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科學寶可夢 #111 鐵甲犀牛:不如叫石墨烯牛

Rock Sun
・2017/02/25 ・2494字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 519 ・六年級
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身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

不要連牠也被獵到絕種 #111 鐵甲犀牛

圖/ubasuteyama – DeviantArt

不管是動漫、空想、還是寶可夢世界,都有一些生物擁有一些令人匪夷所思的生理特性,例如:由黃金打造的外皮、鑽石做的身體……等[註1],這些特性最有趣的地方就是它們都是現實中真的存在的物質,但以一種很神奇的方式存在於生物身上。

現實世界我們有幾丁質碳酸鈣這類東西可以組成生物外殼,但我們就是沒聽過身穿鐵甲的生物(很可憐穿著鋁罐的寄居蟹不算)。原因很簡單:麻煩——重量麻煩、替換麻煩、取得麻煩、對身體代謝也沒幫助。

但這裡我們卻有一個莫名的傢伙,默默地藏著強大又珍貴的前衛物質在他的體內。

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 鐵甲犀牛巨大的骨頭比人類硬 1,000 倍,可以輕鬆地撞飛大型拖車。」(藍、葉綠[註2])

比人骨硬 1,000 倍,所以是多耐撞?

比人類硬 1000 倍?聽起來很厲害,但到底是有多誇張呢?

閃喔~圖/GIPHY

首先我們需要知道一些人骨的數據,老實說這並不容易,儘管人類老早就開始在研究骨頭了,但人骨的物理性質近幾年還是一直在更新[註3]。從筆者找到的資料,人類硬骨平均密度大概是 1,000~1,200 kg/m3,並且有著 130 mpa(帕斯卡)的極限抗拉強度。

至於從鐵甲犀牛的敘述,表示牠的骨頭是人類強度的 1,000 倍,那麼就應該是指他的極限抗拉強度是 1000 倍。我們先不管密度,簡單地把人骨的極限抗拉強度乘以 1,000 倍,我們得到 130,000 mpa,也就是每平方公尺可以承受 130,000 牛頓的力。

這個數字,基本上已經是物質硬度表峰頂的程度了,也就是在材料試驗機中,鐵甲犀牛的骨頭差不多是可以承受一台時速 60 公里行駛車子撞擊的強度,所以只要鐵甲犀牛不要跑超過時速 60 公里,牠大爺不管怎麼亂衝亂撞大概都無所謂吧~

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大哥你是認真想騎牠的嗎?圖/Pokémon Wiki

很有趣的是,這個數字並不夢幻,因為查查極限抗拉強度表,你會找到一個物質擁有一樣的抗拉強度——石墨烯

石墨烯這個有諾貝爾獎認證的神奇物質這裡就不多做介紹了,有興趣的人可以去搜尋無數的泛科學文章這裡我想聚焦在它的重量上:根據 2010 年諾貝爾物理學獎的研究中提到,1 平方公尺的石墨烯重量是 0.77 毫克(mg),是 1 平方公尺紙的 0.001%,但他只有單原子的厚度。

現在問題來了,要擁有這樣的強度,鐵甲犀牛的內部骨骼勢必是疊合非常緊密的石墨烯,而且石墨烯應該才佔牠體重大概沒多少吧!從其他犀牛的身高體重做很大約的推算[註4],身高 1 公尺,體重 115 公斤的鐵甲犀牛只不過比同體型的犀牛重一點點,如果石墨烯基本上沒有什麼重量,那牠的鐵甲可能就真的是很重了。

能輕鬆撞飛拖車是要多快?

現在來到圖鑑的後半段:可以輕鬆地撞飛大型拖車」,一台大型拖車重量可 60 公噸[註5],一隻體重 115 公斤的鐵甲犀牛竟然可以撞飛這麼重的東西?怎麼覺得牠應該跑太快了……假如鐵甲犀牛撞到拖車立刻停下,能量全部轉移,而拖車在 3 秒內向後飛了 10 公尺,從動量守恆,我們計算得到鐵甲犀牛速度是時速 270 公里!!!

斷了~都斷了(圖/reviewing pokemon)

這豈不是超出範圍了,好不容易身體裡面長了強大的石墨烯,結果為了展現自己多強大,一撞就骨折了,就算你有鐵甲」,在這種撞擊力下還不是都碎了,這還是沒辦法保護你啊!

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只好祈禱鐵甲犀牛們無法跑那麼快,托車沒那麼大台了,他們可能是世界最豐富石墨烯來源啊!

(開玩笑的~ 狩獵動物並不好,請大家保護犀牛。) 

註解

  1. 這些標榜用鑽石、黃金打造的怪獸或人物通常都有神奇的體重或生態,例如從攝食的泥土中取得,到底是要吃多少土才能長成這樣,人類吃下蝦子的甲殼也不會長出來,只會從大便排掉而已。
  2. 除了這篇文章中的敘述之外,R 編另外一個很想分析的是「非常強大,可以撞倒摩天大樓」(鑽石、火紅、紅、綠),但這取決於各種撞法和大樓工法,所以最後作罷。其他敘述例如「腦子只有一根筋所以只能考慮一件事。開始猛撞後到睡著前都不停下。」(黃、銀、魂銀);「只能記住一件事,一開始衝就忘記理由了,因為會馬上忘掉。」(水晶、藍寶石)…..等,全是在笑鐵甲犀牛的智商。
  3. 根據 R 編找到的資料,1996 年時一本牛津的醫學課本記載骨質密度是 1000~1200 kg/m3,1999 年的ㄧ本人體的物理學記載是 1900 kg/m3,但這個數字是指單純的密度,到 2000 年時變成 1000 kg/m的骨質密度……幸好後來沒什麼用到這個,要不然又要考慮鐵甲犀牛的骨質了。
  4. 一般犀牛身高大約是 2 公尺,體重 3 公噸,至於剛出生的小犀牛身高大約 70 公分,體重 60 公斤,由於很難找到每一種犀牛的長寬高,所以利用目測的體積與體重的關係大約求了鐵甲犀牛這個體型的體重,差不多是 100 公斤。
  5. 在各種貨車橫行的美國,這數字從 10 公噸到 70 公噸都有,根據長榮貨運的介紹,光是裝滿的貨櫃本身都有幾十公噸了。這裡既然是說大型貨車,那就找大一點啊。

參考資料:

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  1. Pokemon Database
  2. 維基百科(犀牛拖車強度石墨烯
  3. The Physics Facts Book: Bone Density
  4. Rhino Resource Center
  5. 長榮貨運:貨櫃重
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文章難易度
Rock Sun
64 篇文章 ・ 1028 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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一站起就頭暈?醫師解析腎性貧血注射與口服治療全攻略
careonline_96
・2026/03/24 ・788字 ・閱讀時間約 1 分鐘
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「「哎呦……一站起來就頭暈。」

你有過這種感覺嗎?其實,貧血的原因很多,其中一種叫『腎性貧血』,常發生在慢性腎臟病或透析的患者身上。

腎臟會製造一種叫『紅血球生成素』(EPO)的物質。腎臟衰竭的病人常會因為紅血球生成素分泌減少、鐵質缺乏、營養不良等因素導致貧血。

目前腎性貧血的治療方式主要有兩大類:一種是透過注射補充基因重組的紅血球生成素;另一種是口服藥物缺氧誘導因子穩定劑(HIF PHi)。

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注射型治療是透過補充外來的紅血球生成素,幫助刺激骨髓製造紅血球。

口服穩定藥物則是利用身體對缺氧反應的自然機制,促進體內自行產生紅血球生成素,並增加鐵質移動,治療貧血。

兩種方式各有使用時機,由醫師依照病情、血紅素數值、治療反應等因素來共同決定。

不管是注射藥物或口服藥物,都需要在醫師處方下使用。治療期間應配合主治醫師醫囑定期抽血追蹤血紅素、鐵質、血壓、肝腎功能等指標。若出現頭痛、噁心、血壓變化、過敏、血栓、痙攣、注射部位反應等不適,請務必告訴您的醫療團隊。

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每位患者的腎臟功能、發炎程度、鐵狀況與生活需求都不同。選擇哪一種治療方式,都是由『醫師評估』並『與您討論後』一起做出的決定。只要持續追蹤、按時治療,大多數腎性貧血都能穩定管理!

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渺小如塵埃的果蠅大腦,藏著解開人類記憶與意識之謎的鑰匙
顯微觀點_96
・2026/03/20 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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FlyWire 果蠅大腦50條大型神經元圖譜

2024年10月,神經科學的劃時代里程碑,成年雌果蠅完整大腦神經圖譜系列研究,發表在《自然》期刊(Nature)。此圖譜詳盡至果蠅腦中每一條神經的所有分支、每一個突觸的尺寸和型態,這樣的腦神經圖譜稱為「連接體」(connectome)。要繪製完整成熟雌性果蠅連接體,需要辨識近14萬個神經元(神經細胞)與其間的5千萬個突觸(不同神經元的連接處)。

「世上還沒有另一個如此複雜的成年動物全腦連接體。」

馬拉.莫西/普林斯頓大學神經科學研究所長

普林斯頓大學神經科學研究所長馬拉.莫西(Mala Murthy)、神經科學與電腦科學教授承現峻(Sebastian Seung)率領跨國科學團隊建造果蠅連接體雲端平台「FlyWire」,並在《自然》同時發表12篇論文,以《成熟大腦的神經連接圖》(Neuronal wiring diagram of an adult brain.)為旗艦研究,展現果蠅大腦的完整神經迴路,包含8453種神經元的構造與位置,其中4581種為本系列研究的新發現。

連接體開拓腦科學高速公路

有了詳細的腦神經地圖,科學家得以規劃嶄新的神經科學研究路徑,更加直接、詳盡地實驗神經構造與行為之間的關聯。例如,按圖索驥蒐集所有關於果蠅「剎車」動作的神經元,建構完整的動作神經網路,找出過往研究方式所遺漏的因素;或是利用果蠅連接體推論出「觀看」等動作的完整神經活動,捕捉新的神經科學現象。

生物資料科學家更進一步利用此完整連接體搭配演算法建立一個虛擬蠅腦,不僅完全重現神經元線路,更能及時推算各神經訊號的傳輸路徑與功能,模擬果蠅的真實腦內活動。接收初始訊號之後,這個虛擬蠅腦啟動一連串神經訊號,最後以運動神經元控制肢體作為結果,就像活生生的果蠅在對環境刺激進行反應。

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讓神經科學換檔加速的果蠅連接體,在「FlyWire」網站向公眾徹底開放。由公眾人力與人工智慧合力打造的龐大資料庫,現在平等地提供研究資源,科學界認為,FlyWire的完整度與開放性將大幅加速人類大腦的解密。

「蠅」來連接體學大躍進

人類大腦含有超過500億個神經元,形成上百兆個突觸,具備了人工智慧還無法達成的認知、思考與創造力。若能理解人腦的基礎運作方式,科學家有機會找到帕金森氏症等退化性腦部疾病的解藥,或是掌握思覺失調症等精神疾病的生理機制。甚至逐漸實現承現峻的科學狂想:以連接體科技上傳記憶與意識,讓人類達到永生。

發展四十年後,連接體學家終於掌握了果蠅大腦,這個器官最寬處不到0.75毫米,渺小如塵埃,其中蘊含的連接體奧秘卻超越過去累積的科學資料。以果蠅連接體完成博士學位的多肯沃(Sven Dorkenwald)比喻,果蠅連接體彷彿是一座茂密森林,神經元猶如樹木,可以透過根系彼此溝通。但在空間比例上,果蠅的某個視神經橫跨全腦連接雙眼,有如一棵紐約的樹木能夠和位在洛杉磯的樹木互通聲息。

相對「頭腦簡單」的線蟲與果蠅幼蟲缺少成年果蠅的複雜行為與反應,成年果蠅卻與人類共享許多認知功能與神經生理反應。例如:辨別同類、劃分地盤/食物、求偶交配等行為,以及時差、酒醉、咖啡因亢奮等特殊生理狀態。

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果蠅(Drosophila melanogaster)側面特寫
果蠅(Drosophila melanogaster)。圖片來源:André Karwath / Wikimedia Commons(CC BY-SA 2.5)

果蠅:當前最佳人腦模擬器

在動物行為領域,果蠅大腦與人類大腦面對許多相似的問題,如何前往目的地、判斷氣味來源、觀察周遭物體的移動,以及複雜的社會性行為,如歌唱求偶、爭奪資源;以及注意力與情緒調節等。從神經科學技術的現實面來看,果蠅大腦也是最適合進行全腦研究的複雜連接體,現有科技僅能對斑馬魚、小鼠的大腦進行分區重建。

「連接體研究需要夠複雜但體積不太大的腦,果蠅正好位在這個甜蜜點上。」

馬拉.莫西

莫西實驗室深入研究果蠅行為,發現果蠅的生存、繁殖行為蘊含複雜的模式。例如,雄果蠅演奏求偶時,會依照雌果蠅與它的距離改變演奏的音量與編曲,並追隨雌果蠅。運用FlyWire,莫西團隊清點雌果蠅中腦關於聽覺的600多個神經元與其突觸,辨認出20種新的神經元,發現其功能網路比過往所知更加複雜。

莫西團隊發現,雌果蠅聽覺迴路中,神經元的回饋訊號可以憑藉音訊特徵進行預測,未來可以據此模型預測真實雌果蠅對「情歌」的回應行為。或許我們深深自豪的音樂品味也刻劃在我們的腦神經細胞之間,只是和我們的連接體一樣,比果蠅的複雜萬倍。

在基因層面,果蠅與人類共享約60%的基因,包括學習、時差反應與唐氏症相關的基因。接近3/4的人類遺傳疾病能在果蠅DNA中找到對應的基因。因此,完整的成年果蠅連接體被視為通往人類大腦奧秘的橋頭堡。

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美國太空總署(NASA)在1947年將果蠅送上太空,作為地球生命前往太空環境的實驗品。牠們竟生還返地,為太空人開拓了道路。作為經典模式生物,果蠅相關研究獲得6項諾貝爾獎,生理學、神經科學與行為學領域已累積豐富資料,搭配完整連接體圖譜的跨領域研究,勢必能帶人類深入探索腦宇宙。

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手舉不高痛到睡不著?盤點五十肩與旋轉肌等肩膀痛原因
careonline_96
・2026/03/19 ・1860字 ・閱讀時間約 3 分鐘
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手舉不高、痛到睡不著,盤點肩膀痛原因(圖文懶人包)

肩膀是由上臂肱骨、肩胛骨、與鎖骨共同組成的部位。要投球、要捉背,我們都會動用到肩膀,不過當肩膀活動度很大,相對就比較不穩定,造成疼痛的機會也不少。最常引起肩膀疼痛的原因是肌腱發炎、滑囊發炎、肌腱撕裂、以及關節發炎。

肩膀痛的可能原因

肩膀痛的可能原因
  •  沾黏性肩關節囊炎

滑囊是一小包充滿液體的囊袋,位於在骨頭與肌肉、肌腱等組織之間做為緩衝,讓肌肉收縮活動的過程中可以減少與骨頭的直接摩擦。

不過,過度使用肩關節可能會導致滑囊發炎,患者剛開始覺得痛,但是後來主要覺得僵硬,肩膀主動性與被動性活動度減少,穿衣服、梳頭髮、洗澡搓背等動作都會受限,也就是俗稱的五十肩。

延伸閱讀:五十肩要開刀嗎? – 冰凍肩

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  • 肩旋轉肌夾擠或肌腱炎
肩膀的結構

夾擠症候群(Impingement syndrome)與滑囊炎與旋轉肌肌腱炎(Overuse tendinitis)高度相關,大家可以看著圖片想像一下,肩峰骨頭的下方是滑囊與旋轉肌,當我們要把手往上舉,肩峰骨頭對滑囊與旋轉肌的壓力就愈大,萬一本身有滑囊發炎或旋轉肌發炎的人,症狀就會更明顯,只要肩膀做外展、外旋動作時就會感到疼痛。不過,與五十肩不同的是,旋轉肌夾擠患者的肩膀活動度大致正常,不影響肩膀的主動性或被動性活動度。

延伸閱讀:肩膀痛痛的 – 夾擠症候群

  • 肩旋轉肌撕裂傷

旋轉肌是四條肌肉的總稱,這四條肌肉分別是棘上肌、棘下肌、肩胛下肌及小圓肌。每次上臂外展或外旋時,都需要旋轉肌的作用。長期磨損、年紀大會帶來退化性變化,可能出現旋轉肌撕裂傷(Rotator cuff tear)。患者先是覺得肩膀做外展、外旋動作時感到疼痛,夜晚時感覺到肩膀患側的疼痛,痛到不好睡,尤其若靠著患側睡會很痛,後來發現肩膀無力做外展、外旋動作。由於旋轉肌撕裂傷與反覆活動造成的退化磨損很有關係,通常患者年紀大於四十歲。

延伸閱讀:手臂舉不起來,睡覺不動肩膀也好痛!為何我會有「旋轉肌撕裂傷」?

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  • 二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂
肩膀痛的症狀與活動度

二頭肌在上臂肱骨的前側,其肌腱也可能會發炎或裂開。與旋轉肌撕裂傷不同的是,二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂會讓人痛在肩膀的前側,例如患者會說舉物、提物時容易痛,手舉過頭也會痛,且有時會伴隨無力。

  • 肩關節退化性關節炎

相較於膝關節炎或髖關節炎來說,肩膀這裡的退化性關節炎較少見,萬一發生的話,常常與患者過去受過外傷有關,或本身從事的職業(例:投手)會經常磨損肩關節。患者會於中年時漸進性感覺到肩膀前側與深處的疼痛,同時也容易變得僵硬,主動與被動性的外展和外旋動作減少。

肩膀痛的檢查

當患者因肩膀痛就診,醫師會先了解這個痛是怎麼產生的,是突然某個動作引起的,還是慢性愈來愈嚴重的?接著醫師會檢查患者肩膀是否有任何的腫脹、變形、或肌肉無力,並確認患者主動動作與被動動作是否受到影響。有必要的話會安排X光、電腦斷層、核磁共振等影像檢查確認骨頭與肌肉、肌腱等軟組織狀況。

肩膀痛的復健

確認肩膀痛原因後,我們會比較了解如何面對肩膀痛。如果是反覆的脫臼,或是較嚴重的旋轉肌撕裂傷,可能會需要用手術治療。但大部分因其他狀況而肩膀痛的患者可以因為休息、適當的復健、及改變肩膀活動而有改善。

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延伸閱讀:肩膀僵硬怎麼辦?每日七招自救

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