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找到了人體新器官?「間質」到底是新發現還是老朋友呢?

果殼網_96
・2018/04/23 ・2961字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 594 ・九年級

  • 文/Yuki 小柒

最近幾天,以「科學家發現人體新器官」為主題的眾多報導忽然席捲網路世界,一度登上熱搜榜首,還迅速衍生出了「最大器官」、「經絡證據」等等說法。

很多人都迫不及待想知道「新器官」到底長什麼樣?為什麼之前沒發現?甚至莫名感到「身體裡仿佛多了點什麼……」,然而在這裡不得不先澆滅大家的好奇心,這次的所謂「重大發現」只不過又是一場由報導偏差引發的新「重大誤會」。

「新器官」說法從何而來?

就在上個月底(3 月 27 日),美國的一個科研團隊在《科學報告》雜誌(Scientific Reports)上發表了一篇題為〈Structure and Distribution of an Unrecognized Interstitium in Human Tissues〉的論文,中文譯作〈人體組織中一種新的間質組織結構及其分佈〉。1

原文標題。 圖/原始論文

美國 NBC 和 CNN 新聞採訪了該課題的負責人之一 Neil D. Theise 先生(紐約大學醫學院教授),Theise 在採訪中提到:「一開始我們覺得間質是個有趣的組織,但是仔細想想它和器官也有些相似之處」、「我們已經觀察了間質的結構,也正在進一步研究它的功能」。2

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於是,這兩家新聞媒體提煉了作者的「感覺」和「想像」,分別發佈題為〈間質:科學家發現人體新器官〉和〈新發現人體最大器官〉的頭條新聞,並迅速在世界各地掀起一股「新器官」報導狂潮。國內一些媒體和網站將這些新聞觀點翻譯後,更是添油加醋,打出各種搶眼標題。

間質的概念在網路媒體傳播過程中被誇張和放大。 圖/CNN

然而,仔細閱讀過論文原文後,會發現無論是題目還是正文,通篇找不到新器官(New organ)的說法。一篇中規中矩的論文,就這樣憑藉作者的大膽猜想和媒體的捕風捉影,像一粒小麥硬生生的發酵成了蛋糕,變成「重大發現」。

間質並不是器官!

查閱「器官」在解剖學上的定義後不難發現,要成為「器官」必須具備兩個基本條件3

首先,器官是由多種不同的組織構成的;
其次,構成器官的各個組織要共同協作行使特定功能。以心臟為例,它由肌肉組織、結締組織、神經組織和上皮組織構成,這些組織在一起實現了輸送血液的功能。

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那麼間質(間隙組織)是什麼?其實單單從字面就可以看出,它目前還僅在組織層面,離器官差著一個等級。間質的「廬山真面目」其實就是若干結締組織、膠原蛋白和內襯細胞組成的網狀微型液體腔(中學生物書裡寫的組織液還記得吧?間質其實就是容納組織液的地方)。把這樣一個非典型的簡單構造稱作器官,實在牽強。

退一步講,就算間質能憑藉簡單結構破格晉級器官,在衡量器官的第二個重要標準──具有明確功能方面,它也還未過關。且文章大半篇幅都是針對不同組織間質切片的觀察比對,沒有涉及間質功能的深入研究。作者僅僅簡單推測了間質的潛在功能;列舉出癌細胞在間質中轉移的可能性,並沒有提出足夠的檢驗資料支持論點。也就是說,網上看到的那些有關間質的神奇功能大多都是缺少事實根據的假設

間質結構示意圖。構成間質的膠原纖維相互交織形成網路狀,富含水分的間質液充盈其中。 圖/中文重製自原始論文

然而,有些報導不光把間質寫成器官,還非要讓間質當上器官之首,冠以「最大器官」稱號(皮膚表示:聽說有人要篡位?)。這種說法又是從哪兒來的呢?根據文章的描述,間質的分佈不像其他器官有各自固定的位置,它存在於我們的身體各處,無論表皮下還是內臟中,都發現了間質的蹤跡,作者通過「估算」得出間質體積約占全身 20% ──於是造成「最大器官」的假象。但是如果僅因為分佈多和比重大就能成為最大器官,那麼脂肪肯定會第一個跳起來抗議……。

間質在人體的分佈示意圖。 圖/中文重製自原始論文

間質也不是新發現的!

事實上,「間質」的概念由來已久,早在上世紀 50 年代就有過間質的相關報導了4。從原文對間質的描述可以看出,作者觀察到的間質是人體內能夠容納細胞外液(即間質液)的組織空間,這和很早前就提出的「細胞外間質」屬於同一範疇,所以它既不是新提出的,也算不上是首次發現。

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有關間質(interstitum)的研究,早在上世紀50年代就有文獻發表。 圖/見參考資料[4]
另外值得一提的是,這個科研團隊先前沒有間質的相關研究經驗,間質結構是他們在手術中偶然觀察到的(採訪中作者也坦言這是他們首次報導間質)。一些業內專家對間質是新器官的說法也不贊同5

芝加哥大學分子工程學院兼本·梅癌症研究所教授 Melody Swartz 評論:「所有器官都有間質組織,就像所有器官都有血管和淋巴是一個道理。」、「大家早就知道間質內有間質液,這些間質液在間質中能夠流動。」、「我強烈地感覺到作者和媒體嚴重歪曲了這篇論文。」

哈佛醫學院放射腫瘤學副教授 Timothy Padera 表示:「不會過多關注該研究,幾十年來已有的間質研究資料應該足以糾正這一錯誤描述。」

挪威貝根大學生理學教授 Helge Wiig 致力於間質研究數十年,他對這篇文章的看法是:「這是個本不該掀起波瀾的舊課本知識。」5

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新研究到底發現了什麼?

這篇文章的「新」並不在於「發現新器官」,而是首次採用了一種新的技術方法──鐳射共聚焦顯微內視鏡檢測法,觀察了一些已存在的組織結構。以往人們觀察這些組織時需要先採樣,再經過一系列處理和染色製作成組織切片,最後放到顯微鏡下觀察。這些處理過程破壞了間質的原有結構,讓間質由於失水而變得「乾癟皺縮」。而鐳射共聚焦顯微內窺鏡可以直接對人體組織進行即時觀測,不會破壞組織形態,因此間質原本充滿流動液體的結構才被完整的呈現在螢幕上。與其說「發現了間質」,不如說「看清了間質」更恰當。

一台鐳射共聚焦顯微內視鏡。 圖/NARA INSTITUTE of SCIENCE and TECHNOLOGY
顯微內窺鏡監測到的人體膽管粘膜下網路結構。 圖/原始論文

借助新的觀測技術,科學家能夠比以前更客觀的瞭解到皮下和內臟原有間質組織的結構,並為癌症等疾病的診斷提供一些參考依據。這些研究成果很有意義,但不能說是發現了新器官,也不能作為經絡學說的證據。

「這就好比一個研究團隊買了架非常昂貴的望遠鏡,觀察火星和木星之間(小行星帶)的一個點,看到沒人見過的小行星,然後宣佈他們發現了新的行星,但我們都知道那些不是行星。」──美國西北大學生物醫學工程教授 Matthew R. Glucksberg 如是說。5

參考資料:

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果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》
PanSci_96
・2019/04/16 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

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致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

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比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

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情資來源:

 

 

 

本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。

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