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聖誕馴鹿魯道夫,鼻子為什麼這麼紅?

果殼網_96
・2016/12/19 ・3743字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 505 ・六年級

文/Ent|古生物學博士生,科學松鼠會成員

雖說聖誕節是外來節日,但種種因素之下,國內接觸到的聖誕元素越來越多了。除了最典型的聖誕樹和聖誕老人之外,還有一個出場率越來越高的角色:紅鼻子馴鹿魯道夫(Rudolph the Red-Nosed Reindeer)。

魯道夫是一隻小鹿,誕生於 1939 年羅伯特.梅(Robert L. May)的童話故事裡[1]。故事說,小魯道夫因為長了一隻發光的紅色鼻子而遭到其他馴鹿的嘲笑,也沒鹿和他一起玩。但有一年聖誕前夜,起了大霧,聖誕老人看到了魯道夫的紅鼻子,於是請他作為馴鹿領隊照亮道路,從此得到了其他馴鹿的愛戴。

當然這個故事今天看起來可能政治上會有點奇怪——這裡暫不去討論。我們關心的,是這個更奇怪的發光紅鼻子。

光學:紅鼻子在平安夜有多好用?

達特茅斯大學人類學教授納撒尼爾.多米尼(Nathaniel J. Dominy)在一篇新發表的論文中討論了紅鼻子的光學效果[2]

按照傳統,聖誕老人的鹿是馴鹿,最典型的特徵是有看起來奇怪的珊瑚狀角,也不是樹枝狀但也沒有連成一大片。北極馴鹿(Rangifer tarandus tarandus )的視力比起人類在短波段更好,能看到紫外線[3],這對生活在高緯度地區非常好用——因為這裡太陽常年高度很低,陽光要走更遠的距離才能抵達地面,因此遭受了嚴重散射,帶來大量藍光和紫外光[4]。而且,馴鹿眼睛裡用來反光的「照膜」,到了冬天也會從金黃色變成深藍色——可能是為了進一步增強視力[5]

真正的馴鹿,英國叫Reindeer,美國叫 Caribou,但聖誕老人的馴鹿一般都還是用 Reindeer。注意是馴鹿,不是麋鹿也不是別的什麼鹿。圖/Smithsonian
真正的馴鹿,英國叫Reindeer,美國叫 Caribou,但聖誕老人的馴鹿一般都還是用 Reindeer。注意是馴鹿,不是麋鹿也不是別的什麼鹿。圖/Smithsonian
左邊是冬天,右邊是夏天。光澤來自於反光的照膜(tapetum lucidum)。圖/Glen Jeffery
左邊是冬天,右邊是夏天。光澤來自於反光的照膜(tapetum lucidum)。圖/Glen Jeffery @ Independent

但這都是正常的冬天。要是起霧了,藍光反而最容易被霧氣擋住。此時聖誕老人的馴鹿靠自然光就會很難看見東西,跑都難跑,別提飛了。

這時候魯道夫就派上用場了:紅光是最容易穿透霧氣的光,這是交通燈用紅色作為停止信號的一個重要原因。雖然我們無法直接測量它鼻子的波長,但故事裡描述了一個良好的近似物:同為聖誕節裝飾的冬青(Ilex aquifolium)所結的紅果子。它的紅光差不多正好是哺乳動物能看到的紅色的上限——因此,魯道夫鼻子作為照明燈,正好。

Richard M. Scarry 的插圖表明,魯道夫的鼻子和冬青果子的紅色一致。圖/Nathaniel J. Dominy
Richard M. Scarry 的插圖表明,魯道夫的鼻子和冬青果子的紅色一致。圖/Nathaniel J. Dominy
這張拍攝於德國魏瑪的延時疊加照片,不嚴格但有趣地展現了不同色光在霧中的穿透力差異。圖/Lucas Zimmermann
這張拍攝於德國魏瑪的延時疊加照片,不嚴格但有趣地展現了不同色光在霧中的穿透力差異。圖/Lucas Zimmermann @ Behance

生理:紅鼻子是怎麼顯紅的?

其實羅伯特.梅提交他的草稿時,出版商一開始是拒絕的,說大紅鼻子容易讓人聯想到酒糟鼻。當然紅色只是因為面部毛細血管擴張,血流量增加所致,未必都是來自酗酒。如果魯道夫出於某種原因而鼻部血管發生改變,很容易變得非常紅。(不過發光的話可能就沒辦法了……,除非是某種附生的紅色熒光生物,此事稍後再提。)

但這樣會導致一個額外問題:散熱。馴鹿的鼻子本來已經血管發達了,再增大血流量的話,熱量損失會更加嚴重,令魯道夫面臨體溫過低的危險,從而難以愉快地和其他小伙伴在冰天雪地裡玩耍[6]。但照明又是平安夜導航必需的,所以他得有額外的卡路里來源——咦,所以這就是為什麼平安夜要擺一盤餅乾在桌上嗎?看來這不是給聖誕老人吃的,而是給魯道夫補充熱量的啊。

今天的紅鼻子還是小丑的標誌之一,因此 BBC 有一個喜劇項目叫「紅鼻子日」,豆豆先生也為之代言。圖/rednoseday.org
今天的紅鼻子還是小丑的標誌之一,因此 BBC 有一個喜劇項目叫「紅鼻子日」,豆豆先生也為之代言。圖/rednoseday.org

演化:為什麼會有紅色的鼻子?

好了,這才是真正難以解決、需要大開腦洞的問題。

雖說有照明需求,但聖誕老人顯然是偶然發現的魯道夫,並未進行過任何人為選育。簡單的鼻子偏紅可以是偶發變異,可是一個閃閃發光能夠照明的大紅鼻子,還伴隨著高昂的代價,這怎麼看都不太像是純粹的意外啊。自然選擇可以創立出各種奇蹟,但它需要時間和漸變,不可能孤零零蹦出一個魯道夫來的。

一個顯而易見的回答是返祖現象。馴鹿在歷史上可能經歷過一個需要紅鼻子的時期,後來這個需求消失了,別的馴鹿的紅鼻子也因高昂代價而消失,只有魯道夫因為一個突變而重新「啟動」了被關掉的紅色鼻子機制。但這也只是把問題推到了過去:歷史上的紅鼻子是在怎樣的環境壓力下誕生的呢?

更加不利的是,很少有什么生物專門演化出一個光源用於照明。照明的耗能極大,而效果卻很不好,需要在黑暗中活動的生物通常都會使用更好的夜視、嗅覺、迴聲、紅外視力或者別的什麼辦法。生物發光通常不是為了環境照明,而是用來做其他任務,比如最典型的傳遞信號[7]

日本攝影師 Tsuneaki Hiramatsu 拍攝的螢火蟲。但實際上這是照片效果,真的螢火蟲遠遠沒有這麼亮,要能照明是極其困難的。圖/ Tsuneaki Hiramatsu
日本攝影師 Tsuneaki Hiramatsu 拍攝的螢火蟲。但實際上這是照片效果,真的螢火蟲遠遠沒有這麼亮,要能照明是極其困難的。圖/ Tsuneaki Hiramatsu

可是這麼一個只會發亮的大紅鼻子,耗能大、成本高,卻幾乎不能傳遞複雜信息,無非是告訴別人「這兒有東西」。這信號會被同類、獵物和捕食者一起看到,但馴鹿本來就是密集群居無需相互尋找,又是吃草的沒什麼吸引獵物的必要,徒增被捕食者吃掉的概率而已……。

等等,被捕食者吃掉?

是的,這紅鼻子不一定是對馴鹿自己有好處的東西,而可能是馴鹿被別的什麼生物操縱的結果,令其他生物受益。

生態:捕食與寄生的紅色惡意

寄生是自然界中極為普遍的現象,研究者估計全部生物裡有四分之一是寄生生活,就連極寒之地的馴鹿也不能免遭其擾。人們早就在馴鹿身上發現了各種寄生蟲,僅消化道寄生的線蟲就有 25 種。馴鹿鼻子當然也是有寄生蟲的,最常見的物種為 Linguatula arctica(鼻竇),Cephenemyia trompe(鼻腔和喉),以及 Elaphostrongylus(肺部但常沿呼吸道蔓延)[8]

寄生生物操縱宿主也是很常見的現象,感冒病毒令人打噴嚏就是一個例子:讓病毒通過飛沫傳播開來。有些寄生蟲的生活史很複雜,必須讓自己的宿主被別的東西吃掉,於是它就會想辦法讓宿主更容易被吃掉。比如某些螞蟻會被寄生蟲驅使而跑到葉片頂端,更容易被草食動物一口吞[9] ;而有些魚類被寄生之後則會浮到水面肚皮上翻,更容易被水鳥發現並吃掉[10]

而魯道夫的紅鼻子,也許就是這樣一種寄生蟲在發光,為了讓自己沿食物鏈傳播下去,而以刺穿濃霧的耀眼紅色指引著捕食者——比如說,曾生活在北方地區,因氣候變化和人類獵殺在一萬年前剛剛滅絕的劍齒虎(Smilodon)。

「劍齒虎」(Sabre-tooth cat)其實是一個很廣泛很不嚴格的措辭,包含好幾個時間差異很大、親緣關係也很遠的類群,主要共同點是牙齒。本文這裡特指 Smilodon 一屬,圖中是一隻 S. fatalis。圖/wikipedia
「劍齒虎」(Sabre-tooth cat)其實是一個很廣泛很不嚴格的措辭,包含好幾個時間差異很大、親緣關係也很遠的類群,主要共同點是牙齒。本文這裡特指 Smilodon 一屬,圖中是一隻 S. fatalis。圖/wikipedia

浪漫地假想一下,聖誕節可能其實是人類和紅鼻子馴鹿結下的古老互助。數萬年前的人類憑藉火和矛擊退劍齒虎,令馴鹿得以安全;而鹿群則在每年冬至時節為人類帶來禮物作為報答,領頭的魯道夫以鼻子的紅光象徵古老的約定。所有其他的聖誕神話也許都是這一契約的附生產物,源自一種操縱宿主的寄生蟲……。

而劍齒虎的遺產可能也沒有徹底消失。想想你家的貓咪,下次用激光筆耍得它團團轉的時候,你或許就能理解它為何痴迷於那一星紅色的光芒了。

  • PS:雖然原理部分是科學的,所有引用文獻也都是真實的,但紅鼻子魯道夫是不存在的生物,請不要忘記這一點 _(:з」∠)_

 

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),編輯:窗敲雨。本文禁止二次轉載,如需轉載請聯繫 sns@guokr.com


參考文獻

  1. May, RL 1939. Rudolph the Red-Nosed Reindeer. Chicago, IL: Montgomery Ward.
  2. Dominy, Nathaniel 2015. Reindeer Vision Explains the Benefits of a Glowing Nose. Front Young Minds. 3:18. doi: 10.3389/frym.2015.00018
  3. Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. Arctic reindeer extend their visual range into the ultraviolet. J. Exp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242/jeb.053553
  4. Tyler, NJC, Jeffery, G., Hogg, CR, and Stokkan, K.-A. 2014. Ultraviolet vision may enhance the ability of reindeer to discriminate plants in snow. Arctic 67:159–66. doi: 10.14430/arctic4381
  5. Stokkan, K.-A., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Shifting mirrors: adaptive changes in retinal reflections to winter darkness in Arctic reindeer. Proc. R. Soc. Lond. B 280:20132451. doi: 10.1098/rspb.2013.2451
  6. van der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, W., de Vogel, LL, van Duijn, D., et al. 2012. Microcirculatory investigations of nasal mucosa in reindeer Rangifer tarandus (Mammalia , Artiodactyla, Cervidae): Rudolph’s nose was overheated. Deinsea 15:37–46.
  7. Haddock, Steven HD; Moline, Mark A.; Case, James F. 2010. “Bioluminescence in the Sea”. Annual Review of Marine Science 2: 443–493.
  8. Halvorsen, Odd 1986.  Epidemiology of reindeer parasites.  Parasitology today, 2:12.
  9. Marikovsky, PI 1962.  On some features of behavior of the antsFormica rufa L. infected with fungous disease.
    Insectes Sociaux, 1962
  10. Kevin D. Lafferty and A. Kimo Morris 1996. Altered Behavior of Parasitized Killifish Increases Susceptibility to Predation by Bird Final Hosts. Ecology 77:1390–1397.

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糖漿加了小蘇打粉就膨漲?解析《魷魚遊戲》中的椪糖製作原理

Evelyn 食品技師_96
・2021/10/27 ・2842字 ・閱讀時間約 5 分鐘

超夯韓劇《魷魚遊戲》近期成為熱門討論話題,尤其椪糖關卡使南韓童年美食遊戲「戳椪糖」爆紅,劇情中玩家必須使用牙籤將椪糖上的圖案取下來,若失敗可是會直接被開槍爆頭,不過在臺灣其實也有很相似的古早味的零食椪糖喔!

韓式椪糖。圖/WIKIPEDIA by 도자놀자

臺南人的童年零食——古早味椪糖

椪糖,又名膨糖、發財糖、泡糖,是四、五年級生臺南人的童年零食。那個年代生活單純,還沒有太多的娛樂、精緻美食可供選擇,在廟口歌仔戲、布袋戲戲棚下煮椪糖的攤販,是當時孩童的娛樂及零食來源。

剛煮好的椪糖長得就像胖嘟嘟的核桃酥餅,吃起來焦香酥脆、入口即化,雖然只是純粹的甜味,在物質稀缺的當時,已經十分幸福了。

而椪糖的製作流程很簡單,將砂糖或二砂與水倒入大湯勺中,置於爐火上加熱並攪拌,至糖漿變成紅褐色時,加一點小蘇打粉至大湯勺中拌勻,糖漿便會迅速膨脹鼓起,待其冷卻定型後即完成。

而韓國的椪糖與臺灣的椪糖作法及原理大同小異,只是塑形的方式不太一樣,韓版的會壓扁再壓上圖案,弄成扁扁的薄餅狀;臺版的就讓他自然膨脹成球狀,表面帶點裂痕,模樣也是十分討喜可愛。

台式椪糖。圖/WIKIPEDIA

影響椪糖質地最關鍵的因素——溫度

若有做過椪糖就會知道,小蘇打粉加進去的時機點很重要,太早或太晚皆會導致成型失敗,這是為什麼呢?因為加熱溫度是影響糖的結晶、軟硬度和焦糖化的主要因素,不同的加熱溫度,糖的結晶狀態、質地和色澤都會不同。

糖液在加熱時,會有兩種情況發生:

  • 一、水分不斷蒸發,使溶液濃度增加。
  • 二、隨著溶解的糖增加,沸點會不斷上升,因此糖液的溫度要小心控制。

「糖液的濃度」與最後成品的「軟硬度」有直接關係,濃度不夠會過軟,椪糖表面無法形成保護殼而無法膨脹成型;濃度過高會過硬,椪糖膨脹不易,容易縮小或塌陷。

而當糖液加熱至攝氏 130 度左右時滴入冷水中,會形成能保持形狀且具可塑性的硬球,這時候糖液的質地是能讓椪糖膨發效果最佳的狀態,因此不會用肉眼判斷添加小蘇打粉至糖漿的好時機沒關係,可以在加熱的同時,使用專門測糖液的溫度計測量糖溫就可以了!

東京淺草的街頭小販手工製作椪糖。圖/WIKIPEDIA

糖怎麼轉變成令人誘惑的焦糖色呢?

說到糖的加熱,就不得不提到焦糖化反應(caramelization)了,它是自催化的非酵素性褐變(non-enzymatic brownin)反應,指的是蔗糖這類的小分子醣類於高溫環境發生脫水、聚合的反應,顏色逐漸轉變成金黃、淺褐至深褐色的產物 (通稱為焦糖) 的過程。

這個過程非常複雜,反應溫度通常在攝氏 120 度以上,在酸性與鹼性環境下均會發生。在食品工業上可製造成焦糖色素,作為食品添加物使用,常添加於醬油、糖漿、可樂或酒類等食品中。

焦糖的色澤會隨加熱溫度及時間的增加,由金黃、琥珀、淺褐、褐、深褐色至焦黑碳化;味覺的變化則是先為甜味,隨著顏色加深逐漸轉至苦味,最後甚至可能出現辛辣味。 

攝氏 130 度的糖液大概是呈現淡淡的金黃色,不過這是單純以細砂糖製作來看,若使用二砂製作椪糖的話,那糖液一開始就會是呈現金黃色了。

糖漿色澤與溫度的變化。圖/參考資料 4

椪糖膨脹的關鍵——碳酸氫鈉遇熱分解

在加熱攪拌過程中,糖液已經拌入許多空氣,隨著加熱空氣持續在膨脹,水氣也一直持續蒸發,直到糖液加熱到攝氏 130 度的糖漿時,須離開熱源並加入小蘇打粉。

小蘇打粉即是碳酸氫鈉(sodium bicarbonate),受到高溫直接分解產生大量二氧化碳氣體。最外層接觸到空氣的糖液最先冷卻,變硬形成保護殼,椪糖膨脹隆起,待膨脹停止後,內部的構造就形成具有許多小氣孔的蓬鬆質地。

椪糖會不會致癌?

就從焦糖化反應可製造出焦糖色素的標準來看,聯合國農糧醫藥食品添加物專家聯席委員會(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA)將焦糖色素分成四類:

第一類:普通焦糖 (plain caramel)

第二類:亞硫酸鹽焦糖 (sulfite caramel)

第三類:銨鹽焦糖 (ammonia caramel)

第四類:亞硫酸-銨鹽焦糖 (sulfite ammonia caramel)

不同類別的焦糖色素,具有不同的焦體電荷、安定性與色度,用途亦各不相同。我國針對這四類焦糖色素有明確訂定,規範細節可見衛福部食藥署公告的食品添加物使用範圍及限量暨規格標準[8]

數十年來眾多針對焦糖色素所進行的毒理學研究,特別是安全疑慮比較高的第三類及第四類焦糖色素,都發現焦糖色素不具基因毒性、遺傳毒性與致癌性,確認焦糖色素是安全的食品添加物。

加上椪糖才加熱到攝氏 130 度,焦糖化反應影響因素很少,所以吃椪糖其實不必太過擔心致癌風險。

可樂、醬油經常添加焦糖色素。圖/WIKIPEDIA

跟致癌比起來,你比較需要擔心熱量

比起擔憂致癌疑慮,椪糖的熱量才是比較需要注意的地方,畢竟它幾乎都是由精製糖所製成。

我國衛福部國民健康署建議「精製糖建議攝取上限為 10% 以內,例如:總攝取熱量若為 2000 大卡,精製糖攝取量就不宜超過 200 大卡,每日精製糖攝取量最好能控制在 50 克以內。」最佳的情況,是每日不超過 25 克,其實就相當於一個椪糖 (20 克上下) 的重量了。

所以當你開心吃著好吃又好玩的椪糖時,還是要記得別吃太多,以避免攝取過多的精製糖及熱量,而賠上健康喔!

參考資料

  1. 國立台中教育大學科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室,膨糖:http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-005.html
  2. 施明智 (2021)。食物學原理 (第三版)。新北市:藝軒圖書出版社。
  3. Mcdowell, E. J. (2015) Everything You Need to Know to Make Caramel Candies at Home. Retrieved from https://food52.com/blog/12212-everything-you-need-to-know-to-make-caramel-candies-at-home (Oct 10, 2021)
  4. 徐若瑄 (2017)。利用科學方法研究古早味椪糖。中華民國第 57 屆中小學科學展覽會。新北市。
  5. 戴士傑,2006。焦糖化產物的特性及其與酚類物質交聯程度之探討。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
  6. 張月櫻,焦糖色素與 4-MEI (4-甲基咪唑) 說明稿 (2013)。檢自https://www.food.org.tw/TW/DisquisitionDetail.aspx?DisquisitionID=iZcsl/uRyXg= (Oct 10, 2021)
  7. 衛生福利部食品藥物管理署,食品添加物使用範圍及限量暨規格標準 焦糖色素 (2013)。檢自https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesListDetail.aspx?nodeID=521&id=854 (Oct 10, 2021)
  8. 灃食公益飲食文化教育基金會,精製糖與非精製糖的差別為何? (2019)。檢自https://www.foodnext.net/science/machining/paper/5470279180 (Oct 10, 2021)

Evelyn 食品技師_96
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國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421
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