氏蛙。31 種台灣本地產蛙類中，8 種是特有種，10 種在 2002 年農委會公告的保育類野生動物等級中列為珍貴稀有，明文規定不得騷擾、虐待、獵捕、買賣、交換、非法持有、宰殺或加工，違反者處以刑責。
此外台灣師範大學生物系呂光洋教授也根據分布、族群量及族群成長趨勢將諸羅樹蛙、橙腹樹蛙 及豎琴蛙列為瀕危種類 (endangered), 巴氏小雨蛙、翡翠樹蛙及台北赤蛙列為易危種類 (vulnerable), 因此在台灣，有三分之一以上的蛙類受到法律的保護。
蛙類是從事保育教育的良好題材之一，因為它們數量多、容易接觸，不論在都市、鄉野、小溪或山林都可以見到他們的蹤影。蛙類以一般人認為的有害蟲類為食，是生物防治的重要例證，容易引起大眾認同。成蛙用皮膚呼吸，蝌蚪在水中生活，都直接與自然環境接觸，也迅速反應各種環境變化，是環境監測的利器。 |
森林裡的精靈——野生動物 | 森林中的野生動物在生態系中扮演要角。(圖 /pixabay)
地理環境得天獨厚 臺灣擁豐富野生動物
森林是水的故鄉，而水又是生命的源頭，因此森林中孕育了眾多雀躍歡欣、生氣蓬勃的蟲魚鳥獸。臺灣的山勢綿延，陡峭的山壁不適合森林的砍伐，經濟效益實在太差，雖是經濟開發的不幸，卻是萬千野生動物的大幸！因此，即使中低海拔的森林多已遭受砍伐或土地利用變更，臺灣仍然有二分之一以上的土地覆蓋著森林，而其中有許多更是優美的天然林，提供了在森林中活動的野生動物一個最好的家。
臺灣的野生動物十分豐富，得天獨厚的地理位置及自然環境是造就動物蓬勃生長的主要原因。
處於亞熱帶及熱帶地區 北回歸線通過臺灣，土地大部分屬於亞熱帶地區，也有小部分屬於熱帶地區。熱帶與亞熱帶地區氣候穩定，以致動物賴以維生的食物生產量高，先天上就有比較豐富的動物相。再加上氣候溫暖而多雨，植物組成複雜，造就了各式各樣的小生物環境及食物資源，提供給各種動物使用。
位於不同動物區的交界 臺灣位於歐亞大陸邊緣，曾經與大陸相連，許多物種在久遠以前可以藉由相連的陸橋播遷來臺。而臺灣的地理位置剛好位於舊北區與東洋區兩個不同動物區的交界，因此能同時擁有兩區的動物相，例如蘭嶼及綠島上有些鳥類的品種就與菲律賓較相近，而與本島不盡相同。
自然環境多變化 臺灣全島山巒綿延，溪谷縱橫，山地垂直高差近 4,000 公尺，並且四面環海，海岸線長達 1,100 公里，因此自然環境中就包含了珊瑚礁海岸、潟湖、濕地、沼澤、湖泊、沙洲、平原、盆地、丘陵、臺地及山岳等地理景觀，複雜多變的自然環境，孕育了對棲地有不同需求的豐富野生動物物種。再加上溫度隨海拔上升而遞減的自然現象，造成了位於亞熱帶的臺灣，在高海拔地區也有寒溫帶的氣候及森林植群，冰河時期的孑遺物種也得以在這裡生存。
臺灣的面積有 3 萬 6 千平方公里，大約是美國紐約州的三分之一，而擁有的鳥類數目卻與紐約州差不多，兩棲爬行類的數目則遠遠超過。由於臺灣是一個海島，與外圍的其他陸塊有海水隔離，因此特別容易形成特有種，再加上地質、年代、地理與氣候的變遷，造成了冰河時期的孑遺物種 —— 櫻花鉤吻鮭及臺灣山椒魚，仍然在高海拔地區生存，因此臺灣擁有十分豐富且獨特有趣的動物相。
目前所記錄到臺灣的陸生哺乳動物約有七十餘種，其中屬於臺灣特有種至少有 19 種，如臺灣獼猴、臺灣森鼠等，另外有約 25 種海生哺乳動物，包括鯨及海豚等。所記錄到的鳥類約有 500 種，其中約有 130 種在臺灣留棲繁殖，其餘的則分別是冬季在這裡停留過冬的冬候鳥，如雁鴨科及鷸科的鳥類，夏季在這生殖的夏候鳥，如紅燕鷗及杜鵑等，過境臺灣只作短暫停留的過境鳥，如灰面鷲、紅尾伯勞及其他的迷鳥等。鳥類的特有種有 15 種，如臺灣藍鵲、帝雉、藍腹鷴、藪鳥等。
台灣野生動物十分豐富，有紅尾鶲 (左上)、台灣獼猴 (右上)、藍腹鷴 (左下)、五色鳥 (右下)。(圖 / 科學發展月刊提供)
此外，所記錄到的爬行類約有 94 種，包括蛇類 48 種，如斯文豪氏遊蛇、臺灣標蛇；蜥蜴類 35 種，如石龍子、斯文豪氏攀蜥；以及龜鱉類 11 種。所記錄到的兩棲類約 34 種，包括特有種的山椒魚 3 種，如楚南氏山椒魚及臺灣山椒魚；以及青蛙及蟾蜍等 31 種，其中有 9 種是特有種，像是莫氏樹蛙、翡翠樹蛙、諸羅樹蛙等。臺灣的淡水魚約 150 種，其中約三十餘種是特有種，如櫻花鉤吻鮭、高身魚固魚、埔里中華爬岩鰍、臺灣馬口魚等都是。
臺灣的昆蟲資源十分豐富，估計應有 4 萬 5 千種以上，已經命名的只有一萬七千六百餘種，其中包含了約 400 種的蝴蝶。目前有關臺灣昆蟲資源的資料，主要是在日治時期的基礎調查，光復後則以農林、衛生昆蟲為主，並未有全面而深入的研究，因此對於昆蟲資源的了解與保育仍有待加強。
動、植物相依相生 孕育森林生態
這麼多的野生動物在森林裡，除了增加豐富旺盛的生命力之外，森林到底能提供野生動物什麼好處？而野生動物又能對森林有什麼實質的回報呢？我們都知道所謂「家」, 就是能給予家人最溫暖的休憩場所，並能提供最豐盛的饗宴。森林中的大樹、樹洞、灌叢、草生植被、溪流岩石等，是眾多野生動物休養生息、繁衍後代的家，而各類樹種所開的花、結的果，甚至樹葉腐皮就是最美味的佳餚。森林吸引來了果食草食性的動物，也就自然而然帶來了吃這些果食草食動物的肉食動物，形成了一個結構緊密的食物網。野生動物在森林中覓食遊走，事實上正是牠們對森林實質回報的開始。
不要小看野生動物的吃喝拉撒，牠們吃了植物的果實後，不能消化的種子經由糞便排出而傳播開來，等於是替沒有腳不能動的植物，把後代子孫帶往一片新天地。森林在火災或是砍伐之後，在天然更新的過程中，就得仰賴鳥類、松鼠或老鼠等挾帶而來的種子幫助森林的更新。
森林中的鳥類、松鼠等挾帶的種子有助於森林大火後的生態復原。(圖 /pixabay)
在北美某一片造林地上，為了防止樹苗遭受鼠害，圍了一圈鐵絲網並毒殺了許多老鼠，結果這些樹苗反而久久無法成林，為什麼呢？原來有一種與大樹樹根共生的根瘤菌，需要靠老鼠在樹根間來回穿梭覓食，才能把沾在毛皮上的根瘤菌孢子四處散播。樹木沒有共生的根瘤菌固氮，就無法獲得足夠的養分伸枝茁壯，因此在造林上排除了老鼠，也排除了根瘤菌的進駐，樹苗當然就長不好了。
而許多植物也需依靠蜜蜂、蝴蝶、胡蜂及蠅類等昆蟲，以及鳥類甚至蝙蝠等幫忙傳粉。在東南亞，榴槤是大宗的水果產品，每年有 9 千萬美元的交易，它們就是靠穴居食蜜的蝙蝠傳粉才得以結果。因此，如果森林中沒有了野生動物，也就不再是森林了。
野生動物在人類生活中的角色
野生動物還有什麼其他的價值呢？以下簡單區分成六項，有些可以用金錢來衡量，有些則可能對人類未來生活帶來保障。至於野生動物的美，則是無法以金錢估算的，卻往往能帶給人類最大的感動。
經濟效益 人類從野生動物身上得到的最直接利益，莫過於做為食物的來源及用來製造各種產品。自古以來，人類就知道獵捕野生動物以獲取動物性蛋白質，一直到今天，野生動物仍然提供了人們豐富的食物資源，特別是在一些開發中國家的農村聚落，如迦納、薩伊及非洲中、西部國家的若干地區，當地居民所攝取的動物性蛋白質食物中，直接來自野生動物的部分高達四分之三。
人類自古以來就知道以野生動物的皮毛做為禦寒保暖的材料，此外，利用野生動物製造出來的商品也相當多，如油類、珍珠、皮裘、皮革、羽毛被、鈕扣、油漆、墨水、肥皂、潤滑油、膠水、香水及各類裝飾品、手工藝品等，都和人類生活息息相關，並提供就業的機會。臺灣的蝴蝶手工藝品及珊瑚的加工飾品都舉世聞名，也曾賺取大量的外匯。
遊憩娛樂 狩獵垂釣野生動物，除了可獲取食物資源外，在許多歐美國家已成為一種運動，相關活動所帶來的附加價值可能遠遠超過食物資源本身。以美國為例，每年有上百萬的人民花費數十億美元採購獵槍、釣桿、露營器材、交通工具、食物、飲料等裝備，以及因外出打獵、釣魚所需的各項交通費、住宿費及服務費等。而政府在收取狩獵垂釣證照費用及工具器材的稅收上，也獲得充分的經費，得以用在維護良好的狩獵垂釣棲地品質上。
歐美國家收取狩獵費用，賺取森林生態保育經費。(圖 /pixabay)
野生動物種類豐富，生態習性千奇百怪，也就吸引了眾多觀賞野生動物及生態攝影的人口。在美國約有 700 萬野生鳥類觀賞者，450 萬野生動物攝影者，近 2,700 萬大自然徒步旅行者，而這些人數還在不斷地增長。在臺灣這種風氣也逐漸形成，從十幾年前只有數十人的單一賞鳥團體開始，到今天幾乎全省各縣市包括金門澎湖等離島都有賞鳥團體的成立，由賞鳥人口已逾萬人來看，發展臺灣的野生動物成為重要的觀光資源應是極有潛力的。
目前國際間新興的「生態旅遊」, 就是到國家公園或自然保護 (留) 區中，欣賞自然風光、人文歷史，這種對當地居民及環境具低衝擊性的旅遊方式，已蔚為風尚，而野生動物就是吸引成千上萬的人，到非洲國家或一些熱帶雨林國家從事生態旅遊的重要賣點。
動物園、馬戲團及海洋世界裡野生動物的展示及表演，往往是適合闔家大小觀賞的活動。姑且不論馬戲團及海洋世界的動物表演是否合乎動物權，但是不可否認的，動物園及這些動物表演場合，提供了人們一個可以觀看平常不容易看到的野生動物的機會，適宜的規畫及正確的宣導，也可以在大眾教育及生態保育上有所助益。
生物生態 整個生態系就像一張結構緊密的大網，由生命與非生命部分交錯編織而成。人與每一種動物都僅是大網上交錯的一點，彼此相交相聯，無法分離。而野生動物與其在生態系上所扮演的角色，對人類的最大意義，就在於維持整個生態系的平衡。
例如危害農作物及森林的害蟲及害鼠，在自然界中高階位的掠食者就是牠們的剋星。像猛禽類及其他蟲食性的鳥類，以及肉食性的哺乳類等，每年捕食昆蟲及老鼠的數量十分驚人。目前所大力推行的生物防治，方法之一就是利用動物本身在自然界的天敵，來控制害鼠的族群數量，如此可以減少使用化學藥劑及毒餌，降低對環境的污染和非目標性動物的危害。
蚯蚓除了可以分解大分子有機物，也可幫助鬆化土壤，以利植物根部的養分吸收。(圖 /pixabay)
野生動物同時可以促進土壤的肥沃，例如蚯蚓把堆在土壤表面的大分子有機物質分解成小分子有機物質，並促進細菌把它們分解成可供利用的溶解性有機物，再滲入地層中。另一方面，由於蚯蚓的活動可以促進土壤的鬆軟，經攪拌而使得下層肥沃土壤中的營養鹽移至上層，供植物的根部吸收利用。
此外，在物質循環的過程中，野生動物扮演了消費者及分解者的角色。例如陸上的營養鹽會經由雨水沖刷而流入水域中，再匯流進大海裡，但是經由海中浮游生物把營養鹽固定後，再藉由食物鏈中的小魚、小蝦吃浮游生物，大魚吃小魚小蝦，海鳥再捕獲大魚，把未消化的部分以糞便的方式帶回陸上，這些營養鹽就又可以有效地再循環而被利用。智利外銷的大宗就是富含磷、氮的海鳥糞便，這些糞便是最好的農田花園肥料。
野生動物同時也是很好的環境指標，可以預警人類環境棲地的改變。DDT 在合成之初被視為是解除世界重大疾病、維護環境清潔的救星，但因為遊隼等猛禽族群數量的減少，才讓人類警覺到 DDT 的毒性及其不易分解的特性，對人類健康有極大的負面影響，而遭到禁用的命運。此外，臺灣目前在核能電廠附近所發現的祕雕魚，是因為受到高熱而導致脊椎發育不健全，也無異提供了熱污染的警訊。
目前我們豢養的多種家禽家畜，都是由野生動物經馴化及育種而來，野生動物保存了多樣化的基因庫，就像是人類的一個聚寶盆，為未來未知的需要預留後路。現在看來可有可無的物種，或許將來會提供醫藥上的重要突破，或是扮演品種改良的關鍵角色，因此保存物種的多樣化，也是替人類的未來福祉預做儲蓄。
科學及教育 人類的科學發展日新月異，但是許多的發現特別是在醫學生物科學上的突破，卻得歸功於由野生動物身上所獲得的知識。例如印度的恆河猴讓我們了解了不同的血型；海膽幫助生物學家了解胚胎的發育；鹿角提供測定放射性物質對環境造成污染的方法；鳥類的飛行結構啟發了人類製造飛機的靈感；蝙蝠的聲納系統也被成功地運用在潛水艇的深海辨位系統上。目前許多藥材更是必須直接自野生動物取得，因此野生動物對於促進人類科學的發展實在功不可沒。
在生物課程的教育上，更是少不了以野生動物做為教材，教導學生體會大自然的豐富與奇妙，以及驚嘆生命的延續不斷，更要秉持虔敬的心情以大自然為師。
藝術與美學 因為每一個人對「美」的定義不同，因此野生動物在美學上的價值是最難以金錢來衡量的。野生動物的美常深深打動人心，是激發許多人發自內心願意從事野生動物保育工作的動力。
看到在大自然中奔騰跳躍的鹿群，在天空中振翅翱翔的猛禽，在林間穿梭、躲迷藏似的小型哺乳類，再配合著風吹樹動的天籟，難怪會讓詩人吟誦自然的美，讓文學藝術家在作品中展現出野生動物的美。古今中外許多繪畫作品都常常以鳥獸蟲魚為對象，許多服飾及藝術品等也是採用野生動物的造形，都是因為千奇百怪、變化豐富的野生動物的魅力。
此外，在許多原住民的文化中，也因為特別崇敬某種野生動物，族人的口耳相傳掌故、服飾、日常用品器具等都受到這些野生動物的影響。像美國印第安人對鷹的崇拜、臺灣原住民對雲豹及百步蛇等的尊敬，由於與野生動物的關係密切，就累積了各處不同原住民豐富而獨特的文化。
負面的影響 由於人類與野生動物共存於同樣的一塊土地上，但是對土地的利用卻有不同的方式，農作物田地與造林地可能正好是野生動物的覓食場所，因此衝突就會產生，而野生動物也就成了人類口中的「害蟲害鼠」。
臺灣一些靠近山區的果園就屢屢發生臺灣獼猴成群出來偷食的事件，牠們亂抓亂吃的習性，常造成果農極大的損失。成群的鳥類在果園或作物田中覓食，老鼠、兔子啃咬農民辛苦種植的作物以及造林的幼苗，松鼠及飛鼠造成溪頭地區日本柳杉的環狀剝皮等，這些由野生動物所造成的農作物損失往往相當可觀。此外，野生動物也會攜帶人畜共通的病媒，而傳染給人類，像是先前在臺灣出現過的漢他病毒，就是經由老鼠傳染給人類的。
共同守護野生動物家園
在了解野生動物與人類唇齒相依的關聯性，以及野生動物的各種價值之後，我們應該警惕到目前牠們所面臨的危機，以便謀求解決的方式。「今日野生動物，明日人類希望」, 維護了健康的野生動物族群，也就是替人類保護了健康的生態環境。
你可以想像森林中沒有野生動物的情景是怎麼樣嗎？那樣的森林是逐漸走向死亡的。枝頭鳴唱、歌聲婉轉的鳥類，夏日午後盈盈入耳的蟲鳴，在林間跳躍的松鼠，翩翩飛舞的蝴蝶...... 野生動物帶給森林的另一項愉悅，就是豐富生命的探索。下一次你走在森林裡時，不妨停下來傾聽野生動物們的對話；在樹洞下駐足，看看有沒有貓頭鷹或飛鼠住在裡面；在一截斷掉的竹筒裡，可能就有艾氏樹蛙在裡面產卵；清晨或黃昏時分，或許就會見到山羌在溪流旁低頭喝水的優閒景致。
一棵枯樹加上了野生動物的故事，就不再只是枯樹，卻是樹木死亡後另一段新生命的開展。剝落的樹皮和疏鬆的木質，讓甲蟲類的昆蟲容易入侵進駐，也讓在樹洞中生殖的啄木鳥及五色鳥比較容易下「喙」築巢。蟲來了，自然就吸引了其他吃蟲的動物前來。而倒地的枯木逐漸把養分釋放回土地，就有如一個滋養中心，四周圍常長滿了新的苗木。
世界地球日
森林是野生動物的家，而這些精靈們也把森林點綴得多采多姿、生機盎然，我們期望留給後代子孫的不是只有動物園及圖書中的野生動物，而是豐豐富富活躍生存在牠們原有棲地中的自然族群。 |
撿「屍」護生態 路殺社在做什麼? | 陸蟹是台灣極易受路殺威脅的種類之一
路殺是什麼東西
「路殺」, 那是什麼東西？「路殺社」, 是電玩社團還是飆車社團嗎？相信許多人乍看到這個名詞時，一定是滿頭霧水，搞不清楚路殺社究竟在做什麼。其實路殺社是一個很特別的社團，或者說是一個很不一樣的公民科學計畫。路殺社是 2011 年 8 月在臉書上創立的虛擬社團 (https://www.facebook.com/groups/roadkilled/), 正式全名是「台灣野生動物路死觀察網」(Taiwan Roadkill Observation Network)(https://roadkill.tw)。
路殺是指野生動物遭到車輛撞擊或輾壓死亡的事件，也就是野生動物的車禍。而路殺社一開始的宗旨，就是一個調查和記錄全台灣野生動物車禍事件發生日期、地點與物種種類的公民科學計畫。這是何等奇怪啊？！當別人是帶著望遠鏡或數位相機出外賞鳥、拍鳥、尋蛙、找蟲，或是拍攝可愛動物、美麗花朵時，怎麼會有人特別去拍攝記錄血腥、殘缺不全、扭曲變形的野生動物屍體呢？而且還上傳到臉書和他人分享，這些人心理有問題吧！不用懷疑，這就是路殺社！路殺社這個公民科學計畫不但不奇怪，而且還非常有意義，因為這計畫的目的是藉由資料的累積，找出易受路殺威脅的物種、熱點路段和好發季節並加以改善，讓台灣的道路能成為生態友善道路，使得野生動物都能快快樂樂出門，平平安安回家。
撿屍竟能成為風潮
路殺社至今現有成員超過 10,156 位，其中 1,933 位成員成為資料貢獻者，累計上傳哺乳類、鳥類、兩生類、爬行類及陸蟹共 5 目 106 科 444 種 33,991 筆以上野生動物路死時空點位資料 (「路死」是指任何死亡在路上或路旁的野生動物，不限車禍死亡的「路殺」個體)。這計畫並透過社團成員的協助，撿拾採集超過 4,816 件路死標本，來源遍及全台各地及各離島。甚至有來自遠洋漁船從白令海峽攜回的珍貴海鳥標本，路殺社已成為全台最大的撿屍集團。
路殺社成員都是依靠臉書強大的社群關聯能力，吸引關心這一議題的陌生使用者加入，成員來自四面八方、各式各樣的職業類別與人才，並非來自特定實體社團、協會或學會，大部分成員彼此之間完全不認識。更有趣的是，這計畫並非事先規劃並設計好才開始著手執行的，而是在社團創建之初，透過社員彼此討論和凝聚共識後逐步成型、發展而來，包含目前社團維護的主要團隊組成人員、目標宗旨、資料蒐集 SOP、後端使用的程式工具、資料庫平台和為此所建立的官方網站，都是群眾協同合作的成果。
單就資料庫筆數而言，雖然累積 4 年的資料還遠比不上新年數鳥嘉年華一年 20 萬筆的驚人數量，然而路殺社的資料大多分布在城市和近郊的淺山地區，並非國家公園、野生動物保護區、保留區或水源保護地等國家保護的重點區域，是普遍被認為生態已破壞的地區。換句話說，這些地點是過往認為不重要、較少受到關心的地方，生態資料極度缺乏，路殺社蒐集而來的資料正好彌補了這個空缺。
甚至有許多參與者長期記錄後，才驚覺原來自家附近竟然還有這麼多動物努力生存著，其中還不乏特有種、保育類及稀有物種，可惜的是從來沒見過牠們活著的樣子。也因這樣矛盾的衝擊，路殺社成功地吸引一大群原本只是默默關心，且不屬於任何實體的生態或環境關懷社團的民眾加入，讓這群生態關懷素人能起而行，投身成為科學資料貢獻者、環境議題關心者，並把觀念傳達給身邊的家人和朋友。如今路殺社引起的這股風潮，成功在國內蔓延開來，促使各式公民科學計畫在網路大量崛起。
路殺社 Logo 及 4 大宗旨。
生命等價並無貴賤之分
路殺社原本只是調查野生動物車禍死亡事件，然而參與成員在記錄的過程中卻發現，野生動物常因各式千奇百怪的原因死亡，並非只有路殺。例如野生動物流行疫病 (禽流感、犬瘟熱、狂犬病、肉毒桿菌中毒等) 常造成短期間內動物大量死亡，或建築的玻璃因反光倒影樹林的樣子，造成各式猛禽、候鳥或野鳥誤判而不慎撞擊，導致受傷甚至死亡 (簡稱「窗殺」)。還有許多人們隨手丟棄的釣魚線、魚網、尼龍繩纏住路過的鳥類或爬行類，導致動物餓死、窒息或曬死。
農田工作所需的耕耘機、割草機或作物收割機運作時，也會意外絞殺或斬殺躲藏在土壤及草叢中的蛇類、烏龜、鼴鼠、野兔或鳥類。或人們日常用來防治作物病蟲害的農藥、殺草劑、枯葉劑、毒鼠藥等，不但殺死了標的物種，也常因野生動物誤食、逃避不及或食物鏈循環，危及許許多多物種的生命。這些死亡因素幾乎都是人類造成的，甚至反過來威脅人類自身的生命安全，例如人畜共通疾病的狂犬病和禽流感、高毒性的農藥不當施用等。
為此，路殺社不再只是記錄野生動物車禍死亡的「路殺」, 還關心並積極記錄所有野生動物非自然因素死亡的事件 (路死)。
目前路殺社的主要行動有 3 個，除了原本的「路殺減緩和改善」外，還有「野生動物流行疫病 (狂犬病) 監控」以及「環境毒害調查」。路殺社每年蒐集的野生動物路死資料和標本，目前已是國內狂犬病疫情監控所需檢體的最主要來源，發揮其不可代替的價值，幫助國家節省鉅額的野外採樣和監控經費，是疫情監控和決策制定的重要依據。
此外，與動植物防檢疫局及屏東科技大學野生動物保育研究所合作，於 2015 年開始的「農地鳥類中毒事件調查」, 透過疑似農地鳥類中毒記錄和檢體採樣的方式，找出作物與農藥種類危害野生動物之間的關聯性，做為制定國內特定農藥使用規範的依據，以降低環境毒害事件的發生。
人手一機隨手紀錄
臉書的興起促使國內公民科學快速發展，不但加入者眾多，獲得的資料也快速累積。然而臉書近年來頻繁更動各項重大政策，嚴重干擾了以程式自動化協助整理所蒐集的資料，同時造成依附其下的 APP (行動應用程式) 無法正常運作，大大增加資料庫維護的工作量及成本。
為了降低臉書的制肘、掌握資料控制權，又希望保有臉書平台的快速反應與高連結性優勢，這計畫重新規劃資料流動的 SOP (標準作業流程), 重新開發 APP 及路殺社官網線上上傳介面，讓參與者上傳的資料不再是直接在臉書社團貼文打卡，而是讓資料直接進入資料庫中。資料庫接收到資料後，再由系統自動給與每一筆紀錄唯一的編號，並把這編號連同照片及詳細內容以統一的格式同步發布至臉書社團，以利後續的資料鑑定、檢覈與審查工作，確保資料的正確性與品質。
同時為了達到這目的，這計畫修改原有路殺社網站為響應式頁面，重新美編設計網站，以利民眾使用手持行動裝置瀏覽和查詢資料，藉此提高參與者的互動和使用意願。
路殺資料分布現況圖。
共創未來及永續環境
台灣長期以來經濟發展掛帥、工商開發優先，使得廠商著重降低成本、追求產能和提高獲利，雖然創造許多膾炙人口的全球第一、世界奇蹟，社會卻因長期偏差於追求名利，造成整個社會氛圍籠罩著許多怪異現象，也犧牲了環境安全和人民健康。因此，在路殺社未來的規畫中，將以改善路殺為主軸，透過蒐集的資料找出路殺熱點、好發季節和受威脅物種，邀請每一份在地的力量共同實際參與改善的工作，讓民眾從認同和關懷自己生活周遭的環境開始，為自己的環境負責，而不再只是等待政府資源的投入。
省道台 26 線「陸蟹出沒、減速慢行」警示牌與台 9 線的「當心動物」警示牌。
再者是與公路總局等開發單位合作，讓台灣未來的道路都可以是友善道路，對行人友善、駕駛友善、環境友善，也能對生態友善。在每一個開發案前都能事先考慮周詳，而不再只是經濟唯一，事後才耗費精力補救。最後，雖然困難重重，路殺社也會積極尋求廠商的合作與認同，特別是各大國產和進口車製造商，希望藉由環境友善理念的傳達，鼓勵車商能研發對生態更加友善的車款或安全配備，並願意參與和認養路殺改善的設施，善盡企業社會責任，能真的達到政府、民間與企業合作，共創美好未來。 |
塑膠容器新材質 | 市面上包裝材料大致可分為金屬、玻璃、紙及塑膠 4 種。塑膠的密度低，重量比金屬或玻璃輕很多，在加工或使用時較輕便；它的韌性高，不像玻璃易碎、罐頭易凹陷、紙易撕裂；它易於成型，稍微加熱便可軟化，溫度降低後就可定型。基於輕量、安全、經濟等特質，塑膠在包裝食品、溶劑與化學藥劑上已逐漸取代金屬及玻璃材料。
塑膠有許多不同的種類，以高密度聚乙烯 (HDPE) 為例，因材料價格及吹瓶加工設備投資都低於許多其他塑膠材料，且廢料易於回收再製，所以廣泛應用在牛奶、優酪乳、機油、洗髮精、醇、酸類等的包裝瓶。但是 HDPE 容器在貯存食品、藥品、化妝品或烴類溶劑時 (如農藥、松香水、香水、汽油等), 卻會產生非極性氣體 (如氧氣) 或溶劑滲漏的問題，因而出現內容物保存不易的現象。而乙烯 - 乙烯醇共聚物 (EVOH) 對非極性氣體或溶劑的滲漏有良好的阻隔效果，但因單價過高，市場使用量在近年來才逐步增加。
原任職於臺灣科技大學，目前借調至南亞技術學院擔任講座教授的葉正濤博士，多年來在國科會與企業界的補助下，已成功開發出一系列可阻隔氧氣、烴類溶劑或極性 / 非極性溶劑滲透的「功能性奈米改質尼龍塑膠」。這一系列新開發的塑膠材質製成薄膜後，阻隔氧氣滲透已具 EVOH 的高阻隔特性。
此外，也可把功能性奈米改質尼龍塑膠少量地加入 HDPE 或聚丙烯 (PP) 等材質中，再吹塑成塑膠容器，這種容器對松香水溶劑滲透的阻隔效果，較原 HDPE 容器改善達 4 千倍以上。再者，若利用多層共擠壓製程，與 HDPE 等塑膠材質一起擠壓，製成盛裝汽油或乙醇混合燃料汽油的油箱，其阻隔汽油或乙醇混合燃料汽油滲透的效果，已不亞於 EVOH 塑膠。
葉正濤教授進一步表示，目前已開發出的功能性奈米改質尼龍塑膠，因成本低、阻隔成效高，可廣泛應用於多種食品、飲料、化妝保養品、汽油、農藥、染劑、藥品等產品包裝與容器加工上，就性能或市場價格而言，都有高度的競爭優勢。
延伸閱讀
葉正濤 (民 91) 積層聚乙烯 / 乙烯乙烯醇共聚物摻合物功能性阻隔容器最適化配方開發研究，工程科技通訊，65,118-120。
蔣丙煌 (民 93) 食品包裝容器的發展，科學發展，384,39-43。 |
環保塑膠袋 | 吃飯使用的塑膠碗盤、購物手提的塑膠袋，居家用的瓶瓶罐罐，這些都是塑膠製品，我們的生活和塑膠已經密不可分，但是這些不能分解的塑膠廢棄物，卻是環境的殺手，要如何解決這個問題，科學家的答案是：用細菌。那我們是特別選用可以嗜鹽、就是說耐鹽的細菌，來生產這個塑膠。很高的鹽度的情況底下，它們 (嗜鹽菌) 不會受到其他的菌的污染，所以我們在生產的時候，可以比較有效率，而且也可以作連續地生產。嗜鹽菌在高過於海水五倍濃度的環境之下，在過量的碳源以及缺少營養素的時候，會產生一種叫做聚羥基烷酯 (Polyhydroxyalkanoate) 的物質，我們簡稱它是 PHA。科學家飼養這些嗜鹽菌，將溫度控制在攝氏 37 度，在正常的壓力之下，利用發酵設備培育，大量餵食碳源，並且控制氮、磷的攝取量以及它的導電度，如此一來，嗜鹽菌的細胞內就會在這樣的環境中，合成出聚羥基烷酯 (PHA), 經過萃取和純化的過程後，就能產生出塑膠。嗜鹽菌做出來的塑膠它是不吸水的、它是不親水的，來改善那些澱粉塑膠的特性，讓一些澱粉塑膠，比較軟的澱粉塑膠可以做得比較硬一點。有別於以往藉由石油原料製造的方式，利用嗜鹽菌生產的塑膠，多半運用澱粉、米糠、麥麩與大豆這些便宜的農業原料或副產物培養，加上這類的塑膠 PHA 主要的成分，可以被微生物分解，最後再由微生物吸收，這些的特性，不僅降低了對石油的依賴，也符合對環保的期待。利用細菌產生的塑膠為生物可分解塑膠，具有生物的相容性和分解性，除了一般的日常用品，還能應用在外科手術的縫針、縫線等醫用材料。不過在實際量產之前，還有成本太高的困境需要克服，期許未來能夠開創經濟和環保雙贏的局面。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
望伊斯蘭能賦予氣候議題推動力量 | 新聞報導
在卡達一間最多人參拜的清真寺，伊瑪目 (Imam) 在禱告會上討論敘利亞內戰、埃及不安情勢、聯合國通過巴勒斯坦為非會員觀察員等時事，對氣候變遷議題則隻字未提。其中一位信徒阿罕哈辛 (Adham Hassam) 表示，「對阿拉伯和伊斯蘭教國家而言，首要關切是政治與經濟問題，況且他們未引起環境污染、更沒有受氣候變遷影響。」
其實，可蘭經裡有超過 1500 則韻文跟環境有關，理應有一定程度的關心，但伊斯蘭宗教領袖仍對當前最重大的氣候變遷環境議題不表示任何意見。這令穆斯林的環運人士感到失望，他們認為藉由伊斯蘭宗教領袖的影響，才能改變回教國家對環保議題的消極態度。
事實上，各宗教都在環保議題上扮演積極角色，例如達賴喇嘛不斷呼籲各國政府更重視氣候變遷，美國宗教領袖則和環保團體發起「綠色宗教」(green religion) 或「生態神學」(eco-theology) 運動。
反觀穆斯林，美國威廉瑪麗學院人文科學教授塔瑪拉宋 (TamareSonn) 坦言，環境議題應該更受伊斯蘭教重視，才能發展出更負責的穆斯林。
穆斯林的環保人士認為應該發布有關環境議題的教令 (fatwas) 或是介紹可蘭經裡有關環保的教義。伊斯蘭生態與環境科學基金會 (Islamic Foundation for Ecology and Environmental Sciences) 創辦人法茲倫・加里 (Fazlun Khalid) 便應用宗教力量，去說服穆斯林更重視環境議題。
「一位漁夫告訴我，他們可以違反政府的法令，但不能違背造物主的法則。」, 加里成功讓漁夫不再使用炸魚這類破壞海洋生態的捕魚方式，此外，他也在奈及利亞和巴基斯坦推動森林保護運動。
新聞中的環境科學知識
早期社會科學家探討宗教與社會的關係，認為宗教是在科學知識發達之前，人類用來面對未知險境和自我安定的主要知識系統，宗教不僅能夠幫助人們解釋生命的意義，同時具有提供個人歸屬和認同感、強化社會整合、建立文化價值等功能。
從社會學的角度來看，由於宗教能夠建立緊密的社會關係，不僅充滿信任和忠誠，同時宗教的知識體系，能使信徒產生無私奉獻的態度，信徒們也會根據信仰而執著地追求被認為具有宗教意義的事物。因此，環境議題如果能夠具備宗教意義，往往能夠更受到支持和重視。
國內環境學者林益仁便曾經研究 1990 年代快速發展、建立影響力的佛教教團法鼓山，法鼓山的宗教領袖聖嚴法師透過信仰，在宏揚佛法、講道過程，強調人間淨土和心靈環保的重要性，巧妙地將生態科學和環保知識納入信仰之中，讓許多佛教徒在知識和行動上支持環境保護。
伊斯蘭是阿拉伯世界主要的宗教信仰，若能成功將環保與可蘭經教義交融，形成一個具環保意涵的宗教信仰，一些環保運動人士相信能夠讓阿拉伯世界展現可觀的環保力量。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─環境科學傳播與新聞產製」執行團隊編譯)
責任編輯：張春炎 | 卓越新聞獎基金會
校編：卓亞雄 | 聯合報
審校：胡元輝 | 國立中正大學傳播學系暨電訊傳播研究所
資料來源：美聯社 2012/12/01 杜哈訊 / 記者 Karl Ritter & Michael Casey |
與氣候一起飆舞–熱情探戈?還是狂亂獨舞? | 近一百多年來，全球氣溫快速上升，但全球暖化真的是因為二氧化碳等溫室氣體造成的嗎？抑或只是自然循環的結果？人類真的需要花大錢、抑止經濟成長，來預防「可能」的災害嗎？近年各地氣候異常，這些真的都是全球暖化惹的禍嗎？事實上，科學界對這些氣候異變的了解，仍存在許多問號。無論真正原因為何，工業革命後全球氣溫上升很快是事實，而且愈後期上升愈快。全球暖化真的是人類排放溫室氣體造成的嗎？科學家用電腦模擬過去 100 多年的氣溫變化，發現若不加入人為因素，過去 30 年氣溫不會劇烈上升，這代表全球暖化「極可能」是人類排放溫室氣體的結果。
人類到底該不該對這些可能發生的事，採取預警行動？人為全球暖化造成氣候變遷與衝擊，已不是科學、環境問題，而是政治、法律、經濟、價值觀的問題，是牽涉到風險評估與管理的問題；全球暖化就像人類的中年危機，不見得是壞事，也可能是轉機。現在很多地方都在開發替代能源，荷蘭人更積極研發「在水上生活」的技術，環境議題以前是成本、浪費，現在變成可以賺錢的商機；台灣的應對方式，應該從個人教育、研究、政策著手，其中政策最有效，卻也最難做，但一定要知道，控制氣候變遷的投資，將小於氣候變遷造成的損失。 |
吃袋鼠肉 解決全球暖化問題 | 西澳大利亞的灰袋鼠。圖片來源：JarrahTree,https://en.wikipedia.org/wiki/File:Group_of_Macropus_fuliginosus_Darling_Range_05010.JPG
人類的肉食習慣，可能是解決全球暖化問題最大的障礙。人類最愛吃的肉製品來自牛、羊，而牛羊會生產大量的溫室氣體，例如甲烷、一氧化二氮，這些氣體的蓄熱能力都比二氧化碳高；甲烷是二氧化碳的 25 倍。
像紐西蘭這個畜牧大國，境內有 3,420 萬頭綿羊，970 萬頭牛，140 萬頭鹿，15.5 萬頭山羊，排放的溫室氣體占全國總量的 48%。全世界每年排放的溫室氣體，反芻動物製造的占 18%。全世界所有運輸工具 (海陸空) 的排放總量，也沒有那麼多。
估計到了 2050 年，由於人口增加、收入提升，畜產需求會增加一倍。也就是說，由這些動物製造的溫室氣體會增加一倍；我們在其他方面的努力，可能根本無法抵銷。怎麼辦？有人建議大家改成素食，可是不切實際。
紐西蘭的科學家早就在研發能減少家畜排放溫室氣體的飼料。減少家畜的溫室氣體排放量，不完全出自環保動機，因為家畜製造甲烷也要耗費能量，占總量的 8%。不如設法使家畜把這些能量節省下來製造肌肉。
素食反芻動物為什麼會製造甲烷呢？科學家早就知道反芻動物的消化系統很複雜。牠們吃下的植物，先在瘤胃中由微生物分解，釋出氫、CO2、脂肪酸。牠們可以利用脂肪酸做為能源，但無法利用氫、CO2。瘤胃裡的甲烷菌 (一種古細菌), 在缺氧環境中可利用氫、CO2 進行新陳代謝，副產品就是甲烷。
去年 6 月，紐西蘭一個研究小組完成一種甲烷菌的基因組定序。研究人員期望找出一種方法，可以消滅家畜瘤胃裡的甲烷菌，而不傷害其他的微生物，那就可以降低家畜的甲烷排放量了。而且，本來由甲烷菌利用的氫、CO2, 可以由另一類微生物攝取，把它們轉化成家畜可以利用的營養。那一種微生物就是乙酸化菌，乙酸化菌的新陳代謝產物是乙酸、氫、CO2。
袋鼠消化道中的微生物，以乙酸化菌為主，而不是甲烷菌，因此袋鼠排放的甲烷量不多。可是在家畜的消化道中，乙酸化菌很少。
紐西蘭的研究小組從那個甲烷菌的基因組裡，找到了一個酵素基因，那個酵素能夠破壞甲烷菌特殊的細胞壁。它可能是一個病毒留下的。本來那個病毒仗著那個酵素侵襲甲烷菌，日子久了演化出與甲烷菌共生的辦法，索性把自己的基因組插入甲烷菌基因組。研究人員製造了那個酵素，發現它的確可以殺死甲烷菌。
紐西蘭的科學家還從甲烷菌基因組裡，找到了製造一個甲烷菌表面抗原蛋白質的基因。利用那個抗原蛋白質，可以研發疫苗，使得甲烷菌再也無法寄生在家畜身體裡。
澳洲科學家則提議以袋鼠肉替代牛羊肉，因為袋鼠排放的甲烷量不多。為了降低家畜製造的溫室氣體，這是最簡單的辦法。澳洲的超級市場都供應袋鼠肉，那可是一年 2.5 億澳元的生意。
2019/10/2 作者補充資訊:
然而，2015 年 11 月，澳洲沃隆岡大學的團隊發現：袋鼠也會排放甲烷，雖然比同一體型的牛少，但是與馬差不多。參考資料：Kathryn Knight (2015) Kangaroos are not low gas producers, Journal of Experimental Biology, 218, 3345. |
液態發酵技術帶來生技發展新機 | 食品生物科技係指以生物技術生產或加工食品之產業，其中以微生物發酵科技為主的發酵產業，替台灣在 1960 年 - 1980 年代獲得味精王國之美譽。近年來發酵科技更廣泛地應用在製藥、保健食品等領域，用以生產藥物、酵素、胺基酸、多醣體、維生素、色素和香料等機能成分，成為生物技術產業中重要的一環。
國內已有多家業者投入液態發酵技術之自動化生產，透過發酵生產菇類及乳酸菌，由於發酵時間短、品質穩定、不須砍伐樹木，亦無長時間高溫滅菌太空包造成塑化劑殘留疑慮，較具環保概念，能有效節省生產時間，並可經由此技術提高功效性成分之產量或菌數，達到工業化量產及商品化成果。
以下舉五例透過液態發酵生產的新興藥物成分說明，如:
一、猴頭菇液態發酵產生之猴頭素 A (Erinacine A),2014 年 LEE 教授 (Kam-Fai Lee) 團隊在國際期刊 (International Journal of Molecular Sciences) 上發表的研究證實，可有效刺激神經細胞 (PC12) 生成神經生長因子 (NGF),NGF 是促進神經細胞新生的關鍵成分，故對於諸如阿茲海默或帕金森氏症等神經退化性疾病，可能有很好的預防或甚至治療的效果。在功效性上則完成 (1) 對老鼠缺血性腦中風再灌流的保護之功效。(2) MPTP 誘導帕金森式症。(3) 對 APPSWE/ PS1ΔE9 基因轉殖鼠探討神經再生及神經分化能力。(4) 依據健康食品延緩衰老功能評估方法進行易老化老鼠 (SAMP8) 延緩老化評估，皆有良好之效果。
二、Ectoine: 本是由生活在海水、鹹水湖及沙漠等惡劣環境中之嗜鹽菌為對抗惡劣高鹽環境所演化生成之物質，這類嗜鹽菌生活在充斥高劑量紫外線、溫差變化大、高鹽且乾燥的環境中，嗜鹽菌藉由在胞內合成 Ectoine, 以維持及平衡細胞內水分。研究發現 Ectoine 能夠保護因紫外線所導致的皮膚損傷，並具有保濕作用，其原理就在於 Ectoine 能滲透肌膚最上層之角質層，並調節細胞分裂過程，進而促進細胞自然再生能力。Ectoine 應用在人體上最顯著之效果為肌膚濕潤度上升，肌膚老化的現象也因此明顯改善，故可做為創新天然化妝品活性成分，目前已廣泛應用於生化領域、藥物、化妝品與肌膚保養上。Ectoine 截至目前為止僅能透過微生物發酵生產，無法以化學合成，正因為如此也增加了 Ectoine 之價值性。
三、麥角硫因 (Ergothioneine; EGT) 則為一天然含硫的胺基酸，具強抗氧化力，比 Q10 及艾地苯等更強，亦可防制 U.V.A 對細胞的傷害。EGT 存在於動物組織及植物中，但人體無法自行合成 EGT, 僅能攝取細菌及真菌所合成的 EGT。現在透過液態發酵方式可量產紫丁香蘑菌絲體，可獲取其代謝產物 EGT。
四、自嬰兒、蔬果醃製物中篩選出的四株益生菌，利用液態發酵技術大量生產，實驗結果顯示可有效降低腸道中各種有害菌所分泌的脂肪酵素含量與肝毒性物質的分泌，降低肝臟中脂肪油滴大小與三酸甘油脂含量、肝指數 (GOT、GPT)、 肝臟中各種與抗氧化功能相關之成分或酵素活性，回復肝臟的正常生理活性。
五、特殊液態發酵技術可生產含高濃度功效成份的樟芝菌絲體，樟芝為台灣國寶，所含特有止痛、抗發炎、護肝及肺損傷保護功效性成分 (Antrosterol, ST1) 受到學者熱切研究。由於天然樟芝的稀有性，透過液態發酵技術來量產樟芝可說是大勢所趨。
這五例透過液態發酵技術生產的新興藥品，只是目前我國蓬勃發展生技產業中的冰山一角，期望未來台灣會有更多優秀的人才研究出更多優秀的藥物，為台灣的生技產業盡一份心力。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫 II 103-2515-S-214-002」執行團隊撰稿)
責任編輯：王秀育
審校：王秀育 |
獨立、創新與自我突破–陳宏銘教授將學術落實於生活 | 「為什麼要研究這個？」陳宏銘教授經常如此探問。對他而言，一項研究應始於一個「好問題」, 找「對」問題，往往比找到答案更重要。曾在美國工作 17 年，2003 年返台，如今是台大電機系、電信工程研究所及資訊網路與多媒體研究所的特聘教授，作育不少英才，然而，陳教授卻常對學生說:「不要以為我說的就是對的。」
在機械工廠長大
「我是在機械工廠長大的。」陳教授說，父親雖然因家境關係沒有高等學位，卻有一身好功夫，憑著自學、摸索，研發不少機具，並擁有自己的工廠，從事專業的機械製造。「小時候課餘會去工廠幫忙打雜。儘管爸爸沒有直接教我怎麼設計機械，但我相信自己在工程方面的巧思，必定是在耳濡目染的情況下受他影響的。」
「記憶中，小時候都愛打球、愛玩，不是那種隨時都想 K 書的小孩。但我自己有一套學習方法，著重『理解』和『分析』, 不喜歡硬背。記得念國一時，老師出過一個題目：三度空間裡的四個平面，可分割出多少空間？當時，數學公式只能給出答案，無法直接看出如何分割空間，於是就決定找紙片來實作，眼見為憑。雖然考試不見得比人行，但這種探索、務求徹底了解的態度和精神，我想，是讓我今天在工程方面能夠不斷突破的重要因素之一。」
堅持走自己的路
「我是背著爸爸媽媽出國的。」在學習上有自己方式的陳教授，對人生的規劃也有自己的想法。「台大電機系畢業時，爸媽覺得大學畢業就夠了。當時，我走訪許多電子廠商，他們都以『台大畢業的都會出國』為由，不想錄用我，讓我陷入生涯規劃的困境。之後，就先跟台大老師作了一年的事，在這個過程中，也發現自己所學其實不夠，進而決定攻讀研究所，後來就考進交大電子研究所。」
「在交大念研究所是我人生的轉捩點。當時有幾位年輕教授認真帶著我們做研究，讓我培養出『作研究』的興趣，出國的想法，也從中慢慢確認下來。於是，我開始打工存錢，計畫出國。」但是，陳教授的出國計畫卻不受父母親支持:「他們的想法很傳統，就是希望孩子留在身邊。後來我存到機票錢，也拿到出國獎學金，雖然生米已經煮成熟飯，媽媽還是把我的印章和身分證藏起來，以為這樣我就出不了國。」
無論母親再怎麼不捨，陳教授最終還是決定離開自己熟悉的環境:「因為心中非常確定自己想要朝哪個方向走，所以相當堅定自己的意志。也因為這樣，凡事都靠自己，必須獨立。」這種獨立、勇往直前的性格，正是研究者必須具備的特質之一，而陳教授也以此要求學生，必須擁有獨立的思考能力和不怕失敗的精神。所以，他常對學生說:「不要以為我說的就是對的。」就是希望學生勇敢甩掉窠臼，開創新的研究格局。
17 年的美國經驗
「到美國念書，非常興奮，講台上的教授，就是在台灣念的教科書的作者！聽他們講課，發現他們能夠把很複雜的內容講得很簡單，上完課就非常清楚。這就是『一言以蔽之』的功夫。其實，如果真的懂，就能用阿公阿嬤都聽得懂、簡單三兩句話講出來。所以我現在也是用這種方式來訓練學生。」
四年後，陳教授拿到博士學位，心中曾思忖：回台灣是否會有發展？而他當時還是無法確定台灣產業是否需要他。「後來有幸進入了一個很多人都夢想進去的貝爾實驗室 (AT&T Bell Labs), 在那邊碰到很多各個領域的世界高手，亦師亦友，互相切磋。整個環境很開放、多元，同時也鼓勵並支持研究者去開創新的領域。」
「在美國工作的這段期間，尤其是在國際標準制定委員會裏，學會怎麼和反對你的人議論、溝通。」陳教授笑說:「不過，白天再怎麼吵，一但收工，大家還是若無其事地一起吃飯聊天，這是『就事論事』的涵養。所以那時，我不但學會如何據理力爭，也結識到很多好朋友。」這樣一待，就是 17 年，陳教授也在電機資訊工程領域累積了相當豐富的學術與實務經驗。
然而，17 年後，又為什麼會選擇回到台灣？陳教授感慨地說其中一個原因是母親過世。「當年自己毅然決然離開台灣，等到自己也當人父，完全能夠體會當時父母的心情。母親的過世，讓我決定回台灣試試看，也能多花點時間與父親在一起。」因此，陳教授於 2003 年回到台大任教。
不斷自我詰問的人生
回國後，陳教授除了教學，也建立、主持「多媒體處理及通訊實驗室」, 逐步開發多媒體信號處理技術及傳輸系統，以支援數位攝影機、數位電視、監控、資料檢索及社群網路服務等應用。「發展一個技術，剛開始可能是從學術角度出發，但是，當技術發展到某個程度，我就會想怎麼將它運用到實際生活層面上。畢竟電機是一個工程領域，也就是要做出實際的東西給人用。」
「做研究講究創新。」至於如何培養創意，陳教授表示:「很簡單，養成自我詰問的習慣，不斷問自己：我做這個東西做什麼？這東西如何應用到日常生活？而研究過程遇到困難、會卡住是很正常。Research, 就是 re-search, 需不斷嘗試，從不同角度去看問題，真正問題找得出來，答案就出來了。所以，有沒有找『對』問題，真的很重要。」
研究卡住時，檢視是否找「對」問題，亦如在人生卡住時，其實也可檢視我們是否在做「對」的事情。陳教授不諱言，因背負家庭責任與長輩期許，他亦曾如常人以經濟掛帥，讓自己的生活喘不過氣來。如今，經過人生的歷練，陳教授淡定地說:「人的價值是無法用錢來衡量的，凡事盡人事、聽天命，安分守己，把家庭照顧好，老老少少都平安，就是人生最大的幸福。」 |
科學社群的影響 | 後現代科學觀
在工業社會中，人與人的關係變成了相互利用的關係，以及物與物的交換關係，人的行為越來越受到外界的控制與影響。人的物質需求與精神需求的關係，也變成了物質需求與物質需求的關係。人成了追求物質利益的機器，因而催生了存在主義和人本主義的哲學思潮，提醒人們不要忘記自我的存在。
後現代 (postmodern) 科學觀是依據後現代主義的理論，對傳統科學理論提出全面、深刻批判的基礎上誕生出來的一種新型科學觀。後現代主義最基本的特徵是多元論，後現代科學觀的主要內容是有機本體論，包括多元典範和整體論，反對機械論與還原論。後現代科學觀建基在生態學和懷特海的過程論，主張世界是由關係網絡組成動態有序的整體，人類更大的意義和價值包含在自然整體的自組織進化過程中。
後現代有機本體論基本上反對實存本體論，而提出事件本體論，認為世界不是由任何永恆的實體構成的，而是由事件或事件集體構成的，活在當下才是真實的。認為機械存在物只是表象，一切事物都處於演化過程中；認為所有的原初個體都是有機體；承認不同等級的經驗之間有巨大的差異。
哲學面向的反省
法國大革命時代，自由主義、浪漫主義興起，代表人盧梭 (1712-1778) 早期得獎論文〈論科學與藝術〉的中心思想是「自然是美好的，出於自然的人是生來平等的，科學與藝術的進步也就是文明的發展，導致了社會罪惡的產生。」
盧梭認為科學與藝術的發展使人們擁有了精緻而美妙的趣味、溫良恭儉的性格，以及彬彬有禮的風尚，更重要的是學會了虛偽。文明的發展也使人們沉溺於享樂的藝術，人們在社會生活中失卻了自我的個性。他認為「科學提供了許多無聊的知識，使我們浪費了寶貴的時間。」這篇文章有它產生的時代背景，主要是抗議法國大革命之前統治階層浮華、腐化的生活，以及為他們服務的科學與藝術。
法國大革命並沒有延緩工業革命的進行，但是工業化卻扭曲了科學的本質。在和工業化並行的商業化過程中，原本屬於求真理的科學研究成了為工業和商業服務的工具。至今被傳媒迷惑的大眾消費者，反過來藉由風尚引導大眾科學的需求。最後商業化的大眾文化、大眾媒體、大眾科學成為科學的指導，大多數人也是通過商業化的大眾媒體來看待科學。
康德 (Kant, 1724-1804) 在《自然科學的形而上學起源》第 1 頁中定義:「每一種學問，只要它的任務是按照一定的原則建立一個完整的知識系統，都可稱為科學。」對康德而言，經驗性的科學是一種感性的知識，形上學則是一種智性的知識。因為形上學所處理的是超越經驗的對象，智性不僅具有概念演繹的作用 (邏輯的使用), 而且具有產生概念的功用 (實在的使用), 智性還自己創造超越經驗的概念。換句話說，智性的知識是一種象徵性的知識。
1965 年，史諾 (Snow, C. P.) 提出「兩種文化與科學革命」。他指出，在西方世界裡，做為整體的西方文化中的自然科學與人文學科分割成兩種文化，構成各自封閉的領域。但是社會的健全和發展，正是通過受過上述兩種高等教育的人來創建、塑造、發展和不斷完善的。自然科學處理物的世界，人文學科處理人的世界。各門學科無論在研究對象及方法上可能有差異，但是在做為理論的知識體系方面是一致的，都在尋求客觀的、普遍的、規律的東西。
科學中所包含的思考和推理方式，不僅是研究物質世界所必須的，也是應付人的世界所不可少的。科學家進行科學研判所形成的心智習慣，也為我們認識和處理有關人的世界的問題提供了方法論。人文學科指向是基礎和目標，而自然科學是方法和手段，它們互相包含、彼此依賴，最終是為了達到對人所涉及的事物的領悟和破解。
海森堡在他的著作如《物理與哲學》和《物理學家的自然觀》中，明白表達了他的自然觀。海森堡提議的是，其實並沒有「客觀的」自然科學，而是觀察者建構了他的認知體系與自然圖像。換句話說，現代人每天面對的是他自己建構的事物，再也見不到自然本身。
懷特海 (Whitehead) 曾在《歷程與實在》一書中提出一套宇宙論體系，他是以「創造性」為終極範疇，而「創造性」指的是整個宇宙不斷產生新集結，由多到一，又由一到多，由變化趨向存有，又由存有趨向變化的歷程。對懷特海來說，整個宇宙是在不斷創進的歷程中。因此會不斷地變化，不斷地產生新的組合，顯示新的結構。總之，他認為自然是一個創造性邁進的歷程。
現代科學主義者主張機械本體論，認為世界上的各種存在現象最終都可以還原成一組基本要素，世界在終極層次上是由各種基本粒子和場構成的。構成世界的基本要素彼此間居於一種外在的關係，構成世界的基本要素之間主要是透過彼此推動而產生機械的相互作用，其作用力難以影響到其內在性質。
現代科學主義者否認自然界有任何自主性和主觀經驗之類的現象存在，否認人類的心靈對其身體的作用。這樣一來，宇宙間的目的、價值、理想和可能性都不重要了，也不存在自由、創造性、真理等。
現代科學革命的特徵包括：科學、技術與生產的日益一體化，科學知識的綜合化，以及科學的意識形態化等，科學技術成了主要的生產力。到了 50、60 年代，科學革命的影響已經顯著，社會形態由工業社會進入了後工業社會，全球性的技術擴張已經造成全球性的經濟侵略和文化滲透。人類由以工業生產為主的現代社會，走向以服務性行為為主的後工業、後現代社會過渡，訊息在經濟發展和生產競爭中占據舉足輕重的地位。工具理性當道，產生生態危機。
法蘭克福學派
法蘭克福學派從文化的角度重新審視科學理性的本質，認為它們都不過是能夠把握存在和解釋存在的諸多心智形式之一，其他的形式還有語言、神話、宗教、藝術等。邏輯和科學認識的本質，無非在於它是人類把特殊事物提高到普遍法則的一種手段。事實上，自然科學知識這種最理性的東西，決不是人類原始的天賦，而是人類後天取得的成就，它是人類智慧發展的結果。在科學的世界歷史之前，就有一個大的歷史 — 文化背景之下生產、發展的科學形成的發展史。
法蘭克福學派認為除了理性思維外，還有許多的思維方式。在《啟蒙的神話》一書中，霍克海默 (Horkheimer, 1895-1973) 和阿多諾 (Ardorno) 認為啟蒙思想的本質是做為「支配」或「統治」權力的主人精神 — 知識就是力量。啟蒙理性早已蛻變為工具理性。啟蒙主義的特性是對科學與技術的盲目信仰與崇拜。
第二代法蘭克福學派的哈馬貝斯的社會批判，明確提出在當代晚期資本主義的社會中，科學技術已成為主要的生產力。他認為當前的主要社會問題，是意識形態對人或人的本性的奴役和壓制。科學與技術強大的影響力不容置疑，但是它確實已經被人性的貪婪拐騙而迷失方向了。
科學社群的定位
法國社會學者布迪厄 (1930-) 提出「場域」的概念，說明一切社會現象都跳不出「場域」這個如來佛的掌心。「場域」像重力場、電磁場一般無所不在，無形中影響著社會發展。文化、習慣、政治、經濟，甚至某一個人的存在都會形成「場域」, 產生影響力。
布迪厄提出場的概念做為「關係分析」的框架，它所涉及的是對地位 (社會階級) 的分析，對行動者占據地位的多維空間的闡述。一個特殊行動者的地位，是這個人的習性與他在地位場中位置之間的相互影響的結果，地位的場則是由資本適度形式的分布來界定的。
布迪厄強調場域內各種力量間互相作用，如政府行為 (權力場、政治場)、市場、民眾、外來文化等，它們共同作用改變社會文化。場域裡的每個場都具有半自主性，場與場之間又存在著緊密的互動。
科學家生長在「文化場域」中，他的實踐工作 (對一件事的知覺、態度、行為等) 不見得是純粹理性思考的結束，而是來自於即興創作的過程。這一即興創作過程，卻是由文化上的定向性、個人歷程和玩社會交互作用遊戲的能力等構成的。
這種被構成的、即興創作的能力，就是布迪厄所謂的「習性」。習性既客觀，又主觀。行動者的行為一方面是客觀的、有規律的東西，又不是規則的產物；另一方面，行動者的行為又可以通過有意識的理性來分析。人不得不在習性的背景下進行「即興創作」(指成熟的科學家是有成見的)。
科技社群的存在意義
西方存在主義的前期思想家齊克果提出「絕望」有 3 種，第 1 種就是不知有自我的絕望，指的是不察覺自己是沒有自我的人，活著是絕望的。他的話讓人恐懼，但是他是勸人務必要「擁有自我」。「擁有自我」是指了解自己的特徵、選擇和責任。享受自由選擇的權利，但是也要勇於承擔伴隨而來的責任。
海德格爾認為「存在」的問題就是存在的意義問題，他認為人的特性是他能了解存有，了解自己或他物的「基本意義」。海德格爾指的了解存有，包括知道它會影響我們，和我們要針對它做出反應。對事物，你我有不同的了解，擁有不同的概念，會使你我生活在不同的存在方式上。
同理，科學社群對自己的基本意義 (即存有) 有不同的了解，也有不同的存在方式。中國人總是有他們對各種東西的了解，因此有他們自己的存在方式。美國人有他們對各種東西的了解，因此也有他們自己獨特的存在方式。科學社群也應有自己對各種東西的了解，因此應有自己獨特的存在方式。也就是說，理解不同就有不同的詮釋。
法國人沙特認為存在就是行動，如果停止行動就是停止存在，積極地參與就是實際存在。由於個人自由與他人的自由處於對立和衝突中，因而社會也會充滿各種衝突。科學家和科學社群做為「存在」, 就避免不了「責任」和「衝突」。
其實，人或科學社群決定要成為什麼身分，他對社會、對環境的行為和發生的影響也就大大不同。一個人在成年之前所形成的自我認識、自我定位、自我認同，決定了他的人生觀、道德觀、環境觀和世界觀。
科學社群的社會責任
布迪厄提出每個場都具有半自主性，也就是說「科學」構成的場具有半自主性，有明確的行動者如「科學家」和「科學社群」來表明它的特徵；這個場有自身的歷史積累、自身的行為邏輯、自身的資本形式來表明它的特徵。然而，場並不具有完全的自主性，每個場都處於權力場之中，或者說，處於階級關係的場中。每個場都是衝突的場所，在特定的場內部也存在著衝突，存在著為爭取權力而界定的個場的衝突。這個「半自主性」也帶來存在主義學者所說的與「存在」共生的「責任」— 科學社群的社會責任。
國民中小學九年一貫課程綱要總綱提出人與自己、人與社會、人與自然等 3 個學習層次。如果我們不能啟發學生認識自己、認同自己，並且能自我定位，他在人與社會、人與自然的相處上是難有立足點的。你我和「科學社群」都存在於社會中，我們的社會責任使我們能自我認同，建立自己的自明性 (identity), 使我們能有意義地存在。因此，釐清科學真義，堅守科學的社會責任，防止濫用科學，是我們應該時時警惕的。
社會是科學發展的環境背景，也是各種場的衝突之地。在場域裡，多種力的交互作用使我們身不由己，一不小心就迷失自己。科學社群的社會責任就是要發揮、彰顯存在的自主性，表現「科學」。 |
網路上一傳十、十傳百的影響力:網路口碑 | 在網路上，負面口碑的傳遞速度很快且容易擴散，對於被點名的企業而言，殺傷力十足，可見網路口碑的力量。(圖片來源：Flickr 用戶 1000heads)
2013 年 8 月香港部落客在自己的部落格上踢爆知名麵包店廣告不實，引發了一連串的爭議。在網路上，負面口碑的傳遞速度很快且容易擴散，對於被點名的企業而言，殺傷力十足，可見網路口碑的力量。
日常生活中，我們每天都要作很多決定：吃哪間餐廳？看哪一部電影？到哪裡旅行、住哪家民宿或旅館？到外地遊玩時，去哪裡找當地的美食？要買哪一支手機？這些都是我們平常會面臨到的問題。當我們在尋求答案時，除了詢問身邊的親朋好友之外，都指向了網路上的評論。當我們對於所要購買的產品或服務不熟悉、感到陌生，而且缺乏專業知識時，會透過各種管道去收集資訊，如：親朋好友、搜尋引擎、專業論壇以及社群網站等。這些朋友們的經驗分享，便形成了產品的口碑，其實是一項重要的資訊來源，幫助我們做出許多的決定。
傳統的口碑來自人與人之間的傳遞，身邊的親朋好友對於某項產品或服務的推薦，透過一傳十、十傳百的擴散出去。如今因為網路科技的快速發展，產品經驗的分享在網路上分享與流傳，便形成了網路口碑。消費者普遍可在網路找到產品網站、論壇或社交媒體，看到許多網友們的意見評論；也會去分享自己使用產品的各種經驗，讓其他網友瀏覽觀看。
網路口碑對於消費決策日益重要，許多的行銷公司發現網路口碑的影響力，會將之納入網路廣告的策略。然而，某些企業以「假口碑」來進行「真行銷」, 例如雇用寫手在社群網站上，假裝是一般消費者的身份發表產品評論；一旦被網友們發現是假口碑，往往引起網路社群更大的反感，對於該企業或品牌來說，可說是得不償失。
水能載舟，亦能覆舟，正面口碑能帶來良好品牌或是行銷效應；反之亦然，負面口碑也會造成傷害。網路上流傳的負面評論，有時候是消費者真實的體驗，他們到網路上去吐苦水；然而，也有可能是競爭對手的惡意中傷。需要注意的是，在網路上傳播負面口碑，若非事實或是涉及惡意的誹謗，可能衍生出法律責任的問題。
消費者從網路口碑獲得豐富多元的商品資訊，但是，各式各樣的資訊，參雜正面負面的意見，反而讓消費者有資訊過載的問題。消費者不知道該如何解讀，讓他們更難以下決定。身處資訊爆炸的網路時代，身為消費者的我們，最好要能發展出蒐集資訊、過濾資訊、解決資訊的網路使用能力，才能獲得網路帶給我們的好處。
本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─網路科技、電子商務與創業，以及虛擬社群和社交網路」執行團隊撰稿)
國立中山大學資訊管理系 |
新媒體,新生活(三):現代人際交往的催化劑–社群網站 | 有誰會料到電影《社群網戰》(The Social Network) 中穿著不修邊幅的宅男，有天會因為架設對前女友惡搞的網站 (Facemash), 而後續成立讓大學生以照片拓展社交圈為核心的網站，藉此成為億萬富翁，甚至影響全世界電腦使用者人際交往與生活。他就是馬克・左克柏 (Mark Zuckerberg), 來自哈佛大學的科技宅男，因緣際會建立臉書 (Facebook), 網站距今註冊會員高達十億以上人次，可見社群網站對現今使用者的影響，以台灣來說《數位時代》每年的「台灣網站 100 強」調查中，臉書更蟬連三年第一的寶座，近期調查更發現社群類網站進榜的數目更有增加的趨勢，同時 comScore Media Metrix 台灣網路流量報告中，台灣臉書使用者更平均花費長達六小時以上的時間瀏覽網站，而目前全球最受歡迎的社群網站中，Facebook、Twitter, 與 Google + 則分屬於前三的位置。
在日常生活中俗稱的「社區」(community), 指在一個地域中一群「人」的組合，而「社群」則是指一群擁有共同興趣，或是因生活中具有相似的目標與需求，以及相同的信念所聚集的人，社群中的人彼此會分享資訊，相互交流間接產生依賴與歸屬感。社群網站就是依循此概念所構築的平台，使用者之間將社交網絡或社會關係延續至網站上，分享彼此興趣、活動、生活背景，或實際生活中的連結，使得平台使用者於此進行社交行為。
而早期社群網站的發展，可從 BBS (Bulletin board system, 電子布告欄系統) 開始，因為當時網路頻寬有限傳輸檔案並不方便，所以網站頁面的設計與呈現主要是以彩色與單色純文字為主，以 telnet 方式供學生用於資訊交流，目前批踢踢實業坊 (Ptt) 仍活耀於網路使用者中，註冊人次高達 150 萬人更衍伸對於現實社會具影響力的鄉民文化，目前台灣許多的社會運動與不公義之事件多數都是由此社群來引起共鳴。
後續隨著頻寬的提升網路論壇 (Forum) 出現，BBS 上純文字討論有了網頁介面，像是巴哈姆特電玩資訊站、伊莉討論區，與 mobile01 等則是針對某項議題聚集使用者進行討論的網站。然而隨著部落格 (Blog) 的誕生，這類的社交網站也開始增加建立個人頁面的功能，以關站的無名小站為例，當時就帶動了台灣部落格的使用熱潮與知名部落客。直到 Facebook 在台灣被廣為使用後，線上社群網站逐漸成為使用主流，所以依據目前社群網站的類型可分為五種；一、線上社群，主要以單純的社交為目的網站；二、商業社群，其網站會員多有商業職場背景，該網站則提供工作的引薦與商機的引導交流為主；三、線上配對，以提供人際交往，尋找愛情交友；四、校友社群：找尋失散，或是凝聚朋友與同學間的情誼；五、以某焦點為主的社交網站，針對某項次文化為興趣之議題為社交導向。
對於社群網站之所以受到大家歡迎，其中主要的原因為社群網站提供了使用者呈現完美自我的機會，所以使用者可以透過電腦傳播的方式，展現與現實生活中不同的自己，對此學者提出超人際 (hyperpersonal) 模型解釋，表示使用者相較於實際經驗中與他人面對面的交往，透過電腦進行的人際交往經驗反而會更好。
主要是因為透過電腦進行傳播時具有「減少傳播線索」(reduced cues) 與「非同步傳播」(asynchronous communication) 的特徵，所以使用者可據此「選擇性的自我呈現」(selective self-presentation), 而自我呈現就是個人的形象管理，人們不管在網路上或是生活中，都會試圖管理自己與他人對自己的印象，所以有學者認為人類的互動其實是一種表演，且研究中發現人們會在網路上已獲得他人認同為基礎的表現自己，但通常結果反而是以誇張與戲劇的方式來呈現完美的自己。
因此以往人際交往中因為不經意的說錯話，或是尷尬的氣氛都可以被撇除，所以社群網站也提供了許多在現實生活中，不善言表的人可以有更好的人際交往活動。像是減少傳播線索的條件下，每個人都可選擇性的思考自己想在他人面前呈現什麼樣的形象，像是原本生活中缺乏幽默風趣的人，可透過社群網站向他人呈現自己具有幽默特徵的一面，好比發表一些具幽默性的資訊、笑話等。
同時，加上非同步性的特徵，使用者可以不用像在面對面交談時立即的表示意見，社群網站提供使用者更充足的時間思考，以進行更為完善的回應，所以許多在生活中不擅言詞的人，往往會透過社群網站來認識另一半，因為這將可以減少它們在面對面交談時的緊張感，同時也讓自己可以更謹言慎行，大幅降低說錯話機率。
有學者批評網路社群蓬勃發展某些程度上剝奪了人們生活交往能力，同時更有學者認為，其實長期使用社群網站的人大多數是現實生活中孤獨的一群，而且使用時間越長更顯得你在人際交往上的孤獨感。然而，目前社群網站早已屬於眾多使用者生活中的部分，部落格出現時，人們更願意在網路上發表自己的意見，社群網站出現後，因為不須大篇幅文字編輯，所以大家變得更習慣在社群網站上說話。
因此企業的行銷方式也有了轉變，以往口而相傳的小範圍行銷，反而能更加無遠弗屆，也讓許多原本名不見經傳的新創品牌或企業營利回收得更快。另外，社群網站締造一傳十，十傳百的特性，也常被用來號召社會運動，對於獲益困難的非營利組織，推廣組織願景與活動招集上也可很快地得到響應。
同時社群網站還實現了安迪・沃荷 (Andy Warhol)「成名十五分鐘」理論，只要使用者掌握廣為流傳的特性，在網路開放式的平台下只要敢於表現，想要爆紅非難事。因此社群網站對現代人的生活，有時候反而是增加心理的認同感，以及生活中人際交往的延伸，而非全是利大於弊的憂患意識。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─網路科技、電子商務與創業，以及虛擬社群和社交網路」執行團隊撰稿 / 2013 年 12 月)
責任編輯：李雅靖│國立中山大學傳播管理研究所 |
智慧養牛科技:引言 | 行政院農業委員會畜產試驗所新竹分所是國內乳牛產業的主要研究機關，持續精進乳用種牛產業技術鏈的研發與應用，包含乳牛場管理的精準化，具經濟效益的最適飼糧配方，乳牛性能改良計畫的推行與深耕，培育耐溼熱優質種乳牛，具乳產量高、抗病力佳及使用年限長的特點，為國內乳牛場所生產原料乳的安全、健康、衛生、營養把關，並致力於提升全國生乳品質檢測的能力。
自民國 96 年起，我們率先配合農業委員會推動以農業資通訊科技的創新應用促進產業升級的策略，把智慧科技導入乳牛產業中，如無線射頻辨識系統、無線感測網、雲端服務等，以期整合自動化設備提升乳牛場經營的管理效能，使國內乳牛產業更具競爭力而能永續經營。
一般乳牛的生命周期長達 7 到 10 年，且屬於高經濟動物，不過並不是每隻牛都能表現出高的經濟效益，因為牛隻本身的健康好壞直接影響酪農的收益。如何挑選性能優異的乳牛，需要依賴長年累月現場蒐集的約 80 種以上的乳牛性能紀錄。除了乳牛身分以牛號辨識外，還需要記錄其系譜、生長、繁殖、配種、分娩、牛乳品質等數十項資料。畜產試驗所新竹分所研發的乳牛 RFID 耳標就如同乳牛的電子身分證，只要簡單掃描就可以知道個別乳牛各項的基礎資料，提供精準化管理的基石。
由於乳牛必須經歷生長、成熟、發情、配種、懷孕分娩才能泌乳，有牛乳的產出酪農才有收益，因此乳牛的發情觀察牽繫著酪農賺不賺得到錢！這也是乳牛場繁殖管理中最重要的一環。因此，致力於無線型牛隻發情偵測系統的研究與應用，可減少人力觀察牛隻發情的工作時間及提高發情判斷的準確度，進而提升乳牛場整體的經營效率。
乳牛是恆溫動物，體溫維持在攝氏 38.6 度左右。體溫是動物健康的重要指標，因乳牛本身有體溫調節機制，不受外界環境溫度左右，但體溫會因特殊原因如傳染病或病痛等而敏感地持續升高，尤以超過正常體溫 3 度時，歷時稍久便會造成死亡。
乳牛的體溫一般由肛門插入體溫計量取，所測得的體溫稱為直腸溫度，量測時相當費時費力，因此常缺乏牛隻體溫資料。新竹分所的研究團隊利用紅外線熱像儀掃描牛隻全身溫度分布的研究，發現眼睛周圍溫度較能代表牛隻直腸體溫，可考慮發展為一種非侵入式牛隻體溫的檢測工具，應用於早期快速精準地監測乳牛體溫變化，做為牛隻健康失調或特定部位發熱或疾病 (牛流行熱等) 的健康管理措施。
牛群的擠乳作業是乳牛場經營管理中每日花費最多時間的部分，約占牧場全部勞動力的 25 至 35%。自動化機器人擠乳系統對於減少擠乳時的勞動人力而言，是相當有競爭力的，且還有提高動物健康、福祉、乳量等潛在的好處。
如何提供乳牛適當的營養對乳牛健康與牛乳生產非常重要，因此乳牛每日的飼糧調配是否得宜就成為關鍵。乳牛的日糧組成包含品質良好的芻料、均衡的穀物與蛋白質來源，以及礦物質與維生素。它們關係著乳牛的泌乳、生長與繁殖所需的營養素。乳牛日糧的組成會因不同的牛群與需求而做調整與能量計算，如原物料的項目、數量、組合等，以避免營養過多或不足的情況。量身訂作乳牛媽媽的營養大餐，就稱為完全混合日糧，讓其所採食的每一口日糧都是營養平衡的完全日糧。
這期專題報導特別邀請行政院農業委員會畜產試驗所新竹分所的專業研究人員就最新的智慧養牛科技做一系列的介紹，隨著智慧養牛科技的進步與引領，不僅創新乳牛場的經營管理效率，也進一步提升我國的國際競爭力。 |
野生動物保育:特立獨行的東方蜂鷹 | 取食特性
猛禽顧名思義就是鳥類中的猛獸，位於食物鏈的最頂層，以捕捉小鳥、蜥蜴、魚、老鼠、蛇、蛙，甚至大如猴子、山羌等動物為食。因此，一般人腦海中的猛禽，應該是有銳利的雙眼，張開寬大的翅膀在天空中巡曳，隨時準備俯衝而下，用尖銳有力的腳爪抓起獵物的大型鳥類。
雖然這樣的印象符合大部分日行性猛禽的習性，但是鳥類的多樣性超乎我們想像。即便同樣是猛禽，也有許多不同的生活習性，以及很多樣化的食物，有些猛禽甚至是吃素的。屬於珍貴稀有保育類野生動物的東方蜂鷹，就是猛禽家族中特立獨行的一員。
稱為蜂鷹的原因，當然是因為牠們與蜂類的密切關係。東方蜂鷹的主食就是人類和其他動物避之唯恐不及的蜂類，以及少數的蛙、蜥蜴、蛇等。無論是蜜蜂、胡蜂或一般人俗稱的虎頭蜂，都是牠們的食物。不過，東方蜂鷹並不是直接捕食成蜂，而是專挑柔軟不帶毒液的蜂蛹和幼蟲，但牠們都在蜂窩裡，東方蜂鷹必須攻擊並破壞蜂窩才有辦法吃到。成鳥也會把破碎的蜂窩帶回巢中給幼鳥吃，這些蜂窩的碎片裡就有肥美的蛹和幼蟲。
為什麼東方蜂鷹不會害怕蜂類的群起圍攻呢？原來是有能抵擋蜂螫的生理結構，牠們臉部的羽毛十分細小且如同魚鱗般排列緊密，頭部相對於身體而言比例較小，頸部細長，這樣的構造也方便把頭伸進蜂巢縫隙覓食。
另外，面對蜂類的傾巢而出，東方蜂鷹也會採取團體戰的策略，輪番攻擊一個蜂巢，或用調虎離山計，由一隻蜂鷹攻擊蜂巢後逃走，吸引蜂群離開蜂窩，其餘蜂鷹便可安然取食蜂巢。這在以單獨狩獵為主的猛禽中實在令人驚奇。
當然，蜂鷹在攻擊蜂窩的過程中難免會遭受蜂螫，但是蜂鷹為什麼能忍受蜂螫而不會喪命呢？這或許跟蜂鷹體內特殊的免疫能力有關，是個值得研究的問題。
以嗅覺輔助覓食
因為這樣特殊的食性，東方蜂鷹必然會受到養蜂場的吸引。在繁殖季節，東方蜂鷹會在中低海拔的闊葉林中築巢、育幼。而到了秋冬季節，也就是大約 11 月中旬左右，蜂鷹就會離開繁殖區，進入淺山或平地的養蜂場內覓食，直到隔年 2、3 月才離開。
秋冬季節裡，因為野外盛開的花不多，蜂農飼養的蜜蜂並沒有足夠的食物來源，因此蜂農會把花粉、黃豆粉和糖水混合成花粉團，放在養蜂場內供蜜蜂食用，但往往會被蜂鷹捷足先登。可是花粉團原本並不存在於自然界，為什麼蜂鷹知道花粉團可以吃呢？筆者設計了一個實驗，將一個正常的花粉團和一個假的花粉團一起放在養蜂場中，讓蜂鷹去挑選。假的花粉團有三種，一種是少了花粉，一種是少了糖，一種是以麵粉取代黃豆粉。真假花粉團都以食用色素染成黃色或黑色，讓外觀一致。因此，每次實驗的時候，真假兩個花粉團的差異僅在於花粉、糖或黃豆粉其中之一。
實驗發現東方蜂鷹幾乎都只挑有花粉的花粉團吃，就是少了糖或黃豆粉也無所謂，而且即使染成黑色，牠們仍可以挑出含有花粉的花粉團。由此可知蜂鷹是利用嗅覺來確認真正的花粉團，且挑選的是花粉的氣味，而不是糖的甜味。即使黑色花粉團和牠們平常在蜂場中吃到的黃色花粉團不一樣，蜂鷹仍不受顏色的影響，可以用嗅覺找出含花粉的花粉團。
猛禽不僅會利用視覺，也會利用嗅覺來輔助覓食，更提醒我們重視嗅覺在猛禽或其他鳥類的生活中所扮演的角色。
羽色豐富多變
蜂鷹不只是食性特殊，有觀賞蜂鷹經驗的人都會發現牠們羽色豐富多變，在同一鳥種裡有如此多變的羽色是非常罕見的。按照一般賞鳥者的分類，蜂鷹的羽色可以分為暗色型、淡色型和中間型。其中，暗色型的蜂鷹全身羽毛都是深褐色，而頭部的羽色更深，非常接近黑色。淡色型的全身羽毛呈淺褐色，看起來像是加了很多牛奶的拿鐵。而中間型的就像暗色型和淡色型的混合，可能胸腹部是淡淡的米白色，頭部是灰色，翅膀和背部是深褐色。
事實上，蜂鷹的羽色變化不只這 3 種，甚至在成長過程中，蜂鷹的羽色也會變化，常讓初次看到蜂鷹的人誤以為是不同的鳥種。
蜂鷹為什麼會有這麼多種羽色？這些羽色是否具有任何意義？親鳥的羽色如何遺傳給下一代？蜂鷹配對時會不會偏好和自己羽色相同的個體，還是和自己長得很不一樣的個體？這些問題一直困擾著學者和賞鳥人士，也是未來蜂鷹研究的重要議題。
是候鳥也是留鳥
在亞洲，東方蜂鷹還有許多親戚，也就是所謂的亞種，分布在東南亞各地。而這些亞種都是終年待在同一個地區生活的留鳥，只有東方蜂鷹是會遷徙的候鳥。根據賞鳥人士的觀察，東方蜂鷹每年都會與其他的遷移性猛禽一起出現，包括北部的觀音山及南部的墾丁，在猛禽過境期間都有牠們的蹤影。因此，以往賞鳥人士和學術界都認為東方蜂鷹是過境臺灣的過境鳥，或者少數留在臺灣度冬的冬候鳥。
直到十幾年前，當時任職於陽明山國家公園管理處的黃光瀛博士首度在陽明山發現了東方蜂鷹的巢。此後，在臺灣的中部和北部都陸續發現許多東方蜂鷹繁殖的證據，中央研究院生物多樣性研究中心的劉小如研究團隊也透過無線電追蹤，證實東方蜂鷹在臺灣有穩定的留鳥族群。
這個發現引起了許多疑問，這些留鳥是否已經在臺灣很長一段時間，卻被人們所忽略，還是留鳥是最近才出現的？如果是最近才出現的，牠們的祖先是愛上臺灣而流連忘返的候鳥嗎？還是從東南亞地區擴散到臺灣的留鳥亞種？如果是候鳥待在臺灣不想走了，牠們又是為了什麼而留下來？甚至有人推測，出現在臺灣的東方蜂鷹根本沒有候鳥，那些在海邊隨著其他候鳥飛進飛出的蜂鷹，其實都是留鳥，牠們跟著候鳥出海之後不久就回頭了。
經分析大約 50 隻東方蜂鷹每一根初級飛羽上的穩定同位素成分，發現臺灣的確有兩群截然不同的蜂鷹族群，一群是留鳥，一群是候鳥。而分析這兩群的遺傳資料，也發現留鳥族群是由候鳥形成的，也就是說目前留在臺灣的東方蜂鷹的祖先，以前是過境臺灣或在臺灣度冬的候鳥，而且這些候鳥是 1970~1990 年代間才開始停留在臺灣。這段時間到底發生了什麼事，讓原本該回到北方繁殖的東方蜂鷹決定留下來呢？在歐洲，有一種小型的鶯科鳥類叫做黑頂林鶯，主要繁殖地在德國東南部，度冬地在葡萄牙和西班牙。二次世界大戰結束後，歐洲的經濟逐漸繁榮，人民生活獲得改善，英國人開始在院子裡擺放鳥類的餵食器，裡面放著各種穀類給來訪的小鳥食用。約自 1960 年代起，英國人開始在冬季的時候發現黑頂林鶯出現在他們的院子裡，久而久之，竟然有一群黑頂林鶯固定到英國度冬了。
問題是，一般候鳥度冬的時候是飛到比繁殖地的緯度更低、更溫暖的地方避寒，但這群黑頂林鶯竟然飛到比德國更寒冷的英國度冬，可見食物對這些鳥類來說有多大的吸引力。
研究臺灣養蜂業的發展，發現已經有三百年的歷史，而養蜂的家戶數及蜂箱總數在 1970 及 1980 年代達到最高峰。雖然從 1990 年代開始有些降低，平均每個蜂箱所產出的蜂蜜量卻是逐年上升。從 1970 年代起，養蜂場的產蜜量不但快速增加，而且分布更廣。這樣的變化與東方蜂鷹留鳥出現的時間不謀而合，因此，臺灣的養蜂業有可能是造成東方蜂鷹候鳥定居在臺灣的原因之一。
從這些事例來看，鳥類的遷徙似乎不是一個絕對必要的行為，也不是一個不能改變的行為。的確，最近幾十年越來越多的研究顯示鳥類的遷徙行為其實非常有彈性，往往一個突如其來的惡劣天候，就有可能改變一個候鳥族群的遷徙路徑，或者把候鳥困在度冬地而成為留鳥。也有如上述黑頂林鶯的例子，為了食物而改變了度冬地。
然而，東方蜂鷹的特殊之處在於牠們是科學界首次發現同時有候鳥及留鳥族群的猛禽，也是第一種候鳥變成留鳥的猛禽。對於壽命較長且遷徙路途遙遠的猛禽來說，遷徙的時程、路徑、度冬地必須和繁殖、育幼、換羽、求偶等生活史事件完美配合，因此理論上不容輕易改變，科學界也認為這樣的大型鳥類並不容易產生遷徙行為上的變化。東方蜂鷹的例子卻顯示遷移性的猛禽仍然可以放棄遷徙而成為留鳥，因此雖然東方蜂鷹不是第 1 種改變遷徙行為的鳥類，卻意義非凡。
有待繼續研究
雖然留鳥來源已經有了解答，但候鳥的來源仍然是個謎。以往大家都認為過境臺灣的東方蜂鷹來自日本，但是日本學者以衛星追蹤，卻發現在日本繁殖的東方蜂鷹，是經由中國內陸飛抵中南半島，再穿越麻六甲海峽，最後在印尼及菲律賓度冬，沒有任何一隻經過臺灣。這個發現顛覆了候鳥會採取最短路徑飛行的想法，也讓過境臺灣的東方蜂鷹的繁殖地和飛行路線增添了神祕色彩。
目前，臺灣猛禽研究會正嘗試以衛星追蹤的方式，希望找出過境臺灣的東方蜂鷹的來龍去脈。雖然還沒有追蹤到候鳥，卻已經發現臺灣的留鳥族群會在島內做南北遷徙，這又是讓人驚奇的一面。
東方蜂鷹有這些奇特的生態，在猛禽的世界中如此與眾不同，而科學家對東方蜂鷹持續的研究，相信會帶來更多讓我們重新認識猛禽，甚至重新認識鳥類的新發現。 |
網路曝光搜easy | 近來台灣吹起一股黃色小鴨旋風，一般民眾不難發現幾乎任何地方都有黃色小鴨的蹤影，不論是在實體世界或是網路裡，都可以看到黃色小鴨爆紅的現象。有些商業網站遂利用「黃色小鴨」這個爆紅的關鍵字，大量堆疊在自身的網站內，或是加入與黃色小鴨相關的連結，來使得搜尋排名上升，這樣的作法雖然提高讓使用者搜尋到的機率，但因為關鍵字和網頁內容沒有任何關係，反而容易造成使用者的反感而快速離開頁面。
現在網路資訊爆炸，我們想上網找資料，幾乎都會透過搜尋引擎來協助我們尋找。當使用者開始進行搜尋時，搜尋引擎會針對使用者輸入的關鍵字和網站內容進行相關性的資料比對，呈現給使用者最接近的搜尋結果。
由於大多數的消費者只會點選前幾名的搜尋結果來瀏覽，搜尋結果的排序就相當重要；排序越後面就幾乎沒有曝光的機會。搜尋引擎最佳化 (Search Engine Optimization, SEO) 就是業者為了增加網站曝光度、提高網站在搜尋頁面中的排名，網站管理員必須了解搜尋引擎的運作規則，並依照規則不斷優化自身網站內容，讓網站更容易被搜尋引擎所接受，以能名列前茅：當網友搜尋時，能出現在搜尋結果頁面，越前面越好。
在操作上，搜尋引擎最佳化有兩種做法，分為「白帽」與「黑帽」。白帽是採取正當的手法來提升排名，包含讓網站中所有頁面的標題具有獨特性及相關性，標題和網頁內容要相符合，使用原創的內容且經常更新，採取適當的關鍵字，建立值得信任的相關連結等；持續的經營才能讓排名穩定成長。
相對於白帽 SEO, 有些業者為了快速提升排名，採取投機的方法，稱為「黑帽 SEO」, 例如使用自動點擊軟體來增加假流量、以程式生成大量關鍵字、採用與網頁內容無關的爆紅關鍵字，或是建立眾多不相關的連結，並和其他網站合作導入流量等。然而一旦被搜尋引擎偵測到，就會讓該網站排名一落千丈，以此投機的方式來爭取排名，將會得不償失。
爭取排名要了解各種最佳化方式，洞悉網路上的變化，採取正當手法才能名列前茅。「內容」其實是搜尋引擎最佳化真正的重點，經營網站的內容不只是文字或關鍵字很重要，最好能具備圖片或影音等多媒體的型態。
其次是社交訊號 (social signals), 網友在社交網站上的活動，會間接或直接影響排名，例如有多少粉絲喜歡或分享給他人、有多少訊息提到網站連結等。搜尋引擎的自然排名不能用金錢購買，網站要持續創造有價值的內容，最佳化網頁品質來獲得消費者的信任。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─網路科技、電子商務與創業，以及虛擬社群和社交網路」執行團隊撰稿 / 2013 年 12 月)
責任編輯：林芬慧│國立中山大學資訊管理系網路行銷研究團隊 |
生命如何面對阿茲海默症的挑戰 | 東西方的流行病學研究都顯示 65 歲以上的人約 5% 罹患失智症，且年齡越大患病的機率也越大。失智症的患者中六成是阿茲海默症，阿茲海默症是大腦退化性疾病，腦內有許多類澱粉蛋白斑塊的沈積，且神經元出現神經纖維纏節，造成患者的記憶力和其他認知功能減退，病程可達 8 至 10 年，終至需人照顧。雖然阿茲海默症的臨床症狀和病理變化已很清楚，但除了約 5% 的遺傳因素外，其真正病因仍不明。
阿茲海默症還不能根治，但新藥研發和藥物臨床試驗非常蓬勃，且目前的乙醯膽鹼酶抑制劑和麩氨酸受體拮抗劑，約 6 成病患服藥後認知減退較慢。其他非藥物的治療能舒緩病人的情緒，改善和失智症相關的精神行為問題。阿茲海默症最大的危險因子是年齡，其他還有低教育、高血壓和糖尿病等血管性因子。因為無法確定何人會罹患阿茲海默症，也就是說當年紀漸長，人人都有機會。就是自己沒問題，配偶或年老雙親也可能罹患阿茲海默症，因此要如何面對阿茲海默症的挑戰？一是要瞭解疾病，心理有準備，曉得尋求醫療和社會資源的協助，到時就不會慌張。二是及早預防，阿茲海默症的類澱粉蛋白斑塊和神經纖維纏節在壯年時就開始在腦內沈積，當數目多到大腦不足以負荷時才出現臨床症狀，因此多動腦、控制危險因子等應從年輕就開始。 |
蓮花的自潔功能與奈米科技的應用 | 蓮是生於沼澤的宿根草本植物，通常在夏季開花，色澤清麗，花葉俱香，生污泥之中，而開潔淨之花。蓮花為中國十大名花之一，又因其退居池水，不與百花爭妍，出污泥而不染，素有花中君子的雅譽。蓮花為什麼會出污泥而不染呢？出污泥而不染的蓮花
唐朝鄭允瑞的〈詠蓮〉說:「本無塵土氣，自在水雲鄉；楚楚淨如拭，亭亭生妙香」。宋朝周敦頤也在〈愛蓮說〉中寫道:「水陸草木之花，可愛者甚蕃。...。予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖，中通外直，不蔓不枝」。蓮花真的出污泥而不染嗎？我們將透過以下的實驗來證實。
德國教授巴斯洛得 (W. Barthlott) 利用人造的灰塵粒子污染赫蕉、倪藤、玉蘭、林山毛櫸、蓮花、芋、甘藍及 Mutisia decurrens 等八種植物的葉面，然後用人造雨清洗兩分鐘，最後將葉面傾斜 15 度，使雨水滑落，觀察葉子表面灰塵粒子殘留的狀況。實驗發現，前四種植物之葉面，所殘留的污染物高達 40% 以上；而蓮花等後四種植物，污染物殘餘的比例皆小於 5%。因此證明，蓮花真的具有出污泥不染的能力。而這種不需人工清洗，只需經由天然的雨水沖刷，就可保持表面的清潔，我們稱其具有自潔功能，其中又以蓮花為代表，稱為「蓮花效應」。
蓮花的葉子從巨觀上來看，或許和其他植物的葉子，沒有特別不同的地方，但是我們透過一些實驗，從微觀的角度來觀察蓮葉的表面物理結構及化學組成。
氣─固─液界面的三角關係
將上述八種不同植物，利用水在他們的葉子上做接觸角的分析實驗。結果發現，實驗的數據分為兩個區域，其中赫蕉、倪藤、玉蘭、林山毛櫸等植物的接觸角介於 28~72 度，而蓮花、芋、甘藍及 Mutisia decurrens 等植物，接觸角介於 130~160 度之間。接觸角的大小代表甚麼意義？為什麼這八種植物的接觸角會有如此的差別？以下簡單說明接觸角所代表的物理意義。
當液體潤濕固體表面時，原本氣─固的界面被液─固的界面所取代，而氣─固與液─固之界面張力的差，稱之為「濕潤張力」。當氣─固的界面張力大於液─固的界面張力時，也就是固體和液體間的吸引力大於固體和氣體間的吸引力時，固體和氣體間的界面張力會將液─固界面拉伸。換句話說，被濕潤的固體表面有較低的界面張力，因此液體會在固體表面擴張。
當液體滴在固體表面上時，固體表面和液滴切線的夾角，就是所謂的接觸角。假使接觸角小，如水滴在玻璃基板上的情形，表示液體易濕潤固體表面。但是，如果接觸角像水銀液滴在玻璃基板上那麼大，代表液體不易濕潤此表面。而濕潤張力和接觸角的關係，可以用楊格方程式 (Young's equation) 表示：氣─固與液─固界面張力的差等於氣─液界面張力乘上接觸角的餘弦函數。考慮兩種極端的情形，當接觸角為 0 度時，表示液體能完全的濕潤於固體表面；當接觸角為 180 度時，代表液體完全不能濕潤於固體表面。
從固─氣的界面張力觀點來看，當接觸角越小，餘弦函數 (cosθ) 會越大，固─氣的界面張力也會越大，此時表示固體表面較易被濕潤。而當接觸角越大，固─氣的界面張力越低 (如鐵氟龍), 代表越不易被濕潤。
現在，我們回到植物葉面的接觸角實驗，水滴在蓮葉表面的接觸角很大，代表蓮葉與空氣間的界面張力很低，水滴不易濕潤其表面。然而，界面張力低和自潔功能有甚麼關係？固體的界面張力高低，又受到甚麼因素影響？而蓮葉的低界面張力從何而來？這些都仍困擾著我們，所以我們必須進一步了解蓮葉的化學組成及物理結構。
蓮葉的微觀世界
蓮葉表面的化學組成為臘。水在一般石臘上的接觸角約 110 度，這是因為臘為飽和的碳氫化合物，所以極性較低，有較低的表面能。但是，我們由接觸角的實驗結果發現，水在蓮葉上的接觸角高達 160 度。所以除了臘的組成之外，應該還有其他因素，使水在蓮葉上的接觸角高達 160 度。
我們由掃描式電子顯微鏡觀察這八種植物葉子表面發現，接觸角小於 100 度的葉子，表面較為平坦，而接觸角大於 130 度的葉子，葉面上除了大的突出物外，還有一些類似纖毛的結構，由圖中的尺規來看，這些纖毛結構的尺寸約 100~200 奈米 (nm) 左右。另外，Mutisia decurrens 在葉面上雖然沒有這種纖毛結構，但是其表面也較為粗糙。
通常表面變得較粗糙時，會使液體在表面上的接觸角變大，由於蓮葉的表面為臘的疏水性結構，接觸角原本就大於 90 度，因此液體不會穿透至葉面的孔隙中，而會停留在葉子的表面。同時，由於表面的粗糙度，使液體所接觸的表面，不是完全只有葉面，而是一種混合界面–部分為葉面，部分為氣體。因為液滴與粗糙孔隙間的空氣無黏著濕潤的現象，因此接觸角變大，使水在蓮葉上的接觸角高達 160 度，水滴很難停留其上。這就是蘇東坡在〈永遇樂〉中所描述的「圓荷瀉露」景象–小水滴在蓮葉上滾動，慢慢聚集成大水滴，等到蓮葉承受不住了，水滴就從葉上滑落。不僅水滴無法停留，甚至連膠也很難附著。
同樣地，當灰塵附著於蓮葉表面上時，因為蓮葉表面的纖毛結構，使灰塵和蓮葉的接觸面積減少，因此減少了灰塵和蓮葉間的吸附力量。而當水滴由葉面上滾過時，由於灰塵和水滴間的接觸面積大，灰塵粒子和水滴間有較強的吸附力，所以很容易就被水滴帶走。這就是蓮花為何能出污泥而不染了。由於蓮葉表面同時擁有這種奈米尺寸的物理結構與疏水性的化學組成，因此才具有自潔的功能。
蓮花這種自潔的功能，不需人工清洗就可保持表面的清潔，所以使得蓮花一直給人們有潔淨的感覺。如果我們可以將這種原理，運用在如建築物的外牆，或是汽車的烤漆等表面上，不但可減少清潔用水之污染，還可隨時保持這些表面的清潔。
目前一般所使用之塗料，在塗裝後，表面雖可具有疏水的性質，但是灰塵沾上後，水滴只能將灰塵移動，無法清除，所以無自潔的效果。因此必須開發出低表面能、疏水性且具有微細纖毛結構的塗裝表面，才可如蓮葉般具有自潔的效果。
師法自然–奈米科技的應用
所謂奈米科技是指研究奈米級大小的技術與產品，是極微小化的科技，所涵蓋之領域非常廣泛，包括機械、電機、材料、光學、量測、生化醫藥及原子物理等。
奈米是指十億分之一公尺。地球直徑的十億分之一，約只有一顆彈珠的大小。全世界先進國家近年來均投入大量經費在這跨領域的研究之中。
自然界其實蘊藏著許多奈米科技的概念。除了蓮花的疏水性奈米尺寸的纖毛，具有自潔的功能；鯨魚及海豚的皮膚擁有奈米尺寸的孔洞，也有自潔的功能，不但可以防止有害微生物的附著，還可減少游行所產生的摩擦力。另外，像昆蟲在飛行時，必須保持翅膀的平衡，如果有一點點的灰塵沾上，都會造成飛行上的問題。因此，有些翅膀較長的昆蟲，其翅膀上也有奈米尺寸的結構，具有自潔的效果。還有蛾，眼睛具有奈米尺寸的纖毛，可減少光的反射，飛行時不易被敵人發現；此外，還有許許多多的例子，科學家們也已經運用這些原理，發展出許多不同的產品。
奈米科技其實並不是一種新的科技，它沒有我們想像中的那麼遙不可及。目前工研院化工所，正致力於奈米科技在傳統產業上的應用，以提高傳統產業的附加價值。例如，以奈米粉體作為電極材料，具有高的儲電能量及壽命；奈米的金屬觸媒可增加反應活性、去除毒性物質及減少環境污染；具有奈米結構的的鋼鐵材料可以提升強度及成型性，使鋼鐵材料具有更好的性能；在基板材料中添加機能性奈米玻璃粉，可以提升印刷電路板的熱性質及電性質；添加奈米級的碳酸鈣於塑料中，可提高耐衝擊強度，添加於塗料中，可改進流變性；在高分子材料中添加奈米級無機材料，可增加機械強度、熱性質、光學性質、阻氣性質、耐化性...... 等；可錄式光記錄媒體運用奈米技術，可藉由雷射光束的照射加熱，在記錄膜層產生奈米結構變化，使具有光全域、高密度、高倍速、高耐光性、高耐候性及低成本...... 等優點。
模仿蓮葉自潔的功能，我們可以應用表面奈米結構之技術，開發出低表面能、自潔、抗污、防菌、高機械強度、高接著力、及抗光反射性... 等奈米機能性的塗料。
隨著電子、資訊產業的蓬勃發展，也帶動了醫療、航太等產業，逐漸開發特殊機能性塗料。未來塗料除需具有傳統之防鏽、防霉、絕緣、保護及美觀...... 等功能外，還需包括光學、電學及自潔等特殊機能。而結合奈米科技觀念，使塗料具有自潔、光學之抗反射功能，提升產品的附加價值，不僅可以增加產業競爭力，並且也可以符合環保需求。
註：本網頁照片出自 Barthlott W. and C. Neinhuis (1997) Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces, Planta, 202, 1-8. |
半導體學術先鋒–張俊彥院士 | 1970 年，張俊彥院士展開雜質對半導體元件所造成影響的研究，為後繼許多投入該奈米元件領域的學者奠定了重要的學理基礎。1980 年，張院士開始探討奈米結構及半導體元件的量子傳導現象，這一連串的研究，為半導體學術、產業界的探尋之路開啟了一扇又一扇的大門。
目前張俊彥院士的團隊正專注在高功率、高效率的 LED 元件、高效太陽能元件、高效儲能元件、生技醫學應用及環保的研究上，而這些研究領域都會是未來非常重要的產業。由此不難看出張院士是朝著理論與應用結合的方向邁進，希望能為改善人類生活環境盡一份心力。
因緣際會，讓我有機會採訪今年總統科學獎應用科學組得主張俊彥院士。這件事對非身處半導體產業的人而言，或許沒什麼了不起，但是對在這個產業界工作的我來說，卻是一件莫大的榮耀。就這樣，帶著崇拜與興奮的心情，我踏入這位傑出學者的辦公室。
在專訪的過程中，我從張院士的學術發展過程、學術研究哲理及人生觀，得到許多啟發。希望透過這篇報導，讓讀者不僅知道張院士的學術歷程，思考其諸多創舉背後的個人心態，以及這位總統科學獎得主為什麼能看到或完成那麼多我們無法做到的事，更開始思考：自己是否也可以用不同的方式來應對發生在周遭的每一件事。
獨特的思考邏輯
張俊彥院士從小就被非常優秀的父親訓練出獨立思考的能力，他對未知的事物始終抱持著自己獨特的看法。及長，不斷累積專業學識，更培養出洞悉學術及業界未來發展趨勢的獨特能力。
張院士在攻讀碩士學位時，就選擇深入探討半導體的各種問題。當國際學術界都聚焦在金屬與超導體的領域時，他卻另闢蹊徑，在 1962 年展開「超導體對半導體間電子穿透傳導特性」的研究。1970 年建立「金屬對半導體介面載子傳導模型及阻抗理論」,1980 年更建立「雜質原子散亂分布對奈米結構及元件之量子傳導理論」, 每個研究議題都有其關聯性，而在努力不懈的研究歷程中，屢有創新與優異的表現。
前瞻的視野
當張俊彥院士在交通大學積極投入半導體的研究時，正值美國麻省理工學院講座教授朱蘭成院士邀請貝爾實驗室的半導體專家張瑞夫來到臺灣，同時帶回了機台設計藍圖。張院士以這些設計圖為基礎，著手建立光罩對準機、濕蝕刻機、爐管等設備，大大提升了研發的能量。他們一起研究，在 1965 年做出臺灣第 1 顆平面式矽電晶體。
隔年，凌宏璋教授自美國帶回金屬氧化層半導體場效電晶體 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) 和積體電路的光罩。經由他的指導，加上張院士和另一研究成員郭雙發教授的努力，沒多久，臺灣的第 1 顆 IC 在 1966 年誕生了。
張院士談到當時他已經注意到雙載子電晶體必須以電流驅動，而貝爾實驗室的 Dwang Kang 發明的 MOSFET 是用電場控制，由於其耗電量小，勢必會在短時間內取代前者。只是貝爾實驗室並沒有看到這一點，也沒有發現 Dwang Kang 發明的重要性，反而把研究重點放在他們早期開發出的雙載子電晶體上。張院士及他的團隊則積極往 MOSFET 的方向投入。時至今日，95% 以上的 IC 都是使用 MOSFET 的基礎。而沒有及時轉向的貝爾實驗室，也把半導體龍頭的地位讓給了注重 MOSFET 發展的美國無線電公司 (Radio Corporation of America, RCA)。
1970 年，張院士展開雜質對半導體元件所造成影響的研究，率先建立起硼、磷等雜質原子在矽晶裡隨機分布的狀況，對半導體元件所造成影響的理論及模型，這項研究為後繼許多投入該奈米元件領域的學者奠定了重要的學理基礎。1980 年，張院士開始探討奈米結構及半導體元件的量子傳導現象，這一連串的研究，為半導體學術、產業界的探尋之路開啟了一扇又一扇的大門。
從自我學習到創新
張院士指出，在科學的研究裡，光靠優異的邏輯性是不夠的。優秀的科學家不但需要完整的邏輯思考能力，包括分析和歸納，更需要創新的能力。大多數人認為創新力是天生的，其實並不盡然。張院士就認為創新涵蓋 3 大元素：想像力、直覺及好奇心。
這個世界如果沒有創新這回事，那麼針對同一件事，任何人只要依循邏輯思考，都會得到相同的答案。事實上，人類因為個體的不同，不同的人會有不一樣的見解，而那正是個別思考的真正價值所在。也因此，張院士認為真正能提升創造力的要素，就是自我學習的能力。
在東方的教育模式之下，創意及自我學習的能力往往會遭到扼殺。東方國家的學生習慣被教，老師則習慣灌輸，久而久之，學生失去了自我學習的激發作用，認為只要把老師教的學會就好，其實這是不夠的。
張院士從小就是自我學習的典範，他總是在幾天內就把開學發下的教科書看完，有不懂的地方就立刻提問。此外，他喜歡用自己的方式解題目。因此，他指出，要增進臺灣的創新能量，必須從提升自我學習的能力開始。
在困境中看到希望
受上一代政治因素的影響，張院士無法如願出國進修，但他並沒有因此而失去競爭優勢，他主動自我學習，主動與其他國際大師聯繫，結果創造了無限的可能。張院士認為，在風平浪靜的大海，誰都能控制船向，唯有能在狂風暴雨中掌舵及看到正確方向的人，才能脫穎而出。他要我們學習培養在困境中看到希望的能力。
也因為張院士無緣出國進修，在臺灣待下來，使臺灣得以在 1964 年有了第 1 座由他和張瑞夫、郭雙發兩位教授共同建立的半導體實驗室。他洞悉到矽晶在 IC 的發展性，也積極推動許多相關的計畫，使得當時臺灣的半導體實驗室甚至比飛利浦公司的實驗室都還先進。在 1974 年引進 RCA 的技術後，互補式金屬氧化層半導體實驗工廠的團隊在極短的時間內所做出的 IC 良率，甚至比母廠高出許多。
多年來，他親自栽培出的研究生、工程師，陸續成為臺積電、聯電及許多臺灣半導體業界的主要核心團隊。
張院士在 1971 年後把半導體實驗室交給了胡定華博士，但是他並沒有停下腳步，1988 年又力主成立「國家奈米元件實驗室」。雖然當時學界對此並不看好，但當台積電成功完成了 45 奈米製程的開發，並朝 32 奈米邁進時，我們回首來看，這的確是一個極具前瞻性的決策，只是當年了解張院士遠見的人又有多少？學術理論與實際應用結合
在訪談的過程中，張院士不斷提到理論與應用結合的重要性。他強調，臺灣半導體產業之所以能有今天的成就，就是因為一直把學術理論與實際應用層面做很好的結合。現今臺灣的發光二極體、面板、太陽能等大家耳熟能詳的高科技產品，都是半導體產業發展出來的，而宏碁的創辦人施振榮先生也是當時交通大學半導體實驗室培養出來的優秀人才。
當交大致力於微波及雷射的研發之際，卻因研究人才在二、三年之後不斷出走，致使臺灣在這方面的產業一直沒有顯著的進展。現在，張院士辭掉了許多耀人的職銜，回到交大，他將和他的學生積極投入研究，並致力於新生代人才的培養，目的就是希望為臺灣做好準備，迎接未來的競爭。
目前他的團隊正專注在高功率、高效率的 LED 元件、高效太陽能元件、高效儲能元件、生技醫學應用及環保的研究上，而這些研究領域都會是未來非常重要的產業。由此不難看出張院士是朝著理論與應用結合的方向邁進，希望能為改善人類生活環境盡一份心力。
訪談最後，張院士期勉研究生要「自我學習、為自己找題目、試著自己找答案」, 他則扮演輔導者的角色。至於做為學者，他認為最重要的是：做學問是一輩子的事，不要只想著做大官，要關心自己所在的土地及社會，要為這片土地上的人民、經濟及環境品質做出貢獻。
【2007 年總統科學獎得主專訪】 |
為什麼你比我健康?–生物資料庫探討基因與環境對我們健康的的影響 | 為甚麼有些人整天不運動，身體還是維持很苗條？為甚麼有些人煙酒不沾，可是還會不幸地罹患癌症？我們都知道，維持良好的生活飲食習慣是身體健康的不二法門。但是，我們也逐漸曉得，疾病發生的原因與預防疾病的方法不是那麼簡單。還有很多導致疾病發生的原因，是和每個人的基因遺傳密切相關，而臺灣生物資料庫建立的目地，就是希望為醫學研究學者建立一個可長可久的資料庫，來尋找臺灣地區民眾疾病發生的原因。尤其我們希望將資料庫建立的重點，放在探討「環境和基因互動」對健康或疾病發生的影響。
中央研究院目前在生物資料庫的推動階段，花很大的努力讓民眾了解甚麼是臺灣生物資料庫。也透過層層的關卡，來維護參與民眾的隱私。我們希望這些有用的訊息，能為我們下一代的健康提供關鍵的訊息。
「天增歲月人增壽」, 這句常用的對聯，代表人們對健康的渴求從古至今不變。現代科學昌明，我們不必像秦始皇一樣尋找仙丹妙藥，而是透過影響健康的內外因
子，讓科學告訴我們秘訣。
沈志陽用相當逗趣的「三國演義」人物開場：周瑜大叫「既生瑜、何生亮」而亡，只活了 36 歲；諸葛亮笑他 EQ 太低，但諸葛亮「鞠躬盡瘁」、積勞成疾的結果就是享年 54 歲；這時曹操就出來說諸葛亮了，「蜀國那麼小，比魏國大嗎？我跟你一樣是宰相，還不是活到 66 歲！」最後趙子龍一句話就讓大家閉嘴:「不要吵！我成天在戰場上可能被人砍死，我活了超過 70 歲！」
DNA 差 0.1% 他欽差我騎車
沈志陽說，一般觀念認為：健康和外在的環境很有關係，但外在的環境好像又不能解釋健康的全部。難道百歲人瑞是因為「他阿公當年有修橋鋪路」的庇蔭？是基因與遺傳比較重要，還是環境比較重要？他表示，有些嚴重影響人們健康，甚至要命的慢性疾病，「基因」是可能的因素之一。每個人類基因都有一些輕微的差異，可能造成高矮胖瘦，當然也可能是生病或健康的原因。沈志陽幽默地說，「我和我的祖先沈葆楨只有 0.1% 的 DNA 有差異。但這 0.1% 讓他變成臺灣欽差大臣，我只能騎腳踏車到花蓮。」
基因是先天因素，那有沒有後天因素，甚至先天、後天互相影響？沈志陽談到他正在研究的乳癌。目前遺傳學的研究指出，乳癌是許多作用較輕的基因共同影響的結果，例如參與動情激素的分泌、細胞的生長或分化的基因。他的研究團隊調查大量病例，研究結果也支持「多基因致癌」的模式。
乳癌也有外在因子。西方食物含有較多的脂肪、膽固醇，造成女性初經提早、動情激素和荷爾蒙分泌增加，進而增加發生乳癌的機率；現代女性晚婚、晚生、自行哺乳少，都可能是導致乳癌的原因。沈志陽歸納，乳癌的高危險族群有「初經小於 13 歲」、「未懷孕或生第一胎超過 30 歲」、「沒有哺乳經驗」三項，但他統計過 759 名乳癌病友後發現，有 39% 這三項因子都沒有，一樣得乳癌，這又該怎麼解釋？他認為，患病的因素應該是「不好的基因碰到了壞 (環境) 因子」。某些女性因為體內遺傳了同質變異型的 FGFR2 基因，加上那三項危險因子，就得到乳癌；但有些女性並沒遺傳到該種基因，就算有一、兩項危險因子也不會得乳癌。
世代研究 有助預防疾病
至於如何研究內、外因子對健康的影響？沈志陽說，目前研究人類疾病發生常用的方法有兩種，一種是「病例對照研究法」, 從病人和健康者分別蒐集遺傳、環境等資訊，加以分析或歸納推測患病原因；另一種是「世代研究法」, 長期追蹤一群原本健康的人，透過記錄他們的遺傳和生活環境，找出未來患病的原因。這兩種方法各有利弊，但還是以世代研究法較好。
沈志陽指出，臺灣在世界上最有名的研究是 Beasley 博士在二、三十年前對臺灣公務員長達 15 年的追蹤，發現 B 型肝炎帶原者得到肝癌的機率比非帶原者多 200 倍。這個發現讓臺灣有了大規模的 B 肝疫苗接種計畫，也大大減少 B 肝帶原者與肝癌發生，具有偉大的公共衛生貢獻，依據的就是世代研究法。
中研院目前與許多學者依據世代研究法，推動一個台灣地區慢性疾病的數據、檢體資料庫 (Taiwan Biobank)。計畫以桃竹苗 (客家)、雲嘉南 (閩南)、花東 (原住民) 地區為主設置地點，募集大量的志願參與者，在完整的解釋和個人隱私的保密之後，進行身體各項健康指標的檢測，長期追蹤。
「這不是免費的健康檢查，這是像捐血救人一樣的崇高功德。」沈志陽強調，維持良好的生活飲食習慣是身體健康的不二法門，但是疾病發生的原因與預防的方法都不簡單。他希望這個屬於臺灣地區本土的生物資料庫能為下一代的健康提供關鍵的訊息，幫助我們在「後基因體時代」進行更深入的致病機轉研究，了解生活上危險因子與疾病發生關係，進一步解釋「人為什麼會生病？怎樣維持健康」的問題。
【2009-11-16 / 聯合報 / 記者蔡永彬 / 臺北報導】 |
人類的好伙伴—昆蟲桿狀病毒:科學家的工具 | 病毒一直是人類避之唯恐不及的微生物，令人遺憾的是，病毒感染卻是無所不在、無時無刻地發生，例如流感病毒、腸病毒等。除了造成宿主細胞的死亡而引起嚴重疾病外，有些病毒所表達的蛋白質還有造成癌症的風險，例如人類乳突病毒是造成子宮頸癌的危險因子。
然而，昆蟲桿狀病毒卻是科學家珍貴且實用的研究材料，不僅在基因工程上已有諸多的用途，例如蛋白質生產、病蟲害防治、疫苗、幹細胞醫療應用等，也成為科學家解答病毒學疑惑的工具。
其中為科學家所津津樂道的，就是在 1991 年羅絲・米勒博士 (Dr. Lois K Miller) 在加州苜蓿夜蛾核多角體病毒 AcMNPV 上發現一個抑制細胞凋亡 (apoptosis) 的基因 p35, 從此揭開病毒學和細胞凋亡的相關研究，使科學家對細胞凋亡路徑、宿主細胞的防衛機轉有更深入的了解。同時，藉由昆蟲病毒建立的病毒潛伏或持續性感染系統，讓科學家更有機會一窺病毒在這過程中基因調控的神祕面紗。透過對病毒感染的深入了解，可達到有效的防治和治療，免於被病毒感染的恐懼。
潛伏及持續性感染模式
病毒除了進行急性感染、毒殺細胞、快速繁殖子代外，另外一種延續生命的策略就是進入潛伏感染或持續性感染狀態。兩種狀態的共同特徵是病毒長期存在於細胞內而不把細胞殺死；差別是，前者僅部分病毒基因表現，無法完成整個生活史並釋放病毒，後者則仍有少量病毒的釋放。
病毒進入潛伏感染或持續性感染時期，因為病毒蛋白表現量減少，而躲過個體免疫系統的追殺。在這階段，被感染者是沒有症狀的，但當宿主遭受到壓力或免疫力降低時，病毒又會突然被「喚醒」而大量增殖，造成疾病。然而，就算病毒沒有適當的重新複製環境，長久下來對宿主細胞也相當不利，因為病毒表現的基因極有可能擾亂宿主基因的正常表現或功能，最後導致細胞的癌化。
病毒潛伏或持續性感染發生的比率很低，卻是一個普遍的現象，有如一個不定時炸彈深藏在體內某個組織或器官數年或數十年，有些病毒甚至跟隨宿主一輩子，形成揮之不去的夢魘。像常見的人類單純疱疹病毒、愛滋病毒、B 型肝炎和 C 型肝炎病毒等都屬之。
因此，病毒如何進入潛伏感染，又如何再度復發，一直是科學家急欲解答的謎團。然而病毒潛伏感染是一個特殊且機率低的事件，在實驗室建立一個研究模式是必要的，卻也是項挑戰。尤其要操作感染人類的病毒，研究人員還必須背負被感染的風險。不僅如此，實驗樣品不易取得也是一大問題。
幸運的是，在米勒博士於 1991 年揭櫫 p35 基因和細胞凋亡的關係後，中研院分生所趙裕展博士的實驗室也在隔年利用 p35 基因缺陷病毒 vAcΔp35, 建立病毒持續性感染細胞株。
vAcΔp35 病毒是少數可以在實驗室建立的病毒持續性感染模式，除了確認 p35 基因的表現是病毒持續性感染中的關鍵因子外，也發現 vAcΔp35 病毒可在秋行軍蟲細胞株進行持續性感染，但無法在擬尺蠖細胞株建立持續性感染，這意味著宿主細胞的特異性也是病毒能否進入持續性感染的決定性因素之一。這現象對照於人類單純疱疹病毒，似乎有共同的結論，因為人類單純疱疹病毒在表皮細胞是進行急性感染，在神經元細胞卻可進入潛伏感染。
此外，趙博士的實驗室也利用另一個昆蟲桿狀病毒 HzNV-1, 建立了病毒潛伏細胞株。研究結果顯示，HzNV-1 病毒在潛伏感染時期，所有病毒基因表現都處於停止狀態，只有一個 PAT1 RNA 被轉錄出來。奇特的是，這個存在於細胞核中的 RNA 並不會繼續轉譯成蛋白質，卻可促使病毒進入潛伏感染。當進一步探討病毒復發機轉時，發現屬於病毒早期表達基因的 hhi1, 可以使潛伏在細胞內的病毒活化而產生病毒子代。顯然 hhi1 基因的表現對於病毒進入急性感染與否，扮演關鍵性的角色。
總結以上結果，衍生出更有趣且重要的研究議題，一個 PAT1 RNA 和 hhi1 蛋白質之間如何交互作用，如何決定病毒進入急性或潛伏感染？是否還有細胞的基因參與其中？外在的環境因子是否也有影響？這一連串的研究歷程，正是科學研究的挑戰和樂趣所在，當發現問題、解決問題後，又有新的問題等著你去探索。
HzNV-1 和 vAcΔp35 昆蟲病毒是少數可在細胞中進行急性、潛伏和持續性感染的系統，由於人類並非昆蟲病毒的宿主，這些細胞株的建立使得操作者沒有安全上的顧慮。又因為可以永續和大量培養被病毒持續性感染的細胞，使得科學家有方便的工具可探索病毒基因體存在於細胞內的狀態為何？環境因子或病毒基因之間的相互調控如何誘導病毒的復發？這些知識都有助於對人類病毒潛伏或持續性感染的了解。
此外，藉由病毒在潛伏感染狀態時並不會毒殺細胞的特性，揭開日後發展桿狀病毒非胞裂性蛋白質生產系統的新觀念。意即在不破壞細胞生理和生化功能的情況下，提高表現外源蛋白質的產量和品質，進一步使得病毒潛伏感染的應用進入另一個嶄新的里程。
病毒 p35 基因與細胞的毒殺
細胞是賦予病毒生命力的重要搖籃，因此病毒總是不斷尋找適合的宿主細胞，控制細胞的生理和生化反應，為己所用並繁殖子代。相對地，細胞內部也會先立即產生干擾素等細胞激素來抵抗入侵者，這是細胞先天性的免疫力。於是，細胞免疫和病毒入侵就形成了拉鋸戰。然而，當病毒占上風時，細胞已無法有效抵抗病毒複製，在大勢已去的情況下，細胞便開始有計劃地死亡，就像「玉石俱焚」般，目的是結束自己的生命，以拯救鄰近細胞不受病毒的感染，這種死亡方式稱為細胞凋亡。
細胞凋亡原本是生物發育過程中必經的途徑，蝌蚪到青蛙的變態就是一例。而這種以有計劃的死亡方式來抵抗病毒散播的新論點，歸功於米勒博士的新發現 — 當病毒缺少能抑制細胞凋亡的 p35 基因時，就無法阻擋細胞啟動細胞凋亡，且細胞凋亡的時間遠比病毒複製時間來得早，以「犧牲小我，完成大我」的方式，讓病毒來不及繁殖子代，進而達到有效阻擋病毒散播的目的。
這種自殺式的防衛機制看似消極，卻不失為一個有效阻止病毒散播的方式。反之，帶有抑制細胞凋亡基因的野生種病毒，可以使被感染的宿主細胞存活一段時間，直到病毒大量繁殖後，再使細胞裂解而釋放病毒。
醫療的工具
p35 除了有上述的抗細胞凋亡特性外，近年來，學者更發現它在細胞內也有抗氧化的作用，使得 p35 再次吸引科學家的目光。
因為生物體受到環境或周遭化學物質不當刺激，如抽煙、酗酒、輻射、電磁波等影響，導致細胞正常生理發生變化，促使大量的自由基產生。而這些自由基會和核酸、蛋白質或脂質反應，破壞人體正常功能，導致老化、癌症、心血管疾病、白內障、巴金森氏症等疾病。
目前除了藉由藥物減緩這些疾病的症狀外，近 20 年來，以基因修補概念所開發的基因治療技術，也是一個選擇。它的特色是針對疾病的根源 (基因缺陷或功能異常) 加以治療，把所需要的基因送進細胞內表現，而使人體恢復正常生理功能，達到延續生命及提升生活品質的目的。
綜合對疾病成因的了解和醫療技術的進步，科學家對 p35 的抗氧化特性在醫療上的應用有了新的想法。從一連串的細胞或老鼠動物模式實驗中，發現 p35 基因可以有效幫助細胞抵抗氧化反應，而其抗細胞凋亡特性，也減緩神經細胞或眼球細胞的死亡。這時的 p35 有如人類細胞健康的守護者，不再是病毒感染昆蟲細胞過程中的幫兇。
也有學者發現 p35 可增加抗癌藥物對癌細胞的毒殺效果，可做為抗癌藥物的增強劑。雖然離臨床醫療的實用性仍有段漫長的路要走，但無疑地，p35 基因已成為探討或治療這些人類疾病的一個重要工具。
改良農作物的工具
除了病毒學專家、生物醫學專家注意到 p35 基因的多樣基因工程應用價值外，植物學專家對它的應用也倍感興趣。由於地球環境的急遽改變和人口增加所衍生的糧食短缺問題已慢慢浮現，如何改進作物的特性，進而抵抗蟲害、病害、化學危害物質等，以增加作物產量及提升品質，一直是科學家關心的研究議題。
於是，科學家以能感染植物組織的農桿腫瘤菌為基因轉殖媒介，把 p35 基因送入植物染色體中，培養出帶有 p35 基因的轉殖番茄果樹。由於 p35 的抗細胞凋亡功能，得以提升轉殖植物對毒性物質和病原真菌的抗性。雖然目前以基因轉殖植物生產的糧食的安全性仍有待科學家審慎研究和評估，但不失為提供一個緩和糧食短缺問題的契機。
昆蟲桿狀病毒研究從 80 年代開始發展至今，不同病毒感染模式系統的建立，使得難以探究的病毒基因調控的研究露出曙光，而且研究範圍也從昆蟲學的領域跨足到人類疾病的治療和農作物的改良，這是跨越物種的基因工程應用的最佳寫照。
發現 p35 基因至今近 20 年，目前科學家對這方面的研究仍是前仆後繼，時時有驚奇的發現。迄今相關的研究報導近 250 篇，使得我們對病毒基因有不同的思考角度。一個促使病毒複製而毒殺細胞的基因，對生物而言未必全然有害，如果因了解其特性而能善加利用，將可以成為有利的工具。例如鼠類白血腫瘤病毒和禽骨髓細胞腫瘤病毒的反轉錄酶，現今已成為基因工程廣泛使用的工具。
發現 p35 基因的米勒博士因對桿狀病毒的重大發現和卓越貢獻，於 1997 年獲得美國國家科學院院士的殊榮。令人遺憾的是，米勒博士驟然於 1999 年因病去世，得年 54 歲，但她所留下的豐碩研究成果和智慧結晶，將永遠流傳人間。而科學家對 p35 基因的持續探討，將使它成為造福人類的工具。 |
呼吸道融合性病毒 | 嬰兒兩歲以前幾乎都會感染呼吸道融合性病毒 (RSV), 下呼吸道因而發炎與堵塞；大約有 2 % 嚴重到必須住院，特別是不滿 3 個月的新生兒。估計全球每年有 20 萬人死於 RSV 感染併發症，集中在開發中國家。
治療 RSV 感染的手段有限，以支持療法為主。疫苗仍在開發中，免疫球蛋白又太貴，以類固醇抑制發炎反應，療效也有限。RSV 感染的是呼吸道內襯組織，特別是柱狀上皮細胞。內襯組織會分泌黏液，捕捉進入呼吸道中的微生物，再佐以纖毛的規律運動，使黏液向特定方向移動。過去的病理研究發現：被 RSV 感染的細胞會剝離，進而堵塞氣管，同時導致發炎。至於因果關係與機制，仍然不明。
2012 年，美國北卡大的研究團隊以體外實驗發現：RSV 感染的對象是柱狀上皮中的纖毛細胞，而不是負責分泌黏液的細胞。他們最近以倉鼠做實驗，證實 RSV 製造的一個蛋白質 (NS2) 會使纖毛細胞變形、脫離組織、引起發炎。這個發現至少為未來的研究提供了焦點：找出致病蛋白質的病理機制與功能。同時提醒疫苗開發人員：要是以活病毒製作疫苗，最好先把 NS2 基因剔除。
參考資料
Liesman, R. M. et al. (2014) RSV - encoded NS2 promotes epithelial cell shedding and distal airway obstruction. Journal of Clinical Investigation, Published online April 8, 2014. doi : 10.1172 / JCI72948 |
可被分解的生物塑膠 | 自 20 世紀前半起所開發出的許多塑膠材質，是現代生活不可或缺的材料。以石化資源為原料的塑膠，將來可能面臨資源枯竭或價格高漲等問題，而且自然界所無法分解的塑膠，更會增加環境的負擔。
因此以生物資源為原料，可被生物降解並能再生利用的「生物塑膠」, 其需求增加。但是與以石化資源為原料所生產的塑膠相比，其生產成本較高，因而妨礙它的普及程度。例如以最具代表性的生物塑膠「聚羥基烷酸」而言，雖已能進行工業規模的生產，但因為是以糖或油脂作為原料，不僅有生產成本的問題，也面臨能源供給，資源枯竭或糖類價格變動等許多問題。
因此日本科學技術振興機構的研究團隊對進行光合作用產生氧氣的原核生物「藍綠藻」在氮或磷缺乏狀態下，合成聚羥基丁酸酯感到高度興趣。藍綠藻能吸收二氧化碳進入菌體內，藉由光合成反應，直接利用光源做為能量來源，可能是生產聚羥基丁酯的理想方式。但是使用藍綠藻與目前生產生物塑膠的微生物相比，其產量少了 10 倍以上。至目前研究為止，雖已解析出藍綠藻合成多聚羥基丁酯的路徑，但是對於如何調控聚羥基丁酯合成基因的轉錄機制，來增加產量仍有許多未知的部分，因此希望解開其調控機制。
該研究團隊關注於最廣為研究的藍綠藻之 SigE 蛋白質，已知與肝醣分解基因的控制有關，為碳代謝整體過程的控制因子。經由過去研究人員進行大規模的轉錄解析，顯示 SigE 蛋白質可能與聚羥基丁酸酯基因的轉錄控制有關，過量表現的 SigE 可提高乙醯輔脢 A 和有機酸，例如檸檬酸鹽的代謝水平，因此以 SigE 因子為標的進行代謝工程，製作出一藍綠藻品系，可以產生過量的 SigE 蛋白質，並分析其對聚羥基丁酸酯合成的影響。
研究結果發現，在 SigE 蛋白質過度表現的狀態下，不但肝醣分解酵素增加，聚羥基丁酸酯合成酵素的轉錄量與蛋白質量也都增加。
實際上藍綠藻在缺乏氮氣狀態下，因 SigE 蛋白質過度表現，聚羥基丁酸酯合成量增加約 2.5 倍。也發現因 SigE 蛋白質增加，聚羥基丁酸酯合成路徑以外的碳化合物，葡萄糖 - 6 - 磷酸或醋酸等也增加。
今後如能減少次要路徑的代謝產物，有希望獲得更高的聚羥基丁酸酯產量。本研究成果解析出聚羥基丁酸酯生物合成基因的轉錄控制機制，對如何高效率生產聚羥基丁酸酯有所助益。先前的代謝工程學著重於代謝酵素層次的改變，此研究成功改變策略，提出調控轉錄的控制因子，今後如能進一步提高聚羥基丁酸酯產量，將提供透過光與二氧化碳來進行生產生物塑膠的技術，期待未來應用於建立環保社會。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿 / 2013 年 11 月)
責任編輯：馬千惠 | 德州大學分子遺傳及微生物研究所 |
「畫鐘測驗」與失智症篩檢 | 失智症是一種「症候群」, 例如阿茲海默氏症、帕金森氏症、腦中風、營養失調、腦腫瘤及內分泌問題都有可能造成心智功能衰退，像記憶減退，計算、思考、語言功能退化等，一旦發病，對家庭會造成很大的衝擊與負擔。
但失智症依然有治療的可能性，中研院蔡立慧院士便曾透過動物研究，證明有阿茲海默氏症狀的實驗老鼠，只要給予適當的「外在環境刺激」, 像提供很多不同種類、材質的玩具給實驗老鼠玩耍，老鼠就有機會恢復發病前的正常狀態。因此，早期發現失智症徵候非常重要，科學界也就投入不少心力在早期篩檢研究上，企圖藉由早期介入給予環境刺激的方式，減輕失智症症狀。
科學界已開發出許多早期篩檢工具，其中一種很容易操作的「畫鐘」測驗 (clock drawing test, CDT), 原本是用來評估腦傷病人的認知功能，近來也用於失智症評估。國外文獻指出，它能夠在認知功能正常的老人群體中，分辨出非常輕微的阿茲海默氏症病人。但是，長庚大學護理研究所的邱逸榛教授並不滿足於這樣的成果，她認為，CDT 要能分辨出「疑似失智」的病人才是關鍵，而不是等到「輕微」阿茲海默氏症狀出現時才予以治療。
典型的 CDT 操作方法，是要求病患畫出一個有「長短針時間顯示的時鐘」, 醫師可藉由病患畫的時鐘外框型態、指針是否有長短、數字的排列、長短針是否交合於圓心等狀況，再依據一個「可量化的評估標準」判斷病人有何種認知功能障礙。例如，當病患在時鐘上不斷重複寫出數字 1 而停不下來時，可以推斷患者有失智症擴散性退化的現象，大腦中負責「停止」動作的機能受到了影響。
邱逸榛教授比較了 116 位老人的 CDT 表現，把其中 40 位認知功能正常的做為控制組，42 位是已經確診的阿茲海默氏症病人，剩下的 34 位是透過其他複雜方法篩檢出來的「疑似失智」病人，尚未確診是否是阿茲海默氏症或其他類型的失智症。藉由對這群老人施以 CDT 測驗，邱逸榛教授便可以評估有著「簡單、容易施測」優點的 CDT, 是否能夠篩檢出「疑似失智」的病人。
研究結果發現，CDT 能區分出一般老人及確診的阿茲海默氏症病患，但還不能敏感地辨認出疑似失智症的老人。也就是說，CDT 可以用來篩檢疑似失智的病人，但容易發生錯誤，無法順利找出所有疑似失智的病人。
邱教授的研究結果已發表在 International Journal of Nursing Studies, 她指出，若使用 CDT 做早期失智症初步篩檢，還需要搭配其他神經心理測量工具，才能有效提升 CDT 對疑似失智病人的偵測能力。然而，鑑於 CDT 是個簡單、方便快速的方法，邱教授也指出未來可能的研究方向，例如研究 CDT 的各種不同的「評量標準」, 甚至改良既有的評量方法，也許可以進一步提升 CDT 對早期疑似失智症患者的偵測能力。 |
膠原蛋白:膠原蛋白產品的功效 | 目前坊間一個最熱門及流行的話題–膠原蛋白 (collagen), 不管在化妝品、健康食品甚至飲料中，均可看到添加此物的廣告，而它的種類、來源及訴求也令人眼花撩亂。到底膠原蛋白真的有如此神奇的功效，抑或只是流行的時尚呢？要回答這個問題，必須了解它在體內扮演的角色，以及外來的膠原蛋白是否可代替或轉換成體內的膠原蛋白等問題。
膠原蛋白扮演結合組織的角色
膠原蛋白是構成各種細胞外間質的聚合物，在動物細胞中扮演結合組織的角色。它是動物體內含量最多的蛋白質，約占人體蛋白質的 25~35%, 相當於人體重量的 6%, 分布遍及全身各個組織器官，如骨骼、軟骨、韌帶、皮膚、角膜、各種內膜、筋膜等，尤其在人體的皮膚和結締組織中，含有大量的膠原蛋白。
膠原蛋白主要的生理機能是做為結締組織的黏合物質，以提供相關結構一個安定、有力的支撐架構。當結締組織與肌肉或其他器官一起負責新陳代謝的機能時，膠原蛋白會發揮相關的生理機能。
體內膠原蛋白的形態
在電子顯微鏡下看到的膠原蛋白纖維是無色透明，由三條螺旋狀聚胜月太鏈組成寬約 15 毫米 (mm) 的帶狀結構，仔細觀察可發現，這些帶狀的膠原蛋白是由互相平行、互不糾纏的膠原蛋白纖維所構成。依胜肽鏈的組成及排列，可以發現不同部位的膠原蛋白其主要差異在於胺基酸的結構。到二○○三年五月為止，已發現的膠原蛋白共有 27 型，每一種膠原蛋白在結締組織中，都扮演不同的角色。在已發現的膠原蛋白類型中，以第一型的含量最多，約占全部的 90%, 也是應用最廣的膠原蛋白。
由於膠原蛋白富含甘胺酸及一般較少存在於其他蛋白質中的脯胺酸、羥脯胺酸等胺基酸，所以衡量膠原蛋白的純度高低，有時會以羥脯胺酸含量做為膠原蛋白的純度指標。
膠原蛋白的來源
由於膠原蛋白普遍存在於動物體內，其來源、結構性、效能性及安全性，是選用膠原蛋白產品時必須加以考量的地方。
人體膠原蛋白和動物膠原蛋白結構類似，因此藉由生化科技處理，就可從多種動物中取得高純度、高生物相容性及低免疫排斥性的膠原蛋白。膠原蛋白依其溶解性可分為：原生態膠原蛋白，例如纖維狀膠原蛋白；酸溶性膠原蛋白；水溶性膠原蛋白 (又叫可溶性膠原蛋白); 水解性膠原蛋白 (亦稱明膠)。前三種膠原蛋白的製造較為複雜，主要應用在醫療用生醫材料方面，如人工皮膚、止血劑、人工血管、以及護膚化妝品等，因此價位較高。第四種膠原蛋白不具三股螺旋結構，製造較為簡易，是一種由真皮或其他組織以酸、鹼、熱或酵素水解後的產物，分子量小，價位較低。
雖然有關膠原蛋白的研究已超過二十年，但是對於其特殊立體結構與效能之間的關係仍有許多有待釐清的地方。如明膠 (果凍的成分之一) 或市售某些水解性膠原蛋白幾乎與蛋白質水解產物 (胺基酸) 無異，其原有的生理活性是否已遭到破壞？不同的處理方式或許會影響膠原蛋白原來的生理活性，但是如不進一步依開發的目的處理膠原蛋白分子，又會限制了它的應用範圍。所幸研究顯示，經特殊處理後，已成為原全分子大小百分之一的小分子膠原蛋白，仍可維持其原有的三股螺旋結構。
醫學上的應用
膠原蛋白具有非抗原性、生物降解性、生物相容性、生物吸收性、不具毒性、與生物活性物質協同作用、止血、可轉化成不同形式、生物降解的可調性等優異的特性，使其在醫學上可廣為應用，且效果非常好，其中最主要的應用領域是生醫材料。所謂生醫材料是把材料科學與生物醫學結合，研究並製造出用以取代人體器官或組織的器材，現針對下列數項膠原蛋白的應用，略加說明。
以膠原蛋白做為傷口的敷料，可使血液凝固，具有止血功能，未來在此一方面的開發潛力無限。這種傷口敷料，主要是基於膠原蛋白能夠與傷口緊密結合，併入新生組織當中，並做為細胞生長時的基質。研究顯示，膠原蛋白創傷覆蓋材，對傷口的治療具有下列優點：傷口較清潔、減緩細菌感染現象、減少傷口流膿、增加肉芽組織的形成、癒合的傷口不會產生收縮、協助壓力褥瘡傷口的癒合，不致產生免疫反應。
膠原蛋白和血小板作用會產生凝血現象，具有止血功能。因此，欲把膠原蛋白植入生物體內時，須先把凝血現象消除。一般認為膠原蛋白經過化學修飾後，便能去除這種凝血現象，如將肝素結合在膠原蛋白表面，即可做為植入生物體內的生醫材料之用。
膠原蛋白可以做為一些軟組織的替代物，如肌腱、韌帶等。不過，至今仍有免疫性現象發生及機械強度差異等問題，有待克服。
骨組織有時因為受傷或腫瘤而造成骨缺陷，可以使用經過修飾的膠原蛋白及氫氧基磷灰石做為填補劑。
在傷口癒合的階段，膠原蛋白是在皮膚組織修復與重組過程中，發揮協助功能的重要細胞間質。由於纖維細胞會隨著結締組織間質移動，而膠原蛋白纖維可以協助纖維細胞聚集，故可使用膠原蛋白綿做為形成膠原蛋白立體結構的模板，幫助組織的修復。此外，把動物結締組織中的膠原蛋白成分去除後，處理成溶液狀，再經由細孔噴嘴抽成絲，凝固後即得到可被組織吸收的手術縫線。
藥物傳輸系統包括兩個機能層面，一為釋出的控制，另一為目標導向。藥物傳輸系統由四個單元所組成：藥物、藥物釋出模式 (藥物貯藏部、釋出控制部、能源、釋出孔)、覆膜以及治療程式。其中覆膜是非常重要的部分，因為它與身體組織直接接觸，所以適當的材料選擇就變得相當重要。膠原蛋白的生物相容性及可降解性無疑使它成為一種良好的生醫材料，目前已應用在多種藥物上。
美容上的應用
高純度、低過敏的膠原蛋白，經由整形外科技術注射到皮膚的皺紋及凹洞中做為填補材料，可消除惱人的皺紋及鬆垮的輪廓。惟膠原蛋白會在人體自然的生理狀況下慢慢代謝掉，因此平均每半年至兩年需再注射膠原蛋白，經濟成本非一般人所能接受。
屏除廣告上林林總總的訴求，專家們對膠原蛋白在化妝品上的應用，充其量認為只是一種高級的保濕劑，具有保持水分的功效罷了，並沒有其他特別的地方，甚至認為有些功效是被誇大神奇了。這種質疑來自於膠原蛋白本身是分子量非常大的蛋白質，若沒有經過適當的處理，它無法穿過人體皮膚。也就是說，使用含一般膠原蛋白的產品，僅止於具有良好的保濕效果，其實皮膚是無法吸收未經處理過的大分子量膠原蛋白的。
但是近來學界對它在化妝品上的應用，已開始有不同的看法出現。根據研究顯示，外加的第一型膠原蛋白，碳端位置的五個胺基酸短鏈：Lya-Thr-Thr-Lys-Ser (離胺基酸 - 滋利胺基酸 - 滋利胺基酸 - 離胺基酸 - 絲胺基酸) 可促進皮膚第一型、第三型膠原蛋白合成及纖維母細胞的生成，具抗老化及除皺的效果。體外纖維母細胞培養測試則顯示，添加胺基酸短鏈測試組較未添加胺基酸的對照組，可增加達 320% 的膠原蛋白合成。
此外，它也會促進第四型膠原蛋白的合成，如果添加的濃度達 2% 時，會使得 GAG 產量提升 267%,GAG 是一種具有重複雙醣的線性高分子葡萄糖胺聚合醣如透明質酸之屬，是細胞外間質中的重要成分。第一型膠原蛋白也證實具有抗自由基的作用，可保護細胞免受氧化，有抗老化的效用。
因此膠原蛋白是否真正高貴不貴，抑或只是噱頭，仍有待正反雙方數據的證明。
保健食品上的應用
化妝品產業界的專家認為，膠原蛋白具有減少皺紋的功效，不論是內服、外用、注射都值得重視。因此對老化壓力日增的現代人來說，黏度較低，而且沒有膳食纖維水合後會膨脹的物理性質的膠原蛋白，可說是保有青春外貌的好選擇。
基本上依「缺什麼、吃什麼」、「營養補充」、及「減少從飲食中所攝取膠原蛋白被破壞的速率」等三種概念，從飲食中攝取膠原蛋白，就已足夠。
由於構成骨骼中骨質的主要蛋白質成分，在缺乏膠原蛋白的情況下，不易固定鈣質，使得骨骼中的鈣質逐漸流失，減低骨質密度，終至產生骨質疏鬆症。臨床跡象顯示，口服第二型膠原蛋白，可明顯改善風濕性關節炎並減輕其疼痛，顯見膠原蛋白能有效改善關節病及骨質疏鬆症。此外，膠原蛋白也能夠強化關節軟骨在運動摩擦時的潤滑度，降低關節炎的發生率，避免關節退化症提早到來。
除對關節方面有明顯的生理活性外，第二型膠原蛋白也具有心血管保護劑的功能。研究顯示，第二型膠原蛋白含有 14.2% 的軟骨素硫酸鹽，這是一種天然的蛋白醣，具有抗血栓及抗凝血的作用，可避免血塊產生，防止血管阻塞，同時也能有效地降低膽固醇及脂肪含量，所以富含軟骨素硫酸鹽的第二型膠原蛋白，也對於心血管疾病有預防及治療的效果。
由於膠原蛋白分布廣泛，雖經多年的研究，不論在種類上或應用上仍有不斷的新發現，顛覆某些傳統的想法，也創造膠原蛋白材料無限的潛在商機，這也是近兩年間，國內生產膠原蛋白廠商快速增加的原因。 |
鋰電池防爆「金鐘罩」–STOBA材料技術 | 「SONY 鋰電池回收事件」是 2006 年資訊業的大事，全球主要筆記型電腦大廠陸續宣布回收已售出的筆記型電腦用電池，僅美國一地便回收了四百多萬顆 SONY 公司的鋰電池。SONY 也因此損失慘重，執行回收的成本達新臺幣 184 億元，當季虧損約新臺幣 74 億元。這個事件被稱為「災難」, 貼切地形容了 2006 年全球資訊業的慘況。SONY 事件的起因是鋰電池內部摻有金屬雜質而使電池「短路」爆炸起火，於是科技業面臨新挑戰 — 如何讓電池百分之百不爆炸？預防電池爆炸有兩種傳統方法，一種是從電池內部著手，另一種是外部控制。內部保護方式是利用 PE 或 PP 塑膠材質做成「隔離膜」隔開正極與負極，當電池過熱時，隔離膜的細微小孔會收縮，阻擋離子進出正負極；外部控制法則用「斷電保護機制」來降低電池過熱的風險。然而 SONY 事件證明這兩種方法效能都不彰，業界急需新技術來保護鋰電池。
對這個棘手問題，財團法人工業技術研究院 (工研院) 材料與化工研究所的潘金平組長開發出「STOBA 材料技術」設法解決。這個技術能有效防止鋰電池爆炸，也為他贏得了「行政院 2010 年傑出科技貢獻獎」的殊榮。
神奇的 STOBA
「自身終止高分歧寡聚物」(self terminated oligomers with hyper branched architecture, STOBA) 是一種具有高分歧結構、高規則性的「奈米級」化合物，分子量範圍在數千至數萬之間，一般稱這類高分子化合物為「寡聚物」。高分歧是指它具有複雜的樹枝狀結構，高規則性是指它的分子量分布範圍穩定，不是雜亂無章的樹枝狀結構。
讀者可以想像 STOBA 是一種「類球狀」物質，細看卻會發現，圓球的內部有極多的「分枝結構」, 好像大樹枝一樣地向四方伸展。因此 STOBA 是一種充滿空隙的圓球狀樹枝結構物質。
「高分歧寡聚物」這種充滿空隙的樹枝狀球型結構，有一些有趣的化學特性，例如高溶解性、在分子空隙內可以放入其他低分子化合物或金屬奈米粒子等，還可以設計樹枝狀的「末端基」部位，引入不同的元素或分子使它具有特定的化學反應功能。
STOBA 充分展現了高分歧寡聚物的特性，可以很容易地放入鋰電池內，遇熱時樹枝狀結構末端的「官能基」會互相反應，造成整個樹枝狀結構「內縮」; 樹枝狀末端官能基還會跟隔壁的 SOTBA 分子鍵結，所有的 STOBA 分子便會連結成一大片的「立體網狀保護膜」。也就是說，如果把 STOBA 分子放在鋰電池內，當有過熱反應時，便能夠遇熱「自我反應」收縮與連結，有效阻斷離子流動，終止電化學反應，避免電池爆炸。
雖然防爆原理和傳統隔離膜保護法類似，但 STOBA 有「溫度越高越穩定」的特性。也因為 STOBA 是奈米尺寸的分子，在遇熱時所構築的綿密立體保護網，能夠完整地封閉電池內部離子流動的空間，有效解除電池爆炸的危機。
「STOBA 是奈米級保護網，把可能引發鋰電池爆炸的危險因子鎖起來」潘金平組長說。
在過去，用金屬探針插入鋰電池內誘發電池內部短路後，10 顆鋰電池中約有 5 顆會爆炸。但加入 STOBA 後，在同樣的測試下沒有任何爆炸發生，防爆率 100%。無庸置疑，STOBA 是值得驕傲的科技研發成果。
製法大突破
STOBA 的「化學結構」與「製造方法」是工研院材料與化工研究所的最高機密。化學結構組成是 STOBA 遇熱會內縮、自我反應組成立體保護網的重要關鍵，製造方法則是另一個值得書寫的科技突破。
傳統上製作高分歧寡聚物的方法有「原子轉移自由基聚合法」(atom transfer radical polymerization, ATRP)、「可逆型加成分裂鏈轉移聚合法」(reversible addition-fragmentation chain transfer, RAFT) 等，但這些製造方法的化學反應條件嚴苛，更需要一些特殊的催化劑來幫助反應。而且用這些方法製造 STOBA 時，研究團隊發現問題重重 — 產品良率小、品質不穩定，這些缺陷無法吸引電池廠商的目光。
「最大的挑戰在於控制分子量分布範圍，能夠控制分子量分布範圍才能確保 STOBA 品質的穩定」, 潘金平組長強調。
研發團隊開始試驗各種「STOBA 化學配方」的防爆功能時，也一邊尋找新方法，希望可以用簡單、價格低廉的方式生產高分歧寡聚物。終於，他們找到了能夠在溶液中製造出具有高耐熱性、分子量分布範圍穩定、分歧結構穩定、百分之百純「STOBA」的方法。
這種新式高分子寡聚物製造法與 ATRP、RAFT 等方法相比，有製造方法簡單、價格低廉的優勢。這個製造方法更是潘金平組長口中的「寶物」, 他笑笑表示:「許多國外學者很驚訝我們有特殊新方法，都想知道是怎麼一回事。」
引爆新發現
潘金平在投入鋰電池安全性研究之前，曾開發出一種兼具「韌性」、「柔軟度」、「高耐熱」的寡聚物。因此當他進行電池安全性研究時，他猜想:「寡聚物也許可以防止電池電解液洩漏引發的爆炸。」試驗結果如他猜測，加入這種物質的電池似乎不容易爆炸，但他不知道為何如此。
為了找出原因，他與研究團隊成員把這種寡聚物分別放到正負極、隔離膜、電解液內，然後用金屬探針刺入電池內部製造「短路」, 引起發熱反應後記錄整個爆炸反應時間。
「我們曾經意外燒毀一個實驗室」潘金平組長不好意思地說，「還好那只是一個改裝過的貨櫃實驗區」, 由此可見鋰電池安全性研究的危險與辛苦。
探針測試實驗過程漫長，充滿挫折，直到他們意外觀察到「爆炸遲延」現象才有了突破。進一步分析發現，寡聚物剛好附著在一遇到高溫就會釋放出氧氣的正極材料上，似乎能減緩氧氣外洩速度，延遲引爆。
這個發現讓他們知道走對了方向，「修改寡聚物結構也許可以完全阻擋氧氣外洩！」研究團隊成員興奮地猜測著。順著這個思路重新設計寡聚物，潘金平與研發團隊終於順利開發出 STOBA。
臺灣製造 安全保證
STOBA 是鋰電池產業關鍵性的技術突破，已榮獲第 47 屆全球百大科技研發獎 (R&D 100 Award) 的肯定。工研院也已經把 STOBA 相關的專利技術授權給國內 6 家鋰電池廠，成功整合鋰電池上中下游產業，總投資金額約 40 億臺幣，預估未來創造的產值將以每年數百億計算。除鋰電池產業外，STOBA 技術也會帶動國內 3C、電動機車、汽車產業發展，引發的周邊效益更是值得期待。
雖然 STOBA 有極佳的預期經濟效益，但對潘金平而言，STOBA 材料技術最重大的意義在於提升「臺灣競爭力」。STOBA 技術使臺灣能夠以「差異化優勢」與先進國家競爭，扭轉以往從國外輸入核心技術的劣勢，進一步樹立「臺灣製造，安全保證」的鋰電池品牌形象。
「只有跟別人不一樣，臺灣才能跟世界競爭！」,「但我們還要繼續往前走，探索更多的 STOBA 應用可能性。」潘金平認真地說著。
曾有人請潘金平用一句話形容自己，他回答:「認真、投入，連星期天都想來上班做研究。」再問他對「研究」有何體會，他說:「從意外中發現機會，從失敗中發現成功的可能性。」
也許就是因為認真、投入與不放棄的精神讓潘金平找到了 STOBA, 相信這些特質將帶領他與研發團隊伙伴，在未來創造出更多、更棒的「臺灣新技術」。
【行政院 2010 年傑出科技貢獻獎得獎人專訪】 |
網頁讀心術原來是大數據搞的鬼 | 隨著網際網路及智慧型手機的普及，現代人幾乎隨時都掛在網路上！不過，你有沒有發現一件神奇的事情：為何每次打開網頁後，每個網頁的網路廣告總是那麼類似，但隨著使用者不同，兩人同時打開網頁時顯示的廣告卻又大相逕庭呢？例如：當女生打開網頁時，常常冒出最新的化妝品廣告，反觀若是男生打開網頁是，卻常跑出運動用品的廣告，難道連網頁都有讀心術嗎？其實不然。早在你在打開每個網頁時，這些巨大的數據就透過演算法偷偷地在了解你了。
瀏覽網頁時到處充斥著網路廣告。(圖片來源:https://travelbook.com.tw/)
大數據的基本應用：搜尋引擎
根據統計，每個月約有 11 億人使用 Google 搜尋引擎進行資料的查詢，然而為何 Google 或是其他熱門的搜尋引擎總是能夠在數不盡的資料海中找出我們所需要的網頁呢？首先，透過演算法的比對，資料得以分類，目前多數搜尋引擎都採取多樣的比對法則來確認資料的關聯性，包括了：字元比對、詞意關聯、同義詞擴充...... 等，隨著使用者輸入的字元越齊全，提供比對的數據相對完整，也因此越能夠找到符合使用者需求的資訊。Facebook 也透過類似的方式依照使用者提供的姓名、地區甚至是過往的經驗來尋找最可能認識的對象，不過不同的是，除了文字資料，Facebook 更透過影像來增加二維數據的資料比對，使準確性更加提升。隨著這樣的演算法日趨成熟，現在網頁資訊也不再只是被動地出現，反之，你會發現有越來越多的資料是「主動」映入眼簾的。
社群網站複雜的數據處理程序 (圖片來源:https://www.simplilearn.com/how-facebook-is-using-big-data-article)
使用習慣導致網頁習得新技能？怎麼產生讀心術了？網際網路及智慧型手機對於人類消費習慣產生了爆炸性的改變，數十年前，多數交易仍發生於實體商店，然而網路購物的方便性及高機能性也使人們開始仰賴這項服務，也產生出 Amazon、Yahoo、ASOS 等大型網路購物網站地出現。現在只要動動手指，不論颳風下雨，24 小時都可以選購所需產品，還可以同時透過使用者評價來協助購物時的決定，無非是最棒的發明。
然而上億筆的交易也讓廣告商蠢蠢欲動！因為網路購物時，使用者一定需要點擊網頁或應用程式 (App) 才能查看產品資訊，並下單購買，無形中，這些不同的點擊資料也創造出了一個龐大的數據庫。這些數據同時就提供了網路廣告商一個相當大的參考資料，來幫助各大網路平台顯示出最有效吸引購物力的廣告。換句話說，只要你在搜尋引擎搜尋了某些特定的物品，這些點擊產生的數據就會間接反映出你可能的喜好，網頁廣告也會因著這些喜好「主動地」出現在閱聽人的面前，比起亂槍打鳥，這些經由大數據演算過後的偏好資訊更能夠讓廣告發揮最大的效能，吸引對應的客群，做到「即時」及「更客製化」的行銷。
除了了解需求，還能預測及創造需求？隨著大數據及網路行銷的緊密結合，除了透過閱聽人偏好來進行強迫視覺推銷外，越來越多企業及廣告商更透過結盟來擴大數據庫，也能從中發展出更多的市場策略，以及透過使用者的資料來了解並發展更符合需求的產品。
根據點擊的商品項目主動秀出推薦的其他商品 (圖片來源 Yahoo 奇摩購物中心 https://goo.gl/5fRqWY)
總結來說，大數據對於整體市場的需求及供給的確提供了相當大的便利性及發展性，不過也開始有部分反對的聲浪，其認為個人的網路瀏覽紀錄理當為個人隱私，怎麼能夠當成市場中的參考資料呢？在追求利益及隱私平衡的道路上，這場論證才正要開始。
總編輯：國立中山大學資訊工程學系 黃英哲教授
(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿) |
Facebook廣告這麼多,主管如何處理廣告主們的需求? | 你一定有在使用 Facebook 吧！那麼你是否留意過那些穿插在資訊間的廣告呢？出現在頁面的不同位置，或不同時段，有些是播放時間較長的影片，有些則只是幾張照片。
你是否思考過 Facebook 是依據什麼條件來篩選和擺放這些廣告的呢？畢竟幾乎所有的商家都希望能在 Facebook 這個巨大的社交平台上投放自己的廣告，那麼，Facebook 要如何做到既滿足客戶的需求、又讓自己賺到最多的錢？Facebook 是依據什麼條件來篩選和擺放廣告？要如何既滿足廣告主的需求、又讓自己賺到最多錢？(圖 / Pixabay)
或許你會說，這還不簡單嘛，誰給的錢最多，就讓他的廣告放在最明顯的位置，或是出現的時間最久唄。
這樣的做法看起來最為直接，但可能不是最好的做法，因為不同的廣告所針對的消費群體也不同，例如若 Facebook24 小時向健身愛好者推薦垃圾食品，其效果可能不如 5 分鐘蛋白粉的廣告，或是像瑜珈墊等運動設備的廣告；並且各個消費群體上網的時段也不相同，若以學生為主要市場的廣告，那麼放送的時間便不應該安排在上課期間。
影響廣告最終效果的因素有很多，為了避免無效的宣傳，Facebook 在安排不同的廣告內容時，應該使用什麼方法呢？利益最大化的「即時競價」
當廣告主買廣告時，因為同一個時段會有其他的廣告主，所以必須爭奪曝光度，這時廣告平台就必須思考怎麼去分配各個廣告撥放的時間、時段還有成效，才能平衡每個廣告主與廣告平台之間的利益。這個計算出平衡做法的技術，稱為「即時競價」(Real-Time Bidding, RTB)。
會影響到廣告最終效果的因素有很多，比如廣告的時間、曝光度、出現的位置、版面的面積、長度、寬度等。有這麼多因素要考量，即時競價技術該用什麼方法來進行計算呢？答案就是「深度學習」(Deep learning)。
深度學習由三個階段組成，分別是輸入層、隱藏層和輸出層，其中輸入層便是我們將資料匯入的位置，輸出層便是我們得到結果的地方，而夾在中間的隱藏層便是電腦處理數據的地方。隱藏層可以包含很多層級，裡面的每一個三角形都代表著是一個運算方式，不同的運算方式便會得出不同的結果，通過不斷的計算和調整，最後得出誤差值最小的結果。(圖 / 連俊翔提供)
深度學習的結構與應用
深度學習是懶人最愛的方法，因為它完全不需要我們告訴電腦要學習分辨的「特徵」是什麼，我們只需要將資料丟進模型，電腦便會自己學習將特徵挑選出來。
深度學習由三個階段組成，分別是輸入層、隱藏層和輸出層。我們將資料匯入輸入層後，隱藏層會自動處理數據、計算，並將結果從輸出層輸出。而且，當電腦在隱藏層處理數據時，會自動將自己計算出的結果和實際的結果相對比，通過誤差來調整計算模型，如果誤差過大，也就是實際的結果與預測的結果相差過大，便代表剛剛自己設定的計算過程不適用，需要修改或替換。
這是一個反覆的過程，電腦不斷修改模型的參數，以減小誤差，最後輸出誤差最小的結果，那麼計算得出這個結果的模型，便是之後在預測新的數據時會使用的。
深度學習的結構與我們的神經系統相似，每一個單位是一個神經元，訊息則在一個個神經網路中傳輸著。輸入層是接受刺激的神經元，隱藏層是大腦的中樞神經，負責處理接收到的訊息，而輸出層則是在接收到隱藏層所傳訊的訊息後，做出相對應的反應。(圖 / 連俊翔提供)
將深度學習的結構，套用到 Facebook 的即時競價技術上，也就是在輸入層中為電腦提供例如廣告出現的時間、曝光度、廣告的長度等資料，在隱藏層中電腦會使用不同的模型對數據進行處理和計算，經過一系列的處理後，便會將結果：預測的廣告價格輸送到輸出層。
一旦這個計算過程得出的廣告價格與實際價格相符，接下來，我們就能利用它來針對新的廣告業主的曝光需求估價。全程不需要人為的控制，是不是很簡單！廣告面積、長度、寬度、時間，這些都是 Facebook 在做即時競價時會考慮到的因素，將這些數據扔進深度學習的模型中，通過不同的運算方式，不斷地計算，將得出的預測數值與實際數值進行對比，就能逐漸減少誤差。(圖 / 東吳大學巨量資料管理學院黃福銘教授改寫團隊提供)
這便是深度學習在即時競價中的應用，你學會了嗎？參考資料
1. Chi-Chun Lin, Kun-Ta Chuang, Wush Chi-Hsuan Wu, and Ming-Syan Chen. 2016. Combining Powers of Two Predictors in Optimizing Real-Time Bidding Strategy under Constrained Budget
2. Ruoxi Wang, Bin Fu, Gang Fu, and Mingliang Wang. 2017.Deep & Cross Network for Ad Click Predictions
3. Wu, W., Yeh, M. Y., & Chen, M. S. (2018, July). Deep censored learning of the winning price in the real time bidding. In Proceedings of the 24th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery & Data Mining (pp. 2526-2535). ACM.
4. Zhang, W., Yuan, S., & Wang, J. (2014, August). Optimal real-time bidding for display advertising. In Proceedings of the 20th ACM SIGKDD international conference on Knowledge discovery and data mining (pp. 1077-1086). ACM.
5. Cheng, H. T., Koc, L., Harmsen, J., Shaked, T., Chandra, T., Aradhye, H., ... & Anil, R. (2016, September). Wide & deep learning for recommender systems. In Proceedings of the 1st workshop on deep learning for recommender systems (pp. 7-10). ACM. |
綠藻的晝夜韻律 | 從最簡單的原核細菌到人類細胞中，都有些蛋白質的含量會隨著晝夜而呈現非常規律的變化，稱為「晝夜韻律」。這個周期的規律大約是 24 小時，但是它也會隨著季節光周期的長短變化而重新調整。
這個調整的決定因素當然是光照，綠藻的晝夜周期會受到藍 / 綠及紅光的影響而改變，但調整背後的分子機制則仍然不清楚。在葉綠體中有 6 個蛋白會隨著晝夜周期而改變，為了要瞭解這些「時鐘蛋白」的調控機制，名古屋大學基因實驗機構的研究團隊將綠藻各別的時鐘基因 ROC 與螢火蟲的發光基因結合移植入綠藻細胞，植入綠藻的融合基因，便能轉譯出發光的時鐘蛋白質，透過測定細胞所放出光的強度，便能瞭解活細胞的時鐘蛋白受到光照變化的情形。
在 12 小時光照與 12 小時暗夜的環境中，研究團隊發現 ROC15 蛋白的周期變化最為劇烈，ROC15 蛋白在黑暗中會大量增加，但接受照光時就會急速減少。ROC15 蛋白受光降解的速度與光照的強度及光的頻率有關。當強光照射時，不論什麼顏色的光都使得 ROC 立刻降解，但是在弱光照射時，則紅光比藍綠光有更強誘導 ROC15 蛋白降解的能力。
研究進一步發現 ROC 蛋白的降解主要是透過「泛素 - 蛋白酶體系統」。而另一個時鐘蛋白 ROC114 也被證實會參與「泛素 - 蛋白酶體系統」降解 ROC15 蛋白。此外也證實時鐘蛋白基因 roc15 異常的綠藻，無法正常調控晝夜韻律。從以上實驗結果顯示綠藻照光處理，時鐘蛋白 ROC114 有關的「泛素 - 蛋白酶體系統」會產生作用，使得時鐘蛋白 ROC15 急速降解，促使綠藻調整其晝夜韻律。
該研究團隊研究未來將解析從光源刺激，到時鐘蛋白 ROC15 分解過程中所有光源訊息的傳導路徑為目標。雖時鐘蛋白 ROC15 的降解主要是因為紅光刺激而有強烈反應，但對綠藻如何接收紅色光源刺激的機制不甚了解，期待未來能進一步解開紅光接收與訊息傳遞機制。如能解開綠藻晝夜韻律校正機制，就能自由控制綠藻體內的晝夜韻律，調控綠藻處於代謝活化狀態，進行有效率生產生物能源燃料。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿 / 2013 年 11 月)
責任編輯：周成功 | 長庚大學生物醫學系
名詞解釋 :
ROC15 : 綠藻時鐘基因 Rhythm of Chloroplast 15 (roc 15) 所轉譯的蛋白質。
泛素 - 蛋白酶體系統 : ubiquitin-proteasome system; 決定哪些蛋白質需要貼上銷毀的標籤，是泛素連接酵素的工作。這種包括泛素化和蛋白酶體降解的整個系統被稱為「泛素 - 蛋白酶體系統」。
ROC114 : 綠藻時鐘基因 Rhythm of Chloroplast 114 (roc 114) 所轉譯的蛋白質，其特徵為具有在蛋白質上附加泛素 (ubiquitin) 的酵素。 |
水中藻類毒素的監測 | 水是生物生存所必須的，對現代人而言，攸關身體健康、環境清潔與生活品質，因此自來水水質的好壞倍受關注。但水質的良窳該如何監測呢？舉一個大家都熟悉的例子，如水庫優養化會造成藍綠藻過多，導致水體生態系統急遽改變，水質快速惡化，因此監測人員常以檢測水中的磷含量、葉綠素含量、透明度等項目來評估。但有的問題卻不是這麼容易解決的，例如高屏地區的用戶十幾年前就不斷反映自來水有怪味，然而當時水廠認為這些經傳統方法處理過的水在各項分析指標中都達到標準，飲用應該沒有問題。惟民眾仍然相信自己的感覺，而對自來水沒信心。
成功大學環境工程學系的林財富特聘教授專長在水源中藻類代謝物的分析、鑑定與處理，在剛回國時便被環保署邀請針對高屏地區的自來水怪味做調查研究。他發現那些異味來自於水中含有某些由藍綠藻衍生的物質，如土臭素 (geosmin)、霉味素 (2−MIB) 等。研究顯示它們對人體健康與環境並無直接的威脅，但是只要少許含量便會令人產生不悅的感覺，也讓人對水質失掉信心。
之後，林教授便針對各項水質指標與去除水中異味的監測方法等議題去做研究。整體而言，這是一個複雜的系統，從上游與水庫周遭環境的維護、取水點的選擇，到水廠處理方法都有很多可以探討與改進的地方，雖然文獻顯示已研發出許多方法，但並沒有一個普遍適用的標準做法。
就監測來說，若只是看到相關性，未必就能找到明確的機制。例如前述所提的土味、霉味是由某些特殊的藍綠藻產生的，有人建議就直接把藍綠藻的多寡當作味道輕重的指標，但其實並非所有的藍綠藻都會產生味道；或有人說可以量測所產生的化學物質濃度來判斷，然而這是從結果來作亡羊補牢之舉，因為傷害已造成。到底應如何才能掌握機先呢？林教授希望能研發出更明確可行的方法。
最近他的研究團隊終於開發出「定量連鎖聚合酶反應」(qPCR) 的方法，這是從資料庫中篩選出會釋放目標物質 (如土味或霉味乃至其他毒素) 的藍綠藻的共同基因，再與本土找到的樣本比對，以確認這基因一定會導致藍綠藻釋放目標味道的可能。
接下來把待化驗的水樣本藉由微波或冷凍的方式破壞其細胞，但要避免造成去氧核醣核酸 (DNA) 的損害，然後用設計出的「引子」把目標基因夾出，再採用 qPCR 檢測目標菌種基因的數量。研究結果顯示，他所開發出的方法與傳統方法對照後有很好的一致性，所花費的時間卻較短 (傳統約需兩天，而他的方法僅需兩小時), 並可以在採樣現場即時檢驗 (傳統方法須帶回實驗室), 儀器也比較便宜，因此可以很快就掌握到水質狀況。
林教授的團隊原本僅在國內的水庫驗證這項分析技術，最近有機會到澳洲及其他國家採取當地水庫的水樣本以驗證土臭味。結果發現即使在南半球，這方法與其他方法也有很好的一致性，而儀器有便宜、是可攜式、能在地採樣檢測、快速得知結果等優點，是其他對照法所不及的。林教授提到，由於檢驗方法會與當地的藻種特性等條件有關，因此到不同地區驗證是必要的。
而他也看到自己的方法是從去氧核醣核酸下手，但這只能找到有最大可能產生味道 (或毒素) 的菌株，未必就會發現有味道 (或毒素) 產生。因此他著手改良了設計，擬從核醣核酸 (RNA) 的檢驗著手，他認為這應該就可以確認製造味道 / 毒素的反應是否正在進行。由多種方法的互相驗證，希望能讓科學家對這生態圈有更完整的認識，工程師也能精確掌握水中的藻類及毒素，進而提出更好的處治對策。 |
以熱氣球建構天空上的網路 | 在臺灣，網路的接取相當普及，為我們的生活帶來許多的便利。但縱觀全球，有三分之二的人因為地理或經濟環境的限制，沒有網路可以使用。Google 自 2013 年 6 月起，啟動一個高空氣球網路服務專案 (Project Loon), 預計發射上千個熱氣球到空中，這些熱氣球彼此可以互相通訊，使整個網路串聯起來，為目前缺乏網路建設的地區提供高速穩定的網路連接。
利用熱氣球當作空中基地臺的想法相當有創意，但仍須克服風力不穩定與動力等難題。首先 Project Loon 團隊發現，在離地面約 20 公里左右的平流層，有著相對穩定的多層氣流，氣溫上高下低，利用控制球體密度的方式可調整高度，讓熱氣球隨不同氣流方向移動，確保網路的訊號可以穩定輸出。這些聚乙烯材質的熱氣球高 12 公尺，下方掛著一個裝有電子設備的小箱子，配備有太陽能動力系統、控制系統與電源系統，白天利用太陽能供電，晚上則利用電池續航，每個熱氣球可提供 40 公里範圍內 LTE (註) 無線網路裝置的連線。
為了確保熱氣球可以在空中穩定的飛行，Project Loon 團隊建立了強大的天氣預測系統，利用各種數據來計算風向，讓熱氣球行進的路線最佳化，以延長熱汽球在空中飛行的壽命，測試至今熱氣球單次飛行時間最長可達 187 天。
Google 希望透過這樣的技術，形成一個熱氣球網路圈，讓大家都能享受到網路的便利。此技術具備著成本低、佈署快的特性，未來也可應用在救災或其他領域上，例如上個月發生的尼泊爾強震，即可使用這樣的技術，加速災區的搶救與復原。
註：LTE, 英文全名 Long Term Evolution, 是無線數據通訊的一種標準，以目前 4G 為例，其大多是用 LTE。
參考資料
http://www.google.com/loon/
https://plus.google.com/+ProjectLoon/ |
核醣核酸干擾–不容忽視的沉默 | 西元 1869 年，印度聖雄甘地藉著「沉默」且非暴力的不合作運動，成就了一個國家的誕生。百多年後的今天，科學家們發現不管是植物或動物的細胞裡，時時刻刻都在進行著一種稱為「基因沉默」的作用，這個作用很可能就是造就地球上生物多樣性的一個重要關鍵。這個基因沉默作用的發現不僅受到 2006 年諾貝爾獎的肯定，也在科學的發展史上豎立一座新的里程碑。
2006 年 10 月 2 日，位於瑞典首都斯德哥爾摩的卡洛林研究院諾貝爾委員會，祕書長漢斯。喬瓦教授與戈蘭。漢森教授共同宣布諾貝爾生理或醫學獎，由美國史丹佛大學教授安德魯。費爾 (Andrew Z. Fire) 和麻薩諸塞大學教授克雷格。梅洛 (Craig C. Mello) 兩人共同獲得，表彰他們發現核醣核酸干擾 (RNA interference, RNAi)— 一種由雙股核醣核酸誘發的基因沉默作用。
兩位得獎者
安德魯。費爾 (美國籍，1959 年生) 在 1978 年取得柏克萊加州大學數學學士學位後，隨即進入麻省理工學院，於 1983 年取得生物學博士學位，當時費爾年僅 23 歲。之後，費爾獲得獎學金，到英國劍橋大學分子生物學大師悉尼。布瑞納的實驗室進行博士後研究工作。回美國後，在 1986 年至 2003 年間，費爾任職於華盛頓卡內基研究院的胚胎學系，實驗室位於馬里蘭州的巴爾的摩市。
在這段長達 18 年的研究歲月裡，費爾一直以線蟲 (Caenorhabditis elegans) 為模型，從事遺傳變異影響細胞和生物體的相關研究。2003 年費爾離開卡內基研究院，進入美國加州史丹佛大學擔任遺傳學和病理學教授。2004 年獲選為美國科學院院士。目前，費爾還擔任美國國家衛生研究院生物科技中心與科學顧問委員會的委員。
克雷格。梅洛 (美國籍，1960 年生) 小時候經常伴隨從事古生物學研究的父親在美國西部尋找化石，因此對地球歷史、生命起源等問題產生興趣，在耳濡目染與父親的影響下進入了科學界。梅洛於 1982 年在美國布朗大學取得科學學士學位，1990 年取得哈佛大學的細胞與發育生物學博士學位，隨即進入西雅圖的福瑞得哈欽森癌病研究中心，從事博士後研究工作。
1994 年，梅洛轉到麻薩諸塞大學醫學院任教，並擁有自己的實驗室，開始以線蟲為模型，研究線蟲在發育過程中胚胎細胞的分化與溝通，以及如何在線蟲發育過程中剔除或抑制特定基因的表現。也就是在這個時候，梅洛開始與費爾合作，並在 2005 年獲選為美國科學院院士。兩人獲得諾貝爾獎的研究成果是在 1998 年發表的，從發表到獲得諾貝爾獎的肯定只隔了 8 年的時間，對諾貝爾獎而言是相當短的紀錄。
生命科學的發展
相信每個人都知道，基因對生物體是非常重要的，因為基因體是整個生命的藍圖。從細胞的角度來看，絕大多數的基因是位在細胞核內的染色體中，只有少部分基因是在粒線體或葉綠體內，而且基因的表現是在細胞質中進行蛋白質的合成。回顧科學的發展史，1944 年科學家找到了神祕的遺傳物質 — 去氧核醣核酸，也就是大家耳熟能詳的 DNA, 法蘭西斯。克立克 (Francis Crick) 與詹姆斯。華生 (James Watson) 並於 1953 年解出 DNA 著名的雙股螺旋結構。
知道 DNA 的結構之後，科學家最想解決的問題是：細胞核內的 DNA 是如何在細胞質中合成蛋白質的？這個問題在核醣核酸 (RNA) 發現後衍生出一個假設，認為單股的 RNA 才是 DNA 與蛋白質合成之間的遺傳訊息傳遞者。這個假設經歷時間的驗證，成為今天生物遺傳學中屹立不搖的法則。簡單來說，遺傳訊息的傳遞流程就是由 DNA 轉錄成 RNA, 再由 RNA 轉譯成蛋白質。
1961 年法蘭索瓦。雅各 (Francois Jacob) 和雅奎斯。莫諾 (Jacques Monod) 提出一個假想的基因控制模型，並在 1965 年與安卓。沃夫 (Andre Lwoff) 共同獲得諾貝爾生理或醫學獎。在這個模型中，他們提出基因會被轉錄成特定的 RNA, 並把這種 RNA 稱為訊息 RNA (messenger RNA, mRNA)。
不久之後，馬紹爾。尼倫博戈 (Marshall Nirenberg) 和格賓。克拉納 (Gobind Khorana) 成功破解了遺傳密碼，他們發現 mRNA 序列上是以 3 個核啟酸為一組密碼，並且定義出每組密碼所對應的胺基酸。這一重大的貢獻，讓他們摘下 1968 年諾貝爾生理或醫學獎的桂冠。
其實早在多年前，法蘭西斯。克立克就已經預測到 mRNA 和胺基酸之間，應該存在著另一種較小的 RNA 分子做為轉接，而這種 RNA 具有把 mRNA 密碼對應成胺基酸的傳遞功能，之後這種 RNA 分子被稱為傳遞者 RNA (transfer RNA, tRNA)。
在 DNA 構造被破解後，分子生物學的研究持續發燒，到了 RNA 被發現後，又創造了另一個研究熱潮，在這一波接著一波的熱潮中，造就了許多的諾貝爾獎得主，也顛覆了很多學術界的傳統認知。像是 1993 年的諾貝爾獎就是表揚菲力普。夏普 (Phillip Sharp) 和李查。羅勃茲 (Richard Roberts) 發現的 mRNA 剪接作用 (splicing), 推翻傳統認為 DNA 與 mRNA 序列完全對應的觀念。
還有稍早之前，1989 年諾貝爾化學獎得主悉尼。奧特曼 (Sidney Altman) 和湯瑪士。柴克 (Thomas Cech) 證明 RNA 本身還有催化能力，可以自我複製甚至能合成其他 RNA。
許多研究結果顯示，RNA 也許就是地球上最早出現的遺傳物質。也就是說，在 DNA 出現之前，就已經有了一個以 RNA 為主要遺傳物質的世界，在 DNA 出現之後，RNA 就成為 DNA 與蛋白質之間的訊息傳遞角色。而 RNA 具催化能力的發現，不只是在生物演化上有重大的影響，同時也暗示著在基因表現的調控上，RNA 可能扮演更為活躍的角色。
事實上，除了 mRNA 之外，科學家已經發現還有很多序列比較短的 RNA 存在於細胞中，這類的 RNA 雖然不能轉譯出蛋白質，但是仍有不可磨滅的重要性。本文主角 RNAi 的機制，就是由這些短小的 RNA 所引發的基因調控現象。
1980 年初期，科學家們就已經在大腸桿菌中發現這類序列較短的 RNA, 並且知道這類 RNA 可以跟序列互補的 mRNA 結合，從而抑制蛋白質的表現，這類的 RNA 稱為反義股 RNA (antisense RNA)。反義股 RNA 一開始並不受科學家的青睞，直到 1993 年在線蟲發育研究中，找到同樣的反義股 RNA 基因調控方式後，這種基因調控方式才受到學者們的注意。
爾後，如雨後春筍般地，陸續在許多物種中都發現到相似的小分子 RNA。2001 年後，這些原本毫不起眼的小分子 RNA 伴隨著 RNAi 聲名大噪，儼然成為分子生物學界的超級明星。雖然被稱作微小 RNA (microRNA, miRNA), 感覺好像並不起眼，但是卻在整個生物醫學領域引領風騷。因為 2006 年眾所矚目的第一個諾貝爾獎光環就是套在 RNAi 上，而 RNAi 機制的啟動靠的就是 miRNA 一族中的 siRNA。
小兵立大功–線蟲
線蟲在 RNAi 的發現上扮演著功不可沒的角色，在牠小小透明的軀體裡，一再帶給人們意想不到的驚喜。線蟲的身長約 1 公釐，通體透明，壽命短，只要用低倍率的顯微鏡就能觀察，相當方便。因此從 1960 年開始，線蟲就被用來研究器官及細胞成長機制，是標準的生物模型之一。
相對於複雜的哺乳類動物來說，線蟲的生理構造是再簡單不過了。不過麻雀雖小，五臟俱全。線蟲從肌肉細胞到生殖細胞，一應俱全，樣樣不缺。透過深入的研究，可知線蟲在發育過程中會長出 1,090 個細胞，其中有 131 個細胞會有計畫性地死亡，因此成熟的線蟲只有 959 個細胞。最早把線蟲當作研究模型的是悉尼。布瑞納，他與羅伯特。霍維茲 (H. Robert Horvitz) 及約翰・薩爾斯頓 (John Sulston) 標示出計畫性細胞死亡路徑，獲得 2002 年的諾貝爾獎桂冠。
就基因層面來看，線蟲的細胞有 6 個染色體，約含 1 萬 8 千個基因，這個數目令人驚訝，因為比線蟲複雜的人類，也不過約含 3 萬 2 千個基因。更令人嘖嘖稱奇的是，線蟲的基因有三分之一以上都可在人體內找到，這個發現為遠古時期人類與蟲類可能源自於共同祖先的理論提供了一個佐證。
透過對線蟲的了解，除了對人類自身多了一份認知外，研究線蟲在治療疾病方面更有其不可抹煞的貢獻。這次諾貝爾獎表揚的 RNAi, 就是另一個從線蟲身上挖掘出來的寶藏。反觀，如果是以複雜的哺乳動物為研究模式，也許不是那麼簡單就能發現 RNAi 了。
RNAi 的發現
早在發現 RNAi 之前，就已經在植物中發現一種奇特的基因沉默的現象。1990 年，凱洛琳。拿坡理與亞歷山大。凡得卡羅的兩組研究團隊，都在矮牽牛花的花色基因調控實驗中發現，原本預期以基因工程方式來創造顏色更深、更鮮豔的矮牽牛花，結果卻出乎意料地出現白花，原本是應該大量表現的花色素基因原因不明地沉默了。當時把這種基因活性沉默化的現象稱為共同抑制，可惜當時並未深入探討，留下一絲的遺憾。
這個謎團直到 1998 年才被破解，安德魯。費爾與克雷格。梅洛和其他同事們，在線蟲的研究中再次驗證了基因沉默現象。當年他們的研究發表在著名的科學期刊《自然》(Nature) 上，文章內容主要是把 RNA 注射入線蟲體內後觀察對基因表現的影響。不同於以往的實驗設計是，他們所使用的 RNA 是把正義股 (sense) 和反義股 (antisense) 相互黏合形成的雙股 RNA (double-stranded RNA, dsRNA), 而非單獨只有正義股或只有反義股的 RNA, 也就是這種獨特的實驗設計造就了今天 RNAi 的發現。
實驗結果發現，只有注入 dsRNA 時才能有效地把目標基因的表現活性降低，而且注入線蟲細胞內的 dsRNA 只會抑制含相同 RNA 序列的特定基因。這樣一個有別於常理的結果，曾在發表時引來不置可否的異樣眼光，直到哺乳類動物中也發現同樣的現象時才獲得認同。
這篇文章中敘述了有條不紊的實驗設計，並呈現了一系列明確的實驗結果。主要的結果可以總結為以下幾點。
dsRNA 對基因沉默作用的效果最好，只有正義單股或反義單股的 RNA, 不是效果較差，就是沒有效果。
沉默作用具專一性，只會針對與 dsRNA 有互補序列的 mRNA 產生作用，對於其他 mRNA 則不會產生作用。
所針對的目標 mRNA 會經由降解作用被分解掉，但這個基因的起動子和插入子並不會被分解掉，由此可以推測調節機制是在細胞質中進行的。
在每個細胞中，只需要注入少量的 dsRNA 就能夠達到幾乎完全的沉默作用。這一現象指出，dsRNA 的表現量可能會在細胞中被放大，或者 dsRNA 本身以催化劑的方式進行反應。
dsRNA 的效用可以在組織間擴散，甚至傳遞到線蟲的後代中，據此推測，基因沉默效力可以在細胞間傳遞。
因此，他們創造了「核醣核酸干擾」這個術語，並大膽推測 dsRNA 中的正義單股 RNA 並沒有抑制基因表現的功能，只有能與 mRNA 完全互補配對的反義單股 RNA 才具有沉默基因的功能。此外，安德魯。費爾也預測到 RNAi 現象可能是一些較低等的生物體用來防禦病毒的策略。爾後在果蠅、阿拉伯芥等生物模型中，也發現具有 RNAi 調控的基因沉默現象。
然而 RNAi 現象的研究在哺乳動物細胞中，一度遇到了瓶頸，直到 2001 年初，湯瑪士。涂許爾發現，只有在以約 21 個核苷酸長度的 dsRNA 處理下，細胞才會產生 RNAi 現象，率先證明哺乳動物細胞也會使用 RNAi 來抑制特定基因的表現，因此證明 RNAi 現象普遍存在於真核生物之間。最明顯的例子就是，進行出芽生殖的酵母菌類也有 RNAi 現象。至此，RNAi 的觸角自植物延伸到了哺乳類動物。
RNAi 的作用機制
在發現 RNAi 現象後，經由科學家們鍥而不捨的努力，它的生化機制慢慢被揭露，證實約 21 至 23 個核啟酸長的 dsRNA 是引發 RNAi 現象的關鍵。實驗結果顯示，RNAi 所控制的基因沉默過程中，一開始是長鏈的 dsRNA 會經由切丁瓷進行切割。顧名思義，切丁瓷的作用就是把 dsRNA 像切雞丁一樣，切成一小段一小段的，每小段約 21 至 23 個核啟酸長，切好的片段稱為小片段干擾 RNA (small interfering RNA, siRNA)。
接著 siRNA 會與細胞質內的核醣核酸誘導沉默複合體 (RNA induced silencing complex, 簡稱 RISC) 迅速結合，造成 siRNA 的雙股解開，形成正義與反義兩個單股 RNA。其中正義單股 RNA 會被分解，而保留下來的反義單股 RNA 會引導 RISC 結合至與其互補的 mRNA 上，然後 RISC 會切斷 mRNA。最後，受損的 mRNA 很快地被分解掉，以至於無法轉譯出蛋白質。如此一來，造成了特定基因的沉默與喪失功能。這一連串流程就是神祕面紗底下的 RNAi 分子作用機制。
然而，早期以哺乳動物的細胞為模型研究 RNAi 機制時，曾面臨到相當大的困難，因為比照線蟲的實驗，科學家把 dsRNA 送入細胞後，並沒有產生預期的基因沉默現象，反倒引起劇烈的細胞死亡。這個現象目前已經得到解釋，即當哺乳動物的細胞中出現大於 30 個核啟酸長的 dsRNA 時，細胞會啟動干擾素反應，攻擊所有的 mRNA 並導致蛋白質的合成終止，使細胞呈現死亡。不過，給予細胞類似經切丁瓷處理過的 siRNA, 就能成功引導出 RNAi 的效果。
RNAi 的重要性
RNAi 的重要性可以總結如下。
RNAi 能夠有效防止病毒的感染.. 科學家發現，當病毒感染人體的細胞時，細胞可以對病毒所產生的 dsRNA 進行作用，產生 siRNA, 而使相對應的 mRNA 瓦解，因此 RNAi 可防禦病毒的攻擊以保護細胞。
RNAi 可以藉著沉默跳躍基因來維持基因體的穩定性.. 如果把基因體比喻為高速公路，而跳躍基因是一群不守秩序的機車騎士，在高速公路上竄來竄去，RNAi 就如同交通警察在維持秩序，避免機車騎士造成交通大亂。換句話說，RNAi 機制中的成員如果喪失功能時，跳躍基因就容易活動起來造成基因體的改變。如果沒有 RNAi, 在跳躍基因的作祟下，基因體肯定一點也不穩定。
RNAi 的基因沉默作用可看成細胞內基因體的「免疫反應」。伴隨物種長期演化的累積，將近 50% 的基因體是由外來病毒基因或跳躍基因所組成的。藉著 RNAi 機制的作用，可以幫助細胞抵禦外來病毒的感染並維持本身基因體的穩定。
與 RNAi 類似的機制可以抑制蛋白質合成及調控生物體的發育：在發現 siRNA 所引發的 RNAi 之後，陸續在植物、線蟲、果蠅、老鼠和人身上也發現到許多大小類似的內生性小分子 RNA, 稱為 miRNA。最特別的是，這些 miRNA 具有高度演化保留性，存在於不同的生物體中，有著類似的結構及功能。而具有高度演化保留的分子，往往在生物體中扮演重要的角色，miRNA 就是其中的一種。
miRNA 和 siRNA 最大的差異在於，miRNA 是從髮夾型 RNA 中利用切丁瓷修剪出來的，而髮夾型 RNA 主要是由細胞核內的基因表現出來的。siRNA 和 miRNA 相同的地方是兩者都可降解 mRNA 或抑制蛋白質轉譯，因此 miRNA 在調控基因表達上也扮演重要的角色。截至目前為止，在哺乳動物細胞裡發現的 miRNA 約有 500 種，估計這些 miRNA 可以調節細胞內大約 30% 的基因，而基因調控又是生物體成長發育過程中最重要的一環，其重要性不言可喻。
RNAi 類似機制能保持染色質的緊實以抑制轉錄作用發生：很早以前，科學家就觀察到植物細胞中存在著一種轉錄作用之後的基因沉默現象，可是卻無法給予解釋。在 RNAi 發現之後，證明植物細胞是藉由類似 RNAi 的機制來調節基因活性。另一方面，在酵母菌、果蠅以及脊椎動物等細胞分裂過程中，也都可以發現到類似的 RNAi 機制用於維持染色質的緊密，同時抑制不必要的轉錄作用發生。
目前對於這種現象的分子機制仍然不是很了解，但是可以確定的是，RNAi 類似機制對於維持細胞分裂後的基因體完整性有很重要的貢獻。
RNAi 是檢視基因功能性的新工具：工欲善其事，必先利其器，利用 RNAi 高效率且專一性的沉默作用，可以隨心所欲地抑制特定基因的作用，也可以用來研究所有基因的功能，而且在速度上也很快。繼線蟲之後，這個技術已應用在各種生命體上。RNAi 技術對於基因功能研究的貢獻，不僅用在組織培養的細胞上，甚至在生物體中都可有效應用。
RNAi 在未來可做為基因治療的方法：自從可以利用基因轉殖方式以 RNAi 達到控制生物體內的基因表現後，科學家試著把 RNAi 運用到醫學治療上。目前已經在動物模式中得到很好的結果，甚至在初步的臨床試驗中也傳出了好消息，但實際運用在臨床治療上，還有一段路要走，且讓我們拭目以待。
對基因體研究的貢獻
研究或探討基因功能的方法之一，是把細胞或生物體內的某個基因剔除，或者抑制該基因表現，然後觀察所產生的影響與改變，進而推測該基因所執行的生物功能。另一種方式是從異常症狀的疾病下手，找出造成疾病的問題基因，依此探究該基因所具備的功能。以上的做法都相當耗費時間、金錢與人力。
針對個別基因進行抑制或破壞，再觀察對生物體的影響，進而推敲出基因在生物作用上所參與的功能，這樣的研究模式稱為逆向功能性基因體學。憑藉高效率且高專一的機制，RNAi 技術可以幫助科學家們從事更迅速且有效率的逆向功能性基因體學研究。尤其在人類基因體已解碼的今日，RNAi 更是生物或醫學相關研究人員逐一確認各基因功能的重要工具。藉由整合科學家的研究成果，可以建立有效的 RNAi 序列資料庫以便利各項相關研究的進行。
除此之外，最近科學家發現 RNAi 不只是沉默基因的表現，若 siRNA 作用於基因啟動子上反而具有促進基因表現的功能，這項發現大大地提升了 RNAi 在基因體研究中的彈性與應用性。目前，RNAi 技術的應用已經相當廣泛，不僅是逆向功能性基因體學研究的主要方法，也是一種非常具潛力的基因療法。
在醫學與農業上的運用
在臨床與基礎醫學運用上，RNAi 技術已廣泛應用在生物或醫學相關的研究中。由於許多疾病是基因表現異常所導致的，科學家希望藉由 RNAi 技術，抑制過度活化或突變異常的特定基因，開發出對抗病毒感染、腫瘤形成、神經性病變、心血管疾病、荷爾蒙失調等各種疾病的新療法。目前，利用 RNAi 技術所進行的人類疾病相關研究中，以治療老年性黃斑部病變和呼吸道融合瘤病毒的進度最快。
老年性黃斑部病變與血管內皮生長因子的作用有關，第二期人體臨床試驗的初步結果證實，由 siRNA 所誘導的血管內皮生長因子沉默作用具有劑量依隨效應，也就是對血管內皮生長因子的抑制效果會隨著 siRNA 劑量的提升而增加。此外，抑制血管內皮生長因子接受器表現的 siRNA 也是試驗的項目之一，現在已經完成第一期的臨床試驗，並且有很好的效果。
關於呼吸道融合瘤病毒感染方面，目前已經完成第一期的臨床試驗，參與試驗人數超過百人，是最大宗的 RNAi 治療試驗之一，而且結果非常令人滿意。其他如神經退化疾病阿茲海默氏症、杭廷頓舞蹈症及第二型糖尿病，則還在動物實驗階段。至於病毒部分，也有多項透過 RNAi 技術抑制病毒感染的研究在進行中，分別有愛滋病毒、肝炎病毒、人類皰疹病毒等。種種的臨床試驗結果顯示 siRNA 具有非常好的效用，相信不久的將來就會有 RNAi 相關藥物問世。
農業專家也對 RNAi 技術在動植物病害防治、品種改良等方面的突破，寄予厚望。風味香醇的咖啡是很多人無法拒絕的最愛，但是咖啡因所造成的心悸、血壓上升、失眠等問題卻帶來困擾。目前已經有日本科學家應用 RNAi 技術抑制咖啡因的表現，成功培育出低咖啡因的咖啡樹。依此推演，可以預見未來會有低尼古丁的「安全香菸」出現在世人面前。
可能面臨的問題
RNAi 的價值確實值得寄予厚望，但是它與其他基因科技一樣有必須面對的問題。大致上可以把 RNAi 的啟動分成兩類，一類是採用化學合成的 siRNA, 直接送進細胞內誘發 RNAi 的作用。另一類是以 DNA 載體方式在細胞內表現 siRNA。但是由於 RNAi 作用必須在細胞質中進行，如何把化學合成的 siRNA 或 DNA 載體送入特定人體組織細胞中，是目前臨床應用上面臨的重要課題。
再者，雖然可以利用病毒感染幫忙送入特定的目標細胞中，但這個方法具有一定的危險性。而化學合成的 siRNA 是屬於 RNA 的一種，因此它的穩定性問題也需審慎應對。另外，siRNA 雖然具有高度序列專一性，但仍然有可能發生細胞中所有蛋白質合成被抑制的副作用，導致細胞死亡。RNAi 的機制需要藉由 RISC 去分解 mRNA 來進行的，因此 RISC 的突變或是活性飽和度都是需要考量的問題。還有一點，siRNA 在哺乳細胞中抑制基因的效果有持續性不足的缺點，維持不了多久就會失去作用。
幸好，RNAi 的相關研究進步快速，隨著逐漸了解 RNAi 作用的分子機制，相信很快會有突破性的進展。例如已經有實驗證明，在 siRNA 分子的醣基或骨架上進行化學修飾，可以克服持續性不足的缺點，而使 siRNA 與磷脂質結合，則可以幫助遞送 siRNA 進入細胞內。
仰望著諾貝爾獎光環照耀下的 RNAi 時，不禁讓我們低頭細想，其實早在安德魯。費爾和克雷格。梅洛發現 RNAi 以前，它就已經默默地存在於細胞中，只是我們不知道罷了。那麼回頭看看，地球上的生命在歷經數十億年的演化，肯定還有很多寶藏靜靜「躺在」我們的細胞裡，而這也是科學家們所不容忽視的沉默。
【2006 年諾貝爾生理或醫學獎特別報導】 |
用「心電感應」操縱機器–人腦電腦介面的應用 | 許多中風或車禍受傷的病人，因為意志與肢體之間的聯繫發生故障，所以無法再靠大腦意志自由控制肢體。成功大學醫學系神經科林宙晴教授已研究出用腦波控制開關，未來可能發展出以腦電波控制的機器手臂，只要病人的意識清楚，就可以靠自我的「念力」控制外在的工具，做出自己想要做的動作。
「其實不止病人，一般人當然也可以用機器手臂。」林宙晴教授笑著說。腦電波控制機器手臂的概念可以再繼續延伸，將來能應用在危險的區域或場合，例如核能電廠的遠距操作。也可以應用在戰鬥機的飛彈發射系統，即使雙手正在駕駛飛機，「靠意志一樣可以發射飛彈！」
過去研究人體腦波時通常依頻率把腦波分成 4 種，分別是 α 波、δ 波、θ 波及 β 波。人清醒的時候，腦波主要是對稱的 α 波，δ 波和 θ 波稱為慢波，一般出現在睡眠期間，β 波則是快波，較具多樣性，根據不同情境決定其意義。但科學家之後又發現了 μ 波，人體的手指有動作時，會對 μ 波產生抑制，在手指肌肉收縮、真正產生運動之前，可以用儀器記錄到。林宙晴教授便利用 μ 波的特性設計人腦電腦介面，也就是所謂的「心電感應」。
「現今處理腦波訊號的技術已經比過去進步，從腦波就可以判斷一個人的意圖。」林教授解釋腦波控制的原理，只要把電極貼在病人頭上，或是植入大腦表面，當病人「用力想」某個意圖時，根據電波強度機器手臂就會活動。腦電波相當微弱，很容易受到干擾，因此訓練病人「怎麼想」很重要。但只要經過訓練，病人對於如何想、如何控制機器，很容易就能上手。以電燈為例子，目前他們已研究出用腦電波控制開或關。「希望不久之後可以做到用腦電波控制機器手臂或穿戴式的義肢。」 |
腰腹肥胖的危機 | 你是不是經常長時間坐在電腦前，出門懶的走路，上下樓習慣搭電梯。吃的多但動的少，最後發現，肚子像吹汽球一樣越來越胖，褲子越買越大件，小心腹部的肥胖，可能讓你成為代謝症候群的高危險群。腹部的脂肪，因為它會分泌一些物質，我們講說叫作「脂肪激素」, 那這些所有分泌的東西，它有不同作用的部位。腹部肥胖，腹部的脂肪組織分泌的一些 Adipocytokines 脂肪細胞激素，然後這些細胞激素，再衍生的一些其它的病理的反應，生理病理反應，然後造成代謝症候群，它是一步一步是這個樣子衍生出來的。腹腔是人體裡空間最大的地方，可以容納許多的內臟器官，當然脂肪也不例外。所以一旦攝取過多高熱量的食物，脂肪就會很容易堆積在腹部，附著在內臟周圍，這麼一來，向來負責人體代謝功能的這些器官，就會受到脂肪的阻礙，影響了正常作用，時間久了，就容易出現像是血壓偏高、血糖偏高、總膽固醇偏高等等現象，也就是所謂的三高。代謝症候群與三高有密切相關，當只要符合下列五種症狀中的三種，就屬於代謝症候群的高危險群。代謝症候群它其實是很多個不同代謝的問題聚集在一起，但是我們特別強調腹部肥胖與它的關係，是因為代謝症候群個案，日後發生糖尿病的機會可能比較大，腹部肥胖的人，他高血壓的機會會比較大，腹部肥胖的人，罹患心血管疾病的機會會比較大。隨著年齡增加，身體的脂肪會更容易堆積在腹部，造成中央型肥胖，同時也可能出現代謝的問題，發生糖尿病、高血壓、心臟病甚至中風的機率，更是一般正常人的兩倍以上。所以均衡減量的飲食、每天規律的運動與良好的生活型態，才是最有效的減肥方法。 |
男女大不同 | 男女兩性的行為差異在天真無邪的小朋友身上一覽無遺。小男生對於髒的、破的、危險的總是充滿好奇心。小女生喜歡抱洋娃娃說悄悄話，玩耍一天下來，漂亮的衣服經常是乾淨的。若從身高、體重、體力、血液溶氧量等客觀條件看，或以生病機率、壽命長短做比較，男女兩性沒一處相同。這個世界因為有男女兩性而多采多姿，可是對於男女平等這件事，咱們又該如何落實呢？兩性應該遵循「知所長，避其短」原則，由平等心出發，各盡所能貢獻心力，才有機會做到真正的男女平等。男女兩性生理上的差異的確存在，但這些差異的意義又究竟為何？。
男性較重 力氣比較大
以男女身高、體重、體力和血液溶氧量的比較為例。男性身高比女性高 8~10%, 體重比女性重 10~30%。美國軍方研究發現：男性的上半身力量遠遠超過女性。譬如舉重，男性平均舉重約 120 磅，女性只有一半。男性的瘦肉比較多，身體各處的力量比女性強，有氧容量也比女性高出很多。
教育部體適能資料也顯示：7 歲以前男女兩性沒什麼差別，但到 23 歲以後，男性身高、體重明顯超過女性。對於運動，男性丟鉛球遠遠勝過女性，游泳、跑步也超過女性 10%, 因此男性的奧運紀錄比較優秀。
若從代謝作用以及熱量攝取與消耗分析。在攝取熱量方面，男性比較高，女性攝取的熱量比較容易變成脂肪。在消耗熱量時，男性消耗的碳水化合物比較多，女性消耗的脂肪比較多。男性紅血球裡的血紅素含量高於女性，血紅素的最重要工作是攜帶氧氣到身體各處，如果血紅素含量高，攜帶氧氣支援肌肉收縮或做工的能力也比較高。
1997 年紐約馬拉松賽跑總共有 30,427 人跑完全程，經分析發現：男性的平均速度比較快，但在跑得快的女性裡面，有相當大比率的女性比那些跑得慢的男性跑得快。女性的血紅素量低於男性，耗氧量多於男性，跑長跑注定吃虧，但是跑百米卻不一定，因為跑百米理論上換氣較少，女性可以使用肌肉裡原本儲存可釋放的能量。因此就理論來說，女性跑百米未必一定輸。
綜上所述可知，男性的身高、體重、體力和血液溶氧量比女性略勝一籌。但是男性也非永遠威武雄壯，若從壽命與健康觀點看，女性反比男性略勝一籌。
女性長壽 男性常有不怕死行為
20 世紀以後，醫藥衛生進步神速，死亡率逐年降低。依照我國 2000 年統計，女性平均壽命約 80 歲，男性約 74 歲。然而，無論醫藥如何進步，戰爭是結束生命的最快速方式，戰爭期間的男性壽命只有 20 多歲，但在戰爭結束後男性仍能恢復該有的壽命。比較令人詫異的是，在很多已開發社會中，體型好、體力好、運動強、標槍擲得比較遠的男性，其壽命大都較女性短，而且差距越來越顯著。
男性不如女性長壽的原因很多，譬如因為抽煙、喝酒等不健康行為所造成。又如受到男兒有淚不輕彈的文化影響，男性不輕易吐露心事，經年累月悶在心裡就會影響健康。而且男性經常忘記休息，總是一件事接著一件做，因而易引起冠狀動脈方面的疾病。簡單來說就是，男性不怕死的行為令他們的壽命比較短。
從許多的社會調查數據也可看出端倪，譬如自殺、他殺、肝硬化事件，特別在北美地區，男性是女性的 3 倍。酗酒行為，男性是女性的 2 倍。因為工安意外喪生的，9 成是男性。因為行為不檢點被逮捕者，男性是女性的 5 倍。駕駛休旅車而出事的，男性是女性的 2 倍。甚至閃電時因好奇出外觀看而被雷擊中的，男性是女性的 2 倍。而電影中「大口乾杯才像男人」的畫面，更是縮短男性壽命的殺手。反過來看，因為重視健康定期到醫院做檢查的，女性是男性的 2 倍。
疾病有性別差異
女性為何比較長壽呢？就算不談意外、兇殺、自殺、雷擊事件，只從統計上看，仍無法完全解釋女性長壽的原因。
許多調查資料顯示，男性得到冠狀動脈硬化導致心血管疾病的，超過女性 1.5 倍。心血管疾病是因為血管變質、鈣化、堵塞，使得血液無法通過而產生，嚴重時會導致中風與心臟病，這種疾病每個人都可能發生，但是女性在 55 歲以前很少因為中風而死亡。
據統計，女性在 55~64 歲得到心血管疾病的機率會趕上男性。而 65 歲以後，女性心血管疾病的增加率與死亡率和男性一樣。為什麼男女會有差別呢？是不是 55 歲以前女性受到某種機制的保護，但在 65 歲以後就失去了。這顯示女性激素可能扮演一個角色。
引起心血管疾病的原因大都與血管內膜有關。1998 年諾貝爾生理醫學獎得主伊格那洛 (Louis J. Ignarro) 等人證實:「血管內膜細胞會釋放一氧化氮 (NO) 以控制血管收縮，其機制是因為一氧化氮可令平滑肌放鬆，促成血管鬆弛。」而在許多實驗中發現，雌激素能增加一氧化氮的產量，在動物實驗中也發現，雌激素能降低血管傷害的疾病。於是人們開始揣測，或許雌激素就是保護女性的機制。只是到目前為止，科學上對於雌激素所扮演的角色並不很清楚，但可以肯定疾病確實具有性別差異。
例如會直接在 X 染色體上發生的疾病，母親比較少發病，兒子比較容易發病，這可能與兒子只有一個 X 染色體有關。又如在約 8 到 10 個國家的大規模研究中發現，憂鬱症發生率女性多於男性。再如女性有乳癌，男性有攝護腺問題。但是即使男女兩性發生同樣疾病，仍會出現不同的發生率、不同的症狀、以及不同的進展。因此治療男女兩性的同一種病症時，應給予不同的治療方法，更何況男女兩性對於藥物的反應也不相同。
藥物反應 男女有別
女性對於止痛劑 acetaminophen 的代謝速率只有男性的 60%, 若是劑量相同，對女性而言相對偏高。美國女性對於藥物的不良反應 (adverse drug reaction) 是男性的 2 倍，可是之前美國的藥物開發測試大都只針對男性。當然醫學研究排除女性也有其道理，因為在停經前生病的女性比較少，要找到足夠的人做研究並不容易。而且荷爾蒙有周期性變化，在實驗上多了一個變數，加上實驗藥物會對胎兒產生作用。然而這些因素應該可以努力克服控制，而非放棄對女性的藥物測試。
整體來說，女性較常與醫護人員接觸，如產前檢查、生產、避孕、停經等，這些症狀不是疾病，但是仍要與醫護人員互動，然而大多數的醫療體系卻是由男性掌控。
1970 年，避孕藥的開發研究相當熱門，美國參議院召開避孕藥聽證會，邀請許多專家證人，可是沒有一位女性。因而有兩位女性跑到國會抗議，這條新聞上了全國電視網，爾後在 1975 年形成蓬勃運動，總計約有 2 千個婦女健康團體參加。美國藥物衛生管理局為回應輿情而修改規定，經數次修正後，最新規定是：男性女性都要做新藥測試，若不如此，就要停止新藥開發的大規模研究。
現今設計分析所有與健康有關的研究時，性別是一項相當重要的基本生物變數。因此醫學上研究婦女健康的重點，已經逐漸從解剖及生殖系統的研究，轉到荷爾蒙如何在不同系統裡發揮不同作用的研究，譬如「激素如何調控大腦發育」的研究就是一例。
照顧孩子 女性貢獻大於男性
兩性對於家庭的貢獻程度也不同。一般看法認為：原始部落男女兩性的工作分配滿平均的，男性負責狩獵，女性負責採集澱粉類食物。男性決定製作何種武器，女性決定去哪一個地區採集食物。男性決定紮營地點，女性決定房子怎麼蓋。比較主流的看法認為：原始部落裡的兩性角色不同，但是貢獻滿相近的，大體說來很平等。可是有人有不同看法，他們認為男性似乎以取得較多卡路里的方式來彌補對家庭貢獻比較少的情況。這樣的貢獻真的平等嗎？猶他大學的一位人類學教授霍克跑到巴拉圭北方，在印地安人部落做了多年觀察發現，男性雖然帶回卡路里很多的獵物，但是有一半以上的時間會空手而回，即使帶回了獵物，還要分一部分給族人。女性採集澱粉類食物、摘堅果、抓昆蟲，平均下來，女性帶回食物所含有的卡路里多過男性。其實男性只需要在住家附近挖地瓜，抓一些昆蟲的蛹，就可以帶回很多含熱量的食物，為何一定要出外打獵呢？後來發現，打獵比較成功的男性在部落裡的性伴侶比較多。
另在照顧孩子方面，哺乳類女性的貢獻遠大於男性。從投資角度看，女性的卵子比精蟲大很多，在懷孕時胚胎要從媽媽身上取得養分，生育後的哺乳也非常耗能量，可是繼續生育後代的機會女性卻不如男性。就女性照顧孩子的貢獻大於男性這件事來說，對女性最大的利益是：可以確信孩子是自己生的。對男性來說，他們比較無法確認孩子是不是自己的。
現代男女 並無太大差異
成長過程中的兩性差異，有先天 (與生俱來與荷爾蒙) 和後天 (教育與環境) 的分別。譬如女孩對其他人比較有興趣，男孩對事物比較有興趣。女性著重橫向連繫，重視合作與分享；男性要競爭，要在族群中爭取地位，勝利是他們唯一的標準。
在學習態度上男女兩性也不相同。例如，雌猩猩很早就願意花很多時間學習用樹枝捉白蟻，牠所使用的工具長度與方式和猩猩媽媽很相像。雄猩猩卻不認真學習，經常拿樹枝亂搞。不過對於空間記憶的掌握，15 歲以前的雄性表現的比較好，20 歲以後就沒有性別差異。
在了解數學概念的能力上，男女性是相等的；但在成績表現上，高中男生比較好。整體而言，男女兩性在數學能力上並無差異，即使有差異也非常小，而且不一定是先天的。在政治議題上：對於減少貧富差距、照顧弱勢等議題，女性同意度高過男性；對於男女平等和同性戀權益等議題，女性同意的比率高過男性；贊成抽大麻合法的議題，男性多於女性。
學術上對於性別差異的看法，有先天派、後天派，也有中間派。2005 年美國心理學家海德女士的性別相似假說認為，我們可能過度強調性別差異，其實許多可以辨識的特質，如認知能力、語言溝通、侵略性、領袖特質、自我評價、道德推理等，男女兩性之間沒有明顯差異。
總結來說，性別差異有可能存在，但是不要令差異或環境成為自我設限的因素。居里夫人對女性朋友說過一句話:「我們要出人頭地非常困難，我們一定要有毅力，要有自信，要很努力去達到我們想要的。」現代社會的標準是一致的，男女兩性已無特別明顯的差別，如果一直強調性別差異，有可能形成刻板印象，也可能讓人亂貼標籤，對女性不一定有利。男女兩性就像地球的兩面，但是畢竟只有一個地球，我們應該善加利用各自長處，各盡所能，共同努力。 |
藥用及保健植物:海藻–來自海洋的保健藥草 | 海藻的藥效
海藻是指生長在潮間帶及亞潮間帶肉眼可見的大型藻類，通常包括綠藻、褐藻及紅藻三大類。在古代中國及日本就有利用海藻做為食物的證據，古醫典包括《本草綱目》、《本草經集注》、《海藥本草》及《本草拾遺》等都有用海藻治療各種疾病的紀載。
例如常見的石蓴及礁膜藻具解熱及治咳嗽、痰結、水腫及泌尿不順等用途；海帶及馬尾藻除可治甲狀腺腫外，也有降血壓、血脂、血糖及抗凝血功用；紫菜具有預防高血壓，抗衰老及延長壽命的效用，《本草綱目》提到「凡癭結積塊之疾，宜常食紫菜......」; 麒麟菜則能治支氣管炎、氣喘及化痰結，動物實驗也顯示其具降低血清膽固醇含量的作用；鷓鴣菜及刺松藻有驅蛔蟲的功效。此外，尚有許多種海藻依其化學成分不同而有不同的藥理作用及臨床用途。
海藻也是印尼及其他東南亞國家的傳統藥材，用於退燒、治咳，以及治療氣喘、痔瘡、流鼻涕、腸胃不適及泌尿疾病等。日本人喜歡食用海藻，以加強身體抗癌、抗腫瘤的能力，且可有效改善糖尿病症狀及紓解緊張壓力。
海藻中的胺基酸及脂肪酸
一些食用海藻如紫菜、掌藻、石蓴及石髮等有較多的蛋白質，約為藻體乾重的 20~39%。海藻含有二十餘種人體必需的胺基酸，重要的是大部分種類都有含硫胺基酸，如牛磺酸、甲硫氨酸、胱氨酸及其衍生物，每一百克乾重藻體的含量約在 41~72 毫克之間。除母奶、雞蛋及豆類含多量的牛磺酸外，一般陸上食物蛋白質的含硫胺基酸大都不足或缺少，攝取不足時，會影響人體健康。
牛磺酸和心跳、腦化學及神經細胞的正常調控及視力有關，甲硫氨酸及胱氨酸則能螫合重金屬，其硫與氫結合成氫硫基而有去毒作用。牛磺酸又有助於脂肪的消化，抑制血液及肝臟膽固醇含量的增加，對高膽固醇患者有改善作用。紅藻的含硫胺基酸普遍較綠藻及褐藻多；紫菜、石花菜、海帶、石蓴及角叉菜等含牛磺酸量很高，每一百克藻體乾重的含量可達四百毫克；甲硫氨酸及胱氨酸則在石蓴、松藻、滸苔、蜈蚣菜、紫菜、軟骨藻、環節藻、海帶及墨角藻等有較高的含量。食用這些海藻可提供人體需要的特殊胺基酸。
海藻的脂肪酸量很少，約占 1~5%, 但有些特殊脂肪酸對人體健康有很大的影響。海藻除含有少量動物及高等植物常見的棕櫚酸、肉荳蔻酸、月桂酸及硬酯酸等飽和脂肪酸外，大部分為不飽和脂肪酸，如海帶、羊栖菜及裙帶菜含有油酸、亞麻油酸及次亞麻油酸。後兩者是人體必需的不飽和脂肪酸。
一般而言，紅藻比綠藻及褐藻含較多的高度不飽和脂肪酸，尤以 20 碳 5 烯脂肪酸 (EPA) 較為多見。根據分析，紫菜、海帶、翅藻及其他海藻含有較多的 EPA, 這種脂肪酸通常在深海魚類的魚油中含量較多，除可幫助降血壓、心跳及紓解壓力外，也可以抑制血液膽固醇含量上升及血小板凝集，防止血栓形成及心肌梗塞，對循環系統疾病有預防作用。
海藻中的無機元素
海水含有 45 種以上的無機元素，而海藻生長在海水裡，每天吸收無機元素做為營養成分，因此海藻會比陸上植物含有更多種及多量的天然無機元素，可以提供人體所需。
海藻的無機元素中以鈉、鉀、鐵、鈣含量最多。鐵是血紅素的成分，缺鐵是造成貧血的原因之一。鈣是形成人體骨骼及牙齒的成分，也是維持細胞膜正常功能所需；但鈣每日會有流失，因此必須補充，尤其孩子在成長期更是需要。許多海藻如蕨藻、龍鬚菜、沙菜、指枝藻、團扇藻及網地藻，含多量的鐵、鈣，可以從中攝取以補充不足。再如人體缺少碘會造成甲狀腺機能異常，而海帶含有多量的碘，可以提供所需。
有些海藻含有較多量的鎂，此元素可以紓解壓力，避免因緊張引起心臟病。海藻含有微量的銅、鋅及錳，此三微量元素在人體內過量會造成中毒現象，但在肝臟中若無法維持適量，則會導致肝臟受損。銅也能影響鐵的吸收，而錳和血糖量及癲癇病的發生有關。人體若缺乏上述主要及微量元素時，就需要適量補充。平日多攝取海藻就可以補充各種無機元素。
海藻中的維他命
當人體某種維他命不足或缺乏時，就會引起代謝失調或疾病。海藻含有多種維他命，主要的有維他命 B12、C 及 E、生物素及菸鹼酸。人體維他命 B12 不足會導致長期疼痛、貧血及疲勞，甚至精神異常；這種維他命在海藻中的含量雖然不多，但廣泛地分布在各種藻類中。維他命 C 和人體敗血病、癌症、心臟病、體重減輕等 70 種以上的病症有關；許多海藻，如甘紫菜、網翼藻、裙帶菜及滸苔等，含有豐富的維他命 C, 可達 3~10 毫克 / 克藻體乾重，並不遜於許多蔬菜、水果。
維他命 E 和治療人體 45 種以上疾病有關，包括皮膚、肌肉、聽力、視力、癌症及心臟病等問題，此種維他命能保護肝臟，避免因過度疲勞而損害；一般海藻體內的維他命 E 含量約在一百微克 / 克藻體乾重以下，但在墨角藻則高達六百微克 / 克藻體乾重以上。維他命 C 及 E 又具抗氧化作用，可阻止不飽和脂肪酸遭受過氧化物攻擊。
菸鹼酸亦廣泛存在於各種海藻中，在治療關節炎、偏頭痛及失眠上有其用途。海藻也含有生物素，有助於調整脂肪的代謝作用。有些海藻還含有維他命 B1、B2、D、A 及 K, 這些微量維他命也有其特定功能。
海藻中的食物纖維
食物纖維是具有多醣類結構的大分子，是構成海藻細胞壁的主要成分，也多分布在細胞間隙中。紅藻及褐藻含有豐富又多種的食物纖維，且大部分是水溶性。纖維的含量及結構因海藻種類而有不同；綠藻的纖維成分和陸上植物大致相同，主要是纖維素，但紅藻中是洋菜、角叉藻聚醣及布糊，褐藻中是褐藻酸、褐藻聚醣及海帶醣。一般海藻的纖維量約為乾重的 30~65%, 遠大於豆類、五穀類、蔬菜類及水果類的平均含量。
食物纖維在人體保健上有何用途？舉動物實驗為例，在飼料中加入褐藻酸，可改善老鼠高血脂症狀，並抑制血液膽固醇含量的增加；角叉藻聚醣及洋菜能與膽固醇結合，可以調控血糖量。因此，適度增加海藻纖維的攝取量可以降低血壓、血液膽固醇及血糖量，對心臟、血管的正常規律有幫助，並預防癌症發生。此外，海藻食物纖維進入人體胃腸後，因吸收水分而膨脹，容易造成飽足感覺，避免攝取過多食物而造成肥胖，並達到減肥保健效果。食物纖維在人體內又能幫助消化及促進廢物排泄，避免體內有害細菌的生長，具整腸作用。
海藻中的多醣類
在海藻中具有增強免疫力及抗癌活性的物質，屬特殊多醣類、蛋白質、脂質、色素及低分子物質。在傳統的中藥裡，幾種褐藻經烹煮之後可用來預防及治療癌症，這種熱水抽出物主要成分是多醣類。
海藻富有食物纖維，這些纖維屬硫酸多醣或酸性多醣之類的物質，除有前述食物纖維的功能外，有些也有抗癌活性。紅藻的角叉藻聚醣是硫酸鹽化半乳糖的聚合物，此多醣類具有增強免疫力及抗癌的活性；角叉藻聚醣主要來自角叉藻、杉藻、麒麟菜、沙菜及銀杏藻。紫菜醣及布糊也都是具抗癌活性的硫酸化多醣類，前者來自紫菜，而後者主要是海蘿的半乳糖聚合物。
褐藻的褐藻醣是海藻的抗腫瘤及抗凝血活性成分中，研究得最多的一種化合物，實驗結果顯示此單醣可抗腫瘤及延長小老鼠壽命；許多種褐藻，如裙帶菜及馬尾藻的褐藻聚醣，同樣能抑制腫瘤及增強老鼠的免疫抗體機能；褐藻酸是褐藻細胞壁的主要成分，其抗癌活性，和所含的甘露糖醛酸及古羅糖醛酸成分有關。有人認為海藻聚醣的抗癌機轉可能和吞噬細胞及干擾素活性增強有關，因而間接地誘發細胞蛋白質的免疫反應及影響淋巴細胞的活性。
海藻中的蛋白質
海藻含有一種特殊的蛋白質稱為親醣蛋白，它對特定醣類具有親和性而與之非共價結合。親醣蛋白和細胞膜糖分子結合後會造成細胞沈降現象，因此是一種凝集素。親醣蛋白普遍存在於陸上動植物及微生物中，尤其在豆科植物種子裡更是豐富。親糖蛋白藉其辨識醣類的特性，在生物的防禦、生長、生殖、營養儲藏及生物共生上扮演重要角色。親醣蛋白也可應用於血球分離檢測，藥物載體、免疫抗體的產生及抗癌藥物的醫藥用途上。
海藻含有凝集活性物質是在一九六六年才被提出，隨後的研究發現海藻的親醣蛋白不但可以凝集紅血球、腫瘤細胞、淋巴球、酵母、海洋細菌及單細胞藍綠藻，也能促進小老鼠及人體淋巴球分裂作用。一些紅藻如盾果藻、龍鬚菜、紅翎菜及旋花藻的親醣蛋白便具有這種作用。海藻親醣蛋白能激活淋巴細胞，因而和免疫機能有密切關聯。
隨後的研究陸續發現有些海藻親醣蛋白能抑制腫瘤細胞的增殖，如抑制白血病細胞株及老鼠乳癌細胞的增長。又如將海藻親醣蛋白予以染色並結合在癌細胞上，便可以診斷或追蹤人體內癌細胞的分裂及轉移情形。國內外將海藻親醣蛋白應用在人體保健及醫藥方面的研發，多數尚在開始的階段，不如多醣類成熟，有待積極研究開發。
可預期的是海藻親醣蛋白未來在免疫系統機能診斷、腫瘤形成及轉移診斷及其他臨床應用上，具有很大潛力。惟首先應加強海藻活性種類篩選，進而分離純化親醣蛋白，並分析其生化特性及構造，以供後續研究及擴大未來應用，提高其在醫藥及保健上的價值。
海藻中的抗氧化及抗癌色素
海藻體內的脂溶性物質也具有抗癌活性。以氯仿及甲醇混合萃取或以酒精、甲醇、乙醇、醋酸及氯仿等有機溶劑分別萃取，並經透析後的低分子物質能對植入老鼠腹腔的腫瘤產生抑制作用。抑癌的活性有的來自萃取物裡的溴酚類化合物，如多管藻、巨囊藻、海帶和馬尾藻便是，或是來自固醇類物質。不論如何，海藻脂溶性抗癌活性物質主要還是來自類胡蘿蔔素。
海藻含有豐富的類胡蘿蔔素，除有抑制癌細胞的活性外，其清除活性氧及他種自由基的能力並不亞於陸上植物，例如紅藻的石花菜、多管藻、紅皮藻及褐藻的墨角藻及馬尾藻等都是。清除自由基可避免不飽和脂肪酸、蛋白質及核酸遭受攻擊，減少多種疾病的產生及減緩人體老化的速率。海藻的類胡蘿蔔素中以 β- 胡蘿蔔素及褐藻黃素最為重要。從滸苔、甘紫菜、昆布、裙帶菜及馬尾藻萃取出的類胡蘿蔔素除具抗氧化作用外，還可抑制老鼠癌細胞發生，這和抑制癌細胞的促進因子有關。褐藻黃素及其衍生物也具有抗細胞突變及抗腫瘤的活性。從而海藻的抗癌研究轉向朝癌細胞發生前的保健預防方向考慮。
在一九八○年代就有人提出 β- 胡蘿蔔素具有防癌效果的報告，許多人也開始注意到海洋藻類 β- 胡蘿蔔素的防癌效果。如海洋單細胞藻類的杜氏藻含有豐富的 β- 胡蘿蔔素，能對抗十二指腸癌。有趣的是，將市售的海藻粉末添加在飼料裡也能對老鼠的誘發性腸癌及乳癌產生抑制效果，其中以紫菜類最為顯著，這是因紫菜及其他海藻含有多量的 β- 胡蘿蔔素。由此可見，未來海藻的天然色素應用在預防癌症的發生是值得期待的。
多吃海藻有助保健
根據統計，在目前利用到的三百多種海藻中，同時可作為食用、醫藥及保健用途者，僅約十分之一而已。因此，除上述舉例的海藻種類外，還有相當多的食用種類，甚至傳統工業用藻類，可以研發應用於人體藥用及保健用途上。但海藻的營養成分和抗癌及增強免疫活性能力，往往因種類不同而有很大差異，再者，也受到生長環境的影響，因此不能一概而論。
最近十年來，日本、大陸及一些歐美國家，積極地研究並陸續發現，許多海藻含有特殊且有保健及醫藥價值的新成分及新用途，部分已開發成保健食品或抗癌藥物，進入臨床試驗階段。可預期的是海藻蘊藏許多可以保持人體健康、青春、不老化的物質，有待去挖掘應用。國內海洋生物資源的生技應用已逐漸受到研究機構及民間的重視，但必須持續加強投資研究才能開花結果。基於海藻的有效營養價值及預防疾病的保健功效，國人可將海藻與蔬菜、水果同列為日常保健必要食物。 |
新媒體,新生活(五):網際網路與公共領域的實踐 | 2013 月 12 日台灣雅虎 (Yahoo!) 新聞公布年度十大新聞，食品安全、廣大興漁船槍殺案、大埔事件皆入榜，這些新聞，不僅是新聞媒體的聚光燈所在，也成為日常生活中民眾茶餘飯後的話題，更進一步延伸至網路世界，在網路論壇、社群網站上引起網民們的熱烈討論，也維持媒體報導的熱度。同時，阿拉伯之春靠著行動通訊設備、以及社群網路，便匯集足以推翻政府的巨大力量，讓人不禁期待，網路、行動通訊、以及社群網站等新媒體，是否能夠促進言論自由，實踐德國社會學家哈伯瑪斯 (Jürgen Habermas) 所提出的「公共領域」(public sphere) 概念。
而什麼是公共領域呢？這個概念最早可以追溯至古希臘時期，根據哈伯馬斯的理論，公共領域是「政治權力之外，作為民主政治基本條件的公民自由討論公共事務、參與政治的活動空間」, 也就是介於國家 (state) 與社會 (society) 之間的一種公共空間，在這個空間中所有公民以社會利益為出發點，自由發表言論、對談，而不受國家的限制，如 18 世紀的沙龍、咖啡廳等。哈伯瑪斯認為公共領域的形成有三個要素，包括：參與成員皆平等、討論的議題沒有任何侷限、以及參與成員包含各種身份。
作為新媒體，網際網路與社群網站，其所擁有的特質被認為擁有成為公共領域的潛力。首先，網際網路同時具備跨地域、以及及時性的特質，2013 年波士頓馬拉松爆炸案發生時，許多民眾不是透過主流媒體的揭露，而是經由社群網站獲得消息，同時於網路上傳散、討論這則消息。
同時，新媒體的「互動性」, 讓使用者藉由新媒體，能與來自世界各地的網民們互動，符合公共領域中成員參與、彼此發表言論的特質。此外，網際網路是「去中心化」的媒介，打破以往資訊傳播由上而下的過程，網路使用者間人人平等，能夠自由傳遞任何訊息，以「多對多」的方式討論議題，能夠促進言論自由。
最後，網際網路、社群網站等新媒體是所有使用者所共享的社群，藉由網民們的積極參與與組織，能夠促成「審議式民主」(deliberative democracy) 使其具備成為公共領域的潛力。台灣近期一名洪姓下士之死，在各大媒體廣受報導，最終讓 25 萬網民們集結上街頭遊行，為正義與真相發聲，打破了普羅大眾「萬人響應，無人到場」的既定印象，靠的就是網路論壇的動員。
自 2010 年起，一把名為「革命」的火，從突尼西亞燒到埃及，蔓延至整個阿拉伯世界，成為人們所知的「阿拉伯之春」, 動員如此強大力量的竟然是「社群網站」。爲死者哀悼的粉絲專頁 5 分鐘之內便有超過 300 名成員，短時間內突破 10 萬人次，有民眾利用社群網站在政府出動警察鎮壓時更新社群網站的動態，對其他人發出預警，或者是登上大廈樓頂拍攝鎮壓畫面及時上傳，社群網站頓時代替主流媒體，成為當地民眾與世界獲得第一手資訊的方式，也成為世界網民關注、討論的重要事件。而在埃及總統穆巴拉克 (Mubarak) 政權倒台前，在社群網站推特 (Twitter) 上埃及政府的相關討論較平常增加了十倍之多，而 Youtube 上關於埃及政治評論影片，前 23 名熱門影片吸引超過 500 萬全世界網民觀看。
透過網際網路以及社群網站，一舉推翻數十年的獨裁政權，新媒體向世人們展現公共領域的力量 。有學者樂觀地認為，網際網路空間將可望形成一個數位世界村 (digital global village), 公共領域將如同一個世界廣場，廣納世界不同人，以理性為基礎自由交流各種議題。同時卻有學者表示，網際網路使用者傾向尋找與自己想法相近的資訊，失去公共領域交流的機會。
若想在新媒體上實踐公共領域，則有賴於各國政府消弭「數位落差」(digital divide), 降低資訊科技的近用門檻，讓全世界的民眾都有能力使用資訊科技，利用新媒體參與公共領域中的各項討論。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─網路科技、電子商務與創業，以及虛擬社群和社交網路」執行團隊撰稿 / 2013 年 12 月)
責任編輯：李雅靖│國立中山大學傳播管理研究所 |
4G,WiMAX與LTE | 最近，隨著 4G-LTE 執照進入審查階段，包括 LTE、WiMAX 等名詞都頻頻曝光，政務委員張善政表示，台灣先前投入 WiMAX 無線寬頻，就電信服務業的角度，在 4G-LTE 的發展慢了一步，讓台灣失去先機，未來不排除提早發展 5G。到底這些名詞是什麼意思？請聽科學三分鐘，與您分享今天的主題：4G,WiMAX 與 LTE。
男:「哎，網頁怎麼還沒打開。這什麼 3G 服務，慢得要死，真希望早點升級成 4G!」
女:「好吧，給你密碼，你可以用我家的 Wi-Fi, 密碼是我的生日。」
男:「說到這個，我才想抱怨哩。3G 慢成這樣，跟廠商宣傳的速度簡直差太多了，妳說是不是......?」
所謂 3G、4G 和 5G, 都是「行動電話通訊標準」的簡稱，3G 是第三代，4G 是第四代，依此類推。
這個標準不斷升級的理由，當然是為了藉由通信設備與技術的提升，讓生活更便利，創造商機。從過去，人們只要求手機通話清楚不斷訊，到現在用手機上網，傳輸各種檔案，就需要更快的傳輸速率。不過就消費者的使用經驗來說，卻總是有「手機上網比較慢」的感覺，為什麼呢？可能的答案是這樣的，比方說，依照國際電信聯盟訂立的 3G 標準，傳輸速率必須達到每秒 200 kbits 的峰值。
所謂「峰值」, 意思就是最大值。以 3G 為例，每秒傳輸 200 kbits 的資料，是它的最大傳輸速率，而電信業者也提出 3.5G 或更高傳輸速率 3.75G 的系統，可以提高每秒傳輸量，甚至達到 14 Megabits。然而，如果附近的基地台很少，或是電波被干擾，傳輸速率就達不到業者標榜的最大值。
那麼，國際無線電信標準對 4G 的要求有多高呢？它的傳輸速率對於行人與不在移動中的終端來說，峰值達到每秒 1 個 Gigabits, 比 3G 高出很多，就算平常傳輸速率達不到最大值，只要基地台的佈建達到一定的密度，使用者密度低，是有可能跟家用固網上網下載的速度相提並論。
但是現在許多國家，在市場上已經布建的無線網路：WiMAX 跟 LTE 的實際傳輸速度，尚未完全達到這個 4G 標準，一般只有理論上的最高峰值速率大概 50 Megabits, 實際上最高不過 10 Megabits。而預期發展中的 WiMAX Release 2 與 LTE-Advanced, 才能夠達到 4G 標準的最高速率。因為南韓已經搶先推出高速的 LTE-Advanced 服務，所以才有人說，南韓的 4G 感覺跟我們在家上網一樣快。
由於購買頻譜與建置移動通訊系統的成本很高，當年發展 3G, 當應用和市場不夠成熟的條件下，甚至間接造成歐洲許多電信業者財務困難。因此，在投資發展 4G 的時候，選擇比較好的系統就非常重要。因為世界各國電信業者，都已經有 GSM 2G 和 UMTS 3G 的系統為主流，而 LTE 4G 可以與前一代的系統共用同一基站台的硬體，而終端也都互相支持 2G/3G/4G, 造成 LTE 的成本比較便宜，也讓 LTE 比 WiMAX 更受歡迎，使得全球的硬體跟系統廠商，紛紛選擇發展 LTE 技術，讓它成為主流。
當然，台灣投入無線寬頻 WiMAX 的發展，可說帶動了台灣通信技術的上升，也讓製造業獲利。但從電信服務業的角度來看，LTE 才是世界的潮流，台灣必須快步跟上。政務委員張善政也表示，要讓 WiMAX 業者合情、合理、合法地轉換為新的 4G -LTE 技術。
至於目前在實驗階段的 5G 技術，其實還沒有訂出標準，不過它比 4G 快了數百倍，以傳輸一部高畫質電影為例，可能只要花一秒鐘。如果台灣能搶先發展，並把成本壓低，就能增加台灣產業的競爭力。
今天的科學關鍵字，就是
4G 和 LTE
您可以透過關鍵字，進一步查詢或做延伸閱讀。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-07-21 16:55:00 播出 |
大王蓮靠浮力載重嗎? | 大王蓮是荷池裡常見的植物，與一般蓮花相較，大王蓮除了葉子超大之外，其承載重量的能力也遠大於一般蓮花，是什麼原因造成這種結果呢？水黽是水塘裡常見的小昆蟲，在水面上滑行的能力令人難望項背，這又是什麼原因？兩者之間有關聯嗎？大王蓮的載重能力
比重比水輕的東西，例如木頭，會在水中半浮沉，這是眾所周知的事。在鐵公路運輸尚不發達的區域，伐木業常會利用河流運送木頭到下游地區。在臺灣，颱風過後，漂流木淤塞漁港時有所聞，也是因為漂流木比水輕。在古老的傳說中，甚至有一則達摩禪師一葦渡江的故事，您相信嗎？臺南縣白河鎮是蓮花的故鄉，蓮花是鎮上非常重要的產物與象徵。鎮上居民為了蓮花文化的多元化，特別種植遊憩用的大王蓮供遊客賞玩。當地荷農在大王蓮上放置一個壓克力圓盤，供民眾體驗「站」在水上的感覺。
一般而言，大王蓮的直徑可達 1.5 公尺，至少可以承載體重 60 公斤的人。依據阿基米德的浮力原理，物體所受的浮力等於其所排開的液重。當物體在液中靜止不動時，其重量等於所受的浮力。若忽略大王蓮與壓克力圓盤的重量，則大王蓮上體重 60 公斤的人所受的浮力是 60 公斤，相當於 0.06 立方公尺水的重量。換句話說，大王蓮只要下沉 3.4 公分，就可以靠浮力支撐體重 60 公斤的遊客。3.4 公分的下沉量雖然不大，卻容易由視覺觀察出來。
但事實上，現場觀察顯示，體重 60 公斤的人站上去，並未讓大王蓮有明顯的下沉。因此可以推論，浮力並非大王蓮承載人體體重的唯一力量，那麼還有什麼力量呢？不能小看的表面張力
有時候我們會在池塘或水窪中看到一種能在水面自由滑行的小昆蟲，這種昆蟲叫做水黽。它有 6 隻腳，成 3 對：最前面的一對較短，職司捕食；中間的一對較長，負責滑行；尾端的一對，具剎車與轉向的功能。這種昆蟲是如何浮在水面、用什麼方法在水面輕鬆自在地滑行呢？牠與前面所介紹的大王蓮有關係嗎？若把視野拉近，大王蓮與水黽有個共通點，就是都浮在水面 — 水與空氣接觸的界面上。這個界面上有表面張力的作用，與地球的重力相較，重力不需接觸而作用在整個物體上，表面張力則需靠接觸且要有界面才能作用。
由於沿著與作用線垂直的方向施力，就可拉開成一個作用面，而力量與位移的乘積是功，功是一種能量的形式，因此表面張力也可說是單位面積的表面能。因為最小的表面能量是一種平衡的條件，所以水滴會呈現圓球狀，而肥皂泡泡的形成也與表面張力有關。水黽就是利用水的表面張力，讓自己浮在水面上的。
表面張力不是浮力，需要界面的存在，因此水黽必須避免弄濕牠的腳，所用的方法就是製造一個疏水的表面。在蓮花的葉面上滴一滴水，水滴會在葉上滾來滾去，這就是所謂的蓮花效應，是水的表面張力與蓮葉表面因奈米結構所形成的疏水特性所導致的。
水黽在水上滑行所牽涉到的表面張力效應顯而易見，那麼大王蓮呢？除了水翼船靠升力浮在水面之外，浮體大都是靠浮力或表面張力。大王蓮因為不動，所以沒有升力，若不完全靠浮力，而與表面張力有關，那麼表面張力的作用是從哪裡來的呢？若把鏡頭拉近，可看到它與一般蓮花不一樣的地方，就是它的表面有數目甚多的小小突起。若把大王蓮的葉面翻轉過來 (翻轉葉面時必須小心，因為大王蓮背面長了許多保護自己的銳利小刺), 可以看到支撐荷葉的荷梗由中央呈網絡狀往外延伸，且形成一個個四邊形的小氣室，這些小氣室提供了表面張力作用所需的界面。由於小氣室的數目很多，所以大王蓮能夠支撐相當大的重量而無明顯的下沉，這不得不令人讚嘆大自然的神奇！水黽如何滑行
水黽的英文名稱叫作 water strider, 即水上滑行者的意思。一個令生物學家好奇的問題是：水黽如何在水面滑行？在西元 2003 年美國麻省理工學院的研究人員解開水黽在水上滑行的謎題前，學術界一直認為水黽是靠其足在水面產生表面波，藉由波的反作用力而在水面滑行。然而，這種解釋需要水黽的足快速划動才行！但是因為水黽的足頗長，根本無法快速划動。可是，水黽卻可輕易地在水面滑行，其極速可達每秒 150 公分，頗為驚人。若水黽身長以 3 公分計算，150 公分相當於 50 個身長！試想，如果人類游泳的速率可達每秒 50 個身長，那會有多快？水黽在水面滑行的問題一直困擾著學術界。
仔細觀察水黽滑行時的水面圖像，可以發現水面有許多成對的渦漩 (vortices)。這些成對渦漩的旋轉方向是相反的，水黽就藉著這些反向旋轉渦漩所產生的推力，輕鬆地在水面滑行。
讀者也許會覺得奇怪，自然界這麼多的現象，為何有人獨獨鍾情於水黽？這除了人各有所好的特質外，大概就是凌波虛渡的夢想了。人類因為夢想能像鳥類般在空中翱翔，雖然經過無數次的失敗仍無法在人的身上裝上翅膀起飛，卻因此而有了飛機的發明；因為希望在海中航行，所以有了船舶與潛艇。那麼水面呢？如達摩禪師渡江的傳說，可能嗎？美國麻省理工學院的研究人員在了解水黽的滑行原理之後，就模仿水黽做了一種機械水黽 (robostrider)。儘管機械水黽遠大於真實水黽，其滑行能力也遠較真實水黽低，然而這個機械水黽確實能浮在水面上。仿照生物一直是人類的一個夢想，這一研究領域稱為仿生學。有了機械水黽這個開端，說不定日後真的可以做出媲美真實水黽的水上仿生機器人。
表面張力的應用
由前面介紹的大王蓮與水黽，可略窺表面張力的特性。其實表面張力在工業上的用途也蠻多的，尤其是當一件東西的尺寸小到重力不再是主導力量時，表面張力的影響更是舉足輕重，也是微奈米等級的材料自行組裝 (self-assembly) 的重要力量。
電子書就是一個可以利用表面張力來顯示文字與圖像的例子。它利用一種「電潤濕 (electrowetting) 顯示技術」, 主要用外加電壓來改變液體的表面張力，透過約 20 伏特外加電壓的作用，就可得到相當於一般紙張的反射係數與對比 (紙張的反射係數約 60%, 對比約 15)。最簡單的電子書是黑白畫面的書，可以顯示文字與黑白相片。若進一步對油膜 (油滴) 染色，就可產生彩色畫面。
電子書靠環境光源的反射來呈現資訊，因此它的重點在於如何讓光線作適當的反射。在無外加電壓時，疏水絕緣面上的油滴可藉疏水絕緣面、油膜與水三者間表面張力的平衡，讓油膜均勻地分布在含透明電極的底材上，而呈現均勻的色彩。加上電壓後，額外提供的電能會改變原先的平衡狀態，而把油膜上方的水拉向疏水絕緣面，油膜就被水擠壓成油滴形狀。油滴部分呈現色彩，絕緣面上含水的部分則因其透光性而呈現底材的白色，因而可以顯現字型做為電子書顯像用。
本文從日常生活中可以觀察到的一些現象，探索其背後的原因，藉大王蓮驚人的載重能力與水黽在水上輕易滑行的功夫，凸顯表面張力在生物界所發揮的功能，再把它引入於工業界的用途。其實，表面張力在工業界使用的例子頗多，日常生活中也是，值得細加觀察、仔細品味。此外，藉著表面張力，研究者可以在微觀尺度與巨觀尺度的世界中優游，進而突破尺度的限制，是一難得工具，值得探索。 |
自然療法與中醫現代化:運動與血糖 | 胰島素的主要功能
在正常情況下，我們的身體會把吃進去的澱粉或糖分等碳水化合物分解轉變成葡萄糖，做為身體的能源，或經稍許改變儲存起來，以備日後的需要。葡萄糖經由消化系統進入血液後，稱為血糖，而葡萄糖要能順利地進入細胞內，供給細胞能量，則需靠胰島素的作用。
胰島素是由胰臟所分泌，屬於合成代謝性的荷爾蒙，也就是透過胰島素可促進身體內合成儲存肝醣的作用，而降低血液中葡萄糖的量。因此促進葡萄糖轉化成肝醣，或增加脂肪酸和胺基酸的儲存量，都可達到降低血糖的作用。
胰島素作用於肌肉、脂肪和許多組織，藉由與細胞上的胰島素受器結合，而促使葡萄糖進入細胞中。因此胰島素分泌不足時，會出現兩種現象，一是葡萄糖進入組織或細胞的量減少，一是由肝臟釋出到循環中的葡萄糖增加，導致血糖過多而細胞內的葡萄糖反而不足的現象。
血糖上升的生理反應
糖尿病最常見的病因是胰島素分泌不足，使血液中的葡萄糖無法順利進入細胞，血中含糖量因而升高，造成血糖濃度過高的症狀。若血糖濃度高到超過腎臟再吸收葡萄糖的能力，更會出現葡萄糖由尿液排出的「糖尿」現象。此外，由於糖尿排出時會伴隨大量的水分，因而出現頻尿或尿多的情形，甚至產生脫水現象。另一方面，體內生理回饋機制也會啟動以調節水分的攝取，導致患者口渴而頻頻喝水。
尿液排出的同時也會流失鈉離子及鉀離子，使體內電解質平衡失調。每排出 1 公克的葡萄糖相當於體內損失 4,100 卡的熱量，為了補償這些損失，必須增加熱量攝取，反而使血糖升得更高，糖尿情形更嚴重。
維持正常血糖量的重要
在一般狀況下，葡萄糖的分解代謝是細胞主要的能量來源，若細胞內葡萄糖不足，則會動用原先儲存的蛋白質和脂質，以提供細胞能量。但在分解代謝過程中，酮體會增加，而造成其他的問題，如體內蛋白質耗竭使得患者對傳染病的抵抗力變差。此外，含糖量高的體液是微生物生長的好環境，這也是糖尿病患者特別容易被細菌感染的原因，因此維持正常的血糖值對身體的健康是很重要的。
一般而言，正常成年人空腹的血糖值是 70~110 毫克 / 百毫升，在飯後會暫時升高，但一般不會超過 180 毫克 / 百毫升，飯後 2 小時內應下降到小於 140 毫克 / 百毫升。葡萄糖耐受度是一項可靈敏檢測身體對葡萄糖代謝程度的測試，受測者在前一晚就須空腹，不得飲食白開水以外的食物，檢查當天還須禁食早餐，並把 75 公克的葡萄糖以開水泡成 20% 溶液後，讓受試者喝下，然後每 30 分鐘抽血一次至 2 小時後為止。理論上正常人血中葡萄糖值在口服糖液 2 小時後，應回復至 140 毫克 / 百毫升。
降低罹患糖尿病的機會
適當的運動可以有效增進身體適能、預防慢性疾病及改善健康情形，因此，建立適當運動的觀念是有效改善身體健康的方法。運動有許多好處，除了可強壯肌肉、健全心肺血管外，更可以降低膽固醇和三酸甘油脂的量，消耗多餘的熱量以維持理想的體重。此外，也可增強體內胰島素的功能，使血液中的葡萄糖代謝正常。
在人體中，骨骼肌肉是對胰島素較敏感的組織之一，正常但活動量少的族群在接受口服葡萄糖耐受度測試後，其血糖、血中胰島素濃度都比高活動量族群的高，顯示生活中活動量的高低與血中葡萄糖代謝有著強烈的相關性。另有研究顯示，身體活動量降低會提高罹患糖尿病的危險性。此外，胰島素作用的效果也和習慣活動量的程度有直接的相關性。
持續適度運動的建議
美國糖尿病協會對葡萄糖代謝不佳的人所提出的建議是持續運動的習慣，而在眾多的運動項目中，又以有氧運動最能促進骨骼肌肉細胞對葡萄糖的吸收及代謝。有氧運動包括健行、慢跑、游泳、固定式腳踏車等，而運動計畫建議是每周至少 3~4 次，每次至少二、三十分鐘，尤以使用大肌肉群的中度強度的連續性運動最為適當。
一般對於有氧運動的定義是大肌肉群的全身性運動，而中度強度運動是指運動時心跳值可達最大值的 65~80%(最大心跳值的定義是 220 減去年齡值)。研究顯示即使短至 7 天，每天 50 分鐘的有氧運動，也可以有效降低葡萄糖耐受不佳的情況。雖然參與者的體重及體能並沒有顯著的改變，不過在口服葡萄糖測試第 120 分鐘時的結果，訓練前是 227± 23 毫克 / 百毫升，訓練後是 170± 18 毫克 / 百毫升，卻有明顯的改善。
另一項研究以 6 位肥胖男性，進行兩次各 7 天的有氧運動訓練，前 7 天是每天以 50% 最大攝氧量的強度騎腳踏車 70 分鐘，後 7 天是每天以 70% 最大攝氧量的強度騎腳踏車 50 分鐘。以 50% 最大攝氧量連續運動 7 天後，葡萄糖耐受度測試指出血中葡萄糖和胰島素的濃度並未改變，但以 70% 最大攝氧量訓練 7 天後，葡萄糖代謝就會有顯著的改善。以上研究結果證明了一個中度、短期的有氧運動，可以改善葡萄糖不耐患者的代謝能力。
另一篇研究則探討較長期運動對平日低運動量人的效果。參與者是過去 9 個月每周運動次數少於兩次，每次少於 30 分鐘的健康人，其中年輕族群 (20~39 歲) 有 31 位，中年族群 (40~59 歲) 有 25 位，老年族群 (60 歲以上) 有 35 位。運動訓練共 16 周，訓練第 1 周，以每周 3 次，每次 20 分鐘，並以 70% 最大心跳量開始進行跑步機訓練。而最後一周以每周 4 次，每次 40 分鐘，並以 80% 最大心跳量為訓練目標，其間 14 周則逐漸增加運動強度。
運動訓練結束後，發現最大攝氧量、身體質量指數 (BMI)、三酸甘油脂及胰島素敏感度等指標都有顯著的改善。不過若比較不同年齡層的結果，則會發現以年輕族群進步最多，老年族群則運動效果較不明顯。因此這樣的訓練模式，成效可能會受到年齡的限制。
綜合前述可知，對於一般人不論是長期或是短期的訓練介入，都能有效地改善葡萄糖代謝。但是由於過去的研究並未進行追蹤檢查，因而無法得知有氧運動訓練對於葡萄糖代謝的改善效果能維持多久。
運動前後應做的準備
雖然運動對血糖代謝確有一定的效果，但運動時仍應注意安全，避免運動傷害，因此運動時應注意以下幾點。
首先是有氧運動應每周至少 3 次，每次持續 20~30 分鐘以上。
其次是為了避免運動傷害，運動前後應加上至少 5 分鐘的暖身及緩和運動。有氧運動的時間則以不超過 45 分鐘為原則，以免肌肉疲倦。緩和運動的作用是避免肌肉因突然停止收縮，造成血流留在原先運動的部位，而導致暈眩現象。
最後是運動應於吃飽後 1 小時才開始，避免引起腸胃不適。運動過後若出現輕微暈眩的情況，則可延長緩和運動時間，以待暈眩逐漸消失。若仍未見改善，則可就近坐下或平躺。另因運動可加強胰島素作用，加速血糖進入骨骼肌，促進血糖的轉換及吸收，所以可能會造成低血糖現象。血糖過低時會有頭輕或頭暈的感覺，伴隨著虛弱、發抖、寒冷、皮膚濕冷等現象。這時應立即停止運動，儘快補充能快速增高血糖的食物或飲料，像糖果或橘子汁、糖水等飲料。 |
現代文明疾病:降低高血糖—防治糖尿病 | 認識糖尿病
糖尿病 (diabetes mellitus, DM) 主要分為遺傳性與非遺傳性兩種，起因於胰島素功能降低或分泌不足，引起體內糖類、脂肪、蛋白質等代謝紊亂，導致血糖過高而引起尿糖的現象。臨床上出現多尿、多飲、多食、疲勞、體重減輕等症狀，嚴重時可能發生酮症酸中毒，甚至昏迷、多重感染等。中晚期常伴隨各器官併發症，如心、腦血管、腎、肝、周圍神經、眼睛等各種慢性病變，直接損害病人的健康，甚至危及生命。
目前隨著飲食及生活模式改變和人口高齡化日趨嚴重，糖尿病發病率在迅速增加中，成為繼癌症、心血管疾病之後，嚴重威脅人類健康的第 3 號殺手。逐漸盛行的主要原因是人們改變了傳統的生活方式，轉向較不健康的飲食與生活型態。
有越來越年輕的趨勢
別認為糖尿病是個老年病，事實上糖尿病像幽靈一樣，游走在每個人的身邊。越來越多的兒童罹患了非遺傳的第二型糖尿病，日本的調查發現 80% 左右的第二型糖尿病病人年齡在 20 歲以下。
2003 年，國際糖尿病聯盟確定了一個名詞 - 糖調節受損，這個名詞代表著某人的血糖開始升高了，只不過還沒有達到糖尿病的診斷標準。具體來說，空腹血糖濃度正常值小於 110 mg/dl (毫克 / 百毫升), 如果高於這個值，但沒有超過 126 mg/dl, 就稱為空腹血糖受損或空腹血糖障礙。
正常人吃糖以後，血糖應該是在 140 mg/dl 左右，糖尿病診斷標準則是 200mg/dl 以上，如果血糖介於 140 mg/dl 到 200 mg/dl 之間，就定義為糖耐量受損。空腹血糖受損或糖耐量受損加起來就是一個新的名詞 - 糖調節受損，這就是糖尿病好發者的典型徵兆。
環境對糖尿病的影響
科學家認為經常吃高澱粉和高糖食物的人，在 40 歲後罹患第二型糖尿病的危險性大大增加。尤其中年過後，飲食過量而不節制，營養過剩，使功能原已日趨減低的胰島 β 細胞負擔過重，從而誘發糖尿病。高纖維性飲食會降低人體對胰島素的需求，因此多食粗纖維食物可減低糖尿病的發生。
最近 30 年來，國人的生活習慣發生了巨大的改變，食物中動物性食品越來越多，植物性食品越來越少，高熱量的食品很容易讓人們攝入過多的熱量。造成糖尿病患者增多的環境因素，大體上可分為 4 項：對糖尿病成因的認識不深；吃得太多！攝入了過多的熱量使得體重跟著增加；運動不足造成肥胖，使胰島素增加負擔；現代社會生活節奏特別快速，所有的人隨時隨地都面臨著各式各樣的壓力，長期的壓力促使副腎產生過多的可體松促成交感神經亢進，導致免疫力下降及血糖和胰島素上升。
飲食治療
糖尿病飲食治療的原則，可參考糖尿病病人飲食金字塔表，它與一般「膳食指南」中的要求一樣，即食物要多樣、飢飽要適中、油量要適當、甜食要少吃、食鹽要限制、飲酒要節制、三餐要合理等。一般健康飲食幾乎同樣適用於糖尿病患者。
催淚性物質 能促進血液順暢流動。洋蔥能抑制血糖的上升，它特有的黃色色素成分 - 槲皮酮是多酚的一種，有很強的抗氧化能力，能有效地抑制因血液黏稠造成的氧化，防止高血壓和動脈硬化的發展。洋蔥中對人體有益的含硫化合物，在剛切好時並不會立即產生，切好的洋蔥放置 15 分鐘後再加熱烹調，更能發揮其效用。
含黏滑物質的蔬菜 可以抑制餐後血糖的上升。在切秋葵的時候會出現一些黏液，這些黏液含有水溶性果膠、黏蛋白等食物纖維成分。水溶性果膠能促進腸的蠕動，抑制腸內膽固醇的吸收，防止膽固醇生成過多，黏蛋白則有抑制糖吸收的作用。除此之外，秋葵還含有鉀、β- 胡蘿蔔素等多種有益人體的成分。鉀能夠促進鈉的排洩，從而穩定血壓，β- 胡蘿蔔素能防止脂質的氧化。
山藥中的黏滑成分也是由黏蛋白形成的，黏蛋白能包裹腸內的其他食物，使糖分被緩慢地吸收，這一作用能抑制飯後血糖急遽上升，同時可以避免胰島素分泌過剩，使血糖得到良好調控。山藥還含有促進胰島素分泌不可少的鎂、鋅等有效成分，以及維生素 B1、維生素 B2 等，這些成分促進了血液中葡萄糖的代謝。黏滑成分越多的山藥，藥效成分也越高。
茶類 避免血糖上升。乾燥過的番石榴葉以熱水浸泡而成的飲品，含有番石榴多酚，能抑制分解糖的 5 活化，使葡萄糖得以適量地緩慢釋出，避免血糖過度上升，因此可以防止胰島素的過度分泌。
桑葉中特有的 1 - 脫氧野宄素成分，能抑制把多糖分解成葡萄糖的 α- 糖甘酶，從而抑制血糖的上升。飯前飲用能抑制飯後血糖的升高，飯後飲用則沒有這項功效。
茶適用於各型糖尿病，試驗發現飲茶對糖尿病患者有顯著療效。對於中等程度和輕度糖尿病患者來說，能使尿糖減少或完全消失。對於嚴重程度的糖尿病患，可以使尿糖降低並減輕各種症狀。
枸杞子可降低血壓，並有降低血脂、保護肝臟的作用，也可以降低血中膽固醇，並有輕度抑制脂肪在肝細胞內沉積和促進肝細胞新生的作用。因此，枸杞子在防治糖尿病及併發高血壓、高脂血症上有良好的效果。
富含鉻的食物 能增強胰島素的作用，預防血糖上升。鉻是葡萄糖耐量因子的重要成分，三價鉻參與糖代謝是維持動物正常的葡萄糖耐量、生長不可缺少的微量元素，缺鉻會使組織對胰島素的敏感性降低。胰島素是由胰島 β 細胞分泌的多 F 激素，最顯著的功能是使血糖順利地進入細胞，具有降低血糖的作用。含鉻豐富的食物有海帶、蓮子、綠豆等。
海帶素有「長壽菜」、「海上之蔬」、「含碘冠軍」的美譽，可以使糖尿病患者胰島素的敏感性提高，空腹血糖下降，糖的耐受量得到改善，其中所含甘露醇也有防治糖尿性青光眼的效用。海帶含碘，能提高人體內生物活性物質的功能，促進胰島素及腎上腺皮質激素的分泌，提高脂蛋白酯 5 活性，調節葡萄糖和脂肪酸在肝臟組織中的代謝和利用，從而發揮其降血糖、降血脂作用，有降低血壓和避免動脈硬化的效果。
蓮子是常用的養心安神食療藥物。研究結果顯示蓮子具有較強的抗鈣及抗心律不整的作用，可用於治療因糖尿病引起的心悸、怔忡、失眠、心臟神經官能症、高血壓症等。
綠豆，有人稱為吉豆，意思是吉祥保健的豆，糖尿病人併發癰腫時可常食用。
蕎麥分甜蕎、苦蕎兩種，長期食用苦蕎麥可防止糖尿病的發生，糖尿病患者長期服用可使血糖下降，臨床症狀消失。
黃瓜又名胡瓜，新鮮黃瓜中所含的丙醇二酸，能有效地抑制糖類物質在體內轉變為脂肪，這對糖尿病的預防及治療都有重要的意義。中老年糖尿病患者，尤其是非胰島素依賴型糖尿病患者，經常適量服食黃瓜及其製品，不僅可改善臨床症狀，還有助於防治高血壓病、肥胖等合併症。
其他具有降血糖作用的中草藥，有山茱萸、金錢草、烏梅、梔子、雞內金、金櫻子、菟絲子、杜仲、冬蟲夏草、何首烏、龜板、北沙參、桑椹、太子參、珍珠、胖大海、蘆根、黃芩、金銀花、連翹、茅根、桔梗、刺五加、蒼朮等。此外，近年來也有報導指出蠶蛹與螞蟻也有治療糖尿病和降血糖的功效。
富含 γ- 亞麻酸的食品 使血糖和血壓穩定。γ- 亞麻酸是從食品中攝取的亞油酸在體內轉化而來，它可以進一步轉化為調整身體狀態的前列腺素，從而穩定血液中的甘油三酯、膽固醇、血糖和血壓等。此外，γ- 亞麻酸有擴張血管的作用，能預防血栓的生成。為了促使體內合成更多的 γ- 亞麻酸，應攝取富含亞麻油酸的植物油，如月草油、紅花油和藍莓，但用量不宜太多。
高纖維飲食 減少血糖上升幅度。高纖維飲食可減慢胃排空食物，改變腸轉運時間。可溶性纖維在腸內形成凝膠時，能減緩糖的吸收，從而降低空腹血糖和餐後血糖，以及改善葡萄糖耐量。還可透過減少腸激素，如胰升糖素或抑胃肽的分泌，減少對胰島 β 細胞的刺激，使胰島素減緩釋放。同時可提高周圍胰島素受體的敏感性，加強葡萄糖代謝。
高纖維飲食是指每日纖維攝入量超過 40 克，增加高纖維飲食可延緩腸道葡萄糖的吸收及減少血糖上升的幅度。一般纖維在蔬菜中的含量是 20~60%, 在水果和穀物類中約含 10% 左右，其他如米糠、麩皮、麥糟、玉米皮、南瓜等製品都富含食物纖維，是極佳的健康食物。
植物多糖及真菌多糖 有降血糖、降血脂、抗凝血作用。它可以使因四氧嘧啶而產生糖尿病的小鼠體內血糖明顯下降，其作用機理可能是多糖減弱了四氧嘧啶對胰島 β 細胞造成的損傷，使葡萄糖耐量恢復正常。糖尿病人血中的血漿纖維蛋白原一般都高於正常人，尤其是伴隨併發症的患者，纖維蛋白原會增加血液的黏度，使血液的流動減慢。有些植物多糖和真菌多糖能降低高血脂大鼠的血清膽固醇，增加纖溶酶活性，降低血漿纖維蛋白原含量，具有明顯的降血脂、抗血栓的功能。
目前已知具有降糖、降脂功能的多糖，有植物類的人參、薏苡仁、甘蔗、紫菜、昆布、稻根、米糠、山藥、紫草、麻黃、刺五加、黃耆、桑白皮、蒼朮、知母、烏頭、褐藻、魔芋、茶葉、海帶等多糖，以及真菌類的香菇、銀耳、金針菇、黑木耳、雲芝、冬蟲夏草、靈芝等多糖。
總而言之，糖尿病患者飲食治療的原則就是要妥慎控制飲食，保持全面平衡的膳食營養，若能配合持之以恆的適量運動，例如太極拳、瑜伽、養生氣功等比較緩和的運動，會更有助於身心健康。 |
微流體系統的研究與元件製備 | 把實驗室微小化在一個小晶片上的研究發展，除了有省時、攜帶方便等優點外，也提供了一個可整合不同程序的界面。由於所需的試劑量少，污染也較低，安全性也因而提高。譬如像手機大小的簡易血糖檢測儀，就是一種商品化的實驗室晶片 (lab on a chip), 可在短短幾分鐘內測得樣品的血糖濃度。
當工程師希望讓各類的反應、分離、檢測、特性鑑定與自動化操作縮小在一個單一的微小平台上時，晶片上的各種物質輸送、熱傳遞、反應動力等問題，就為化工界開拓了一個新興的研究領域 — 微流控技術，就是在微米尺度下處理動量、能量及物質傳送或反應過程的技術。
當尺度縮小時，某些在巨觀下容易忽略的特徵反而會變得明顯。為此，成功大學化工系的魏憲鴻教授便著重以相關基礎學理，找出不同尺度中影響流體和粒子運動的主要因素，並據以設計微流控系統。
一般微流體系統基本上有以下特徵：表面張力效應大，因此毛細作用非常明顯；對表面親疏水性質或局部潤濕行為敏感；黏滯流阻高，因此需要較大外力才能驅動液體流動；局部電場強度可藉縮小電極尺寸或間距而大幅提高；物體間非共價力效應強，如凡得瓦力或靜電力，對於膠體分散及自組裝影響顯著。
微流體的尺度雖然很小，但還是有不同層級的差異。當系統的尺度從 100 微米逐漸縮小到奈米的層級時，以上列舉的作用在不同尺度範圍下大小也不同，主導系統的作用也會隨之改變。這時在元件設計上若選擇適當尺寸並搭配幾何形狀，另結合外加實驗條件如流量或電場的控制，便能增益其欲設計的功能並消弭不利因素，這在巨觀尺度下是不容易達到的。
例如長鏈 DNA 分子通常呈捲縮狀態，在定序判讀與基因技術操作上，常須把單一 DNA 分子延展開來。魏教授的研究團隊在微流道中製備一個扁長型液珠，使得液珠與管壁表面之間形成一厚度逐漸收縮的次微米薄膜。這時沿微流道施加一電場，由於薄膜的急遽收縮，電場強度及梯度大幅提高，又因為 DNA 本身帶負電，捲縮的 DNA 便會逆著電場方向進入薄膜，並受電場梯度作用而延展開來。
這樣對單一 DNA 分子的操控，並不需透過更精密或微小的流道結構來實現，同時由於薄膜內的局限效應或與管壁間的交互作用，DNA 分子的遷移率會隨分子大小而改變，且形態可呈現不同的動態變化，因此這項特質在 DNA 分離的應用上深具潛力。
魏教授還在微流體系統中結合反應動力與流體力學的操控，合成了金奈米材料。這是應用結合曲流道及單純的直線流道的微反應器設計，並搭配流量控制和適當的化學反應條件，以合成一維金奈米線。相較於傳統實驗方法，魏教授的新方法可以不用高溫加熱，也不用長時間反應或模板協助，這是一種新的嘗試。
在微流控技術中，流道的製作常扮演關鍵的因素。成功大學化工系莊怡哲教授的專長之一，在於高分子微奈米加工，現在以他利用微熱成型加工製作高深寬比的微流管道及結構為例來做介紹。傳統上製作高分子微流管道及結構的方法，有射出成型、熱壓成型與注模成型，使用微熱成型的例子並不常見。莊教授不畏設計組裝儀器的艱辛，率領研究團隊一起克服許多困難，終於製作出許多微流管道及結構，他們發現這個方法對高深寬比管道及結構的製作有特別的優勢。
所謂高深寬比，是指深度與寬度的比達到 5 以上。這樣的結構在其他的製程中脫模並不容易，雖然可加入脫模劑幫助脫模，但是脫模劑是在管道內壁與模具接觸的地方，使得脫模劑可能殘留於管道內壁，造成後來進行實驗的污染源。而微熱成型所製作的微流管道及結構的厚度較薄，脫模比較容易，如果要加脫模劑，也僅止於管壁外部，因此不會有脫模劑殘留在管道內壁的問題。由於管壁厚度較薄，也有利於分析物的偵測。
雖然在實驗室成功地以微熱成型製作出微流管道及結構，但莊教授對其在短期內的商業化發展並不樂觀。因為他認為目前的射出成型及熱壓成型技術足以滿足工業或學術上研發的需求，而在市場不大的情況下，微熱成型的優勢無法吸引使用者。或許，未來這一領域有了更寬廣的發展，才會看到這項製程被重用的機會。 |
中草藥與保健食品:苦瓜的降血糖功能 | 苦瓜普遍生長在熱帶及亞熱帶地區，屬於葫蘆科植物，學名是 Momordica charantia L., 因自然演化或人為雜交的緣故，在各地有許多不同的品種或品系。在臺灣，一般所稱的「苦瓜」, 通常是指市面上販售做為家庭食用的白蓮苦瓜，或稱為大白苦瓜。至於近年流行的山苦瓜，也是一種苦瓜，學名與白蓮苦瓜相同但品系不同。
苦瓜最為大眾熟知的功能是降火氣。傳統中草藥醫學認為苦瓜全株都可入藥，性寒味苦，入心脾胃，清暑解熱，明目解毒。但在中國、日本、東南亞、印度、非洲、拉丁美洲等地的傳統醫學，也以苦瓜來治療糖尿病，所使用的品種通常是當地自產，有些地方甚至稱苦瓜為植物胰島素。
近年來科學家以現代的科學方法檢驗，證實苦瓜確有降血糖的功能。進一步的研究更發現苦瓜中有降血糖功能的成分，以及其降血糖的原理。要說明這些，須先了解人體控制血糖濃度的機制及糖尿病發生的原因。
血糖的控制
血糖是指循環於血液中的葡萄糖，其在血液中的濃度是經過嚴格控制的，在一定的範圍之內。人體控管血糖濃度的荷爾蒙主要是胰島素與昇糖激素，其中胰島素與糖尿病的發生最為密切。
在兩餐之間血糖濃度較低時，肝臟細胞會製造葡萄糖並輸出到血液中，以維持正常的血糖濃度。進食後，食物中的碳水化合物經過消化變成葡萄糖，被小腸吸收進入血液，使得血糖濃度升高。這變化刺激了胰臟的貝他細胞分泌胰島素，胰島素經過血液循環，會被包括肌肉、脂肪、肝臟等組織及器官的細胞接收。
胰島素刺激肌肉及脂肪組織後，會促進細胞對血糖的吸收。至於對肝臟的刺激，則會抑制肝臟細胞製造葡萄糖，減少葡萄糖輸出至血液中。這些活動總合起來，可使血糖逐漸下降至正常的濃度。而糖尿病的發生，主要與胰島素所控制的降血糖機轉失靈有關。
糖尿病發生的原因
所謂糖尿病，是指身體無法使血糖的濃度下降至正常範圍，尤其是進食之後，多餘的葡萄糖由尿液中排出的情形。糖尿病依發生的原因及情形分成好幾型，但以第一型及第二型最為常見。
第一型糖尿病起因於胰島素分泌不足，導致身體無法降低血糖。這類型的糖尿病往往是先天性遺傳缺陷所造成的，通常在青少年時期或更早期發病，治療的方法是適當地補充胰島素。
第二型糖尿病則肇因於肌肉組織、脂肪組織、肝臟等對胰島素失去正常的敏感性，也就是對正常濃度的胰島素的反應降低，導致這些組織該進行的降血糖活動效率不彰，血糖濃度因此偏高。這個對胰島素失去敏感性的現象，稱為胰島素抗性。
胰島素抗性的出現是第二型糖尿病發生的前兆，在胰島素抗性發展的初期，若能及早發現並積極治療，應該有助於避免第二型糖尿病的形成。但若不改善，細胞的胰島素抗性會更嚴重，對胰島素的敏感性更差，甚至完全沒反應，因而促使胰臟分泌更多的胰島素，這時患者就出現所謂的「高胰島素血症」。
因細胞的胰島素抗性越來越嚴重，胰臟的貝他細胞只能徒然地努力製造胰島素。這時就是第二型糖尿病的初期，或稱為較輕度的糖尿病，治療之道除了積極改善胰島素抗性外，還需要吃降血糖的藥。
情況若持續惡化，貝他細胞會因工作過量而損傷，反使胰島素的分泌量下降。這時就是較重度的第二型糖尿病了，處方箋上除了降血糖的藥之外，也包含胰島素補充劑。
其實除了糖尿病，胰島素抗性也會造成許多慢性疾病，包括高血壓、高血脂、心血管疾病、非酒精性肝炎等。由胰島素抗性所衍生的這些疾病，統稱為代謝症候群。
第二型糖尿病較常發生於中、老年人身上，發生的原因到現在仍未完全釐清。不過，統計資料顯示體重過重者的發生機率特別高。個中原由吸引了科學家的興趣並積極研究，最近終於有了突破性的發現。
原來體重過重者因累積了過多的體脂肪，使脂肪細胞變大，數目也變多。而脂肪細胞的增加與肥大會使細胞氧氣供應不足，因此活化了某些生化機制，脂肪細胞就分泌一些發炎性的細胞激素。這些細胞激素除了刺激脂肪細胞外，也會隨著血液循環刺激其他的組織，其作用之一是誘導細胞產生發炎反應，之二是造成細胞的胰島素抗性。
胰島素是靠著活化細胞中的一系列生化反應來產生降血糖的效果，這一系列的生化反應稱為胰島素訊息傳遞路徑。而發炎性的細胞激素在誘導細胞發炎時，也抑制了胰島素訊息傳遞路徑中的生化反應。因此發炎性細胞激素對肝臟、肌肉及脂肪組織的刺激，阻斷了胰島素活化胰島素訊息傳遞路徑的能力，使細胞失去對胰島素的敏感性，這就是胰島素抗性的禍首。
因此，由於體重過重而導致的第二型糖尿病，病患除了靠藥物控制血糖外，若再配合實施減重，減少體脂肪的堆積，就可以減少脂肪組織分泌發炎性的細胞激素，進而降低胰島素抗性。
苦瓜降血糖的原理
現代人發生第二型糖尿病的比率越來越高，因此科學家積極尋找苦瓜中降血糖功能的成分，並研究其中的原理，以求可以運用在第二型糖尿病的預防與治療中。
前面提到在某些地區，苦瓜有植物胰島素之稱。胰島素是一種小分子量的蛋白質，在很早以前，科學家就曾猜想苦瓜可能含有類似胰島素的蛋白質，但一直沒找到。只好轉而搜尋其他非蛋白質的有機分子，也就是小分子的有機天然物。經過一番努力，有幾個實驗室陸續在苦瓜中發現某些三萜類化合物有降血糖的效果，這也許是使苦瓜有降血糖功能的關鍵成分。
大部分的實驗室都是以苦瓜的果實為材料進行粗萃取，再以粗萃物餵食高血糖動物來證實苦瓜萃取物有降血糖的功能。但筆者的實驗室還發現，白蓮苦瓜不僅果實，甚至莖部與種子也含有降血糖的成分。並進一步由其莖部的粗萃物中分離篩選出幾個降血糖的成分，證實都是三萜類化合物。
此外，也由花蓮 2 號山苦瓜的果實中分離出幾個具有降血糖效果的三萜類分子，其結構與由白蓮苦瓜分離出的不同。花蓮 2 號山苦瓜是行政院農業委員會花蓮區農業改良場經人工雜交而得的新品種。
細胞實驗證實，這些由白蓮苦瓜或花蓮 2 號山苦瓜分離出的三萜類化合物，可解開發炎性細胞激素對細胞所造成的胰島素抗性，使細胞恢復吸收葡萄糖的能力。作用類似臨床上使用的胰島素增敏劑，因此對於改善第二型糖尿病或胰島素抗性有很大的潛力。其中有些三萜類分子還可以取代胰島素，直接活化胰島素訊息傳遞路徑，促進細胞對葡萄糖的吸收。
此外，也發現這些三萜類化合物可以降低發炎性細胞激素所誘發的發炎反應，這與苦瓜「降火氣」的功能或許有關。在西方醫學中並沒有「火氣大」的說法，中醫所謂的「火氣大」, 常見的現象有青春痘、毛囊炎、口乾舌燥、口腔潰瘍、急慢性肝炎、結膜炎、腮腺炎、尿道炎等，這些反應其實與「發炎」都有很大的關係。近年來的研究證實一些可「退火」的藥材或方法，也有助於抗發炎。因此，苦瓜所含的天然物有降低發炎反應的作用，或許可以解釋其「降火氣」的效果。
由糖尿病發生的機轉，可以了解若平時能適當控制體重，就可以預防胰島素抗性、第二型糖尿病，以及其他代謝症候群疾病的發生。若不幸出現了胰島素抗性，最好在惡化之前趕快治療。這時須服藥降低血糖，或配合減重降低發炎性細胞激素的分泌，以改善胰島素抗性，治癒的機率應該很高。不過目前降血糖的藥物，部分會有副作用，部分用久了則會失效。
苦瓜長期以來就做為食物，對健康的人並無明顯副作用。其所含成分可以干擾發炎性細胞激素的作用，因此可改善胰島素抗性並降低發炎，前者可協助降血糖，後者可能與其「退火」的功能有關。不過，仍應進一步研究，才能令其發揮功能，做為改善糖尿病的輔助性補充品，或直接做為治療胰島素抗性或糖尿病的藥劑。
此外，各地的苦瓜品種不同，品種之間降血糖的效果是否有差異，以及哪一個品種的效果最顯著等問題，也值得進行分析研究，以求得到最好的效果。
附錄
胰島素降血糖的原理：血中葡萄糖濃度升高刺激胰臟分泌胰島素，胰島素活化細胞中的胰島素訊息傳遞路徑，促使肌肉細胞及脂肪細胞由血液中吸收葡萄糖，同時抑制肝臟輸出更多葡萄糖至血液中，這些活動使得血糖濃度下降。
肥胖與胰島素抗性的發生：過多脂肪的累積使脂肪細胞變大且數目變多，這變化會誘導脂肪細胞分泌發炎性的細胞激素，使脂肪細胞、肌肉細胞及肝臟產生慢性發炎反應，同時抑制胰島素訊息傳遞路徑中的生化反應，使胰島素無法活化該路徑以降低血糖，也就是使細胞產生了胰島素抗性。胰島素抗性會形成高血糖，長期下來就形成第二型糖尿病。 |
人工智慧深度學習 篩檢糖尿病視網模病變新希望 | 糖尿病所導致的視網膜病變對疾病負擔影響甚巨，是美國與全世界視力喪失的最主要原因。同時，這個疾病也擁有適合大規模篩檢的特性：第一，該疾病是個重大的公衛問題；第二，該疾病的流行病學、發展過程，從沒有症狀的潛伏期到嚴重發病，都有清楚的了解；第三，篩檢很簡單、安全、有效，而且可以被接受；第四，早期偵測後可以有效介入，注射血管舒張劑與抗內皮細胞增生因子。
既然糖尿病視網膜病變篩檢是件重要的公衛工程，為何還是不見其實施呢？據美國估計，如果篩檢的話，需要撥出三千兩百萬美元的支出，而至少有五百萬名四十歲以上的美國人患有此疾。
深度學習則是個機器學習科技樹的新分支。Google 與其他科技公司 (像是 Apple 與 Facebook) 這幾年利用深度學習在大數據中分析個人在網路上搜尋的行為，像是喜歡去哪裡旅遊、最喜歡的食物，以及誰可能是潛在的好友。深度學習在醫療方面的應用，則可以找出哪些病患最有可能得到特定疾病，以及患有這些疾病後，誰更需要更頻繁地看醫生、更積極地用藥，以及開立特定處方籤。
Gulson 和他的同事們在《美國醫學會期刊》(Journal of American Medical Asociation, JAMA) 上發表深度學習在糖尿病視網膜病變的應用。他們先用將近 13 萬張影像來「訓練」電腦，讓它自學出一套診斷的演算法，再用兩組資料來「考驗」這套演算法。結果出來後，這套深度學習的系統展示出高達 87~90% 的敏感性與 98% 的特異性。這套系統的效果高於一般對篩檢措施敏感性、特異性 80% 的要求。
然而，這個研究也有一些限制。舉例來說，深度學習的準確度是以一群經過美國眼科國考的醫生進行認定。這樣的認定模式可能不符合現念統一的標準化檢驗的認證。如果有這些更為嚴格的校正標準，Gulson 等人的結果還會那麼漂亮嗎？另一點比較可惜的地方在於，該研究只找到「中度至重度的糖尿病視網膜病變」, 並沒有提出「危及視力之糖尿病視網膜病變」的相關資料，而這些病人，是最需要緊急轉診、給予治療的對象。
再者，研究者也提到深度學習在眼疾中面臨的三大挑戰。這套軟體尚未能偵測其他重大的眼疾，像是青光眼與高齡所致的肌肉萎縮。這些眼疾的篩檢目前都以人工檢查為主，因此要說這套軟體可以在目前「取代醫生」, 也是過於誇大了。
第二，演算法提出可能鑑別診斷需要加入糖尿病視網膜病變盛行率的考量，然而，這個數字在不同的時間、地點，都不盡相同，而不同的人種，也有不一樣的患病風險。
第三，這個軟體要怎麼媒合到現行的醫療體系裡面。這個軟體應該要安裝到每位眼科醫師、視光師或其他醫師的眼睛攝錄機裡嗎？如果是的話，這些醫事人員是不是又該完全信任軟體計算出的結果呢？還是換個角度想，是不是應該有個全國性的糖尿病視網膜病變篩檢中心？或是，在低醫療資源的社區中安裝篩檢系統？第四個挑戰，關乎到病人與醫事人員對深度學習系統的信任，該病癥大多沒有明確型態，像微動脈瘤與硬滲出物等，醫療人員與病人需要信任這個「黑箱」診斷過程才能決定疾病的狀況。
即使如此，讓病患與醫生了解人工智慧是怎麼運作的，才能讓他們願意採用這種新穎的診斷系統。Gulshan 和他的同事讓我們看到了人工智慧的新可能，也打開了未來醫療的美麗新世界。
(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：呂宗學 |
食品科技與安全:超臨界萃取的應用 | 「民以食為天」是自古以來不變的原則。生物體為了延續生命與活動，必須不斷地攝取養分來製造並儲存能量。食物的處理方式也由天然生食、熱火烹煮，發展至加工調味，近年來更以「健康取向」而再度回歸天然與營養的大前提。因此除供給衛生、安全與品質規格化的食品外，「健康」與「營養」的食品處理技術，更是食品工業必須追求與努力的方向。
綠色超臨界流體
超臨界流體 (supercritical fluid, SCF) 是指物質在習知的固相、液相與氣相三態外的第四相。固相有一定的形狀和體積；液相雖有一定的體積，卻無固定的形狀；氣相則無固定形狀，也無一定體積。以二氧化碳與水為例，在常壓 (1 大氣壓) 下，可以使二氧化碳凝結成固態形成乾冰；也可使水氣化形成水蒸氣。
理論上，任何一種物質在某壓力與溫度下都能有類似的相變化，變化前後是具有不同特性的相。每一物質也都有一個特徵壓力及溫度，稱為臨界壓力與臨界溫度。當其溫度與壓力超越臨界溫度與臨界壓力時，便不會有相變化，其性質既近似氣相但非氣相、近似液相但也非液相。因已超越了臨界點，所以稱這區域為超臨界區，任何流體位處這區域中的都稱為超臨界流體。
追溯超臨界流體的源起，遠在 1822 年就有科學家首次報導了物質的臨界現象。19 世紀的化學家 Mendeleevn 曾針對高壓氣體的行為，有過詳盡的討論與研究。Andrews 並於 1869 年提出超臨界現象與狀態。
1879 年 Hannay 與 Hogarth 發現超臨界流體的溶解能力極佳，預測會是一種可在工業上應用的極佳溶劑。諸如在食品、藥物、化工與石油工業的萃取、化學純化、色層分析、化妝品、生物技術等方面，超臨界流體的應用已行之有年。1962 年，Zosel 首次提出了超臨界萃取 (supercritical fluid extraction, SFE) 技術，用於脫除咖啡豆中咖啡因的工業化製程。從此，超臨界萃取技術就成為眾人矚目的新分離技術。
萃取特性
二氧化碳氣體經加壓、加溫至超臨界狀態，便具備低表面張力、低黏度、高擴散性與高質傳效率的特性，同時因無毒、無色、無臭、具不燃性、不產生光化學反應、對環境友善、易於回收再使用等優點，是目前超臨界萃取技術中極佳的溶劑。
傳統天然食品、中草藥中有效成分的提取，多半採用溶劑或水蒸氣萃取的方法。但由於溶劑殘留與高溫水蒸氣易破壞組成等缺點，往往使中草藥的功效與價值大打折扣。再者因採用水蒸氣萃取的方式，獲得的有效成分多是水溶性的，對於原料中富含的大量油溶物，卻未能有效率地獲得。
超臨界二氧化碳萃取技術不添加有機溶劑，且在低溫 (高於二氧化碳臨界溫度攝氏 31.1 度以上) 下操作，是屬於綠色環保製程。同時這種流體在超臨界狀態下對欲萃取的溶質具有良好的溶解能力，因此可以利用來提取目標物。
脂溶性成分的萃取
二氧化碳因為無極性的關係，在萃取標的物的選擇上特別適合脂溶性的萃取物，如天然色素的辣椒紅色素、葉黃素，螺旋藻中的 β- 胡蘿蔔素、茄紅素等。萃取紅辣椒，除天然紅色素外，同時可獲得辣椒鹼，這是抗腫瘤與鎮痛的有效成分；菊花、金盞花中的類胡蘿蔔素可廣泛應用在食品、化妝品與飼料添加工業中；螺旋藻含有大量 β- 胡蘿蔔素，是抗自由基的極佳原料；至於番茄中的茄紅素，則是極強的抗氧化物。
這些脂溶性營養素或藥物的萃取，傳統上多採用添加有機溶劑或高溫水萃的方式，其缺點除溶劑殘留與有效成分易遭破壞外，萃取率通常也不高。採用超臨界流體技術，可提升有效成分的產率達數倍至數十倍之多。
此外，天然香料因具有獨特、舒適與天然的香氣，人工不易合成。而高效率的超臨界流體萃取法，有別於傳統的壓榨法、水汽蒸餾法、揮發性溶劑氣提或吸附方式，可應用於芹菜籽、薑油、香茅油、茴香油、橘子花香、桂花、當歸精油、柑橘精油等的萃取或濃縮。
在保健食用油方面，因多數植物種子內含有大量油脂，傳統多以壓榨或溶劑萃取，但仍擺脫不了低得油率與有機溶劑殘留的重大缺失。若以超臨界流體萃取如大豆、花生、米糠、小麥胚芽、南瓜仔、葡萄仔、葵花仔或玉米胚芽，除可提高油脂的獲取率外，更因易於直接與二氧化碳分離，而省卻真空蒸餾提純分離的麻煩，又可節省能源。值得一提的是釀造啤酒所需啤酒花的萃取，因超臨界流體萃取法獲得的 α- 酸產率，遠高於傳統有機溶劑萃取法，近年來在德國、美國、紐西蘭等國家已有商業化製程。
其他應用
超臨界流體在食品加工業上的應用，除了萃取技術外，還包括超臨界反應、超臨界色譜與超臨界微粉成形技術。超臨界狀態的流體性質特殊，具有在一般條件下化學反應所沒有的特點，例如降低活化能、增加反應速率、均相反應、降低催化劑活性、提高反應選擇性等，這些特性對於其在酶反應與食品工業中的應用有極大助益。
超臨界色譜層析也廣泛應用在食品業、環保業與醫藥界。它的原理是在超臨界狀態下利用溶解能力的不同使混合物分離，由於食品工業的萃取物中常是多成分組成，對於要求高濃度成分的萃取，更適合應用這項技術。因分離快、效率高、靈敏度高、選擇性強、檢測溫度低與範圍大，這項技術更是環保與經濟的方法。
此外，食品粉體的微細化多採用高溫噴霧乾燥或研磨粉碎方法，以降低顆粒粒徑與增大比表面積。惟高溫易破壞食品活性，研磨過程中除產生高溫外，粒徑分布也不佳。溶液超臨界快速膨脹法與超臨界抗溶劑法提供了另兩種在低溫、高壓下，可有效形成微奈米顆粒粉體的技術。
隨著人們對健康的重視與生活品質要求的提升，食品市場已由「量」的需求提升為「質」的精進。超臨界二氧化碳萃取工業製程將可滿足綠色、環保、營養、大量製造的需要，在健康的前提下，發揮超臨界二氧化碳萃取技術的優點，提供更佳、更多的食品選擇。 |
沙塵暴讓藍綠菌活起來! | 英國利物浦大學地球與海洋科學系教授沃夫 (George Wolff), 帶領研究團隊乘研究船出海，調查大西洋的營養分布與浮游生物。
大西洋號稱海洋沙漠，因為表面海水缺乏植物生長需要的必需營養素。那些營養在深層海水比較豐富，但是海洋深處缺乏陽光提供的能量，因此海洋深處的植物無法吸收現成的營養。
植物的必需營養素有氮、磷、鐵 3 種。大氣中有豐富的氮。可是磷活性強，海水中很稀少，而大氣中沒有。鐵雖然是地球上蘊藏量最豐富的元素之一，但是海水中非常少。
儘管大西洋號稱海洋沙漠，北大西洋與南大西洋卻不同。北大西洋海水表層中有很多藍綠菌，南大西洋很少。沃夫的團隊發現：撒哈拉沙漠的沙塵暴把含鐵沙粒散布到北大西洋；海洋表層的藍綠菌利用那些鐵，能回收利用其他生物的屍體或腐爛物質，也就是能獲得有機磷。而南大西洋無法得到薩哈拉沙漠的含鐵沙粒，藍綠菌不容易生存，因此南大西洋才是真正的海洋沙漠。
這個研究的意義：大氣的組成與植物直接相關，而海洋占地球表面積 7 成以上 (71%), 因此影響海洋植物生命史的因素，也許是控制未來大氣組成的關鍵。例如，幾年前已有科學家建議在海洋中傾倒含鐵砂塵，促進能利用陽光的生物生長，以減少大氣中的溫室氣體 CO2。撒哈拉沙漠提供了大量的含鐵沙粒到北大西洋 (圖 / 李男) |
啤酒放越久越苦? | 發媽：冷淡的光線 哀怨的歌聲 飲酒的人無心晟 世間的繁華 親像夢一攤 也是無卡紙
發爸：黯淡酒店裡 悲傷誰人知 痛苦吞腹
發媽：一杯擱再來
發爸：妳若有了解
發媽 & 發爸：麥問阮對何處來...
柚子：ㄟ～爸爸媽媽怎麼了？橘子：沒有啦！他們兩個只是因為喝了啤酒之後，一時興起想要唱歌！柚子：啤酒，這東西好喝嗎？我來偷喝一口！喔～天呀！這麼苦的東西，怎麼會有人要喝啊～發媽：唉唷！柚子！小孩子偷喝什麼酒啦！未成年請勿飲酒，沒聽過嗎？走開走開～柚子：齁～媽！這麼苦的東西，我才不會再喝第二次勒！發媽：啤酒哪會苦，冰冰的很好喝呀！(咕嚕咕嚕～) 喔！這是我剛剛喝的啤酒嗎？怎麼苦成這樣？...
發爸：啤酒會苦是在啤酒的原料、也就是俗稱的啤酒花裡面，有一種化學物質，會隨著時間拉長，逐漸分解，讓啤酒愈來愈苦也愈難喝，只要在啤酒製造過程中，調整它的酸性，並且維持低溫，就可以避免原料裡面的化學物質裂解，啤酒就算過了一段時間之後，一樣好喝喔！專家的話
啤酒有四種主要原料，即大麥麥芽、啤酒花、酵母和水，麥芽是啤酒味道的主體，啤酒花則會增加啤酒的香氣及特殊的苦味，酵母可以左右酒的風格，水則相當程度影響酒的風味。
其實現在很多啤酒都會再增添副原料，來改進啤酒的風味，如台灣啤酒就加了蓬萊米，美國啤酒會加玉米，比利時甚至還會添加水果當副原料。不過，德國法律嚴禁在麥芽、啤酒花、酵母與水外再增添副原料，因為德國人認為，在這四樣東西外再增加其他釀造原料，所釀造出的東西根本就不是啤酒。一瓶啤酒好不好，不用喝，用看的就可以辨別，方法很簡單，就是看泡沫！泡沫越纖細越持久，代表一瓶啤酒的品質越高。啤酒泡沫的最主要的作用是要阻隔空氣與酒液接觸。因為啤酒一旦與空氣接觸，便會急速氧化，不用多久時間，便會讓啤酒變酸變苦。另外飲啤酒時順便飲入泡沫，可以中和啤酒花的苦味及酒精的刺激，讓啤酒變得更美味。所以，以後倒啤酒時千萬要注意，不要以為斜著杯口小心異異地倒出一杯沒有泡沫的啤酒就是高手，這樣只會減損喝啤酒的樂趣。
科學家找到了讓啤酒變苦的化學物質，這種存在於啤酒原料忽布子、也就是俗稱的啤酒花裡面的化學物質，隨著時間拉長，會逐漸裂解，讓它愈來愈苦也愈難喝，只要在啤酒製造過程中，調整它的酸性，並且維持低溫，就可以避免忽布子裡的化學物質裂解。 啤酒原本就有微微的苦味，出廠時間愈久，苦味就愈濃、風味也愈差，這是大家早就知道的事，但是老啤酒變難喝的作用，一直不明瞭。慕尼黑科技大學的研究人員，花了很多年的時間，終於解開了這個秘密。研究人員拿一批已經存放十年之久的淡啤酒，和剛出廠的新鮮啤酒，進行化學成份比對，揪出了讓啤酒變苦、味道愈來愈差的兇手。他們發現，一種酸性成分，會隨著時間拉長分解成多重化學物質，讓啤酒愈來愈難喝，只要在製造過程中，稍微調整一下酸鹼值，就可以大幅改善這個問題。另外，溫度也會加速分解作用，要延長啤酒的保鮮期，維持低溫是關鍵。 |
啤酒花的妙用 | 在炎熱的夏天來杯冰涼的啤酒，是許多人的最愛。啤酒獨特的香味和苦味來自於釀造過程中加入的啤酒花，這是因為啤酒花裡的苦味酸 (humulones, α-lupulic acid), 在釀造過程中加熱會變成異苦味酸 (Isohumulone)。研究顯示啤酒與其啤酒花酸對糖尿病、某些癌症、發炎甚至對於減肥有幫助。
對一般的釀酒師來說，他們大概不會在乎苦味酸的結構，但對醫藥研究的科學家而言，最新關於苦味酸精確結構的報導卻是顛覆了過去 40 年來的許多研究結果，並可能影響治療糖尿病、某些癌症以及其他疾病新藥的發展。
華盛頓大學的化學研究副教授韋納・卡敏斯基 (Werner Kaminsky), 使用 x - 光結晶學決定啤酒花酸、苦味酸分子和一些其他衍生物的結構。苦味酸分子在釀造啤酒過程中由 1 個 6 碳環重排為 5 碳環，在釀造的最後，兩個側邊的基團可以同時在環的上方、下方或一上一下等 4 種方式排列。卡敏斯基告訴我們:「現在我們比較了解啤酒釀造過程中，苦味的啤酒花發生什麼事。」
卡敏斯基說，兩個側邊的基團的相對位置就決定了苦味酸分子的手性 (Chirality)。清楚知道苦味酸分子的手性，對於了解該分子如何與其它的物質反應非常重要，因為如果它們可以產生正確的空間配對，將會像螺絲與螺帽一般剛剛好配合在一起。如果配對不正確，它們就完全沒有辦法配合，就像是將右手放進左手手套一樣。這樣的錯誤配對，可能在醫藥上引起悲慘的後果。卡敏斯基引用 1950 年代後期到 1960 年代早期用來治療孕婦晨吐的藥物「沙利竇邁」(thalidomide) 為例，此手性分子的一種形式會導致生出畸形兒，然而另一種形式的手性分子卻完全沒有副作用。這項新的研究結果讓苦味酸成為藥物研究上的新選擇。
(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：蔡福裕 | 臺北科技大學分子系暨高分子研究所 |
啤酒不只是啤酒&啤酒花與啤酒的酵母其實很不簡單 | 【啤酒不只是啤酒：暢談啤酒的前世今生與各種指標性的酒種】
(銘傳大學生物科技學系副教授 鄭建瑋)
啤酒是利用大麥芽糖化麥汁所釀造出來的酒，是人類最早的生物科技產品之一。根據史料記載早在 4~5 千年前埃及人便通曉啤酒的釀造方式。不過啤就在這數千年來有著相當的演進與變化，反應著不同地區的人文文化的特性。
你知道為什麼中世紀的巴伐利亞公國要頒布「啤酒令」, 影響千百年來德式酒的釀造工藝？你知道印度款淡色艾爾啤酒 (Indian Pale ale) 為什麼一定是苦的？這跟大英帝國的擴張歷史其實有著關聯。另外還有修道院式的啤酒為什麼特別的濃郁呢？這些有趣的議題我們來聽聽銘傳大學酒類達人鄭建瑋老師的講解。啤酒花與啤酒的酵母其實很不簡單！(銘傳大學生物科技學系副教授兼系主任 林翰佐)
啤酒花 (hops) 是葎草屬植物蛇麻草的花苞，是現代啤酒不可或缺的原料。啤酒中添加啤酒花的目的是為了增進啤酒的保存期限，不過啤酒花中內含的天然化合物高達百餘種，造就了啤酒多變滋味的靈魂。
啤酒釀造上的另一項要角是啤酒酵母，雖說酵母菌在釀酒過程中主要的任務在於製造乙醇，但其他次要的的新陳代謝反應才是真正使啤酒之所以與眾不同的關鍵，這使得啤酒酵母的發展成為高度專業化的生物科技。 |
以藻類蛋白挽救視力 | 視網膜色素變性 (RP)、老年性黃斑部病變 (AMD) 都是常見的視網膜病變。患者因視網膜上的感光細胞 (桿細胞、椎細胞) 逐漸死亡而視力減退，甚至失明，原因至今不清楚，只知 RP 與遺傳有關，但細節仍不明白。至於治療，最近倒出現了一線曙光。美國南加大基因醫學研究所研究員霍司奧格 (Alan Horsager) 領導的團隊，最近以小鼠做實驗，可說為視網膜病變的基因療法奠定了起點。
視網膜有 3 個細胞層：最外面的一層是感光細胞；中間是雙極細胞；最內層，視神經細胞。感光細胞傳送視訊給雙極細胞，雙極細胞再傳給視神經細胞，最後視神經細胞把視訊傳入大腦。
RP、AMD 病人喪失了感光細胞而視覺退化，霍司奧格的對策是:「徵召」雙極細胞充當感光細胞。他的團隊利用的是藻類的感光蛋白 ChR2, 他們以病毒把製造 ChR2 的基因送入雙極細胞，讓它在雙極細胞內啟動。迷宮實驗結果顯示，因感光細胞退化而失明的小鼠，獲得 ChR2 後表現出能夠利用視訊的行為，與對照組不同。10 個月後，接受過基因治療的小鼠仍然表現出利用視訊的優勢。
這個基因療法對人有多大幫助，目前還無法評估。一方面，由於在小鼠體內其他部位也發現了 ChR2, 也就是說，霍司奧格的團隊還無法精確控制基因的傳送與表現。而 ChR2 在人體內會不會造成任何問題，也不清楚。另一方面，雙極細胞因為 ChR2 而獲得的感光功能，究竟與桿細胞、椎細胞有什麼不同？仍然需要質與量的評估。我們賴以生活、生存的視訊，辨識時涉及許多細緻的參數，例如閱讀各種文字資訊 (包括招牌、站牌、路標等), 只能察覺明暗的差別的視覺，可能只是聊勝於無。 |
國人常見的眼疾及治療趨勢(六):老年性黃斑部病 | 老年性黃斑部病變是五十歲以上的老年人視力退化常見的疾病。一般而言，年紀越大，盛行率也就越高。眼睛構造好比照像機，眼前部角膜與水晶體產生的病變，就如同照像機鏡頭是可以修理更換的；而眼底部視網膜則有如照像機的底片，一旦損傷就修復困難。
黃斑部位於視網膜的中央位置，為視覺最敏銳的部位，它的功能使我們能夠閱讀、開車或看清楚物體的細緻影像。患者常有單眼視覺扭曲變形的症狀，更嚴重的話會在視野中央出現暗影，讓患者以為是鬼影，甚至有視力模糊減退等現象。黃斑部病變常是兩眼前後都受到侵犯，一眼發作之後，另一眼發生相同病變的機會也比一般人大很多，如此可怕的結果對老人家生活品質的影響，實在讓人輕忽不得。在正常情況下，黃斑部視網膜的組織與底下的脈絡膜組織之間，原本有一層具有保護性的薄膜；但是病變的薄膜產生了裂縫，因此脈絡膜新生不正常的血管，便經由這些裂縫，長到視網膜下的組織中。然而這些新生血管特別脆弱，管壁容易破裂因而出血，血液滲漏到黃斑部的下方，會破壞黃斑部細胞，造成視力的破壞。
老年性黃斑部病變依其是否產生脈絡膜的新生血管，可以分為乾性病變和濕性病變兩種類型。其中乾性的老年性黃斑部病變通常是黃斑部的色素退化，對視力影響較小，但是仍有惡化為濕性老年性黃斑部病變的危險。濕性的老年性黃斑部病變常常因為脈絡膜新生血管產生黃斑部水腫、出血等現象，造成視力嚴重減退。老年性黃斑部病變真正的致病原因，至今仍不完全清楚；但許多研究結果都顯示老年性黃斑部的危險因子，包括種族、遺傳、性別 (女多於男)、高血壓、心血管疾病、抽煙、及長時間的日光照射等。其中年齡是最重要的危險因子。
因此，在預防老年性黃斑部病變上，定期接受眼睛檢查，多攝取低脂肪的飲食，並且多吃深綠色、有葉子的蔬菜，例如菠菜以及高麗菜，及攝取富含抗氧化功能的葉黃素、類胡蘿蔔素、維生素 C、E、A、礦物質硒、鋅、錳、銅的食物。在日常生活中應避免過度的日曬，外出時應配戴隔絕紫外線的太陽眼鏡保護眼睛，並且控制血壓、血脂，避免抽菸及積極戒煙，均是預防罹患老年性黃斑部病變的相關因素。
老年性黃斑部病變的治療，包括雷射治療或眼球內注射抗血管內皮細胞生長因子藥物治療法。常見的雷射治療方法包括傳統的雷射光凝固治療、經瞳孔雷射熱療法、以及雷射光動力療法。其中光動力療法結合靜脈注射光敏感藥物與雷射治療，可針對不正常的新生血管組織進行精準的破壞。眼球內注射抗內皮細胞生長因子藥物治療法在臨床上有讓患者視力進步的成效，但是老年人如果患有高血壓、心肌梗塞與腦血管病變的問題，在使用此類治療要格外小心。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：蔡夙穎 | 義守大學健康管理學系 |
國人常見的眼疾及治療趨勢(五):糖尿病視網膜病變 | 糖尿病可能會引起眼睛的併發症，包括白內障、青光眼、視神經與視網膜病變等。其中視網膜病變是影響糖尿病患者視力的主要原因。在美國等已開發國家，糖尿病視網膜病變是成年人失明的主要原因。糖尿病患者可能會有視網膜出血、水腫、血管增生、玻璃體出血、或視網膜剝離等併發症，而對視力有程度不等的影響。因此，視網膜病變的預防與治療對糖尿病患者非常重要。
血糖的控制是糖尿病視網膜病變最基本的治療方式。若是病患同時有高血壓等相關內科的問題，也要好好控制。糖尿病患定期的視網膜檢查可以及早發現初期的病變，早期治療可以對視網膜病變有較好的療效。糖尿病視網膜病變，傳統的治療方式以雷射與手術為主。雷射可以預防視網膜病變的惡化，並且可以治療糖尿病引起的視網膜水腫。手術則可以治療玻璃體出血與視網膜剝離。
“抗血管內皮細胞增生因子” 的眼內注射則是近年來新興的治療方式。” 血管內皮細胞增生因子” 作用在眼睛，會使視網膜的血管不正常增生，並引起視網膜的出血與水腫。眼睛的許多疾病都與這種增生因子有關，例如糖尿病的視網膜病變，老年黃斑病變、視網膜血管阻塞等。“抗血管內皮細胞增生因子” 的注射，可以消除視網膜黃斑部的水腫。
傳統的雷射治療，雖然也可以消除視網膜的水腫，但雷射可能會對視網膜的功能造成不可逆的影響，而造成視力變差。這類藥物開始產生效用的時間較雷射快很多，也不會對視網膜的功能有不好的影響，是糖尿病視網膜水腫的最佳治療方式之一。
“抗血管內皮細胞增生因子” 製劑的注射也可用來治療糖尿病引起的玻璃體出血，這類藥物可以使不正常的增生血管萎縮，因而可以治療增生血管引起的出血。糖尿病引起的玻璃體出血，傳統的治療方式需要做玻璃體切除手術。抗新生血管藥物製劑的眼內注射則雖較無侵入性，但也有其風險，如在眼睛可能會引起出血、感染、甚至視網膜剝離。另外它也可能會增加腦血管或心血管產生血栓的機會。因此在使用這類治療之前，一定要接受醫師的詳細評估。
糖尿病視網膜病變的治療，要以控制血糖與定期做視網膜檢查為根本。傳統的雷射與手術治療仍有其不可替代性，而配合新興的 “抗血管內皮細胞增生因子” 則可以為糖尿病視網膜病變患者提供最適當的治療。早期診斷發現糖尿病視網膜病變是防止視力喪失最好的方法。。
糖尿病視網膜病變是一種需要長期關注及追蹤治療的疾病，病人發現糖尿病時，除了要好好的控制血糖之外，也應定期到眼科門診做視網膜的追蹤檢查，早期發現早期治療，千萬不可等到視力不好時才就診，以免造成視力嚴重受損甚至無法回復。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：蔡夙穎 | 義守大學健康管理學系 |
高鐵車輛發展趨勢 | 現代的高鐵列車不停地推陳出新，朝向速度更快、能源使用更經濟、運用更具彈性等多重目標邁進。到 2006 年為止，可以歸納出全球高鐵科技的「發展趨勢」共有 8 項重點。
車體輕量化
為了讓高鐵列車的加速性與爬坡力更好，車體輕量化是趨勢之一。早年日本新幹線用鋼製車體，讓高鐵列車堅固如坦克車，但這樣的觀念已經過時，先進的號誌與控制系統比厚重的鋼板更能保障行車安全。而鋁合金車體可以符合新的要求，例如日本 700 系新幹線的車體，車殼採用雙面鋁擠型中空面板結構，具有與飛機同等級的隔音裝置，以維持旅客車廂的靜音，提供舒適的車廂環境。現代的高鐵生產製程愈來愈像飛機，造價也愈趨昂貴。
日本新幹線在 1994 年之後完全不再生產鋼製車體，同等級的舊型鋼製列車，也陸續以鋁合金車汰換。法國高鐵自 1996 年的 TGV-D 開始全面採用鋁合金車體，德國高鐵在 1991 年第 1 代 ICE1 推出時，就是採用鋁合金車體。臺灣高鐵 700T 列車車殼採用鋁擠型中空面板結構，也符合這個科技趨勢。
更佳的能源效率
高速鐵路早年發展時，因為直流馬達扭矩大，加速力佳，大部分都採用大功率的直流馬達。然而，隨著現代電子科技的進步，現代高鐵都使用 VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) 控制的交流感應馬達，取代能源損失高、維修成本高的直流馬達。不但列車功率提升，對於電子變速機的切換、爬坡路段高扭力低轉速、水平路段低扭力高轉速等，也都有更佳的能源效率。
例如法國高鐵在 1989 年的 TGV-A 採用這樣新的動力系統，以最高時速 300 公里稱霸全球，也創下 1990 年 515.3 公里 / 時的世界紀錄。德國高鐵在 1991 年第 1 代 ICE1 推出時，也用一樣的交流動力系統。1991 年日本新幹線 300 系誕生時，開始全面採用 VVVF 控制的交流馬達。臺灣高鐵 700T 型在動力系統方面比照 500 系規格採用 285 KW 交流馬達，功率比 700 系 275 KW 交流馬達還高，合乎這項科技趨勢。包含 2007 年 4 月 3 日，法國 TGV-V150 動力技術提升也不例外。
提高列車舒適性
當火車速度增快時，因為流體力學的頻率性震動，車體蛇行晃動與噪音也相對大增，尤其標準軌列車時速在高達 200 公里以上時，問題更為明顯。
先進的高鐵列車為適應高速行駛的環境，車體採用半自動式橫向減震系統、車身間止晃減震器、以及無枕梁式轉向架等裝置，可以抑制車身高速搖晃。而 T 型低噪音集電弓和集電弓整流罩，可以減低行駛時的噪音及阻力。臺灣高鐵 700T 型、日本新幹線 700 系與 800 系都採用以上裝置，可以提高旅客乘坐的舒適性，並能有效降低車內噪音。
併結運行提升營運彈性
早年日本新幹線採固定 16 輛編組，用於東海道新幹線，這在東京大阪之間起訖兩端運量都很大時並無問題。然而隨著路網不停地擴充，當同一路線上運量分布不均時，併結功能更可以發揮營運彈性。例如東北新幹線，東京到仙臺運量很大，以 E4 + E4 雙組 16 節併結運行，提供最多座位數。但是仙臺到盛岡運量減少，則只留下一組 E4 單組 8 節運行，以提高座位利用率。這樣的分割運行稱為「彈性運量編組」, 相同的情形也運用在上越新幹線，東京至高崎 E4 + E4, 在高崎拆解編組，以單組運行至越後湯澤。
法國 TGV 從第 1 代列車 TGV-PSE 開始迄今，全系列都有併結雙組運行的功能。也就是兩組車行駛至某車站後，會拆開各自開往不同目的地。例如巴黎至布魯塞爾的 TGV Thalys 列車，在布魯塞爾停站後分成兩列，一列向西開往奧斯坦德，一列向北到阿姆斯特丹。這對於不規則的路網營運很重要，相當於兩班車在前段合併成一班車，以提高運行效率。
德國高鐵 1991 年第 1 代 ICE1 沒有這項功能，但在 1997 年第 2 代 ICE2 便加入併結運行的設計，後期包含 ICET、ICE3 都採用 5~8 輛的短編組，黃金路線雙組併結運行，次級路線單組運行。臺灣高鐵目前是單一路線，暫時用不到這項功能。
減低風阻
高鐵為了減低風阻與通過隧道時的「活塞效應」產生的阻力，車頭形狀更具流線型，甚至在設計階段經過風洞試驗，讓現代的高鐵車體設計愈來愈像飛機。例如日本新幹線 500 系鋁合金的輕量化車體，車體渾圓像飛機機艙，打破歷來車輛結構的四角概念。為有效降低風阻，車頭前端與駕駛室座艙罩仿 F-16 戰機，創造出 500 系長達 15 公尺的尖銳車鼻，贏得路上戰鬥機的稱號。而 700 系的鴨嘴狀車頭，也是相同的道理。德國高鐵 2000 年 ICE3 流線型的美感，更是藝術的傑作。
由於高鐵通過隧道時氣壓驟變，會造成旅客耳朵疼痛，因此全車氣密結構是必須的，也就是須有類似飛機的恆壓艙。從 1991 年之後生產的高鐵都有這項設計，包含臺灣高鐵在內。不過，臺灣高鐵的隧道已設洞口環構造，有助於列車進入時排出空氣，因此 700T 的車鼻略短呈尖銳狀，比日本 700 系短 1 公尺。
多重電力與號誌
高鐵列車可以行駛各國不同的電壓，甚至不同的號誌系統。這一項在歐洲是最常見的，以實現歐盟鐵道國際互通性。
例如歐洲國際列車 TGV Thalys PBKA 的營運路網，包含巴黎、布魯塞爾、阿姆斯特丹、以及德國科隆 4 個城市，因此必須具備 4 種電力系統，即法國 SNCF AC 25 KV 50 Hz、荷蘭 NS DC 1500 V、比利時 SNCB DC 3000 V、與德國 DB 及瑞士 SBB 的電力系統 AC 15 KV 16 又 2/3 Hz, 如此 Thalys PBKA 可行駛包含法比荷德瑞 5 國。德國高鐵 ICE3M 因為定位在國際線列車，因此也具備同樣的電力系統。Thalys PBKA 與 ICE3M 可稱為實現國際互通性的空前傑作！類似的情形在日本也有，因為東京地區使用電壓頻率與長野不同，列車必須可以切換電壓頻率，所以 E2 系在行進間可切換 50Hz 和 60Hz 電壓頻率。這項功能比較特殊，只有 E2 系堪稱是代表之作。而臺灣高鐵 700T 目前是單一電壓 AC 25 KV 60 Hz, 用不到這項功能。
此外，駕駛座設於中間，可適應左行與右行號誌系統，與彈性雙向號誌系統，例如歐洲之星 Eurostar、Thalys PBKA、德國高鐵 ICE3M 都是駕駛座設於中間。臺灣高鐵 700T 雖然不是國際列車，由於原始設計是雙向號誌系統，必要時可切換至對向軌道，增加營運彈性，因此也追隨這一國際趨勢，把駕駛座設於中間。
數位 ATC 系統保障行車安全
ATC (Automatic Train Control System) 號誌系統於 1964 年已經在日本誕生，成效良好，創造日本新幹線長達 40 年零肇事的紀錄。隨著電子科技進步，ATC 號誌系統從傳統類比電流，進步到數位編碼，可進一步縮短列車間距，保障行車安全。先進的數位 ATC 系統，應用在九州新幹線 800 系，臺灣高鐵 700T 型也採用這一先進系統。
而且 ATC 系統可結合 GPS 衛星定位與 GIS 電子地理資訊系統，在現有軌道電路之外複製另一套列車偵測系統，CTC 行控中心掌控列車更加一覽無遺，讓安全更有保障。歐盟主要國家已把這個裝置介面列入歐洲國際高鐵的技術協定中。
傾斜裝置高速過彎
所謂的傾斜列車是指列車行經彎道時，利用車身向內側的傾斜來提高列車的速度，以求得整體營運速度的提升。這種列車最大的好處，在於不需要立即興建高速新線，可以就現有路線提高營運速度，等時機成熟經費足夠，再逐步改善舊線或興建高速新線，以達到漸進完成「傳統鐵路高速化」的目的。
傾斜列車可分成被動式與主動式兩大類。被動式是指利用離心力讓列車過彎時自然傾斜，傾斜角大約在 3.5~5 度左右，約可提高行車速度 15~20%。例如日本的 381 系電車，利用車體下方裝有滾輪等滑動結構，與西班牙的 Talgo Pendular 利用車體間框架上的兩顆空氣彈簧，類似不倒翁原理般把車體往外甩，都是著名實例。
針對被動式傾斜列車的效果有限，而且有過彎之後的反應延遲、S 型連續彎道產生誤動作等問題，便發展出主動式傾斜列車。主動式傾斜列車利用飛機陀螺儀的原理，行經彎道時偵測出列車彎道超高傾斜的向量，連同行車速度一併經由微處理機運算，計算出最佳的增加傾斜角度、角速度與行車速度。以高速通過彎道，傾斜角大約在 8~10 度左右，約可提高行車速度 35%。除了日本的窄軌系統之外，德國 ICE-T、義大利的 ETR 與瑞典 X2000, 可說是全球標準軌主動式傾斜列車的佼佼者。
其實，傾斜列車也有一些缺點，就是在高速過彎時，會令車上旅客產生暈眩等不適。因此儘管實驗上傾斜列車的效率可以更高，但主動式的傾斜角限制在 8 度左右，並加入全車氣密結構，讓旅客的可能不適降低。臺灣自 2007 年 5 月 8 日起也開啟太魯閣號「傾斜列車」的營運之門，最高時速 130 公里，由於彎道速度提升，臺北至花蓮只需 1 小時 59 分鐘，讓北花航線飽受壓力。
雖然傾斜列車是現在許多歐洲國家發展高鐵時的另一種技術選擇，但也可能出現在現有的高鐵線上。例如日本東海道新幹線，由於年代久遠，許多彎道限制了車輛的性能，不能以全速行駛。因此下一代的日本 N 700 新幹線，會加入傾斜裝置，讓最高時速的行駛區間，從現有的三分之一增加至三分之二，縮短旅行時間 15% 以上，讓東海道新幹線的營運效率進一步提升。
挑戰速度極限
除了以上 8 項之外，提高火車過彎的速度，可以再打破原有的速度極限。2007 年 4 月 3 日，法國高鐵 TGV-V150 試驗車刷新世界紀錄，創下時速 574.8 公里 / 時，直逼磁浮列車 MLX901 所保持的 581 公里 / 時，6 月 10 日起東歐線通車，TGV-POS 也將修正營運時速為 320 公里。因此人類在 2010 年之後，下一階段高速鐵路的目標時速，將提升至 350 公里。目前全球高鐵普遍的營運時速是 300 公里，包含 1989 年法國 TGVA、1997 年日本新幹線 500 系、臺灣高鐵，與 2000 年德國高鐵 ICE3 所創造的紀錄，又將成為一頁歷史。
高品質的運輸服務
其實以全球高鐵發展趨勢來看，臺灣高鐵 700T 列車無疑地是一款相當傑出的列車，8 項趨勢中除第 4、6、8 項暫時用不到而無配備之外，該有的先驅指標都已具備。而減少這 3 項，也可減少營運初期車輛維修的複雜度。因此就硬體而言，臺灣高鐵 700T 列車的品質是無庸置疑的。
然而，高鐵的服務對象是民眾，高品質的運輸服務，除了有高品質的「硬體」做後盾，更應有優良的「軟體」去發揮，才能產生效果。這好比買了一款傑出亮麗的轎車，還需要有駕駛人嫻熟的開車技術，遵守交通規則的道德修養，定期用心與細心的保養，才能讓每個搭車的旅客感受賓至如歸的喜悅，也才可以使這部車的使用年限更久，路走得更長更遠。企業體的永續經營，何其不然！臺灣高速鐵路的速度歷史紀錄
民國 93 年 1 月，臺灣高鐵 700T 型列車在日本出廠正式亮相，5 月 25 日 700T 型列車運抵臺灣高雄港，送往高雄燕巢總機廠進行組裝。民國 94 年 1 月於高雄大社至臺南六甲，長約 60 公里的試車線開始運行，1 月 27 日在臺南站舉辦試車典禮，南部民眾開始可以看到 700T 型高鐵列車在高架橋上奔馳。
民國 94 年 3 月 31 日 700T 試車，時速達到 120 公里。民國 94 年 8 月 30 日 14:25 列車時速首度達到 200 公里，達到高速鐵路的基礎門檻。民國 94 年 10 月 29 日 12:42 達到營運時速目標 300 公里，寫下臺灣鐵道史上的歷史新頁。民國 94 年 10 月 30 日 12:03,700T 型列車更超越營運時速，達到 315 公里。民國 96 年 1 月 5 日，臺灣高鐵正式營運，以時速 300 公里行駛，臺北至左營直達車，中途只停板橋和臺中，最快只需 96 分鐘。 |
高鐵的創新關鍵 | 1964 年 10 月東京奧運前夕，東海道新幹線營運通車，從東京到大阪之間 515 公里的最快火車旅行，由 6.5 小時縮減為 4 小時，大幅節省了約 38% 的時間。當時因新幹線省下的時間、合理的價格、大量的運能等因素，使一日往返東京和大阪之間變成一種舒適可行的生活安排。
這樣幅度的進步在今日聽來或許不感驚訝，但若了解約在新幹線開通的一百年前，兩地間需 4 至 6 周的步行往返，搭乘馬車至少需 2 周，而在 1889 年傳統火車開通後也還需約 33 小時等的歷史，可發現兩、三代之間時空概念的變化相當巨大。目前使用最新型新幹線列車，往返東京與大阪之間已不用 5 個鐘頭。
像新幹線這樣快速、方便且普及的運輸科技發展史，似乎可以像是一條直線一般，在列出時間、地點、產品、特色和人物後，把它們穿插進直線的時間軸，故事就可以交代完整了。
然而，若深入一些來看，我們好奇新幹線是怎麼出現的？例如，究竟新幹線創新了什麼技術，讓火車時速提升至 200 公里？新幹線工程師是怎麼解決技術難題的？只要解決速度提升的問題後，新幹線或其他高鐵系統 (如法國 TGV) 就會自然而然地發展，獲得巨額資金興建，並且順利營運嗎？若要仔細回應這些問題，恐需要一本、甚至數本書的分量，我們暫且先專注在速度的工程問題上。
高鐵的浮現
簡單來說，若要運輸工具 (包括火車、汽車、機車、飛機等) 提升速度，增強引擎動能僅是必要條件之一，並不充分。現代社會期待公共交通運具除了要儘量快速之外，更要考量的是安全、穩定、舒適等層面。
因此，當 1950 年代末期日本工程師在開發新幹線時，首要的技術瓶頸並不在升速，而是如何解決因高速行駛所造成的擺動問題。因為火車速度越快，列車車體擺動幅度越大，火車出軌的風險就越高。此外，若速度越快而車體沒有氣密設施，乘客的乘坐舒適度會大為降低，因為車內外的氣壓差會造成乘客嚴重耳鳴。
車體擺動和氣壓差是當時新幹線工程師必須突破的核心問題。一般就大型工程計畫來說，通常在給予足夠的時間和經費後，工程師就能依他們的基本倫理「解決問題」來開始工作。不過，這兩個新幹線工程問題的解決則複雜了些，但某種程度來看，其實也沒有和其他大型工程計畫差異太多。例如，包括新幹線在內的許多大型工程計畫都會有許多工程師參與，因此人多口雜和意見分歧的情形難以避免，工程師彼此之間甚至會出現爭執和發生衝突。
當時部分新幹線工程師基於傳統鐵路的經驗，認為車體高速搖擺的現象主要可能是因為軌道過於疲勞，使得列車行駛在過於平滑的軌面上，高速搖擺問題來自軌道設計和維護。然而，有部分的新幹線工程師指出火車的高速搖擺問題並非特例，其他運具如汽車、機車、飛機等都有這個問題，因此問題的關鍵應在火車車體設計上，而不是軌道。就這方面來說，當工程師們都把「解決問題」做為最基本的專業倫理時，其實如何「定義問題」常有更重要的影響力。
我們常說「尊重專業」, 但有時如果專業能尊重多元，則可能會鼓勵創新。怎麼說呢？其實前段所談的高速搖擺問題，並不是由傳統鐵路專家解決的，而是由航空工程師從氣體動力學的角度改變火車車體的設計，使車體和軌道之間的抓力更強，避免了高速行駛時可能產生的蛇行，甚至脫軌的情形。此外，航空工程師也把航空器的氣密設計帶到火車車體設計上，減低車內外氣壓差。他們提供了不同於傳統鐵路工程師的問題定義，並且提出不同的創新解法。
為什麼航空工程師有機會參與新幹線計畫呢？這問題須從第二次世界大戰後的歷史和社會發展來解答。因為日本戰敗後，他們的軍事工程師被迫自軍隊解編，而軍隊中的航空和造船工程師們在因緣際會下流動到鐵道研究部門工作，促成日本國內的技術移轉，使新幹線的工程設計加入了航空和造船工程的概念。
我們可能會繼續追問，若說日本和德國同是戰敗國，德國軍事工程師的命運也像日本一樣嗎？德國航空和造船工程師也幫忙德國高速鐵路的發展嗎？顯然德國和日本在這方面有相當不同的歷史軌跡，畢竟德國高鐵在 1991 年才試車，晚了日本將近 20 年。
本文無法一一解釋為什麼德國發展高鐵較日本晚，但想指出二次大戰和國際關係的因素，使這兩國的高鐵發展有了很不同的起始點。基本上，1945 年二戰即將結束前，美國除了已協同英、法等國對德國進行戰後安排之外，也對太平洋戰場上的日本進行戰後秩序的規劃工作。
當時美國對於德國及日本的科學家和工程師，特別是涉及軍事武器 (如原子彈及飛彈) 等科技，積極地搜尋和安置，期望未來運用他們的知識提升美國的軍事能力，並防止其他國家 (包括德國和日本) 將來獲得軍事精進的機會。其中，德國的航空工程師，特別是關於設計和製造火箭的工程師們，被美軍所積極蒐羅。日本軍方的航空工程師雖未遭美軍搜尋而帶往美國，卻被留置在日本國境中，且被強制地自軍隊解編。
因此，當若干被捕獲或蒐羅的德國航空工程師們，特別是指標人物 Wernher von Braun (1912–1977) 在二戰後協助美國發展洲際彈道飛彈和航太載具時，部分解編自日軍的航空和造船工程師們卻轉至本地的鐵道研究機構，著名的像是曾擔任零式戰鬥機主要工程設計師之一的松平精 (1910–2000)。基本上，後來新幹線面臨的高速振動、蛇行等問題，主要就是由他的團隊進行理論模擬和實驗測試所解決的。
高鐵的國家特色
雖然法國到 1981 年才有高鐵 TGV 正式通車營運，但法國發展高鐵的歷史並不比日本晚。早在 1930 年代，法國的傳統火車就能升速至每小時 196 公里，幾乎和東海道新幹線開通時的 200 公里相當，顯然升速並非高鐵最困難的問題。而且在 1955 年，法國國家鐵路公司 (國鐵) 的傳統火車也曾經跑出時速 331 公里的試驗，但基於成本、普及性、舒適度等考量，戰後法國初期沒有把升速做為鐵路服務的核心。
然而，如同核電和航空 (如協和號) 等科技，法國很早就把鐵路科技當成國技之一，而且法國的國家認同還相當程度地建立在科技發展上。例如，前法國總統戴高樂曾期許法國:「一個無法對世界的科技進步有所貢獻的國家，其實並不能夠稱為國家。」因此，當戰後法國在經濟發展逐漸穩定提升後，從 1950 年代末開始，便有工程師嘗試開發有別於傳統鐵路的高鐵。
對許多法國工程師來說，「法國之所以能存在於世界的理由，即在法國人能用法國的技術及科學，為人類文明的進展刻下難以抹滅的貢獻印記」。而法國的尖端科技不能是盲從的，不能普通地追求一般先進國家所追求的科技，而必須是有特色的，否則會失去一種法國文化的表現。因此，當法國工程師 Jean Bertin 提出一種有別於傳統鐵路的高鐵時，獲得社會相當大的迴響，更得到政府政策和經費的支持，實際建造出長約 18 公里的實驗性硬體設施、列車等設備。
其實，Bertin 的高鐵設計概念不僅非常有別於傳統鐵路，更相當不同於新幹線和 TGV, 幾乎顛覆了鐵路的基本構想，而有與眾不同的設計。
Bertin 的高鐵稱為 Aérotrain, 如同這名稱所暗示，它的車體設計像是沒有翅膀的飛機跑在單軌軌道上。Aérotrain 沒有車輪，但用氣壓方式和水泥車軌之間形成剎停及懸浮效果，有點像是氣墊船；推動器則採用飛機渦輪引擎，只有單節車體，最大車體型號約可搭載 80 位乘客。1969 年時，Aérotrain 曾實際跑出 422 公里的時速，比目前營運中的日本、德國、臺灣等高鐵都快上很多。
Aérotrain 的獨特設計和超高速度，贏得法國政治人物相當多的支持，特別是在 1964 年日本新幹線開通後，被認為國技之一的鐵路技術竟處於落後態勢的情形下。此外，由於 Aérotrain 的軌道必須重新打造，預期可為法國陸上交通做出全新的網狀規畫，而不是像輻射狀的傳統鐵路網一般，若要從法國東南部到西南部，仍必須先往北至網絡中心的巴黎，再接著向南旅行。相當部分的法國社會期待藉由 Aérotrain 打破區域和城鄉失衡的現象，因而給予高度支持。
1964 年東海道新幹線的開通，也給傳統鐵路的經營者法國國鐵相當大的刺激。就法國國鐵來說，雖然新幹線採用新的寬軌規格，但基礎仍建立在傳統鐵路上，而這些是他們當時已擁有的技術，甚至還超越新幹線。因此，法國國鐵嘗試在傳統鐵路基礎上，提升行車速度，修改和創新鐵路技術，發展他們的高鐵 TGV, 企圖後來居上地和 Aérotrain 競爭。
雖然因 Aérotrain 帶有法國獨特的創新技術和象徵區域平衡的規畫，獲得了相當程度的具體支持，後來卻不敵由法國國鐵所發展的 TGV。最主要的原因之一就是 Aérotrain 帶來了階級衝突的可能，特別是法國在 1960 年代末和 1970 年代時，學運及社會主義逐漸風行，Aérotrain 因全新技術，且在能源危機時期採用非常耗能的動力，使當時所規劃的高額票價引起了高度爭議。
此外，1969 年時，Aérotrain 獲得一個興建由巴黎市中心至國際機場的路線的機會，也受到法國社會的嚴重挑戰。這是由於當時有能力搭乘飛機的多是富人，而法國社會認為 Aérotrain 未來恐怕只能服務特定階級，因此法國社會轉而對提出親民價格和服務的 TGV 提供更多的支持。
TGV 和 Aérotrain 的競爭在 1970 年代初期延燒許久，後來在其他因素影響下，最後由 TGV 勝出。但基本上，社會平等的因素還是主要原因。因此，當 TGV 在 1981 年開通營運時，許多人認為這和法國戰後第一位社會主義傾向的總統密特朗獲選上任，並非是一個巧合，因為科技和政治的發展都反映了當時法國社會的民意傾向。
臺灣高鐵的混合式特色
眾所周知，1999 年臺灣高鐵動工時，協助建設的工程師除了來自日本外，還有許多來自法、德、美、英，甚至馬來西亞、香港等國家或地區。
在目前全球化的時代下，像高鐵那樣的大型工程建設計畫，同時有多國工程師參與並不令人意外。但有一個重要問題是，工程師常不只在解決問題時，更在定義問題時就出現意見紛歧，甚至產生衝突。我們不難想像長期擁有幾乎比其他所有職業 (如醫師和律師) 更高社會地位，並把高鐵視為國技的法國工程師，應會在核心問題上，跟發展出世界第一條高鐵的日本工程師產生競爭和意見不合的情形。
其實，新幹線的世界第一紀錄不只在於歷史最悠久而已，更在於迄今仍維持無乘客死亡的最長紀錄，還有獲利能力最強的紀錄等，因此被譽為世界最安全和賺錢的鐵路。然而，另一方面，法國至今仍保持世界最快速的輪軌高鐵測試紀錄 (時速達約 574 公里，僅較日本測試中的磁浮高鐵時速 581 公里略慢一些) 和定期營運紀錄 (時速約 320 公里)。
若您在 1990 年代初期臺灣高鐵規劃的當時擔任工程師，面對這兩國的高鐵技術，會採取什麼樣的立場而給政府什麼建議？要以速度、安全性、獲利能力，還是其他做為最優先考量的因素？當然，這裡給的資訊太少，問題也非常複雜，若真要給具體意見或建議，確實強人所難。基本上，1990 年代初臺灣政府在規劃高鐵時，政府內的工程師根據過去的傳統鐵路經驗和當時本土化的政治氛圍，一方面既希望臺灣的高鐵不再像以往許多的技術移轉一樣受制他國，另一方面則希望新建的高鐵能為臺灣在國際社會帶來新的形象，並藉機凸顯本土工程的專業能力，融合法、德、日的高鐵技術，打造出世界最先進的高鐵系統。
因此，當時出現了兩個有些相互矛盾的價值，因為一邊要自主，另一邊又要仰賴在他國技術基礎上創新，於是沒有高鐵技術根基的臺灣工程師，卻要求這些高鐵技術輸出國修改他們的系統。
在此，並不是要批判高鐵規劃初期的臺灣工程師，而是要指出工程師在不同經驗、文化和社會政治背景下，常要面臨許多不同且相互競爭和衝突的價值，不論它們是已存在或新浮現。也就是說，當規劃工程計畫時，效能 (如速度)、安全、舒適、普及、維護、國家形象、產業帶動，甚至政治認同等，都是需要考量的價值層面。
因此解決問題不常是像零和賽局一樣，有 A 就無 B、C 等，而是需要調和排出順序，儘量符合多元期待和社會脈動。工程師也需要認知到，有時不同價值和團體的參與，其實更有機會出現創新思維。
不只是臺鐵，我們也常說，高鐵系統像是聯合國，其中列車系統來自新幹線，土木建設則多採歐洲規格。但即便如此，我們的高鐵還有不少和日本及歐洲高鐵不同的創新設計。若跳脫鐵路建設之外，臺灣還是有許多大型工程計畫，如捷運系統，採用了不同國家的系統。這樣的做法當然各有優缺點，但是否需付出相當代價，值得探究。同樣有趣的是，文化和社會的轉變如何影響工程師的設計和創新 (無論成功或失敗)?
創新成功或失敗
藉由一些高鐵發展的歷史，我們了解到社會本身的變化常是創新的關鍵，也是工程師的挑戰。當然，專業知識和實作更是實現創新的必要條件，但專業之間若能得到相互交流的機會，如東海道新幹線，就很可能激發出新的思維。其實對工程師而言，相當多的工作都是在做協調或混合的事情，不論是在社會價值的排序上，或是專業知識的整合上，特別是對越為高階的工程師。
混合或整合得合不合理是一回事，能否有效解決問題恐怕才是工程師必須面臨的最重要課題之一。從高鐵的例子來看，問題解決必須有開放及自由的態度和做法。若謹守本位主義，而無不同專業間的交流，新幹線恐需更多的時間和經費解決高速列車擺動的問題；而若沒有更貼近法國社會對階級平等的訴求，代表保守的法國國鐵恐難和 Aérotrain 競爭，使 TGV 獲得青睞。
臺灣經過多年政經社會的轉型，大型工程計畫也面臨越來越多價值的參與，工程師已恐難僅用專業知識解決問題。然而這不應被工程師視為障礙，更應當作創新的可能機會。 |
鐵路的教化作用 | 火車現在是個人人習以為常的大眾交通工具，但除了「磁浮列車」、「子彈列車」之外，一般人很少會從「火車」聯想到高科技的炫目形象。至於把鐵路跟大眾啟蒙連結在一起，更是把不相干的兩碼子事混為一談。除非像「鐵道迷」那樣發思古幽情，進而激起對歷史與文化遺產的研究興趣，否則鐵路要怎麼啟迪人心？若說鐵路是種具有大眾教育功能的高科技產品，還真讓人感到有點匪夷所思。
然而，在 19 世紀，火車不但是個重要的尖端科技，它的經濟重要性、研發動能與帶動周邊產業發展的貢獻，比起今天資訊業有過之而無不及。此外，當時歐洲各強權的殖民官員、作家與新聞記者都認為，引進火車鐵道可教化「落後地區」的人民，產生移風易俗、提升文明水準的重大功效。換言之，在當時人們眼中的火車與鐵路，就像電腦與網際網路一般，被寄予傳播知識文化與教育一般民眾的重責大任。這是怎麼回事呢？火車工業起源於當時全球第一強權大英帝國。英國於 1825 年在北英格蘭修建第一條公共蒸氣火車鐵路，是現代鐵道運輸的濫觴。英國是工業革命的起源地，現代鐵路興於英國或許不讓人意外，但它出現的時機對其經濟來說卻是場及時甘霖。
推動英國工業革命的是採用機械作業的紡織業。然而，世界史學者艾立克。沃爾夫 (Eric R. Wolf) 在《歐洲與沒有歷史的人》一書中指出，1825 年起英國紡織業陷入停滯，導致 1826 至 1848 年經濟緊縮，社會與政治動盪不安。
英國紡織業陷入衰退的原因很複雜，沃爾夫認為這包括生產過剩與外國對手競爭導致國外市場飽和，為了應付競爭而購買研發新機器，致使生產成本增加。雪上加霜的是競爭使得國內工資壓低，連帶影響國內市場的消費購買能力。鐵路的興起，適時帶領英國脫離經濟困境。
英國國內鐵路資本總額在 1844 到 1849 年間增加 3 倍，鐵路長度也增加 3 倍。接下來英國公司開始投資美國的鐵路修築。1840 年鐵路修築 4 萬 5 千英里 (歐洲 1 萬 7 千英里，北美 2 萬 8 千英里),40 年後全球鐵路共有 22 萬 8 千英里。英國公司在這成長發展過程中扮演舉足輕重的角色。
修築鐵路需要大量鋼鐵。沃爾夫指出，19 世紀以前鋼鐵經濟重要性低，冶金工業主要用於軍事，和平期間不發達。鐵路興起使得這種情況為之改觀，鋼鐵成為重要工業。煉鐵需要煤，採煤礦需要抽水機把礦坑積水抽出。鐵路成了帶動周邊產業與科技發展的新工業，也讓英國成為世界工廠。英國鐵產量在 1845 到 1875 年間增長 3 倍，機器外銷增加 10 倍。此外，鐵路普及導致陸路運輸成本下降，19 世紀最後 30 年間減少 90%, 進一步帶動工商業的發展。
英國鐵路業最主要的市場是美國，但身為日不落帝國，英國政府也把鐵路興建帶到殖民地，希望透過鐵路運輸充分利用當地的資源。此外，歷史學者雅達斯 (Michael Adas) 的研究指出，英國人還希望鐵路能改變當地人民的心態與習慣。
19 世紀歐洲人普遍認為殖民地的人民生活在孤立的村落中，封閉的環境使他們滿於現狀、不求進步，過著千年來一成不變的生活。殖民地農業社會的人們過慣閑散的生活，沒有準時的習慣，也不了解節約時間追求效率的重要性。在印度遊歷的法國心理學者勒朋 (Gustave Le Bon) 就宣稱，印度人在發現火車不會等遲到的乘客之後，他們不是去查時刻表然後準時到車站，而是提前兩、三個小時到火車站等車。
歐洲殖民者極力要改變印度人的時間觀念，雅達斯以印度的英國殖民官員羅傑斯 (W. A. Rogers) 的看法為例。羅傑斯宣稱印度人從前以為自己的小村莊或小市鎮就是整個世界，鐵路把新的人物與理念介紹給他們，讓他們知道要學習的還有很多。
此外，鐵路讓印度人能出外旅遊，見識外面的大千世界。原本封閉自滿的印度農民，在看到別的地方的人擁有更高的農業與工藝水準，能種出更好的作物與織出更美的布疋之後，受到刺激就會產生反省與競爭的心理，才會學習向上。鐵路旅行節省時間，可以教導印度人「時間就是金錢...... 速度可以換取時間，也就等於是省錢或賺錢」。搭鐵路時安排行程、買票搭車都要自己來，可以灌輸印度人自立的習慣，使得他們能迅速行動不要依賴他人。
雅達斯的研究還發現，英國人相信鐵路可以破除殖民地人民的不良風俗。例如，許多 19 世紀英國人相信，鐵路可以打破印度人的種姓制度。印度高種姓階級的人不願意和低種姓階級的人接觸，怕被對方汙染。但是當不同種姓階級的人一起擠在火車上，彼此必然會摩肩接踵，相互接觸，種姓禁忌就不得不被打破了。
歐洲人長期以來對非洲人都有許多負面的刻板印象，其中之一就是非洲人懶惰、散漫，缺乏工作紀律與上進心。鐵路則是矯正這些問題的絕佳工具。
英國殖民部 (Colonial Office) 的顧問薛佛德 (Fred Shelford) 就列舉鐵路可以帶給非洲人以下好處:「任由當地人自行其是，他們就只會繼續他們祖先那套簡單的耕作方式，用其收穫的食物和少量盈餘來交換衣服與槍枝。但是興建鐵路就會徵召他們協助測量，挖掘橋墩地基，建造石橋或水泥橋，架設鋼骨，蓋車站、機房、住所和電報設施，安放軌道與碎石。這些工作必然會教育他們而提升其文明程度。」
雅達斯指出，甚至連對英國殖民主義批評甚為嚴厲的馬克思，也認為英人引進鐵路會對印度有很大的改革作用。馬克思認為火車會是印度工業化的先驅，因為在印度建造如此龐大的鐵路網並維持順暢運轉，必然得引進相關的技術與產業。換言之，鐵路產業將發揮如同在英國曾產生的帶動產業發展的力量。
此外，馬克思認為印度農村的孤立導致印度缺乏道路，缺乏道路則讓孤立持續下去。在彼此不相往來的情況下，就不會有追求社會進步的欲望和努力。英國人打破了印度村莊孤立的自給自足狀態，鐵路則刺激交通傳播的需求。馬克思斷言國內外市場的擴張會打破印度農村的孤立，交通與傳播會使得印度真正走向統一。因為鐵路和報紙會增強印度擁有私人土地的菁英的力量，他們到英語學校讀書，學習管理政府的技能和歐洲科學，這樣的人正是亞洲社會所需要的。
從上述言論看來，馬克思是歐洲啟蒙思想的繼承人。正如雅達斯所說，馬克思雖然譴責資本家對工人階級的剝削和貶低，但他對科技有樂觀的信心，認為機器具有改善與解放人類的潛能。鐵路、電報和蒸氣輪船會侵蝕亞洲原本的生產方式與專制制度的地基，奠立亞洲邁向更高階段發展的基礎。
實際的情況當然和這些預期與想像有所出入。歷史學與人類學研究已經證實，所謂亞洲社會是封閉而一成不變的農村社會或非洲人生性懶散，這樣的看法其實是當時歐洲人偏見、歧視或簡化的觀點所製造出來的錯誤刻板印象。
鐵路在殖民地確實發揮重要的經濟與交通功能，但正如雅達斯所指出，鐵路也使得歐洲殖民者可以深入亞洲與非洲內部，便於進行開發剝削，更讓殖民當局可以有效調動部隊發動征服戰爭或鎮壓當地人的反抗。印度確實擁有綿長的鐵路網，但種姓制度與相關歧視並未因此消失。殖民者對鐵道移風易俗能力的不切實際期望與誇大想像，是簡化的科技決定論的歷史實例。
深度閱讀
Adas, M. (1989) Machines as the Measure of Men: Science, Technology, and Ideologies of Western Dominance, Cornell University Press, New York, NY. |
食品與生活:酒的釀造與飲酒對健康的影響 | 酒的釀造最早可追溯到五千年前，在埃及的古墓中發現以大麥釀製的麥酒。至於在中國關於酒的製造，則有許多說法，例如酒是由猿猴採摘水果，置於樹洞中發酵而得，稱之為猴兒酒，或是由天上的神仙指導老祖宗，以秫米釀製而得。而在《說文解字》中則記載「古者儀狄作酒醪，禹嘗之而美，遂疏儀狄。」在距今四千多年的夏朝，就有利用米糧為原料，釀造酒的紀錄。到底酒是誰發明的呢？我們不妨將其視為人類經由不斷地嚐試、觀察及利用自然界中存在的各種微生物的發酵作用，再經由不斷地改良而成的心血結晶。
酒是如何製造的
最早的人發現，只要把熟透的水果、糧食甚至是牛羊等家畜的奶，放置在如倉庫、樹洞、竹筒、陶甕或木桶等各種容器中，放置數十天甚至數月、數年後，即可得到各種美味的酒。但是當時的人們只知其然，而不知其所以然。至於酒是如何形成的，更是無法解釋，而將其歸因為上帝或神仙的傑作。在十七世紀時，劉文厚 (Antonie van Leeuwenhoek) 利用自己發明的顯微鏡，發現在啤酒及葡萄酒中有微小的生物存在。直到西元一八五○年，巴斯德 (Louis Pasteur) 才證實啤酒及葡萄酒的形成，主要是由酵母菌這種微生物在釀酒原料中生長及代謝所致。
酵母菌主要存在於果實、採收器具、動物咬嚙過的果實部分及釀酒用的器具中。以葡萄酒為例，把葡萄採收後存放在木桶中，其中的酵母菌即可利用葡萄中的各種營養物質，如醣類、維生素、蛋白質及脂肪而生長。酵母菌分解葡萄中的醣 (葡萄糖、果糖、蔗糖), 產生酒的主要成分–乙醇，而且在發酵過程中還會產生各種香氣物質，如高級醇、酯類、脂肪酸及其他的特殊物質，形成香氣及口味複雜的葡萄酒。
酒類的釀製是否單靠酵母菌的作用就可以完成呢？答案有時是否定的。雖然釀酒用的酵母菌會利用簡單的醣類，如葡萄醣、蔗醣、麥芽醣及乳醣等，直接把水果釀成各種水果酒，但是若原料是米、麥、高粱等穀物，其中的醣類屬澱粉類多醣時，酵母菌就英雄無用武之地了。這時就需要黴菌，如麴黴菌、根黴菌及毛黴菌等的作用。
黴菌可以產生多種酵素，如澱粉酶、蛋白酶、及纖維酶等，可分解原料中的大分子物質，如澱粉、蛋白質及原料外層的種皮等，產生簡單的醣類、胺基酸及核酸等物質，提供酵母菌的生長。所以在亞洲地區的傳統酒類，如中國的紹興酒、高粱酒及日本的清酒，都是使用黴菌及酵母菌共同發酵生產的穀物酒。這種黴菌及酵母混在一起的菌種稱之為酒麴。現在可以在傳統市場買到的白麴 (又稱酒藥), 就是酒麴的一種。
其他利用澱粉原料製造的酒類，包括以大麥做成的啤酒及以馬鈴薯製成的伏特加。啤酒是利用麥子發芽時所產生的酵素，進行澱粉等大分子的水解，並利用酵母菌產生酒精及其他風味物質。在酒精發酵後期或熟成期間，會有乳酸菌或產膜酵母菌參與，產生更多的風味物質如乳酸及各種香味物質如醛類、醇類及酯類等，進一步提供酒的風味而製成各式發酵酒如葡萄酒、啤酒、清酒及紹興酒等。
發酵酒再經由蒸餾可製成含高量乙醇 (一般在 40% v/v 以上，其中 40% v/v 代表溶質體積占全部體積的百分比是 40%) 的蒸餾酒，如威士忌、白蘭地、高粱酒及燒酒等。此外，浸泡不同原料如中藥、水果及香草植物等，在發酵酒或蒸餾酒中，再經一段時間熟成，則可製成再製酒如蔘茸酒、五加皮、梅酒、龍眼酒、荔枝酒及杜松子酒等。
酒的成分相當的複雜，包括水、醇類、酯類、有機酸類、多元酚類、醣類、含硫化合物等。隨著各種成分及含量的不同，產生許多樣式不同的酒。
影響酒品中成分的因素包括原料種類、氣候、原料栽種方法、加工方法及使用菌種等。如何釀造一種令人喜愛的好酒呢？在中國的釀酒業中，自古流傳的一句名言:「麴為酒之骨，糧為酒之肉，水為酒之血。」意思就是說釀酒所使用的菌種、原料以及水是影響酒品質的三大要素，有好的菌種、原料以及水，再配合優良的加工技術，才可以釀造出好酒。
飲酒是否皆如想像中的如此典雅呢
適量的喝酒可使大腦中抑制的功能減低，而達到身心放鬆的效果，但是飲酒過量時，則會使辨別力、記憶力、集中力及理解力減弱甚至消失，造成了大家常見的酒後失禮、失態以及對身心的傷害。
中藥典籍記載酒具有「通血脈，禦寒氣，行藥勢。治風寒痹痛，筋脈攣急，胸痹，心腹冷痛。」等功效。近年來在流行病學上的研究顯示，每天喝酒 1~3 杯 (以純酒精攝取量計算，約為每天 10~30 公克), 對於人體的健康是有幫助的。如果以不喝酒者可能罹患心血管疾病、腦中風、動脈硬化、高血壓、上呼吸道感染等疾病的機率為 1.0 的話，每天喝酒 2~3 杯的其機率可降至 0.6 左右。但是若每天喝酒超過 4 杯 (純酒精攝取量超過 40 公克), 其罹患心血管等疾病的機率則明顯地大幅增加。
根據衛生署統計，民國九十一年國人十大死因中和動脈硬化有關的疾病包括腦血管疾病、心臟疾病及高血壓疾病，占所有死亡人口的 20%, 其中心臟疾病及高血壓疾病的比率更有逐年增加的趨勢。根據研究顯示適量飲酒 (每天 1~3 杯) 可以防止動脈硬化，而降低上述疾病的罹患率。
在腦血管疾病方面，造成死亡的原因可能是腦中風，而腦中風的原因可分為腦梗塞及腦溢血兩種。研究顯示，適量飲酒 (每天飲酒量相當 10~30 公克純酒精) 可降低 20~50% 腦梗塞的機率及降低 21% 腦溢血的機率，但是每天飲酒量超過三杯的話，腦中風的機率是一般人的 2~3 倍。在心臟疾病方面，研究結果顯示，每天飲酒二杯，心絞痛及心肌梗塞的罹患機率可分別降低 56% 及 47%。在高血壓疾病方面，每天喝酒 1~3 杯的受試者，具有最低的血壓值，但如果每天飲酒量超過三杯，其血壓則明顯增加。
此外，適量飲酒也可降低上呼吸道感染、罹患膽結石及骨質疏鬆症的機率。目前世界各國，常出現人口老化的現象，而有關年齡老化造成的各種記憶及辨識能力退化的問題也日益受到重視，研究結果顯示，適量飲酒可以提高中年人的記憶及辨識能力。
研究結果顯示，男性每天飲用酒，換算成純酒精量最好不超過 30 克，女性則不可超過 15 克。以男性為例，如果飲用酒精濃度是 4% 的啤酒，飲用量不可超過 750 毫升；酒精濃度是 10% 的葡萄酒則不可超過 300 毫升；而酒精含量是 40% 的烈酒，則不可超過 75 毫升。若飲酒量超過上述標準，則肝臟疾病、惡性腫瘤、胃潰瘍及高血壓的罹患機率會大幅地增加。
到底要喝哪一種酒呢
在某些研究中指出，葡萄酒尤其是紅葡萄酒，含有高量的多酚類化合物如單寧、花青素、白黎蘆醇等機能性成分，具有抗氧化、抗突變、螯合金屬離子、清除自由基、提高血中高密度脂蛋白及降低血中低密度脂蛋白濃度等效果，最有益於人體健康。然而，也有文獻指出，酒的種類對人體健康的效果並無顯著差異，酒的攝取量才是影響人體健康的最大因素。
日常要如何喝酒才不會危害身體健康呢？在臺灣菸酒公司網站上有飲酒十誡：宜淺酌慢飲，不可喝急酒；宜佐下酒菜，不可空腹喝酒；宜讓肝臟有休息時間，不可持續過量喝酒；心情不好，身體疲倦時，宜避免喝酒；喝烈酒，宜先稀釋或添加冰塊；自己想喝才喝，不宜意氣用事，勉強乾杯；自己想喝就喝，不宜勉強他人喝酒；午夜過後，不宜再喝酒，以免宿醉難受；服用西藥，不可馬上喝酒；意猶未盡想續杯時，表示將醉矣！須馬上停止。據此，下回舉杯時請記得配合上述飲酒十誡及飲酒限量法則，那麼將可享受香醇美酒而不致危害身體。 |
微生物與健康產業:無所不在的微生物 | 海洋中的藍綠藻 (紅色) 正被異營細菌 (藍色) 分解。(圖 / Outline of MME Lab, Dr. S. Suzuki.)
禽流感引起的恐慌籠罩著全球，而在經濟全球化的同時，世界各地的微生物也藉著全球旅人的遷移展開無國界的旅程。例如 SARS 原本是中國區域性的傳染病，但藉由各式交通工具的散布而成為全球性的災難。若當時發生大規模的感染，預測會比 1918 年第一次世界大戰後的「西班牙流行性感冒」, 侵襲了全球五分之一人口的慘痛經驗來得更為嚴重。到底是何方神聖造成如此世界性恐慌呢？在生活環境中，例如空氣、水、食物等，充滿著千百種、億兆個的微生物，它們無法以肉眼看見，卻幾乎無所不在。這些必須在顯微鏡下才現形的微小生物統稱為微生物，包括病毒、細菌、藻類、真菌、黴菌等。
微生物第一次被發現：列文虎克觀察雨水
人類第一次知道微生物的存在，是在四百多年前由荷蘭小雜貨店商人列文虎克 (Anton van Leeuwenhoek, 或譯為雷文霍克), 透過自製顯微鏡觀察到雨水中有微小的生物。自發現細菌後，科學家開始對微生物產生興趣，思考周遭一些在那個時代認為理所當然的事，例如煮過的肉湯為何還會有細菌孳長。因為沒有人可以具體描述微生物，所以各自以觀察到的想法推理，因而衍生出「自然發生說」與「反對自然發生說」兩派理論。
直到一百多年後，約 19 世紀左右，年輕的法國化學家巴斯德以鵝頸瓶實驗，推翻了微生物會自行產生的學說，重新開啟細菌學研究的大門，他也因此被推崇為細菌學的始祖。在 19 世紀這個科學萌芽的時代，產生了許多互相競爭的科學，也因為開放的討論，讓微生物及相關知識的累積遽增。
列文虎克 (左) 與巴斯德 (右) 的畫像。(圖 / 張雅鈴繪)
在 19 世紀中葉前，中西方對於疾病發生的原因仍然眾說紛紜，直到 19 世紀末，才陸續證明許多疾病與微生物的關係。爾後研究工具如電子顯微鏡等的陸續發明，許多與微生物相關的學問開始大幅進展，包括基礎研究上的遺傳學、分子生物學、免疫學、公共衛生等，以及工業應用上的食品科技、發酵工業、能源替代等。
根據研究，在每平方公分的廚房工作檯面上，可培養出 300 個細菌；浴廁的水龍頭把柄上，可培養出 1 萬個細菌；在廚房的抹布上，每平方公分更可培養出 1 億個細菌。細菌是地球上最古老的生物，分布廣泛，大部分的大小介於 0.5 到 1 微米之間。
至今所知最大的細菌，是由德國麥斯賓克海洋微生物學院的生物學家舒爾斯 (Heide Schulz), 於 1999 年在非洲的納米比亞海岸發現的。其菌體成圓球狀，最大的直徑有 0.75 毫米，體積是一般細菌的數百萬倍，肉眼可見。因為排列成鏈狀，發出閃亮的白色，看起來很像珍珠項鍊，所以命名為 Thiomargarita namibiensis, 意思是「納米比亞的硫磺珍珠」。這種細菌的細胞內充滿空泡，可以儲存大量養分，細菌本身也可透過調整空泡大小改變密度，以控制其在水中升降覓食，有如一部升降機。
微生物只會讓人生病？其實對人類有重大貢獻
微生物分布廣泛，從冰冷的北極到熾熱的深海火山岩噴口，都可以找到其蹤跡。還好大都對人體無害，甚至許多微生物還是有益菌。在一般人觀念中，微生物會感染各種動、植物，引起病變甚至導致死亡。然而考量微生物對大多數動、植物及人類所做的有益貢獻，可說是瑕不掩瑜。
以溫泉中發現的嗜熱細菌為例，為適應高溫的環境，這種細菌的蛋白質結構必須不會變性，在高溫下的生化反應才能正常進行。嗜熱細菌的研究造就了分子生物學中一項非常重大的革命，即 DNA 聚合酶連鎖反應 (polymerase chain reaction , PCR) 技術的成功發展。PCR 是一個利用 DNA 聚合酵素在試管內大量合成特定基因的技術，為分子生物領域帶來不少的震撼和影響，大大地加速了生物科技研究的腳步。
嗜熱細菌的研究造就了分子生物學中一項非常重大的革命，即 DNA 聚合酶連鎖反應技術的成功發展。(圖 /flickr)
使 PCR 技術成功的關鍵物質，就是嗜熱細菌體內的 DNA 聚合酶。事實上，這個關鍵物質是由一位來自臺灣的研究生於 1976 年在美國攻讀碩士學位時發現的。他發現由黃石公園溫泉分離出的嗜熱性細菌，其 DNA 聚合酶具有耐高溫的特性。這份論文後來被 Cetus 公司的米利斯 (Kary B. Mullis) 所應用，並在 1988 年改以溫泉菌分離的 DNA 聚合酶進行 PCR 的方法重新發表。
這項技術使他獲得了 1993 年諾貝爾化學獎，是近年來分子生物領域的重大成就。若沒有這些特殊環境下生存的微生物所衍生的「特殊工具」, 人類基因解碼可能還遙遙無期呢！微生物與我們日常生活息息相關，古代為了保存多餘的食物，各民族都發展出各種利用微生物醃漬或發酵的方法，以抑制因壞菌生長可能造成的食物腐敗，並可增添食物的美味及提升營養價值。除了大家熟知的優酪乳、葡萄酒是利用微生物發酵技術生產外，也許您還不知道，巧克力的顏色及美味也是一群微生物的傑作。
巧克力是以可可豆為原料，可可豆莢打開一段時間後，微生物會在豆莢內的黏液物質中開始繁殖發酵。初期是酵母菌把糖分轉化為酒精，並分解果膠，降低苦味物質。當發酵至一定的酒精濃度時，酵母菌會逐漸死亡，取而代之的是乳酸菌類細菌繼續繁殖發酵。然後把豆子乾燥，再由黴菌接棒繼續發酵。最後以高溫烘焙方式殺死微生物，就成為製作巧克力的原料，它具有特殊色澤、濃郁獨特的香味，為人們生活帶來了浪漫的享受。
微生物在各產業扮演的角色
農漁產業
在土壤中無以計數的微生物，日以繼夜地分解地面上各種動植物屍體，把各種有用的礦物質及有機物質重新送回大自然，再次提供其他生物循環利用。這些微生物包括根瘤菌，又稱共生性固氮菌，能夠幫助固定大氣中的氮元素，讓植物從土壤中吸收硝酸離子以合成胺基酸，可以減少肥料用量及增加植物收穫量。另外，枯草桿菌可產生長期存活的內生孢子及抗生物質，可以與土壤中的致病菌長期競爭生長，誘導植物產生抗病性，進而降低農藥的使用量，達到防治植物病害及促進植物生長的目的。
植物與根瘤菌的共生關係。(圖 / Online Biology Book, Mike Farabee, Ph.D.)
在河川及海洋中，有些微生物可以幫助分解各種污染及廢棄物，達到淨化水質的目的。因此可以應用在養殖漁業上，例如混合使用芽孢桿菌群、光合菌、硝化菌等，除了可以分解魚池中殘餘的魚飼料及魚排泄物，解決養殖場所水質污染的問題外，也可以抑制水產養殖業致病原菌群的生長，提高養殖業漁獲量。
生物復育
生物復育 (bioremediation) 或稱生物整治、生態復育，主要是利用微生物的代謝活動來減少污染地區污染物的濃度，或降低其毒性。利用生物復育最大的特點是可以對大面積的環境污染進行整治復育，目前最常應用於石油污染及農田農藥污染的整治上。生物復育最著名的成功案例是在 1989 年，美國愛克森石油公司的運油船在阿拉斯加擱淺，造成一千多萬加侖石油外洩並污染海洋。
愛克森公司使用微生物進行油污分解清除，使得近百公里的環境得以免遭荼毒。另外，有些生物科技公司專門篩選以有毒污染物或重金屬為食物的微生物，來解決農田或地下水污染的問題。例如美國化學學會就提出利用細菌清除農田鎘污染的方案，利用微生物把土壤中可溶性鎘吸收轉化為不可溶的沈澱物，如此就不會被農作物吸收，也可降低地下水的污染。
發酵產業
利用微生物進行發酵生產，其實很早就出現在人類的歷史中了，像是乳酪、酒類、麵包的製作等。但是微生物發酵工業的大規模發展，則是在第一次及第二次大戰期間，利用微生物發酵和類似的科技，製造軍備相關的化合物，以及第二次大戰後用於大量抗生素的生產。此外，目前又因為石油價格日益高漲及潛在的短缺問題，傳統的微生物發酵再度引起人們的興趣。
近年來不論是化工或食品產業，許多原料多以發酵技術大量生產，只要投入的菌株適當，就可以得到想要的產物。例如以納豆菌發酵生產納豆菌和納豆激酶，或是純化後可以得到聚麩胺酸；酵母菌發酵產物可以是酒類或大家耳熟能詳的化妝品 SK-II 的酵母培養液 Pitera; 枯草桿菌發酵所得代謝物質含有可用於醫藥的抗生物質、蛋白質分解酵素、油脂分解酵素、澱粉分解酵素等，這些產物也可以應用於食品添加、清潔及化妝用品中。
運用微生物發酵有許多優點，除了菌種多樣性之外，生產的速率快，單一產物的回收也較容易，因此能提高有效成分的濃度，且品質穩定度也易調控。最重要的是由於所有發酵產物都是天然來源，健康及安全性更有保障。
醫療產業
抗生素是 1928 年佛萊明在一個偶然的機會下發現的。當時他正在研究葡萄球菌，放長假前，他把塗布有細菌的培養皿堆置在實驗室，度假回來後，同事發現培養皿被黴菌污染，但是黴菌周圍卻沒有細菌生長。對於這個現象，佛萊明猜測是黴菌產生了一種抗菌物質，透過培養基向外擴散，導致周圍的細菌無法生存。
後來佛萊明以黴菌抽出物質處理細菌，發現確實可以殺死細菌，因為抽出物質來自於學名是 Penicillium notatum 的微生物，所以把這物質命名為盤尼西林 (Penicillin)。抗生素是微生物的二次代謝物，並非其生長所需，但抗生素可以選擇性地滅殺病原菌，且不會對宿主造成傷害，因此又稱為「魔術子彈」。到目前為止，許多抗生素都還是以發酵方法生產。
利用微生物拮抗特性，加入有益微生物培養後，病原菌被抑制無法生長。
人類對生活品質及生活水準要求日益提高，在大部分人類可以豐衣足食的狀態下，進一步希望可以藉由科學的力量達到更理想的生活，生物科技產業的發展於是應運而起。生物科技的進步迅速，帶動與生物醫藥相關的產業，如生技醫藥、食品、醫療器材、環保等產業的快速成長。由於微生物有迅速大量生產的特點，在新一波的產業成長中將扮演非常重要的角色，以後人類和微生物的關係會更密不可分，它不僅在我們的環境中無所不在，且將遍布於各種產業中。 |
生質能源:生質酒精 | 何謂生質酒精
生質酒精，也可叫做生物乙醇，就是利用微生物發酵把生質 (biomass) 中的醣分轉化所得到的酒精。生質酒精其實就是乙醇，分子式是 CH3CH2OH, 和由石化原料生產的乙醇相同，差別只在於原料的不同。生質指來自生物體的非石化有機物，一般所指的生質通常是植物藉由光合作用產生的含碳化合物。
做為汽油的替代燃料，生質酒精通常以 5% ~ 15% 和汽油混合，可在不修改現有汽車引擎的情況下使用，也可以完全替代汽油做為汽車燃料。添加 5% 和 10% 酒精的汽油就分別稱為 E5 和 E10, 美國有 E85 汽油，也就是含酒精 85% 和汽油 15% 的混合燃料。使用生質酒精的汽油辛烷值高且較潔淨。此外，汽車引擎燃燒的酒精是由二氧化碳 (CO2) 經植物光合作用轉化的生質而來，形成封閉系統，在這個系統中循環利用 CO2, 淨排放量是零。
生質酒精的原料
早在 1970 年代石油危機時，巴西、美國就積極投入生質酒精工業的發展，近年來在 CO2 超量排放、全球氣候暖化、國際原油供需不穩定和價格持續上漲等因素影響下，有越來越多的國家投入。2006 年全球的生質酒精產量約 4 千萬公秉，90% 生產於巴西和美國。巴西以甘蔗為原料，美國則以玉米為主，生產生質酒精，甘蔗和玉米分別是糖質和澱粉質作物。
除了這兩者之外，做為生質酒精原料的作物也包括大麥、小麥、燕麥、稻米等穀類，還有甜菜、甜高粱，以及木薯、甘藷等。最近幾年的發展是以非糧食作物為原料來生產酒精，也就是以木質纖維素或纖維質做為生質酒精的原料，包括穀類農作物廢棄物如麥稈、稻稈、玉米稈等，以及農業、都市和建築廢棄物，如蔗渣、舊報紙、木屑、廢木材等，或者成長快速的纖維質作物，如芒草、狼尾草、柳枝稷等，甚至包括海藻類。
這幾年因為玉米酒精工廠大量設廠開工，造成玉米價格飆漲，美國國內畜牧業受到波及，使得全球糧食短缺而引起恐慌。為了加速纖維酒精的發展，並配合布希總統未來 10 年內減少 20% 汽油用量的宣示，美國能源部在 2007 年 6 月底宣布，未來 5 年內將提供 3 個研究中心總共 3 億 7 千 5 百萬美元經費，進行生物燃料研究計畫，目標是改進纖維素轉化為生質酒精的製程，以降低成本。
國內發展的前景
不久前，經濟部才指示國營事業帶頭籌設生質酒精工廠。中油規劃和味丹合作，利用味丹的發酵設施生產生質酒精。臺糖則將在嘉義南靖投資設廠，以甘蔗、甜高粱等為原料生產生質酒精。
臺灣現在休耕的農田已超過 24 萬公頃，每年政府補助休耕轉作的經費高達 118 億元。根據京都議定書的規定，將來國際間有 CO2 排放量的配額，若利用休耕的土地種植能源作物來提煉酒精，都能算為 CO2 減少的配額。因此，因應 CO2 排放減量的需求和能源短缺的問題，可以利用休耕農地種植能源作物以生產生質酒精，同時提高土地使用率和增加農民收入。
農委會農試所的研究指出，最適合在國內栽種的生質酒精能源作物是甘蔗、甘藷和甜高粱。若有糧食短缺的考量，休耕的土地不宜全部用來種植能源作物，國內每年仍有數千萬公噸的農林廢棄物 (稻草稈、蔗渣、蔬果廢棄物、建築林木廢棄物等) 可做為原料來生產生質酒精。
製造程序和技術
製造生質酒精的原料大致區分為 3 類，根據不同種類的原料，轉化成酒精的方式也不同。
第 1 類是糖質原料，如甘蔗，甜高梁等富含簡單的醣類。利用甘蔗和甜高粱的莖壓榨成汁後，可直接經酵母菌發酵製成約 13 ~ 17% 的含水酒精，再經過蒸餾提高濃度到 95%, 最後經過分子篩脫除水分成無水酒精。榨汁剩餘的廢棄物除可燃燒生產高溫蒸氣提供蒸餾時所需能源，甚至以汽電共生方式發電降低成本外，也可成為纖維酒精的原料。巴西或國內臺糖公司未來的工廠，都是以這種方式運作的。
第 2 類是澱粉質原料，如小麥、玉米、木薯、甘藷等，澱粉含量分別約為 70 ~ 75%、60 ~ 70%、25 ~ 30% 和 15 ~ 20%。這些作物須先經前處理步驟使澱粉釋放出來，而澱粉是一種聚合醣，須經液化、醣化步驟分解成可發酵的單醣 (葡萄糖), 隨後的發酵、蒸餾製程則和糖質酒精一樣，這類酒精稱為澱粉質酒精。東南亞的國家大多以木薯為原料，美國和墨西哥則以玉米為原料。
第 3 類是纖維質原料，多半是農業廢棄物，是由纖維素 (約占 38 ~ 50%)、半纖維素 (約占 23 ~ 32%) 及木質素 (約占 15 ~ 25%) 三者所組成。其中纖維素是長鏈狀的高分子結構，和澱粉一樣，是由葡萄糖所構成，但兩者結構不同。半纖維素則是短分子鏈的結構，是由多種糖類單體組成，以五碳糖居多。
不同農業廢棄物的組成比例也不同，因此製程上須先經化學或物理方法處理，破壞植物的細胞壁並把半纖維素降解為五碳糖，再以適當的酵素水解把纖維素降解成六碳糖，最後經酒精發酵把五碳糖和六碳糖轉化成酒精，這類酒精稱為纖維酒精。酵素水解剩下的木質素則可燃燒以汽化發電方式產生能源，提供後段蒸餾所需的能源。
由糖和澱粉製造酒精的技術屬於第 1 代的生質酒精，已商業化設廠，所用的生產設備和技術也非常成熟，但農作物來源和人類或動物的食物相互競爭，有造成糧食短缺的問題。第 2 代的纖維酒精可解決這個問題，但其主要原料來源 - 農業廢棄物也是一種重要的有機肥料，若大量使用於製造纖維酒精也有環保上的疑慮。
纖維酒精
纖維酒精所用的原料是木質纖維素，存在於地球上的草本和木本植物中，並非人或動物的食物，因此沒有排擠糧食的問題，對農地利用的影響也較小。例如蔗渣是製糖的廢棄物，能轉化為酒精是回收能源的好方法。此外，國內最大宗的農業廢棄物 -- 稻草稈，年產量約 200 萬噸，除少部分用作堆肥、菇舍建材、草繩、飼料等之外，大部分是就地燃燒，造成空氣污染，危害道路安全，引起車禍時有所聞，如能做為生質酒精的原料，將有環保、節約能源等多重效益。
雖然以農林廢棄物做為原料生產第 2 代酒精，更符合經濟效益和環保要求。但目前纖維酒精的發展仍有不少障礙，成本上仍無法和糖質或澱粉質為原料的匹敵。纖維酒精所遭遇到的最大問題，是如何降低纖維素水解反應的成本和提高分解的反應效率。
植物細胞壁的纖維素是由葡萄糖聚合而成的線性長鏈分子，和半纖維素、木質素、果膠質等互相纏繞在一起。除此之外，植物尚有表皮組織，上面含有保護的腊質。在利用纖維素分解瓷把纖維素水解為葡萄糖時，除有木質素和半纖維素的纏繞阻撓之外，由於纖維素本身晶體結構的問題，使得酵素不容易接近它的表面，造成分解效率緩慢。因此須透過前處理步驟去除木質素並溶解半纖維素，提高纖維素和酵素的接觸面積，加快分解速率。以稻草稈為例，若直接使用未處理的稻草稈和酵素反應，水解率不到 10%。
前處理 前處理的方法大致可分為物理法、物理化學法、化學法、生物法等。
物理法主要是粉碎原料讓顆粒變小，增加酵素的接觸表面積，並破壞纖維素的晶體結構，耗能較大。
物理化學法包括高溫熱水或蒸氣處理，後者包括蒸氣爆裂法、氨爆裂法和 CO2 爆裂法，主要是利用蒸氣讓原料處於高溫、高壓一段時間後，可使木質素軟化，再瞬間洩壓，纖維素晶體便會爆裂。蒸氣爆裂法耗能低，但會產生對發酵有害的物質，氨爆裂法雖不會產生有害物質，但是半纖維素並不會分解，因此須再投入半纖維素分解酵素進行水解，而 CO2 爆裂的效果較差。
化學法則包括：(1) 鹼處理法：利用鹼溶液溶解木質素；(2) 稀酸前處理法：稀酸可使半纖維素水解成為單糖，使得結構鬆散。
生物法通常是利用腐生真菌，如白腐真菌，把生質原料的木質素移除，這是利用真菌的木質素過氧化酶降解木質素。其他包括多酚氧化酶、漆酶等也能降解木質素。
綜合而言，要把纖維素從細胞壁中釋放出來需要有前處理步驟，傳統上以高溫高壓或酸鹼處理為主，不但耗能而且會產生大量的廢水，因此生物處理法是發展的方向。最好是利用各種分解酵素除去木質素和其他成分，並使纖維素和半纖維素分解為單糖以利發酵。
纖維素分解 把生質中的聚合醣分解為可發酵的單糖，是生質酒精發酵的首要步驟。不若澱粉質作物的澱粉酵素分解，包括液化和醣化步驟的技術已相當成熟，纖維素的分解酵素是製造纖維酒精的主要成本所在。在 2004 年，克服這個障礙的研究終於有了突破性的進展，全球知名的兩大酵素公司 Novozymes (總部位於丹麥) 和 Genenco (美國加州), 在美國能源部的經費補助和國家再生能源實驗室 (NREL) 支援下，分別研發出遺傳基因工程菌體，能大量生產有效分解纖維素的纖維素分解瓷。
乙醇發酵 工業上主要用來發酵產生酒精的微生物是啤酒酵母和革蘭式陰性菌，但這兩種酒精生產菌只能代謝葡萄糖、果糖和蔗糖，無法消化利用半纖維素的分解產物木糖、阿拉伯糖等五碳糖。
經過許多學者的努力，包括普渡大學的何南西 (Nancy Ho) 博士，已成功利用基因重組技術把能代謝木糖的基因轉殖到上述兩種微生物中，使它們能同時把五碳糖 (木糖) 和六碳糖 (葡萄糖) 轉化為酒精。美國佛羅里達大學恩格倫 (Ingram) 教授則是把革蘭式陰性菌代謝得到酒精的兩個基因選殖到大腸桿菌，所構築的 E. coli KO11 也可把葡萄糖和木糖轉化為酒精。
另外，NREL 也宣稱開發出全球第 1 株能同時代謝阿拉伯糖和葡萄糖的酵母菌，可代謝阿拉伯糖得到 83% 的酒精產率。除了代謝五碳糖的酒精生產菌研發之外，高耐受力 (耐酒精、耐高溫、耐有毒成分) 的酒精生產菌的篩選和改良，也是學者持續研究的重點。尤其是纖維素的酵素分解要和酒精發酵一起進行，配合酵素分解時的高溫需求，酒精生產菌必須能在高溫發酵，因此耐高溫的酵母菌開發是很重要的。
纖維酒精製程 國際上目前已開始有纖維酒精公司加入生質酒精的生產行列，加拿大的 Iogen 公司先利用蒸氣爆裂法處理農業廢棄物，然後以酵素分解得到五碳糖和六碳糖，再發酵為酒精。這種製程稱為分開醣化 (水解) 和發酵程序 (SHF), 也就是先透過酵素水解法或酸水解法分解為單糖後再進入發酵製程。美國的 BC International 公司也是採用這種酵素水解和發酵分開的製程。
發展中的製造程序還有：同步水解和發酵程序，可克服發酵過程中糖濃度過高所造成的抑制現象；同步水解和共同發酵程序，利用可同時代謝五碳糖和六碳糖的酒精生產菌進行發酵；整合生質處理程序，利用能水解並能發酵的微生物，把木質纖維素前處理後的產物完全轉化為酒精。
另外，單是在發酵部分，還有許多適合生質酒精的製造程序，例如：細胞固定化製程，可提高菌體濃度；非常高糖濃度發酵製程，增加進料的可溶性物質至 300 克 / 公升以上，可提升最終酒精濃度和降低操作成本；連續發酵製程，可降低操作成本和提高產率。
因應國際能源存量的減少和價格的攀升，發展生質酒精是勢在必行的。根據國際能源總署的估計，全球生質酒精取代汽油做為汽車燃料的比率，在 2010 年會達到百分之四，在 2030 年會成長到百分之六。從生質酒精絕對使用量來看，則會成長 3 倍，也就是從目前每年全球生產量 3,800 萬公秉，增加到 2030 年的每年 1.2 億公秉。因此生質酒精，尤其是纖維酒精工廠的建立，將如雨後春筍般快速擴增，以因應越來越多的燃料酒精需求。 |
人類的好伙伴–昆蟲桿狀病毒:製造蛋白質的奈米機械人 | 隨著 2008 年諾貝爾獎頒給人類乳突病毒可以致癌的發現，葛蘭素史克藥廠也順勢推出第一個用於人類的桿狀病毒蛋白質產品 — 抗人類乳突病毒的疫苗，這疫苗的上市是桿狀病毒蛋白質生產系統發展史上一個重要的里程碑。
面對生醫製藥和生技產業的大量需求，蛋白質生產已成為本世紀不可或缺的產業，統計顯示將來全球每年都會創造數以十億美元計的商機。在臺灣，蛋白質生產也會逐漸成為一個重要而值得發展的生物科技或生醫製藥領域。在眾多蛋白質生產系統中，桿狀病毒所生產的蛋白質品質極佳，構築速度快且產量高，因而成為蛋白質生產體系中重要的一員。
桿狀病毒是一群桿狀構形的昆蟲病毒，具有約 80∼230 kb 的雙股 DNA 基因體。它不是人類病毒，因此安全而容易操作。由於數十年來它已經長期被世界各國核准使用在農業蟲害防治上，以取代對人類和環境較有害的農藥，因此安全性早已受到全球各國認可。近二十多年來，隨著遺傳工程的進展，這病毒經多方面試測，已成為表現外源蛋白的絕佳載體之一。
桿狀病毒極小，就像奈米機械人，可在昆蟲細胞內製造蛋白質，以應用在疫苗、檢驗試劑、工業蛋白、飼料添加物和生物科技實驗室的種種高價位蛋白的需求上，也可以幫忙運送基因進入哺乳類動物的細胞，成為人體基因療法或組織工程中安全又有效的工具。也由於桿狀病毒多方面的重要性和用途，目前在國際公認的刊物上至少已發表 1 萬篇以上有關這病毒的報告，相當受到重視。
桿狀病毒表現系統
桿狀病毒表現系統是 80 年代早期，由德州農工大學的夏摩士 (M.D. Summers) 教授在眾多國際競爭者的激烈競爭中，脫穎而出首先建立完成的。近幾十年來，已成為極受歡迎的高效率、高品質蛋白質生產系統。其優點包括:
桿狀病毒具雙股 DNA, 在 DNA 的剪接操作上相當方便。
病毒基因組有兩個比其他病毒表現超強，但對病毒的生長又非必要的基因 — 多角體素和 p10 基因。這二基因的起動子可以表現外來基因，且在接入較大外來 DNA 片段時，並不會影響核多角病毒的組裝。
桿狀病毒可接受原核或真核類的外來基因，大量生產重組蛋白質，也由於這系統是在昆蟲細胞內生產，因此還具有真核細胞特有轉譯後修飾作用。所生產出的重組蛋白不論在抗原性、免疫性或生物活性等方面，都和原來的真核蛋白質相似。
桿狀病毒對脊椎動物或植物都無病原性，世界各國已核准在食品作物上使用，具有相當的安全性。所用來生產的鱗翅目，即蝶蛾類昆蟲細胞，也不會有人畜共通的病原，極為安全。
強大的蛋白表現量
桿狀病毒剛進入細胞時，利用和昆蟲細胞相同的機制以早期起動子表現早期所需的蛋白，表現量相當有限。為了大量複製病毒，桿狀病毒和一般病毒一樣，都有晚期起動子以表現較大量的蛋白。但桿狀病毒和其他病毒很大的不同是，它在製造病毒後，還有更晚、但蛋白製造量非常高的兩個極晚期起動子。
這些極晚期起動子，包括 p10 起動子和多角體素蛋白起動子，在昆蟲細胞系統中有非常高的表現活性，這二個起動子在感染的最晚期所表現的蛋白可達總產量 30% 以上。因此桿狀病毒表現系統最常利用這二個強起動子來個別表現外源蛋白。
非胞裂性桿狀病毒
桿狀病毒感染細胞後會裂解細胞，所生產的基因工程蛋白質便外溢到培養液中，不但難以收集，且細胞裂解後所造成的蛋白水解酶外溢，會破壞已生產外泌的基因工程蛋白質。若生產的蛋白質較不穩定，就容易降解，使得品質降低。為了製造一個不會溶裂細胞的桿狀病毒載體系統，可以把桿狀病毒的 p35 基因去除，使病毒進入潛伏感染，同時以非胞裂性的方法生產蛋白質。
此外，可以使用化學誘變劑讓桿狀病毒基因體突變，配合螢光鑑別方法，篩選出不溶裂細胞的桿狀病毒。這些病毒的起動子強度不亞於野生種病毒，且不會溶裂細胞，不但使蛋白質的品質變得更好，回收量也大為提高，可應用於生產較不穩定的外源蛋白。
基因工程蛋白之分離
生產遺傳工程蛋白質後，回收純化是相當耗錢、耗時而困難的步驟，一直是蛋白體醫學和工業界的難題。為了解決這難題，可以使基因工程蛋白顆粒化，以便把蛋白質從稀釋的培養液或細胞中回收。這些濃縮的蛋白質粒子可以輕易地藉由簡單的細胞破解和輕度離心而分離收集。雖然這些蛋白質透過聚集已形成顆粒狀，但實驗顯示所生產的紅、綠螢光蛋白仍然能發出強烈的螢光，很明顯地它們還能維持正常的結構。
在最常用的細菌生產蛋白質系統中，蛋白質一旦進入包含體 (occlusion body) 就無活性。但以桿狀病毒生產顆粒化蛋白的新系統所生產的蛋白，粗看和細菌生產的包含體類似，但結果有很大的不同，蛋白仍有活性，也有抗原性，所用的是一個新穎且經濟的回收基因工程蛋白分子的技術。
擬人化蛋白質表現系統
桿狀病毒雖是昆蟲病毒，但 1995 年起，發現它可以用類似胞飲作用的方式被吞食入某些哺乳類細胞中。桿狀病毒在進入哺乳類細胞後，它的起動子不會表現，但若裝入可被人類細胞認識的起動子，則病毒可在進入一些人類細胞 (如肝細胞) 後表現外源基因。由於桿狀病毒對人無病原性，也不會增殖，因此安全性比目前基因療法使用的腺病毒、反轉錄病毒等人類病毒高，在新興的人類基因療法和組織工程上的應用有明顯的優勢。
然而，由於寄主範圍的限制，即使使用了可被哺乳類細胞認識並啟動的起動子，基因的表現量仍然過低。為了解決這個問題，可以使用一種桿狀病毒的基因產物 IE2 激發一些哺乳類的起動子，增進它的表現。經研究發現，IE2 活化子激發哺乳類起動子的效果極佳，在光學顯微鏡下觀察，IE2 能形成一個獨特的微型空心籠狀結構，強有力地激發 CMV 起動子生產大量擬人化蛋白。
由於 CMV 起動子是公認哺乳類細胞表現量相當好的起動子，因此它的增量表現對生物科技產業有重要的助益。這不只讓桿狀病毒進階成為一個有效運送基因進入人類細胞表現的工具，還讓桿狀病毒可生產高量的擬人化蛋白質，供醫學和實驗室研究使用。
此外，許多化學藥劑也證實能促進桿狀病毒在哺乳細胞系統中的表現。這些化學藥劑大致上可分為兩類:
組蛋白去乙醯基酶抑制劑 — 組蛋白乙醯基化在細胞內扮演基因調控的角色，是細胞抑制病毒感染的有效防禦機制。但組蛋白去乙醯基酶抑制劑可使組蛋白保持高乙醯化，以防止細胞產生防禦機制而有利病毒製造外源蛋白。微管 (microtubule) 聚合抑制劑 — 微管是細胞骨架，常在病毒侵入時形成屏障，而微管聚合抑制劑可使這結構瓦解，以增進病毒侵入的效率，進而增強目標基因表現。
大量生產基因工程蛋白
發酵槽雖然是目前生產基因工程蛋白最常用的系統，但機器昂貴、複雜而難以操作，更重要的是我們較無技術主導權。在 1985 年，已有報導顯示桿狀病毒可利用昆蟲生產大量基因工程蛋白。在 1996 年，筆者的實驗室以螢光蛋白為標誌，證明昆蟲在被桿狀病毒利用轉化後，可在遍及全身的細胞中生產蛋白質，因此產量甚豐。由於家蠶是東方特有昆蟲，體型又是所有昆蟲中較大的，因此利用牠來生產的效率特別高。
相較於發酵槽使用昂貴而不易大量生產和擴充，家蠶外源蛋白表現系統有著極大的優勢。
家蠶和常用的基因工程蛋白生產工具的細菌、酵母菌比較，屬於高等動物。利用牠來生產人類或動物所需的疫苗、營養物質或生長激素等，都無大腸桿菌或酵母菌生產體系所欠缺的蛋白醣化修飾的問題，也不會有酵母菌生產體系的過度醣化的問題。
利用家蠶蠶體為生產工具，牠的蛋白產量遠高於利用細胞培養的產量。實驗結果顯示，大量生產後，一隻家蠶成本約新臺幣幾毛錢，但是可產生約數元至數千元產值的蛋白質。由於家蠶容易飼養，蟲體大，生長發育快，不需要太多的營養添加劑和空間的需求，一隻蠶自孵化至五齡熟蠶的飼養期間，只需餵食約 20 公克桑葉，就可使蠶體重量增加 1 萬倍之多。此外，蠶體產生的外源蛋白產物都會分泌或溢至家蠶體液中，有利於蛋白純化的操作。
在生物環境安全方面，這生產系統也有種種優勢。由於一個基因工程的產物要通過各國極嚴苛的審核才得以上市，而家蠶的蛋白質生產系統可說是最符合環保安全的產物，因此是較容易通過各國的要求而上市的產品。原因包括，可感染家蠶的桿狀病毒稱為家蠶桿狀病毒，除了家蠶以外不感染任何昆蟲和生物。家蠶在野外無明顯同種可交配的昆蟲，因此不易有基因汙染的問題。家蠶是完全馴化的昆蟲，脫離人類飼養環境也無法在野外生存；家蠶的成蛾不會飛，因此無法逃逸。家蠶可完全在有管制的實驗室或廠房內飼養，不似動植物一般須在戶外培養，可減少基因工程產物的暴露。
由於以上的特性，使得家蠶生產的蛋白質成為基因工程生物產品中，最容易通過各國生物安全法規檢驗的一個系統。
展望
利用桿狀病毒載體來表現外源蛋白質的方法的應用潛力，在香港發生禽流感病毒 (H5N1) 疫情時，就首次得到證明。舉例而言，Protein Science Inc. 在美國國家衛生院的要求下，只花了 8 周，就利用桿狀病毒感染昆蟲細胞，產製出第一批禽流感疫苗，比傳統使用的細胞系快得多。美國 GSK 公司也以桿狀病毒製作子宮頸癌疫苗在全球銷售，包括臺灣。
綜合本篇論點，利用桿狀病毒相關表現系統的優點有：高表現量；可產製蛋白質分子的大小不受限制；蛋白質形成效率高；轉譯後修飾作用完整；表現的蛋白質產物具完整構形和生物活性；可加快產品開發速度；製作重組桿狀病毒表現系統所需的成本，較現行的動物細胞培養或轉殖動物系統更便宜；可即時感染並表現，無細胞系繼代和可能造成的生態汙染問題。因此桿狀病毒在生物科技上的應用性越來越廣，具有極佳的前途。 |
發酵乳? | 發媽：肚子好餓喔～便當終於送來了！柚子：哇～這家變當店好好喔，還有送養樂多！橘子：柚子～你看清楚，這不是養樂多！發媽：ㄟ... 對耶，它是寫發酵乳，不過，長得差不多啦，可以喝就好～不要浪費！而且發酵乳不是可以幫助消化嗎？這樣飯後一瓶剛剛好。
橘子：真的嗎？可是這種便當附贈的發酵乳，之前不是有被驗出還有超過標準的防腐劑，而且裡面的乳酸菌數量超少，根本就是假的啦！發爸：橘子說的沒錯，現在便當店競爭激烈，就會去買這種低價的發酵乳，或是乳酸菌飲料，但是因為保存的衛生環境不好，容易壞掉，就會加很多防腐劑在裡面，而且因為放很久的關係，裡頭的乳酸菌都沒了，或者是原本就加很少，根本不到國家標準值規定的 1%, 說穿了，裡頭就是一些糖水、色素和人工添加物，根本沒有營養價值啦。
專家的話
發酵乳 (Fermented milk) 是牛乳、羊乳或其他家畜 (如馬、駱駝) 的乳汁，經過適當的殺菌消毒後，再接種特定的乳酸菌或酵母菌加以培養所製成帶有酸味及芳香的製品。發酵乳依接種細菌的種類可簡單區分為乳酸發酵乳及酒精發酵乳。另外，依殺菌與否又分為可於室溫下保存的死菌發酵乳，及需冷藏的活菌發酵乳。依照國家標準 (CNS), 發酵乳依產品型態分為發酵乳、濃縮發酵乳、調味發酵乳、保久發酵乳及冷凍發酵乳等五種。市面上販售的發酵乳，以濃稠及稀釋發酵乳為主根據國家標準第 3058 號「發酵乳」(CNS3058) 的規定，濃稠發酵乳每毫升須含有活性乳酸菌 1 千萬個以上；稀釋發酵乳每毫升須含有活性乳酸菌 1 百萬個以上。乳酸菌不耐熱，不耐氧氣，且有生命周期，發酵乳在生產後，乳酸菌數量在達到最高峰以後會不斷减少。而含活性乳酸菌的發酵乳，在低溫中仍然會緩慢發酵，除了酸度會增加外，活性菌數也會逐漸減少。
市售發酵乳如製作過程經加熱殺菌處理，其乳酸菌已殺滅殆盡，對於想要利用乳酸菌來幫助消化的消費者，衛生單位建議飲用未經加熱處理，且冷藏販售含活性可食發酵菌的發酵乳產品。根據衛生相關法規發酵乳是禁止添加防腐劑，應該採用全程冷藏方式減緩乳酸菌衰减過程。發酵乳中的防腐劑檢驗項目包括己二烯酸、苯甲酸、去水醋酸三類防腐劑。國內販售的發酵乳，主要使用來進行發酵的乳酸菌 (Streptococcus thermophilus 及 Lactobacillus bulgaricus), 一來溶液易受膽鹽及胃酸影響而死亡，有的也不是人體腸道菌種，故無法於腸道增殖。為了加強保健效果，部分廠商會在發酵完成後加入其他乳酸菌，(如 Lactobacillus acidophilus (俗稱 A 菌)、Bifidobacterium (俗稱 B 菌或 Bifidus,Bifidobacterium longum 及 Bifidobacterium. lactis 屬於該屬菌種)、 Lactobacillus casei (俗稱 C 菌)、Lactobacillus GG (LGG) 等有益菌，) 然而這些有益菌何者對人體最好，目前尚無定論。
太陽電台 FM89.1 製作、提供
國科會「台灣科普傳播事業催生計畫─媒體製作試辦方案」補助 |
電動車跑得快–同心式馬達技術 | 臺灣機車滿街跑，消耗許多油料，產生的廢氣也很多。環保議題當紅，電動馬達有取代傳統燃油引擎的趨勢，以馬達驅動的電動車，很可能是未來短程載具的主流。
美國發明家卡曼 (Dean Kamen) 與旗下的研究小組耗費 10 年，投注近 1 億美元，在 2001 年研發出個人載具「Segway」(譯作賽格威)。這是一種由單人站立駕駛，以鎳氫電池驅動的雙輪踏板車，由於輕巧穩定，再加上不會造成空氣污染，近年來逐漸在國際上風行。美國加州的部分郵差已經開始以它做為交通工具，捷克市區也有類似的車輛出租，供觀光客代步。
成大機械系蔡明祺教授和他的研究團隊以本土的技術整合電磁機械，設計研發出「同心式馬達」, 並應用在電動載具上，突破了「低速大扭力起動」和「快速變換轉向」的關鍵技術，達到「變速」與「改變方向」的目標，其效能並不亞於 Segway 內部的驅動馬達。
蔡教授舉例說，一般廚房、工廠常用的抽風扇，有「從外吸氣」和「向外排氣」兩種功能，就是利用馬達的相反轉向。但要做轉向的轉換，馬達必須先漸漸停止，再反向加速，如此不但造成時間上的浪費，也不適合用在電動載具上。而蔡教授的研發團隊所研發的同心式馬達，是藉由馬達整合設計，使載具無論是前進或後退，內部兩個驅動馬達的輸出轉向都一樣，如此可降低轉換的反應時間。此外，同心式馬達具備強大的輸出扭力，且有連續式變速功能，能讓載具行進平穩順暢。
然而沉重的馬達裝在兩輪電動車上，要如何讓車體站穩，考驗著研發團隊的技術。蔡教授的研究生笑說，因為馬達力量夠，兩輪車體經控制就能自行站立，使用者只須輕鬆站在車上就能駕駛，並不需要「高超」的平衡感。本研究中發展出的「無段變速馬達」及「雙同心軸馬達」, 也已申請到臺灣的專利。
目前國內已有法人機構希望取得這項技術，成大醫院也感到興趣，並提出發展成「會爬樓梯的輪椅」的構想。蔡教授預估，如果能將馬達的扭力和方向性的操控再加以改良，「輪椅爬樓梯」的夢想絕對有可能實現。但是馬達電動車的推廣，除了要設法壓低本身的成本外，也需國內交通法規的配合修訂才能真正普及。 |
卡門的發明經驗–從失敗中求成功 | 愛迪生是位偉大的發明家，他那不屈不撓尋找答案的精神令人感佩。例如為了選擇電燈泡的燈絲材料，他試驗了一千多種才找到碳絲，他卻說:「我沒有失敗過，在實驗過程中，我知道了有一千多種材料不適合做為燈絲。」不遑多讓，帝恩。卡門 (Dean L. Kamen) 擁有四百多項發明專利，有人稱他是現代的愛迪生。
帝恩。卡門 (Dean L. Kamen)
小百科
卡門在 1951 年出生於紐約州，從小就喜歡發明，無師自通，並學會一些電子遙控的技術。讀高中時就成立了一家小公司販售電子遙控產品，後進入麻薩諸塞州的伍斯特理工學院 (Worcester Polytechnic Institute) 修讀物理與機械的課程。念完大一時，由於公司每年已有 6 萬美元的盈利，於是在大二那年就退學專心於發明的工作。
他最出名的發明是 iBot (一種可上下階梯的電動輪椅)、可隨身攜帶的胰島素泵、手提式的洗腎機器、可精緻微調的義肢「盧克手臂」(Luke Arm)、賽格威 (Segway) 電動雙輪車等。
靈機一動
有一天，卡門看到一位坐輪椅的殘障朋友在街道上為了跨過人行道邊一個 5 英寸高的台階，折騰了半天，難過之餘他就思考解決的辦法。於是他開始設計一個可以上下階梯的電動輪椅，經過數次的嘗試與失敗，10 年後終於推出 iBot 產品。2000 年美國柯林頓總統頒給他國家科技獎章時，卡門還示範操作 iBot 給柯林頓看。賽格威式輕便車
給柯林頓總統示範 iBot (右，2008 年白宮) 及 iBot 的設計圖 (左)。
又有一次，他看到一位朋友從伊拉克戰場回來但失去了手臂，雖然套上義肢，還是很難做如拿杯子或寫字等細膩的動作。於是他與工程師花了好幾年的時間設計，利用腦神經來控制微調各種機械的動作，使義肢能聽從腦的指揮，行為如同真正的肢體，這發明就是「盧克手臂」。這項研究成果斐然，也獲得了美國國防研究基金會的贊助。
第一個發明
卡門的第一個發明是微量藥物的釋放。起因是：他的哥哥是哈佛大學醫學院的實習醫師，負責嬰兒部門，有一天哥哥向弟弟求助說:「嬰兒服用的藥物劑量都非常小，而且必須定時給藥，但有些藥物毒性頗大，如果過量會有致命的危險，你能幫忙解決嗎？」
那時微處理器剛上市，卡門就以微處理器來控制馬達及注射的藥物劑量，經過幾次的嘗試與失敗，終於完成一部示範儀器，可以定時釋放定量的藥劑。臨床實驗的結果相當理想，主任醫師也很滿意，並把結果發表在《新英格蘭醫學學刊》上。幾個月後，卡門的公司就接到大批訂購單。後來他的哥哥又建議他製造一個可隨身攜帶的胰島素泵，並能定時定量地供給胰島素，改善糖尿病患者的生活品質。
1979 年，卡門把公司遷移到新罕布什爾州，並命名為 DEKA 公司。他仍然致力於發展新科技，希望能改善民眾的生活。如又發明了一個水處理系統，可以把受汙染的水變乾淨，而不需消耗太多能源。這項發明造福了貧窮地區的人民，使他們可以有乾淨的水喝。卡門把這項創新研究免費提供給窮人使用，因而獲得了 2006 年聯合國的全球人權獎。
從失敗中求成功
卡門是位成功的發明家，也極為富有，但仔細探究他的發明歷程，會發現每樣發明背後都經歷了許多次的失敗與挫折。他說每一個新的嘗試都可能失敗，但每次失敗都可以學習到新的教訓，一個成功的發明是經過無數次的失敗與挫折才達成的。
以下是 Segway 的發明經過。卡門原先規劃的產品是電動輪椅，這被列為公司的「標的」(target) 計畫，公司的工程師們得時時思考，但過了 2 年仍無結果。有一天他在洗澡時，不小心幾乎滑倒，幸好捉住旁邊的扶手才沒有四腳朝天，這給了他一個靈感─保持平衡是這個電動輪椅設計的關鍵。
於是他用微處理器來控制馬達的速度與方向，用陀螺儀來保持輪椅的平衡，雖然如此，成品仍然很難操作。後來利用感應器是一個重要關鍵，因為感應器能隨時告訴微處理器去調節馬達的速度、左右前後的方向，以及保持陀螺儀的平衡。微處理器、陀螺儀、感應器都是市面上現成的零件，如何配置卻是個問題，尤其早期的陀螺儀是用來穩定船舶與飛機的，體積龐大且笨重。
經過 5 年的努力，終於完成一個原始模型，但它重達 3 百磅，他們的目標又變成如何減輕重量。到 1998 年微小的電子陀螺儀上市後，原型機的重量就降到 2 百磅了。電源是另一個問題，機器必須使用永固耐用的電池，但為預防萬一，仍必須有一個備份電池。經過了整整 10 年，卡門才推出理想的 iBot 產品；目前他已把發明權利簽發給美國的強生 - 強生 (Johnson-Johnson) 公司。
藉由 iBot 的研發經驗，卡門繼續研發其他衍生產品，Segway 電動雙輪騎車的開發就是一例。Segway 也是利用馬達和陀螺儀來保持平衡，以電池做電源，但這並不很經濟。卡門就進一步研究史特林引擎 (Stirling engine), 因為史特林引擎構造簡單且耗油量也低。當然研發過程中，仍有許多細節必須考慮，如裝在手把上的速度與方向控制器很難操作也不容易學習，卡門又花了 10 年時間才推出理想的 Segway。
賽格威式個人汽車
美國通用汽車公司看好它既省油又可避免塞車，尤其是在短距離交通上的使用，因此於 2009 年與 DEKA 公司簽約要大量生產賽格威式汽車 (Segway vehicle)。
提高年輕人的科技興趣
雖然卡門是位成功的發明家，但他覺得目前很多年輕人都在追逐致富的捷徑，如成為 NBA 球星就可以有幾百萬元的年薪，但那是不切實際的，因為成功率少於幾百萬分之一。他要說服年輕人去改變世界，因此鼓勵學生去學科學或工程。1986 年，他成立一個科學營叫做 SEE (Science Enrichment Encounter) 互動學習中心，讓學生有機會接觸最新的科技。
1989 年，他又成立一個 FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology, 激勵及認識科學與技術) 的組織，鼓勵學生學習科技與工程。這組織每年舉辦全國性的機械人比賽，激勵參賽的青少年創造複雜的機械人，並從創造與實驗中求進步。
2002 年，卡門榮獲 Lemelson-MIT 發明獎，獎金 50 萬美元，他全部捐獻給 FIRST, 可見他對這個計畫有很高的期待。
掌聲回響
卡門雖然沒有念完大學，但他得到好幾個榮譽博士學位，如凱特林大學 (Kettering University, 2001), 喬治亞理工學院 (Georgia Institute of Technology, 2008), 伊利諾理工學院 (Illinois Institute of Technology, 2008) 和普萊茅斯州立大學 (Plymouth State University, 2008)。1977 年，卡門被選為國家工程學院院士，1999 年得到 Heinz 科技經濟獎，2005 年更入選國家發明家名人堂。
最近他在地球綠色 (Planet Green) 電台主持「科技與發明」節目，以他獨特發明家的感受與觀念闡述科技與生活的關聯，頗受大眾歡迎。卡門是美國很有成就的發明家之一，而且不惜出錢、時間、資源去教育大眾，還成立 SEE 和 FIRST 計畫推動鼓勵、培養下一代的科技人才，真是難能可貴。
深度閱讀
Brown, D.E.(2003) Inventing Modern America: from the Microwave to the Mouse, pp. 24-29. MIT Press, Cambridge, MA.
Schwartz, E.I.(2004) Juice: The Creative Fuel that Drives World-Class Inventors, Embracing Failure, Ch. 9. Harvard Business School Press, Boston, MA. |
找藥物,不再眾裡尋它千百度 | 中央研究院王惠鈞院士和他的研究團隊，成功地利用 X 光晶體學 (Xray crystallography) 技術，解構人類「麩酸胺環化酶」(glutaminyl cyclase, QC) 的晶體結構，並建構一個可能用來篩選阿茲海默氏症 (Alzheimer's disease) 藥物的 3 度空間結構平臺。這是一個創舉，為尋找和篩選藥物提出一個新方法，對藥物的開發深具意義。相關研究成果發表在 2005 年的《美國國家科學院彙刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A.)、《蛋白質表達及純化》(Protein Expr. Purif.) 等期刊中。
人類 QC 催化機制呼之欲出
「X 光晶體學」是一種「藉由 X 光繞射法分析高度純化蛋白質晶體」的技術。王院士的研究團隊利用「X 光晶體學」核心設施的高速晶體篩選平臺，得到高品質的人類 QC 蛋白質晶體。然後把高能量的 X 光打在蛋白質晶體上，並捕捉經由晶體繞射的光線。再配合使用多波長異常繞射方法，以電腦程式推算，最後解出人類 QC 蛋白質晶體結構。人類 QC 蛋白質是由 329 個胺基酸組成，呈現一種球狀結構，在其活性部位含有 1 個鋅離子，並與 3 個胺基酸殘基及 1 個水分子形成配位鍵。
接著研究人員把一個被藥廠認為可以對抗樣澱粉病變的 QC 抑制劑，與人類 QC 蛋白質晶體進行共結晶實驗，然後再解析其晶體結構。結果發現，這個抑制劑會趕走人類 QC 活性部位所有的水分子，還會與鋅離子形成配位鍵。同時研究團隊又進行一系列的人類 QC 定點突變實驗。這些研究結果可以對人類 QC 的催化機制提出一個合理說法。
建構藥物篩選的三度空間結構平臺
人體內有許多重要的多胜肽 (polypeptides), 其胜肽鏈的氮端常經由環化作用形成「焦麩胺酸」(pyroglutamate), 而得以行使正常的生理功能並防止被水解。 然而大腦分泌的蛋白質–「樣澱粉胜肽」(amyloid−β peptides), 當它的氮端被環化時，會加劇「樣澱粉胜肽」的聚集，並在腦部形成不正常沉積。沉積物多了，就會壓迫並毒害腦部細胞，使得記憶、思考發生障礙，形成所謂的癡呆症，阿茲海默氏症就是其中的一種疾病。「樣澱粉胜肽」氮端的環化作用，一般認為是受到 QC 的催化，也就是說，若能找到抑制人類 QC 的藥物，就有可能減少老年癡呆症發生的機會。
傳統上尋找藥物的方法，是在化學藥物庫成千上萬的藥物堆中一個一個地試，然後選出效果較好的藥物，再試圖去改良它們。王院士的研究團隊開發出另一種方法，若以尋找人類 QC 抑制劑為例，他們會從「建構一個篩選藥物的『標的蛋白質』的三度空間結構平臺」開始。首先，辨認這個「標的蛋白質」結構與外界接觸的活性部位。然後，用所建構的平臺尋找能夠堵住活性部位的藥物，接著試圖解出「標的蛋白質」與藥物分子的共結晶結構。最後，修飾藥物分子的化學結構，以便「標的蛋白質」與藥物分子能夠謀合得更好。這是一套方便快速的創新方法，以後或許也可依這個模式在天然食物中尋找藥物。
圖說：人類麩酸胺環化酶是由 329 個胺基酸串起來，並纏繞堆疊成球狀的蛋白質結構。左圖中的 R54 部位是一個精胺酸殘基，它常因為基因突變而轉變成色胺酸殘基，因而導致許多成年婦女罹患骨質疏鬆症。 |
發光的小豬(基因轉殖) | 自然界中，有些生物會發出螢光，像是水母、螢火蟲、或是烏賊，而科學家將這些生物會發光的基因，透過轉殖技術，相繼培育出螢光魚、螢光雞、螢光鼠、甚至是螢光豬，到底為什麼，科學家要讓這些動物發光呢？因為在研究過程當中，常會遇到再生細胞和原生細胞之間辨識困難的問題，於是科學家從帶有螢光綠色基因的水母身上，取出綠色螢光蛋白質基因，並把它轉殖到豬的身上，讓這些豬一生下來外觀就可以擁有綠色螢光的表現。在動物細胞分化以及改變過程中，就成為最好的觀察利器。不過一開始，科學家先進行的其實是螢光小鼠的實驗，因為當初科學家對於水母的綠色螢光蛋白質基因，是否能在哺乳動物上有所表現，還是個大疑問，因此，螢光小鼠的實驗不僅意義重大，還是螢光豬成功的前身。先作小鼠的實驗，然後之後證明可以了，我們再來作豬，所以豬的實驗是在小鼠的實驗之後，才能夠去進行。當然發光並不是這些螢光鼠和螢光豬最大的目的，牠們真正的使命，其實是應用在幹細胞以及再生醫學上。科學家就利用螢光豬的幹細胞，培養出骨骼細胞，再植入有骨質疏鬆的豬身上，結果透過螢光細胞的觀察，發現骨骼細胞的確在進行修復的工作。最主要的目的呢，就是有一個所謂的豬的模式的研究，在人類再生醫學的豬模式的研究，因為豬基本上跟人是比較接近的。透過豬體模式的研究，一旦找出幹細胞修復骨髓的模式，就能夠依據這個模式進行人體實驗，說不定未來能讓癱瘓的病患重新再站起來。因此不管是螢光小鼠還是螢光豬，螢光基因對於人類再生醫學的貢獻，可說是功不可沒。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
明星昆蟲:白蟻–啟發人類生活的社會性昆蟲 | 白蟻是臺灣都市與野外生態系中常見的昆蟲，每年春末夏初近晚時分，常見大群有翅型白蟻繞著燈光盤旋。這些在大雨前後紛飛的白蟻，俗稱大水蟻。每一對大水蟻都有機會成為蟻王、蟻后，在未來的七、八年內建立一個數百萬個體的龐大王國。
白蟻是一種令人聞之色變的木材害蟲，國人大都有親身抗蟻的經驗，其實牠對地球生態也有非常重要的貢獻。本文從生態學的觀點，來談白蟻在自然界中扮演的角色，從益蟲變成害蟲的原因，還有對人類生活的啟發。
新一代的發電機
地球上的能源多來自太陽光，惟能捕捉這些能量的莫過於綠色植物，它們透過光合作用，把光能轉化成化學能儲存在各類型的化學分子內，其中纖維素占植物體的比重最多，有 50% 以上。纖維素是由數百到數萬個葡萄糖分子以糖苷鍵串連在一起的大分子醣類，它又與半纖維素、木質素等結構複雜的大分子組成植物的基本骨架。其結構複雜而穩定，不溶於水，有很好的支撐性，是植物維管束的主要成分。
而基本單元葡萄糖則具高水溶性，容易被各類生物細胞吸收，是能量來源也是新陳代謝的重要中間產物。如果把在細胞間、個體間、物種間與生物鏈間快速進出的葡萄糖比喻成可以在市場上快速流動的現金，纖維素、半纖維素與木質素這類大分子醣類就好比是土地與房屋這類的不動產，雖價值不斐，但不容易在市場上流動，並非所有生物都能使用。
神奇的是白蟻是少數能把這些不動產轉化成現金的生物，白蟻透過自體或共生微生物所產生的酶，把這些複雜的大分子醣類分解成小分子，以獲得能量並維持新陳代謝。被分解的纖維素大部分以二氧化碳的形式釋放到空氣中被植物捕捉，再透過光合作用把這些碳分子合成纖維素與其他醣類。由以上描述可知，植物光合作用的吸能與固碳反應，與白蟻分解纖維素的釋能與釋碳反應，在碳循環與能量循環中扮演重要的角色。
近年能源危機再起，科學家積極尋找新的替代能源，其中一個熱門的議題就是破解白蟻分解纖維素的祕密。科學家認為如果能把大分子的醣類轉化成小分子的糖類，再使小分子糖類發酵成酒精，就可以燃燒酒精來發電。透過這機轉，地球上各式植物的纖維素就可以轉化成能源了。
這個想法看似簡單，但是過程並不容易。因為白蟻分解纖維素其實是透過很複雜的生化過程，其消化系統就如同一個個相連的化學反應槽，每個槽內有著不同的酸鹼度，從酸 (pH = 5) 到鹼 (pH> 10) 都有，且裡面還住著數萬種不同的共生微生物，以協助其分解纖維素。但是這些共生物大多無法在體外培養，想了解牠們的功能相當不易，距離成功建立仿白蟻腸道的發電機，還有一段漫長的路要走。
從清道夫變成毀滅者
在 3 億年前的石炭紀，在巨大蕨類所形成的森林中已經可以發現屬於雜食性也是分解者的蟑螂。其中有一群特化的木蟑螂，其腸道中畜養著可分解纖維素的原生動物，兩者形成互利共生的模式。取食纖維素所產生的養分大多是糖類，雖然可提供活動所需的能量，卻缺乏建構生物體所需要的蛋白質，因此這類木蟑螂成長速度非常緩慢，從卵孵化後到成蟲需要六、七年的時間。
由於營養的限制，這類蟑螂逐漸演化出護幼的行為，因為群居比較容易存活，所以兩個以上的世代會共同生活在同一巢中。大約 1 億 3 千萬年前，這類蟑螂已演化出巢中具有專門生殖的個體，巢內其他工作則由兒子、女兒來做，其中年長的哥哥、姊姊會照顧弟弟、妹妹，這一類最進化的社會性蟑螂就是白蟻的祖先。
在大自然中，白蟻長期扮演著植物分解者的角色，特別是對熱帶與亞熱帶的生態系來說，牠們推動著碳與能量的循環，使森林中不至於堆滿腐木枯葉。人類在從原始走向文明與科技的過程中，一直倚賴著植物原料，木材是最重要的建材，棉花用來製衣，木漿用來造紙，生活中處處可見植物的產品，然而這些都是白蟻潛在的食物。
熱帶地區一年四季有充足的陽光與豐富的自然資源，照理說應該很適合人類的生存與文明的發展，但反觀人類文化的發展，熱帶地區卻少有長久的文明。雖然熱帶地區疾病比較多，不適人居可能是一原因，但另有一說，由於人類知識的累積與散播須倚賴紙張，而大部分的白蟻種類都分布在熱帶與亞熱帶地區，並在當地造成嚴重危害，因此在熱帶地區很難找到古老的文獻與木建築。
二次大戰後，人口急速攀升，不只糧食與耕地需求增加，木材與紙的使用量也增加了，使得森林面積持續減少，降低二氧化碳吸收量，溫室效應持續惡化。目前已知的 3 千種白蟻，約 6% 的種類因適應人類都市與農業的形式，快速地繁衍而變成害蟲。白蟻把木材分解，大部分的纖維素變成二氧化碳進入大氣中，使得溫室效應更加嚴重。
由於白蟻的為害，木材的壽命減短，人類為了更替被白蟻蛀食的木材與紙張，繼續砍伐森林，造成固碳量下降與釋碳量上升，大自然的碳平衡也隨之傾斜。大量砍伐森林與白蟻嚴重為害，又造成溫室效應惡化，這一惡性循環很可能是對維繫人類文明的另一次威脅。
打開了潘朵拉的盒子
白蟻的群體數量依種類可以從數千隻到數百萬隻，群體的壽命從一對蟻王與蟻后建巢後可達數十年。群體活動的範圍可以從一塊木材到上百公尺的複雜隧道系統，但是群體並不會進行大規模的遷徙。也就是說，當蟻王與蟻后選定了築巢的地點，未來的很多年，這群體就會生活在那個區域。
白蟻拓展到其他地區的主要方式，是靠產生有翅膀的生殖型。在臺灣，大家比較熟悉的是每年春末夏初，大雨來臨前後，黃昏初夜，常見大批正在分飛的大水蟻被燈光所吸引，這些就是白蟻的有翅生殖型，也就是未來的蟻王與蟻后。
這些有翅白蟻，有形狀相似的四片翅膀，飛起來相當不協調，跟其他昆蟲比起來，飛行力很弱，因此常可以用手抓住。白蟻最長飛行距離紀錄僅有 800 公尺，因此要跨過天然屏障 (例如高山、海洋等) 的可能性不高。雖然也有紀錄顯示有些白蟻可以隨著漂流木散播到遙遠的小島，但這些僅是少數。
少數的白蟻物種因為適應人類的環境變成了害蟲，他們原本無法跨過天然的屏障，所以為害的地區很有限，但由於交通的日益發達，白蟻害蟲隨著交通工具被攜帶到原本無法抵達的區域，因而擴大了為害範圍。其中最著名也研究得最透徹的，就是臺灣家白蟻由遠東地區傳播到美國的事件。
臺灣家白蟻的原生地在中國東南方與臺灣，且已有數百年的為害歷史。二次世界大戰期間，美國在中國、臺灣與日本都有駐軍，戰爭結束後，撤離的部分軍備有臺灣家白蟻的為害。這些白蟻原本無法飄洋過海到美國，但是由於船隻提供安全的環境，船身的部分建材是可供作食物的木材，加上船上有儲水或因下雨而累積的淡水，部分白蟻就存活下來。
待船隻靠港後，被害的軍備搬進了軍事基地，臺灣家白蟻也就跟著登堂入室了。另外一些留在船上的白蟻，由於食物與飲水充足，當族群成熟後，可以產生有翅生殖型。由於夜間碼頭有燈光照明，白蟻就被吸引上岸，在碼頭附近開始擴散開來。
先前曾提過，白蟻無法快速地遷徙，照理說，即使順利登陸了，擴散速度也不快。但是由於被害的木材與家具會透過陸運被載往其他地區，再加上傳統的鐵路枕木都是木材，提供了臺灣家白蟻不虞匱乏的食物，因此就沿著鐵道很快地蔓延到美國南方的十個州。在戰後的六十多年，臺灣家白蟻已經成為美國木造房屋最嚴重的威脅，每年的經濟損失估計約 20 億美金以上，臺灣家白蟻已被列入全球最重要的百大入侵生物。
臺灣家白蟻傳播至美國這一案例，給了人類一個教訓，即在快速的全球化過程中，原本被自然隔離的生物，會因為人類的活動，到達一個資源充足、沒有天敵的環境大肆繁衍，造成無法控制的局面。這一案例提醒我們，全球化的風險及動植物檢疫的重要性。
偉大的建築師
白蟻是地球上著名的建築師，最讓人印象深刻的，莫過於在非洲與澳洲的草原上拔地而起的高大蟻丘。但除了這些會築高大蟻丘的白蟻外，大部分的白蟻會利用土壤構築各式的建築。以臺灣家白蟻為例，家白蟻會搬動土壤，移出空間，形成綿密的地下隧道。這些隧道內層表面塗抹著糞便與唾液的混合物，可以維持隧道內的溼度，防止白蟻體表水分散失。
白蟻不但會構築水平的隧道來搜尋食物，還會建築垂直的井道，直通地下水層去取水，以維持巢內的溼度。大部分種類的白蟻因為體表的幾丁質薄，且體脂肪少，所以水分散失很快，維持巢內溼度成為存活最重要的關鍵。白蟻除了會在地底挖隧道外，還會建築地面上的泥道與泥板，這些泥道是土壤、糞便與唾液的混合物，它的功能是防止白蟻在地表搜尋食物時遭受天敵的攻擊，特別是螞蟻，並且可以避免因散失水分而死亡。
白蟻可以在一夜之間就建好數公尺的泥道與泥板，在夜間進行地表上的食物搜尋，等到白天，空氣中相對溼度下降，特別是經陽光照射後，泥道與泥板會乾掉，白蟻就會回到地下或樹木裡的隧道系統中。
白蟻活動旺盛的地方，每公頃每年可搬動數千公斤的土壤到地表，這些行為改變了土壤的物理與化學性質。水平與垂直的搬動土壤，可以使土壤混合，地表因雨水沖刷，土壤內帶正電的離子被帶到下層土壤，這些富有鈣、鎂、鉀、鈉等元素的下層土壤，因白蟻垂直向上搬運土壤的行為，得以再被地表的植物吸收利用，上層的土壤也有機會因隧道而落到下層。
白蟻消化地表的植物，把糞便與唾液塗抹在隧道內，同時增加了土壤內的有機質，綿密的隧道可以增加土壤中的含氧量及土壤的透水性，乾季時，還可以維持上層土壤的溼度。此外，溫暖、潮溼、充滿有機物的白蟻隧道適合微生物的生長，因而進一步改變了土壤的化學性質。白蟻能改善土壤品質就如同蚯蚓一般，對植物生長有正面的影響。
白蟻垂直搬運土壤的行為，不僅有利於植物的生長，對人類的礦業探勘也很有幫助。非洲大陸因氣候溫暖而多雨，岩石轉化成土壤的作用相當旺盛，因此地表土壤深度厚，要挖掘探勘地下岩層的礦脈需要耗費相當多的力氣。非洲的原住民利用白蟻垂直搬運土壤的特性，先挖開地表蟻丘尋找黃金，如果有發現，就表示地下有礦脈，值得繼續往下挖掘。
利用蟻丘採樣法探勘礦產，已成功在非洲探勘到黃金、銅、鑽石等礦脈。這方法雖然古老，但既便宜又省力，仍然相當管用。
益蟲變成農業的害蟲
白蟻能改善土壤品質，有利植物生長。此外，白蟻身體柔軟、蛋白質含量高，許多爬蟲類、昆蟲、鳥類與哺乳類都倚賴白蟻為食，其中螞蟻是最主要的捕食者。據估計，螞蟻與白蟻的生物總量占所有地球上動物生物量的 20% 以上。
有一些哺乳類因取食蟻類而有特化的形態，以臺灣穿山甲為例，其前肢有長長的爪可以挖掘蟻巢，口腔沒有牙齒，但有很長且黏黏的舌頭可以深入蟻巢內沾黏蟻類。另外在南亞的懶熊、非洲的土豚這些重達一百公斤的大型哺乳動物，也都以白蟻這樣微小的昆蟲為主食，一隻白蟻的重量平均僅約 3 毫克，可見白蟻數量之多，生物量之大，在食物鏈中地位的重要。
目前約有一百多種白蟻被列為農業害蟲，但依前述應是對自然環境有益的白蟻，怎麼會變成害蟲呢？這是因現代化的農業全面性地改變了地表的植被，但氣候與土壤不一定適合這種作物，需要倚賴人工大量灌溉或施肥才能生長。遇到乾旱與疾病造成作物健康狀況不佳時，這些作物就如同自然界裡待分解的垃圾，白蟻就趁虛而入分解它們。
一般來說，白蟻是植物屍體的清道夫，但不會為害健康的植物。白蟻所造成的農業與林業損失，通常是植物本身已經出現病狀，白蟻只是次級的害蟲罷了，例如臺灣常見受到白蟻為害的櫻花木。櫻花是溫帶的物種，在臺灣低地不易生長，因此櫻花木很容易受到臺灣土白蟻的為害。防蟲公司常接到民眾要求，希望在櫻花木土壤周圍灌注殺蟲藥加以保護，但是臺灣高溫又多雨的環境，使藥劑很快隨著雨水流失，白蟻就又回來。持續性的灌藥導致大量殺蟲劑的使用，造成環境的負擔，也影響了人類的健康。
或許可以從另一個角度來看這個例子，白蟻的出現其實是一個指標，提醒我們作物已經不健康了。如何因地種植適合的植物，維持植物的健康，才是避免白蟻為害的最根本方法。
白蟻的生態研究引領我們重新了解地球上生命的循環，雖然白蟻物種數占所有昆蟲的比率少於 0.5%, 但由於其能分解纖維素，推動碳與能量循環，且具有龐大的生物量，能提供高級捕食者所需的蛋白質，其生態地位處於植物與動物間的樞紐點。如此特殊的生態地位顯然無可取代，白蟻也給了我們創造新能源與發掘礦產的藍圖。
另外，白蟻在都市與農業上的為害，引發我們從另一個角度去思考都市發展、溫室效應、全球化、農作方式等重要的議題，並點出人類發展與大自然生態間的衝突。如何創造對地球環境更友善的生活方式，考驗著全體人類的智慧。 |
高鐵輪軌式高速鐵路系統 | 從第一臺蒸氣火車開始，臺灣在交通運輸方式上，就出現一連串的革新。這當中尤其以高速鐵路的發展最為亮眼，它高速地行駛縮短了空間的距離。那麼是什麼樣的原理，可以讓列車如此快速地奔馳呢？把軌距加寬之後呢，可以有效降低車子的重心，讓車體的本身的結構就像飛機一樣。有效地降低風阻也是一個重點，現在的動力技術一直在更新，車子採用 VVVF 或是 IGVT 的一些馬達，它可以使火車出力非常地強大，這些都是使高速鐵路可以跑得這麼快的重要關鍵。臺灣引進的是日本新幹線的技術，屬於傳統輪軌式的高速鐵路。輪軌式的列車有兩種發動模式，一種是臺灣應用的「動力分散式」的列車組，動力來源是分散在各個車廂上的馬達，這種方式可以減低車體的重量和軌道的負荷，提高加速和爬坡的效率。相對於將機車動力集中在車頭，牽引數個無動力的車廂移動，就是屬於「動力集中式」。近年來更研究出利用列車頭和列車尾推拉的方式，來提升列車移動的速度，不過這種方式比較適合平緩的地形。像德國的 ICE3 可以爬坡到千分之四十的大陡坡，這在過去的 push pull (動力集中) 幾乎是不可能的事情。EMU (動力分散) 在這方面，如果在節省路線成本，來提高車體性能上，它會是一個未來趨勢的先驅。以臺灣高鐵現在的環境，我們需要常常加速、減速跟爬坡的話，那麼臺灣高鐵選擇 EMU (動力分散式) 系統，無非是最正確的抉擇。更高速的磁浮列車，發展出 T 形導軌的常導型和 U 形導軌的超導型兩種。前者是利用磁性相吸的原理，後者是利用磁性相斥的原理，都是透過列車下方的電磁鐵來達成能量的轉換，使得列車懸浮於空中，目前最快可創造出超過 500 公里的驚人時速。那磁浮列車也許速度最快，但是它對能源的大量消耗，它可以適用於一個國家，作為速度競賽跟科技發展的重要指標。傳統式的鋼軌它的運量可以非常地大，事實上它是用鋼輪鋼軌，它的支撐不需要其他的能源。這就是為什麼全球國家，仍然以傳統的輪軌式高鐵來取代所謂磁浮高鐵的原因。科技的進步，讓高速鐵路在速度上不斷地刷新紀錄，縮短南北之間的距離，為我們創造更便捷的生活模式。正因為高鐵具有這樣的優勢，也難怪對航空界造成不小的衝擊。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
酒醉的罪魁禍首 | 猜拳拼酒是華人的餐飲文化中，很重要的一環；只要三五好友在一起，飯桌上總少不了酒。有人一喝就醉，有人是千杯下肚還面不改色，到底為什麼每個人的酒量會不一樣呢每個人喝酒的酒量不一樣，其實最主要是跟基因有關。因為基因決定了我們身體裡面，代謝酒精的這些酵素，它的量跟活性。所謂代謝酒精的酵素，指的是乙醇去氫酶及乙醛去氫酶。當酒精進入人體之後，首先反應的是乙醇去氫酶，它把酒精的主要成份，也就是乙醇，氧化成為乙醛，接著再由乙醛去氫酶接手，進一步把乙醛再分解為毒性較弱的醋酸，進而成為溶於血液中的可用能量，供全身組織運用。整個代謝過程最後剩下的二氧化碳和水，會經由腎臟及肺臟，以小便及呼氣的形式排出體外；而酒量差的人，就是因為體內的酵素作用太慢。酒精其實在代謝的過程，其實代謝的速率不一樣，所以其實很多都是在，第一個步驟代謝的時候就慢下來。那這也就是為什麼，我們喝酒之後，有一些副作用出來的原因。喝酒之後的副作用，最常見的就是臉紅。一般人大多以為喝酒容易臉紅的人，代表肝好、酒量好，其實這兩者之間，並沒有絕對的因果關係。另外我們常說酒量是可以練的，對於這樣的說法，醫學界有不同的解釋。這個是一個比較含糊的說法，那應該是這樣：我們的基因決定了這個酵素，活性的基本量。可是整體而言，你常常在喝酒的話，其實這個活性有稍微被受到影響，所以可能你的酒量稍微可以改變。不過基本上，整體而言，並不會因為你常常喝酒、大量喝酒，就變得很會喝酒。基因決定一個人的酒量，但要喝多喝少，還是決定在自己的手上。飲酒過量的結果，眾所皆知。想要身體健康，酒類的攝取還是適量就好。 |
神秘的深海生物 | 花蓮外海曾經捕獲罕見的巨口鯊，是全球紀錄的第 30 隻。這一類的巨口鯊，雖然和大白鯊是親戚關係，不過卻不是肉食性，而是吃海中小生物的濾食性。除了謎樣的生物特性，更吸引人的，是巨口鯊來自於神秘的深海世界。深海這個環境，其實是，我們講就是說，我們人類所知道最少的，所謂的內太空。因為它 (深海) 是不但壓力非常之大，而且它是完全黑暗。那當這些生物為了要去適應，所以牠一定在牠的型態上面，有很多趨同或者趨異的現象。所謂趨同指的是深海生物，利用體內的發光器，認識同伴或尋找獵物的特性。會發光的原因，一是因為皮膚裡的發光器，分泌出含有化學成分的發光素，經氧化而發光；另一種則是因為發光細菌寄生在發光器當中，細菌取得魚體的特殊分泌物質就會發光。而趨異現象，則是深海生物為了適應水壓的不同，所發展出來的身體構造。例如垂直洄游的生物，就有鰾且肌肉骨骼較為發達，非垂直回游的生物則剛好相反。在研究的過程中間最重要的，首先是要去發現這些生物：到底有哪些生物？那他們的數量有多少？分布在哪裡？接下去我們才是去看牠那些重要的物種的一些生活史、生態習性、年齡成長、生殖成熟習性...... 等等的研究。然後再利用這些知識，讓我們知道怎麼樣去管理這些魚類的資源。臺灣的東部和南部大部分屬於深海區，離岸不遠水深便超過 200 公尺，甚至到達 5000 公尺。目前捕獲到水深 4000 多公尺的生物，還發現了八十種世界新種。為了瞭解臺灣深海生物的多樣性，科學家正積極蒐集採樣，建立資料庫。生物多樣性還有一個層次，就是基因的多樣性，也就是所謂的遺傳多樣性。生物能夠生存，一定有它的一定的方法，那這些基因的組成成分來自於化學成分，我們都會取牠的組織，把牠放在 75% 到 95% 的酒精裡面，來作這個酒精保存，甚至於放在液態氮裡面，超低溫保存，這叫冷凍遺傳物質。臺灣深海生物的多樣性超乎科學家的想像，有機會成為全球重要的研究國，不管是在生物技術、藥技上的應用，還是替全球暖化提供研究線索，深海生物資源的無窮潛力，都值得人類深入探索。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
臺灣發現彗星 | 抬頭仰望天空，無數的星星正在閃耀，科學家們利用望遠鏡，觀察到了天空深處，發現了恆星、行星，這些天體運轉的奧秘。而最近臺灣在鹿林首次發現了彗星，掀起了一股天文熱潮，彗星的形成以及來歷又是如何呢？彗星基本上它是太陽系形成之後剩下的一些物質，那這些物質大概在太陽系比較外圍的地方。彗星的光點朦朧，還拖著尾巴，是宇宙中稀有的星體。彗星的主要結構是彗核、彗髮和彗尾。彗核的大小通常在數十公里之內，當彗星運行到太陽附近，受到太陽的光熱照射，冷凝物質和固體裡所吸附的氣體被蒸發出來，在彗核外圍形成反射太陽光的氣團，叫做彗髮。彗核與彗髮合稱叫作彗頭，它的大小可以到達十萬公里左右。由彗星蒸發出來的彗星物質，顆粒較大的散佈在彗星的軌道上，並循彗星繞行太陽的軌道繼續運行。它基本上，它還保留著這個太陽系形成前一些原始的物質。當彗星到我們地球附近的時候，我們去研究彗星，我們就可以瞭解到太陽系起源，就是它會提供一些這方面的一些資訊。可能地球的生命的來源，也是由於這個彗星所帶來的。天文學家相信，所有彗星的原始軌道都是非常狹長的橢圓形，因此彗星的出現有一定的週期。但是受到較大行星的影響，有些改變為開口的拋物線、甚至雙曲線軌道，像這樣的彗星只出現一次，就再也不回頭了。現在大家再去發現這些彗星的話，都必須要在比較，都是要找，在它很暗很小的時候，就去發現它。利用一些望遠鏡，然後專業的巡天 (計畫) 來搜尋。現在大概 95% 以上的彗星，都是，大概都是這些專業的巡天計畫所發現的。科學界研究，平均要發現 1000 個近地個小行星，才會有 1 個彗星。憑藉著努力不懈的觀察，臺灣總計發現將近 400 個的小行星、1 顆近地小行星以及 1 顆彗星；在亞洲，算是天文界發現太陽系小天體最活躍的地區。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
喝茶真的有益健康?(下) | 中華文化五千年，茶，是相當重要的一頁。唐朝陸羽寫的茶經上記載，茶適合熱渴、凝悶、腦疼、目澀、四肢煩、百節不舒的人喝，功能多多。而以現代文明病來說，茶還有一個很重要的功能，抗輻射。在那個二次大戰的時候，在廣島因為有原子彈，有很多居民受到輻射的危害，有一些居民他從廣島移居到產茶的地區，他發現他經過長期飲茶之後，他們的壽命比沒有移居到產茶地區的居民來得長。喝茶抗輻射的關鍵在於茶多酚，科學家研究發現，茶多酚含有功能強大的抗氧化劑，能吸收放射性物質，阻止它在人體內擴散。而因為反應速率的不同，茶多酚在正常細胞中保護就多一點，對癌細胞的保護就弱一點。利用這個特性，就能減低放射治療對癌症患者的傷害。同樣的，它也可以降低一般人日常生活中，來自於陽光的紫外線，或電腦手機等電器的輻射破壞。過多的紫外線會使皮膚細胞產生病變。而茶多酚的功能，就在抑制這些化學反應，同時增強細胞的自癒能力，這麼一來，就比較不容易晒黑，降低罹患皮膚癌的機率。不過不是喝了茶，就可以肆無忌憚的猛晒太陽囉，因為強烈曝晒，可不在保護範圍之內。而且也不是每個人都能喝茶，例如懷孕的婦女就應該避免喝茶，一是因為茶中的咖啡因，二是因為茶中的抗氧化劑可能會影響胚胎成長。另外像是貧血、腎不好、腸胃功能不好的人，都不適宜多喝。考量自身狀況喝茶，才是保健之道。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
端午節喝雄黃酒避邪?小心砷中毒! | 划龍舟、吃肉粽，都是過端午節的必備條件。除此之外，重溫淒美的白蛇傳，更是少不了的應景節目，因為在端午節，喝雄黃酒避邪的民間習俗，就出自於此。
不過這流傳已久的行為，已經被科學否定。因為雄黃是有毒物質，外用可以，但絕不適宜進入人體。
雄黃酒入肚，小心砷中毒！大部份是指外用，外用的話，效果會比較明顯。治療一些皮膚病，還是說，所謂的一些瘡。但是在拿捏上可能要小心，因為你傷口，有傷口的時候它還是會吸收。
吸收進人體的雄黃，就是砷。早期的烏腳病，就是典型慢性砷中毒的案例。而急性砷中毒的症狀有心血管衰竭、中樞神經抑制，甚至猝死。這是因為砷跟大多數只在特定部位累積的重金屬不同，它會廣布在身體的各器官系統，在每個部位都可能造成病變。
你吃進去以後，它可能引起你腸胃道的一個病變，會噁心嘔吐、腹痛腹瀉，甚至會出血。延續的就是五臟六腑，陸陸續續都會受到傷害。
以化學角度觀察，進入人體的砷，會因為胃酸，變成毒性最強的三價砷。就因為毒性太重，0.1 公克就會致死。就算劑量不足以致命，砷也會累積在身體中，引起慢性中毒，造成 DNA 基因突變或基因不穩定，導至癌症或血管病變。
不管是腎臟、肝臟，或者是說我們的腦部神經，厲害的話心臟血管，像休克都是。
雄黃就是硫化砷，其毒性已經被科學證實。時至今日，過端午的習俗，也該跟上科學的腳步，以免墨守成規，造成無法挽回的遺憾。 |
水中毒 | 「沒事多喝水」, 沒事多喝水這句話，不只是句廣告詞，更是許多人一直奉行的健康準則，但去年底一連串水中毒的事件，卻讓人不得不擔心，水喝多，到底會不會中毒？今天的科學大解碼，就來替大家，解開謎底。內容大綱早上起床一杯水，進辦公室再一杯。根據研究，我們人類可以 17 天不吃東西，但不能兩天沒有水，所以喝水，絕對是有好處的。只是這樣一杯，一杯，又一杯，這樣喝下去，會不會水中毒啊？我們一般正常的成人，在正常的飲食下面，每天可以喝到 14,500 cc 的水份而不會引起體內的水中毒，或是水份張力的不平衡。14,500 CC, 一般人一天根本喝不到那麼多水。那麼到底水中毒這個詞是怎麼來的呢？其實所謂的水中毒，在臨床上稱為低鈉血症，指的是體內鈉離子的濃度太低所造成。鈉離子，簡單來說，就是我們平常攝取的鹽份。我們常會在吃了太鹹的東西後覺得渴，就是因為體內的鈉離子增多，刺激大腦產生渴的需求，讓我們去喝水來增加體液，回到原本的鈉平衡狀態。而水中毒的情況就恰恰相反，是因為體液太多，鈉離子相對太少而導致的現象。在腎功能正常的情況下，我們的兩個腎一天工作二十四小時，約可產生 1 到 2 公升的尿液。當一次進入體內的水份太多，來不及被腎臟過濾的水份，被迫在身體細胞裡停留，破壞正常運作，導致水中毒。輕者頭痛、水腫；嚴重的就得緊急送醫。嚴重的可以很可怕，病人可以發生癲癇、昏迷，甚至永久性的神經損壞。水中毒的後果雖然嚇人，但只要腎功能沒問題，就不需要太擔心。沒事多喝水這句話，基本上是沒有錯的。只要把握不要喝的太急、太快；不要一口氣喝的太多的原則，保持一天至少 1,000 到 1,500 cc 的攝取量，仍是保持健康的不二法則。2008 年東森電視台《科學大解碼》第二期 |
美麗流星雨 | 一顆顆炫爛的流星劃過天際，為了一睹這滿天流星的美景，每年都有大批民眾抬頭仰望徹夜等候。而這樣美麗又神秘的天象，其實是來自一場地球和彗星之間的美麗邂遘。它是處在太陽系外圍，受不到陽光強力的照射，所以基本上溫度會比較低，所以它表面都是一些冰封的物質。冰封的彗核逐漸接近太陽的時候，受到太陽溫暖的照射，表層物質逐漸融化昇華，成了一顆真正的彗星。在此同時，一些塵埃粒子也會掉落在它的軌道上面。而當彗星的軌道跟地球軌道交叉時，這些原本在彗星軌道上的微小粒子，就會被地球的引力所吸引進到大氣層，跟裡頭的空氣分子因摩擦生熱而燃燒，就產生我們所看到的美麗流星。如果短時間之內同時出現了很多流星，就稱為流星雨。若是將流星的路徑反方向延長，就可以得到這個流星雨的輻射點。輻射點，那簡單來說，也就是這個流星雨所有的流星來的方向。這個點所在的位置啊，如果是雙子座，我們就叫做雙子座流星雨。如今科學家幾乎可以準確預測流星雨出現的時間。想要看到最炫爛精采的流星雨，搶在彗星回歸的極大期準沒錯。譬如說它 (彗星) 今年剛剛好經過地球軌道附近，那留下了很多物質。地球呢？剛好走到那個位置，把這些物質通通吸進來，那就會有大量的流星雨產生。至於 2007 年觀看流星雨的最好時機，則是集中在下半年度，且多數都是屬於數量較多的大型流星雨。在臺灣，北部有陽明山、中部有鳶峰，南部則是可到墾丁，都是熱門的觀賞地點。民眾只要抓準時機、地點，就可盡情一飽眼福。 |
鉛對腎臟病的影響 | 根據美國國家腎臟資料系統 2009 年報，臺灣在洗腎人口發生率與盛行率連續五年都是世界第一，臺灣是世界洗腎發生率及盛行率最高的國家。依據美國國家腎臟資料系統 2009 年報指出，臺灣每年每 100 萬人中就會新增加 415 人洗腎，且平均每 100 萬人中就有 2,228 人長期洗腎。2005 年臺灣接受透析治療者約為 5 萬人；預估 2016 年將有 230 萬人罹患慢性腎炎，其中又有 10% 可能發生尿毒症洗腎！民國 97 年臺灣洗腎費用已高達 330 億，佔健保費用 4,400 億的 7.5%, 這些病人常因合併症必須住院，致使將近 11% 的健保總額費用被使用在尿毒症病人身上。因此如何預防正常人腎臟病的發生，治癒早期慢性腎臟病人，並使大多數無法治癒的慢性腎臟病人能延緩病情發展至洗腎，都是當務之急。
在醫學上慢性腎臟病的治療，除了控制血壓，低蛋白飲食及使用腎素阻斷劑 (ARB, CEI) 外，並無特殊的治療法。近年來醫學研究發現，即使一般人只暴露環境中低濃度鉛，血中鉛濃度正常仍會影響腎功能，使其惡化。經過二十年的研究，我們發現校正各項因素後首度證實，即使身體鉛負荷總量正常，仍會不斷傷害腎臟。腎臟病人如果鉛負荷量偏高，給予鉛解毒劑治療，減少身體鉛負荷總量後，則可有效的減緩慢性腎臟病的惡化，並改善腎功能。如此不只可節省許多醫療花費，且可改善腎臟病人的健康。當然一般人如能平時減少鉛暴露，亦將有助於慢性腎臟病的預防。
林杰樑醫師 (1958 年 6 月 30 日 - 2013 年 8 月 5 日) 臺灣嘉義縣朴子鎮 (今朴子市) 人，知名醫師暨長庚大學醫學院教授，長期專攻於毒物學與腎臟科，是腎臟醫學、毒物學與臨床毒物科的權威。 |
大自然的巧手–由氮氣生成含氮化合物 | 地球上的生物為了生存、成長與繁衍，都需要從環境中獲得含氫、碳、氮、氧、磷、硫等元素的化合物為食物。碳和氮較難獲得，因為碳的來源是二氧化碳，氮的來源是氮氣，二氧化碳和氮氣都是相當安定的物質。生物所需的碳素，要仰賴葉綠素吸收陽光，把二氧化碳轉變成含碳的化合物。至於生物所需的氮素總量，每年需由超過一千萬公噸的氮氣來提供，要如何從氮氣獲得呢？氮的固定
雖然大氣含有約 80% 的氮氣分子，地球上的動植物仍須花費一番工夫，方可取得成長所需的氮素。主要原因在於氮氣分子是一個十分安定的物質，大多數生物體沒辦法直接利用。生物體在消化吸收氮素前，須用各種方法使氮成為含氮的化合物，如存在於自然界氮循環中的氨、銨離子、亞硝酸根、硝酸根等。生物體吸收這些氮化合物後，再合成生存、成長與繁衍所需的其他含氮化合物，如胺基酸、蛋白質和核酸。
自然界固定氮的主要途徑有兩種。其一為閃電：閃電以其巨大的能量，把在大氣中的氮分子解離，並繼續與氧分子反應產生氮的氧化物，這些氧化物會溶於雨水，生成亞硝酸根及硝酸根而滲入土壤中。雖然世界上到處常有閃電，但是閃電固氮卻不是一個產生含氮化合物有效的方法；每年經由閃電固氮所得的含氮化合物，頂多只占總量的 10%。其二是固氮細菌：這是固定氮的最重要途徑，須借助於或獨自存在於土壤中，或與動植物共生，擁有固氮酵素的某些固氮細菌，如與豆類植物共生的根瘤菌。牠們能吸收大氣中的氮氣分子，將其轉變成氨及銨離子。每年經由細菌固定氮所得的含氮化合物，約占總量的 65%。
其餘 25% 的固定氮，來自於工業途徑的哈柏法 (Haber-Bosch process); 在高溫 (約攝氏 400 度) 高壓 (約 250 大氣壓) 下，用精研的鐵粉當催化劑，促使氮與氫產生反應生成氨。工業固氮是將所得的氨，再進一步製成氮肥，如硝酸銨與磷酸銨，然而此法成效不佳 (產率僅約 20%) 且極耗能源。
固氮酵素
地球上約有一百多種固氮細菌，可以在常溫常壓下進行固氮作用，有些能獨自營生，其他則需與動植物共生。由於多數的農作物，如玉米、小麥、稻米、地瓜、馬鈴薯等，無法與固氮細菌共生，因此這些農作物自播種至收成，須施加大量的氮肥。然而，這些氮肥對水的溶解度極大，常隨雨水流入河川、湖泊、海洋，滋生藻類，造成優養化而劣化水質，也嚴重地傷害環境生態。
很多生物及化學界專家，對於固氮細菌所擁有的固氮酵素深感興趣。一方面，努力找出適當的固氮細菌，生產含氮營養物質，幫助農作物生長。另一方面，試圖了解固氮酵素的構造與有關的化學反應，期望能找出有效且不用耗費大量能源的工業固氮途徑。
酵素的構造與反應
一九六六年，首先由厭氧固氮細菌分離到固氮酵素，迄今已發現超過三十個固氮細菌酵素。大部分固氮酵素由兩個不同的金屬蛋白質構成，各自展現不同的功能；一個負責電子傳遞，另一個職司受質分子的還原反應。實驗證據顯示，鐵蛋白質負責將電子傳給擔任受質分子還原反應的金屬蛋白質；這類蛋白質有三種可能的組成：含鉬及鐵的蛋白質；含釩及鐵的蛋白質，稱為釩鐵固氮酵素；或僅單含鐵的蛋白質，稱為單含鐵的固氮酵素。然而大部分生物化學及生物物理的固氮酵素研究，包括其晶體構造解析，卻集中在第一種文獻上稱為鉬鐵的固氮酵素或簡稱含鉬固氮酵素。
含鉬固氮酵素，也由兩個不同的金屬蛋白質構成：含鐵的蛋白質及含鉬鐵的蛋白質。含鐵的蛋白質，分子量約六萬，由一個 [4Fe-4S] 金屬簇當橋梁，連接兩個相同的次級單位；含鉬鐵蛋白質較大，分子量達二十五萬，由四個次級單位 (或稱 α2β2 四聚體) 構成，這蛋白質含兩類金屬簇:[8Fe-7S] 簇 (稱 P 簇) 與含異檸檬酸配位的 [7Fe-X-9S-Mo] 簇 (X 原子可能是碳、氮或氧)。雖然，氮氣分子的固定與還原反應，詳細的過程尚不清楚，一般咸信氮氣分子可在鐵鉬輔助因子上固定，隨著 P 簇的靠近，藉著腺苷三磷酸水解產生腺苷二磷酸的過程所得的能量，驅使電子由含鐵的蛋白質，單方向地流入含鉬鐵的蛋白質，而將氮氣還原成氨。由於該電子也會與水中的氫離子反應並生成氫，因此含鉬固氮酵素會與乙炔反應生成乙烯。
由催化的角度來看，催化反應通常發生在金屬上，但是氮氣到底是接在鐵鉬輔助因子中哪一個或數個金屬上，至今仍然是個謎。不過，固氮酵素將氮氣轉換成氨氣，需要分成好幾個步驟進行，因為氮氣中氮原子間的鍵結是由三個鍵構成，要一次打斷三個鍵頗為困難，所以應該是一次打斷一個鍵的方式，逐次完成由氮轉換成氨。
根據理論計算的結果，從氮氣變成氨氣是一個可自發的反應過程。但是，要直接從氮氣變成氨氣，需跨越非常高的活化能 (50.9 仟卡 / 莫耳), 一般都是經由金屬的催化，一步步地反應。氮氣可能先與金屬觸媒 (M) 生成 MN2, 與氫氣反應經 MN2H2 得到 MN2H4, 再與氫氣生成氨氣。目前世界上有很多化學實驗室，已經合成出許多 MN2、MN2H2 和 MN2H4 的金屬錯化物，並證實皆可與氫氣生成氨氣。因此，隨著對固氮酵素的了解，相信將來有機會發展出新的催化劑，來取代目前極耗能源的哈柏法，以大量取得含氮元素的化合物，直接或間接地解決糧食不足的問題。 |
湛藍奇蹟:可點石成金的水產資源 | 還記得嗎？買魚時，當魚販刮起四處飛濺的魚鱗時，基於本能，媽媽們會離得遠遠的，深怕魚鱗黏在身上，因為記憶中，老人家曾告誡我們:「小心喔！魚鱗黏在皮膚上不易去除。」魚市裡，吆喝聲此起彼落，不遠的角落處靜靜堆放著臭氣薰天的魚鱗。魚販們不敢直接把魚鱗沖進水溝，怕堵塞水管，刮魚鱗時得對準垃圾袋。這些既臭又不起眼的魚鱗，誰也沒預料到竟然會帶著千萬身價，為水產生技產業投下一枚震撼彈。現在就來掀起魚鱗的神祕面紗，告訴你它的傳奇。
身價不斐的魚鱗
大多數魚類的皮膚上，有一層由鈣質組成的堅韌外骨骼，那就是鱗片或鱗片的衍生物。魚鱗約占魚體總重的 1 ~ 5%, 是一種多功能的組織，具有偽裝、維持魚體外形、保護和避免微生物侵害以抵抗疾病等的作用。然而為適應環境的差異，有的魚魚鱗明顯易見，如草魚、鰱魚等；有的魚卻只在某部分皮膚的表層上顯現魚鱗，如鱘魚；有的魚鱗非常細且被黏液裹住，一般不易發現，如黃鱔；有的魚鱗則已退化，如鯰魚等。
在一般觀念裡沒有價值且不易處理的魚鱗，主成分中含有 45% 的膠原蛋白和 55% 的氫氧基磷灰石。膠原蛋白是一種非水溶性、纖維狀含醣蛋白質，分子量約為 283,000 Da, 長約 300 奈米，直徑約 1.5 奈米，含有由 3 條多肽鏈緊密結合所形成的 3 股螺旋結構，是構成組織的重要蛋白質。膠原蛋白約占人體蛋白總量的 1/3, 主要分布於結締組織中，是構成骨骼、軟骨、血管、皮膚等的基質。
身體內的膠原蛋白可由真皮層的纖維母細胞合成增生，但隨著年齡增加及自由基的產生，膠原蛋白的結構會發生變化並漸漸流失。一般而言，正常人體內每年會流失約 1% 的膠原蛋白，因而使皮膚的外觀產生鬆弛、皺紋等老化現象。
氫氧基磷灰石是一種磷酸鈣化合物，也是人體或動物骨骼及牙齒的主要無機成分，在骨骼中約占 60 ~ 70%, 而在牙齒結構的琺瑯質和象牙質中，也分別占有 90% 和 70%。氫氧基磷灰石對骨骼有良好的生物親和力，對牙齒有再石灰化的功能，因具有良好的生物活性，在臨床上廣被應用在骨科及牙科用的生醫材料上，例如人工骨頭、人工牙齒、硬骨補綴、人工關節等。
「環保」、「綠色」等概念，在 21 世紀的環保產業 — 資源的有效利用 — 中被廣泛討論。而資源的有效利用，使得膠原蛋白更受矚目。原因是經常被視為廢棄物的魚鱗、魚皮、魚骨等，都可以做為膠原蛋白的原料而回收再利用，由此產生新價值的「環保產業」, 在膠原蛋白業界獲得極佳的回響。在水產廢棄物的有效利用中，以魚鱗的附加價值最高，也是值得開發的海洋性機能保健新素材。魚鱗的有效利用可概分為 3 項:
魚鱗粉
把魚鱗粉碎製成的魚鱗粉，因成分中含有天然、健康的膠原蛋白和氫氧基磷灰石，經研究證實對於人類或動物不會產生排斥反應，具有生物相容性、食用安全性，且無副作用。
在日本已把魚鱗粉當作健康輔助食品，依功能性與專利類別可區分為：角質層代謝促進劑及皮膚老化防止劑的機能性食品和動物飼料 (特開 2000-247894); 抗骨質疏鬆症劑 (特開平 10-231250); 毛髮髮質和光澤改善的健康食品 (特開平 10-155428); 壓力舒緩的機能保健食品 (特開 2005-306761)。由此可見魚鱗粉具有美肌、抗骨質疏鬆症、緩和關節炎、治酸痛、改善髮色、舒緩壓力等功能。
把魚鱗製成魚鱗粉，主要關鍵技術是「去蕪存菁」和「微細化工程」。魚鱗對魚體有保護的功能，但也隱含養殖藥物的殘留或重金屬汙染的疑慮。因此「去蕪存菁」關鍵技術在於如何利用科學的方法，使魚鱗中的機能成分在無殘留藥物或重金屬的條件下，保留下來且不含魚腥味。另外，一般乾燥粉碎的魚鱗大都呈棉絮狀，難以製成粉末狀，「粉碎工程」就是利用關鍵技術把魚鱗片製成粉末。
這兩項工程無法有效施行，可能是目前魚鱗粉的利用尚未在國內打開知名度的原因之一。不過在研究人員的努力下，行政院農委會水產試驗所已把魚鱗粉的粒徑粉碎至 0.074 mm, 技術性優於日本專利 (P2004-59568A) 所製得的魚鱗粉 (僅 18.8% 粒徑小於 1 mm)。或許將來國內可見魚鱗粉應用做為保健食品、營養輔助食品、保健飼料及除溼、芳香劑等的素材。
魚鱗膠原胜肽
膠原蛋白是維持皮膚與肌肉彈性的主成分，但是最主要的魅力還是「抗老化」的神奇效能，可有效地改善肌膚彈性、細紋及毛孔細緻等問題。目前市售抗老化的醫美保養品中幾乎都加入膠原蛋白，以增加皮膚真皮層膠原蛋白的含量，使皮膚緊緻、有彈性，並減少皺紋及縮小毛細孔，「讓人可以更靠近一點」。
目前國內美容保養品市場所使用的膠原蛋白，除少數廠商宣稱有製造能力外，約 90% 來自國外，潛在著供貨的不穩定性。此外，市售膠原蛋白原料大都從牛豬羊、禽鳥類等動物組織萃取。但自從爆發狂牛症、口蹄疫及禽流感後，生技廠商轉向研究從其他生物中萃取膠原蛋白，而魚鱗中含有 45% 的膠原蛋白，使魚鱗成為膠原蛋白市場的超偶 (super idol)。
然而膠原蛋白的 3 股螺旋多肽鏈結構並無法直接穿越皮膚屏障，做為保養品時只有保溼的功能，並不能活化真皮層的纖維母細胞，進而促進膠原蛋白的合成增生，使皮膚「ㄉㄨㄞ、ㄉㄨㄞ」有彈性。因此膠原蛋白必須奈米化、借助載體，或經由適度水解成短鏈胜肽，才能順利穿越皮膚屏障到達真皮層。
膠原蛋白可經由酵素或酸、鹼作用而形成蛋白水解物，包含二肽、三肽、寡胜肽 (2 ~ 20 個胺基酸) 及多胜肽 (20 ~ 50 個胺基酸)。人體內因欠缺膠原蛋白分解酵素，膠原蛋白難被消化酵素所分解，以往常被認為是一種低營養價值的蛋白質，由此顯見膠原蛋白與蛋白分解酵素的專一性。但以市售膠原蛋白分解酵素每公斤高達 9,800 元的行情，水解魚鱗製備膠原胜肽既不符合環保概念，也因製造成本過高而喪失經濟價值。因此如何挑選適合的酵素，是左右產品品質及回收率的關鍵因素。
此外，膠原胜肽的分子量大小會影響經皮吸收的速率。一般而言，胜肽的分子量越小，穿越皮膚屏障的速率越快，越能活化真皮層的纖維母細胞，進而促進膠原蛋白的生合成。經皮吸收試驗已證實，利用螢光標識的魚鱗膠原胜肽可穿透裸鼠皮到達真皮層，並呈現出多皺摺、捲曲狀的分子構形。
文獻指出，經由人體試驗發現口服膠原胜肽可提高真皮層纖維母細胞的密度，促進膠原纖維直徑及密度的增加，進而改善膚質。動物試驗也發現，餵食膠原胜肽可提升大鼠皮膚的代謝速率，增加皮膚保溼屏障機能和促進彈力，減輕關節炎症狀與預防骨質疏鬆。由這些研究可發現，魚鱗膠原胜肽不僅可製成肌膚保養品，也可廣泛應用於機能性保健食品中。
魚鱗氫氧基磷灰石
氫氧基磷灰石是魚鱗萃取膠原蛋白後剩下的主成分，由於它對骨骼有良好的生物親和力，對牙齒有再石灰化的功能，有良好的生物活性，在臨床上可應用做為骨科及牙科用的生醫材料，同時也獲得每公斤高達 175 萬的身價。此外，氫氧基磷灰石也是純天然、溫和、物理性的去角質劑，可去除老廢角質使皮膚光滑，且不會破壞皮膚酸鹼值，很適合用在沐浴乳、潔膚皂中，也可做為保健牙膏中的研磨劑，以去除牙齒表面色素、白斑、牙菌斑等物質。
原本不起眼的加工副產物──魚鱗，如今成了「神奇寶貝」, 不僅魚鱗粉可做為健康輔助食品，自魚鱗萃取的膠原蛋白可廣泛應用在美容保養品、保健食品、醫學與生醫材料上，氫氧基磷灰石也可做為強化骨質或牙齒的醫療輔助品原料。在台灣，每年約產生 3 ~ 4 萬公噸的魚鱗，把它做全面而有效的利用，不僅可達到減廢的目的，也能充分發揮點鱗成金的實質效益。
遨遊深海的裸鰛
裸鰛是一種棲息於水深 300 ~ 1,200 公尺的小型深海發光魚類，因為被捕獲時魚鱗容易掉落而被稱為「裸」鰛，一般俗稱燈籠魚、七星魚或光魚，屬於燈籠魚科，廣泛分布於世界三大洋的熱帶及亞熱帶沿岸海域。目前全世界的裸鰛類計有 240 種，數量估計在數億至數十億噸之間。臺灣的裸鰛類則有 18 屬 49 種，在西南部、東部、東沙群島等周邊水域都可發現牠的蹤跡。
裸鰛常與櫻花蝦一起洄游而被漁民捕獲，但牠的身價卻遠不及櫻花蝦。因為裸鰛的口感和味道不好且容易腐敗，因此漁民捕獲後多做為下雜魚或飼料，甚至丟棄，幾乎不具經濟價值。可是裸鰛的機能成分卻是耀眼的，讓你我不得不忽略牠的其貌不揚與易腐性。
近年來研究發現，動植物性蛋白質可藉由水解作用，產生具有生物活性與調節身體機能的生物活性胜肽。這些胜肽因結構組成的不同，已證實具有降血壓、抗氧化、降低膽固醇、加強免疫調節等功能。裸鰛體內成分中最主要的是蛋白質，利用酵素使裸鰛水解製成的含有 91.7% 分子量小於 3,000 Da 的小分子胜肽，經試驗證實具有高抗氧化能力，抗氧化活性相當於 200 ppm 維生素 C 及 400 ppm 乙二胺四乙酸 (EDTA)。這結果表示裸鰛胜肽可以清除或螯合自由基，進而降低自由基對身體的氧化損傷，有延緩老化的效果。
此外，俗話說腸胃好、人不老，腸道中益生菌數量對於腸道保健是一項重要的評估指標，因此能增加腸內益生菌數量的益生物質，也常做為保健食品的素材。裸鰛胜肽配合乳酸菌發酵的產物，不僅能促進比菲德氏菌的生長，也可活化免疫細胞並促進免疫球蛋白 (IgM) 抗體的分泌。這些研究證實，裸鰛胜肽可以研發做為抗氧化、延緩老化、健胃整腸，並具免疫調節功能的機能性食品。
此外，裸鰛胜肽經細胞試驗證實可活化人類纖維母細胞，並促進真皮層膠原蛋白的合成和增生。利用這項特性把裸鰛胜肽製成美容保養品，由 30 位受試者試用 1 個月後再以膚質檢測儀分析，結果顯示受試者皮膚的黑色素平均減少 21%, 但含水量增加 38%、彈性增加 22%、皮膚緊實度提升 33%, 顯見裸鰛胜肽美容保養品對於皮膚具有緊實、抗皺、美白、保溼等功能。因此，利用生物技術，水深 300 公尺以下的燈籠魚也能撫平你我臉上歲月的痕跡。
快腳精靈海蟑螂
在海邊的石頭或消波塊附近，常會看到一群群聚的黑色生物，但還來不及看清牠們的長相，一溜煙地就失去蹤影。這群海邊的快閃族就是海蟑螂，牠是一種海洋生物，又名海蛆或海岸水蝨，屬甲殼綱，海蟑螂科，海蟑螂屬，常棲於海邊高潮線附近，以岩石上及水邊的小型生物、動物屍體、有機物碎屑等為食，雜食性，水陸兩棲，是海邊重要的清道夫。此外，海蟑螂喜食紫菜，常成群刮取海藻為食，是紫菜養殖上的一大困擾。
「海蟑螂」並不是海洋中的「蟑螂」, 因為海蟑螂不僅有雙靈活的大眼，且當遇到壓迫時，身上似乎有股難以形容的香氣，這些特色都不同於「住家小強──蟑螂」。相信嗎？海蟑螂不僅可以食用，還具有療效。依據《中藥辭海》記載，海蟑螂有清疳、活血、解毒等功效，可治小兒疳積 (意指營養不良)、膿瘡腫毒等。
海蟑螂的胺基酸組成中，富含甘胺酸、丙胺酸、牛磺酸、麩胺酸、精胺酸等誘引性胺基酸，常做為海釣用的釣餌。把海蟑螂酵素水解物以胃管餵食大白鼠，進行 14 天急毒性安全評估並配合基因毒性試驗，結果顯示海蟑螂酵素水解物不具毒性或致突變性，且具有食用安全性。
此外，海蟑螂酵素水解物不僅具有超氧歧化酶 (SOD) 酵素活性、亞鐵離子螯合能力與還原力，又可活化免疫細胞，顯示其抗氧化及免疫調節的功能。另文獻顯示，海蟑螂具有活血化淤的功效。經研究發現，以活化部分凝血酶時間和凝血酶原時間做為評估抗凝血的指標時，海蟑螂確實可延長血液凝固的時間。海蟑螂的酵素水解物則可使抗凝血的有效濃度由 275 mg/ml 降為 40 mg/ml, 顯示海蟑螂經適度地酵素水解，可以提升抗凝血的功效。
此外，利用納豆菌發酵海蟑螂，可產生兼具清除血栓及高抗氧化能力的雙重效果。這些研究發現，海蟑螂可應用做為抗氧化、抗凝血及清血栓機能保健食品用的新素材。因此當你下次在海邊偶遇海蟑螂時，別輕看牠！牠們可是潛藏多項機能成分的快腳精靈。
無論是廢棄的魚鱗、深海裸鰛，或是海邊的閃靈俠 — 海蟑螂，都屬於數量豐富卻低度利用的海洋資源。利用生物技術加上研發者的創意巧思，並循著科學的腳步，以「安全性」、「功效性」、「無異味」、「溶解性」等做為主要開發重點，可把低度或未利用水產資源重新組裝，轉換成為開啟身體健康與美麗之鑰。若能更加妥善利用海洋資源的多樣性與豐富性，點石成金將不是夢！ |
我們一起看流星 | 2001 年的獅子座流星雨令人永生難忘。那一年，不但沒有月光影響，而且台灣的山夠高、天氣夠好、仰角剛剛好，因而成為全世界最好的觀測地點。許多同好刻意偃旗息鼓偷偷溜到高山上觀測，留下了許多珍貴的紀錄。
夜空中突如其來、一瞬即逝的流星是可遇而不可求的奇景，正因不可捉摸、難以預測，讓人們產生了許多神祕而美麗的聯想。有些成群的流星似乎隱喻了某些規律，只是這些規律不是那麼地明顯和可靠，更增添了人們的想像空間。歷史上很早就有關於大流星或流星雨的記載，就連許多小說也喜歡用流星做為人事變換的隱喻，許多人更相信對著流星許願就可以美夢成真，這一切美好的傳說都讓流星蒙上了一層美麗的面紗。
雖然人們很早就知道流星是漂流在太空中的小東西 (稱為「流星體」) 高速闖入地球和大氣摩擦發光的一種現象，但是一直無法精確掌握流星的出沒時間和規模。在 1990 年代中期以前，對流星的觀測和研究還是被專業天文學家認為是不務正業，因此國際流星組織的成員大多是業餘天文同好。
到了 1990 年代初，由於前面 20 年發射了許多行星探測船，已經把太陽系各大行星的軌道計算得頗為成熟，因此研究的觸角就逐漸延伸到更小的東西。再加上電腦軟硬體快速進步，讓研究人員開始有能力對這些小天體的運行做更精確的計算。
因此，當天波 — 圖托彗星 (55P/Tempel-Tuttle) 於 1998 年再次接近太陽的時候，一些做行星軌道計算的天文學家就針對這一顆會造成獅子座流星雨大爆發的彗星，以及它的噴發物進行精確的計算，並且在之後的幾年間獲得了很好的印證。這一次成功的預報引起了極大的重視，並因此把流星研究推進到嚴肅科學研究的新時代。
天波 — 圖托彗星是一顆周期 33 年的周期性彗星，每次回歸之後的幾年內，獅子座流星雨往往就會出現大爆發，像前一次回歸就在 1966 年為美東地區帶來了估計每小時 15 萬顆流星的盛況。因此 1998 年再次回歸時，全世界都對它寄予非常高的期待。
一般的流星分成散在流星和流星雨兩種。散在流星是不規則、不定期、無法預測的，平均每小時大約有 10 顆；流星雨則來自彗星或小行星噴發的成群塵埃、冰粒，理論上是可預測的。但不是每顆彗星噴發的塵埃群都會造成流星雨，只有當母彗星軌道與地球軌道接近交錯時，這些流星體才有機會遇到地球而造成流星雨。
聽到與地球軌道交錯，有些人可能會擔心，既然天波 — 圖托彗星遺留的塵埃群會撞到地球，會不會有一天掉進地球的是天波 — 圖托本尊而成為毀天滅地的太空殺手？這一點目前天文學家倒是還不擔心，因為這些塵埃是從彗星上受陽光照射噴發出來的，噴發物與彗星本體有不同的速度跟方向，且會逐漸漂離母彗星並散開，因此當地球撞上這些塵埃時，母彗星並不會在同樣的位置。
但這些塵埃的漂移使得預測流星雨比算彗星軌道難上許多，一直到 1998 年天波 — 圖托再次回歸時，天文學家才有能力做這樣的計算，並獲得一個很好的驗證機會。
天波 — 圖托上一次的回歸是在 1998 年，許多人可能還記得那一年全台大瘋狂的樣子，當時台中市還曾經提議要小學放半天的流星假。那一晚全台灣的大山小山全擠滿了人，合歡山的車龍從主峰頂上一路延伸到三十幾公里外的霧社，雙向兩線的山路變成單向四線道，真是壯觀得不得了。但是由於彗星噴發的塵埃帶會稍稍落後於彗星本體，因此預報真正最壯觀的其實不是 1998 這一年，而是稍後的 2001 跟 2002 年。而且根據預報，台灣會是 2001 年全世界最好的觀測地點。
有了 1998 年滿山人潮、車燈比星還多的教訓，2001 年大家就學乖了，同好們躲著媒體絕口不提這一年的預報。知情識貨的人在預報日期 11 月 18 日之前就紛紛上山搶位置，合歡鳶峰停車場旁的小平台上擺滿了大大小小的望遠鏡 (看流星其實不適合用望遠鏡，那些望遠鏡是在等流星的時候順便拍照用的), 合歡主峰、阿里山、大雪山、塔塔加等觀星勝地也擠滿了天文同好。
當天天氣異常地好，滿天星星且幾乎沒有一點雲，根據林啟生的估計，肉眼可見星等應該超過 6.3 等。但是當晚的上半夜不但沒有流星大爆發的跡象，甚至連一般的散在流星都幾乎看不到，許多人因此擔心又是一次狼來了。
不過，到了大約 11 點 45 分左右，一顆很長的流星從東方地平線出現，劃過整個天空一直到西方低空，頓時山上響起一陣歡呼聲。大家把願望許了好幾遍又換了好幾個，這顆流星竟然還沒結束，最後在眾人瞠目結舌啞口無言中以一個爆燃結束了這個開幕序曲，估計這顆流星跨越天空的角度應該超過 140 度。
由於這時的流星是從東方地平附近切入地球大氣，大多數不夠大或角度不好的流星體早在遠方就燒光消失了，只有在切入角度非常巧妙的情況下才會出現這樣的長流星，一般也只有當流星雨輻射點還在地平線附近時才容易出現這麼長的流星。
這一顆流星開啟了序幕之後，大家開始打起精神等待，但等了十幾分鐘卻無聲無息，精神又漸漸渙散。突然，又一顆明亮的火流星 (最大亮度超過 - 4 等，相當金星的亮度) 出現，大家的精神全都來了。
之後流星漸漸增多，而且增加的速度越來越快，剛開始每顆流星大家都會大吼歡呼，但是到了清晨兩點左右大家的喉嚨都啞了，如果不是非常明亮還外加連環爆的流星，大家根本就懶得理它們。當晚台北天文館的張桂蘭和洪景川帶著一群義工也在那邊觀測，桂蘭是負責按計數表的，到了兩點左右就聽說她大拇指抽筋，因為兩小時就已經按了七千多下。
這一次筆者是用錄影觀測的方式記錄，所用的器材包括一架 WATEC 的 902H 監視 CCD, 它就像路邊的監視器一樣，只是感光度可以達到 0.0003 流明，一般監視 CCD 大約是 1 流明左右。再搭配一顆 3.5mm/F1.4 的超廣角鏡頭，並把信號外接到一架 SONY 的 DV 當做錄影機進行記錄。
這樣的組合非常輕便，根本不需要赤道儀或望遠鏡，只需把相機腳架架在汽車旁邊，然後把車窗開一點縫以便從外頭的 CCD 拉訊號線進車子裡的 DV 錄影，然後人就在一旁東晃西晃，感覺冷的時候就躲進汽車中開著引擎吹暖氣。這樣的搭配可以拍到的固定恆星極限大約是 + 3.5 等，不過對於流星這種快速移動的東西來說，比 + 0.5 等還暗的就會被雪花般的熱雜訊掩蓋掉，實際的極限星等並沒有到 3.5 等。
當晚合歡鳶峰的溫度大約是攝氏零下 4 度，主峰上更是冷到零下 8 度，在車中吹暖氣看星如雨下算是一件非常幸福的事，可以想像更幸福的畫面大概只有在北極圈泡著溫泉看極光了。不過，據說泡在溫泉中看極光有一個極為嚴重的問題，就是水裡是攝氏 + 40 度，而外頭是零下 30 甚至零下 40 度，要從水中起來就好像把一個熱騰騰的玻璃杯丟進冰水中一樣，泡在溫泉中的人要怎麼脫身是一個很有趣的問題。
當天 (18 日) 大約從晚間 11 點半左右開始錄影，一直到 19 日清晨 4 點多，中間就只有換錄影帶的幾十秒鐘有間斷，總共錄了 295 分鐘左右。不過後來在統計處理的時候，前、後各有一些部分沒有採用，前面的部分是因為仰角太低，流星太少沒有統計價值，後面的部分則主要是因為黃道光太亮和人車的燈光干擾太多。
觀測結束後，後續的資料整理花了很多年的時間才完成。由於當時的軟硬體設備不是很好，花了好幾個月的時間才把錄影帶轉成 AVI 檔存到電腦硬碟中，並用肉眼重複檢驗。而且由於借來的攝影機內建系統時間不是很準確，無法直接記錄在畫面中，因此每段 5 分鐘的畫面檔案都要一一找出對應的時間標準點。
幸好當天成功大學物理系許瑞榮老師、陳炳志博士及已故的王雲慶博士也在阿里山測候站錄影觀測，因此可以比對找出時間參考點。後來在影片中總共找出了 3,712 顆流星並記錄出現時間，這對日後的分析處理有非常大的幫助。
又過了好幾年，網路上出現了一個叫做 LIMOVIE 的免費光度分析軟體，這是日本同好宮下和久先生為了測量掩星光度變化而開發的軟體。這個軟體也可以用來測量流星的光度，只要和已知星等的背景恆星或行星比對，就可以可靠地判別流星的星等，這比以前用肉眼判斷流星亮度算是很大的改進。至於超過當天最亮的木星 (-2.6 等) 的流星，則可以用外插法推算亮度，這樣量到最亮的一顆流星大約相當於 - 11.6 等。
後來，2010 年初中央大學天文所的阿部新助博士邀請捷克 Ondrejov 天文台的柯敦 (Pavel Koten) 博士來台短期訪問，他們兩位都對流星觀測很有興趣也接觸了很久，柯敦博士甚至已經在歐洲建立了一個多點同步觀測，以進行三角定位測定流星路徑的系統。
當時阿部博士安排柯敦博士到許多地方演講並和同好見面，當他們在台中和同好演講見面時，許多同好對這個話題都很有興趣，會後討論不斷，他們兩位也對台灣業餘同好的水準很是驚訝。後來繼續透過電子郵件保持聯繫，從他們那裡學到了許多流星研究分析的方法跟觀念，於是興起把 2001 年的資料整理並正式發表的念頭。
根據麥克諾 (McNaught)、亞雪 (Asher)、里堤南 (Lyytinen) 等人的預測，2001 年獅子座流星雨的每小時天頂流星數 (zenith hourly rate, ZHR) 極大值大約在每小時 5,000~8,000 顆。後來日本同好 (Uchiyama 等) 整理的目視觀測報告所記錄的極大值，大約在 3,000~5,000 顆。
不過，筆者最近把當時做的錄影觀測紀錄整理之後，發現在當時觀測的 90 度 ×67 度視野中，極大時的那一分鐘就出現了 39 顆 3.5 等以上的流星，換算成每小時天頂流星數後相當於每小時 52,606 顆，這個數字遠高於其他觀測所得的數字。至於出現的時間，則是台灣時間 19 日清晨 02:25, 對應到預測中的由 1866 年回歸時的噴發物在繞日 4 次之後造成的流星群，和里堤南等人預測的 02:20 或麥克諾等人預測的 02:13 都很接近，證明他們的計算預報精確度非常高。
不過筆者在整理 ZHR 數字的時候碰到了一個問題。ZHR 是以目視觀測為基礎而制定的表達方式，前提是假設有經驗的觀測者注意力可及的視野是半徑 50 度的圓形區域，但是錄影觀測用的鏡頭和 CCD 裡頭的感光晶片大小有各種規格，涵蓋天區的角面積和人眼的不一樣，因此必須經過換算。
根據廠商的資料，這顆 3.5 mm 鏡頭的視野對角是 114 度，因此長寬大約是 90 度和 67 度，這樣一算，ZHR 的極大值就超過 10 萬顆。但是後來考慮眼視觀測的 ZHR 並沒很明確的科學定義，這樣的換算意義不大，於是決定直接把視野的角度標示在 ZHR 中而變成 ZHR90×67=52,606。
對於數據和其他目視觀測紀錄之間相差了 10~20 倍，檢討後判斷主要可能是兩個原因造成的：目視觀測的不可重複性及觀測者的注意力。
在整理資料時，有許多亮度在極限邊緣的流星 (大於 + 0.5 等) 是在重複檢查好幾次之後才認出的，如果無法重複檢視，這些一定會漏掉。
此外，在流星雨到達極大時，常常有同時出現好幾顆流星的現象，即使事後一再重複針對不同區域小心檢視，還是難免有所疏漏。實際觀測時，每當有大、亮、長或會爆開的流星出現，大家的注意力就會被吸引，而通常這種流星都是好幾個一起出現，方向不同或亮度較低的流星很容易就被忽略。這樣的問題在流星數量到達極大時會更嚴重，因此造成錄影觀測和目視觀測之間的懸殊差異。
當把 19 日清晨 01:30 到 04:52 之間的數據整理成以分鐘為單位的 ZHR 變化圖之後，除了在 02:25 分出現的極大之外，在 01:36~01:43 之間還有一個很明顯的次高峰。這個時間跟預測中的由 1699 年回歸時產生的噴發物在繞日 9 次之後產生的流星群很吻合，里堤南等人預測的極大時間是 01:38, 麥克諾等人預測的是 01:24, 兩者的預測都非常接近，再次驗證了他們計算的準確度。
由於 ZHR 是一個以目視為基礎的量，觀測者的各種身心條件都會影響到觀測結果，而且每個人看的視野範圍不一樣，這種難以定義、缺乏標準的量是科學研究最害怕的情況。因此有人就想採用比較可以量化的方式來評估流星雨的規模。
其中有一種方法是估計流星的流量 (influx rate), 是把觀測區域從視野角度換算成每單位面積每秒有多少顆流星出現。另一種是空間數量密度 (spatial number density), 是把獅子座流星體群和地球的相對速度 71 km/s (每個流星雨都不一樣) 代入流量的式子中，換算成單位體積中的流星體數量，這應該算是流量的再進化版。
以往的研究大多把鏡頭的視野當成長方形來處理，但是這一次由於使用的鏡頭角度太廣，因此視野的變形非常嚴重。而且根據柯敦博士同年在歐洲對同一流星雨的研究，獅子座的流星平均會在海拔 103 公里的空中達到最大亮度。這一個大氣高度在畫面上方 (仰角 60 度) 處對應的寬度只有 91.2 公里，在畫面下緣 (仰角 5 度) 對應的寬度卻是 1,080 公里，顯然長方形的假設並不是很恰當。
因此把攝影視野當成一個梯形來處理，會比假設它是長方形好。事實上畫面的四條邊線在空中也不是真的直線，而是扭曲變形的曲線。不過評估這個變形影響不大，因此就沒有考慮它。
換算之後，得到的流量或空間數量密度的極大值僅比之前日本同好報告的略高一些。但如果採用和他們一樣的長方形視野計算，則大約會是 3.6 倍。詳細的分析過程規劃在近期內正式發表，因此就不再贅述。
雖然 2001 的獅子座流星雨已經是 10 年前的事了，但是對於親眼看過的人仍是歷歷在目，難以忘懷。這一次流星雨來臨時，人們已經做好了準備，因此蒐集到前所未有的大量資料。但是由於當時進行觀測記錄的大多是業餘同好，許多資料僅作收藏而未經整理。如果能夠有系統地把這些散在各處 (尤其是台灣跟日本) 的資料發掘彙整，必然能發掘更多有關太陽系小天體以及演化的重要訊息。
> 名詞解釋
所謂每小時天頂流星數 (ZHR) 是 假設輻射點在天頂時，每小時可以看到的 6.5 等以上流星的數量。但必須修正考慮當天實際可見極限星等 (例如因為市區光害 或天候不佳而看不到暗星) 和理想值 (6.5 等) 之間的差異，還有輻射點在低角度時，有一部分流星會被地景擋掉而看不到，以及天空有雲時被遮蔽的面積等因 素，因此 ZHR 只是一個理想值，實際觀測時通常不可能真的看到這麼多流星。
附註：中央大學天文所的阿部新助博士目前正在發起建置一個台灣流星聯合觀測網，利用多個地點同步自動錄影觀測，再透過三角定位方式記錄分析在台灣上空出現的流星軌跡，希望能對流星有更多的了解。 |
運動與自由基 | 游泳、慢跑，現代人靠運動保持年輕活力。但您所從事的運動，對身體是有益還是有害，您知道嗎？其實適度的運動有益身心，不過一旦過量或是用錯了方法，身體只會越變越差，您也可能越變越老。其實運動是非常好的，我們都希望運動能生活化，納入大家每天的生活裡面。不過如果當一個運動，超出你本身的負荷，會造成你身體無法適應。這個時候身體會產生大量自由基，造成一些氧化傷害。人體只要在運作，氧氣就會負責把養分燃燒轉換成能量。不過仍有百分之一到五的氧氣會無法燃燒完全，成為擁有不成對電子存在的物質，也就是所謂的自由基。這些不穩定的自由基，會去搶其他正常的成對電子，甚至去攻擊細胞膜，破壞蛋白質、DNA, 造成基因突變或細胞死亡，進而加速老化提高致癌率。當從事有氧運動，像是慢跑、游泳、騎腳踏車，氧化壓力較小。舉例來說，慢跑時吸入的氧氣量會比平常多出 10 到 15 倍，無法燃燒完全的氧也會變多，自由基相對增多，氧化壓力變大。不過這種較持久有氧運動，可同時增加身體涵養量，產生抗氧化，消滅自由基，提升抗氧化能力。相反的，從事像是舉重、折返跑、揮棒打擊等需要瞬間爆發力的運動，短時間內身體缺氧，之後才吸入大量氧氣，一時間無法燃燒完全的氧也會讓自由基數量暴增。最主要是因為我們身體裡面，有抗氧化系統，有四種酵素：抗氧化？，它可以幫助我們身體去對抗那些自由基。而有氧運動的產生過程，會讓我們身體慢慢產生適應，讓我們身體的這四種抗氧化酵素的濃度可以提升。用運動對抗氧化的同時，也要防止過量運動加速老化。專家建議針對個人的體能狀況，保持每個禮拜四次的有氧運動，每次盡量維持 20 到 60 分鐘，才會達到最佳運動效果。了解氧化過程，選對運動方式，才不會越動越累，越動越老，造成反效果。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
一八四六年八月三十一日勒維烈預測天王星外有一未知行星 | 赫歇爾
一七八一年三月十三日星期二晚上十點多，英國業餘觀星家赫歇爾 (Frederick William Herschel, 1738-1822) 正在自家花園裡以自製的望遠鏡觀星。他是音樂家，演奏、作曲、教學全能，以音樂維生。那一夜改變了他的一生，也改變了世人對太陽系的了解。
當時赫歇爾使用的目鏡能放大二百二十七倍。他注意到雙子座裡有個不尋常的物事，於是換了四百六十倍的目鏡觀察，結果那個物事的直徑加倍了。他再換了九百多倍的目鏡，那個物事的直徑再度加倍。因此，它絕對不是恆星；恆星距我們太遠了，不會因為目鏡的倍率增大而放大，只有行星與彗星才會。幾天之後，那個物事移動了位置，赫歇爾相信自己發現了一顆彗星。
赫歇爾立即通知了天文學界，如牛津天文臺的天文學家、格林威治天文臺的皇家天文學家。得到消息的人立即在赫歇爾指出的位置發現了那個天體，但是它們同時注意到，那顆「彗星」與已知的彗星都不同，因為它沒有「彗尾」, 也沒有裹在一團耀眼的雲氣裡，有經驗的天文學家立即猜測它不是彗星而是行星。
國際天文學界也得到了訊息。由於赫歇爾認為自己發現的是彗星，許多學者就假定它的軌道是一條拋物線，但是他們根據觀測紀錄推估「赫歇爾彗星」的軌道，總是不成功 —— 實際觀測到的位置與預測的位置最多只吻合幾天。直到俄國聖彼得堡的勒克色爾 (Anders Lexell) 以行星軌道的橢圓形解釋「赫歇爾彗星」的觀測軌跡，再推測它未來的軌跡，觀測位置才與預測值相符。其他的天文學者也得到了同樣的結論。於是天文學界越來越多人相信赫歇爾發現的不是彗星，而是行星。
彗星也罷，行星也罷，赫歇爾突然成了國際天文學界的明星。他受邀在倫敦的皇家學會發表報告 (四月二十六日), 年底，獲得當年皇家學會的最高榮譽 - 科普里獎章 (Copley Medal)。皇家學會主席在頒獎典禮上讚揚他的功績是「發現了一個神祕的新天體，讓天文學家觀測、分析」。
與他同年出生的英王喬治三世也喜愛天文學，皇家學會主席特意安排國王召見赫歇爾，他希望赫歇爾獲得一份年金，可以專心從事天文學研究。赫歇爾帶著自製望遠鏡覲見喬治三世，證明他的望遠鏡比皇家天文臺望遠鏡還精良。
喬治三世對他印象極為深刻，聘他為御用天文學家，年薪二百英鎊 (皇家天文臺的皇家天文學家年薪三百英鎊)。這筆錢不見得比赫歇爾賺得多，但是御用天文學家沒有常態業務，最多三不五時進溫莎堡陪國王觀看星星，因此他可以專心研究天文學。赫歇爾接受聘任後，就把家搬到溫莎堡附近。
喬治三世這麼做也博得了國際學界的讚譽。可是赫歇爾提議將他發現的行星命名為「喬治星」, 國際學界就不接受了。赫歇爾的提議雖然有阿諛之嫌，但也不是恬不知恥的舉動。原來一七八一年十月十九日，英軍在北美維吉尼亞州約克郡向華盛頓投降，北美十三州獨立至此已成定局。赫歇爾為新行星取的名字，也許不過想表示英國在人間雖然失利，卻在天上頗有斬獲。
赫歇爾成為國際知名的人物，不只是因為他發現了一顆新的行星，還因為他製造望遠鏡的精良技術。他向皇家學會提出的正式觀測報告中，就透露了他自製的目鏡中，有的放大倍率可達一千五百多倍與二千多倍。這是聞所未聞的倍率，格林威治天文臺的望遠鏡，目鏡也只有二百七十倍。儘管有人懷疑他是騙子，外國天文學家對他的望遠鏡都極感興趣，甚至想向他訂購。
後來他得到喬治三世資助，建造了一架 12 公尺長，直徑 1.2 公尺的望遠鏡，一七八九年八月二十八日完工後，當晚赫歇爾就發現了土星的第六顆衛星。那架望遠鏡立即成為觀光景點，獲得「世界第八奇觀」之譽。赫歇爾也接受海外訂購，例如他為西班牙國王製造過一架長 7.5 公尺的望遠鏡，收費 3,150 英鎊。
天王星
一七八一年年底，德國著名天文學家博德 (Johann Elert Bode, 1747-1826) 寫信通知赫歇爾，他已將赫歇爾發現的行星登入他的天文年鑑中，取的名字是「尤瑞納斯」(Uranus), 祂是希臘神話中的天神。這個名字比較合理，因為太陽系已知的五大行星，名字全來自希臘 - 羅馬神話，其中土星 (Saturn) 是木星 (Jupiter) 的父親，而「尤瑞納斯」是土星的父親。
此外，這個名字唸起來與「尤瑞尼雅」(Urania) 接近，更讓天文學家窩心，因為「尤瑞尼雅」是九位希臘「繆思」(Muses, 掌管智慧學術的女神) 之一，掌管天文學。博德在信中還很貼心地為赫歇爾開脫，他說，要是他是赫歇爾，難免要做同樣的事。
這時，新發現的太陽系行星已經有三個名字了：在英國，它叫「喬治星」; 在德語國家，它叫「尤瑞納斯」; 法國人稱它為「赫歇爾」。今天西方通行的是「尤瑞納斯」(天王星)。
赫歇爾的發現，最重要的意義是為太陽系開拓了新疆土。勒克色爾算出天王星軌道後，立即發現它位於土星之外，距離土星非常遠，從太陽到土星的距離 (平均十四億三千萬公里), 得延伸一倍才能抵達天王星 (平均距離太陽二十八億七千萬公里)。太陽系的直徑一下子就擴張了一倍，有些人立即想到的是：我們憑什麼說天王星的軌道就是太陽系的邊界呢？於是太陽系突然成了一個開放空間，搜尋天王星之外的行星，成為天文學家可以想像的題材。
擾動
天王星距離太陽太過遙遠，繞太陽一周要花 84 年，因此想找出它的精確軌道，準確地預測它的行蹤，並不容易。好在天文學家發現一七五六年、一六九○年分別有人記錄過它的位置，只是當時誤以為它是恆星。但是天文學家推估的天王星位置一直與實際的觀測值不符，為了了解這個問題，我們必須回到萬有引力定律。
原來我們從小背誦的萬有引力定律，只考慮到兩個天體間的關係，而太陽系內的天體多得很。別的不說，日、月、地球之間的關係就很複雜，月亮同時受到太陽的強大引力，因此計算月亮繞地球的軌道，需要考慮的就不只是月球與地球的質量、月球到地球的距離。而木星是太陽系最大的行星，所有其他行星的質量加起來，也不過比它的三分之一多一些而已，因此木星對其他行星的運行都有強大的影響。每顆行星受到其他行星的影響，就叫做「擾動」(perturbation)。
火星前有地球，後有木星、土星，由於木星、土星的質量合計是地球的四百多倍，它們對火星的擾動比地球大多了，因此計算火星的軌道，一定要考慮木星、土星的擾動。天王星位於木星、土星之外，以距離而言，必然會受到它們的擾動。
正好這時法國著名數學家拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace, 1749-1827) 將處理行星擾動問題的數學發展到極為完善的地步，因此天文學家能夠相當精確地掌握太陽系每一顆行星的動態。只有天王星例外。
一八三二年，英國劍橋大學天文臺天文學家艾瑞 (George B. Airy, 1801-1892) 發表的報告就指出，儘管天文學家已經觀測天王星半個世紀了，仍然無法準確地預測它的行蹤。天文學家每一次算出它的軌道，只管用幾年，然後觀測值就與預測值越差越大。雖然對外行人來說，誤差的絕對值只有百分之幾度，以特殊的儀器才能發現，可是天文學家預測其他五大行星的位置，就不會有同樣的誤差，因此天王星成為天文學界公認的「問題行星」。
亞當斯
一八四一年六月二十六日，劍橋大學學生亞當斯 (John Couch Adams, 1819-1892) 走進學校附近的書店，無意中見到艾瑞九年前出版的報告。他讀到艾瑞對天王星問題的描述，發現那個問題在過去九年中仍未解決，就決意動手做做看。
亞當斯很早就展露出數學天分，到了 14 歲，已讀遍了他能找到的天文學與數學書籍，還會自己製作星圖。一八三四年，他在學校裡贏得的獎品是赫歇爾的兒子寫的《天文學》。第二年，他第一次親眼看見彗星，從此對行星軌道發生興趣，並自行計算能夠觀察日月食的時地。他 16 歲就預測了在家鄉可以觀察到的一次日食，並以自製的簡陋儀器做了紀錄。亞當斯 20 歲進入劍橋大學學數學，他的入學考試成績極為優秀，學校允許他以教學服務換取一些學費的減免，但是供應他上大學仍然是家裡的沈重負擔。
亞當斯想解決天王星問題，一開始就不是個祕密，不過他得先畢業才行。一八四三年，亞當斯以班上第一名的榮譽畢業，據說他畢業考試的成績幾乎是第二名的兩倍。同時，他還獲得了工作，留校擔任學人 (Fellow), 於是他暑假就開始動手研究天王星了。
還沒發現的行星
幾乎從一開始，亞當斯就假定天王星除了受到木星、土星的擾動，還受另一顆行星的影響。那一顆行星位於天王星之外，世人還沒發現，難怪天王星的軌道一直不能正確地計算出來。這個道理說來很簡單，卻是非常複雜的數學難題。
研究一個行星受其他行星的擾動，首先必須知道那顆行星的「理想軌道」, 也就是不受其他行星擾動時的軌道，然後再計算其他行星的影響。從事這些計算需要：各行星的質量，它們分別與太陽的距離，繞日軌道形狀，以及它們在空間中的相對關係。
亞當斯假定天王星之外還有一顆行星，但是他必須做許多具體的假設才能從事計算。例如那顆行星的質量、與太陽的距離。
第二年秋天，亞當斯完成初步研究，擬定了解決問題的方略。一年後，也就是一八四五年九月底，亞當斯算出了那顆未知行星的軌道，並預測十月一日晚上它會出現在水瓶座裡。亞當斯立即找劍橋大學天文臺長查理斯 (James Challis, 1803-1882) 為他寫一封介紹信，然後持信去見格林威治天文臺的皇家天文學家，請他搜尋那顆星。雖然亞當斯將計算結果告訴了查理斯，可是他卻不感興趣，根本沒有想到自己去搜尋，事後查理斯的說詞是：天文學史上從來沒有過以數學計算發現行星的例子！當時的皇家天文學家正是艾瑞，不巧他到法國開會去了。十月二十一日，亞當斯再度造訪皇家天文臺，事先又沒約定。他下午三點到達，艾瑞正巧外出。亞當斯在附近閒逛了一小時後回到天文臺，應門的人卻說艾瑞一家正在吃晚餐，不便打擾。他只好留下研究結論與名片，就告辭了。哪裡知道艾瑞的反應與查理斯一樣，對亞當斯的研究結果滿腹狐疑，根本沒有採取行動。
勒維烈
這年夏天，亞當斯的研究就要完成了，法國的皇家天文學家找了已嶄露頭角的勒維烈 (Urbain-Jean-Joseph Le Verrier, 1811-1877) 解決天王星問題。那時勒維烈在行星擾動研究上，已是公認的專家。十一月十日，勒維烈在國家科學院宣讀了第一篇天王星論文，這篇論文證明天王星的運行軌跡不能以木星、土星對天王星的擾動解釋。
這時亞當斯正在修訂他的研究，根本不知道勒維烈正在研究同一個問題。但是勒維烈的論文的確引起了艾瑞的注意，因為他過去一直認為只要對木星、土星的擾動做更仔細的分析，天王星問題就會迎刃而解。可是艾瑞仍然不覺得他有必要認真看待亞當斯的研究結論。
一八四六年六月一日，勒維烈發表了第二篇論文。他羅列了古今所有天王星的觀測紀錄，指出即使調整了天王星的「理想軌道」之後，也無法以已知的擾動解釋天王星的觀測紀錄。最後，勒維烈提出了唯一合理的假定：有一顆還沒發現的行星影響了天王星的運行，他還預測了那顆行星的軌道與大小。巧的是，勒維烈預測第二年元旦那顆行星的位置正在水瓶座裡。勒維烈還預告，他下一篇論文就是對那顆行星做更為詳細的研究。
這篇論文贏得國際天文學界的矚目，艾瑞終於心動了，要求劍橋天文臺的查理斯從事系統搜尋，可是他並沒有下令皇家天文臺也進行搜尋。
八月三十一日，勒維烈發表了第三篇論文，公布他對那顆行星的軌道、質量所做的詳細計算，並修正了先前的預測。這時，亞當斯也完成了修訂工作。令人驚訝的是，雖然他們使用的方法與假定都不同，得到的預測卻非常接近：那顆行星九月會在水瓶座裡。
亞當斯本來想在大英學會年會發表他的研究，可是九月十五日他到達會場時，數學與物理科學的場次已經結束，因此英國科學界一直不知道他的研究成果。這時，勒維烈正在不斷遊說天文學家搜尋那顆行星。九月十八日，他寫信給柏林天文臺的助理臺長佳勒 (Johann Gottfried Galle, 1812-1910)。九月二十三日，佳勒收到信，立即向臺長報告，當天是臺長的 55 歲生日，他也許心情不錯，就答應佳勒可以動用望遠鏡進行搜尋。這時一位寄宿在天文臺宿舍的實習學生聽到了他們的對話，也要求加入搜尋。
他們倆經過一番折騰，果然在勒維烈預測的位置附近發現一顆最新的星圖上沒有的「星星」。可是那顆星在望遠鏡中看來不像行星。第二天晚上，他們再度觀察那顆星，發現它已移動了，而且移動的距離符合勒維烈的預測，換言之，它的確是勒維烈預測的行星，我們今天叫它海王星 (Nepture)。
誰第一？佳勒的發現轟動了國際天文學界，令查理斯、艾瑞懊惱不已。其實，查理斯在八月就已記錄下那顆行星了，只是他沒認出來而已。他們不但錯失了首先發現新行星的機會，還變得裡外不是人：他們出面說明原委後，不僅國人不諒解，法國學界更強烈地不滿，認為英國人在搞詭計，想僭奪法國科學家的榮譽。法國人的反應不難理解，因為相對於勒維烈，亞當斯根本就是個名不見經傳的人物。等到亞當斯的研究報告正式發表了之後，他的成就才受到國際學界的肯定。
後來學者逐漸知道，亞當斯與勒維烈用來計算海王星軌道的假設 (質量、與太陽的距離) 全都錯了，因此他們殊途同歸的結論更像是奇蹟。即便如此，他們的研究還是充分展露了科學的特徵：科學不只是有系統有組織的知識，科學超越了我們的感官，奠基於對宇宙的猜想與信心。
要不是科學界對萬有引力定律深信不疑，不可能逼出天王星問題；要是亞當斯與勒維烈不相信萬有引力定律，就不會花那麼大工夫去計算一顆還沒有觀察到的行星。
過去十年內，天文學家發現了許多太陽系以外的行星，發現那些行星的技術，基本上就是亞當斯與勒維烈一個半世紀前使用的。
【科學史上的這個月】 |
諾貝爾獎與生活科技:維生素家族與諾貝爾獎 | 我們都知道，人類攝取食物中的營養素以維持生命。其中醣類、脂肪可提供能量；蛋白質、礦物質用來建造身體組織；至於調節新陳代謝，協助身體對抗疾病，增強人體防禦機能的工作，就要靠維生素與礦物質了。維生素是人類酵素系統的要素，負責營養成分的分配，調節生理機能，充當輔助酶素，促進體內各類生化反應及生長發育，一旦缺乏，就會引起代謝紊亂，發生某些疾病。
在漫長的歷史中，曾經有一段黑暗歲月，許多不明原因的怪病層出不窮，摧殘全世界人們的健康，典型且擾人的有壞血病、腳氣病、夜盲症、癩皮病等，這些疾病到底是什麼原因引起的呢？這個和人類生命息息相關的謎團，直至 19 世紀末，才由瑞士巴塞耳大學研究生魯寧開始觸及。
他在 1880 年以科學實驗證實牛奶中含有一些生命必需的要素，人體缺乏這些要素便會導致死亡，至此拉開了近代研究維生素的序幕。後來才發現腳氣病肇因於缺乏維生素 B, 壞血病是缺乏維生素 C 所致 ...... 這些發現挽救了無數生命，是科學造福人群的結果。
1913 年，波蘭科學家馮克從米糠溶液中分析出一種胺類化合物，由於它是生命體不可少的東西，馮克把它命名為「生命胺」(vitamine), 由拉丁文「生命」(vita) 與胺 (amine) 組成。然而隨著化學提純和分析技術的發展，科學家發現生命必需物質不全是胺類化合物，如維生素 A、C 等。於是德國科學家德來蒙特把這名字改成 vitamin, 一般音譯成維他命，營養學界所用的正式名稱則是維生素。
隨著科學的進展，愈來愈多的維生素成員被發現，逐漸形成一個龐大的家族。科學家們把它們分門別類，依發現順序以英文字母 A、B、C、D、E 等命名，然後把作用相近的歸為一族，一族裡有許多種維生素時，再按其結構標上 1、2、3 等數字以資區別。目前已知的維生素有 20 餘種，人體不能自行合成，必須從食物中攝取。為了滿足人們的需求，現在某些維生素也由人工合成。
顧名思義，維生素是維持生命的要素、隱藏在動植物體中的微量物質，是只要極微小用量就可增強、維持和修護人體組織的化學物質。這些神奇的物質是如何發現的呢？這段科學探索的過程雖然漫長，對於人類生命的貢獻卻無可比擬。近百年來無數科學家投入研究，成果卓然可觀，先後有 19 人因而獲頒諾貝爾獎。
維護眼睛的維生素 A
醫學上記載動物的肝有治療眼病、夜盲症等功效，最早見於唐朝《千金方》醫書，直到 1913 年，美國科學家台維斯等人終於揭開肝中之謎。他們在鱈魚肝油中發現一種神祕物質，溶於脂肪卻不溶於水，是維持生命和健康必需的微量因子，效力比魚肝油大數百倍，但是怕光怕氧，因此稱它為「脂溶性 A」。到了 1920 年，美國生化學家德拉黎德才正式把它命名為維生素 A。
由於動物肝中維生素 A 含量豐富，因此可以治療乾眼病，肉食性動物體內的維生素 A 可從被捕食的動物獲得，但是草食動物肝內的維生素 A 從何而來呢？1928 年，美國科學家摩爾用胡蘿蔔餵老鼠，他和德國化學家卡勒以堅毅的實驗精神奮戰數年，終於證明只要在氧化劑的作用下，胡蘿蔔素可以轉化為維生素 A, 並儲藏在肝臟中。人們常吃的青菜蘿蔔中就含有大量的胡蘿蔔素，透過人體肝內氧化酶的作用，可以轉化為維生素 A, 源源供應人體所需。正由於這項成就，卡勒和摩爾被譽為維生素 A 化學的奠基人。
由上述的例子，可見食物和維他命的關係密切。早在 1905 年，有位英國生化學家就對此進行一系列的實驗。他從蛋白質中分離出色胺酸，加入到膳食中，證實可以支持生長過程。1906 年，更證明色胺酸及有些必需的胺基酸不能在某些動物體內合成，必須從食物補充。
後來進一步研究鼠類飼料，發現如果只含蛋白質、脂肪、醣類及礦物質，而沒有維生素，鼠類是不能生存的，由此確立食物中須含有對生命必需的微量物質。這項貢獻使霍普金斯 (Frederick Gowland Hopkins, 1861-1947) 獲頒 1929 年諾貝爾生理醫學獎。
既然已經知道維生素 A 存在的祕密，如果食物中缺乏維生素 A, 首先受到影響的是哪個器官呢？答案是眼睛。早在 1925 年，美國生理學家弗里德里夏和霍爾姆就發現餵食老鼠缺乏維生素 A 的食物，會使老鼠在黑暗中活動困難，分析其視網膜，發現缺乏一種叫視紫質的物質。經過嚴格的化學分析，科學家證明視紫質是由維生素 A 和蛋白質聯合組成的，每感光一次，維生素 A 就因化學變化而減少。
1938 年，哈佛的生物學家沃爾德 (George Wald, 1906-1997) 的研究證明食物中缺乏維生素 A, 會導致視黃醛的供應缺乏和視紫質減少，因而產生夜盲。沃爾德獲得 1967 年的諾貝爾生理醫學獎，主要的貢獻就在於發現維生素 A 是視網膜感光色素的主要成分，是保持正常視力不可或缺的。
米糠水中的維生素 B
缺乏維生素 B 引起的疾病，最著名的是腳氣病。它曾經像個百年幽靈，長期襲捲亞洲各國，奪走千萬人民的生命。1886 年夏天，荷蘭的艾克曼 (Christiaan Eijkman, 1858-1930) 醫生到荷屬東印度研究亞洲普遍流行的腳氣病，起初認定是細菌引起的，卻始終找不出致病原。4 年後，在他實驗室用的雞群中爆發多神經炎，表現與腳氣病極相似，經過多年研究，以米糠代替精白米餵雞就能治好病雞，也終於揭開了腳氣病的奧祕。
他斷定米糠中有一種物質可以治癒可怕的腳氣病，於是用浸泡米糠的水給病患喝，果然如仙丹妙藥般挽救了很多人的生命。這個米糠中的特殊物質就是維生素 B1, 艾克曼因為這項發現獲得 1929 年諾貝爾生理醫學獎。
1932 年，德國化學家庫恩分離出維生素 B2。1935 年，他和瑞士化學家卡勒用人工方法合成這種物質，並試驗這種又稱核黃素的維生素 B2 的活性。因為這種物質的發現在維生素 B1 之後，因此稱為維生素 B2。由於人工能合成 B2, 人類再也不需費事從牛奶蛋黃中提取它了。
另外，卡勒 (Paul Karrer, 1889-1971) 獨自合成了核黃素，並測定維生素 A 及 B2 的結構，因而獲頒 1937 年諾貝爾化學獎。庫恩 (Richard Kuhn, 1900-1967) 分離出維生素 B6, 提純核黃素，闡明其結構，在類胡蘿蔔素和維生素結構的研究上有卓越成就，也獲得了 1938 年諾貝爾化學獎。同年，瑞典生物化學家西歐瑞爾 (Axel Hugo Theodor Theorell, 1903-1982) 發現氧化酵素的自然性和作用性，弄清楚黃色輔酶的結構，證明它就是核黃素分子多接了一個磷酸鹽基，因此獲頒 1955 年諾貝爾生理醫學獎。
在 1920 年，美國病理學家惠普爾 (Georg Hoyt Whipple, 1878-1976) 證明用肝做飼料可促進狗的血紅蛋白再生。受到他這項發現的啟發，1926 年，波士頓的醫生邁諾特 (George Richards Minot, 1885-1950) 和墨菲 (William Parry Murphy, 1892-1987) 提出抗貧血病的肝臟療法，經試驗確認並分離出有效成分就是維生素 B12。只要病人把肝做為飲食的重要部分，便能治好惡性貧血病。惠普爾、邁諾特和墨菲因而共享了 1934 年諾貝爾生理醫學獎。
對抗病毒的維生素 C
壞血病是缺乏維生素 C 所導致的，病患的微血管會變脆，牙齦出血，牙齒鬆動，逐漸虛弱終致死亡，這種病特別盛行於長時間的航海中。1806 年間，英國海軍部採用倫達醫生試驗結果的建議，讓出海的士兵服用定量檸檬汁，從 1808 年後，壞血症便絕跡了，於是英國水兵和海員有了「檸檬人」的稱號，但當時並不知道治好病的原因。
1928 年，匈牙利生物化學家納基雷波特 (Albert Szent-Gyorgyi Von Nagyrapolt, 1893-1986) 從植物汁液及腎上腺萃取物中分離出一種有機還原劑，能夠把氫離子從一種化合物傳達到另一種化合物上。同時發現它有很強的抗壞血效果，因此稱為抗壞血酸，經過 4 年，證明並命名為維生素 C。他又發現辣椒含維生素 C 特別高，每百克含有 110 毫克，是茄子的 25 倍，潛心研究下終於成功地從辣椒 中提取了數公 斤的維生素 C, 因此獲得了 1937 年諾貝爾生理醫學獎。
那一年，英 國化學家霍沃斯 (Sir Walter Norman Haworth, 1883-1950) 在研究碳水化合物 與維生素的結構上也獲得突破，人工合成了維生素 C, 這是第 1 種人工合成的維生素，他也因而獲頒 1937 年諾貝爾化學獎。維生素 C 最主要的生理功能之一，是維持體內組織與細胞間質的生成，並維護其正常生理機能，可說是體內新陳代謝中潤滑劑的主要材料。
1970 年夏天，美國著名生理學家鮑林 (L.C. Pauling), 也是兩次諾貝爾獎得主，在多年研究維生素 C 的生理功能後，發表論文斷定維生素 C 有對抗感冒病毒的功能，可以預防感冒，引起美國一股搶購維生素 C 的風潮。近年來雖然也有科學家對這一說法不以為然，但對於維生素 C 增加細胞氧化還原的本領及抵抗疾病的能力，仍是一致認可的。
經陽光產生的維生素 D
17 世紀後的歐洲，尤其英國的工業區，相繼出現一種奇怪的佝僂病，特別是勞工聚集且暗無天日的貧民窟中更為嚴重。有一派醫生認為病因是缺乏陽光，另一派醫生則提出「營養治療」說。經過實驗發現雙管齊下的治療效果更好，而把陽光和營養聯繫起來的就是維生素 D。
佝僂病是缺乏維生素 D 所引起的，在一般食物中都含有 D 元，這是一種經過化學處理或光照會轉變為維生素 D 的物質。陽光裡的紫外線能把 D 元變成維生素 D, 經過化學處理的魚肝油中的 D 元也能轉化成維生素 D。1920 年，麥科勒姆及其同事發現魚肝油既能治癒眼病，又能治佝僂病，他們斷定魚肝油中含有抗佝僂病因子，這種因子必定是第 4 種維生素，他們稱為維生素 D。
1926 年，法國化學家溫道斯 (Adolf Otto Reinhold Windaus, 1876-1959) 發現陽光能把一種與膽固醇密切有關的甾醇轉變為維生素 D, 由麥角醇經光照合成維生素 D, 可治療佝僂病。麥角醇是由酵母、菇類分離出的一種固醇，經紫外線照射後會轉換成維生素 D2, 由於這一發現以及固醇類成分和相關維生素的研究成果，溫道斯獲得了 1928 年諾貝爾化學獎。
影響生育的維生素 E
1922 年，美國加州大學伊萬斯教授和其研究小組，發現一種可能對動物生育有影響的維生素。這種物質是關係傳宗接代的法寶，他依維生素發現次序把它命名維生素 E, 直到 1936 年，才從麥胚油中提煉出結晶的維生素 E。由於維生素 E 含有活潑的羰基，對動物的生育有顯著作用，因此又稱為「生育酚」。他以畢生精力鑽研維生素 E, 發現不僅用植物芽胚可提煉這種物質，在各類食物中也有其足跡，如肉、蛋、奶、肝臟、豆類、酵母等。
維生素 E 的特性是不溶於水，不怕熱、酸、鹼，就怕氧化劑。近代科學家繼續深入研究，發現維生素 E 有保護細胞核抗氧化的能力，具有抗衰老的功效，未來的應用價值更是不可限量。
凝血維生素 K
1934 年，丹麥生物化學家達姆 (Henrik Dam, 1895—1976) 以小雞做實驗，發現一種具凝血功能的物質。經實驗證明是一種脂溶性維生素，存在於綠葉中，命名為「凝血維他命」(Kougalatian-Vitamin), 取第 1 個英文字母稱為維生素 K。
達姆從紫苜蓿中提取出維生素 K 之後的 3 個月，另一位美國科學家多伊西 (Edward Adelbert Doisy, 1893-1986) 在腐敗的魚肉中，也分離出一種和維生素 K 有相同生理功能的結晶，並確定它的結構。依發現先後，科學界分別把它們取名為維生素 K1 及 K2, 兩人也分享了 1943 年諾貝爾生理醫學獎。
除了上述的維生素之外，其他的相關研究也是成績斐然。早在 1904 年，哈登 (Arthur Harden, 1865-1940) 研究發酵和酵素作用，證明有一種輔酶分子小到可以穿過膜孔，對於酵素的活性是不可少的。化學家們立即著手確定這種輔酶的結構，德國籍的瑞典化學家奧伊勒 - 克爾平 (Hans von Euler-Chelpin, 1873-1964) 首先在這方面獲得真正的進展，結果他和哈登分享了 1929 年諾貝爾化學獎。
另外，德國科學家克利伯 (Hans Adolf Krebs, 1900-1981) 研究細胞代謝，發現生物合成及碳水化合物新陳代謝的檸檬酸循環，揭示生物體內的糖經酵素分解變為三碳物質後，進一步氧化為 H2O 及 CO2 的路徑，和代謝能的主要來源，因而獲頒 1953 年諾貝爾生理醫學獎。
從 1880 年魯寧的實驗拉開研究維生素的序幕開始，至今全世界科學家苦心鑽研，累積一代代的研究成果，終於逐步揭開維生素的奧祕，造就多位諾貝爾獎得主。這頂桂冠指出科學研究的艱辛不易，也代表對科學家造福人類的敬意。既然所有生物都有獨特的生命，應該也有維持其生命的要素存在，科學家對維生素的研究只不過是個開端，可以預料，隨著科學的進展，明天的維生素家族陣容有無限擴展的可能。 |
三分鐘開飯 | 從 (2008) 年十月一日開始，機場檢疫新規定實施，泡麵，己經成為禁品。這點想必讓許多遊子相當難過，因為泡麵的確是難以抗拒的方便美味。今天的科學大解碼就要以泡麵為主題，帶您來看看這三分鐘美味上桌的背後，有什麼科學原理。內容大綱肚子餓的受不了，懶得自己煮，偏偏又買不到東西吃，這種時候該怎麼呢？沖熱開水的聲音。三分鐘就能開飯，不用等、也不用高超廚藝，這泡麵到底是怎麼做到的呢？和一般的麵條一樣，要做成泡麵，也要經過揉麵、發酵、蒸煮，進行讓麵條變好吃的步驟，澱粉糊化。澱粉糊化，是指澱粉在蒸煮的過程中，澱粉顆粒因為吸水膨脹，內部的鍵結結構被破壞，口感變得鬆軟有彈性，也更容易被人體消化。而泡麵不同於一般麵條的地方，就是在這個糊化機制後，多加一個脫水的步驟，使麵體表面產生許多小孔。澆上熱水之後，這些小孔就能很快的吸飽水份，回復到原本 Q 軟的狀態。替麵體脫水，早期是用熱油炸過，近年則流行熱風乾燥，目的都是為了去除內部的水份，使食物容易保存。所以脫水才是泡麵保久的關鍵，而不是一般謠傳的防腐劑。經過油炸之後，它裡面的水份含量是低於 5%。那在低於 5% 的情況下，微生物是不會生長。所以它微生物都沒有辦法生長了，你再添加防腐劑那是一種浪費其實，泡麵裡主要的添加物不是防腐劑，而是防止油份氧化的抗氧化劑。目前很多的大廠商添加的抗氧化劑，是我們常吃的維他命 E, 所以這個東西對我們來講，是沒有壞處的。泡麵裡沒有防腐劑，有的抗氧化劑又不會害人，這下可以放心吃了吧。不過在大塊朵頤之前，總會有人提醒你，泡麵是不營養的，關於這點，專家表示，泡麵不是不營養，而是營養不均衡。吃的時候，最好是少放一點調味料、多加一把菜、一顆蛋，或搭配飯後水果，讓美味與健康，一次搞定。2008 年東森電視台《科學大解碼》第二期 |
藥用及保健植物:個人化飲食 | 飲食對健康的影響，早期著重於必需營養素缺乏所造成的營養缺乏性疾病，例如蛋白質熱量缺乏症、維生素與礦物質缺乏症等。這些問題主要來自糧食缺乏，也就是貧窮與落後的社經因素。此外，飲食習慣不佳也是另一個原因。如今社會富裕，各式慢性疾病成為健康的主要威脅，而飲食與生活習慣證實是慢性疾病的主要風險因子。
近年來基因體學的研究更進一步指出，帶有某些基因型的人具有較高的疾病風險。慶幸的是，已有研究預測具有高風險基因型的人，可藉由改善飲食與生活習慣，大大延緩疾病的啟動與發展。未來可望藉由晶片檢測基因型，了解個人的疾病風險，並據以規劃降低風險的飲食與生活習慣，以減輕慢性疾病的威脅。
基本營養需求
在地球上不同的地理環境中，隨著氣候、水土的差異而有不同的農產，當地居民也因此發展出各式各樣不同的飲食內容與型態。比較世界各地的飲食內容，早期的研究發現雖然食物型態來源不同，但都有醣類、蛋白質、脂肪、礦物質等主要成分。當時，許多地區性流行疾病，有些甚至是致命性的，並不知道與飲食有關。直到 20 世紀初期營養學的研究才陸續發現，食物中數十種的微量成分對健康的維持是必要的，這些成分就是維生素與微量礦物質元素。
當維生素與礦物質攝取量長期不足時，會造成缺乏性疾病。換句話說，只靠富含蛋白質、醣類、脂肪與鹽類的食物，並不足以維持健康。目前已知人體必需的營養素約達四十多種，包含 9 種必需胺基酸、2 種必需脂肪酸、13 種維生素、16 種礦物質元素、膳食纖維、醣類與水。有些維生素與微量元素僅存在於某幾類食物中，如何吃才能獲得所有必需營養素且攝取足量，似乎成為一大難題。
營養學家依據必需營養素在食物中的分布與人體的需求，把食物加以分類，提供人們日常生活中的選食原則，這就是「飲食指南」。依這原則選擇飲食，可以確保各類必需營養素的攝取量能符合人體的基本營養需求。所謂「均衡飲食」指的就是，在質與量方面都可以滿足人體的營養需求，並使人體達到最健康的狀態。沒有任何一種單一食物在營養上是完美無缺的，但加以適當組合，就能成為滿足營養需求且具保健功效、避免慢性疾病的均衡飲食。
營養不均
飲食是人類的本能，餓了想吃，飽了停止，是人體正常生理所調控的機能。貧窮、落後、飢荒、戰爭等限制了食物的可獲性，是人類地域性、流行性營養不良的主因。然而，在食物可獲性沒有限制的富裕社會裡，完全依著生理本能、個人喜好選擇飲食，導致相當比率的人因飲食偏廢，無法達到攝取所有營養需求的標準。例如臺灣有 10.7 % 的成年女性鐵質攝取不足，美國女性有 5~11 % 的比率鐵的營養狀況不佳。
這些飲食習慣所造成的營養不足狀況，表面上沒有嚴重到被診斷為疾病的程度，但可能導致個人生理、體力、精神上無法處於最佳狀況而不自知。小則影響個人生活品質與工作表現，大則降低國家社會的生產與經濟力，是一個常被忽略的潛在問題。
富裕社會中營養不均衡的另一種常見形式是能量與脂質攝取過多，它與中老年慢性疾病的風險大增有密切關係。這種現象常被誤稱為「營養過剩」, 其實是營養不良或營養不均衡的另一種形式，在公共衛生上稱為「雙重負荷」, 意指微量營養素攝取不足，同時能量與脂質又過度攝取。
在經濟蓬勃發展的富裕社會中，人類健康的最大威脅就是慢性疾病。例如癌症、心血管、腦血管疾病及肥胖與糖尿病代謝性疾病，在已開發國家中都已名列前十大死因，是耗費醫療資源最鉅的公共衛生問題。營養流行病學專家以調查、比較、統計分析的方法證實，飲食與生活習慣的確是這些慢性疾病的風險因子。與慢性疾病高風險因子有關的飲食與生活習慣，包括脂肪與精緻純化醣類攝取量過高、新鮮蔬菜水果攝取量嚴重不足、抽煙、喝酒、能量攝取過高加上缺乏運動造成肥胖等。
人體臨床試驗結果顯示藉由改善飲食與生活習慣，的確可以延緩或降低這些疾病的風險，但這類的研究也發現有相當的個體差異存在。有些人似乎對不良飲食與生活習慣所造成的某一類疾病具有較高的敏感度，有些人則對另一類疾病有較大的風險，遺傳與基因背景似乎也扮演著重要的角色。
疾病風險
中醫診斷常依個人體質而有不同的治療處理與藥劑配方，西醫則多依統計分析，根據大多數人的共同狀況做為診斷及治療依據，個人體質上的差異，只有在少數狀況下會被列入考量，例如過敏現象。此外，許多罕見疾病在遺傳醫學中發現與基因突變有關，也是一種體質差異所產生的結果。所謂突變，指的是人群中比率極低的個體具有某種極為罕見的基因型。
近年來基因體醫學研究工具逐漸完備，人群中發現具有基因突變的比率逐漸提升，也慢慢地發現其中不會引發明顯疾病狀態的基因型，這種現象稱為基因的多型性。具有多型性的基因究竟有何生理意義？藉由統計、比較分析，鑑定出其中有一些基因型與某些慢性疾病的罹病風險關係密切。
一個著名的例子是人體血液中一種脂蛋白元的基因多型性，這型基因有 3 種型態，分別是 E2、E3 及 E4。每個人的基因分別來自其父母親，因此人群中有 E2E2、E2E3、E2E4、E3E3、E3E4 及 E4E4 等 6 種不同的基因型。研究發現，帶有 E4 基因型的 (即 E2E4、E3E4 與 E4E4), 血中有較高的低密度脂蛋白 (low density lipoprotein, LDL) 膽固醇，也就是俗稱危險型或壞的膽固醇，這些人罹患心血管疾病的風險也高。
其他許多與慢性疾病有關的高風險基因型，也逐漸一一鑑定了出來。目前，已有公司收集整理已被研究與鑑定的多型性高風險基因，開發出檢測基因多型性的基因晶片，以抽血並分離其中白血球的 DNA 為樣品，偵測出個人基因型，了解自己先天的基因型有何種疾病風險。不過目前這類檢測價格仍然昂貴，尚不普及。
飲食保健
獲知自己先天具有高疾病風險的基因型，是否表示自己已被判了死刑，只能無助地坐以待斃？答案是「No」! 研究顯示，後天環境對基因的作用具有相當大的影響！帶有高疾病風險基因型的人，只要恪遵遠離風險因子的原則，仍然可以有效地降低或延緩疾病的發生，讓你可以活到跟別人一樣久，而且一生中大部分的時間都還可以擁有健康。
一個具體的例子是被剔除或轉殖基因以致產生慢性疾病的小鼠，可藉由改善飲食延緩其疾病的發生，也可藉由餵食不良飲食而使疾病的發生提早，並加速疾病的惡化。針對具高心血管疾病風險基因型的人，飲食改善的臨床實驗發現，可以有效地把引發心血管疾病的最大風險因子 LDL 膽固醇控制在安全範圍以內。
近年來，營養基因體學的研究日漸蓬勃發展，藉由基因體學的研究，營養學家可以逐步了解基因型如何影響一個人對營養素與食物成分的消化、吸收及代謝利用，進而針對不同的基因型調整飲食成分的質與量，使其一方面能滿足營養的需求，另一方面又能降低疾病發生的風險。
例如一種葉酸代謝酵素的基因型，會使個體的葉酸需求量增高。對帶有這種基因型的人而言，如果沒有充分攝取葉酸，易造成血中一種不正常代謝物同半光胺酸濃度的增高，而血中同半光胺酸含量過高是引發心血管疾病的風險因子。因此，利用「危險型」基因的偵測，配合針對該基因型的生理生化特性探究特定的飲食營養改善策略，便是營養基因體學研究的重要目標。
對於慢性疾病的後天環境影響因子，目前已有許多了解。例如吸煙是肺癌的高風險因子，多吃新鮮蔬菜水果是預防肺癌的飲食因子；吸煙與高脂飲食是心血管疾病的高風險因子；高纖維與低脂的粗食飲食是大腸直腸癌的預防因子。展望未來，一般民眾有可能藉基因檢測了解自己的基因型，營養師則針對基因型所預測的疾病風險，提出個人化的飲食營養建議，再根據所建議的原則設計個人的每日飲食。如此一來，個人健康得到保障，不但生活與健康品質提高，整個國家也可以減少老年社會的龐大醫療支出。
均衡的飲食一方面保障了人體基本的營養需求，另一方面也能大大降低中老年期發生慢性疾病的風險。除非三餐都在營養師的督導下供膳，否則個人的飲食是否均衡，飲食習慣恐怕是最大的影響因素。
飲食習慣雖有一部分源自於先天本能，但後天訓練與培養仍是主因。因此，後天環境中的營養教育訓練，對正確均衡飲食行為有不可忽略的重要性，包括自幼受父母或其他照顧者的影響，就學期間是否由教育獲得正確的均衡飲食觀念與日常生活實踐，成年後是否保持均衡飲食的生活習慣等。這部分的國民營養推展工作，對於整個國家社會的生產力與經濟提升，以及醫療資源的節省，其實是本小利多非常值得投資的公共衛生事業。
在個人化飲食營養保健尚未全面普及之前，該如何進行飲食營養保健呢？過去幾十年來，一共進行了上千個探討飲食與慢性疾病風險的研究，得到的共同結論就是，新鮮蔬菜水果吃得多的人，罹患慢性疾病的風險顯著較低，無論是心血管疾病、各種癌症都是如此。
蔬菜水果對慢性疾病的預防功效，無法單純歸因於其中所含的維生素與微量元素，因為以維生素補充劑取代蔬果，並不能達到相同的效果。進一步的研究發現，蔬菜水果含有一些抗氧化、抗發炎、改善代謝、預防癌症等具保健功效有益健康的微量化合物，通稱為「植化物」(phytochemicals), 這些成分大多存在於各式各樣的天然植物性食物中。雖然多數膳食營養補充劑或具保健功能中草藥的主要成分，也多屬植化物的範疇，事實上，新鮮蔬菜、水果、豆類、堅果、全榖等才是全方位植化物的豐富來源。
最簡單的飲食營養保健方法，就是每日根據均衡飲食指南的原則，小心調整自己的能量攝取，以維持正常體重，適量選食每類食物，各類食物中儘量選擇維生素、礦物質、植化物等含量豐富的食材，並增加食物的多樣性。至於針對個別年齡、性別、生理狀況、罹患疾病的飲食營養原則，可以去「營養門診」掛號，請教營養師。以下幾個網頁提供營養資訊可供查詢。
衛生署食品資訊網 > 營養與健康 > 均衡營養 http://food.doh.gov.tw/chinese/health/health_2.htm
衛生署臺灣食品營養成分資料庫網頁 http://www.doh.gov.tw/newdoh/90-org/org-3/database/Welcome.html
臺灣營養學會網頁 http://www.nutrition.org.tw/
附錄
每日飲食指南 (成人均衡飲食建議量): 選擇食物首要考慮食物的營養價值，同時也要注重新鮮，衛生及經濟。食物的種類繁多，要怎麼選擇才能獲得均衡的營養呢？營養專家建議我們每天從下列六大類基本食物中，選吃我們所需要的份量。
◆五穀根莖類 3-6 碗
米飯、麵食、甘藷等主食品，主要是供給醣類和一些蛋白質。
◆奶類 1-2 杯
牛奶及發酵乳、乳酪等奶製品都含有豐富的鈣質及蛋白質。
◆蛋、豆、魚、肉類 4 份
蛋、魚、肉、豆腐、豆腐干、豆漿都含有豐富的蛋白質。
◆蔬菜類 3 碟
各種蔬菜主要供給維生素、礦物質與纖維 。
深綠色與深黃紅色的蔬菜，例如：菠菜、甘藍菜、胡蘿蔔、南瓜等所含的維生素、礦物質比淺色蔬菜多。
◆水果類 2 個
水果可提供維生素、礦物質與纖維，例如：橘子、柳丁、木瓜、芭樂、鳳梨、香蕉等。
◆油脂類 2-3 湯匙
炒菜用的油及花生、腰果等堅果類，可以供給脂肪 。 |
喝茶真的有益健康?(上) | 紅茶、綠茶、烏龍茶，現代人愛喝茶的程度，從大街小巷內，比便利商店分布更密集的飲料店就知道。除了口味之外，更重要的是健康概念。喝茶的好處第一個，它是可以抗衰老，因為它是一種抗氧化劑。第二個呢。它可以使你的葡萄糖代謝變成正常，所以它對糖尿病的人有好處。專家沒說完的還有第三第四甚至更多，而茶為什麼那麼好，我們得從茶葉的組成成份來探討。一杯茶，我們可以分為液態的茶湯、固態的茶渣，和氣態的香氣，而且真正被喝下肚的茶湯，是最受科學家重視的，因為裡頭含有最重要的健康成份，茶多酚。茶多酚是茶葉裡面的多元酚類。它在茶葉裡面的含量，大概從最少，看品種而不同，有的是 10%, 有的可以到 30%。市面上常聽到的兒茶素，其實是茶多酚的一種。它能幫助減脂、防癌、並降低膽固醇。因為肥胖、癌症，心血管疾病，這三者之間有一個共同點，就是脂肪酸合成酶，簡稱脂合酶。我們以肥胖為例，脂合酶發出合成脂肪的訊息，把身體裡能形成脂肪的元素找來結合，人也就愈變愈胖。而茶多酚正是脂合酶的剋星。它能阻止脂合酶傳遞訊息，讓它沒有辦法合成脂肪，同時刺激脂肪的分解，達到瘦身的效果。不管是什麼茶，幾乎都含有茶多酚，雖然構造和功能有些微差異，但保健功效是不爭的事實。不過科學家也建議，喝清茶是最有效的，加糖、加牛奶、加調味料，都可能影響茶多酚的運作，不見得健康哦。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
森林事知多少:為都市注入活力的魔法師–都市林 | 隨著都市化腳步的加速，人們在享受都市文明的豐富物質和精神生活之際，必須面對隨之產生的人口激增、資源短缺、能源危機、環境污染與生態失衡等問題，這些都是快速發展後的「都市病徵」。
由人口統計數字顯示，昨日貧窮的鄉村已變成今日貧窮的都市。依據這個結果，可以確定的是，都市居民除了滿足如食物、生活必需品等最重要民生物資的基本需求外，對於綠色休閒與空間體驗的需求感也與日益增。都市綠化等生活品質提升的訴求，已是人們普遍關注的社會問題。從森林中走出來的人類，開始意識到「都市必須與森林共存」的重要性。
都市森林的貢獻非常多，例如：可淨化大氣、美化空間、提供方便的休憩場所等。歷史悠久的都市林更是一種融合人文歷史的文化資產，具有社會教育功能，也是我國提升全球競爭力、朝已開發國家邁進的重要評估指標之一。
在將都市林從概念和理論逐步推向實踐的過程中，亟待解決的問題有二，即真切地了解都市林的環境貢獻為何，以及如何評估都市林的環境價值。若缺乏都市林理論與實踐間的關連，其具有多種效益的說法只能算是一些動聽的言辭，或僅停留在道德原則上的概念而已。若不能準確衡量都市林對都市永續發展的真實貢獻，便無法有效地指導都市林的實踐與發展。
都市林是都市生態系統的初級生產者，在改善都市生態環境品質、維護都市生態系統穩定、促進都市永續發展中，發揮著難以取代的功能。一九六五年，加拿大多倫多大學卓根森 (Erik Jorgenson) 教授最早提出都市林業的概念，他認為都市林業並非僅指都市林木的管理，而是管理整個受都市居民影響和利用地區的所有樹木，這些地區不僅包括行政上劃分為都市範圍的地區，也涵蓋了都市居民維生所需的水域和供遊憩的郊區。
之後，美國林學會把都市林業定義為「培育和管理林木，對都市社會居民的生理健康、社會福利和經濟繁榮發揮作用的一種高尚事業」, 並據此制定了都市林業的經營管理目標為美觀、安全與效率。因此，我們可以將都市林的範圍定義在都市行政區劃範圍內的市郊森林、市區公園、綠地、行道樹等。更簡單地說，在都市範圍內與市民生活相關的所有樹木及相關植物的所在地，都是都市林的範圍。
一般都市林本身具備的價值，都以其最保守的養成成本計算。而都市林的建造成本可分為期初建造成本、期中養護成本及管理費用。建造成本包括土地取得、栽植費用、勞力投入以及資本利息；養護成本為建造都市林之後的相關維護費用，包括施肥、除草、修枝等。
當都市林成林後，將逐漸發揮功能，這些功能的價值可分為有形及無形兩大部分。有形價值主要是指可透過市場機制而決定的實質價值，如立木的市場價值；無形價值則是無法透過市場機制而衡量的價值，如都市林所提供的環境、生態、遊憩、保育及文化歷史價值。這些有形及無形價值會隨時間的累積逐年增加。
因此，都市林總價值應為期初建造成本、期中養護成本、立木有形價值及整體無形價值的總和。但由於都市林的建造方式、坐落地點、樹種、大小的不同，所發揮的有形及無形功能亦不同，故價值會隨之改變。
都市林除了養成過程中的成本價值以及有形的立木價值外，最重要的是環境、生態、遊憩、保育與文化歷史等無形價值。例如，郊區都市林具有水土保持功能，當暴風雨過後，我們就能明顯觀察到郊區森林的水土保持貢獻，然而我們卻無法明確地計算每單位都市林的水土保持價值，也無法透過市場機制估算。
一九九三年美國林務署特提出都市林所具有的實質功能，而其無法計算的無形貢獻價值，可區分為四種：精神與美學的價值、凝聚社區居民情感的社會價值、歷史與文化價值、環境與生態的價值。
精神與美學的價值 都市林所創造的精神與美學價值，例如行道樹創造的空間效果與綠色效果、公園提供的休閒娛樂空間、郊區都市林提供的綠色體驗、登山、野遊及露營等，皆能使城市居民體驗到都市林淨化心靈、昇華情緒與美化市容的功效，孕育身心健康與豁達胸襟的市民。
都市林提供精神與美學上的效益，其最重要的貢獻之一是提升住宅區街道及社區公園的美學品質。辦公室窗外綠色林影除了提供精神上實質的自然感受效益外，亦可提升工作效率及個人幸福感。另外，樹蔭也可以降低有害健康的紫外線輻射量。
凝聚社區居民情感的社會價值 都市林可以創造都市經濟活力，藉此拉近市民向心力，改善居民關係並強化情感凝聚，使居民重視環境責任與倫理。此外，都市林可提供遊憩、露營與生態旅遊的功能，這些價值也可滿足個人需求與促進社會和諧，具有很大的社會價值。
歷史與文化價值 歷史悠久的都市林，就如同古蹟一般，連同其周邊所發展出的特殊文化，具有重要歷史保存價值，也是文化傳承的方式之一。例如神廟前的古樹群，記述著社區發展的民俗與信仰文化，就是一種歷史的象徵，而古樹的傳說則揭露了歷史文化的價值。
環境與生態的價值 由於都市林可聚集成群，樹冠可阻緩暴雨對地表的沖刷，減緩地面逕流。且都市林的根系及地表植被可涵育水源，補助地下水涵養，故對於都市土地的水土保持與水源涵養具有重要貢獻。
成群的都市林可阻擋強風而減少氣流擾動，且能調節氣溫及淨化大氣，創造舒爽清新的微氣候，預防呼吸道疾病。此外，都市野生動植物的豐富程度，可以作為生物環境指標，常用以檢測環境的健康。都市林木的樹木本體可以提供松鼠、鳥類、昆蟲、蜥蜴等野生動物的棲息地。此外，樹冠下所孕育的植群、生物亦營造了自然生物多樣性，增加都市林的生態穩定度。
都市林在目前全球矚目的溫室氣體減量議題上，也扮演重要角色。都市林在減少大氣二氧化碳方面，其貢獻可分為兩方面，一方面是光合作用吸收二氧化碳的能力隨著林木的生長活動而增加，另一方面則藉環繞於建築物周圍林木調節微氣候的功能，減少對空調的需求，而降低因發電需要所排放的二氧化碳。故增加林木種植和植被覆蓋，能減緩都市熱島效應和節省能源使用。
都市林除了具備上述功能外，也對都市居民帶來附加的效益，如帶動都市林附近地區房屋等不動產價值上漲。在寸土寸金的都會用地中，如果能住在一片優美的都市公園附近，對於舒緩工作壓力或心靈提升的功能是不可言喻的。故在不動產買賣時，買方常會注意房屋周圍是否有公園或都市森林存在。此外，一片經營完善的都市林，更可提升整體都市形象，帶動周邊遊憩風潮。國外因綠化得當，或有優美都市林座落，而成為著名觀光城市者比比皆是。
隨著社會、經濟的發展和人均收入水準的提高，人們的消費觀念和支出結構發生了很大的變化，環境消費已經漸漸受到重視，成為新的消費時尚和焦點。都市林不僅具有改善都市生態系統的結構和功能的作用，還能有效帶動環境支出，提高了都市滿足環境消費的能力，促進都市旅遊業的迅速發展，給都市帶來可觀的旅遊收入。從而把都市的環境優勢轉化為經濟優勢，直接地增強都市的競爭力，所以都市林可說是都市競爭力的重要標誌。
過去大家對於環境價值的觀念，認為環境是無價的。這樣的觀念雖然理想高遠，卻也因此讓環境效益在國民所得帳目中缺席。在當前經濟效率掛帥的社會中，反而顯得曲高和寡、不切實際，更有可能產生經濟資源排擠環境資源的狀況。因此，為了在國民所得帳目體系和市場價格上，得以合理地反映經濟活動所引起的森林資源及其生態環境的變化，進而糾正長期以來「商品高價、資源低價、環境無價」的錯誤觀念，估算環境價值的訴求，在當前經濟市場社會中實有其正當性與必要性。
環境資源價值是一種複合價值，除大自然原有的環境資源價值外，亦加入人類勞動的附加價值。而評估環境價值是以貨幣來衡量所有權及使用權的環境效益。所以我們在評估都市林的價值時，可以將都市林的各項價值依可評估性來分類，即都市林的總價值是由有形價值與無形價值組合而成。有形價值如木材與非木材的林產品；無形價值又可區分為包括直接使用與間接使用的使用者價值，以及包括選擇價值與存在價值的非使用者價值。
因為都市林無形價值中各項非使用者價值的價格與成本沒有可觀察的市場資料，所以可以模擬市場法中的各項評估方法以轉換成貨幣價值。而使用者價值中的直接與間接使用價值，因其涵蓋項目眾多，特性分歧，且可由不同觀點切入，所以在評估技術的選擇上較為困難，應謹慎選擇使用。
都市林的有形與無形價值評估因應用的理論基礎不同，無法做比較與統合。但不管是實測的市場價值或誘發的價值，都是支出問題，必與所得有關。只要評價理論能合理地建立比較水準，透過所得支出分析，必可適當地評估都市林的整體價值。
歷史悠久的都市林的確是一種融合人文歷史的文化資產，且有社會教育功能。所以，都市林效益涵蓋了環境效益、社會效益及經濟效益。這三大效益所呈現出來的都市林生態價值、文化價值與經濟價值是顯而易見的。 |
電子星圖與天文考古 | 天文學家常以天象來驗證歷史的記載，稱為天文考古。這是因為天體的運行相當有規律，即使經過數千年，甚至上萬年，也可以依循天體的運行法則重現當年或呈現未來的天象。
在過去，要進行這類天體運行的計算，非學者專家無法做到。但是電腦軟體日新月異，功能越來越強，價格則日趨下滑，甚至免費，已經有許多電子星圖或電子星象館 (為了簡便，後文都稱為電子星圖) 之類的電腦軟體，可以重現任一地點、任何時間的天象。這讓天文考古變得簡單而有趣，一般人也都能夠一嘗「天文考古」的威力和樂趣。
模擬星空
觀星人觀賞星空，想知道當時所能觀賞的星座，可以使用簡易星座盤。但是想知道當時的月亮、行星或比較黯淡的恆星的資料時，只能依賴《天文年鑑》、《天文日曆》之類的工具書，或是上網查詢。當然，越來越多人依賴電子星圖，只要動動滑鼠，就「秀才不出門，能知星空事」, 還能「涵蓋前後數千年，甚至上萬年」。
目前的電子星圖動不動就包含十多萬、甚至上百萬顆恆星，可以顯現星座圖像、星雲影像、寫實的銀河影像等，幾乎都可以模擬真實的地球大氣、日出和日落的情景，以及各行星運行軌跡。甚至繪製每個月的月相，或列出日食、月食發生的時間和模擬情景。
本文所使用的電子星圖是 The Sky 6.0 版本，或免費電子星象館軟體 (stellarium) 0.9.0 版本。前者可以上網或透過代理商採購，後者則可以在網路上免費下載、安裝，而且還可以安裝中文字體版。操作介面也都具親和性，很容易上手。
不同年代的星空和歲差
早在一千多年前的科學家，就已經知道北極星不是固定的，也知道天北極會規律性地移動，稱為歲差。這兩種現象都是因為地球像陀螺一樣自轉，自轉軸也會繞圈圈，只是繞一圈約 26,000 年。地球自轉軸所指的方向稱為天北極，也是群星周日運動圓弧的中心，而北極星只是靠近天北極的亮星。
宋朝理學宗師朱熹就已經了解天北極和北極星的分別，他說:「北辰 (即天北極) 是中間無星處，些子不動，北辰無星，緣人要取此為極，不可無記認，所以就其旁取一小星，謂之極星 (即北極星)。」
電子星圖時間的設定範圍相當廣，從「西元前」至「西元後」數千年都可以。例如把年代設定在西元 2 年，看起來星空和現在沒什麼不同，但是只要按下「天球赤道座標」鍵呈現天球座標線，就能看出天北極的位置已經和現在不同，北極星已經不是小熊座 α, 而是另一個恆星了。
你可以試試找出西元前 1000 年 (設定在 −1000) 的天北極的位置，或試著找出那個年代的北極星。多設定幾個年代，四、五個點便能連成一曲線，可以看出天北極隨著年代變動的軌跡，這便是「歲差」移動的軌跡，也就是地球自轉軸在天上所畫出的軌跡。
天北極在天球上的移動 (歲差) 量每年大約 50 角秒，大約 72 年才在群星間移動一度。預估 1 萬年後，天北極會移至天琴座附近，明亮的織女星將成為北極星。但是要謹記在心的是，天體的位置座標隨著歲月變化，誤差也隨著歲月的增加而累積，超過一定年數時，誤差便累積至無法真實反映當時的星空。
恆星並不是不動的，在銀河系中的所有天體都繞著銀河中心運轉，恆星也不例外，天文學家把恆星在天球上的移動稱為「自行」(proper motion)。恆星的自行量很小，絕大多數恆星經過數千年的移動量也還不到 1 度，因此恆星間的相對位置不會有明顯的變化，通常要經過幾萬年才會造成明顯的差異。因此在電腦螢幕上觀看，並不需要擔心恆星的相對位置有什麼變化。
月相
使用電子星圖很容易便能驗證古代的文獻中，有關月相的敘述是否正確。我們先來驗證蘇東坡遊赤壁的月相。蘇東坡謫居黃州 (今湖北黃岡縣) 的時期，曾經多次遊覽黃州城外的赤壁，並寫下膾炙人口的〈赤壁賦〉。
〈赤壁賦〉文中提到「壬戌之秋，七月既望」, 就是宋神宗元豐五年 7 月 16 日 (農曆日期), 相當於西元 1082 年 8 月 12 日。蘇東坡在〈赤壁賦〉中描述:「月出於東山之上，徘徊於斗、牛之間。」是說蘇東坡和友人遊赤壁時，月亮正在斗宿和牛宿之間。文中的「既望」是專有名詞，指的是農曆 16 日，即使不是滿月，也是非常接近滿月的狀態。
現在讓我們使用電子星圖來重現蘇東坡遊赤壁當晚的月相。
步驟一：開啟電子星圖之後，先把地點設定在赤壁所在的黃岡縣經緯度：東經 114.9 度、北緯 30.4 度。
步驟二：把日期定在西元 1082 年 8 月 12 日晚上 8 點，螢幕上立即呈現當時的星空，可以看出當晚的月亮並不是在斗宿 (人馬座) 和牛宿 (魔羯座) 之間，而是位於室宿 (下方，雙魚座頭部附近)。再把月亮的影像放大，則發現月相是符合的。
步驟三：如果把月亮倒退至斗、牛之間，則發現日期是 8 月 7 日和 8 日之間，而月相是屬於凸月的狀態。
關於蘇東坡遊赤壁當晚並不是「月徘徊於斗、牛之間」, 早在清朝時便有人提出這個論點了。凌廷堪是清朝研究天文和曆法的學者，他在《校禮堂文集・書蘇東坡赤壁賦後》文中指出:
「東坡赤壁賦『壬戌之秋，七月既望。』下云:『少焉，月出於東山之上，徘徊於斗牛之間。』按『壬戌』為宋神宗元豐五年，距乾隆七年『壬戌』凡十一『壬戌』, 六百六十年；『歲差』不過十度，太陽所纏，約在『張』、『翼』左右，則『既望』之月，當在『室』、『壁』之間，不當云『徘徊於斗牛之間』也。『壁』在「斗」東，已一象限，初昏時『斗』、『牛』正中，月方東，安得徘徊於其間？蓋東坡未必真有是遊，特想像而賦之。」
因為「望」的時候，太陽和月亮在天上相對 180 度，所以可以由太陽的位置來推算月球的位置，而太陽的運行可以精確地推算。凌廷堪推算出乾隆七年的壬戌這一天，到宋神宗元豐五年的壬戌當天，共經歷了 11 個甲子循環，共 660 年。一年中，太陽每天在黃道上的位置是固定的，只受到歲差的影響，660 年的歲差大約是 10 度，因此在 660 年前的壬戌這一天的太陽位置，比乾隆七年壬戌這一天的位置後退 10 度，太陽約在張、翼之間，推算月亮應在相對 180 度左右的室、壁之間。
他認為蘇東坡在〈赤壁賦〉所記的月相和事實不符，應該是蘇東坡信手拈來描寫星月交輝的景象而已。他甚至認為蘇東坡當晚沒有遊赤壁，只是在想像中完成〈赤壁賦〉這篇文章。
目前歲差的測量值約為每年 50 角秒，660 年累積量約為 9 度多一點，不到 10 度，但仍然無損於凌廷堪的推算。就如同這個例子，有興趣的讀者可以在文獻中找到許多相關的事件一一加以驗證，也是很有趣的天文考古。
日食和月食
在古代天文學中，日食和月食占有非常重要的地位，是驗證曆法是否準確的重要依據。另外，太陽也是天子的象徵，日食發生表示「聖德有虧」, 必須加以因應，小則減稅，大則特赦天下，由此可知日食的重要性。
中國古書上有許多記載「日食」和「月食」的事件，電子星圖也可以呈現當時的日食或月食景象。不過要強調一點，月食比較單純，月食發生時，只要觀測者是在晚上都能看見，而且看見的月食景象是相同的。日食便不一樣了，只有少數地方能看見日食的景象，多數地區是無法看到的，能看見日全食的地區就更狹窄了。因此要使用電子星圖驗證日食，必須以史書上看見日食的地點為準，輸入當地的經度和緯度，才能驗證史書上的日食記載。但是許多日食紀錄只記載了日期，而沒有記載觀測的地點。
《詩經・小雅》中有一次日食紀事:「十月之交，朔日辛卯，日有食之。」依據考證，這次日食發生在周幽王六年十月辛卯這一天，即西元前 776 年 9 月 6 日。周朝建都鎬京 (今中國陝西省西安市), 座標約為東經 109.0 度，北緯 34.3 度。把電子星圖中的地點和時間分別設定好，來看看是否呈現日食情景，是否符合《詩經・小雅》的日食紀事。結果並無法呈現日食的景象，因此上述的日期或地點中，至少有一個是不確實的。
另外再舉一例。《漢書・五行志》記載:「征和四年八月辛酉晦，日有食之，不盡如溝，在亢二度，晡時 (下午 3 ~ 5 點) 食，從西北；日下晡時，復。」這是發生在西元前 89 年 9 月 28 日的一次日偏食，食分很大，日面如鉤。太陽位於亢宿二度，初虧從西北方開始。同樣地，本文並不能確認這一次日食的實際觀測地點，但可以用漢朝京城長安 (和周朝的鎬京位置幾乎相同) 做為觀測地點來驗證。
對於公認的中國古籍中最古老的日全食記載，見於《書經・胤征篇》:「惟仲康肇位四海...... 乃季秋月朔，辰弗集於房，瞽奏鼓，嗇夫馳，庶人走......」當時還沒有「日食」這個名詞，而依據《通鑒綱目》的考證，「辰弗集於房」中的「辰」是指日月之會，「房」意是所舍之處。用白話來說，在季秋月的朔這一天，日、月相會於房宿 (天蝎座的頭) 形成日全食，樂官擊鼓，主管布幣的官取布幣以敬天，老百姓慌亂奔走。
《竹書紀年》也記載了這次日食，夏代仲康「5 年秋 9 月庚戌朔，日有食之。」這次日全食記載曾經引起西方天文學術界的注意，他們依據中國史家提供的一些年代進行推算，認為這次日全食應該發生在西元前 1948 年 10 月 28 日，但也有人認為是西元前 2137 年。
有興趣的讀者可以自行上網找出時間和地點，考據驗證一番。
行星軌跡和五星連珠
在古代的星占學上，金、木、水、火、土 5 顆行星 (又稱為五緯) 在天上運行的軌跡，屬於重要的天象。古人仰望星空，除了太陽和月亮以外，就只有金、木、水、火、土 5 顆行星在群星間運行，其中一種「五星連珠」的天象引起許多人的興趣。
五星連珠是指金木水火土 5 顆行星相聚在一個星宿內。人類很早便從觀測知道 5 顆行星大致沿著黃道運行，雖然繞天一圈的周期不同，但總有彼此相會的時候，這種情形等於求 5 顆行星繞天周期的最小公倍數。這不過是個數學問題，但是中國古人就是要把天象和人間相連，認為「五星連珠」時會發生改朝換代之類的重大事件。
今本《竹書紀年》記載:「孟春六月，五緯聚房。後有鳳凰銜書，游文王之都。」後文有提到「殷帝無道，虐亂天下，星命已移，不得復久，靈祗遠離，百神吹去。五星聚房、昭理四海。」意思是說在西元前 1059 年 5 月 28 日，五緯匯聚在二十八宿中的房宿，殷商壽數已盡，周朝興起。依據推算，當時 5 顆行星聚集在巨蟹座內 6.45 度的範圍。
《馬王堆帛書》中也提到:「(漢高祖) 元年冬十月，五星聚於東井，沛公至霸上。」是說漢高祖元年 (西元前 206 年), 當時 5 大行星匯聚在東井天區，劉邦進入關中稱王。但是依據天象考證，當漢高祖自立為王時，五星連珠尚未出現，西元前 206 年 11 月 28 日晚上 11 點的天象，只有土星和木星在東井。實際上五星連珠在西元前 205 年 5 月才發生，比劉邦稱王至少晚了 10 個月。這可以看出古人假借天象傳達「天意」的附會。
熒惑守心
在中國古代的星象中，甚至在今天的星占學中，5 顆行星的地位一直是相當重要的。中國古代對天上的兩個紅色天體：熒惑和火非常關心。熒惑就是行星之一的火星，火是心宿二，顏色火紅，又稱為火或大火。《詩經》中的「七月流火，九月授衣」中的「火」, 便是指這顆天蝎座 α 的紅色亮星。而《詩經》中的「七月流火」, 是說在當時的 7 月黃昏，大火已經越過中天向西流去。
五緯在天上運行的方向分為順行、逆行及留 3 種。由西向東運行是平常的方向，稱為「順行」, 由東向西運行則稱為「逆行」, 行星由「順」轉「逆」或由「逆」轉「順」的過渡時候，稱為「留」。
熒惑和火兩個火紅的天體彼此靠近時，顯然非常搶眼。中國古天象認為熒惑運行到心宿時，如果正好又處於「留」或「逆行」的情形，稱為「熒惑守心」, 是非常不吉的徵兆，被視為侵犯帝王，占星學指其為「大人易政，主去其宮」。
清華大學歷史研究所黃一農教授，曾經對「熒惑守心」進行深入的研究，發現在 23 次「熒惑守心」記載中，有 17 次都不曾發生。他認為這 17 次「熒惑守心」的記載是偽造的，屬於政治鬥爭的產品。有興趣的讀者可以參考黃一農教授所著〈熒惑守心的星占意義〉一文。藉著電子星圖，則可以很容易地驗證「熒惑守心」的記載是否正確。
本文介紹的都是中國古代天文考古，西方也有許多天文考古的案例，最有名的當然是耶穌誕生的年代，西元元年就是以耶穌誕生的年代為依據。但是歷史上並沒有記載耶穌的生日，聖經上記載了耶穌誕生的故事和生平，也沒有確實的年代。耶穌活躍時期的希律王，在羅馬歷史中卻有記載。史學家依據聖經的記載，希律王去世時發生日全食，依據日食的規律性往前追溯，推測耶穌應該是西元前 4 年誕生，而非元年。
電子星圖功能齊全，可以做為星座盤之用，顯示任一地點、任何一天的星象、月相、行星位置和軌跡。過去，天文考古這門學問屬於專家學者的領域，現在靠著電子星圖可以很輕鬆地驗證古代天象記載，「天文考古」成為人人可以接觸甚至把玩的一門學問。
附錄
網路上有一套免費的電子星象館軟體 (stellarium), 可以在個人電腦上運作，功能強大，能夠顯示三度空間的星空，包含了西方星座、中國星官、埃及星座等，有興趣的人只需要上網下載即可。這個軟體容量很小，只有數十百萬位元，而且在中央大學鹿林天文台的貢獻下，也已經有中文字型版，只要同時下載「中文增強包」安裝即可。
有興趣的人可以輕鬆擁有這套 stellarium。上網連線到 stellarium 官方網頁 (http://www.stellarium.org/), 依據個人的電腦平台，選擇版本 (視窗版本、麥金塔版本或 Linux 版本), 下載後安裝即可。
打開電子星象館軟體 stellarium, 選取任何一顆星星，按下滑鼠左鍵，便會在螢幕左上角呈現這顆星星的資訊，包括星名、座標、星等、光譜型等。更有意思的是，當使用放大功能時，暗星會隨著放大倍率一一浮現，這些浮現的暗星，也能按下滑鼠左鍵而出現相關資訊。當放大到一定程度時，會浮現星雲、月亮等較大天體的真實影像，例如昴宿星團、月亮等。
電子星象館 stellarium 也可以呈現任何一天的月相，不過必須充分放大。例如想知道 1988 年 7 月 2 日的月相時，就把時間設定在 1988 年 7 月 2 日，然後按下「快轉鍵」, 等到月亮 (圓盤) 出現在天空中，按「停止鍵」。再按「居中鍵」把月亮置於視野中央，連按「放大鍵」, 充分放大後會出現一個呈現月相的仿真月亮。使用這種功能很容易便能找出任何一天的月相，或是驗證古代的文獻中有關月相的敘述是否正確。
深度閱讀
「熒惑守心」的介紹可以參考網址:http://teens.theweb.org.tw/mars/index.html |
發爐非神蹟 | 不論是廟會慶典，還是清明掃墓，相信你一定在跪拜的過程看過，香爐中的線香突然引火燃燒的經驗。這些被解讀為神蹟降臨的景象，對科學家來說，卻只是一種自然現象。為什麼科學家會這麼「鐵齒」的下這種定論呢？透過下列的報導，我們要帶您一一說分明。發爐是神蹟？科學家：自然現象眼前的香爐突然起火燃燒，你會怎麼解讀呢？是凶兆？還是吉兆？像這樣的發爐徵兆，在民間的信仰中，往往被解讀為神蹟降臨；但是在科學家眼中，卻被解釋為一種「自然現象」。那個環境 (香爐) 實際上，就有一定的溫度，這個溫度很有可能會高於室溫，如果我們這裡面所使用的材料，它 (香) 的自燃點和閃火點，已經是低於它週遭的溫度，這時候自然就會產生，所謂的突然間發火的現象。發不發爐？可由香火成分來解碼怎麼會是自然現象呢？讓我們用化學的角度來看。用來膜拜的線香，在製造過程中，就會使用硝酸鉀、氯化鈉和磷酸氫銨這些化學材料，來控制香火的燃燒速度。當這些促進劑和抑制劑，比例調配不當時，就很容易發生香火嚴重燃燒現象。控制燃燒本身的鹽類成分，像是硝酸鉀，以及我們所說的氯化鈉，它本身有促進燃燒的催化作用。像硝酸鉀本身的硝酸根，本身就是一個蠻強的氧化劑，我們知道燃燒是一個很強烈的氧化作用，所以就變成燃燒的現象。有遮罩的香爐 高溫難散易發爐除此之外，用來放置香火的香爐，多半以金屬材質製成，當點燃的線香，大量而緊密插置在一起時，香爐內攀升的高溫，被頂部的遮罩阻擋無法消散，發爐的機會也將因此提高。每逢慶典，祭祀的活動也特別多，想避免線香發生嚴重燃燒的現象，除了保持環境的通風之外，清除香爐內的香灰和燃燒完畢的香腳，維持香火插置的距離，才能讓裊裊的香煙安全而平安的燃燒殆盡。2008 年東森電視台《科學大解碼》第二期 |
泡型建築與碳六十 | 小百科
泡型圓頂建築是美國建築家富勒 (Richard Buckminster Fuller, 1895~1983) 於 1940 年代創始的，1954 年獲美國專利。這種建築物是由許多多面體拼湊起來的，利用張力支撐而少用壓力，穩固耐用又美觀，所用的材料也少。
1985 年，化學家庫爾 (Robert Curl), 克洛托 (Harold Kroto) 和史馬列 (Richard Smalley) 無意中發現：碳經高能量雷射的撞擊後，灰粉中含有 60 個碳連接起來的大分子。仔細分析後，發現碳六十是由 12 個五角環和 20 個六角環連接起來的，而每一個五角環有 5 個六角環緊接著，結構相當穩定。這結構正是富勒的泡型圓頂建築的縮影，他們就把碳六十命名為 Buckminsterfullerene, 簡稱富勒烯 (fullerene)。由於它是足球的形狀，因此又簡稱百奇球 (Buckyball, 或譯：巴克球)。
發明者
富勒出生於美國麻省北方的小鄉村，上哈佛大學，但因為行為不軌被退學 2 次，沒有畢業就離開哈佛。後來做一些和機械有關的工作，無師自通學習一些建築設計，創造出泡型圓頂建築。他在 1950 年代就成為世界知名的泡型圓頂建築專家，1955 年任教於聖路易斯市的華盛頓大學建築系，4 年後轉到鄰近的南伊利諾大學 Carbondale 校區 (1959~1970) 任教。
庫爾和史馬列都是美國德州萊斯大學 (Rice University) 的教授。庫爾的專長是微波及紅外線光譜學，主要是探討分子的旋轉能態。史馬列是物理化學家，著重於分子團形成和結構的探討。克洛托是英國蘇沙大學 (University of Sussex) 的天文學家，專長是用微波光譜學測量太空的氣層結構。3 人因發現碳六十的存在和球狀特異結構，而獲得 1996 年的諾貝爾化學獎。
靈機一動
富勒 32 歲時，在芝加哥有一度失業，又遭遇 10 歲的女兒因病去世，使他自責而幾乎跳進密西根湖自殺。然而他突然間想開來，想到只要自己發揮天賦努力上進，說不定能對整個社會造成極大的影響。自此自力更生，專注建築設計。
富勒是一個能細心觀察而創新的人，他覺得大自然界的生態是最好的模擬對象，如小水珠、細胞都以球狀穩定存在，這些球體是由張力支撐的。他發現極大多數的建築都以壓力為主，一層層堆砌舉高而成，但這些承受壓力的建築物一旦陳舊或地震就容易倒塌。於是他開始思考，嘗試用張力的方式去減輕材料的壓力。開始時，他用四邊形做基礎，後來以五和六角形做基礎，而創出泡型圓頂建築系列。
庫爾因為專業上的關係，跟英國的克洛托相識。1985 年，克洛托正著手探討高碳的大星座，他的許多初步太空測量顯示這些星座含有很多碳的大分子，但是無法在實驗室裡證實。這時庫爾的同事史馬列正在進行碳團大分子的研究，透過庫爾的關係，克洛托就到史馬列的實驗室合作研究。他們用高能量雷射去撞擊使碳變成氣體，十幾天的實驗發現一些碳灰有 60 個碳原子 (主要成分), 同時有少量有 70 個碳原子。經過光譜分析，這些 C60 與 C70 都接近圓球狀，而且是由許多五角環和六角環拼湊成的。
掌聲回響
沒有念完哈佛大學學位而成名的人，除了富勒之外還有很多人，如世界首富的蓋茨 (Bill Gates, 微軟公司的總裁)、蘭特 (Edwin H. Land, 拍立得 (Polaroid) 公司總裁，1970 年代暢銷拍立得照相機的發明者) 等。雖然富勒不是建築專業出身，但他難能可貴地能無師自通創出一個新的建築模式。
他的作品相當多，最有名是 1967 年蒙特婁世界博覽會的美國館，是一座泡型圓頂建築，目前是蒙特婁市的生物博物館。它的特點是廣闊，館內沒有梁柱支撐，外殼是由多角形鋁管連接起來的。其他如聖路易斯市密蘇里植物園中熱帶植物館的泡型圓頂建築，就是根據福勒的原理設計的，這個泡型圓頂建築在 1976 年被選為全美最有特色的一百建築之一。
1965 年，富勒在巴黎舉行的世界建築聯盟大會上，提出世界設計科學的 10 年推廣運動 (World Design Science Decade, 1965~1975) 時說:「我們要應用科學的原理來解決人文的問題，尤其是建築設計。」富勒一生有 28 個專利，也獲頒多個榮譽博士學位，1970 年得到美國建築學院 (American Institute of Architects) 的金牌獎。2004 年 7 月 12 月，美國郵政局發行郵票，紀念富勒泡型圓頂建築專利 50 周年和富勒 109 歲冥誕。
1985 年，庫爾、克洛托與史馬列發現碳六十分子，並經光譜驗證它是縮形多面體。這近圓球狀的化學結構，打破了傳統的平面多環芳香族的模型，開拓了一個新的化學領域。但碳六十的研究並沒有立刻興起，因為用雷射撞擊使碳變成氣體所得到的 C60 與 C70 的量極少。一直到 1990 年，有人用碳電極加高電壓而能量產，C60 的價格由 US$10/mg (一毫克 10 美元，比黃金還貴百倍) 降到 $100/g, 才引起科學家的研究興趣。
20 年來，有上萬篇的碳六十研究論文發表。十幾年來並帶來許許多多各種三維分子團的合成，如碳奈米管和其他奈米材料。碳六十有 12 個五角環及 20 個六角環連接，結構相當穩定，又有 30 個碳雙鍵。
科學家發現碳六十具有極高的自由基清除能力，但碳六十只溶解於有機溶液，不適合當醫藥用。筆者的實驗室嘗試以水溶性碳六十化合物來擄捕自由基，水溶性碳六十化合物是由臺灣大學化學系陸天堯教授實驗室合成的，自由基化學實驗在筆者的研究室進行，生物醫學實驗則在聖路易斯市華盛頓大學醫學院進行。我們發現這水溶性碳六十化合物有強大的自由基擄捕能力，尤其對腦神經細胞有保護功能，可以抵抗氧化壓力，避免自由基對神經細胞的傷害。論文已發表在《美國國家科學院學刊》, 也申請到美國專利 (本刊 2008 年 432 期，頁 48 - 53)。
深度閱讀
Brown, D.E. (2002) Inventing Modern America: From the Microwave to the Mouse, pp.133-139, MIT Press, Cambridge, MA.
Forbes, P. (2005) The Gecko's Foot, Bio-inspiration: Engineering New Materials from Nature, Chapter 9, The Push and Pull Building System, W.W. Norton Company, New York, NY.
Smalley, R.E. (1992) Self-Assembly of the Fullerenes. Acc. Chem. Res, 25 (3), 98-105.
http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Buckminster_Fuller
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1996/index.html |
維他命C左、右旋的奧妙 | 在說明化合物的「左旋性」和「右旋性」以前，讓我們先了解化合物的「對稱性」。在自然界中，比目魚和鰈魚這兩種具有扁平身體的魚，牠們在立體結構上恰好是相互「鏡像對稱」。如果在牠們中間放置一面鏡子，兩者好像是「實物」和「鏡像」的關係。另外，人類的「左手掌」與「右手掌」之間，也有「實物」與「鏡像」的關係。
在自然界中，有些化合物，例如乳酸分子，也會有如同鰈魚或手掌一樣的「立體鏡像」關係。「左旋性」和「右旋性」化合物的關係，除了稱作是「光學活性」化合物以外，有時也稱為「對掌性」, 這一類的化合物通稱鏡像異構物。也就是說，如果在中間放一個鏡子，兩者具有互相是「實物」與「鏡像」的關係。
在一般非光學活性的條件下，這兩種化合物的組成原子、沸點、折射率等物性和化性都相同，只有對平面偏極光所造成的旋轉方向不同而已。其中一種會使平面偏極光向左旋轉，另外一種會使它向右旋轉。在學術上，科學家稱這一種會使平面偏極光向左旋轉的化合物是「左旋性」化合物，另外一種是「右旋性」化合物。探討化合物立體結構與其物性和化性關係的科學，就稱為「立體化學」。
把光學活性化合物，例如葡萄糖、乳酸等的溶液，放在樣品管中，使平面偏極光通過，眼睛面向入射的偏極光方向，如果偏極光向右旋轉，這一種化合物就是「右旋性」化合物。如果偏極光向左旋轉，這一種化合物稱作「左旋性」化合物。這也就是化合物「左旋」和「右旋」的定義。
現在讓我們針對維他命 C 的三次元分子結構，說明它的「左旋」和「右旋」的問題。維他命 C 學名是 L-ascorbic acid, 具單斜板狀或針狀結晶，熔點大約是攝氏 190 度。在室溫鈉燈光源下，其 1% 重量百分率濃度水溶液的比旋光度約為 + 21 度。如果改在酒精溶液中，則變成 + 48 度。因為所測得的旋光度都是正值，因此維他命 C 應該是「右旋性」化合物，而不是「左旋性」化合物。
那麼學名中的 L - 代表什麼呢？化合物中 L - 的定義，主要針對分子結構中最下方「不對稱碳」的立體結構來定義的。所謂不對稱碳，是指這個碳原子所接臨的 4 個原子或基團完全不同。簡單地說，在維他命 C 的三次元分子結構中，OH 在左側時是 L - 型，在右側時是 D - 型。其與化合物的「左旋」或「右旋」, 並沒有直接關聯，也就是說化合物的旋光性，必須由旋光度計直接計測。
假設身體的消化系統有三個作用點 (a, b, c), 化合物必須要有這 3 個相互對應的作用點 (A-a, B-b, C-c) 才可以被身體消化、吸收。如果右旋性化合物恰好可以符合身體的需求，那麼不管如何旋轉，左旋性化合物中的 (A, B, C) 都無法配合對應身體所需的 (a, b, c) 三作用點的需求，因此無法被消化、吸收。
假設人體生理反應所需的模型需求像板上的「孔洞形狀及排列」, 在一對鏡像化合物中，僅有其中之一可以符合這個需求，直接嵌入孔洞而進行反應。而另外一個鏡像化合物，無論如何旋轉，分子的立體形狀都無法嵌入生體模板孔洞中，因此無法被生體消化、吸收。
在自然界中，除了人體對化合物的左旋和右旋有「反應特異性」外，植物和微生物等也都具有這種特性。在地球上，只要是生物體，體內所進行的化學反應都可能屬於以上所述的「反應特異性」型態。例如樟樹所產生的樟腦，百分之百是右旋性樟，絕對沒有左旋性的樟腦。由立體化學的理論，左旋和右旋化合物的反應特異性，都必須在不對稱的光學活性環境下，才可以被區別及進行反應。人體也具有這種特異性，也因此只有右旋性維他命 C 對人體有效，左旋性維他命 C 則無法被人體吸收。 |
地球末日記 | 天文看似是一門沒什麼用的學問，可是天地宇宙的生成和演變總是很引人入勝。古人相信天體運行隱藏了對人間事物的隱喻，明白天理就可以通達人事而趨吉避凶。因此古代的天文學家本行是占星算命的「巫師」或「祭司」, 只是後來尊崇「實驗檢驗真理」的一派叛教，成了現在的科學家或天文學家，而原本占星煉金的巫師反倒成了異端。
其實現代天文學家的工作，和以前的巫師、祭司在本質上沒有太大改變，只是算的對象和方法有點不一樣罷了。巫師算命的對象是個人或國家，天文學家算的則是天上星辰的命運。
科學研究很重要的一個原則就是「根據已知來推測未知」, 對於受限於時間、空間而無法直接了解的事物，科學家會設法尋求間接證據做為替代。在研究太陽和地球的演變方面，由於人類 1 萬年的歷史比起太陽系的 46 億年還不到一秒之相對於一天，光從這短短的一秒鐘也很難看出太陽系這一整天是怎麼過的。但是天文學家可以從很多和太陽相似但是年紀不同的恆星的狀態，推測太陽及地球的過去，並幫太陽和地球占卜未來的命運。
當我們比較月球、金星和地球表面時，會發現地球表面不像月球一樣有許多隕石坑。這並不是隕石特別討厭地球而閃過了它，而是因為隕石在地球上留下的痕跡很容易因為板塊、風化、侵蝕等活動而消失，其中最主要的因素當推「板塊運動」。
地球是一個活的行星，所謂「活」的意思是指它只有表殼已經冷卻變硬，內部還有許多高溫融熔的岩漿在流動著。在最表面的一層地殼平均厚度還不到 100 公里，就像是豆漿表面受冷結了一層薄薄的豆漿皮一樣。地球核心目前的溫度大約是攝氏 6,000 度，維持它高溫的主要能量來源是沉聚在地心的鈾 238 衰變釋放的能量。鈾 238 的半衰期是 45 億年，因此地球核心現在的鈾 238 存量和發熱量是初生時的一半左右。
雖然地球的核心逐漸冷卻，在天上發生的卻是另外一回事。太陽和天上大多數的星星一樣，都處於一個重力和熱壓力 (來自核融合產生的能量) 平衡的狀態，恆星會自動地調節兩者取得平衡。
只要恆星核心有一點點收縮，核心的密度、壓力及溫度就會上升，以加速核融合反應而產生較多能量，增加的能量會把恆星核漲大，使得核反應減緩下來。相反地，如果恆星核略微漲大一些，則密度、溫度的下降會使反應減緩，產能供應不足，造成向外推擠的熱壓力變小，於是核心外殼就會縮小一點。太陽及大部分的恆星就在這樣不斷的微小變動中保持平衡。
原始的太陽主要由氫 70% 和氦 28% 兩種元素組成，氦比較重，因此大多沉降聚集在核心部分。太陽的溫度由核心的 1,560 萬 K 逐漸降至表面的 5,800K, 高於 700 萬 K 以上的部分已達到使氫原子核融合成氦原子核的條件，這就是太陽生產能量的地方，天文學家以此定義太陽的「核心」。至於外面不會產生核融合反應的部分，則稱為「外殼」。
太陽的外殼還可以分成兩個部分。從核心產生的能量主要以 γ 射線的形式向外輻射，緊靠著核心的地方密度很高，因此 γ 射線無法直接穿透周圍物質 (微中子可以), 而是不斷和周圍的氫原子核、電子互相碰撞。每次碰撞，γ 射線的能量就會分散一點給這些粒子，就好像從 BB 槍發射小鋼珠去打撞球，小鋼珠雖然彈開了，被打到的撞球還是會得到一點動能，周圍的物質也因此被加熱而溫度升高。靠著 γ 射線輻射、碰撞而傳遞能量的這一層，就稱為「輻射層」。
當輻射層的物質從核心發射出來的 γ 射線獲得能量之後會變熱，變熱之後體積就會膨脹，體積膨脹就會變輕，於是往上浮就產生了「對流」(註 1)。太陽內部的熱便是藉由這種方式從輻射層傳遞到表面，靠近太陽表面的這一層稱為「對流層」。
太陽核心產生的能量經由「輻射」和「對流」傳遞到表面所需的時間要數萬年，因此即使太陽核心今天突然熄火了，我們也不會有感覺，幾萬年後的子孫才需要擔心這回事。
在我們看來，太陽的今天、昨天、上個月、去年，甚至數百數千年都是大同小異，除了黑子數量外看不出明顯變化。但是即使以人類文明一萬年，相對於太陽數十億年的生命來說仍然只是彈指一瞬而已。其實太陽雖然持續保持平衡，但是這是一個長期而緩慢的動態變化下的平衡。
太陽的核心也分兩層，最中間是氦結成的核，外面還有一層會發生核融合反應的氫殼。氦結成的核心不會產生核反應，它不只是「占著毛坑不拉屎」的石頭而已，還會排擠可以發生反應的氫所占的空間。當核心的氫逐漸消耗變成氦時，中心的氦核會越來越大，氫在核心所占的比率則越來越少，因此產生的總能量會降低。
因為氫燃料消耗造成的總產能不足，星球核心會向內收縮使溫度和密度上升，靠著這樣來提高反應效率以彌補氫核層的變薄，但是這樣會使燃料的消耗變得更快，太陽的亮度也會變高。據估計，太陽現在的亮度比剛誕生時亮約 30%, 預計 12 億年後亮度還會比現在增加 10%, 表面溫度則會再上升大約攝氏 150 度，之後將會經歷一段冗長的過程而逐漸邁向滅亡。
這種太陽末日不像電影一樣一覺醒來就遇得到，在太陽系毀滅之前，地球會先經歷非常冗長而緩慢的環境變遷。我們會像一隻在水鍋中的青蛙一樣慢慢被煮熟，最後煮成青蛙乾。
隨著太陽的亮度上升，地球吸收到的能量當然也會增加，於是地球溫度就會上升。但是，地球本身有某種程度的調節能力，像地球海洋溫度上升，就會變得適合某些喜歡高溫的藻類大量繁殖，這些藻類會吸收大氣中的二氧化碳儲存到海洋中，於是溫室效應就減緩了。如果大氣中的二氧化碳不足，海洋的溫度會變低，藻類的繁殖也變慢，於是減緩了二氧化碳的消耗，使得地球可以保持較高的溫室效應。
但是，太陽亮度的上升也許不是地球自然環境調整得過來的。不過有些科學家並不這麼悲觀，因為溫度上升也許不是壞事，只要不是太快就好了。
地球上靠近熱帶的地方生態非常豐富，尤其像熱帶雨林這樣的地方。地球溫度上升將使兩極冰山融化變成較溫暖的溫帶或寒帶氣候，本來終年冰封的地方會變成四季如春、綠草如茵，更多生物可以在這裡生存。
至於赤道附近的熱帶、亞熱帶呢？除了深入大陸中心的地方可能會變成沙漠之外，沿海地區的雨量和溫度會比現在更高，赤道附近的熱帶風暴也會更多、更高、更大。它們當然對生物有很大的殺傷力，但是豐沛的雨量卻可能養育出更多、更豐富的生命，受害最嚴重的可能只有人類這種已經失去環境適應力的生物。還有，地質學家估計，兩億年後，地球上的各大陸板塊又會全部擠在一起形成一個「新盤古陸塊」。這個變化對生態環境產生的影響，可能會遠勝於過去兩億年間太陽變化所造成的影響。
不過，最終這要命的一天還是會降臨的。科學家發現，假設不考慮大氣中雲的反射，12 億年後地球就會出現像金星一樣惡性循環的溫室效應。人類再怎麼製造二氧化碳也沒辦法和這個效果相比，因為水蒸氣的溫室效應雖然比二氧化碳低很多，但是水在地球上的含量卻遠遠超過二氧化碳。只是地球上的水目前都是以液態的型態存在 (註 2), 因此不會造成太大的溫室效應。
但是，如果高溫造成海洋蒸發，蒸發的水蒸氣留住更多能量使溫度增高，溫度增高造成更多水蒸發，惡性循環的結果是整個海洋都被蒸發掉，地球變成了一顆乾燥酷熱的死星。這個階段稱為「濕溫室效應」, 也就是大氣中還有很多水氣，只是無法冷卻降回地面。金星就是一個溫室效應過度的前車之鑑，它現在的表面溫度高達攝氏 450 度，是太陽系中溫度最高的行星。大約 10 億年後，地球就會變得和它一樣。
水氣不會再回到地面上嗎？在目前會，可是如果溫度太高就不會了。目前地球上的水大多在地表的海洋裡，以及在大氣底層的對流層中，只有極少數會上升到平流層 (同溫層) 及可以遮蔽紫外線的臭氧層以上，而被紫外線「光解」成氫、氧原子並逸失到太空中。當溫度不高時，對流層中的水氣很快就會變成雨水回到地表上，因此飄到高層大氣中進而散失到太空中的量非常少。
可是，溫度高的時候，大氣中蘊藏的水氣會變多，在空中停留的時間也會比較久，於是水分子有較多的機會飄到平流層以上而被光解成氫、氧原子。一旦被光解後，氫原子很容易逸失到太空中，就沒辦法再變成水分子回到地面了。因此水分子只要飄到超過臭氧層以上的高度，一去不還的機會就非常高。在這個稱為「濕溫室效應」的惡性循環啟動之後，地球海洋會逐漸蒸發，接著大氣中的水分逐漸被光解並散逸到太空中，最後地球會失去所有的水而進入下一個「乾溫室效應」的階段。
金星是太陽系行星中所有條件和地球最接近的一顆行星，它的直徑是地球的 97%, 軌道和地球最接近，而且有著濃密的大氣。在因為溫室效應失控而滅亡之前，它可能有溫暖寬廣的海洋，更可能有豐富而多樣的生態，也許比地球更早發展出智慧文明，只是這一切都已成往事。
科學家從金星大氣的氘 - 氫比例判斷，金星曾經有和地球一樣多的水。雖然金星因為比較接近太陽，所以接收了較強的陽光。但是太陽剛誕生時，陽光強度只有現在的 70%, 當時的金星可能比地球更適合生命生存。金星是地球的前車之鑑，如果可以了解金星是怎麼變成現在這個樣子，也許就可以了解地球未來的命運。
賓州大學的凱斯丁 (James Kasting) 教授預測，在十幾億年後地表的最後一滴水也蒸乾了之後，「濕溫室效應」就結束了。接著的數十億年間，大氣中的水會慢慢逸失到太空中，30 億年後就會變成像金星一樣的「乾溫室效應」。到時候地球表面溫度會達到攝氏 400 度，連鉛都會融化掉。這時的太陽其實只比現在亮 40 %, 而要等太陽核心的氫都用光而步上死亡，還有好幾十億年的時間！那怎麼辦呢？我們難道就這樣坐以待斃嗎？當然不會。
2000 年時，幾位科學家 (加州大學 Santa Cruz 分校的 Gregory P. Laughlin 和 Don Korycansky, 以及密西根大學的 Frad Adam) 想出了一個點子，他們想到可以從庫柏帶或小行星帶弄一顆大一點 (幾百公里大) 的小行星，讓這顆小行星在地球和木星軌道之間來回繞行。只要軌道設定得好，這顆小行星就可以在每次經過木星時偷一點能量給地球，幾億年下來，地球就會慢慢移到離太陽遠一點的軌道上，這樣就可以抵銷太陽變亮的效應了。
這個構想發表後，引起科學界和媒體的關注，當時連許多美國的談話節目都在討論這件事，因為如果軌道沒算好，搞不好會引狼入室把小行星給拉過來撞地球。那可是比 6,500 萬年前恐龍大滅絕還要大的災禍，因為 6,500 萬年前的那顆彗星或小行星也才 10 公里大小，一時間這幾位科學家簡直成了人人喊打的過街老鼠。
後來這些科學家出來緩頰說，地球大幅升溫是幾億年之後的事，人類有好幾千萬年的時間去規劃這件事，要做也是幾千萬年後才會真正動手。人類文明到底能不能存活到那個時候都還不知道呢，現在爭議這個實在是太過杞人憂天了。
不管怎樣，太陽的演化肯定是越來越快。根據電腦模擬以及對類似太陽恆星的觀察，太陽中心堆積的氦越來越多，可以行氫融合反應的範圍只有核心外的一層殼狀部分，因此反應會越來越激烈，最後把太陽的外殼像吹氣球一樣脹開來。
現在的模型推算出 63.6 億年之後，太陽的亮度會是現在的 2.2 倍，而火星照到的陽光強度和現在的地球差不多，有人認為火星屆時可能會變成適合生命活動的一個新大陸。雖然火星的重力太弱，不足以維持一個夠溫暖而可以哺育生命的大氣層，但可以成為人類遷居的避難所。搞不好，地球上的生命就是從遠古之前還有溫暖海洋的金星遷徙過來的。
之後再過 7.3 億年，太陽亮度會變成現在的 2.7 倍，大小則變成現在的 2.3 倍。金星和地球是一對烤焦的難兄難弟，火星變成乾熱的沙漠，木星那些冰封的衛星會瀕臨溶解的邊緣。再過 5.9 億年，太陽會步上變成紅巨星的路途，之前任何一個階段的災難與之相比，都像是小巫見大巫了。
把地球和太陽相比，就像是兩手張開，左手放一粒沙，右手拿一個一元銅板一樣。當太陽變成紅巨星時，右手那個銅板會先變成 5 元、10 元、50 元大小，再變成檸檬、葡萄柚大小。這時木星那些衛星 (歐羅巴、加尼美德及卡里斯多) 表層的冰層 (不限於冰，還有二氧化碳、甲烷、氨等) 會融化蒸發形成一層薄薄的大氣，在上面造成短暫的「濕溫室效應」時期，不過最後所有的水分都會融化、蒸發、光解而吹散到太空中。
至於土星最大的衛星泰坦，位在距太陽兩倍遠的地方，到時那裡可就稱得上是氣候宜人了。根據 Chris McKay 等人的研究結果，泰坦可能有幾億年的時間可以保有溫暖的液態氨海洋，而在豐富的有機分子海洋中，許多複雜的有機反應都有可能發生。最重要的是，這裡也許有數億年的時間及適當的環境演化出生命，只是它們的生命型態必然和我們大不相同，而且它們很快就會面臨滅亡。
接著，太陽會從葡萄柚大小再變成籃球、海灘球大小，並且大到把水星吞了進去。但是當它變亮到現在的數百倍亮度時，太陽的表面重力變小了，位在表面的太陽物質很容易散失到太空中，因此太陽質量會逐漸消減，預計它會比現在少了大約 1/4 的質量。質量變少了，牽引行星的重力變弱了，行星的軌道就會向外移動。
以前的計算認為太陽變成紅巨星時可能會把地球也吞進去，最近有些計算則認為太陽還是會變得那麼大，可是地球會因為太陽引力減弱而偏移出去。當太陽膨脹過來時地球已經跑掉了，因此地球最終應該會逃過被太陽吞噬的命運。
不過，最近 Kacper、Carlos 等人做了一個更詳細的研究，發現當太陽膨脹到很大時，地球引力會在太陽表面吸引出一團凸起。當地球繞太陽公轉時會拖著這一團凸起在太陽表面跑，因為這時太陽自轉比地球公轉還慢，兩者互相作用之下，地球的公轉動能會漸漸被耗損而落向太陽。不過這是一個很複雜的問題，由於還有太多因素沒有考慮到，目前還無法肯定當太陽變成紅巨星時，地球到底會不會被吞進去？太陽的第 1 次紅巨星階段，會在核心溫度達到氦可以開始融合成碳的攝氏 1 億度時結束，太陽會變成向內收縮，亮度也會變成先前的百分之一。有幾億年的時間太陽會穩定地用氦做為核燃料，太陽系暫時得到平靜。如果到時候地球還存在，它應該會裸露出融化的矽酸岩核心，表面沒有任何氣體或水分，中午的溫度會高達攝氏 600 度。任何生物存在過的痕跡，都會在岩石一再熔融再冷卻的過程中完全被抹滅掉。
最後，氦元素用盡的核心會變成一個充滿碳和氧元素的白矮星般的物質，外殼則再次膨脹冷卻變成紅巨星。在賀羅圖上，它會變成一支從主星序向右上分岔的分支，太陽再次對地球形成重大威脅。在第 2 次紅巨星期間，太陽會發生好幾次稱為「氦閃」的猛烈脹縮，每一次為期大約 1 萬年。在這些脹縮過程中，地球會短暫地被太陽吞噬。
接著，在二度變成紅巨星之後的 1 億年左右，太陽會把它的外殼部分完全拋射到太空中，形成一個美麗的行星狀星雲，剩下的核心則變成一個非常高溫但細小的白矮星。
更糟的事情還在後面。當大量的太陽質量被拋甩出去後，維持太陽系運行的主要力量就變得不足，木星和土星這兩顆最大的行星之間的重力會使它們自己互相繞旋起來。它們兩個糾纏不清的結果，周圍的其他行星就遭殃了，這些行星可能被向外甩到星際空間去，也可能被向內甩而掉進太陽。目前天文學家已經發現了 2 個，另外還有將近 40 個白矮星的周圍可能有這種現象正在發生，其中一個就是知名的螺旋星雲 NGC7293。
太陽的一生到了變成白矮星時應該已經落幕了。假設到時候還有劫後餘生的行星環繞著太陽運行，它們會無聲無息地繞著死掉的太陽數千億年的時間，看著變成白矮星的太陽逐漸變暗、變冷，直到接近絕對溫度 0K, 靜靜地等待著宇宙最終審判的來臨。
不過，在太陽漸漸僵死之前，我們的銀河系可能已經被 M31 仙女座大星系給吸進去了 (2006 年 10 月號 Sky & Telescope 雜誌有一篇很有趣的文章值得參考)。屆時我們會有很多機會和 M31 裡面的恆星錯身而過，搞不好地球會在混亂之中被扯離太陽，而消失在無盡的黑暗中。讀者如果有興趣可以到一個叫做 GRAVITAS Portraits of a Universe in Motion (http://www.galaxydynamics.org/) 的網站，看看科學家用超級電腦模擬本銀河系和 M31 星系撞成一團的動畫。
借助於觀測技術和理論運算的快速進步，現代的巫師們可以越來越精準地占卜太陽、地球，以及天上許多事物的過去和未來。這種預知未來的成就感，應該是許多天文學家沉迷於這門看似無用的科學的重要原因吧？註 1: 日常生活中一個很好的對流例子，是出現在學生餐廳常有的「味噌湯」中。當鍋底有一點點小火用來保溫時，鍋底的湯受熱上升，底層上浮的熱湯推擠上層接觸空氣的冷湯向周圍漂浮，到了鍋邊冷卻更快於是下沉，這就是典型的對流現象。
註 2: 水蒸氣 (透明) 是一種溫室氣體，但是當水蒸氣凝結成白色的小水滴或小冰晶 (雲) 時會反射陽光，兩者效應完全相反。由於宇宙射線穿入地球大氣時會促進水蒸氣凝結 (高能物理實驗有一種設備叫做雲霧室 (cloud chamber), 就是利用這個原理觀察高能粒子的運動路徑), 因此如果宇宙射線增加，雲也會增加，地球反射率增加就可以減緩溫室效應。還有一種類似的方式就是引爆核子彈，帶動大量煙塵進入平流層造成「核子冬天」效應，這樣也可以使地球溫度快速降低。
附錄
太陽可粗分為「核心」和「外殼」兩個部分。核心包含最中心最高溫的球型氦核，以及氦核外面一層負責產生能量的氫殼層；外殼則又分成「輻射層」及「對流層」兩部分。核心大的時候，溫度低而較不明亮，產能降低時，核心會收縮以提高溫度而變得比較明亮。至於外殼則和核心相反，核心較大的時候，外殼比較小而高溫明亮，核心縮小的時候，外殼反而漲大而變得較為冷暗。太陽核心產生的能量經由「輻射」和「對流」傳遞到表面所需的時間要數萬年，因此即使太陽核心今天突然熄火了，我們也不會有感覺，幾萬年後的子孫才需要擔心這回事。
金星是太陽系行星中所有條件和地球最接近的一顆行星，在因為溫室效應失控而滅亡之前，它可能有溫暖寬廣的海洋，也許比地球更早發展出智慧文明，只是這一切都已成往事。伽利略號太空船拍攝到的金星滿布濃厚雲層，雲層的溫室效應使其表面溫度高達攝氏 460 度。
在太陽系毀滅之前，地球會先經歷非常冗長而緩慢的環境變遷。高溫將造成海洋蒸發，蒸發的水蒸氣留住更多能量使溫度增高，溫度增高造成更多水蒸發，惡性循環的結果是整個海洋都被蒸發掉，地球變成了一顆乾燥酷熱的死星。這個階段稱為「濕溫室效應」, 金星就是一個溫室效應過度的前車之鑑。 |
飲食與肝癌–乎你吔人生變彩色 | 「林教授，就您對天然藥物的了解還有關於肝癌的研究，在我們日常生活當中該怎麼預防呢？」有時候總喜歡三五好友齊聚吃頓飯聊個天，就在餐後飲茶的同時，他們也常把握機會來個「生命諮詢」。
「餐前淺酌紅酒，餐後品嚐綠茶。」猶如吟詩對句般地告知，不僅簡單扼要更增添些許幽趣。
「真的嗎？不是說喝酒傷肝、喝茶傷胃嗎？！」座中有人不解幽趣睜大雙眼滿腦狐疑地探詢著。
「林教授啊！聽說肝癌在男性惡性腫瘤排名第一，而且肝癌好像沒有什麼特效藥，如果真的是這樣，那平常的保養就真的很重要了喔。」另一位好友迫不及待地插嘴說道。
「林教授，您剛說的淺酌紅酒品嚐綠茶，這有沒有科學根據啊？」頓時間，大夥七嘴八舌爭先恐後地欲窺究竟。
「就在品茶之中為大夥從頭到尾有條理地解說吧！」
細說肝癌
根據世界衛生組織的統計，全球每年約有一百萬人死於與肝癌相關的病症。在台灣，根據衛生署從民國八十年起的統計，每年約有五千人死於肝癌，它在所有致死惡性疾病中女性排名第二，男性則高居第一名。所以肝癌乃是傷害國人健康的頭號殺手之一，引用數據資料讓大夥更能明白其嚴重性。
「那肝癌患者會出現什麼症狀？又該如何治療呢？」
肝癌是一種實質性的惡性腫瘤，罹患此一疾病的高危險群以 45 歲以上的中年人為主，在初期並無特殊的徵兆，病人會出現上腹部不舒服、食慾差、容易疲勞等，當摸到有硬塊時，通常已進入病程的晚期了。目前，臨床上肝癌的治療仍以手術為主，必須注意的是若病人合併有肝硬化 (cirrhosis)、嚴重黃疸或腹水等，大都不能開刀，所以大多數的病人並不適用以外科切除的方式治療；再者，以手術切除後的病人其復發率約有 40%。因此，以侵入性的治療方式處理，仍無法有效地對抗此一疾病。
在化學藥物的治療上，肝癌亦面臨了瓶頸。肝癌對於現行使用的抗癌藥，其敏感性都不高，治療效果通常也不佳，且以肝動脈灌注化學藥物治療時所引起的副作用最大。所以，尋求一個能有效且安全的治療藥，或是能預防手術後復發的有效藥物乃當務之急。
科學根據
「淺酌紅酒品嚐綠茶可預防肝癌，有科學根據嗎？」
其實在紅酒和綠茶的成分當中就分別含有白藜蘆醇 (resveratrol,C14H12O3) 及綠茶兒茶素 (epigallocatechin gallate, EGCG,C22H18O11), 許多的文獻也都記載著這兩種成分具有防癌的作用。最近的研究成果更是證明了白藜蘆醇及綠茶兒茶素以預防勝於治療的角度來看，的確能夠防止肝的癌化產生。
「紅酒的白藜蘆醇及綠茶的綠茶兒茶素是如何對抗肝癌的？」
要了解白藜蘆醇及綠茶兒茶素對抗肝癌的作用，需要應用二○○一及二○○二年諾貝爾生理 / 醫學獎得主的理論，從中探索天然物對抗癌細胞的作用，才能發掘預防肝癌進行的機制。二○○一的諾貝爾生理 / 醫學獎得主是三位研究細胞周期 (cell cycle) 的分子生物科學家；他們的貢獻是：發現決定細胞周期的重要分子，找到控制細胞周期的機制。當基因的表現不正常時可能造成細胞周期失去控制，促使細胞不正常增生而引發癌症，因此這些研究結果對癌症的治療有極大的幫助。
二○○二年的諾貝爾生理 / 醫學獎得主是三位研究細胞凋亡 (appoptosis) 的分子生物科學家；他們的貢獻是：研究基因對生物的發育、成長與細胞自殺的調控機制，藉此可以更清楚地理解癌細胞的形成，極有可能是失去自殺的機制，換言之，細胞因某些情況而忘了自殺，以致造成持續性地不正常增生。
「林教授啊！怎麼您愈講我愈聽得「霧煞煞」! 您可不可以講得更清楚一點。」
其實方才所以要提到這些理論，是因為根據這些發現，提供了許多研究人員設計出防癌抗癌所可能發展的途徑，藉此探討其生物活性機制；如從天然物中針對所欲研究的癌細胞進行一連串實驗，最後達到以日常飲食防癌是有科學證據支持的結論。
更明白地說，癌細胞最大的特點在於不正常的增生，所以研究人員會先以篩選的方式進行對癌細胞增生抑制的實驗，再從具有開發潛能的藥物進行深入探討。其探討的方向有二：一是細胞周期的研究，目的在於了解藥物是否會中斷癌細胞的周期，使癌細胞進入休眠狀態；二是細胞凋亡的研究，目的在於了解藥物是否能夠啟動癌細胞，來進行不會產生發炎反應的細胞死亡程式機制，並且深入探討其機制。簡單來說，藥物的作用就是讓不正常增生的癌細胞去「睡覺」或是更進一步的誘發「死亡」。
「請問林教授，您剛剛所講的和紅酒及綠茶能預防肝癌有什麼關係？」
紅酒的白藜蘆醇及綠茶的綠茶兒茶素能預防肝癌的研究已分別發表在二○○二年十一月份的《生命科學》期刊 (Life Sci., Nov 22, 2002, 72 (1), 23-34) 及二○○三年三～四月份的《生醫科學》期刊 (J. Biomed. Sci., Mar-Apr 2003, 10 (2), 219-227)。
實驗結果指出紅酒的白藜蘆醇及綠茶的綠茶兒茶素能明確地抑制肝癌細胞株 (Hep G2) 增生，而其抗增生的活性機制可能方向是：一、透過活化腫瘤抑制因子 (p53) 進而增進細胞周期調控因子 (p21) 的活性，使癌細胞發展終止於細胞周期的 G1 期，以達到抑制癌細胞分裂的目的；二、透過活化腫瘤抑制因子 (p53) 的途徑來增強啟動細胞死亡程式進行的因子 (Bax) 的表現，最終導致細胞凋亡。所以紅酒及綠茶既能讓肝癌細胞「睡覺」也讓肝癌細胞「死亡」, 如此就能抑制了肝癌細胞的增生。由以上的說明，可以清楚地了解，如何應用現代分子醫學的理論，印證傳統藥材的功效。
飲用得法
「哇！所以喝紅酒和嚐綠茶還真的能預防肝癌。可是剛剛問到的，不是說喝酒傷肝、喝茶傷胃嗎？」
所以才強調「餐前淺酌紅酒，餐後品嚐綠茶」。喝酒會引發許多病症如酒精性肝炎等，但那是在長期且過量的情形下產生的，如果只是餐前淺酌，也就是少量，大約 30~50 C.C., 不僅能夠預防肝癌還能促進血液循環。而許多人喝茶會感到「胃糟糟」(胃悶感), 那是在空腹且茶葉浸泡太久，使得茶中單寧酸等成分濃度過高所產生的，如果只是餐後品嚐，並且遵循泡茶及飲茶的正確方法，則不僅能夠預防肝癌還能有抗老化 (抗氧化) 的效果。當然啦！採取飲食防癌的策略並非所有人都能適用，少數人因體質特殊的關係就必須避免，例如胃炎、胃及十二指腸潰瘍、B 型肝炎等病毒性肝炎和正接受手術治療等。
「白藜蘆醇及綠茶兒茶素除了能預防肝癌還可以預防其他癌症嗎？」
白藜蘆醇廣泛地存在於許多植物中，如葡萄、核果和虎杖等，白藜蘆醇具有相當多的藥理活性，具有抗氧化和清除自由基的能力，因此可以降低脂質的過氧化作用，以及抑制血小板的凝集，進而達成保護心臟血管系統的功效。近年來的研究也確立白藜蘆醇具有預防肺癌和乳癌的效果，它可以阻斷癌化過程中的任何一個階段，包括啟動期 (initiation)、促進期 (promotion) 和演進期 (progression)。而綠茶兒茶素是綠茶的多酚化合物成分之一，具有抗氧化的效果。近年來許多研究證實綠茶兒茶素亦具有抗癌作用，包括對肺癌、氣管癌、結腸癌、前列腺癌和血癌等，都有抑制癌細胞增生的能力。
天然保健藥 (食) 物
「除了紅酒和綠茶外，還有其他也能預防肝癌的天然物嗎？」
在天然藥物的研究上，過去幾年也發現一些可抗肝癌的方劑、生藥及其純化成分等，如小柴胡湯、粉防己的粉防己鹼、大黃的蘆薈大黃素、黃芩的黃芩素、靈芝的羊毛固烷和黃水茄的澳洲茄邊鹼等，其實這些研究成果都還在初步的實驗階段，在動物及臨床試驗上仍有其探索的空間，不過值得肯定的是，天然藥物的開發，的確是孕育新藥的最大搖籃。
「林教授，就您所知還有哪些天然物對我們的健康有幫助？」
記得在二○○三年有一期的《時代》雜誌報導說，番茄、菠菜、堅果、花椰菜、燕麥、鮭魚、大蒜、藍莓、綠茶和紅酒等十項食品，可以幫助人們預防疾病。舉例來說，番茄內所含的茄紅素，能夠大幅減少罹患攝護腺癌等癌症的機率，食用時建議稍微的加以烹煮，因為番茄內的茄紅素位於細胞壁，烹煮番茄時加一些油讓細胞壁飽滿，以促使釋放出更多具療效的茄紅素。而花椰菜含有大量的胡蘿蔔素、維他命 C 及靛基質 - 3 - 甲醇 (I3C) 等，其中靛基質 - 3 - 甲醇 (I3C) 等成分在十字花科蔬菜中多數都找得到。食用花椰菜可以減少罹患乳癌、直腸癌及胃癌的機率，最好的食用方法是簡單烹調後使勁的咀嚼，另外像白菜、豆芽也是值得選擇的。
「林教授，聽您的解說讓我們對於應用天然物保健有更深入的了解。」
筆者和其他研究同仁們的努力，除了試圖從天然物中尋求具有開發潛能的新藥，另一方面，也清楚地了解如何應用現代分子醫學的理論，來印證傳統藥材的功效。我們都具備「藥食同源」的觀念，近幾年來已經有愈來愈多的醫學報告證實，多吃蔬菜水果對於預防癌症發生有明顯的作用；因此除了遵守均衡飲食原則，依個人健康狀況攝取所需的天然物，飲食防癌確實是有科學證據支持的。
「癌化」絕非一夕致成，相對地，想要應用飲食防癌也非短時間即可達成。有些民眾把健康保養當成一種「流行文化」, 欲藉由大量且快速地攝取以達到目的，這是錯誤的觀念，筆者有責任在此加以導正。以本文所舉之例，少數民眾可能在閱讀後，在短時間內猛灌紅酒或綠茶，這是一種過於簡單的認知，而忽略了淺酌和品嚐的含意，甚至將本文斷章取義用來作為習慣性酗酒的藉口。另外，筆者再次強調，採取藥用或保健植物來防癌的策略並非所有人都能適用，因為少數人由於特殊體質的關係就必須避免。以本文來說，不建議胃炎、胃及十二指腸潰瘍、B 型肝炎和正接受手術治療等患者飲用紅酒及綠茶。總之，遵守均衡飲食的原則，再依個人健康狀況攝取所需的天然物，才是最佳養身之道。 |
丙烯醯胺與乳癌 | 我們常聽說應該少吃油炸的食物，特別是炸薯條、洋芋片等高澱粉類食物。那是因為它們富含天門冬胺酸；天門冬胺酸若在高溫 (攝氏 120 度) 與糖分一起加熱，會形成丙烯醯胺 (acrylamide)。丙烯醯胺有神經毒性，且能造成記憶喪失、幻想、嗜睡、平衡失調等症狀。2002 年，有一份研究報告發表，提及食物中的丙烯醯胺會致癌，因此引起了大眾恐慌。
可是，2003 年，哈佛大學公共衛生學院流行病學教授穆奇 (Dr. Lorelei Mucci) 的研究團隊，指出食物中的丙烯醯胺與腸癌、腎臟癌、膀胱癌並無直接關聯。
2004 年 3 月底，穆奇在美國化學學會年會中發表另一份報告，指出丙烯醯胺與乳癌並不直接相關。她分析了 5 萬名瑞典女性的資料，發現罹患乳癌的機率，並不會隨著丙烯醯胺攝取量的增加而增加。她發現的趨勢與流行說法正相反：攝取量越高，罹患癌症的機率越低。有人認為這可能是因為瑞典人從日常飲食中攝取的丙烯醯胺量，本就很低。此外，說不定瑞典人的飲食習慣，整體而言有助於預防癌症，也未可知。
當時穆奇表示，丙烯醯胺是否會致癌，仍需更多研究才能判定。目前把丙烯醯胺歸為致癌物，是動物實驗的結果。但動物實驗使用的丙烯醯胺，是高劑量、純化過的，而不是由食物中攝取的。目前，仍沒有充分證據顯示丙烯醯胺會在人體中致癌。
今年，穆奇又在美國化學學會年會上發表了最新的研究報告，那是追蹤了 10 萬名護士 10 年的結論。在那些護士中，有 3,000 名罹患了乳癌，但是與她們從食物中攝取的丙烯醯胺的量沒有關係。簡言之，我們飲食中的丙烯醯胺含量，不足以致癌。 |
生活中的神燈–觸媒:萬事具備,不可欠「東風」–燃料電池中的觸媒 | 何謂燃料電池
燃料電池是一種將化學能直接轉變成電能的裝置，不需充電，只要連續補充燃料及氧化劑，即可連續運轉發電。燃料與氧化劑不可混合，而是分別進入燃料電池中，個別在電池的陽極與陰極產生反應。
燃料經電化學反應後產生電子，電子經由電極及外線路流向另一電極與氧化劑反應，氧化劑接受電子後，產生離子，並由電池內的電解質傳導離子，形成電池運轉的迴路。進入燃料電池的燃料 (如氫氣) 及氧化劑 (如氧氣) 皆須經過觸媒的催化作用，以提升反應速率，本文著重於介紹低溫型燃料電池中使用的觸媒。
低溫燃料電池的電催化觸媒
電催化是電化學和觸媒的組合，我們可利用觸媒電極，使得電化學反應能在接近理論電壓和高電流密度下進行。而燃料電池是利用電催化觸媒把化學能直接轉換成電能的發電裝置。
這種在較低溫度下操作的燃料電池，通常是指使用杜邦公司的全氟化導質子膜的高分子電解質膜燃料電池，目前工程技術較為成熟的是以氫氣及氧氣為進料的系統。而使用甲醇直接進料的系統則稱為直接甲醇燃料電池 (DMFC)。除了酸性系統外，尚有航太系統使用的鹼性燃料電池 (AFC)。
加速氫原子氧化的陽極觸媒
氫分子與金屬的互相作用是異相催化反應所熟知的現象。以白金 (Pt) 為例，當一個氫分子被白金吸附時，會解離為兩個氫原子，而這兩個吸附在白金上的氫原子也可能重新結合產生氫分子而脫附成氣態氫，這種變化過程是氣 - 固相表面科學亟欲充分了解的研究主題之一。
為了使反應的作用面積增加，並減少使用貴重金屬的量，一般都是將白金做成大小約 10 奈米 (1 奈米 = 10-9 公尺) 的白金顆粒，這就是燃料電池級的鉑黑，因為顆粒小至奈米級尺度，白金失去原有金屬光澤而呈現黑色，故稱為鉑黑。又為了進一步增加反應面積而採用分散性更大的碳載體，所以稱為碳支撐白金觸媒。這樣的觸媒中白金用量每平方公分僅需約 0.5 毫克 (mg), 即可催化氫的電氧化。
氫分子吸附在白金顆粒表面上，分解成個別氫原子吸附在一個白金原子上，因受電化學電位的影響，氫原子可能會被氧化成質子 (氫離子) 與電子，質子便由質子傳導膜向陰極移動，而電子便經由鄰近的白金金屬導體，傳導至支撐的碳結構上，再傳到外電路，這就是燃料電池的發電機制。
碳載體的白金觸媒，其支撐的碳材通常是 Vulcan XC-72R, 是一種高表面積的導電材質。當然，仍有其他型式的碳材，如 BP2000 或奈米碳管等，而其上的白金顆粒大小通常為 2 奈米或更小。這些奈米白金顆粒，由於燃料電池的電化學電位 (或電池電壓) 或因反應產生區域性的高溫導致移動，而聚集成為 5 奈米以上的較大顆粒，使得活性降低。目前商業生產碳支撐白金觸媒的廠商，包括擁有白金礦源的英國莊信萬豐 (Johnson Matthey) 公司、日本田中貴金屬 (Tanaka K.K.) 公司等。
為了使氫氣和觸媒表面接觸，燃料電池的陽極是一種氣體通透性電極，氣體進入的一邊是擴散層，而與全氟化薄膜電解質結合的內層是觸媒層。因此電極觸媒是藉由鐵弗龍材質的固著，而形成疏水性及親水性的孔隙區域，此一設計可以提供氫氣進入的通道，並可防止水氣凝聚而淹沒了通道。
由於電極緊接著全氟化薄膜電解質，這種設計也共構出讓質子與氣體通過的通道，提供氫分子氧化過程中的產物及反應物進出的管道。質子傳遞、電子傳導及氣體通透性要有最適化的安排，使其成為氣、固、液三相界面最有效的電極系統。
概括而言，在氣體通透性電極結構中，白金顆粒就是一個個各自獨立的電極，而藉由碳載體將電流集中傳導出來，因此氣體通透性電極的觸媒層可視為一組分散式的電極串聯系統。考量對氫的氧化反應，除白金外，鈀、金等貴重金屬亦具有催化作用，只是催化效能仍以白金最佳。在鹼性燃料電池系統中，則有更寬廣的觸媒材質可供選擇，特別是在氫的氧化過程中所使用的電催化觸媒，可選用鎳 (Ni) 或其他金屬。
將氧還原的陰極觸媒
將氧還原的陰極觸媒，主要仍以碳支撐的白金顆粒觸媒為主，但在鹼性燃料電池系統中，可使用大環非貴重金屬的錯合物。這些化合物具有 N-4 螯合物結構，如 iron tetramethoxyphenylporphrin (FeTMPP)、cobalt tetramethoxyphenylporphrin (CoTMPP)、iron octaethylporphrin (FeOEP)。這些觸媒的催化作用，基本上是類似在血紅素的大環結構中，過渡金屬鐵吸附氧分子的原理，使吸附的氧分子進行電化學還原反應。
氧氣的吸附行為對於氧還原反應來說，是決定反應進行很重要的一個因素。簡單地說，氧氣先溶解在電解質中成為溶氧後，擴散至電極附近的表面，再經由吸附而附著在金屬的表面上進行電化學反應。無論酸性或鹼性系統，氧還原反應都可以兩種方式進行，一為四個電子的轉移路徑，另一個為形成過氧化氫的路徑。大致上來區分，四個電子的反應大多在白金等貴重金屬觸媒上進行；而過氧化氫 (物) 路徑中，兩個電子的轉移則多發生在碳 (C)、金 (Au) 及 N-4 螯合物金屬化合物上。
酸性溶液的腐蝕能力較鹼性來的大，因此氧還原觸媒，以能夠抗腐蝕的材料做為選用的基本條件。以鉑黑製備的電極，鉑合金或碳支撐白金觸媒 (Pt/C) 的系統，為現今的主流，未來有機大環錯合物亦有可能成為氧還原觸媒。
在鹼性系統中的氧還原觸媒可分為：貴重金屬 (如鉑、鐒、銥), 金屬氧化物 (如鐵或鈷為主的鈣鈦礦及尖晶石結構), 有機大環錯合物。一九六○年代中期，普遍以鉑黑用於鹼性燃料電池電極中，由於鉑黑在使用中顆粒會逐漸增大而失去原先的效能，因此在航太工業中使用的鹼性燃料電池系統，改用鉑合金或碳支撐白金觸媒 (Pt/C)。有機大環錯合物經過熱處理後，在穩定性與效能方面，亦有不錯的表現，有機會成為未來氧還原陰極的觸媒。
直接將甲醇氧化的燃料電池系統觸媒
直接使用碳氫化合物為進料，可簡化燃料電池的燃料系統，但以目前電催化技術的進展，石油或甲烷仍極難在常溫進行電催化反應，直接甲醇進料的高分子膜燃料電池是目前較有希望商業化的系統。
甲醇分子在觸媒表面上常形成一氧化碳的衍生物，產生線性或橋式化學鍵結，吸附在單一鉑原子或兩個鉑原子上不易脫附，而使鉑原子失去觸媒活性。解決這種一氧化碳對鉑金屬的毒化現象，成為設計甲醇氧化陽極觸媒的基本要求。
雙作用觸媒應用於電催化觸媒，可降低導致毒化現象的強吸附作用力。使用鉑合金如鉑釕 (Pt-Ru) 或其他金屬可以改變金屬能帶與一氧化碳分子的互動，進而降低一氧化碳分子與金屬的鍵結強度，這種降低觸媒被毒化的作用，稱為本質機制。若以鉑和金屬氧化物 (如氧化釕) 為觸媒，使吸附在鉑上的一氧化碳，被鄰近的金屬氧化物及其上吸附的水分子所提供的氧，氧化而形成二氧化碳的過程，稱為促進機制。
至於以碳為載體的鉑釕觸媒，則同時具有此兩種機制，可有效降低因一氧化碳強吸附所產生的毒化現象。雖然歷經了十餘年的研究發展，使用碳載體的鉑釕觸媒仍是當今較佳的選擇。
除了陽極觸媒外，直接甲醇燃料電池的陰極氧還原觸媒，也使用前述將氧還原的陰極觸媒系統。由於甲醇會穿越全氟化薄膜到達陰極，即便是以提高觸媒活性或控制進料速率設法減少甲醇的穿透速率，仍有相當數量的甲醇會到達進行氧還原的陰極。因此發展容忍甲醇的陰極觸媒，也是直接甲醇燃料電池另一項待突破的觸媒研發工作。 |