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鯊魚退散!海軍漫長的防鯊之役──《不為人知的敵人》

八旗文化_96
・2017/05/19 ・6682字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 505 ・六年級

  • 【科科愛看書之本月選書】軍隊最大的對手是誰?才不是那些顯而易見的持槍敵人,而是疲勞、噪音、酷熱、腹瀉、恐慌……等等你根本料想不到的邪惡角色。快跟著瑪莉羅曲那明快而幽默的腳步,一起深入軍營去見識那些《不為人知的敵人》,看看科學是如何用有趣的方法力抗各式另類殺手。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

問:如果你手下的士兵都害怕鯊魚該怎麼辦?

其實,如果真要鼓舞士氣的話,反而應該讓官兵瞭解那些事實和統計數字。麥金泰寫說:「對於緩和官兵的恐懼來說,正確的資料反而比任何驅鯊劑要來得周全而且有效。」1944 年開始, 海軍就在按照這種想法在做。他們的航空訓練部(Aviation Training Division)發行了一本叫做《鯊魚常識》(Shark Sense)的小冊給新進的飛行員。這本小冊共有 22 頁,附有漫畫,畫的是鯊魚在奔竄、逃跑、滿頭大汗、哀求的畫面,整本都是讓人讀了會放心的事實。

滾開!我不怕你。圖/GIPHY

後來證實其中所言不虛。統計二戰中 2500 名機員的海上求生報告,結果總共有 38 次目擊鯊魚,其中 12 次人員受傷或死亡。

不過,《鯊魚常識》雖然令官兵安心,卻沒有解答官兵要是在海上遇難心裡會有的急切問題。海水裡只要有一滴人血,鯊魚是不是真的就會聞到?聲音是會招惹鯊魚,還是嚇走鯊魚?移動的話會不會怎麼樣?包括厄瓜多的游泳客在內,某些人的報告說,拍打鯊魚會把牠們嚇走;有的卻說那會引起牠們的興趣。實際上到底如何?沒有人知道。

1958 年,海軍研究辦公室生物學部主任席尼.蓋勒(Sidney R. Galler)決定一探究竟。他提供經費成立「鯊魚研究群」(the Shark Research Panel),並協助設立「鯊魚攻擊檔案」(Shark Attack File)。這座全球事件資料庫延續至今,已經成為「國際鯊魚攻擊檔案」(International Shark Attack File)。大衛.博爾德里奇統計分析 9 年的鯊魚攻擊檔案,給了全世界「大部分我們現今所知的鯊魚攻擊知識」。(引自 2013 年美國海洋漁業服務署〔National Marine Fisheries Service〕的一篇論文。)除了這大部分之外,其餘則是來自 1950 年代海軍研究辦公室的資助成果;關於鯊魚掠食、嗅覺和取食行為等等。《海洋漁業評論》(Marine Fisheries Review)曾刊登過一篇紀敘鯊魚研究史的文章。博爾德里奇告訴文章的作者說,「你若想對鯊魚研究有什麼好點子,你就要去找席尼。」

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比起尿液和汗液,鯊魚更愛你驚恐的味道

亞伯特.泰斯特(Albert L. Tester)真的去找席尼了。他當時有個好點子,實驗室外面的海上有 3 種鯊魚,還有一組兩個長 50 英呎的海水槽可做實驗。泰斯特在馬紹爾群島(Marshall Islands)的艾尼維托克海洋生物實驗室(Eniwetok Marine Biological Laboratory)工作。(艾尼托維克和比基尼島〔Bikini〕1 一樣,都是環礁〔atolls〕。美國曾在比基尼島試爆原子彈。海洋生物實驗室在試爆之後負責提供放射性落塵對海洋生物,以及當地工作人員的影響──要是有人追蹤後續幾十年的訃聞的話)

泰斯特開始尋找是什麼把鯊魚吸引到獵物身上?鯊魚是靠視覺還是嗅覺進行獵捕?如果是嗅覺的話,是哪種氣味?是誰的氣味?如果驅趕鯊魚並非上策,那麼水手或飛行員最好的處置應該就是,一開始就不要把牠們吸引過來。

我們先講好消息。人的尿液不會吸引鯊魚。施放量從半茶匙到 1/3 杯不等,泰斯特水箱裡的黑鰭鯊(blacktip shark)都沒有興趣,不會興奮起來,但也沒有排斥。牠們有注意到這東西;這可以從牠們突然轉身或突然出現的「漩渦」看出來。要是有人在游泳池水裡碰到尿液,但是他沒有眉毛可抬,沒有肩膀可聳,大概就會做這個動作。

「什麼味道(☉д⊙)???」圖/Matt Kowalczyk @Flickr

鯊魚對人的汗液也沒有興趣。鯊魚研究室裡面很熱,泰斯特和學生常常用海綿互相吸身體上的汗水,擰到一桶海水中,再悄悄地用虹吸法將海水注入鯊魚水箱中。一般而言,鯊魚會有點嫌惡──這你能怪牠們嗎?泰斯特的汗水尤其讓牠們反彈。水箱中即使只有百萬分之一他的汗水,黑鰭鯊聞到了都會擺擺頭,「立即離開那一區」。

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全身汗液──外分泌汗腺分泌的冷汗──和緊張時流的汗(flop sweat)不一樣。如果泰斯特也有像我摩奈爾化學感官中心的朋友那樣,收集我在壓力之下流出的腋下汗水,他的測試結果可能會不一樣。鯊魚可能會聞到落水者「灰心喪志」、「這個好搞」的氣味,因而轉為攻擊模式。

鯊魚偏好的獵物如果正好處於壓力之下,就會發生這種事。鯊魚會感受到這一餐「不麻煩」, 就會圍過來開始攻擊。泰斯特「用木棍威脅」(其他人的說法是「戳」)侵擾水桶裡的石斑魚,然後把這桶子裡的水──科學措辭叫做「驚恐的石斑魚水」──打入鯊魚水箱,結果激起鯊魚「劇烈的獵食反應」。由於獵物並不在水箱之內,所以我們知道引發鯊魚掠食動作的,並非是「看見」石斑魚或是「聽見」石斑魚的吵鬧聲,而是石斑魚皮膚或魚鰓排出了某些化學成分。但不是只要石斑魚氣味就會有這種效應。將「靜止的石斑魚水」打入水箱,鯊魚都不怎麼理會。

如果鯊魚「聞」到魚群掙扎或驚慌的訊號,便會視他們為容易獵捕的食物。圖/Kiks Balayon @Flickr

魚的血和腸也會引發劇烈反應。魚血和魚腸是高調公告魚憂鬱症(piscine distress)的「喇叭手」。博爾德里奇發現,這裡面傳遞的化學訊息很強,強到讓鯊魚連老鼠都可以吞下去;當然這隻老鼠的皮毛上塗有「鯔魚混合液」(整尾鯔魚和水混合)。但這依舊不是經由一般味覺反應所產生的動作。在另一項研究中,鯊魚起而攻擊一塊海綿;當然,這塊海綿事先有在一碗魚的體液中浸泡過。他寫說:「不論是什麼東西,只要先用魚『汁』處理過,幾乎都會引發鯊魚攻擊。」

這些「會引發鯊魚攻擊」的東西,包括魚叉漁夫(spearfishers)在內。有的魚叉漁夫在海裡游動時,會將漁獲繫在腰際或用細繩拉在後面;漁夫這樣做特別危險。博爾德里奇進行其研究分析期間,「鯊魚攻擊檔案」記載的案例總共有二百二十五起提到現場有受傷的魚或魚血魚腸。泰斯特很驚奇:「鯊魚可以這麼快速並準確地追蹤到懊喪中的魚(比如說鉤在魚鉤上但沒有受傷的魚)。」

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「鯊魚攻擊檔案」中的受害者,有 17% 遭受攻擊時是穿著潛水衣,這一點或許可以用「魚叉獵魚」法來解釋。原來的理論是說,鯊魚把穿著黑色潛水衣的漁夫誤當做是海豹。或許也有這種事情,但是既是魚叉獵魚,那麼較可能的其實是,潛水衣的配件──魚叉和皮帶上流血的魚──引來了鯊魚。

死魚也會發出晚餐鈴聲。泰斯特讓黑鰭鯊和灰鯊接近一系列的魚肉,包括:鮪魚、鰻魚、石斑魚、紅魚、鸚鵡魚、巨蛤、章魚、烏賊、龍蝦等等。測試之後,他把這些以下這些列為吸引鯊魚的因素:鯊魚不喜歡有風險;哪一頓飯不需要打架就有,牠才會去吃;有傷的不錯,死的更好。

萬用驅鯊方法?沒有這種東西啦

這樣,你就會開始懷疑用鯊魚腐肉做出來的所謂「驅鯊劑」的品質了。泰斯特也搞不懂。他從一名漁夫那裡取得一份「號稱驅鯊劑」的東西;從一間漁業實驗室取得一份;自己研究團隊把髻鯊(hammerhead shark)和虎鯊(tiger shark)的肉,放在熱帶氣候中的室外一週,這樣也做了一份。這三份「驅鯊劑」都觀察不到驅鯊效果──相反地,有時還引來了鯊魚。「我們的結果似乎和史布林格的結果有出入,無法做到有說服力的解釋。」泰斯特對於鯊魚處理工廠的反彈所具的強烈吸鯊效果,可能毫無所知。

魚肉引鯊,人肉亦然。二戰期間的鯊魚攻擊報告一再看到屍體受害的案例。水手漂浮在海上, 可能會因為撞到鯊魚或光是用腳攪水,就引來好奇的鯊魚。(博爾德里奇觀察到,光是老鼠在海裡游動時後腿踢到鯊魚的鼻子,都會引發鯊魚驚愕的反應,立即離去。)1945 年,美國海軍印第安納波里斯號被日本潛艇以魚雷擊沉。

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這次沉船事件在後人討論鯊魚攻擊事件時,經常被提到。有本論及此次事件的暢銷書,引用一名倖存者的話說:「鯊魚喜歡追擊死人。」2 美國海軍醫學與外科局進行口述歷史紀錄時,海軍上校路易斯.海內斯(Lewis L. Haynes)回憶說:「老實說,我在海裡漂浮了 110 個小時,完全沒看到有人被鯊魚攻擊……。」他說,那些鯊魚「對於那些死者好像已經很滿意。」他說這次事件總共找回來 56 具斷肢殘骸,但是除了少數幾具,沒有跡象顯示他們生前被鯊魚咬過。

這樣說的話,牠們為什麼要緊跟著救生筏?你問為什麼嗎?牠們是為了救生筏底下的東西而來。救生筏底下其實有成群的魚,也許是為了躲入蔭涼之處,也許是來吃一些也是來躲蔭涼的小型海洋生物。二戰時期的一名水手回憶說:「 大魚來吃桃花魚(minnows),更大的魚來吃大魚,最後是有背鰭的傢伙跑來看看這裡到底是怎麼一回事。 」還有一個故事(我想說這個故事,純粹是因為我喜歡它)說:「鯊魚直接潛入救生筏底下,聚集在那裡……我們全都安靜地坐在那裡,……我們的雷達員因為怕救生筏會翻覆,後來就不再坐在筏邊大便。鯊魚的這種行為反覆了好幾次,但是好像和我們沒有關係。」

這種「沒有關係」後來也一直都是。就我所知,近代史上見諸紀錄海軍官兵被鯊魚咬的事件只有一例。2009 年澳洲雪梨港進行反恐演習時,一名搜索潛水員(clearance diver)被一頭牛鯊(bull shark)一口咬斷手和腳。喬.坎恩(Joe Kane)是海軍特別作戰指揮部(Naval Special Warfare Command)通訊專家。我也問過他海軍海豹特戰隊是否被鯊魚攻擊過。他說:「你這個問題問錯了。問題不是海軍海豹部隊需不需要驅鯊劑,而是鯊魚需不需要驅海豹部隊劑。」

現代美國海軍並沒有正式的鯊魚攻擊訓練課程。一名潛水員記得海軍告訴他的是,如果他感覺有鯊魚危害,就要慢慢潛到水底尋找掩護。1964 年,空軍發行了一部「防備鯊魚」教育電影, 告訴飛行員如果落水後遇到鯊魚,就往水裡吹泡泡或往水面大喊。我問資深鯊魚攝影師羅勃.康特里爾(Robert Cantrell)說他怎麼看這種建議。他幾十年來常常在水下拍攝鯊魚,都不用防護鐵籠。這人對著一群激動的藍鯊(blue shark)用了「會咬人」(nippy)這種形容詞來形容。他給我的回答就和博爾德里奇和泰斯特常常想到的一樣,端看是哪種鯊魚而定。康特里爾說,對著水面大叫可以暫時嚇走牛鯊,但對虎鯊沒有用。吹水泡可以嚇走藍鯊,但是對其他種類的鯊魚一概沒用。

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我吹我吹我吹吹吹,鯊魚快走開!圖/GIPHY

美國空軍最後一次所做的建議讓人存疑:把紙撕碎,丟在自己身邊四周。我假設他們建議這種方法只是要讓鯊魚分心,甚至只是要讓水手自己分心,因為會讓水手專心接受挑戰──漂浮於海中的時候還要尋找紙張。康特里爾有一次試驗把餿掉的貝果丟到海面上,結果虎鯊立刻游過來,牛鯊則是理都不理。所以,康特里爾對潛水人有什麼建議呢?他說,「享受這個經驗吧。」

小姐小姐,你聞起來像海豹?

但我們現在來提一個很多水手心裡都有的一個問題:人血真的會引來鯊魚嗎?這一點博爾德里奇和泰斯特的試驗結果卻不一樣。鯊魚的行為表現有時候像是真的被人血吸引了,但有時候卻又會避開有血區域。泰斯特懷疑血液的新鮮程度或許是個因素。以他自己的試驗而言,黑鰭鯊和灰鯊會被流出僅一、兩天內的血液吸引,而且濃度只有海水的百萬分之零點零一。不過博爾德里奇對「鯊魚攻擊檔案」的分析結果卻與此不符。1115 例中只有 19 例受害者,在攻擊發生當時有流血。

他的結論是:「很多遇到鯊魚攻擊的受害者,都只是受到一次攻擊;然後,雖然此時他們的傷口已經流出很多血,但是鯊魚卻離開了,並沒有進一步攻擊他們。這種情形之下,很難接受『人血極為吸引鯊魚,很容易使鯊魚激動』這種觀念。」

博爾德里奇自己所做的試驗,是以四種鯊魚測試較為創新的選項:在水中游動但身體流血的老鼠。老鼠也是哺乳類,所以牠們的血應該也和人血一樣吸引(或不吸引)鯊魚。結果不出所料,鯊魚一點興趣都沒有。

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有條底線是,鯊魚的攻擊行為和多數動物的攻擊行為一樣,絕大部分都是針對獵物的。如果你的模樣看起來或氣味聞起來不像「晚餐」,牠們就不會把你當「晚餐」對待。掠食者通常只對自己最喜歡吃的生物的氣味有感。鯊魚不吃人肉;雖然也能感測到人血,但是除非很餓,通常不會有什麼動機要追蹤流血源頭。

有些女性喜歡去海水浴場游泳,但是碰到月經來的時候又會害怕。我們上面所說的事實應該會讓她們安心才是。但事實上月經血不一樣,比較獨特,其實是應該要擔心鯊魚的。所以可以的話, 就來個短暫的岸上休假吧!60 年代美國海軍不用女兵,因為女兵有月經。但是國家公園服務處(National Park Service)卻很有興趣。1967 年,兩名女性(其中至少一名正好月經來潮)在冰河國家公園(Glacier National Park)被大灰熊咬死。很多人猜測是她們的月經血引發灰熊攻擊,但野生動物生物學家不相信這種說法。

布魯斯.庫辛(Bruce Cushing)(好玩的是,在後來的熊類攻擊與月經研究中,他的名字被提到時老是被說成布魯斯.嘎辛〔Bruce Gushing〕)決心要收集一些資料。庫辛決定選定北極熊做研究,因為北極熊幾乎完全只吃海豹。這樣就會有一條很清楚的基線,可以對比這種動物對女人月經血的興趣程度。

你要是把海豹油放在風箱裡面,對著關在鐵籠裡的野生北極熊吹,那頭北極熊便會發生庫辛所謂「最極致行為反應」。北極熊會抬頭聞空氣,會大量流口水,會站起來走來走去,喉嚨發出咕嚕咕嚕聲,發出呻吟聲。

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北極熊只有庫辛在風箱裡另外擺了一樣東西時,才會這樣呻吟,這樣東西就是女生用過的月經棉條。無論是雞肉、馬糞、麝香或是沒用過的棉條,都達不到上述的效果。和這一樣東西最接近的,就是月經期間的女性。月經期間的女性不用坐在風箱裡,只要被動地坐在面對北極熊的鐵箱椅子上,驚嘆地球上的生命多麼奇特即可。庫辛也曾經從人體靜脈抽血出來測試,但並沒有讓參與實驗的四頭熊發聲任何反應。

換句話說,用過的衛生棉條之所以會吸引北極熊,不是因為有血,而是因為裡面有一種獨特的陰道裡的東西;是那種──很抱歉──聞起來像海豹身上氣味的分泌物。這很有道理,不是嗎? 女性衛生公司要是請實驗室測試芳香月經產品的效果,實驗室所用的標準氣味就是一種叫做「魚味胺」(fishy amine)的東西。

衛生棉條那種陰道加海豹的氣味實在太強烈、太誘人了,弄到北極熊都沒發現那個東西吃起來不像海豹。52 例中有 42 例,北極熊看到放在木樁頂上的舊衛生棉條(科學措辭叫做「舊衛生棉條木樁」)不是把它吃掉,就是「用力嚼」。唯有使用海豹肉,才會使北極熊更加一致地表現出這種行為──把海豹肉扯下來吃掉。浸泡過一般血液的紙巾──同樣釘在木樁上,好像用骷顱頭警告那些不怕死的叢林探險者一樣──只有三次被北極熊吃掉。

北極熊的這一切表現有告訴我們鯊魚的什麼事嗎?女性該不該擔憂鯊魚?很難講。鯊魚有多喜歡海豹肉?石斑魚死掉之後氣味就像用過的衛生棉條嗎?不知道。但如果我像部分女性讀者一樣月經正好來,我會待在甲板的躺椅上不出去。

庫辛的論文下結論說,既然北極熊喜歡用過的衛生棉條,那麼熊科動物就極可能都會喜歡。但是熊和鯊魚一樣,品種很多。叢林熊類就沒有北極熊那麼喜歡海洋生物的腥味。灰熊喜歡鮭魚,但要新鮮的才吃。黑熊會找垃圾吃,所以天曉得牠們這些年來是怎麼養成這種口味的。

為了獲得定論,美國林務署(US Forest Service)決定開始進行試驗。 1988 年 8 月 11 日, 如果你曾經在明尼蘇達州某處垃圾場丟垃圾的話,你大概就曾經目睹那個情景。北中森林實驗站(North Central Forest Experimental Station)的林.羅傑斯(Lynn Rogers)和兩名同事寫說:「我們把(舊)衛生棉條綁在纖維線上,向覓食的熊扔過去。儘管有些『釣餌』清楚可見──投出去時先從熊的身邊經過,再拉回來,拉到牠的鼻子下方」,但 22 件舊衛生棉條中其中有 20 件熊視若無睹。

「用手」丟給那些經常在實驗餵食站出入(現在沒有了)的黑熊,結果那些衛生棉條的命運也差不多。把 5 片舊衛生棉條綁在一起,丟到一群黑熊前面也是一樣。另外有一次試驗是把濕透的衛生棉放在熊進出的路上,一次放 6 片,其中 4 片浸泡過月經血,一片浸過一般的血,一片是牛肉脂肪。結果 11 頭熊有 10 頭「先聞一聞衛生棉,然後把浸泡過牛肉脂肪的那塊吃掉,就走了。」

這一切,一次一次見證的是國家森林的安全,以及黑熊的耐心。

注釋:

  1. 兩件式泳裝的發明人路易斯瑞爾德(Louise Reard)之所以把他的泳裝叫做比基尼,原是希望這種泳裝會引發「爆炸性反應」。很多人-包括 monokini、tankini、trikini 等各式泳裝發明人-都被 bikini 的「假」字首 bi- 矇騙了很久,以為 bikini 在馬紹爾語是「兩件」的意思。事實上,bikini 在馬紹爾語指的是「椰子之地」──無心插柳,但確實恰好讓人感覺很愉悅。
  2. 譯註:印第安納波里斯號遭日軍潛艇以魚雷擊沉之後,艦上水兵跟著遭到鯊魚群攻擊。

 

 

 

本文摘自《不為人知的敵人:科學家如何面對戰爭中的另類殺手》八旗文化出版。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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為什麼烏鴉會攻擊人?從叫聲來判斷那隻烏鴉是不是在「罵」你!——《烏鴉的教科書》
貓頭鷹出版社_96
・2023/02/15 ・2028字 ・閱讀時間約 4 分鐘

只要說到烏鴉,好像就會有非常強烈的「可怕」、「會攻擊人」的印象。但是「明明就沒做什麼,卻突然攻擊」的例子其實極為罕見。真的伴隨著身體接觸的「攻擊」也是不常見的。因為這類的攻擊而受傷的事情也很少聽說。反而是因慌亂而摔倒才比較危險。

烏鴉想要保護雛鳥

首先,烏鴉對人類採取敵對態度的,只有在保護雛鳥的時期而已。這一點請千萬不要忘記。雖然牠們若是在覓食的時候被打擾的話,可能會發出不開心的叫聲,不過並不會展開攻擊。從烏鴉的眼中看來,人類是既大又可怕的。

烏鴉對於望向巢或看雛鳥的視線非常敏感。由於在野生動物的世界中,並沒有像賞鳥者或是研究者般的奇怪傢伙,所以只要緊盯著巢一直看的,通常都是「想要對巢下手的敵人」。何況是盯著離巢幼鳥看,或是接近離巢幼鳥的話,就確實會認定成「我的孩子有危險了」。

烏鴉為了保護雛鳥,可能會攻擊人類。圖/elementsenvato

被烏鴉「攻擊」的例子中最多的,是當離巢幼鳥站在低矮樹枝或是地面上的時候。剛離巢的幼鳥雖然會拍動翅膀但是卻不能飛(只能說是往下掉的時間花得比較久,卻沒辦法到比原先位置要高的地方去),所以在動來動去的時候,位置就會逐漸降低。

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假如是在森林中的話,半路上會有許多樹枝,總是能夠抓住某處停在比較高的地方;但是假如是在像行道樹那樣孤立的樹的話就停不住,多半會掉到地面上來。這樣一來,親鳥就會為了要保護幼鳥而留在附近,對接近過來的對方一一加以威嚇,發出警告「不要靠近我的小孩」。

在澀谷實際發生過的一個悲劇,是烏鴉在天橋旁邊的行道樹上築巢,巢的高度跟天橋的高度剛好差不多。雖然行經天橋的行人完全沒有注意到巢的存在,但是對烏鴉來說,似乎就變成「好多人特地爬上樓梯來看我的小孩」。

在天橋上築巢的烏鴉,把行人當成攻擊對象。圖/elementsenvato

光是經過也還算了,但是有人完全基於偶然而以巢為背景來拍紀念照片,讓烏鴉氣瘋了,所以不只那個拍照的人而已,有好幾分鐘,烏鴉都對著經過的行人進行威嚇。那應該是「我已經受不了了,不管是你還是他,統統給我滾出去!」的狀態了吧。

因為如此,會發生烏鴉攻擊人類事件的時機,是在幼鳥離巢的季節,也就是集中在五月到六月之間。受害報告的統計也是如此。  

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話說回來,烏鴉在威嚇、攻擊時的順序究竟是怎樣的呢?假如知道的話,應該就不再會認為烏鴉是「突然」攻擊過來了吧。

烏鴉生氣時叫聲的變化

首先,烏鴉會先以聲音進行威嚇。可能會有人認為牠們平時就在KaAKaA 叫個不停,應該無法區別;不過牠們要是平時的叫聲是「KaA、KaA」的話,在這時候的叫聲就會變成很激烈的「KaAKaAKaAKaA !」。是不停反覆的快速連續叫聲,而且每一聲的音量都很大。只不過在這個階段時還不需要害怕。那不是對你叫,通常是在對經過那附近的別隻烏鴉叫。

「KaAKaAKaA」脾氣正常的烏鴉叫聲。圖/《烏鴉的教科書》。
「KaAKaAKaAKaA KaAKaAKaAKaA」對其他烏鴉生氣的叫聲。圖/《烏鴉的教科書》。

  

但是假如烏鴉很明顯的是朝著自己的方向叫、跟在後面過來、到低的地方來的話,就表示你被烏鴉盯上了,也就是「那裡的那個人,就是你啦」的被指名狀態。假如牠的叫聲是沙啞的「GaRaRaRaRa……」,就表示牠相當生氣。有時還會聽到像「KoRa ∼!」般的叫聲(附帶一提的是,白頰山雀的威嚇聲聽起來是「AcChi ∼ IKe」,也就是感覺起來好像在說「A-Chi-I-Ke」)。

「GaRaRaRaRa……」烏鴉在對你生氣(指名狀態)的叫聲。圖/《烏鴉的教科書》。
「KoRa~!」烏鴉爆氣中的叫聲。圖/《烏鴉的教科書》。

當叫了半天也沒有效的時候,烏鴉會開始用喙部敲擊牠停棲的樹枝。以人類來打比方的話,就像是在抖腳抖個不停,或是很神經質的用指頭敲打桌子的那種感覺。有時候還會把那附近的樹枝或葉子給撕扯下來。

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翻譯牠的意思,就會是「老子已經叫你滾開了,你還沒聽見嗎,白癡」。此外,牠把小樹枝撕扯下來的行為有時會被媒體寫成是對準人類「爆炸攻擊」,不過牠們真的只是由於很不高興的在亂丟,即使有打到人也純粹只是偶然而已。

——本文摘自《都市裡的動物行為學:烏鴉的教科書》,2023 年 1 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

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貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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人類的遠古好兄弟:認識鯊魚的「適應性免疫系統」——《我們為什麼還沒有死掉?》
麥田出版_96
・2021/10/23 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

你可能聽過這個說法:鯊魚不會得癌症。事實上,牠們的免疫系統接近完美,牠們幾乎不會得任何疾病,牠們的免疫系統在過去幾億年裡都沒多大變化。是不是很神奇?

可惜,這都是無稽之談。沒錯,鯊魚的免疫系統非常驚人,全身分布有許多有趣而且有效的抗菌和抗病毒分子,牠們患癌症的概率也的確比人們通常預計的更低,但是鯊魚仍然會患上各種疾病,包括腫瘤。除此之外,數百萬隻鯊魚每年死於愚蠢。不是牠們自己的愚蠢(就智力而言,鯊魚還行),而是人類的愚蠢,特別是那些認為鯊魚軟骨產品可以「提高免疫力」、抗發炎甚至抗癌的江湖郎中。那種認為「鯊魚有完美的免疫系統」的觀念是由那些想透過賣軟骨藥而大賺一筆的藥商推動的,這背後的研究也不可靠。真正的科學研究已經揭穿了這些騙人的鬼把戲,但是依然有人在獵殺鯊魚,依然把它們的骨骼碾碎,當成「神奇的藥方」。

所謂「鯊魚的免疫系統從未改變過」的說法也經不起推敲。根據化石證據,我們的確發現今天的鯊魚跟牠們幾億年前的祖先「看起來 」 沒什麼差別,顯然,這讓一些人認為,鯊魚在其他方面也沒有任何變化。但這裡有一個重要區別:鯊魚的體型解決的是在水中穿行的問題;鯊魚的免疫系統解決的則是對抗病原體的問題。水沒有發生演化,但是病原體卻一直在演化。想必你明白我的意思了。

模樣特別古老的皺腮鯊(Chlamydoselachus anguineus)。圖/WIKIPEDIA by Citron

鯊魚有適應性免疫系統,也有完整可辨認的 T 細胞、B 細胞、抗體,以及各種其他組成。鯊魚跟人類的適應性免疫系統有許多差異,畢竟,我們分開的時間已經很久了。不過,牠們在許多基本的細節上跟我們類似,我們可以自信地說,某種類似的適應性免疫系統在四億年前(我們分開的時候)就已經出現並且發揮功能了。

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牠們選擇留在水裡,發育出可以替換的鋒利牙齒,追逐魚類,而我們(更準確地說,是那些不再是硬骨魚的我們)則爬到岸上,失去了鰓,發育出了四肢,又過了許多年,我們回到海裡,拍攝了多部關於鯊魚及其鋒利牙齒的驚悚電影。儘管如此,我們的免疫系統提醒我們,在不同的外表之下,鯊魚和我們其實是失散多年的兄弟

但是,讓我們沿著演化史再往回走一步,來到所有的脊椎動物分成兩類—有頜與無頜脊椎動物—的時間點。你也許沒聽說過還有無頜脊椎動物;老實說,這一類生物後來活得不太好,只有兩個科的動物避免了滅絕的厄運,活到了今天:七鰓鰻和盲鰻。這兩種動物長得都比較搞笑,牠們看起來像是努力要長成魚,但是好像不太合格,直到最近,人們一直都認為牠們並沒有適應性免疫系統

屬於無頷類的盲鰻,是韓國炒魚菜的原料。圖/WIKIPEDIA

也許牠們不需要:第一批有頜脊椎動物可能是掠食者,而掠食者往往會活得更久,後代更少,而且一般更注重質而不是量。同樣可以推斷,牠們在演化過程中對感染的抵抗力更強。鯊魚、人類、其他魚類以及所有有頜脊椎動物都有一個胸腺和脾臟,而且在各個物種裡無論是形狀還是功能看起來都比較類似,但是七鰓鰻和盲鰻就沒有。研究人員仔細檢查了無頜脊椎動物的基因組,發現牠們也沒有 T 細胞、B 細胞或者抗原受體的重組基因。但是問題在於,牠們實際上是有適應性免疫系統的—只是跟我們的不一樣而已。

這一點其實意義重大。我們以為我們的適應性免疫系統相當特殊,但是我們現在看到,適應性免疫系統在脊椎動物中似乎出現了兩次,而且是獨立演化出來的。

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這也許是一種經典的趨同演化(convergent evolution):正如鳥類和蝙蝠各自以不同的方式演化出了翅膀,無頜脊椎動物使用一種和我們一樣的隨機重排機制,來增加抗原受體基因的多樣性,但是牠們使用的是跟我們這些有頜脊椎動物完全不同的一套基因,這種重排機制使用的是不同的酶,做著完全不同的事情。同樣地,牠們的淋巴球類型跟我們的也不一樣。不過,牠們的免疫系統看起來跟我們的一樣有效。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

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麥田出版_96
27 篇文章 ・ 15 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。