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青蛙捕食秀:快速伸舌頭的關鍵是水?—《科學築夢大現場》

親子天下_96
・2016/11/04 ・1453字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 450 ・四年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

「老師,為什麼我們不能像蛙類,有長長的舌頭?」

有個學生吐舌頭給我看。我同情的看一眼,說:「還好不長,否則自助餐的老闆就要緊張了。」

學生問:「為什麼呢?」

我說:「蛙的舌頭,是無與倫比的傑作,是生物界少見的武器,能夠在很短的時間,伸長到嘴外,黏住食物,拖回、捲入嘴中,這一切在一秒鐘內,全部完成。如果,有人像蛙的方式吃東西,自助餐店的老闆就緊張了,只見菜一直減少,顧客的嘴巴一直在嚼動,卻無法看見,食物是如何到他的嘴裡。」

蛙的舌頭由幾條垂直的肌肉纖維組成,可以像捲尺捲起來。捲起來的舌頭,貼在嘴巴下層。舌頭的肌肉有兩面,上層有黏質蛋白,下層沒有,舌頭捲獵物時,捲的方式是向上捲,用上層黏獵物。獵物捲回來時,下層貼在嘴下層。

水壓的調控

蛙類舌頭的肌肉纖維之間的孔隙,含有很多的。舌頭用水壓伸出,捲到獵物後,洩壓又迅速捲回。蛙類舌頭伸出的速度很快。蛙的舌頭如同馬達,能夠迅速增加水壓,又能夠減弱水壓。

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蛙的舌頭如同馬達,快速且伸縮自如。圖 / By Yamanaka Tamaki @ flickr

由於蛙的舌頭伸捲需要用到水壓,牠們必須經常喝水。缺水的蛙類,伸不出舌頭。

這種舌頭的運動方式類似液壓機,是高效能、低摩擦的運動。可讓蛙類節省獵食時間,又能降低失準的誤差。蛙類知道牠們舌頭的功能,所以很少追逐獵物。牠們只靜靜的潛伏,等獵物接近,用舌頭捕食。

舌頭吐出的難度

愈大型的蛙類,舌頭愈長,一般伸出舌頭的長度,約為在嘴巴深度的 5 倍。人類的舌頭主要是用來幫助咀嚼、發音、講話支用,不像蛙類的舌頭又強、又黏、又快、又捲。如果人的舌頭,可以吐的長長,就唱不出歌,說不出話。

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「長舌婦」是偏差的話,若有長舌婦,話也不會多。圖 / By Pedro Ribeiro Simões @ flickr

「長舌婦」是偏差的話,若有長舌婦,話也不會多。狗也會吐舌頭,但是吐出的舌頭軟弱無力,大都用來散熱。貓的舌頭也能吐長,大都用來舔去身上的油污。魚類也有舌頭,主要用來幫助吞嚼,吐不出嘴來。食獸蟻、變色龍與蜥蜴也用舌頭捕食,但是蛙的舌頭伸出的角度變化很多,不止左右、上下,甚至可以超過 180 度,伸到頭部的頂上抓昆蟲。

圖/《蛙做的夢是什麼顏色》提供
圖/《蛙做的夢是什麼顏色》提供

生物力學的奧妙

科學界對於蛙類舌頭的運動,仍有許多不明白的地方,例如舌頭伸出也會碰到土壤、砂石,這要如何脫除。捲到的獵物若太大,如何將舌頭捲回來等。不過,人類若能瞭解蛙的舌頭,可以幫助警察製作捕捉嫌犯的捲索。

「原來,老師對蛙類的了解,不是只在生態保護,也可以用在犯罪防範。」學生說道。「是的,教育是顯揚知識,背後有許多隱藏的裝備。」我說道。


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本文摘自科學築夢大現場 03《蛙做的夢是什麼顏色?古溼地復育記》,親子天下出版。

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親子天下_96
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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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為什麼東西會這麼好吃?是嗅覺、回憶還是化學鍵?——《完美歐姆蛋的化學》
日出出版
・2022/12/30 ・2854字 ・閱讀時間約 5 分鐘

嗅覺:廚房的第一道防線

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線,主要功能是防止我們接觸到可能會致命的東西,例如細菌。

有極小比例的人缺乏嗅覺,他們不僅無法擁有品嚐食物的完整體驗,也不具有可以防止我們吃下腐壞或變質食物的人類直覺。

我真的認識一位沒有嗅覺的人,有一次他媽媽去看他,結果一踏進他的公寓就差點吐出來。原來是有壞掉的雞肉埋藏在冰箱的某個角落,但是他聞不到。

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線。圖/pexels

至於對其他人來說,如果餐點聞起來和吃起來都很美味,兩種感官會結合在一起,形成所謂的風味。餐點的風味會讓人有所反應——而且每個人都有自己最喜歡的風味組合。

話雖如此,全世界的每一種風味,從 Kraft 起司通心粉,到頂級餐廳的菜單,都是由四個分子組成:水、脂肪/油、蛋白質和碳水化合物。

味蕾的辨識能力:離子通道

人類的大腦非常擅長解析這些味道在微觀層次上的差異;事實上,大腦甚至可以分辨出我們是在攝取單醣還是多醣(也就是糖還是澱粉)。

這是因為我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。例如,當味蕾辨識出氫離子(H+),我們會覺得食物有酸味;另一方面,鹼金屬則會讓食物帶有鹹味。

就烘焙層面來說,這一點之所以很重要,是因為我們的大腦可以辨別單醣—水果混合物中的糖—和多醣—低筋麵粉中的澱粉—之間的差異。

我敢說,派是最讚甜點的原因,正是甜(單醣)和鹹香(多醣)混合。(我也許有點偏頗——我有說過我媽會做無敵好吃的派嗎?)

我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。圖/pexels

我們的味蕾可以辨識各種分子,是因為大腦會監測特定離子在所謂的離子通道中的濃度,以剛才的例子來說就是 Na+ 和 H+。

這些離子通道位於人體器官中的細胞,並提供特別的途徑讓離子可以在人體內移動,就像道路可以讓汽車從一個地方移動到另一地。

當我們咬下含有大量鹽的食物,大腦會察覺到在舌頭上的離子通道移動的鈉離子數量增加。而當水合氫離子的濃度上升,大腦則會馬上知道我們正在吃有酸味的東西。

而且,這一切都是瞬間發生。我們的大腦真的很強大。

各種味道的差別:化學鍵

從分子的層次來說,鹹/酸和甜/鹹香之間有個非常明顯的差異——分子之間的鍵。有鹹味和酸味的食物利用的是離子鍵,有甜味和鹹香的食物則是利用共價鍵。

這就是為什麼我們可以忍受非常甜的食物,卻無法接受超級酸的食物。舉例來說,吃藍莓派的時候,我們的味蕾會立刻辨識出甜味,但由於我們在吃甜食,離子通道並沒有派上用場。

基於相同的道理,苦味的程度會維持不變,因為濃度不影響整體的味道。不論你是喝一滴或一杯,味道都是一樣苦。

由於甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦,這三種味道通常會被歸為同一類。這些味道源於特定的共價分子和味蕾細胞膜中的受器所產生的化學反應。

這種反應發生的瞬間,我們的大腦就會察覺到甜、鹹香或者苦的味道。再次強調,這整個過程花不到一秒鐘。

甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦。圖/pixabay

既然談到了這個話題,我想要快速釐清一個常見的誤會。人的整個舌頭可以相對平均地嚐到總共五種味道,也就是說味蕾並沒有分區!舌頭的每一吋都可以分辨出你的派有多甜。

總而言之,食物有五種主要的味道:甜、鹹、酸、鮮和苦。(鮮[umami]這個詞源自日語,字面上的意思就是美味,不過大多數人會用鹹香[savory]來表達這個概念。) 烘焙高手會利用這五種味道來組合出無限多種美妙的風味。

看看經典的大黃派就知道了,內餡有 4 杯大黃(酸味)、2/3 杯糖(甜味)和一小撮鹽。再加上一點檸檬汁(更多酸味),就可以呈現出完美平衡的鹹—甜—酸可口風味。

經典的大黃派可以呈現出完美平衡的鹹-甜-酸可口風味。圖/pexels

不過我覺得特別有趣的地方在於,從化學的角度而言,每個人對相同的分子組合都有各自的解讀。有些人討厭大黃派,我卻完全吃不膩,為什麼呢? 

口味喜好常與過去經驗綁在一起

風味喜好完全取決於愉悅的心理狀態,這可以解釋為什麼人有最喜歡的食物,還有最喜歡的顏色、電影、歌曲等等。雖然大腦中的化學極為複雜,但一般來說,心理學家多半都認同一個理論:人之所以有最喜歡的東西,是源於他們首次接觸到這個東西時的正面經驗……而且他們的大腦會因此對不同的化學受器產生反應。

以食物來說,大多數人最愛的食物都是在年紀非常小的時候就固定下來。

我這麼愛大黃派,很有可能是因為這是我人生中第一次吃到的派。那種甜—酸—鹹合而為一的風味,震撼了我幼小的心靈,後來我再也沒吃過任何勝過那次體驗的派。

味蕾辨識力可以訓練,也可能會退化

不過這套通用的理論有個例外:其實你可以訓練舌頭辨識出更多風味。就像你可以為了準備馬拉松或足球比賽而鍛鍊肌肉,只要努力、認真和大量接觸,你就可以學會辨識食物中的不同分子。

成功之後,這些人通常會發現一些自己開始喜歡上的新食物,這都是因為他們的味覺變得更加敏銳——簡單來說,他們可以辨識出的風味種類變多了。

有些人的味覺非常敏銳;舉例來說,我有遇過一些烘焙師可以立刻辨認出燕麥餅乾裡的一絲肉豆蔻味,或是有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。

有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。圖/pexels

不過大部分的人年紀越大(或是菸抽的越多),大腦就越難解讀來自舌頭的訊號。

簡直就像是味蕾——或分辨離子和共價鍵分子的能力——折損或變遲鈍了,尤其是當你邁入老年。

所以,趕緊趁你還年輕的時候,多出去走走嘗試新食物吧。烤個大黃派和蘋果派,看看你比較喜歡哪一種。

——本文摘自《完美歐姆蛋的化學》,2022 年 12 月,日出出版出版,未經同意請勿轉載。

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浣熊喜歡洗手,不是因為愛乾淨?大角羊的角,可以跟全身骨頭一樣重?5 個你意想不到的動物冷知識——《天生就是超級咖》
遠流出版_96
・2022/12/29 ・1190字 ・閱讀時間約 2 分鐘

1. 愛情召喚陣:雄性白斑河豚會藉由沙畫來吸引雌性產卵

在日本奄美大島有一種白斑河豚,會花一周的時間,在海底打造直徑為自己身長20 倍的巨大圓形沙畫,像是海底的麥田圈!但河豚這麼做的原因不是為了藝術,而是為了吸引雌性。沙畫特殊的沙丘構造使得中央留下了細緻的沙,雌性便在此產卵。

2. 非賣品:青蛙利用液壓的原理將舌頭快速射出

青蛙的舌頭上層有黏質蛋白可以用來沾附獵物,舌頭肌肉間空隙充滿了水,當發現獵物時,可以利用液壓的原理讓平時捲起的舌頭快速而精準地射出。不但如此,舌頭可以觸及的角度還十分廣闊多變喔!

3. 交叉:雄性大角羊的角重量可達身體其他骨頭的總重

大角羊的角是永久性的,不會脫落,雄性的角可重達14 公斤,跟全身的骨頭一樣重,用來對抗捕食者和爭奪交配權。但若是長的角度不正確,有可能會影響進食,導致餓死,或甚至插入自己的頭部而導致死亡。

4. 本末倒置:浣熊喜歡洗手或洗食物不是因為愛乾淨

牠們十分依靠手部觸覺來辨識物體,浣熊前爪的觸覺神經數量高出大部分的哺乳動物四到五倍。並且前爪浸泡在水裡時觸覺會變得更為敏銳,所以就產生了浣熊什麼東西都要放入水中感覺一下的習性。

5. 旋轉馬殺雞:鱷魚和成年的海牛可以和平共存

在美國的佛羅里達州的水域,可以看到海牛與鱷魚和平相處在同個環境的情況,儘管鱷魚看似兇猛,但牠們鮮少會去攻擊成年的海牛,有時甚至可以看到鱷魚和海牛共游的情況,鱷魚有時還會攀附在海牛身上搭便車。

——本文摘自《天生就是超級咖》,2022 年 10 月,遠流出版,未經同意請勿轉載

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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。