竹篙鬼、攔路竹的傳說，跟自然現象有關嗎？

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

春季下過雨後，竹林裡的竹筍紛紛冒出來，人們以這個自然現象形容事務勃興。

讓我們造個句吧：

• 我家附近建起好幾棟辦公大樓，小吃店如雨後春筍般出現，生意都很興旺。
• 自從我家附近的農地改為都市用地，一座座大廈雨後春筍般拔地而起，往日的村野景致只能在回憶中尋覓了。

竹子屬於禾本科，約有 1000 多種，矮的只有 10 幾公分，高的可以達到 40 公尺。竹子可以說是東方的植物，西方——無論歐洲或美洲——是不容易看到的。一般的竹子固然是圓的、綠的，但也有反乎常態的，像金線竹、墨竹、斑竹、方竹等等。

要講竹子的一生，免不了要從竹筍開始。竹筍是從地下莖冒出來的。冒得快極了，尤其是春雨過後，所以產生了「雨後春筍」這個成語。其實，雨後春筍還不算頂快，當竹筍冒得半高不高的時候，那才真快呢！最快的時候，一天可以長 120 幾公分！

竹子不論大小高矮，冒出地面約兩個月後就不再長了，此後不論怎麼施肥，都不再長高一點點、加粗一點點。一根竹子大概可以活 10 年到 20 年，因為地下莖不斷長出新的竹筍，所以我們感覺不出竹子也有生老病死。

竹子很少開花，有的幾十年開一次花，有的上百年開一次花；一開花，竹子就死了——連地下莖也死了；然後由落在地上的種子，長出新的一代。同一個地區的同一種竹子，通常都是同時開花；所以竹子開花的時候，經常帶來自然災變。

貓熊的食物 90％ 是箭竹，四川臥龍保護區的箭竹，每 45～50 年開花一次，因此每隔 45～50 年，大熊貓便要遭一次劫難。最近的一次開花是 1984 年，幸虧搶救得法，才沒有釀成不可收拾的災情。

竹子中空外直有節，象徵了君子的虛心、正直、節操，這種象徵意義，到了畫家手裡，就化為濃淡有致的墨竹。古今以畫竹聞名的畫家首推清初的鄭板橋，他說：「凡吾畫竹，無有師承，多得於紙窗粉壁日光月影中耳。」當他罷官歸里，在一幅墨竹上寫下有名的題跋：「烏紗擲去不為官，囊橐蕭蕭兩袖寒；寫取一枝清瘦竹，秋風江上作魚竿。」

竹子也是製作管樂器的材料，所以古人將樂器稱為「絲竹」。竹子也可以製紙；製作各種器具更不在話下。用來紮鷹架，可以蓋幾十層的高樓，據說比鋼架還牢固。更妙的是，當年愛迪生發明電燈的時候，首先試驗成功的燈絲就是用竹子燒成的炭絲！

人類起源於非洲，也曾經多次離開非洲，最早的一次超過 200 萬年前。遠遠早於智人誕生的年代，離開非洲的人們已經遷徙到歐亞大陸各地，東亞、東南亞地區都有人居住。有個問題困擾古人類學家，那就是：為什麼東方的石器長期不夠進步？

莫維斯線：進步與落後的分界線？

距今超過 258 萬年前，某種不明古人類在東非研發出簡單的砍砸器，也就是奧都萬風格的石器（Oldowan）；176 萬年前的東非，又出現製作更複雜的阿舍利風格石器（Acheulian），代表作品是手斧（handaxe）。兩者分別被歸類為模式一（Mode I）與模式二（Mode II）石器。

哈佛大學的莫維斯（Hallam Movius）在 1940 年代提出一系列觀點，他指出由印度北方，往伊朗、高加索、中東到歐洲東方畫一條線，阿舍利手斧只存在其西側，東方卻缺乏更進步的手藝，這條線後來被統稱作莫維斯線（Movius Line）。^{1, 2}

東方的石器為什麼不夠進步？

莫維斯在 1937 年曾經前往緬甸考察，受到德日進（Pierre Teilhard de Chardin）等人影響，不過他對東方的認識其實很有限。儘管證據極為有限，莫維斯仍然提出影響十分深遠的論點：東方（東亞與東南亞）舊石器時代的發展長期停滯，遺傳、文化等方面都與更進步的西方隔離。

那時解釋人類演化的主流是多地起源論：現在的東方人源自古代的東方人。因此莫維斯的論點暗示：東方從舊石器時代起就落後西方。

失真也過時的莫維斯線

用現在的眼光看來，莫維斯的核心論點每一條都很有問題。最關鍵的證據阿舍利手斧，也已經在東方多處出土。

事實上，莫維斯當時所謂的「東方」只不過是周口店一處，此一遺址由於發現北京人而大大有名；這兒沒有出土手斧，便成為莫維斯「東方沒有手斧」的證據……那個年代做學問，某方面而言比現在容易太多了。

考古研究累積之下，讓我們能更全面地認識石器分佈。手斧幾乎只會出現在地表型的遺址，洞穴型遺址非常稀有，所以周口店見不到手斧其實很正常。

莫維斯線以東出土的手斧的確不多，不過也有多處，年代最早的位於東亞北方的鄖縣（Yunxian），距今 80 萬年左右；之外還有中國幾處，韓國的 Chongokni，以及東南亞的遺址都能見到手斧。除此之外，東亞南方的貴州距今 17 萬年前，甚至還出現比阿舍利更複雜的 Levallois 風格石器，達到模式三（Mode III）的水準。³

• 延伸閱讀：智人以前最進步石器Levallois，17萬年前東亞首度見到

莫維斯論點的東西方隔離，也不符合證據。比方說有非常明確的證據指出，現在東方的智人，也是幾萬年前從西方移民而來。而更早以前的其他古人類，應該也發生過幾次類似的遷徙，例如尼安德塔人的近親丹尼索瓦人，至少 16 萬年前就住在青藏高原。⁴

依照已知證據，莫維斯線東西二分的觀點顯然不合時宜。把東亞、東南亞視為一個「東方」整體的話，比較合理的說法似乎是，東方地理上相對隔離，多數石器也相對簡陋。

只有簡單石器，因為竹子更好用？

東方某些地區一直到智人的年代，距今未滿一萬年內，仍然流行簡單的砍砸器，如台灣在舊石器時代也是如此。這是為什麼呢？這個問題正確的答案是不知道，假如有人用很肯定的語氣講出答案，一定是在蝦七八亂掰。

必需注意，沒有某項器物，不等於沒有製作的能力。從此一方向出發的一種猜測是，東方缺乏製作手斧的材料，這在某些地點應該成立；不過有原料能做出複雜手斧的地方，仍然只有砍砸器。

還有一項常見解釋是，東方的環境只需要砍砸器，不需要更複雜的石器。此一概念衍生出的竹子假說（bamboo hypothesis）儘管問題重重，仍值得一提。⁵

竹子假說的目標是為了解釋，為什麼東亞南方、東南亞缺乏複雜的石器。它的核心概念是，東南亞以竹子為代表的非石材工具不但容易取得，而且比石器更好用，所以沒有手斧是適應環境所致。

然而竹子假說非常難以驗證，因為竹子等有機物製成的工具，幾乎不可能保存至今。目前只有極少數的間接證據，例如一項研究證實只需要簡單的砍砸器，便足以加工創造鋒利的竹製工具。另外用切割痕跡判斷，也是一個有機會的方向。不過一直到現在，竹子假說都沒有被證實。^{6, 7}

難以證實，而且充滿漏洞的竹子假說

竹子假說有幾項基礎，現在看來皆可謂漏洞百出。竹製工具能代替複雜石器的想法，來自民族學的觀察，現代叢林中仰賴採集狩獵的居民，充分利用竹子等植物衍生的工具。另一項根據是，東南亞環境長期皆以叢林為主。

問題是，東南亞長期遍佈樹林是錯誤的假設。古代東南亞大陸並非一直都是樹林，有些地區有時候主要是草地。而且古時候的東南亞，草地應該更適合人類生存，尤其直立人更習慣開放的草地空間。

森林和草地相比，智人以外的古人類更適應草地，森林不是習慣的棲位。最近的考古研究也發現，率先住進森林的智人配備更先進的科技，如弓箭。而且不論舊石器或新石器時代，住在茂密森林中的人們，至少智人，都會生產比砍砸器更複雜的石製工具。

總而言之，東方某些地區長期只有簡陋的砍砸器是事實，但是光靠竹子假說，無法解釋問題的全貌。

渡海、陶器……東方的進步成就

另一方面，東方的智人即使缺乏看似進步的石器，整體科技與文化是否比較落後也不好說。石器方面，東亞北部的智人超過 2 萬年前，已經會使用製作費工的細石葉（microblade），可謂當時的先進科技。而東亞南部雖然石器簡陋，卻也是世界最早使用陶器的地方，遠比歐亞大陸的西方更早。

• 延伸閱讀：從舊石器到新石器，東亞史上最關鍵的產業轉型

至於東南亞許多地方，舊石器時代雖然只有簡陋的石器，也沒有陶器，數萬年前移居此處的智人卻有能力多次渡海，一直向東遠航至索羅門群島，以及沖繩群島等人類前所未至之地。思想與藝術方面，婆羅洲與蘇拉威西更是發現距今超過 4 萬年的洞穴壁畫，甚至比歐洲更早。

• 延伸閱讀：東南亞史前藝術史：和歐洲一樣，能寫實也懂抽象

莫維斯的觀點影響又深又廣，像是由嚴肅學者撰寫的暢銷書《西方憑什麼》，即使時至 2010 年，仍然很認真地引用莫維斯線的概念申論。不過看完本篇文章的讀者應該能意識到，舊石器時代是否真的是西方先進、東方落後，答案恐怕沒有那麼直接。

延伸閱讀

• 比258萬年更早，最古早的奧都萬石器
• 短篇 誕生於176萬年前的阿舍利石器
• 印度ATM遺址，裡面沒錢，有百萬年的石器演化
• 16萬年前青藏高原，丹尼索瓦洞穴以外的丹尼索瓦人
• 短篇  東南亞大陸的森林，草地變化史
• 短篇  斯里蘭卡熱帶雨林生活 4 萬年，獵捕猴子與松鼠
• 短篇  非洲之外最早，4.8萬年前的斯里蘭卡弓箭手
• 短篇  東方藝術史，4萬年前婆羅洲岩洞壁畫
• 短篇  4萬多年前蘇拉威西，史上最早的動物與人獸合體壁畫
• 從台灣航向沖繩，草船與竹筏的魯蛇經驗

參考資料

1. Dennell, R. (2016). Life without the Movius line: the structure of the east and Southeast Asian Early Palaeolithic. Quaternary International, 400, 14-22.
2. Dennell, R. W. (2018). The Acheulean assemblages of Asia: a review. In The Emergence of the Acheulean in East Africa and Beyond (pp. 195-214). Springer, Cham.
3. Hu, Y., Marwick, B., Zhang, J. F., Rui, X., Hou, Y. M., Yue, J. P., … & Li, B. (2019). Late Middle Pleistocene Levallois stone-tool technology in southwest China. Nature, 565(7737), 82-85.
4. Chen, F., Welker, F., Shen, C. C., Bailey, S. E., Bergmann, I., Davis, S., … & Yu, T. L. (2019). A late middle pleistocene denisovan mandible from the tibetan plateau. Nature, 569(7756), 409-412.
5. Brumm, A. (2010). The Movius Line and the Bamboo hypothesis: early hominin stone technology in Southeast Asia. Lithic Technology, 35(1), 7-24.
6. Bar-Yosef, O., Eren, M. I., Yuan, J., Cohen, D. J., & Li, Y. (2012). Were bamboo tools made in prehistoric Southeast Asia? An experimental view from South China. Quaternary International, 269, 9-21.
7. Xhauflair, H., Pawlik, A., Gaillard, C., Forestier, H., Vitales, T. J., Callado, J. R., … & Dizon, E. (2016). Characterisation of the use-wear resulting from bamboo working and its importance to address the hypothesis of the existence of a bamboo industry in prehistoric Southeast Asia. Quaternary International, 416, 95-125.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。