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《航海王—魚人島之千陽號的壓力》——2018數感盃 / 高中組專題報導類佳作

數感實驗室_96
・2018/04/12 ・1789字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後,一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習,運用數學知識,培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力,盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2018數感盃青少年寫作競賽 / 高中組專題報導類佳作 之作品,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

source:Wikimedia
  • 作者:耿元廷/永春高中

「航海王」是一部大家耳熟能詳的日本動漫,通常想要了解一部動漫的精隨,就要先了解它的故事設定是甚麼,地點、主角所存在的世界、時間以及主角和他的同伴們最終的目的是甚麼,了解了以上要點之後,讀者才會有身入其境的感覺,也才能體會作者真正想表達的意涵。

那就話不多說,先來介紹這部動漫吧。這部動漫到目前已經出了八百二十多集了(編按:此處指動畫集數),想要成為海賊王的魯夫踏上了航海之旅,為了就是尋找海賊們口中以及共同夢想的大秘寶「ONE PIECE」,這一趟旅程必定將會經過許多地方並經歷許多刺激的冒險。

在第517集到第578集中,魯夫一夥人將會到達「魚人島」展開新的冒險,顧名思義,魚人島是在大海中,跟大家想像的海龍宮是一樣的。在此,諸位看倌不免會有個疑問:「船要如何開到海中呢?」

先說明,魯夫他們的船不是潛水艇,因此需要鍍上一層「肥皂泡」才能潛到水底。想要通往位於海平面10000公尺以下的「魚人島」都必須在夏波帝諸島做準備,也就是請鍍膜的師傅幫忙在船的外部鍍上一層肥皂泡,肥皂泡會把整艘船包起來,類似防護罩的功能。

於是又就有一個疑問了——海水到底有多深?

有可能到 10000 公尺那麼深嗎?其實答案是有的,世界最深的海溝「馬里亞納海溝」深達10994(±40)公尺,所以在地點方面上是符合邏輯的。

接下來就是我最大的疑惑了:「肥皂泡所承受的壓力!」

我們都學過,一大氣壓力在每平方公分上所造成重量為 1033.6 公克重,大約是 1.034 公斤重,而在海中,每下降 10 公尺就會增加一大氣壓力。依此類推,當魯夫一夥人成功抵達魚人島時,他們所承受的壓力為 1001 個大氣壓力,也就是 1035.034 公斤重!而且這只是在一平方公分上!

至於魯夫他們的船「千陽號」到底有多大呢?讓我們來計算一下吧,首先,他們的船有三層樓加上一個地下室,草帽海賊團目前共有九個成員,七男二女。一樓有男生房、水族館、能量供應室;二樓有女生房間、保健室;三樓有圖書館、測量室、甲板、健身房、果園、花園,地下室是武器房,總共有六個倉庫。若是要計算千陽號的表面積,我們將它想成長方形的,底面積由六個倉庫來計算,一個倉庫大約三坪(裡面放的是小型的船),所以底面積大約18坪,由於船的構造是底部較窄、上部較寬,因此我們將底面積設為 20 坪(請將20坪想成 5×4 坪),一坪是 180公分×180公分,所以換算後為 180×180=648000 平方公分。至於側面有四層樓高,每一層樓算成250公分高,所以面積大約為 250×4×(180×5)=1000000 平方公分。接下來剩下船頭了,船頭的部分面積約為 250×4×(180×4)=720000 平方公分,因此總面積約為 (648000+1000000+720000)×2=4736000 平方公分。

整艘船到達魚人島時竟然可以承受 4736000×1035.034=4901921027 公斤重的力!

這個數字太驚人以致於無法表達它的威力,我們將這個數字換成實際物體,一隻成年大象最重可達 5000 公斤,所以千陽號外的肥皂膜當時就等於 4901921024÷5000=980384,約等於九十八萬零三百八十四隻大象站在上面。

若是數字還是太大,導致大腦無法想像的話,我們將實際物體換成世界體積最大、體重最重的哺乳類動物「藍鯨」,身長可達 33 公尺、體重可重達 200 公噸(200000公斤),所以換算後,4901921024÷200000=24509.60512,大約兩萬四千五百一十隻成年藍鯨,從動畫上來看,肥皂膜的厚度不超過 0.5公分……。談到這,我們不禁會想知道,人類史上到達海底最深是多少公尺?或者是說人造機器,包括有載人、無人機器?

答案出乎意料之外!在西元 1995 年,日本的「海溝號」在馬里亞納海溝進行了水深達 10970 公尺的潛航,創下了無人潛水器的最深下潛記錄。若是千陽號也是使用海溝號的金屬所製作而成的,想必這個地球已經沒有任何武器可以破壞它了吧!

相信在未來的科技會不斷的進步,但終究無法抵抗來自大自然的壓力。潛水艇目前最多只能下潛400到1000公尺,這個數字會因為製作潛水艇的材料以及海的鹽度所影響。人們若是想要親自看到10000公尺下的大海長甚麼樣子,不妨可以透過想像力來實現,想像力就是我們的超能力,或者你也可以像我一樣坐在電視前看著動漫,讓別人的想像力帶著你遨遊世界吧!

 

更多2018數感盃青少年寫作競賽內容,歡迎參考 2018數感盃特輯、數感實驗室官網粉絲頁喔。

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數感實驗室_96
46 篇文章 ・ 19 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》