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富蘭克林誕辰|科學史上的今天:1/17

張瑞棋_96
・2015/01/17 ・987字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

美國的紙鈔上印的都是政治人物,但其中最高面額的百元紙鈔上的班傑明・富蘭克林卻顯得與眾不同。他不但是政治家,還是政治學者、出版家、作家、慈善家、發明家與科學家。

富蘭克林的塑像。圖/James Peniston Sculpturelicense

富蘭克林最家喻戶曉的故事應該就是他放風箏捕捉閃電的大膽實驗,其實在這之前他就對電有深入的研究了。當時人們對電的認識只有摩擦產生的靜電現象,還以為摩擦玻璃與摩擦樹酯所產生的靜電是兩種不同的電。1748 年,富蘭克林自一手創辦的印刷事業退休下來,專心研究之後才發現靜電是因為摩擦造成電荷移轉所致,而且兩者的電荷數量是守恆的,他分別將之正名為正電與負電。不過他誤以為電流是正電荷的流動方向,後來為了維持這沿用已久的定義,我們只好定義電子帶負電。

此時可以貯存靜電的萊頓瓶才剛發明沒幾年,人們拿它來做娛樂表演,富蘭克林想到可以用它來驗證自己的推測:閃電的性質與靜電是相同的。1752 年一個暴風雨的日子,富蘭克林站在穀倉內將風箏升到雷電交加的半空中,風箏線上掛了支鑰匙連接到室內的萊頓瓶。果然閃電經由掛在風箏線上的鑰匙導引到萊頓瓶,證明了閃電就是電,而且可以像靜電那樣傳導並貯存起來。

富蘭克林因此實驗成為英國皇家學會的院士,從一個沒受教育的印刷商變成受人敬重的科學家。是的,他十歲就輟學,他的豐富學識都是靠自學而來。除了因為風箏實驗得到靈感而發明了避雷針,還發明了雙焦眼鏡、安全壁爐、導尿管、里程表,並對光學、熱學、氣象學都做出貢獻。他還做了人口統計、海洋灣流的調查。他從未為他的發明申請專利,他說:「當我們享受他人的發明帶來的便利,我們應該為自己的發明有機會服務他人感到高興,因此當然應該無私慷慨的去做。」

基於這種無私的胸懷,他一直都積極的參與公共事務。他設立了美國第一家醫院、第一所圖書館、第一支消防隊、第一家保險公司等等嘉惠公眾的機構,也參與了美國獨立宣言的草擬。他這些偉大的創舉以及對美國的重大貢獻,為他贏得了「美國第一人」(The First American)的稱譽。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

 


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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

參考文獻


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台灣科技媒體中心_96
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