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為什麼關節會發出啪啪聲?

李 卓然
・2014/12/08 ・2013字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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螢幕快照 2014-11-21 下午5.14.10

有沒有人跟小小編一樣,很愛折手指讓關節發出喀喀喀的聲音,聽到那清脆的啪啪聲後感到無比舒爽而且還想一直重複去折它呢……?

究竟聲音到底是從哪裡來的?一直這樣用會不會得關節炎….?在挖掘出其中的奧祕之前我們要先來簡單的了解一下不同種的關節以及關節的解剖構造。

關節的種類

就以人體來說,兩塊骨頭相接的地方就叫做關節(Joint),關節可以用構造或功能分成好幾大類,以構造來區分的話可以大致分成纖維關節、軟骨關節、和滑膜關節,其中的纖維關節和軟骨關節比較不常被我們注意,因為他們屬於不太能自由移動的關節,滑膜關節跟我們之後要討論的比較有關連。

如果依照功能來區分關節的話可以分成不可動關節、微可動關節、以及可動關節。可動關節分成六大類,而每種都有滑膜的構造,而滑膜裡面的物質正是造成喀喀聲的主要成因!

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首先要先了解這六類可動關節的基本型態:

滑動關節:適用於比較小幅度的平面滑動,例如手掌中的小碎骨結合的平面
滑動關節:適用於比較小幅度的平面滑動,例如手掌中的小碎骨結合的平面

鉸鍊關節:只能做單一平面的伸屈,例如肘關節或膝關節
鉸鍊關節:只能做單一平面的伸屈,例如肘關節或膝關節

樞軸關節:能做旋轉的動作,例如頸關節的旋轉
樞軸關節:能做旋轉的動作,例如頸關節的旋轉

球窩關節:球窩關節擁有最大的自由移動度,幾乎可以做各種角度的伸屈或旋轉,間關節和髖關節正是球窩關節
球窩關節:球窩關節擁有最大的自由移動度,幾乎可以做各種角度的伸屈或旋轉,肩關節和髖關節正是球窩關節

鞍狀關節:能做比較大幅度的移動,如大拇指的關節
鞍狀關節:能做比較大幅度的移動,如大拇指的關節

橢圓關節:能做前後和左右的移動,指關節正是這種橢圓關節
橢圓關節:能做前後和左右的移動,指關節正是這種橢圓關節

 滑膜關節內的構造

知道指關節屬於滑膜關節後,我們就要更仔細的去看滑膜關節內的構造:

滑膜
滑膜囊腔擔任起骨頭與骨頭之間潤滑的工作,若沒有滑膜囊的存在那麼關節之間的骨頭就很容易磨損發炎,一般關節炎就是這樣引起的。滑膜囊裡面的滑膜液,也叫關節液,可以想像成潤滑液的概念。關節液的成份主要是玻尿酸、葡萄糖胺等成分使得液體變得黏黏稠稠滑滑的[2]。

關節發出的喀喀聲

學了這麼多關於關節的知識後先來喝杯飲料休息一下,因為我們其實只觸及關節知識的冰山一角,但是我們現在知道的已經足以回答我們的問題了,為什麼它平常不發出聲音只有我們在用力的扳、折、或壓它的時候才會發出喀喀聲?或許有這樣提示你就發現了第一個線索了。

關節是活動的而且包覆滑膜囊的韌帶或肌肉也都是軟的,在壓迫或拉扯關節的時候,我們改變了關節的結構和空間;當我們延展韌帶時,我們同時也把滑膜囊撐大,這使滑膜腔的空間變大了一些,當一個密閉的腔室體積增大,勢必代表內部的壓力將會變小,而什麼東西跟壓力很有關係呢?就是氣體的溶解度,事實上有許多氣體溶在我們的滑膜液裡面,其中又以二氧化碳最多,當腔內壓力變低時,這些溶解的碳酸就會被迫析出成為氣體[3]。

此時此刻你的滑膜腔裡面其實產生了一些小氣泡,而因為這些氣泡形成的速度很快,快到使我們聽到啵啵喀喀的聲音。形成泡泡之後需要經過一段時間,這些氣體才會慢慢溶回關節液裡面,這也就是為什麼剛喀(啪)完以後需要一段冷卻時間才能在喀(啪)一次…嗯…你懂的。

一直讓關節啪啪啪會不會得關節炎?

我想,除了關節怎麼發出聲音之外,大家更想關心的就是這樣的習慣會不會對我們的關節產生不良的影響吧?如果了解了各種關節炎的成因之後就會發現,其實沒有一種已知的關節炎型態與氣泡的產生有直接關連[1],甚至有人做實驗來證明這件事,2009年的搞笑諾貝爾醫學組得獎者Donald L. Unger 進行了一項實驗,連續60年,他只去喀喀喀左手的手指而從來不去用右手,最後證明左右手並沒有顯著性的差異,也沒有導致關節炎[4]。(神人阿!)

參考資料:

  1. Jorge Castellanos & David Axelrod, ‘Effect of habitual knuckle cracking on hand function’, Annals of Rheumatic Diseases, Vol. 49, 1990, pp. 308-309.
  2.  Hui, Alexander Y.; McCart, William J.; Masuda, Koichi; Firestein, Gary S.; Sah, Robert L. (Jan–Feb 2012). “A Systems Biology Approach to Synovial Joint Lubrication in Health, Injury, and Disease”
  3. Watson P, Kernoham WG, Mollan RAB. A study of the cracking sounds from the metacarpophalangeal joint. Proceedings of the Institute of Mechanical Engineering [H] 1989;203:109-118.
  4. “Does Knuckle Cracking Lead to Arthritis of the Fingers?”, Donald L. Unger, Arthritis and Rheumatism, vol. 41, no. 5, 1998, pp. 949-50.
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李 卓然
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PanSci 實習編輯,陽明大學生物醫學技術暨檢驗學系畢業。對科學新知總是充滿興趣與好奇,對各種事情都保持懷疑和謹慎的態度所以常常被覺得人很機歪,但我真的只是想要很科學而已啊!

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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「全身型膿疱性乾癬」又痛又癢又發燒!正確診斷才能及早治療
careonline_96
・2023/10/08 ・2299字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「有位患者發現指甲根部出現膿疱,一直被當成灰指甲。後來在一次重感冒後,全身出現大片的紅斑,還冒出無數小膿疱,又痛、又癢、又發燒,非常痛苦。確定診斷是全身型膿疱性乾癬。」

中山醫學大學附設醫院皮膚科邱足滿醫師表示,「住院之後他才曉得,原來出現在指甲根部的膿疱並非灰指甲,所以都沒有得到適當的治療。因此,正確的診斷真的很重要,確定診斷才能朝正確的方向來治療!」

乾癬是一種自體發炎疾病,會導致患者的免疫系統失調,轉而攻擊自己的身體組織。邱足滿醫師說,大家常看到的是尋常型乾癬,皮膚上會出現比較厚的斑塊,帶有銀白色的皮屑。部分患者會出現全身型膿疱性乾癬(GPP,generalized pustular psoriasis),皮膚上冒出許多像針尖般細小的膿疱,有時會融合成較大、較明顯的膿疱。這些膿疱會造成疼痛,且會合併倦怠、發燒、畏寒等,甚至有些患者還會有關節疼痛。

「全身型膿疱性乾癬一般還分成兩大類,一類是發作的時候就是全身很大面積的皮膚紅、冒出膿疱,經過治療後可能恢復得很好,看不出來曾經發生過很嚴重的變化。另一類是合併尋常型乾癬,平時可能以尋常型乾癬來表現,但若有感染或壓力較大時,就有可能會發展成膿疱性乾癬。」

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邱足滿醫師說,「全身型膿疱性乾癬的發生率低,不過發作的時候全身冒出無數膿疱,皮膚發紅的面積可能超過 90% 體表面積,而需要住院治療,對患者造成非常大的困擾,陸陸續續我大概照顧過十位病患。」

全身型膿疱性乾癬的發作常跟考試、工作、心理壓力也可能有關。邱足滿醫師說,如果比較疲累或是有感染,病情也較容易惡化。

「我的乾癬長期都有吃藥控制,但是去年因為有反胃的狀況,所以便自行停藥。經過一段時間後,乾癬病灶明顯惡化,身體多處出現大面積的膿疱,還伴隨著劇烈高燒、疼痛、搔癢與疲倦,緊急送醫後才知道是全身型膿疱性乾癬,住院住了十幾天。」74 歲的全身型膿疱性患者張先生餘悸猶存的說,「大量膿疱反覆冒出破掉的過程非常折磨人,嚴重的疼痛與搔癢感總讓他忍不住伸手去抓,甚至一度因為傷口感染併發蜂窩性組織炎。感謝邱醫師幫助正確診斷與細心的照顧,接下來會好好配合治療,希望能夠把病情控制穩定。」

正確診斷全身型膿疱性乾癬,才能及早治療

全身型膿疱性乾癬的患者較少,診斷的難度也較高,往往需要比較專精的皮膚科專家才能正確判斷。邱足滿醫師說,臨床上若發現患者有大片紅斑且帶有膿疱,醫師都會仔細詢問病史、用藥史,了解是否有伴隨的症狀,例如發燒、疼痛、搔癢等。這類型患者在抽血檢查時也經常會看到白血球增加、發炎指數上升的狀況。為了確定診斷,常常會需要做皮膚切片檢查,切一小塊患部的皮膚做病理檢查、或特殊染色。

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全身型膿疱性乾癬的傳統治療包括 A 酸、免疫調節劑、類固醇等,治療成效較有限。邱足滿醫師說,現在對全身型膿疱性乾癬的致病機轉較清楚,且有生物製劑能夠針對特定細胞激素發揮作用,包括 IL-36、IL-23、IL-17 等,標靶治療的機轉較精準,能有效控制發炎反應,治療效果較快,且能顯著提升治療成效。

以 IL-36 受體抑制劑的生物製劑為例,因為是針對全身型膿疱性乾癬的關鍵致病機轉「IL-36」發炎路徑所研發,因此能夠有效抑制發炎的連鎖反應,讓患者在接受治療 24 小時後就可以看到很多膿疱收乾,開始脫皮的樣子。

邱足滿醫師說,如果使用傳統藥物,通常治療一、兩個禮拜後,膿疱都還在,患者就會一直很痛、很不舒服,非常煎熬。因為需要住院較長的時間,對患者、家屬也會造成更多影響。

全身型膿疱性乾癬雖然少見,但卻是不得輕忽的皮膚重症。邱足滿醫師說,如果發現皮膚出現紅斑、很多膿疱,甚至伴隨發燒、畏寒,都要尋求皮膚科專家的協助,及早確認診斷,才能採取正確的治療方向。

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貼心小提醒

日常照護對全身型膿疱性乾癬患者相當重要,邱足滿醫師說,飲食方面可以採取地中海飲食,多吃蔬菜水果、以白肉代替紅肉、減少飽和脂肪等。衣著方面要選擇寬鬆舒適的衣服。作息方面請不要熬夜,建議在晚間 11 點以前就寢。

抽菸、喝酒都也對全身型膿疱性乾癬不利,最好要戒菸、戒酒。邱足滿醫師說,還有一個很重要的是戒糖,因為糖飲、甜食都容易促進發炎的強度,所以會希望病人戒糖。

臨床上常見到肥胖患者的症狀會比較嚴重,治療也比較困難。邱足滿醫師說,如果病人的 BMI 比較高,都會鼓勵減重。請與醫師密切配合,共同把病情控制穩定!

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法國兒歌竟然唱「我有超棒的菸草,你沒有…」?!——《植物遷徙的非凡冒險》
時報出版_96
・2023/09/03 ・1869字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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我有超棒的菸草,但你沒有!

法國兒歌〈我有超棒的菸草〉唱道:「我的菸盒裡有超棒的菸草。我有超棒的菸草,你沒有⋯⋯」超棒的!

我們讓天真的孩子知道抽菸能帶來愉悅感(雖然抽菸有害健康),以及要如何輕蔑地挖苦朋友(這菸超棒,但你沒有!)。

傳說這首兒歌的作者是作曲家暨詩人拉泰尼昂(Gabriel-Charles de Lattaignant, 1697–1779),這代表兩件事:當時菸草已經遍布法國,而且是最令人開心的作物之一。

發現菸草的尼古丁

菸草的學名是 Nicotiana tabacum,自十六世紀起引入法國。拉丁文屬名「Nicotiana」的取名緣由並不是因為菸草含有尼古丁(nicotine),正好相反,1828 年人類分離出尼古丁時,使用菸草的學名為這種惡名昭彰的物質命名。

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菸草的學名是 Nicotiana tabacum。圖/wikipedia

而「Nicotiana」又來自菸草的「發現者」尼柯(Jean Nicot, 1530–1600)。這裡的引號十分必要。

首先,早在歐洲人之前,美洲印第安人自古以來都有使用菸草的習俗。接著,尼柯不是在亞馬遜發現菸草的人,他甚至從來沒離開歐洲!

尼柯只是將菸草引進法國。最後,雖然他享有引入這種害草的光環,但他甚至不是第一個引入菸草的人。他真的不是!尼柯偷走了另一個人的貢獻,真正引入菸草的人是個更富有冒險精神的修士,名字叫做特維(André Thevet, 1516–1592)。

特維才是真正的菸草引入者

特維的貢獻經常遭人遺忘。如果惡名昭彰的尼古丁叫做「特維丁」,那我們可能就比較記得他(不過黃夾竹桃糖苷的法文的確是「特維丁」,得名自拉丁文學名為「Thevetia」 的黃花夾竹桃──命名緣由的確就是特維)。凱撒的該還給凱撒,那特維的也該還給特維。

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特維生於 1503 或 1504 年的法國西南小鎮安古蘭⋯⋯也 有可能是 1516 年(畢竟太久以前了,沒有人清楚)。他生於農家。

10 歲時,可憐的特維即便不樂意,仍然被送到修道院,之後成了修士。他曾短暫念過書,但沒念過植物學。很驚人嗎?他的這點缺陷瑕不掩瑜,畢竟他讀了不少名家鉅作,包括亞里士多德和托勒密等等。

德勒(Thomas de Leu)筆下的特維。圖/時報出版

此外,他尤其有著強烈的好奇心,十分渴望認識這廣大的世界。這並不意味著他想還俗,只是書籍和旅行都比修道院生活還來得有趣太多了。

如果你去了里約,別忘了帶點菸草回來

他從短程航行開始:義大利、巴勒斯坦、小亞細亞。特維回來時簡直興高采烈,而命運很快又帶給他另一個機會,得以參與一場宏大的冒險。

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國王亨利二世派出軍官暨冒險家維爾蓋尼翁(Nicolas Durand de Villegagnon, 1510–1571),希望在巴西建立法國殖民地。

於是我們天真無邪的僧侶特維啟程前往南美洲,但他不是為了參加里約熱內盧的嘉年華,也不是要去度假勝地科帕卡巴納享受日晒,更不是要大跳森巴舞。

要記得,特維是名僧侶,而巴西也只是葡萄牙人在五十年前發現的一個新興地區。而且,新建立的殖民地將命名為「南極法蘭西」(France antarctique)。共有 600 名移民隨著維爾蓋尼翁和特維一起前往新大陸。

特維對他發現的一切事物都感到驚奇不已。他彷彿不停地低聲唱著名曲:「如果你去了里約,不要忘記登高望遠」。

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安德烈·泰維特《黎凡特宇宙學》。圖/wikipedia

他還將所有的新鮮事物稱為「singularitez」(特維自創的字,與「singularité」〔獨特性〕發音相同且拼寫相似)。

當時仍 是文藝復興時代,人類對世界的認識還相當有限,因而還請各位讀者海涵特維看似幼稚的傳奇行徑。

他履行冒險家的職責,蒐集不少樣本:植物、鳥類、昆蟲,甚至還有印第安人的武器、物品和一件羽毛長袍(當然不是為了嘉年華的扮裝,而是為了學術用途)。

有些人嘲笑不務正業的特維其實最想抱回家的是獎盃。別忘了,他在船上的職務其實是神父,而不是博物學家。但無論如何,他有著觀察入微的靈魂,並且渴望知識。可惜他在新殖民地的時光很快就落幕了⋯⋯

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——本文摘自《植物遷徙的非凡冒險》,2023 年 6 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。