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這棵聖誕樹哪裡怪怪的?來找找聖誕樹上的動物朋友吧!

PanSci_96
・2017/12/25 ・7465字 ・閱讀時間約 15 分鐘 ・SR值 483 ・五年級

y編按:「咦?這棵聖誕樹好像哪裡怪怪的?」

受夠了每年聖誕節時,在卡片上、街道旁的聖誕樹都都千篇一律的聖誕樹嗎?這些小動物們也是!於是牠們悄悄地變成了聖誕節的裝飾,你認得出牠們來嗎?

泛科學祝大家聖誕佳節快樂喔:)

  • 備註:因為構圖關係,動物們的比例有進行縮放調整,並非等比例。
  • 若要使用原圖做卡片的話,這裡走:《這棵聖誕樹哪裡怪怪的?

 

  • 文字撰寫:曾文宣(花園鰻、大鱗海鞘、乳頭棘蛛、避債蛾幼蟲、鐘型水母),曾柏諺(大旋鰓蟲、蜜罐蟻、大西洋海神海蛞蝓、小真菌蚋)
  • 圖片繪製:微雨
  • 編輯:y編

花園鰻:你才拐杖糖、你全家都拐杖糖

走一趟屏東海生館,在珊瑚王國館的底端,你一定會發現有不少遊客圍著圓柱形的展缸,發出少女般的讚嘆聲。「欸!你看這個!好可愛哦!!!」這是近年來超級火紅的明星珊瑚礁魚類:花園鰻。

你看我嗎?source:i.pinimg

花園鰻在分類上屬於糯鰻科(Congridae)底下、異康吉鰻亞科(Heterocongrinae)的成員,一共有30餘種,大多分布在印度洋和西太平洋海域,居住在近岸礁岩、底質具細砂的溫暖環境中。牠們最讓人津津樂道的,莫過於花園鰻的特殊習性:身體後半部埋在底砂裡、前半部則高舉在水中,隨著海流搖曳生姿。又因為總是一整群住在一塊,動作又很一致,大魚經過時全數瞬間縮回砂中,威脅一走又全數緩緩地伸出頭來,就像花園裡漸漸抽高的植物(不過筆者其實無法想像有這樣的植物XD)而得名。

展缸中黃白黃白間隔體色的是橫帶園鰻(Gorgasia preclara)、另一種全身灰色具細小黑點斑及兩對大型黑斑的則是哈氏異糯鰻(Heteroconger hassi),兩種體長最長大概達40公分。

曾文宣拍攝於海生館。

對大多數喊「好可愛哦!」的遊客而言,花園鰻的生活似乎愜意極了。牠們似乎只做兩件事,一、伸出來,等著取食漂流而過的浮游生物,二、縮回去,以躲避掠食者。

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沒錯,就是這麼蠢萌的外型和習性,花園鰻在幾年前聲名大噪,日本的水族館開始推出一系列的周邊商品,抱枕啦、吸管啦、鉛筆啦、帽子和聖代都有,非常轟動。甚至,他們還將每年的11月11日訂為「世界花園鰻日」,硬生生要跟Pocky巧克力棒日、還有光棍節撞在一塊,難道長長的東西都要同一篇歡慶就是了(好啦,世界蛇日不是這一天XD)

source:京都水族館

Ps. 還有動漫作家趕上了這股風潮,將花園鰻這種總是「進進出出」的動物設定為某部作品的吉祥物。各位有興趣可以搜尋《下流梗不存在的灰色世界》,值得一看嗎?我…我…我才沒有看過呢!

source:IMDb

參考資料:

大鱗海鞘:千萬別惹這條彩帶

如果各位在大海裡瞧見了這種中空管狀的半透明的物體,先別急著厭世地覺得又是什麼人工垃圾破壞海洋,這東西可大有來頭!

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  • 這東西和我們脊椎動物的關係比起和昆蟲蝦蟹的關係都還要近。
  • 有看過小說《群》吧?裡頭假想的智慧型群聚單體生物 Yrr,控制著大海引起一連串的災厄……這Yrr讀起來還跟這影片中的主角神似阿。
source:biodiversityexplorer

這根身長超過20公尺、直徑可達1.2公尺的中空管狀物,由數百隻或是數千隻的單體所構成,名為大鱗海鞘(Pyrostremma spinosum),每隻單體大概只有14 mm 那麼大,彼此也以膠狀物質牽連著!管狀的開口端是這群生物的後面、封閉端則是前面,這幾千隻的小生物便這樣慢慢地過濾海水中的細小食物,並將水排至管內。幾千隻單體過濾後的水往開口端排出,然後透過水流的反作用力,慢慢地一起移動,團結力量大呀!

大鱗海鞘,顧名思義,屬於海鞘這一類的動物。牠們和我們一樣屬於脊索動物門,但歸類在被囊動物亞門(Tunicata,舊名尾索動物亞門。我們則是脊索動物亞門)當中。幼體同樣具有脊索和背神經管,成體時消失。因此,這海漂垃圾般的群聚蟲蟲,比起蝦蟹昆蟲等的節肢動物門,可說是我們的遠房表親呢。

在這一群稱為海鞘的動物當中,樽海鞘綱(Thaliacea)的成員有別於常見底棲固定於原處的海鞘,牠們是終生在大海中隨波逐流的。有些物種各過各的,但也有不少物種會群聚成「鏈狀」或「管狀」的聚合體,一齊討生活。我們的鱗海鞘(俗名是pyrosome)就是管狀的例子,而樽海鞘(salps)則是形成長鏈狀,但後者的單體比起前者要大得多。

牠們受到驚擾時的反應更是讓人驚奇,鱗海鞘會發出亮藍綠色的生物螢光,因此俗名的Pyro(火)+some(體),讓牠們也有了火體蟲這個搶眼的名字。169年前,大名鼎鼎、素有達爾文的鬥牛犬之稱的博物學家:湯瑪斯·赫胥黎,也曾被牠們閃耀到情不自禁寫下了這段話呢:「I have just watched the moon set in all her glory, and looked at those lesser moons, the beautiful Pyrosoma, shining like white-hot cylinders in the water.」。

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Ps. 切記,如果真的遇上了大磷海鞘,可千萬不要一時興起游進管內。海洋無脊椎動物學家K Gowlett-Holmes 報告指出,她曾發現一隻企鵝死在兩公尺長的鱗海鞘群聚當中,可見,千萬不能低估這群膠狀小動物的強韌啊!

參考資料:

乳頭棘蛛:星星找海星太復古,找我才夠潮

如果每年聖誕樹頂上的星星都找海星來的話,那就太落伍啦。今年,我們有個更潮更具話題性的動物擔任聖誕樹星爵,那就是乳頭棘蛛(Gasteracantha cancriformis)……的女生!

星星的位置是我的!source:Wikimedia

棘腹蛛屬(Gasteracantha)是廣泛分布於新世界、南非、東南亞及澳洲的織網性蜘蛛,多棲居在低海拔的林緣或草叢邊,體型不大、不會超過三公分。體型雖小,但棘腹蛛們的模樣卻相當細緻搶眼、也帥氣滿點,平常鬆軟軟的蜘蛛腹部在牠們身上,是具有一到三對或長或短、或粗或細的棘刺,每個物種都略有不同,外型可能像六芒星、手裏劍、魟魚、飛碟、甚至是迴旋鏢都有。而且不少物種在棘刺和腹部主體上,有非常炫麗的高對比配色,白肚子+黑刺、白肚子+血紅刺、或黃肚子+紅刺等等,顏色相當多樣。

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在台灣,一共有三種俗名稱作棘蛛的蜘蛛,分別是數量比較多的乳頭棘蛛、古氏棘蛛、和梭德氏棘蛛。我自己曾經在旗山服役的學校後頭,走一趟發現十多隻的古氏棘蛛(G. kuhlii),白肚黑刺一身對稱的牠們,真的超可愛又不害羞,大剌剌地待在圓網正中間讓你徐徐按下快門。梭德氏棘蛛(G. sauteri)則是三者當中最美艷的,鮮黃色橢圓形寬長的腹部,其上帶有黑斑,兩側還有紅色延伸的長棘刺,美的出奇。而乳頭棘蛛(Thelacantha brevispina),後來發現中文俗名使用失當,應改為短棘蛛才對,真正的乳頭棘蛛,應該只有美洲才有哦!

不過這些成員都有個共通的模式,那就是只有雌蛛才有如此亮眼的棘刺,到了雄蛛身上,這些棘刺多半又小又短鈍、只有被忽略的份。下回,有機會遇上這些帥氣又溫馴的女孩們,相機就準備好吧!

順帶一提,乳頭棘蛛的學名是來自古希臘Gaster(腹部)+acantha(刺)、和拉丁文 cancer(螃蟹)+formis(模樣)的意思,非常貼切哦!

參考資料:

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避債蛾幼蟲:我是毬果,你看不到我

聖誕樹上高掛的毬果吊飾,長相似乎有點走鐘。沒錯,這是一個大家絕對有親眼看過,卻可能不曾好好多留心半刻的偽裝大師:避債蛾(Psychidae)的幼蟲!

source:Wikimedia

筆者第一次從朋友口中聽到這個名字還確認了數次,避債蛾?躲債的那個避債蛾?

是的。不知道當初給這個中文俗名的科學家是不是傾家蕩產做研究,計畫沒有拿到又得養助理、學生而欠了一屁股債,只好餐風露宿、裹著一件睡袋過聖誕節(好逼哀啊)?另一個比較中性一點的名字是蓑蛾,英文俗名則是簡單使用了bag+worm,都是形容這種世界廣布的蛾類,其幼蟲具有揹著護身鎧甲到處跑的習性。

避債蛾的幼蟲會利用泥沙、樹枝、殘葉等材料,纏繞自己的絲線,製作成一個囊袋住在裡頭。吃東西或是移動時,會將頭手伸出睡袋外,移動時就扛著這一大包趴趴走。一旦遇到危險,就會迅速躲入這個不起眼的小睡袋中。等到要化蛹了,就把這個睡袋繫在石頭、樹葉或人造物底下。有趣的是,雌蛾羽化後仍然宅在家躲債,牠們沒有發育出口器和翅膀,只能在家散發著費洛蒙、等著白馬王子—雄蛾飛來搭救她、並與之交配。結束過後,雌蛾還是不出來,她將會在自己的睡袋中產下大量的卵,然後死去。而新一代的幼蟲則從老媽的睡袋、娘家、洞房、產房中,開始嶄新的還債篇章(誤)。

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不同種類、不同個體做出來的蓑巢都不太一樣哦。這裡,點綴蠶食著聖誕樹的主角則是來自美國東部,數量不少、喜食松柏杉的常綠樹蓑蛾(Thyridopteryx ephemeraeformis)。

參考資料:

鐘型水母:不會叮叮噹,但會螫到你沒叮沒噹

鈴鐺般的外觀、細長的觸手,這是在澳洲奪走至少60條人命的頭號殺手,也是全世界最毒、最危險的動物—鐘型水母,或稱作澳大利亞箱形水母(Chironex fleckeri)。牠們最響亮的俗稱,聽了都令潛水客膽寒,致命的「海黃蜂」!

source:Wikimedia

鐘型水母是立方水母綱(Cubozoa)裏頭體型最大的一員,鈴鐺狀的傘狀體可以長到籃球那麼大,重達兩公斤。多達60根的觸手在打獵時可以延長到三公尺長,每根上面都有數以百萬計的刺絲胞,用來將細小的毒針射進獵物體內,快速奪走對方的性命。

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鐘型水母分布於越南、菲律賓至新幾內亞和澳洲東北部的淺海域裡頭,由於其日行性的習性及半透明的身體,置身在例如昆士蘭混濁的海水浴場裡,容易被這種水母螫傷。其刺絲胞中的毒素,會迅速引起劇烈疼痛、在五分鐘內大亂體內心血管系統,若沒有即時注射解毒劑,遭螫傷的患者可能在十多分鐘以內因心搏停止而死去。

像這樣不好惹的劇毒鈴鐺,還是得提防特定掠食者的。在整個西太平洋海域,綠蠵龜或革龜等海龜,就是著名的水母饕客。牠們只要把眼睛闔上,水母的刺絲胞就完全奈何不了海龜身上的硬殼和鱗片,只能當作蒟蒻點心被吃掉囉!

可是呀,近年來海洋垃圾的問題越來越嚴重,海龜們分不清塑膠袋和水母就都全吞下肚,造成不少憾事。而這些大型掠食者數量的下降,連動著讓不少海域的水母數量開始激升,也引來非常嚴重的生態問題。因此,總別以為海洋離我們很遠、與我們無關,這些由人們挑起的狂瀾,這些數字上的變化,無疑就是環境伺機反撲的警鐘呀。

參考資料:

大旋鰓蟲:聖誕樹 4ni!

擁有耶誕樹蟲(Christmas tree worms)之稱的大旋鰓蟲(Spirobranchus giganteus),盛開在全球熱帶海洋的珊瑚礁上,有玩海水缸的朋友一定對他不陌生,他就是水族箱裡管蟲的親戚,但是玩家一定覺得很奇怪,說是「管」蟲怎麼沒有管呢?原來大旋鰓蟲的棲管隱藏在與之共生的珊瑚礁裡,因此從外觀上就好像從珊瑚上開出的小耶誕樹一般,這才有此美名。

The Unknown Beauty Of Our Planet 。

大旋鰓蟲在繁殖季節會對海水釋放出精子與卵子,當精子與卵子相遇受精後便降落在活珊瑚上,分泌酸性物質在珊瑚上開一個洞,接著才分泌碳酸鈣製造自己的棲管,以這般雙重保護定居在珊瑚礁裡。

而我們在看到他在水中擺來擺去,看起來像是耶誕樹的構造稱作鰓冠,注意到上面佈滿細小的纖毛了嗎?以蜉蝣動植物維生的牠們,當他的纖毛攫獲到食物時,會擺動著將食物送回中央鰓柱的口部;不僅如此,這些鰓冠也肩負著交換氧氣的呼吸功能。當鰓冠受到光與機械刺激時,可是會咻的一下快速縮回鰓管中,等一陣子感覺周遭安全了才再度舒展開來。

至於大旋鰓蟲對珊瑚這房東來說是奧客還是好客人呢?科學家發現在大旋鰓蟲保護下,珊瑚可以避免天敵棘冠海星的啃咬,看來這棵耶誕樹可不只是擺著好看,還很實用呢。

參考資料:

蜜罐蟻:球球!是球球!

蜜罐蟻是生活在美洲、澳洲甚至是大洋洲,包含了數十種螞蟻的統稱。雖然分別被劃分在不同屬裡,但這群螞蟻們可都有個共通點,就是都得在乾燥地區討生活。

© Alex Wild, myrmecos.net, 2004

在沙漠等地區食物與水資源可說是得來不易呀!在這樣嚴苛的環境壓力之下,蜜罐蟻們演化出了以身體儲存食物的能力。

平常衣食無虞的時候,蜜罐蟻的工蟻們就如同一般螞蟻一樣,孜孜矻矻地將食物搬回巢穴,不過在巢穴中待命的夥伴可就神奇啦,蜜罐蟻族群裡有一群專門儲存食物的工蟻,會倒掛在巢穴通道頂上,將其他工蟻採集回來的植物汁液、無脊椎動物體液等等喝下儲存在腹中;而在糧食短缺的日子裡,只要用觸角碰碰這些大腹便便的儲存蟻,牠們便會將蜜露再反芻出來,藉由這樣的機制達到保存糧食的效果呢。

可別看蜜罐蟻小小一隻,當他們達到儲存的「完全體」時可以到一顆波霸珍珠那麼大!雖然國外是說葡萄但是我覺得是外國的葡萄太小顆的關係。在墨西哥與澳洲等地,可都是原住民的美食,而據BBC主持人大衛艾登堡爺爺在節目中親身嘗試的描述,這些蜜罐蟻吃起來又暖又甜喲。

如果喂蜜罐蟻吃食用色素的話,就會像這樣有各式各樣的顏色。source:spoon-tamago

參考資料:

大西洋海神海蛞蝓:長的華麗,連名字都帥帥der

海蛞蝓們大多不怎麼擅長游泳,即便是稱作「海神」的大西洋海神海蛞蝓(Glaucus atlanticus)也不例外,大多數的時間牠們都是仰賴腹中的氣囊漂浮在水面,並隨著水流四處飄浮。

source:Wikimedia

而要是恰好碰上同樣四處飄浮的僧帽水母那可就能夠大飽口福啦,你沒看錯,大西洋海神海蛞蝓熱愛的美食竟然是最惡名昭彰的僧帽水母,還不僅如此,就如同許多海蛞蝓都有神奇的轉移能力一樣,大西洋海神海蛞蝓能夠將水母的刺絲胞轉移到自己背部的樹枝狀結構裡,因此要是在海岸邊遇見被浪打到岸上的大西洋海神海蛞蝓,可別冒冒失失地用手去抓,否則那滋味可不太好受呢。

值得注意的是,因為氣囊位置的關係,大西洋海神海蛞蝓如果不是刻意調整姿勢幾乎都是以腹部朝天的樣貌出現。如果你仔細觀察便能發現,大西洋海神海蛞蝓的腹部具備美麗的藍色,而背部則是銀白色澤,這有什麼特別之處呢?原來這樣的體色倘若由上往下看的時候便能利用藍色將自己與海水融成一體,而由下往上看的時候恰好就和亮白的天空一模一樣啦。像這樣子的特徵生物學上稱作「反蔭蔽(的體色)」,你熟悉的企鵝也是採取這樣的策略將自己隱藏在背景中來躲避如虎鯨一般的天敵喲。

參考資料:

小真菌蚋:一閃一閃藍光蟲

當你一腳踏入紐西蘭島的懷托摩洞穴(Waitomo Cave),如果是不知情的朋友,抬頭仰望時或許就如同十九世紀的探險家一樣,以為看見了星空呢。

這些星子的真面目其實是小真菌蚋(Arachnocampa luminosa),又稱作藍光蟲、紐西蘭螢火蟲、穴螢火蟲,不過雖然有螢火蟲之名,但他們其實隸屬於雙翅目的角菌蚊科(Keroplatidae),換句話說,比起鞘翅目螢科(Lampyridae)的螢火蟲,蚊子才是他們的親戚啦。

source:Wikimedia

而這些在洞頂熠熠生輝的正是小真菌蚋的幼蟲,牠們在洞頂吐絲織巢,並垂下長達卌公分、多達七十條之譜的粘絲,在一旁守株待兔等著哪個倒楣鬼一頭撞上,成為今天得來不易的晚餐。有趣的是,大家常誤會這些絲線就像是LED燈泡一樣發著光,不過其實發光的是小真菌蚋馬氏管裡的螢光素,藉由氧化還原一閃一閃,絲線本身並不發光,僅僅是折射與反射罷了。然而在攝影師長曝光的巧手之下,整個小真菌蚋的族群就像是在洞頂一座座華麗的水晶燈,閃耀著童話般的湛藍光彩,實在是太夢幻了。

參考資料:

你認出來幾個了呢?若還有遺珠之憾,也歡迎留言給我們,或許他們明年就出場了呢!

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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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紙聖誕樹也能開花!掌握溶解度原理長出滿樹結晶雪花
活躍星系核_96
・2016/12/24 ・2096字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 479 ・五年級

聖誕樹是聖誕節重要的象徵物之一。圖/Artur Staszewski@flickr, CC BY-SA 2.0
聖誕樹是聖誕節重要的象徵物之一。圖/Artur Staszewski@flickr, CC BY-SA 2.0

文/范博勛|2016 年畢業於臺灣大學化學系學士班,目前在桃園過著清閒的替代役生活。

又到了聖誕季節,對西方人來說,除了濃厚的宗教意義外,也是屬於家人團聚、享用大餐的重要節日,雖然台灣不是基督教國家也不太會下雪,聖誕節仍是眾人喜愛的節慶。

其中,一個重要過節的指標性植物,可能就是聖誕樹了!我們很難在自己家裡擺一棵真的聖誕樹,大多只能以塑膠聖誕樹取代。不過其實你還有一個選擇,可以簡單擁有自己的聖誕樹,還可以看著它漸漸長大。

雖然不是真正的樹,還只是聖誕樹形狀的紙片,但只要組裝好將它立在塑膠平台的十字插槽上,接著倒入神秘的無色透明液體,只要等待一段時間,就會發現聖誕樹上開始長出雪花了。

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這種紙樹開花的聖誕樹,你也玩過嗎?

為什麼紙聖誕樹會開花?

紙樹開花是應用溶液溶解度的特性而生的產品。可溶於水中的物質都有溶解量的上限,也就是所謂溶解度,如果溶在水中的物質量小於溶解度,就是「未飽和」溶液,剛好達到溶解度則是「飽和」溶液。未飽和溶液就像是沒吃飽,還能繼續溶解物質,飽和溶液則像是飽到極限肚皮極度緊繃。

想像一下,在你剛吃完吃到飽的情況下,有人用力擠壓你的肚子,讓你胃部體積瞬間縮小,結果絕對是吐得一塌糊塗。同樣的,將飽和水溶液的水慢慢移除,溶液中物質的量超過可溶解量,多出的物質最後會形成晶體而析出。

回到聖誕樹,神祕的無色透明液體通常是磷酸二氫鉀的水溶液(Potassium Dihydrogen Phosphate, KH2PO4),市面上也俗稱它為磷酸一鉀(註)。

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  • 註:磷酸二氫鉀一般的用途為農業化學肥料,可直接噴灑在土讓或葉片上。磷酸二氫鉀具良好的水溶性,對於含有大量水份的植物來說非常容易吸收,特別是植物生長初期,需要快速建立根莖系統才能快速吸收養分,磷酸二氫鉀主要提供的「磷」、「鉀」元素能幫助植物達到這一點。
圖/擷取自YouTube
圖/擷取自YouTube

當我們把磷酸二氫鉀水溶液倒入紙聖誕樹的平台中,這些溶液會藉由毛細現象(Capillarity)擴散浸濕整棵聖誕樹,隨等待時間越久,這些擴散到紙片的表面、邊緣的水分逐漸蒸散,相當於紙片上磷酸二氫鉀溶液的濃度越來越高,從未飽和溶液變為飽和溶液。隨著水量漸漸變少,可溶解磷酸二氫鉀的量也越少,超出水溶解量範圍的磷酸二氫鉀就開始以白色結晶的形式析出,在聖誕樹紙片上逐漸長大,最後就像是佈滿雪花的聖誕樹!

圖/擷取自YouTube
圖/擷取自YouTube

至於市面上各種顏色的結晶,其實是預先在紙片上塗上顏料,水溶液吸收顏料後與磷酸二氫鉀一起析出,便生成有顏色的晶體。

圖/擷取自YouTube
圖/擷取自YouTube

大家也許會好奇,只有磷酸二氫鉀水溶液才能用來種聖誕樹嗎?事實上,磷酸二氫鉀並不是唯一的選擇,其他鹽類或化合物像是食鹽(NaCl)、尿素(CON2H4)也曾被使用過。不同的鹽類具有不同的結晶性,像是結晶的難易度或晶形;聖誕樹紙片的材質也是影響結晶的因素之一,水溶液在不同材質下的擴散速率不相同,影響了晶形或是結晶的位置。考慮結晶難易度及晶形,為了種出美麗的聖誕樹,磷酸二氫鉀或許是相對突出的選擇吧!

作者在寫這一篇文章時,也嘗試種了一顆聖誕樹,只能說聖誕樹開花的原理不難,但要開出兼具藝術與不畸形的花朵真的有點難度!最後,跟大家說聲聖誕快樂,祝大家佳節愉快,趕緊去種出屬於自己的聖誕樹吧!

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筆者自製的結晶聖誕樹,雖然沒辦法像外面販售的一樣漂亮,但以此小樹祝大家聖誕節快樂!圖/作者提供
筆者自製的結晶聖誕樹,雖然沒辦法像外面販售的一樣漂亮,但以此小樹祝大家聖誕節快樂!圖/作者提供

參考資料:

  1. 陳淑媛,〈化學示範實驗:雪花聖誕樹〉,科學 Online,2010年12月4日
  2. 結晶聖誕樹
  3. JunyiAcademy,1-4 觀念 12 過飽和溶液(youtube)
  4. 科學 Online《暖暖包的原理》
  5. Solution, From Wikipedia, the free encyclopedia
  6. 認識肥料
  7. Monopotassium phosphate, wikipedia
  8. Mono-Potassium Phosphate 0-52-34
  9. A High Analysis Water Soluble Fertilizer

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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聖誕節不只禮物,還有植物:聖誕紅、槲寄生、紐西蘭聖誕樹的小秘密
Gilver
・2016/12/23 ・3825字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 472 ・五年級

世界各地的節慶習俗中,往往少不了植物來湊一咖。在聖誕節,除了必不可少的聖誕樹聖誕紅也是相當應景的裝飾植物。某些植物也因神話或民俗傳說,衍生了許多有趣的故事,譬如說:如果聖誕夜在長有槲寄生的樹下親吻,就能得到幸福。不過,這些植物其實都有一些不為人知的小秘密,如果在聖誕節晚上約會時不小心辭窮了,就讓本篇的植物小知識來支援你的話題吧!(說不定可以把氣氛弄得更糟喔)

聖誕紅:紅的不是花瓣

鮮豔的紅配上沉著的綠,這種讓人很想接一句狗臭屁的前衛配色,在聖誕節的時候反而變成一種討喜的象徵。而在聖誕節,紅花綠葉、花心還鑲著幾粒迷你鈴鐺的聖誕紅(poinsettia,學名Euphorbia pulcherrima)真是再應景不過了!可是,雖然在園藝上也被稱作是一種花材,但你知道:聖誕紅那大紅色的招牌其實不是花瓣嗎?

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比起動物可以直接移動、尋找同類交配,沒有行動力的開花植物得活用各種策略,想辦法讓自己的花粉能夠順利地傳送到同類的雌蕊上,才能繁衍後代。其中一種常見又有效的方法,就是用美麗的「活廣告」吸引傳粉動物來拜訪。在我們一般的認知中,通常都是由花朵來擔綱廣告招牌的角色;但以聖誕紅來說,那奪目的艷紅色可不是花瓣,而是由葉子特化而來的苞片(bract),或者你也可以說那是一種變態的葉子。仔細觀察聖誕紅的苞片和葉子,要不是苞片紅得明顯、也較小,和它本來的葉子外貌其實也相去不遠呢!

那麼,聖誕紅真正的花又在哪裡呢?中心那一顆一顆的就是花了吧······嗎?

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聖誕紅頂端的中心位置,可以見到好幾顆的大戟花序。花序的內心包藏著一根雌蕊,從裏頭伸出來的則是帶著成熟黃色花粉的雄蕊。至於長在花序邊邊的黃色嘴巴狀物體,就是能夠分泌蜜液、吸引傳粉動物的腺體了。Photo credit: Antti T. Nissinen @Flickr

其實也不完全正確呢。聖誕紅中心那一顆一顆的並不是花,而是包覆著數朵小花的花序(inflorescence),而聖誕紅的花序分類又屬於特別的大戟花序。每個花序的外圍,都由綠色的杯狀苞片(對,又是變態的葉子)包裹著一根小小的雌花和幾根突出苞片的雄花,這些花瓣退化、毫不起眼的迷你小花,其實才是聖誕紅真正的花。而且,在這些大戟花序的上面還會長出一顆長得像「黃金開口笑」的杯狀腺體,會分泌出甜甜的蜜,吸引蜜蜂和螞蟻來拜訪,臨走前順便帶走一些花粉,好讓牠們拜訪下一株聖誕紅時能幫忙完成授粉。

下次在看到聖誕紅的時候,不妨找一下有沒有黃金開口笑吧!

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聖誕紅的泌蜜腺體,看著跟日本動畫《中華一番》鋼棍解師父的黃金包子有87%像。左圖:動畫《中華一番》;右圖: Antti T. Nissinen @Flickr

順帶一提,雖然聖誕紅現在是溫帶國家的熱門節慶用植栽,但聖誕紅其實原本是生長在熱帶/亞熱帶地區的墨西哥及瓜地馬拉的植物。1828年,美國的政治家喬爾.羅伯茨.波因塞特(Joel Roberts Poinsett)將聖誕紅引入美國,聖誕紅的英文名字poinsettia即是向波因塞特(Poinsett)致敬喔。[1]

槲寄生:最浪漫的吸血鬼

小賈斯汀(Justin Bieber)演唱的聖誕熱門曲之一《Under The Mistletoe》,歌名中所說到的 “Mistletoe”,它的中文譯名是「槲寄生」。請睜大您的雙眼,是ㄏㄨˊ,不是檞(ㄒㄧㄝˋ),可別打錯字啦!在西方傳統的聖誕節習俗中,站在槲寄生下的情侶接吻將會幸福一輩子,與浪漫愛情沾上邊的槲寄生便成為了聖誕節的熱門裝飾植物。不過,學植物的敝人在下小弟我在看到「槲寄生」名字的當下,立即眉頭一皺、發現案情並不單純──這可能根本不是什麼帶來幸福的植物,而是活脫脫的植物吸血鬼啊!

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槲寄生(Viscum album)茂盛的懸掛在樹上的模樣,其實正大快朵頤的吸著宿主的養分和水分。Photo credit: Pauline Eccles

說到植物,我們總是馬上聯想到一群能夠進行光合作用固碳、既環保又可愛的自營生物,但在廣大的植物界裡,卻有一些成員偏偏就在演化的漫漫長路裡找到了偷懶的方法,那就是寄生植物,簡直苟且得令人髮指。寄生植物能用特化的吸器(haustoria),穿透寄主植物的保護層,掠奪寄主的養分或水分。有的寄生植物會行「全寄生」,連光合作用都不做了;有的則行「半寄生」,在偷懶之餘還保留著能行光合作用的葉綠體,而槲寄生就是一類行半寄生的植物。

關於Mistletoe究竟指哪一類的植物,從歷史和分布來看指的應該是指源自於歐洲的槲寄生(Viscum album),但後來也擴大名詞解釋的範圍,納入許多類似環境的半寄生植物,像是臺灣植物誌中紀錄的桑寄生科(Loranthaceae)植物成員就有17個種、2個變種,名字也相當多樣,例如:松寄生(T. matsudai)、木蘭寄生(T. limprichtii)、杜鵑寄生(T. rhododendricolius)、臺灣槲寄生(V. alniformosanae)、柿寄生(V. angulatum)都是屬於台灣的mistletoes,可見mistletoe已經不是專屬於歐美的植物。

另外,從名字上來看,可能會誤以為槲寄生的宿主就是槲樹而已,但實際上槲寄生非常厲害,能夠寄生相當多種類的植物。單就狹義的槲寄生(Viscum album)來說,它的宿主就橫跨了44個科、96個屬、共計452個種,常見的受害者包括了楓屬(Acer)、蘋果屬(Malus)、李屬(Prunus)、花楸屬(Sorbus)、冷杉屬(Abies)、松屬(Pinus)等等。而且,隨著槲寄生的傳播,受害的宿主種類仍然在增加中。[2]

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槲寄生(Viscum album)的果實。Photo credit: H. Zell

槲寄生到底是怎麼傳播它的種子呢?這就要問問它的完美搭檔--通稱啄花鳥(mistletoebirds)啦。啄花鳥與槲寄生是生物界一個共演化的例子,當槲寄生的完熟果實悄悄掛在樹梢,啄花鳥就會忍不住飛向它們、然後飽餐一頓。吞下鳥肚的槲寄生種子,上面包覆著厚厚的黏液,能夠順利地通過啄花鳥體內的試煉,來到消化道的終點。[3]

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由於種子實在是太黏了,啄花鳥又不像人類能用手(衛生紙?)擦屁股,只好在樹枝上面摩擦。於是,你就可以看到啄花鳥在樹梢靈巧的好像在跳著舞,但其實是在進行一個擦屁股的動作。這下可好了,槲寄生種子這個吸血鬼的後代,就這樣隨著啄花鳥的屁股,來到了下一棵受害者的身上。

槲寄生的散播範圍,就是靠著啄花鳥的飛行範圍而擴張。一旦沾黏種子在樹梢的萌發、益發茁壯,槲寄生就會開始將它的吸器伸入宿主的維管束,偷取宿主的養分和水分。同時,槲寄生的葉綠體就開始偷懶,光合作用效率一下子降低許多,在將宿主的營養盜取殆盡之前都不止息。這,就是最「浪漫」的吸血鬼,槲寄生的故事。

來看一下啄花鳥擦屁股的可愛影片吧!

紐西蘭聖誕樹:不長針葉的聖誕樹

全世界能夠稱作是「聖誕樹」的幾乎都是針葉樹,除了一種例外--生長在南半球的紐西蘭聖誕樹.高鐵心木(Metrosideros excelsa),是一種闊葉樹。

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生長在紐西蘭北島海岸的紐西蘭聖誕樹,高鐵心木(Metrosideros excelsa)。Photo credit: Wikipedia

當北半球的歐美國家在12月的冬夜裡歡慶聖誕節時,南半球的澳洲和紐西蘭卻正值酷熱的夏天。那他們的聖誕節該怎麼過呢?有的人會將聖誕節的活動移到天氣較冷的七月舉辦,稱作Midwinter Chrsitmas;有的人照樣在炎熱的聖誕節裡吃著大餐,只是稍微更改一下菜色,變得比較清涼一些。

有別於北半球的聖誕樹都是隸屬於松科(Pinaceae)的針葉樹(像是冷杉、雲杉),俗稱紐西蘭聖誕樹的高鐵心木是種闊葉樹,屬於桃金孃科(Myrtaceae)的成員,和芭樂、尤加利樹是同科不同屬的姊妹。

高鐵心木生長在北紐西蘭的原生樹種,常沿著海岸線生長,甚至可以分布在陡峭的岩岸上,這也是它毛利語名字 “pohutukawa” 的由來--意指「點綴在浪邊」(sprinkled by spray)。當高鐵心木盛放著滿樹如刷子般的紅花,紅綠相互映襯的配色讓人想起了聖誕節。巧合的是,高鐵心木開花的高峰期就在11月至1月,正好對應著北半球的聖誕節,因此有著「紐西蘭聖誕樹」的別稱。

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紐西蘭聖誕樹的花序,長長的紅色雄蕊成簇,相當漂亮。

雖然高鐵心木是這麼的喜氣洋洋,卻面臨了嚴重的外來種威脅。歐洲移民在紐西蘭發展毛皮工業時,引入了大量的負鼠(Trichosurus vulpecula)。對外來的負鼠沒有抵禦機制的許多紐西蘭原生的闊葉樹一一遭殃,高鐵心木亦是其中一個受害者。負鼠會吃掉高鐵心木的葉子和幼嫩的營養芽,是高鐵心木成株最大的威脅之一;此外,在野外建立野生族群的外來種山羊、以及人類飼養的綿羊和牛隻也會吃掉高鐵心木的幼苗,對高鐵心木的存續造成危害。[4]

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聖誕紅紅的不是花瓣,而是苞片;槲寄生雖然浪漫,卻是不折不扣的吸血鬼;紐西蘭聖誕樹,不是針葉樹。

以上,就是筆者想在聖誕節和大家分享的三個植物小知識,祝福各位讀者們聖誕快樂~

參考文獻

  1. Royal Botanic Gardens, Kew. “Euphorbia pulcherrima (poinsettia)“.
  2. Barney, C. W., Hawksworth, F. G., & Geils, B. W. (1998). Hosts of Viscum album. European Journal of Forest Pathology, 28(3), 187-208.
  3. 邱少婷(1999)。天生一對:從桑寄生與啄花鳥談共同演化。國立自然科學博物館館訊,262
  4. Hosking, Gordon, and John Hutcheson. “Pohutukawa (Metrosideros excelsa) health and phenology in relation to possums (Trichosurus vulpecula) and other damaging agents.” New Zealand Journal of Forestry Science 23.1 (1993): 49-61.
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Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。