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促進情慾流動的果蠅費洛蒙,竟然也能讓人類有反應!?──2018搞笑諾貝爾生物學獎

寒波_96
・2018/09/21 ・3551字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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難道我不是

你一樣的蠅嗎?

你不也是

我一樣的人嗎?

──威廉.布萊克《蠅》

第 28 次第一屆搞笑諾貝爾獎生物學獎得主。(示意圖,本圖非當事果蠅……其實它也不是果蠅啦)。圖/Mykl Roventine @flickr

黃果蠅女生特製費洛蒙,讓彼此為愛鼓掌

每年都是新的開始,2018 年也不例外。今年「第 28 次第一屆搞笑諾貝爾獎」一共頒發 10 個獎項,其中生物學獎的得獎理由是「品酒專家可以清楚分辨出一杯酒中,一隻果蠅的氣味」,這謎樣的描述讓人看不出得獎的是品酒師還是果蠅……

什麼!得獎的不是品酒師也不是果蠅,是 8 位科學家!?[1]

這 8 位科學家之所以能拿下搞笑諾貝爾獎,靠的是「The Scent of the Fly」這篇論文。說實話,光看論文內容還真的有點意義不明,不知道他們是吸了什麼才會設計這個實驗(大概不是吸貓?)。

不過研究結果倒是很明確:人類可以分辨出一種果蠅分泌的費洛蒙是否存在。[2]

這裡的「果蠅」可不是隨便的果蠅,而是垃圾桶、實驗室隨便都有的黃果蠅 (Drosophila melanogaster)。它是經典的模式生物之一,我們看到的果蠅研究若是沒有特別解釋,大概超過 87% 的研究對象都是黃果蠅。這就像是「研究嚙齒類與靈長類的異同」,意思往往等於「比較小鼠與人類的異同」,「研究果蠅」的言下之意通常是「研究的是黃果蠅」。

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果蠅不會講話,溝通要靠費洛蒙。不過,不同物種、不同性別、不同族群的果蠅,配備的費洛蒙常常不太一樣,就像不同地方的人講不同語言那樣。黃果蠅會合成一種微量的費洛蒙「Z4-11Al」,它的化學分子不大,所以可以揮發;雖然只有女生會製造 Z4-11Al,但是黃果蠅不論女男,接觸到都會起反應,效果是「刺激性慾」,讓它們啪啪啪發出愛的掌聲。

發出愛的掌聲(羞)。圖/取自<Why fruit fly sperm are giant>

人類也能偵測果蠅性愛費洛蒙!?

實驗結果顯示人類和黃果蠅一樣,不論女男皆能分辨出 Z4-11Al 存在,而且能力不遜於果蠅:一杯酒中只要有 1 ng,換算濃度是 0.03 nmol/L 就可以偵測出來。一位女果蠅平均一小時可以分泌 2.4 ng;所以只要給一位女果蠅 27 分鐘,或是半位女果蠅(?)一個小時,她們製造的 Z4-11Al 量就足以被品酒師偵測到啦!

對惹,拿來做實驗的酒裡當然沒有果蠅!研究者讓果蠅在酒杯中留下氣味後就放生,可能是我見過最仁慈的果蠅實驗惹。

搞笑諾貝爾獎沒提的是,人類不但能分辨這種費洛蒙,甚至還比其他種果蠅厲害!黃果蠅的近親「擬黃果蠅」(Drosophila simulans) 就對這個費洛蒙沒什麼反應,分辨能力竟然還不如人類靈敏。各位直立大猿 Homo sapiens 們別妄自菲薄,你們的感官是很敏銳的!

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果蠅特地分泌來促進性慾的費洛蒙,為什麼也會被人類偵測到?答案目前仍不得而知,論文作者們也沒有比較好的解答,暫時只能歸因於結構的交錯、命運的巧合。

有意思的是,Z4-11Al 這種化學分子不只黃果蠅 ,兔子屁股的腺體也會分泌。不過這是否意謂兔兔和果蠅間也能有某種交流,目前也不得而知。莫非這就是傳說中的寵物溝通師嗎?(誤)

不知道這個兔兔會不會分泌 Z4-11Al。圖/取自 Beatrix Potter – The Gutenberg Project, 公有領域, wikimedia

飛行的情慾,揮發性費洛蒙

話說回來,讓人類分辨果蠅的費洛蒙,也許看上去很搞笑,不過一開始研究 Z4-11Al 的目的無疑非常認真,對這領域有點接觸的捧油,或許早已由關鍵字猜到玄機:物種與性別間都有差異!天啊,是演化研究的寶貝題材呢!!!

如前所述,費洛蒙是果蠅的語言,一如人類靠著花言巧語來促進情慾流動,果蠅則憑藉費洛蒙溝通。果蠅的費洛蒙早經過多年研究,黃果蠅更是從上到下、從裡到外被摸得相當透徹(自以為)。可是科學家們一直到 2017 年才知道,之前的研究竟然遺漏了好幾種費洛蒙(囧)。[3]

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為什麼會遺漏呢?這是因為化學分子千變萬化,而每種偵測方法都有適合的範圍。果蠅的費洛蒙主要是碳鏈分子加工品,之前的方法適合辨識較為長鏈、超過 16 個碳的目標;這類費洛蒙由於骨架大,體重胖,通常不能揮發,屬於接觸型作用的費洛蒙。但是 2017 年的論文希望尋找揮發性、不需接觸,遠距離就能作用的費洛蒙。

黃果蠅 16 種揮發性的醛類產物。圖/取自 ref 3

研究結果嚇死人,居然還真的找到惹!科學家刻意蒐集果蠅周圍氣體,竟然真的能從中抓出一批微量的醛類 (aldehydes),一共有 16 種之多,當中 7 種兩性皆有,其餘 9 種只有女生有。而在女生限定的 9 種費洛蒙中,最大量的正是搞笑諾貝爾獎得主 Z4-11Al。

不管形狀的話,Z4-11Al 總共有 11 碳 1 氧 2 雙鍵 (C11H20O,全名 (Z)-4-undecenal),分子式長這樣:

C−C−C−C−C−C−C=C−C−C−C=O

Z4-11Al 是由更長的分子,斷裂再氧化而形成的,它的原料叫作 7,11-HD,共有 27 碳、2 雙鍵 (C27H52,全名 (Z,Z)-7,11-heptacosadiene),分子式為:

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C−C−C−C−C−C−C=C−C−C−C=C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C

相信各位眼光銳利的大猿都看得出來,7,11-HD 前半段斷掉以後,末端再氧化,就會變成 Z4-11Al 惹。

看不出來,是不會複製貼上尋找「C−C−C−C−C−C−C=C−C−C−C」嗎!(怒)

加上扭動方向的 Z4-11Al 與 7,11-HD,以及另外兩種 7,11-HD 的氧化醛類產物。圖/取自 ref 3

促進同類情慾交流,抑制異種產生性趣

我們已經知道黃果蠅會製造超過 60 種費洛蒙,而且女生和男生的差異很大。7,11-HD 是女生製造最大量的費洛蒙之一,影響也較為明顯。這種骨架很大飛不起來、沒有揮發性的費洛蒙,會促進黃果蠅兩性個體間的情慾交流,卻又會抑制黃果蠅和近親擬黃果蠅發生關係。[4]

7,11-HD 是黃果蠅女生主要的費洛蒙,不過男生也會製造一絲絲 [5]。理論上,7,11-HD 氧化後有 26 種可能的醛類產物,然而目前只偵測到 16 種,其中一種就是 Z4-11Al。

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進一步測試發現,黃果蠅是靠著 Or69aB 這個神經元接收 Z4-11Al;可是擬黃果蠅卻對它不為所動。推測理由是因為,Z4-11Al 是 7,11-HD 的衍生物,擬黃果蠅並不會製造 7,11-HD,而沒有 7,11-HD 就沒有 Z4-11Al(以及一系列醛類揮發性分子),沒碰過也就沒有機會發展接收 Z4-11Al 的能力惹。

擬黃果蠅女生、黃果蠅男生,都不像女黃果蠅會製造揮發性的醛類費洛蒙。圖/取自 ref 3

換句話說,黃果蠅兩種費洛蒙 7,11-HD 及其衍生物 Z4-11Al,不但兩性有別,而且在物種間還有差異,是一道強化近親之間生殖隔離的關卡。

更有意思的是,竟然不是所有黃果蠅都能偵測 Z4-11Al。黃果蠅與人類一樣,雖然老家都在非洲,卻移民到世界各地。住在非洲辛巴威的黃果蠅,許多特徵和非洲以外的同類不太一樣,也有一些生殖隔離的狀況產生。實測發現,辛巴威黃果蠅男生,和擬黃果蠅一樣也對 Z4-11Al 沒什麼感覺。

為什麼它們對 Z4-11Al 沒有感覺?可能的原因是,辛巴威黃果蠅女生只會製造少量 7,11-HD,它的功能有其他費洛蒙代替。一如擬黃果蠅,假如沒機會接觸 Z4-11Al,自然也不會有機會發展出偵測能力。由此看來 Z4-11Al 或許也是,阻擋辛巴威與其他地方的黃果蠅,情慾流動的一項因素。

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今年搞笑諾貝爾生物學獎,看似搞笑的背後,其實是交織於性愛、分離、跨界與慾望上的經驗之歌呢。

2018 年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮:

延伸閱讀:

參考文獻:
  • 1. The 2018 Ig Nobel Prize Winners
  • 2. Becher, P. G., Lebreton, S., Wallin, E. A., Hedenström, E., Borrero, F., Bengtsson, M., … & Witzgall, P. (2018). The scent of the fly. Journal of chemical ecology, 44(5), 431-435.
  • 3. Lebreton, S., Borrero-Echeverry, F., Gonzalez, F., Solum, M., Wallin, E. A., Hedenström, E., … & Walker, W. B. (2017). A Drosophila female pheromone elicits species-specific long-range attraction via an olfactory channel with dual specificity for sex and food. BMC biology, 15(1), 88.
  • 4. Seeholzer, L. F., Seppo, M., Stern, D. L., & Ruta, V. (2018). Evolution of a central neural circuit underlies Drosophila mate preferences. Nature, 559(7715), 564.
  • 5. Yew, J. Y., Dreisewerd, K., Luftmann, H., Müthing, J., Pohlentz, G., & Kravitz, E. A. (2009). A new male sex pheromone and novel cuticular cues for chemical communication in Drosophila. Current Biology, 19(15), 1245-1254.
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁
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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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E10 低碳汽油:台灣減碳新契機,為何我們應該接受?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/01/17 ・3468字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與美國穀物協會合作,泛科學企劃執行。

台灣將在 2040 年禁售燃油車。但別急,現在路上開的舊有車款不會馬上報廢消失,因為舊有的車輛會繼續開到年限結束。根據計算,當禁售燃油車的那一天來臨時,還有大約 60% 的車輛是燃油車。這時,在多數交通工具還是燃油的情況下,美國、歐盟等國已經開始使用酒精燃料來減少碳排放,那麼,台灣也能做到嗎?

你聽過 E3、E10 汽油嗎?

這是指在汽油中加入酒精,E3 代表有 3% 的汽油被酒精取代,而 E10 則是 10% 的汽油換成酒精。酒精是一種抗爆震性能更好的燃料,且比化石燃料更環保,因為它可以來自生質燃料,碳排放也較低。即便算上運輸和加工的碳足跡,用玉米製造的乙醇仍比傳統汽油的碳排放低了 43%。其實,在美國、歐洲、澳洲等地,E10 或更高比例的酒精汽油早已廣泛使用,這在我們之前的影片中也有提過。

現在,台灣有 14 間加油站可以加到 E3 汽油,而中油也正積極促使相關部門開放 E10 汽油的銷售。

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不過,在推動這項改變之前,仍有許多民眾對酒精汽油有疑慮。大家最關心的問題是,把不是汽油的燃料放到引擎中,到底會不會對車輛引擎造成不良影響?例如會不會影響引擎運行,甚至影響里程數?
其實,換燃料確實會對引擎有影響,因為不同燃料燃燒後所產生的能量與副產物都不一樣。但別擔心,根據我們之前的討論,2011 年以後生產的所有汽車,還有大部分 1990 年代後期生產的汽機車,都能直接相容 E10 汽油。換句話說,除了少數舊車或特殊車型,約 95% 的汽機車都不需要擔心這個相容性問題。

2011 年以後生產的所有汽車,還有大部分 1990 年代後期生產的汽機車,都能直接相容 E10 汽油。圖 / 美國穀物協會提供

E10 汽油在效能上的表現,會不會受到影響?

學過化學的人都知道,燃燒其實是一種氧化反應,可以用化學式表達。也就是只要汽缸的大小是固定的,就能算出空氣中能參與氧化反應的氧氣分子有多少,進而推算出每次汽缸燃燒時,應該搭配多少的燃料。

當引擎運作時,汽缸內的氧氣分子會與燃料反應,產生動力。為了最佳化效能,引擎的噴油嘴會精準控制每次的進油量,確保空氣和燃料的比例,稱為「空燃比」。接著調整噴油嘴的設定,讓出油量符合我們的需求。

每當空氣成分改變,燃料量或燃料的種類更換時,空燃比就會產生變化。在燃料相對空氣來說比較多時,我們通常稱為「富油」;相反的,如果燃料相比空氣來的少,就稱為「貧油」。如果我們把汽油換成百分之百的酒精,因為酒精每單位體積所需要的氧氣比較少,而且熱值比較低,因此會產生貧油現象,推力感受起來自然也會比較低。

要解決這個問題,方法其實不難,只要增加燃料量即可。而巴西早已證明,使用 E100 汽油是可行的。巴西近 50 年來推動 E85、E100 燃料車輛,並展示了彈性燃料引擎的優勢。

而巴西早已證明,使用 E100 汽油是可行的。巴西近 50 年來推動 E85、E100 燃料車輛,並展示了彈性燃料引擎的優勢。圖/美國穀物協會

這類交通工具被稱為彈性燃料引擎,顧名思義,能很彈性的使用汽油、E100 酒精汽油、或是任何比例的甲醇、乙醇、汽油的混合物。彈性燃料引擎跟一般引擎最大的差別,就是內建了「燃料成分感測器」。能透過判斷燃料的種類與比例,調整噴油嘴的出油量設定以及點火正時,讓引擎的輸出動力維持在最佳狀態,確保引擎效能不受影響。

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所謂的點火正時,指的是火星塞點火的時機。不同的燃料,化學反應的速度與膨脹的體積不同,當然會對應不同的點火時機。

但是 E100 其實也不是純酒精?

大家都知道,蒸餾酒需要經過多次反覆蒸餾,為什麼不能只蒸餾一次就好呢?原因在於,酒精與水的沸點雖然不同,但它們不完全互斥,會產生交互作用。在蒸餾過程中,即使酒精的沸點較低,水仍然會在加熱的過程中,隨著酒精部分蒸發進入容器中。

事實上,當酒精濃度達到 95.63% 時,不論再怎麼蒸餾,濃度也不會再上升。這是因為當酒精濃度接近這個比例時,酒精與水的沸點非常接近,這種現象稱為「共沸」,意思是酒精和水的混合物會一起沸騰,無法再進一步蒸餾分離。

共沸現象的結果,就是為什麼市面上銷售的藥用酒精,濃度最高都是 95%,而非 100%。因為更高濃度就必須使用脫水劑等方式處理,成本會提高,或是因為有添加物而不符合藥用標準。所以當然,E100 汽油裡面,實際上使用的也是濃度 95% 的酒精,而不是 100%。

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E100 汽油裡面,實際上使用的也是濃度 95% 的酒精,而不是 100%。 圖 / 美國穀物協會提供

解決迷思:酒精汽油是否容易因吸收水分,而產生油水分離?

事實上,酒精和水是高度互溶的,這使得高比例的酒精在汽油中有更高的水分耐受性。簡單來說,進入油箱的水氣,會溶在酒精汽油中而不會產生油水分離。

根據美國國家可再生能源實驗室的研究,即使在高溫高濕的極端環境下,E10 酒精汽油也需要經過三個月才會出現明顯的油水分離。而三個月也是一般汽油建議最長的保存時間,因為汽油放太久就會氧化。

也就是說,酒精與水混和物的特性,不是把酒精和水的相加除以二那麼簡單,它們的交互作用更加複雜。

一篇刊登在《國際能源研究期刊》的研究指出,在可變壓縮比引擎中的實驗結果,加入酒精後,引擎的功率會逐漸升高,在 E10 酒精時為最佳比例效果。

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當然,實際情況和實驗室當然不能直接類比。大多數汽車和機車並未專門為酒精汽油做調整,那這樣會有多大影響呢?根據英國政府的官方結論,直接使用 E10 汽油與一般汽油相比,每公升的里程數大約會降低 1%,但在日常駕駛中,這個差異幾乎不會被察覺。實際上,載貨量和駕駛習慣對油耗的影響,遠遠大於是否使用 E10 汽油的影響。

更好的一點是,酒精其實是一種常見的工業用品,以每美國為例,在過去一年中,酒精的離岸價格實際上都比汽油還低,因此不用擔心酒精會讓油價變貴。

此外,經過調校的引擎也不必擔心推力問題。事實上,F1 賽車從 2022 年開始使用 E10 作為燃料,納斯卡賽車更早在 2011 年就採用了 E15 燃料,運行上沒有太大問題。

F1 賽車從 2022 年開始使用 E10 作為燃料,納斯卡賽車更早在 2011 年就採用了 E15 燃料,運行上沒有太大問題。圖/unsplash

最重要的是,使用 E10 燃料的好處明顯更多。由於酒精和烷類燃料的分子式不一樣,酒精分子式中多了一個氧原子,這使得燃燒過程中反應會更完全,能夠產生更多二氧化碳而非有毒的一氧化碳,同時降低一氧化氮和二氧化氮等氮氧化物的產生。

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最關鍵的一點,酒精與化石燃料相比,能夠更快速地幫助減碳。只要確保使用永續農法、不與糧食競爭土地的前提下,所製造的玉米乙醇,碳排量就是比化石燃料還要低。

E10 低碳汽油是填補減碳缺口的最快方案,挑戰只在接受度

英國引入 E10 後,每年減碳 75 萬噸,相當於減少 35 萬輛汽車的碳排量。而台灣呢?目前根據政策規劃,台灣 2040 年起將新售的汽機車全面電動化。依照這個目標進程,在 2025 年將達成減碳 288.6 萬噸的目標。然而,這距離運輸部門須減少 487 萬噸碳排量目標,還差 198 萬噸。

如果燃油車全面改用 E10 低碳汽油,則能減碳 202 萬噸,幾乎能完全彌補缺口。這項方案的優勢在於,E10 與一般汽油性質相近,不需更換新的引擎設計或架設特規加油站,執行門檻低。

實際上,目前推動低碳汽油最大的瓶頸,大概就是民眾對於這個新燃料的接受度了吧!如果接受度提升,購買量上升,成本也有機會進一步再下降。

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解密離岸風電政策環評:從審查標準到執行成效,一次看懂
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/21 ・3546字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 環境部 委託,泛科學企劃執行。 

政策環評是什麼,跟一般環評差在哪?

隨著公共建設的規模越來越大,傳統的環境影響評估(EIA),難以應對當今層層疊疊的環境議題。當我們評估一項重大政策時,只看「單一開發案」已經不夠,就像評估一棵樹,卻忽略了整片森林。因此,政策環境影響評估(SEA)應運而生,它看樹,也看森林,從政策的角度進行更全面的考量與評估。

與只專注於「單一開發案」的個案環評不同,政策環評更像是一場全面性的檢視,強調兩個核心重點:「整合評估」與「儘早評估」。簡單來說,這不再是逐案評估的模式,而是要求政府在制定政策時,就先全面分析可能帶來的影響,從單一行為的侷限中跳脫,轉而聚焦在整體影響的視角。無論是環境的整體變化,還是多項行為累計起來的長期影響,政策環評的目的就是讓這些潛在問題能儘早浮現、儘早解決。

除此之外,政策環評還像是一個大型的協商平台,以永續發展為最高指導原則,公開整合來自不同利益團體、民眾與各機關的意見。這裡,決策單位不再只是單純的「評分者」,而是轉為「協調者」或「仲裁者」,協調各方的意見看法在這裡得到整合,讓過程更具包容性。

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政策環評並沒有所謂的「否決權」,而是側重意見的蒐集與整合,讓行政機關在政策推動時,能更全面地掌握各方意見。政策環評旨在建立系統化、彈性的決策評估程序(包含量化、特徵化等評估方式),也廣納社會面或民眾滿意度等影響因子,把正式與非正式的作法一併考量進去。再來,決策程序中能層層檢討、隨時修正,也建立了追蹤機制和成效評估標準(如環境殘餘效應、累積效應等),透過學習來強化決策品質與嚴謹度。就像一場球賽,隨時根據變化、調整策略。

這樣的制度設計,就非常適合離岸風電這類規模大、跨區域、影響層面廣泛的能源政策評估,讓我們可以在政策推動初期就想到整個工程對環境、產業發展與社會的諸多影響,也為後續政策執行奠定更穩固的基礎。

政策環評並沒有否決權,而是重在整合各方意見、量化影響以及建立追蹤與修正機制,這樣的制度設計便適用於離岸風電等大型政策評估。圖/envato

離岸風電為何需要的是政策環評?

離岸風電是能源轉型的重要策略之一,但這不是只在某塊空地上架幾個風車,而是要在廣闊的大海中進行大規模建設,牽涉的不僅是發電,還涉及海洋保育、航空交通、水下文化資產等議題,更與當地漁民的權益息息相關。

這樣的大型離岸風電工程,因海洋環境的風險和不確定性極高,很容易讓人擔心生態影響。如何在海洋生態保護和綠能發展之間找到平衡點?這就需要政策環評的把關,從多方檢視這些複雜的挑戰,確保政策推行既能穩妥,又能達成發電目標。

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2016 年 3 月,經濟部自願提出「離岸風電區塊開發政策評估說明書」,是臺灣首次針對再生能源政策所進行的政策環評。根據這份評估說明書,政府將採分期公告、逐年檢討的方式,每三年開放 0.5~1 百萬瓩(GW)的電量額度鼓勵業者投入開發。當時環保署(現為環境部)歷經九個月召開 2 次意見徵詢會議,蒐集環評委員、專家學者、相關機關、民眾等意見,最終於同年 12 月的環評委員會作出徵詢意見。這些協商和檢討的過程,讓政策「名正言順」,得以充分顧及各方利益與生態平衡。

共通性環境議題與因應對策

在「離岸風電區塊開發政策評估說明書」中,環評會議盤點了開發過程中共通的環境議題。

首先,對於海洋生態保育的重點,特別是對中華白海豚的保護。環評會要求風機基座必須距離白海豚棲地1公里以上,以減少對其生態的干擾。實際上,這項規範在後續的實務執行中更為嚴格,例如,福海二期示範風場已退縮到 2.5 公里外,臺電二期風場甚至退到 4.2 公里外,顯示政策環評確實發揮了實質作用。此外,針對施工期間的聲音干擾,要求施工需有 30 分鐘以上的打樁緩啟動時間,並限制聲量不得超過 180 分貝等。

針對鳥類保育,政策環評也訂立了具體規範。其中,包括風機之間必須留設 500 公尺以上的鳥類穿行廊道,並在施工期間避開每年 11 月至隔年 3 月的候鳥過境期。同時,為確保這些措施確實生效,工程方也被要求設置「鳥類活動監測系統」,持續追蹤、評估風場對鳥類的影響。

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此外,環評會也確立了「先遠後近」的開發原則,要求優先開發較單純的航道外側區塊,待累積足夠經驗及相關資料後,再進行近岸區域的開發。這項原則考量了近海生態系的複雜性,也顧到養殖漁業的漁民權益,展現出政策環評在平衡發展需求與環境保護上的價值。

新一代的審查機制:達成能源轉型及環境保護雙贏

為提升環評效率並確保審查品質,環境部參考過去離岸風電審查經驗,制定「風力發電離岸系統開發行為環境影響評估初審作業要點」,建立了全新的二階段審查機制。

環境部推動二階段審查機制,提升離岸風電環評效率與審查品質。圖/envato

這套新機制分為兩個階段。第一階段,就像「初步檢查」,由環境部依照檢核表進行初審,並由環評審查委員會執行秘書邀集 2-5 位環評委員進行初審,通過第一階段初審之業者,可取得經濟部遴選資格,其初審結果有效期為兩年,必要時可申請展延一年。接著進入「第二階段」,開發單位檢附目的事業主管機關核配的容量證明文件等資料,提供更詳細的環境影響說明書以進行實質審查。

檢核表明確規範了 15 大項審查事項、112 項檢核項目,涵蓋開發案的全生命週期。

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工程面,包含風機及海上變電站基礎設置、海域電纜路線規劃、陸域設施工程等硬體設施的規範。其中,風機基礎設置必須避開海岸保護區、河口、潮間帶等環境敏感區域,且須進行地震危害度分析。海域電纜部分,除特殊情形外,埋設深度至少須達 1.5 公尺,且不得跨越中華電信海底電纜 1 公里的範圍。

環境保護上,檢核表則對施工噪音管制訂立了明確標準。舉例來說,打樁期間警戒區 750 公尺範圍內的水下噪音不得超過 160 分貝,且必須全程採用最佳噪音防制工法。同時,每個開發案或聯席審查的風場,同一時間內只能進行一支基樁施作,而日落前一小時到日出前也不得啟動新的打樁作業。

環境監測計畫更是檢核表中的重點,分為「施工前、施工期間、營運期間」三階段,每個階段都規定了詳細的監測要求(包括海域底質監測、水下噪音監測、鯨豚目視監測等)。以鯨豚監測為例,每年需執行20趟次,四季中每季至少執行 2 趟次。此外,所有監測數據都必須上傳至環境部「環保專案成果倉儲系統」(https://epaw.moenv.gov.tw/)供各界查閱。

這套標準化的審查機制不僅解決了「同一風場可能有多家廠商重複調查或審查」的資源浪費,也透過明確的檢核項目,讓開發單位在規劃階段就能掌握更具體的環境保護要求。不僅如此,該機制亦確保了環境保護標準前後一致,避免不同案件之間標準不一。

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結語

透過新的審查機制,環境部正積極推動再生能源開發案的環評審查作業,在提升行政效率之餘,也確保環境影響評估的品質,支持臺灣的離岸風電開發及國家能源轉型政策,也做好把關。藉由標準化檢核表和二階段審查制度,期待能在推動能源轉型的同時落實環境保護。

為確保制度能持續精進,環境部每半年至一年會進行制度檢討,並持續公開所有環評書件於「環評書件查詢系統」(https://eiadoc.moenv.gov.tw/eiaweb/)。此外,環評會議召開前一週,也必須在指定網站公布開會訊息,讓民眾能申請列席旁聽或發表意見。透明化措施一方面展現了政府推動永續發展的決心,另一方面也確保全民能共同參與監督離岸風電的發展過程。未來,這套制度將在各界的檢視與建議中持續完善,為臺灣的永續發展貢獻心力,發揮環評作業的最大效益。

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從門得列夫到 118 種元素:元素週期表是怎麼出現的?
F 編_96
・2025/01/04 ・2302字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

「氫鋰鈉鉀銣銫砝、铍鎂鈣鍶鋇镭…」相信很多人離開高中很多年,都還朗朗上口。

列著 118 種已知化學元素的「元素週期表」(Periodic Table),雖然唸起來像咒文,但有了它之後便能夠快速查詢原子序(proton number)、價電子(valence electrons)數量,以及元素可能的化學性質,成為各領域科學家與工程師設計實驗、預測物質反應必不可少的工具。

有趣的是,元素週期表並非一蹴可及。縱觀歷史,化學家們歷經數世紀的摸索、爭論與資料整理,才在 19 世紀後半葉逐漸確立。

我們現在看到的元素週期表,是在 19 世紀後半才逐漸確定。 圖/unsplash

週期表之父:門得列夫的突破

19 世紀中葉,已知的化學元素約有 63 種,許多化學家嘗試找出元素間的共同點,卻苦無系統性整理。當時能區分「金屬」與「非金屬」,或利用價電子概念將一些元素歸類,但要涵蓋大多數元素仍顯不足。俄國化學家門得列夫在撰寫《化學原理》教科書時,因接觸各元素的資料而產生新思路。他索性把已知元素各種性質寫在紙卡上,再一一比對它們的原子量(類似當今的原子量或原子序概念)與化學性質。

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確切的靈光乍現時刻,如今已無從完全重現,但我們知道門得列夫最後觀察到:「如果按照原子量(或後來的原子序)由小到大排列,某些化學性質就會呈週期性重複。」進一步來看,元素的價電子數量通常也會對應到表格的「欄位」或「族群」。於是,在 1869 年,他將研究結果發表,提出了第一版週期表的雛形,更大膽預言了尚未被發現的元素「eka-aluminium」(後來證實即鎵 gallium)及其他四種元素的性質。

讀懂週期表:原子序、符號與原子量

今日的週期表之所以能快速讓人獲得豐富資訊,關鍵在於三個核心欄位:

  1. 原子序(Atomic Number)
    代表該元素核內所含質子數。如果一原子核有 6 顆質子,就必定是碳(C),無論其他中子或電子數如何。此序號由上而下、由左而右遞增,貫穿整張表格。
  2. 元素符號(Atomic Symbol)
    多為一至兩字母縮寫,如碳(C)、氫(H)、氧(O)。但也有如鎢(W,因「Wolfram」得名)或金(Au,取自拉丁文「Aurum」)等較不直覺的符號。
  3. 原子量(Atomic Mass)
    表示該元素在自然界中各同位素的加權平均值,故通常是帶小數的數字。對合成元素則標示最常見或最穩定同位素的質量,但由於這些元素壽命極短,數值往往會被不斷修正。

舉例來說,硒(Se)在週期表中顯示原子序 34,屬於第 4 週期、第 6A 族,表示它有四層電子軌域,其中最外層(價電子層)有 6 顆電子。有了這些資訊,科學家可快速判斷硒的化學傾向、可形成何種化合物,乃至於在生物或工業應用中可能扮演的角色。

週期表的內部結構:週期、族與軌域

門得列夫最初按照原子量遞增排列元素,現代則依靠原子序(即質子數)來分類。橫向稱為「週期」(Period),從第 1 週期到第 7 週期;縱向稱為「族」(Group),目前總共有 18 組。週期數量在於顯示該元素電子軌域有幾層;而同一族則代表外層價電子數相同,故有相似化學性質。

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例如,第 18 族常被稱作「貴氣體」或「惰性氣體」,如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)等皆不易與其他元素起反應。另一個顯著群體是位於第一族的鹼金屬(Alkali Metals),如鋰(Li)、鈉(Na)等,因外層只有 1 顆電子,極容易失去該電子而形成帶 +1 價的陽離子,故與水猛烈反應。

此外,在表格中央有一塊「過渡元素」(Transition Metals)區域,包括鐵(Fe)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)等。它們具有部分填充的 d 軌域,使得該區域的元素呈現多樣性質,例如具有金屬光澤、可塑性或導電性等,被廣泛應用於工業及工程領域。

同一族的外層價電子數相同,因此大多有著相似化學性質。圖/unsplash

再進化:從 63 種到 118 種

當門得列夫在 1869 年發表週期表時,已知元素只有 63 種,表格中甚至留有空白以預留「未來或存在尚未發現的元素」。他果然預測到了鎵(Ga)以及日後證實的日耳曼ium(Ge)等新元素性質,贏得舉世矚目。隨後,有越來越多元素透過科學發展,尤其是光譜分析與放射性研究而被發現,例如鐳(Ra)和氡(Rn)等。

到 20 世紀後期,隨著粒子加速器的誕生,人類可以合成更重的超鈾元素(Atomic Number > 92)。這些人工合成元素往往極度不穩定,壽命僅能以毫秒或微秒計,但仍證實存在、並填補週期表後段空白。如今,週期表已收錄到第 118 號元素「鿆(Og,Oganesson)」,但科學家預測或許還能繼續向上延伸;只要能合成更重、更穩定的原子核,我們就能拓展週期表的新邊境。

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一般認為,隨原子序遞增,原子核內部的質子數目激增,原子愈趨不穩,往往在極短時間內衰變成較輕元素。然而,一些理論物理學家提出「島狀穩定性」(Island of Stability)的概念:也許在某特定質子與中子數量組合下,能出現意外長壽的「穩定」重元素。

是否真能在表格上方再增添「第八週期」甚至更高週期的列,仍有待更多實驗來驗證。但無法否認的是,週期表一直是科學家檢驗自然規律的試驗場,也見證了人類探索未知的無盡熱情。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃