野性可以測量嗎？一部與科學、文學、神學糾纏的自然史

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 作者／李奕萱

你有聽過大猩猩拍胸脯的聲音嗎？沒聽過沒關係！先想像一下，你腦中浮現的聲音是不是像電影裡金剛「BOOM! BOOM! BOOM!」那樣？其實真正的大猩猩拍胸脯聲是這樣的…… 

大猩猩（Gorilla），靈長目人科大猩猩屬類人猿的總稱，主要生活於非洲赤道附近的叢林中，是力量最強大的靈長目物種。大猩猩也是離人類第二近的物種（最近的是黑猩猩 Chimpanzee），其中有 92% 至 98% 的 DNA 排列跟人類一樣。大猩猩主要是以手掌指關節背側面著地行走，直立行走時大多是防禦的狀態，成年身高可以到 1.7 公尺左右，壽命則大多落在 35 ～ 40 歲。

大猩猩是一夫多妻制群居動物，大多由一隻成年雄性大猩猩和多名成年雌性及其後代組成，如果這名雄性大猩猩死亡，他的眾多妻子就會帶著小孩投靠別的群體，成年的孩子則會離開原本的群體建立自己的家族。

大猩猩也懂得肢體語言？

目前已經有研究分析出大猩猩會利用嘴巴發出 25 種不同的聲音溝通，主要是在家族內部分派工作或是一般社交場合。面對衝突或威脅時，銀背大猩猩（家族裡的成年雄性大猩猩）則會發出咆哮聲、尖叫聲恐嚇對方。除了聲音的交流以外，科學家也觀察到大猩猩在發現威脅時會站立拍胸脯，不僅如此，還會向對手投擲植物並重重拍打地面予以警告，這讓大猩猩專家不禁好奇：「大猩猩說不定也可以使用非語言的形式溝通！」

最近德國的研究團隊發表了一篇研究，他們測量了25隻雄性大猩猩的體型（背部肩寬），暗中觀察他們拍胸脯的動作並記錄下各項數據，分析後發現大猩猩拍打胸脯持續的時長、敲打的次數都與大猩猩的體型無關。但是敲打產生的聲音頻率跟大猩猩的體型有顯著負相關：體型越大，產生的聲音頻率越低（也就是聲音越低沉）。

科學家猜測，大猩猩感受到威脅時會先拍打胸脯是在傳遞自己的「體格資訊」。體型的大小在大猩猩界象徵社會地位的高低，體型較大的銀背大猩猩在求偶和發生衝突時具有非常大的優勢，他們有較高的機率可以吸引異性，建立龐大的家族，成功繁殖大量子代，且嚇退其他想來跟他搶老婆的大猩猩。對大猩猩來說，衝突所要付出的代價太大，取而代之的是以拍打胸脯的方式互相試探，避免實質性的衝突。

不僅如此，拍胸脯聲在雌性大猩猩中是非常有吸引力的，聲音越低越能吸引異性。目前的研究結果還不清楚大猩猩拍胸脯聲音高低是跟胸腔體積、肺活量還是手掌大小有關，但有科學家發現靈長類喉囊的大小跟體型呈現正相關，猜測拍胸脯時可能也會帶動喉囊產生共震，可惜目前還沒有足夠證據證明這個推論。可以確定的是，拍胸脯是大猩猩在求偶、競爭的主要溝通方式。

大猩猩專家瑪莎羅賓斯（Martha M. Robbins）的一期紀錄片中便成功拍到一段「大猩猩版八點檔」：叢林深處隱約傳來陌生的拍胸脯聲，大猩猩家族中的兩隻雌性大猩猩被聲音吸引，頻頻看向聲音方向試圖投向別隻銀背大猩猩的懷抱。家族中的男主大猩猩意識到威脅性，生氣的瘋狂拍胸脯、捶地向遠方示威，眼睛看住自己的老婆們。幸運的是，最後陌生大猩猩被嚇退離開了，避免了一場老婆在眼前跟人跑的悲劇。

大猩猩拍打胸脯屬於多模式信號（multimodal signal），包含聲音和動作，因為生活在植被茂密的熱帶森林中無法清楚看到對方的身形，銀背大猩猩會一方面利用敲打胸部的聲音嚇唬對手（聲音甚至可以傳到一公里外的地方），一方面用動作顯現出自己的壯碩來加深雌性大猩猩的青睞。

還記得《泰山》裡的獵人一直想要找到大猩猩的棲息地嗎？

在《IUCN國際自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄》中，大猩猩之下的所有物種都被列為瀕危或極危物種，科學家預估目前西部低地大猩猩有 10 萬隻左右、東部低地大猩猩不到 5,000 隻，山地大猩猩受到的威脅最為嚴重，估計大約只剩 880 隻，而棲息地破壞、盜獵和疾病（伊波拉病毒）是大猩猩主要面臨生存威脅的原因。

儘管世界各國正力挽狂瀾，聯合國環境署（UNEP）和聯合國教科文組織（UNESCO）合作提出了類人猿生存計畫致力於保護大猩猩的棲息地，以及制定大猩猩協定明令禁止盜獵大猩猩，但因為當地政府執法不力加上背後龐大的經濟利益，此時此刻，《泰山》的劇情還在上演。

參考資料 

1. Gorilla
2. Chest beats as an honest signal of body size in male mountain gorillas (Gorilla beringei beringei)
3. Youtube – Silverback Chest Beating | Mountain Gorilla | BBC Earth

倫敦

一八五八年二月的一個夜晚，共濟會會堂〈Freemasons’ Hall〉裡擠滿了賓客，理查．歐文從主桌站起身來，當著三百五十位客人的面，舉杯對著坐在他右邊的男子敬酒，歐文說：「敬傑出的旅行家，今日我們齊聚一堂就是為了向他致敬。」

在那一刻，大衛．李文斯通可能是全英國最有名的人。這位蘇格蘭傳教士多年來深入非洲探險，他將這份經歷，包含他遇見獅子因而失去左手臂的可怕遭遇，寫成一本實錄，成為當時英國最熱賣的書。從非洲回來後，他一整年都在各地領取榮譽學位，在門票全罄的講座上受到崇拜者的包圍，同時他還定期為貴賓舉辦展覽。他的公眾形象完好無缺，歐文告訴在場的賓客：李文斯通是一個勇敢而謙卑的冒險家，致力於傳播「超凡脫俗的高超智慧」。就在那天早上，李文斯通才私下覲見了維多利亞女王，她還祝他下一場探險順利；他計畫從贊比西河進入非洲探險。這場即將到來的遠征，他最具野心的一場探險活動，是由英國皇家地理學會資助的，這場晚宴也是學會舉辦的，是為他送行的正式餞別宴。

歐文告訴觀眾他在十八年前遇見李文斯通的始末，當時這位年輕的傳教士，在第一次去非洲探險前，特別前來向歐文請教蒐集自然史標本的意見。從那時起，李文斯通不時會提供歐文標本，從恐龍化石到象牙都有。歐文則幫助他校對他的書，確保當中的生物描述無誤，以此作為回報。在女士的這一廳，李文斯通的妻子坐在歐文的妻子卡洛琳旁邊；他自己也成了他口中這位「教授」的好朋友。多年後，李文斯通打趣地說，他那隻截肢下來的左臂，也就是他勇敢事蹟的象徵標誌，應該要在他往生後遺贈給歐文。他說：「這是大衛．李文斯通的遺囑。」

李文斯通可能覺得請歐文校閱一位傳教士的著作是否合乎科學，多少有點委屈他，而且還因而讓這位傳教士贏得世界各地學術圈的尊重，因此對他深感虧欠。但今晚歐文的支持，也許並不全是為了李文斯通，而是為了他的好朋友，同時是皇家地理學會的會長羅德里克．默奇森。

默奇森親自打理晚宴的每一項細節，從祝酒詞到由樂隊演奏的蘇格蘭樂曲的順序，將李文斯通塑造成名人是默奇森當晚的首要任務。早在李文斯通得知默奇森可能想要寫一本關於他的冒險經歷前，默奇森就已安排好出版社，確保了這項出書計畫的交易。李文斯通之所以會在倫敦的街道上被人群所包圍，也是默奇森動用人脈事先打點好的。

就跟歐文一樣，默奇森也是真心喜歡李文斯通，並對他十分敬重。但在他對他的推崇中，多少還是帶著一些別有用心的成分。

從一八四三年起，默奇森曾三度當選英國皇家地理學會會長。當這個學會升格為皇家機構時，默奇森是唯一被提名的人。在很多人眼中，他就是英國皇家地理學會創始人。

年輕時，默奇森過著休閒的鄉紳生活。但在妻子的鼓舞下，他選擇攻讀她很喜歡的地質學，並且開始投入大量的閒暇時間來進行研究。他繼承的財富讓他有足夠的資金前往蘇格蘭、俄羅斯和阿爾卑斯山，沒多久他就爬到這個學門的頂峰。他的山脈形成研究和地質分層分類皆是這個新興領域的重要發展。

不過到了一八五○年代後期，大家逐漸忘卻他的地質學家身分，而將他視為皇家地質學會探險家的金主。在經過三個世紀的遠洋探險後，十九世紀中葉已發展成內陸探索的黃金時期，在這一點上，沒有人可以媲美默奇森的貢獻。在某些人眼中，他活像是帝國的國際象棋大師，運籌帷幄，在世界各地部署他的棋子，隨著一次又一次的探索，擴展大英帝國的疆域。他的影響力甚至滲透到世界地圖集中，在全球六大洲中，分別有二十三處的地形以他的姓名來命名，比方說南極洲的默奇森山、烏干達的默奇森瀑布、加拿大的默奇森島、澳洲西部的默奇森河，再加上另外兩條支流羅德里克和安佩。世界各地的探險家都很尊敬他，至少在分享榮耀時絕不會忘了他，畢竟他是他們的生命線：他可是一隻手放在維多利亞女王錢包上的男人。

在他眼中，非洲獨具魅力。李文斯通引發了英國公眾前所未有的非洲熱，他們渴望更多的探險故事，而默奇森要滿足這項需求。他號召他的黑暗大陸核心探險小組：李文斯通、理查．伯頓和約翰．漢寧．史皮克等，這群人可是他費心照料的「獅子」。

皇家地理學會搭著公眾對探險的狂熱，完全發揮其價值。會員人數爆炸性的成長，每月的例會成 了這城市上層階級交流的地方。

當李文斯通在一八五八年離開倫敦展開這趟預計將持續數年的最新探險時，默奇森已掌握到讓他的探險帝國在大英帝國內持續成長和獲得資金的關鍵：有驚心動魄故事可講的英雄。

本文摘自《 測量野性的人：從叢林出發，用一生見證文明與野蠻》，臉譜出版。