要隔離多久，才能形成新人類物種？－－《未來人類》

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

在過去，許多電影創作者曾經嘗試在電影裡加入氣味，隨著劇情走向讓觀眾聞到不同角色、場景的味道，更能夠融入電影的情境中。而現在，則有科學家想藉由偵測電影院裡的空氣，反過來得知觀眾在看電影時的情緒反應、甚至推測電影當時播放的情節。

我們時常會形容一部電影是歡樂的、或者驚悚懸疑的，光是坐在電影院裡頭就能感受到影片的氣氛。但最近有科學家發現，對於某些電影來說「氣氛」並不是只有字面上的抽象意義。在德國的麥因茲（Mainz），馬克思．普朗克化學研究所（Max Planck Institute for Chemistry）和約翰．古騰堡大學（Johannes Gutenberg University）的科學家分析了電影院裡的空氣，發現不同的電影在放映時分別會在空氣中留有一些獨特的特徵。

藉由化學分析來分辨電影場景究竟是緊張、有趣、或者是無聊的，如今已經是一項有可能實現的技術。麥因茲的研究人員分析每位觀眾在觀看不同類型的電影時，空氣中的化學成分組成有何改變，來區分觀眾對每部電影的感受，利用分析的結果還可以反過來推斷電影播放到哪一幕。根據研究結果顯示，當電影播放到緊張或者有趣的片段時，空氣中的化學特徵是最容易辨認的。

馬克思．普朗克化學研究所的研究團隊負責人強納森．威廉斯（Jonathan Williams）表示：「電影『飢餓遊戲』的化學訊號非常明顯，即使我們對不同的觀眾重複進行實驗依然得到同樣的結果。例如播到主角在為了她的生命奮戰時，電影院裡的二氧化碳和異戊二烯濃度會明顯地提高。」過去威廉斯和他的團隊經常到亞馬遜雨林進行氣體偵測，異戊二烯是人類呼吸時除了二氧化碳之外最常排出的微量化合物，不過目前還不知道是什麼樣的過程導致異戊二烯的分子生成。

研究團隊發現，二氧化碳和異戊二烯濃度提高的原因是因為觀眾在看到刺激的電影片段時因為緊張、焦慮而使得呼吸速度加快。至於喜劇片則會產生不同的分子跡象，而且研究團隊可以清楚的分辨出兩者的不同之處。

人類呼吸對於全球微量氣體濃度變化的影響

「我們一直很好奇是否能夠用化學方法來分辨不同電影情節所引發的情緒」，威廉斯一直致力於研究一大群人在特定時間內呼出來的氣體，還曾經用裝置測量麥因茲的一座足球場在比賽時的空氣組成。當時他想要知道人類的呼吸是否會對微量氣體(例如溫室氣體：二氧化碳與異戊二烯）的濃度造成顯著影響，不過他在足球場所做的實驗結果並不如預期，原本想要觀測足球迷在進球後極度興奮地歡呼、吶喊對空氣造成的化學反應也沒有成功，因為該場比賽最後是0：0打成平手（呃）。後來威廉斯和他的同事才決定改在電影院這個較穩定的環境裡分析人們的情緒體驗。

氣體偵測技術未來的發展可能

威廉斯說到：「目前看來，我們可以測量空氣中是不是有緊張的氣氛存在」，他相信這些微量氣體的測量結果有十足的潛力可以應用在和人類呼吸相關的研究，還有更多的數據可以拿來分析調查人體的新陳代謝系統。

測量一個大型群體的呼出氣體，或者所謂的「群聚呼吸」，提供給許多個案研究一個新的研究方向，特別是近來許多研究都面臨了艱困的挑戰和道德框架的束縛。此外，這類研究也可以實際應用在產業方面，例如廣告商可以迅速而且具體的測量一大群人對於情緒刺激的反應，不再需要進行費時的調查。

研究團隊的測試內容總共包含16部電影，向不同體型的觀眾放映了許多遍，例如光是「哈比人」就播了15次。研究人員會替每部電影裡的各個場景剪成約30秒的片段，然後替這些片段想出具體的形容標籤。接著交由十位志願者分別判定這些片段是屬於「幽默」、「對話」、或者「打鬥」的場景，一個場景的標籤必須要數個研究人員都做出相符的判斷才會被採用。

確定測試片段的類型之後，研究人員在電影院的技術室內安裝測量裝置，記錄觀眾在空氣中呼出的二氧化碳其他數以百計的化學元素。他們在通風系統中放置了質譜測定儀的偵測器，每隔30秒會進行一次偵測。這個裝置會將化學分子離子化之後，讓它們在一個電子場域內加速，以判定各個元素所佔的比例。

得到這些資料之後，威廉斯也約翰古騰堡大學電腦科學研究室的克萊瑪(Stefan Kramer）教授請求幫助，這個研究室是世界上數一數二的系統化資料搜集與分析（數據挖掘）機構。而發展出這套評估機制另一位研究人員威克爾（Jörg Wicker）說出他的結論：「從統計學的角度來看，我們從喜劇片和驚悚片蒐集到非常明確的化學信號，我們甚至可以不用看電影就分辨出來。」

而威克爾和克萊瑪的下一項研究也準備好了：觀察觀眾在觀看熱門電影「星際大戰」時的釋放出的微量化學物質，不曉得星戰迷在看電影的時候是不是會釋放出特殊的化學元素，或者會偵測到原力的存在呢！？

資料來源：

• Suspense in the movie theater air

印尼東部的佛洛勒斯島（Flores island）得名於葡萄牙文的「花」，位於度假勝地巴里島東方，面積 14300 平方公里，大概是 40% 台灣大。1998 年論文報告，島上出土距今 80 幾萬年的石器時[1]，沒人料到隨後幾年這個島上的新發現，將徹底顛覆我們對人類演化史的認知。

智人以前，島上的石器製造者

人類現存於世最近的親戚是黑猩猩，兩者大約在 700 萬年前有共同祖先。人這一邊，幾百萬年來曾演化出許多與人類似的物種，例如阿法南猿（Australopithecus afarensis）、尼安德塔人（Neanderthal）等等，統稱「hominin」，不過他們全都滅絕了。除了 hominin 之外，沒有別的動物會製造石器，因此 88 萬年前島上有石器，等於那時島上也有 hominin 存在。

當時推論最可能的石器製造者，來自附近的爪哇，畢竟講到直立人（Homo erectus），最有名的就是一南一北的爪哇人與北京人。但這無法解釋一個問題：直立人怎麼渡海？所有大猿與 hominin，都沒有主動渡海的能力，唯一例外就是我們智人。

冰河時期時海平面較低，許多現在是島的地方，以前曾與臨近陸地相連，例如不列顛、台灣、爪哇。不列顛島上有尼安德塔人、台灣島附近有澎湖原人、爪哇島上有直立人，都可以推論是走過去的，然而佛洛勒斯島不同，這個島一直都是個島，即使海平面最低時，離最近的陸地仍有 19 公里之遙，沒有已知的 hominin 有能力克服[2]。

不過 2004 年發表的新發現遠比渡海更難解，讓全世界都驚呆了。

在很久很久以前，有一個哈比人住在洞裡

事實上，佛洛勒斯人（Homo floresiensis）公諸於世前，早就先震驚了知情者。每個人類演化學家都期待有新發現，但當你費盡千辛萬苦後找到的，是個看起來像成人，身高卻只有一公尺，腦容量只有 400 cc（智人大概是 1300）的「人」，正常反應也會是驚嚇的無法言語，甚至沒辦法寫出令編輯滿意的論文。

Nature 期刊編輯 Henry Gee 看到論文初稿時，腦補作者們真正的意思是：「幫幫我們，我們實在不知道找到的是什麼，該怎麼描述，只好先來個曖昧的寫法，看看你覺得怎樣。」那時電影《魔戒》系列當紅，有作者甚至一度打算把這矮小的人種命名作「Homo hobbitus」，後來雖然沒有成真，「哈比人」仍成為佛洛勒斯人通用的外號[3]。

總之 2 篇論文還是在 2004 年發表了，「Homo」這個分類也不意外引爆論戰，這可是腦容量不到 500 cc 的物種，第一次被歸類為人屬[4] [5]。但隨著化石一起出土的石器卻表示，這種住在海島上的小腦袋生物，有製造工具的能力，更驚人的是，他們一直生存到距今 2 萬年內，那時智人都已經抵達附近的島嶼和澳洲幾萬年了。

至今唯一發現佛洛勒斯人化石的，仍只有佛洛勒斯島上的梁布亞洞穴（Liang Bua Cave），在此後續幾年的挖掘又找到一些化石與石器。今年最新研究則發現，以前低估了化石所處地層的年代，定年結果修正後，化石介於 6 到 10 萬年前，石器介於 5 到 19 萬年前[6]。

好，我們現在知道佛洛勒斯人可能在 5 萬年前滅絕，那時剛好智人抵達附近區域，給人不少想像空間。然而這只是發現佛洛勒斯人後，一長串疑問中的一個，學者只能一方面儘量拼湊已知線索，另一方面繼續尋找更多資訊。目前佛洛勒斯人還有環環相扣的三大未解問題：他們是誰？怎麼抵達島上？在島上住了多久？

哈比人：意外旅程

佛洛勒斯人在島上住了多久？不知道。但 2010 年的論文報告，佛洛勒斯島上另一個地方找到距今 102 萬年的石器，刷新之前的 80 多萬年記錄，而且相隔甚遠的三個年代，石器技術卻很相似，也許意謂佛洛勒斯人獨居島上有百萬年之久[7]。不過 80 到 19 萬年間，畢竟是段很長的落差。

佛洛勒斯人是誰，演化上如何定位？假說主要有三個[8]。一說認為這些矮小、小腦袋的人，其實只是病態的智人，而非一種獨立的物種，但隨著對 9 個陸續挖掘出個體的分析，這論點站不住腳，因為不同個體的化石，皆在某些形態上觀察到原始的特徵，可見佛洛勒斯人與智人分家很早，有著不同的演化史[9]。

其餘兩個假說，又關係到佛洛勒斯人是哪裡來的，至今勝負未分。一派學者主張，佛洛勒斯人本來是住在海的西邊，爪哇的直立人，在佛洛勒斯島上歷經島嶼侏儒化（insular dwarfism），所以身高變矮、大腦變小。另一群學者則認為（善意提醒，本文作者較為偏好這個，以下描述可能會有偏見），佛洛勒斯人源於某個古老的演化分枝，或許接近巧人（Homo habilis）、甚至是某種南猿，如此一來就比較難判斷，佛洛勒斯人經歷過哪些改變、變化程度如何。

不論佛洛勒斯人的祖先是爪哇直立人，或不知道哪來的人，要登陸佛洛勒斯島都勢必要先渡海；而不管是主動用木筏渡海，或是被動漂到島上，海流的方向都至關重要。

哈比人：隨波逐流

假設佛洛勒斯人的祖先無法主動渡海，最初又是如何抵達島上？學者推論是被海流帶上去的，海嘯、颶風在佛洛勒斯島附近的海域並不罕見，2004年的南亞大海嘯，更是有生還者直接從一個島被沖到另一個島，可見這種狀況的確有機會發生。

假如佛洛勒斯人從那時連著南亞大陸的爪哇來，最近路徑是「爪哇－巴里－龍目－松巴－佛洛勒斯」，直線距離看來比另外兩條可能路線更短，一條是「加里曼丹－蘇拉威西－佛洛勒斯」，另一條繞更遠：「中國－台灣－菲律賓－蘇拉威西－佛洛勒斯」。兩點間直線一定是最近距離嗎？考慮到海流方向，通過佛洛勒斯的海流，方向大致是從太平洋往印度洋，換句話說，爪哇路線距離雖短卻是逆流，機率反而不如另外兩條隨波逐流之路要高[10]。

兩條繞島路線共通點是，佛洛勒斯的前一站，都是形狀很神奇的蘇拉威西島，若此假說為真，意謂爪哇那邊住著直立人，「蘇拉威西－佛洛勒斯」這邊住著佛洛勒斯人一脈，兩者擁有不同的過去，也沒見過面。蘇拉威西島上最近找到 10 到 20 萬年前的石器，替此說提供新的佐證[11]。

值得一提的是，抵達蘇拉威西前，佛洛勒斯人可能曾路過台灣，機率不高就是。台灣目前已知的非智人 hominin 雖然只有澎湖原人，但台灣在人類演化史中，也許還有更重要的一席之地。（《除了左鎮人，還有哪些古代人們在台灣生活過？ 》）

人類來到西邊與哈比人的隕落

綜合佛洛勒斯島的各項資訊，本來看似合理的故事是，百萬年來佛洛勒斯人在島上歷經海嘯、颶風、地震的重重兇險，一直延續到一萬多年前，終於不敵一場巨大的火山爆發，與島上共存許久的大型動物們，如劍齒象（Stegodon）一起滅團。但佛洛勒斯人更早消失的新事證，推翻了這個故事，也增添一個新問題：這與智人有關嗎？

看到這裡，讀者應該能更加了解佛洛勒斯人。這種小腦袋、小身軀的神秘 hominin 發現後，讓學者提出一個又一個推論，卻沒一個能肯定。每個如佛洛勒斯人或納萊迪人般（《納萊迪人－既原始又現代的南非新星 》），人類演化領域的震撼發現都提醒我們，對這方面的了解仍是多麼侷限。

參考文獻：

1. Morwood, M. J., O’Sullivan, P. B., Aziz, F., & Raza, A. (1998). Fission-track ages of stone tools and fossils on the east Indonesian island of Flores. Nature, 392(6672), 173-176.
2. Dennell, R. W., Louys, J., O’Regan, H. J., & Wilkinson, D. M. (2014). The origins and persistence of Homo floresiensis on Flores: biogeographical and ecological perspectives. Quaternary Science Reviews, 96, 98-107.
3. The discovery of Homo floresiensis: Tales of the hobbit
4. Brown, P., Sutikna, T., Morwood, M. J., Soejono, R. P., Saptomo, E. W., & Due, R. A. (2004). A new small-bodied hominin from the Late Pleistocene of Flores, Indonesia. Nature, 431(7012), 1055-1061.
5. Morwood, M. J., Soejono, R. P., Roberts, R. G., Sutikna, T., Turney, C. S., Westaway, K. E., … & Hobbs, D. R. (2004). Archaeology and age of a new hominin from Flores in eastern Indonesia. Nature, 431(7012), 1087-1091.
6. Revised stratigraphy and chronology for Homo floresiensis at Liang Bua in Indonesia
7. Brumm, A., Jensen, G. M., van den Bergh, G. D., Morwood, M. J., Kurniawan, I., Aziz, F., & Storey, M. (2010). Hominins on Flores, Indonesia, by one million years ago. Nature, 464(7289), 748-752.
8. Human evolution: Small remains still pose big problems
9. Jungers, W. L., Harcourt-Smith, W. E. H., Wunderlich, R. E., Tocheri, M. W., Larson, S. G., Sutikna, T., … & Morwood, M. J. (2009). The foot of Homo floresiensis. Nature, 459(7243), 81-84.
10. Morwood, M. J., & Jungers, W. L. (2009). Conclusions: implications of the Liang Bua excavations for hominin evolution and biogeography. Journal of Human Evolution, 57(5), 640-648.
11. van den Bergh, G. D., Li, B., Brumm, A., Grün, R., Yurnaldi, D., Moore, M. W., … & Storey, M. (2016). Earliest hominin occupation of Sulawesi, Indonesia. Nature, 529(7585), 208-211.