Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

【特輯】但見櫻花開令人思科學:關於櫻花你該知道的五件事

PanSci_96
・2019/03/11 ・1154字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 449 ・四年級

春花開賞櫻去!除了尋找賞櫻名點、追逐櫻前線,你知道櫻花起源自哪?櫻花的葉子為何有鋸齒?櫻花開期為何一直變?一起挖掘櫻花樹底下究竟埋藏著多少科學,讓每朵花都開得如此嬌豔動人呢?

櫻花櫻花何時開!日本的櫻花預報「櫻前線」是怎麼算出來的?

在日本每年 2-5 月的氣象報導,會增加「櫻前線」的特別專欄,告訴國民櫻花初開及滿開的地點,隨著時間從南部慢慢移動到北部,舉國共享這份喜悅。櫻花花期大約只有兩個禮拜左右,賞櫻關鍵可要抓住時機。那麼這個「櫻前線」是怎麼算出來的呢?

櫻花櫻花幾時開?春天冷就晚點開吧!

雖然梅花是越冷越開花,但如果初春太冷,櫻花的花期也會大受影響。以 2015 年的美國為例,原本紐約、華盛頓及費城往年約 3 月中至 3 月底間就會盛開的櫻花,受到濕濕冷冷的春天影響,一路拖到了四月才逐漸盛開。

明明就到了春天,為什麼天氣一變冷就會影響櫻花開不開呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

櫻花大戰,究竟櫻花真正的原產地在哪裡?

每年春天,東亞的櫻花都會盛開。每年櫻花盛開的時候,東亞中國、日本、韓國三國的媒體上都會出現櫻花原產地之爭。

三月末是日本最有名的櫻花「染井吉野櫻」花季,在中日韓三個國家都是盛開期。韓國媒體照例一年一度地宣傳「染井吉野是我們的」,而中國櫻花產業協會執行主席何宗儒更是語出驚人——據《南方都市報》報導,2015 年 3 月 29 日該協會在廣州召開記者會,何宗儒在會上表示櫻花既非起源於日本,又非起源於韓國,而是起源於中國。

其實,如果弄清楚「櫻花」的定義,櫻花的起源在科學上是件很清楚的事情,並沒有這麼多的紛爭——野生的櫻在數百萬年前誕生於喜馬拉雅,但現代栽培的觀賞櫻花,則是多年前的日本人在日本選育出來的。

如果可以簡單,誰想要複雜:為什麼櫻花的葉子會發育成鋸齒?

櫻花的葉子是種自成一格的氣質,和許多常見的樹葉都不同。當你仔細看著櫻葉,它邊緣的微小鋸齒很容易就會吸引你的目光。這些鋸齒到底有什麼意義?植物又為什麼會有這些長在葉緣的鋸齒呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

太空櫻花,太空櫻花,長得快!長得快!

如果把植物送上太空,會有什麼影響呢?日本人早在 2008 年就做過這種有趣的嘗試了。當年,他們特別挑選櫻花的種子進入太空,而數年之後,這些種子帶著滿滿的宇宙謎團長大成樹,並提前開出特別的花朵。

現在,就讓我們來回顧一下曾讓日本的僧侶和科學家都為之瘋狂的宇宙櫻花吧。

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
PanSci_96
1262 篇文章 ・ 2418 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

3
0

文字

分享

0
3
0
媽!!!到底為什麼母親節要送康乃馨啊?
Peggy Sha/沙珮琦
・2019/05/10 ・2000字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 447 ・四年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

每年的母親節,很多人都會買康乃馨送給媽媽。但是,你有沒有想過:到底為什麼母親節要送媽媽康乃馨?難道不能送滿天星、銅鋰鋅或自動筆芯勒?(被母親擊飛)康乃馨到底是種什麼樣的植物呢?

你真的了解康乃馨嗎?為什麼母親節要送康乃馨給媽媽呢?圖/publicdomainpictures

康乃韾象徵母親,到底是誰決定的?

要談到母親節贈送康乃馨的傳統,就不得不提起母親節的起源。其實,我們現在過的母親節是個挺「新」的節日,是由一位名叫安娜‧賈維斯 (Anna Jarvis) 的美國女子所推廣的。

賈維斯的母親在生前便常常表達自己期望能有一個可以紀念母親的日子;而在她母親過世的三年後,1908 年的 5 月 10 日,賈維斯在教堂中舉行了紀念儀式,成為史上第一個母親節。

賈維斯選擇用白色的康乃馨來象徵母親,因為她認為康乃馨的潔白能代表母愛的真誠寬廣。她也認為康乃馨花瓣不會一片片掉落、而是往中心萎縮的這個特質,就像媽媽擁抱小孩一般。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

恩……不過後來商人們見獵心喜,白色康乃馨的價格應聲上揚,花販更進一步推廣紅色康乃馨,營造出「紅色康乃馨送給健康的媽媽、白色康乃馨紀念過世的母親」這種說法,把賈維斯女士給氣得半死。

我明明就說白色康乃馨,誰准你們換成紅色的!(設計對白)圖/By Olairian – Own work, cc0, wikimedia commons

康乃馨的花瓣不是真正的花瓣?

姑且不論創辦人的憤怒,以及如今送媽媽白色康乃馨可能會被打,我們現在看到的康乃馨其實都是基因突變過後的「畸形花」。康乃馨又名「香石竹」(Dianthus caryophyllus),原始野生的品種只有五片花瓣,看上去十分單薄。

野生的香石竹,看起來是不是和印象中的康乃馨差很多呢?圖/By Zeynel Cebeci – own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

那那那……現在我們在花店看到那些層層疊疊的美麗花瓣到底是什麼?其實它們是雄蕊喔!

雄蕊和花瓣原本都來自於「花原基」(flower primordia),當調控的基因出現突變,就會讓雄蕊「瓣化」(petalody)。雄蕊花瓣化後,變形的雄蕊與原本的花瓣重疊後,就形成了重瓣花。如此一來,使得整朵花的體型看起來變得更大,也更具有觀賞價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然這樣的花多數的雄蕊變形,因此不易產生花粉,卻會因為長得漂亮而被人工繁殖留了下來,慢慢變成我們現在看到的樣子。(所以說長得好看還是很重要滴)

每次母親節,我們其實都送了一堆變形的雄蕊給媽媽呢!

雄蕊花瓣化?很多漂亮的花都這樣

什、麼!?雄蕊還能變形成花瓣,還騙我在母親節送給媽媽?素每啊啊啊,這樣讓我怎麼教小孩?

怎麼會是假的花瓣啊啊啊啊啊啊!圖/giphy

還請各位看倌莫急莫慌莫害怕,雄蕊花瓣化聽起來雖然離奇,但在自然界卻是十分常見的事情。比如說大家非常喜歡的櫻花,也是其中之一。在台灣的重瓣山櫻開花期較單瓣台灣山櫻約晚一個月,而雄蕊花瓣化後,會使得花粉變少,也較不容易結果。

而除了櫻花以外,在東方象徵大富大貴的牡丹、艷麗迷人的山茶花也都是雄蕊花瓣化的結果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但是,是不是所有雄蕊花瓣化的花看起來都非常「澎派」呢?欸…其實並不是喔。像是看上去非常小清新的野薑花,也是雄蕊花瓣化的成員之一,我們所見的那漂亮的「花瓣」其實是雄蕊,而真正的花瓣,是雄蕊背後那三根長披針形的東西。

那看起來像花瓣的其實是雄蕊,針狀的才是真正的花瓣喔!圖/flickr

說了這麼多康乃馨相關的小知識,你是不是都記住了呢?無論母親節有沒有送康乃馨,大家都要記得時時對媽媽表達你的愛與感謝喔!泛科學祝大家母親節快樂!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
Peggy Sha/沙珮琦
69 篇文章 ・ 390 位粉絲
曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

0

0
2

文字

分享

0
0
2
如果可以簡單,誰想要複雜:為什麼櫻花的葉子會發育成鋸齒?
Gilver
・2017/03/03 ・3582字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

春天適合出遊,尤其適合賞那開滿枝椏的櫻花。但眷戀櫻花的你,可曾仔細觀賞過櫻葉之美?

全世界最愛櫻花的日本人,會在櫻花季享用一種叫做「櫻花餅」的和菓子。粉紅色的薄餅包裹著紅豆內餡,只要咬一口,整個春季的爛漫與甜蜜就在嘴裡綻開,洋溢著滿滿的幸福。櫻花餅上必不可少的點綴,就是鹽漬的櫻花葉。

關東地區的長命寺櫻餅,煎熟的粉紅薄餅皮除了甜蜜的內餡外,絕對少不了覆上一片櫻花葉--一定要是有鋸齒的喔!Photo credit: Ocdp @ Wikimedia Commons

瞧,那櫻花的葉子是種自成一格的氣質,和許多常見的樹葉都不同。當你仔細看著櫻葉,它邊緣的微小鋸齒很容易就會吸引你的目光。這些鋸齒到底有什麼意義?植物又為什麼會有這些長在葉緣的鋸齒呢?

關於葉緣鋸齒

許多植物在葉子的邊緣都有鋸齒,像是日本料理中帶有獨特芳香的紫蘇葉、象徵著愛情又帶刺的紅玫瑰,或者是秋日落滿整個山谷的楓葉。有些植物的葉緣鋸齒變成硬刺來保護自己,像是冬青(holly)和薊花(thistle),因為能夠造成疼痛,它們的葉子被視為能夠對抗邪靈,在傳說中成為悲傷和痛苦的象徵。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

除了防衛,有些植物的葉緣鋸齒能夠幫忙疏導葉子上的積水,有些則能協助光合作用。但對於這些植物如何長出葉緣鋸齒、又是為何而長的問題,科學家們至今還不是很清楚。

葉緣鋸齒變成硬刺的冬青樹,具有保衛植物自身的功用。Photo credit: pixabay

在2016年9月,一群來自名古屋大學生命分子研究所(Institute of Transformative Bio-Molecules)的科學家們透過研究模式植物,發現一種名為EPFL2的多肽很可能就是植物產生葉緣鋸齒的關鍵要素,它能夠和與其對應的受器結合、調節生長素(auxin)的累積,進而控制葉緣鋸齒的發育。這份研究成果刊登在《現代生物學》(Current Biology)上。

「我被葉子吸引的原因是它們美麗的外形,以及令人驚豔的形狀變異。」本研究的第一作者爲重才覚(Toshiaki Tameshige)博士表示,「我們決定研究EPFL2的功能,看看它們對葉形的影響。」

揭開葉緣鋸齒的生長之謎

在葉緣鋸齒發育上,科學家已經初步掌握到生長素與其有關。生長素是一類植物賀爾蒙的統稱,它是專屬於植物的激素類別,和動物的生長激素是不同的東西。植物一生當中的許多重要階段都少不了它,除了葉形的發育,其他像是幼苗長根、莖向著光線生長、果實發育成熟都與生長素的調節息息相關。

植物向光性(phototropism)的示意圖。植物的莖在生長時,背光的一側生長素(紫色)濃度會較高,讓莖的背光面生長速度比向光面快,最後植物就會偏向光源生長。Picture credit: MacKhayman @ Wikimedia Commons

至於EPFL2,科學家們是最近才開始研究它。EPFL2跟生長素同樣都是由植物分泌出來、調整生長的物質,全名是EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE 2,是一小段胺基酸所組成的多肽(peptide),只要和對應的受器(receptor)結合,就能如天雷勾動地火、啟動後續的生理反應。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研究團隊利用模式植物.阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)研究EPFL2的功能。阿拉伯芥在植物科學界的角色宛如動物實驗使用小白鼠一樣,是相對容易研究的實驗材料。當阿拉伯芥的EPFL2無法發揮正常功能時,它的葉緣會變得相對圓滑、沒有鋸齒,如下圖所示:

EPFL2無法發揮正常功能的阿拉伯芥,葉子會變得圓滑。本圖改自原研究Tameshige et al. (2016)

除了EPFL2的功能,研究團隊還成功的找出和EPFL2配對的受器。它們屬於ERECTA家族(ERECTA family receptor kinases, ERf)的蛋白質,既是承接鑰匙攜來訊息的「鎖」,也是激發後續生理反應的鳴槍手。研究團隊發現,喪失ERf部分功能的阿拉伯芥會長出缺少葉緣鋸齒的葉子,和EPFL2出了問題時的葉子類似。

「最困難的就是量化葉緣鋸齒化的程度。」爲重博士說,「我試過幾種不同的計算方式,發展一套量化、比較葉緣鋸齒的方法。在看了超過1000片葉子之後,我很榮幸能夠找到EPFL2在葉緣產生鋸齒扮演重要角色的證據。」

葉緣的鋸齒,來自於生長步調的差別

流行攝影作家Peter Su說過:「如果可以簡單,誰想要複雜?」植物葉子的發育也是一樣,葉子在還沒成熟前都是又小又圓的簡單形狀,在一連串複雜的發育調控機制下才會變得複雜。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

變得複雜的關鍵過程,就是生長程度的差異。只要同一片葉子上的某些區域生長增強、某些區域則被抑制,這片葉子才會變得「凹凸有致」。

尚未發育成熟的葉子形狀簡單,在生長過程中才逐漸變得複雜,例如說長出葉緣鋸齒。Picture credit: 名古屋大學

過去已有研究發現:生長素會累積在葉緣的突出尖端,而不會在兩尖端之間內凹的裙部(skirt)累積,如此的生長素濃度差異就會讓葉子發育出鋸齒。但爲重博士等人就好奇:這樣子的差別待遇,是怎麼來的呢?

答案,就是EPFL2和生長素的相生相剋。

相生相剋:EPFL2多肽與生長素的較量

透過解剖切片和免疫染色、多方比對EPFL2與生長素累積的關係之後,研究團隊發現EPFL2只在葉緣鋸齒的裙部出現,而生長素的累積只在鋸齒的尖端。在無法製造EPFL2的阿拉伯芥突變株中,他們發現生長素在整個葉緣區擴散,同時也沒有出現葉緣鋸齒,因為葉緣不同處的生長素濃度差異消失了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

科學家們接下來研究為何EPFL2多肽沒有在葉緣鋸齒的尖端合成、只存在裙部。有趣的是,他們由證據推論生長素會決定EPFL2在哪裡產生--生長素在哪裡累積,EPFL2就不在哪裡合成,如下圖所示。

在葉緣的戰場之上,生長素累積和EPFL2就像是相生相剋的宿敵,而它們較量的結果,便是我們所見葉緣鋸齒的由來。

EPFL2的作用機制與生長素的相生相剋關係圖。上圖綠色圖塊表示生長素累積作用的範圍,箭頭(→)表示促進,平頭箭頭(–|)表示抑制。本圖改自研究原文Tameshige et al. (2016)之摘要圖表。

「很難說哪件事先發生,它就像是雞或雞蛋誰先出現的問題一樣。」本文的共同作者打田直行(Naoyuki Uchida)博士說,「究竟是生長素先決定了累積的位置呢?還是EPFL2先決定它在哪裡合成呢?」

其實,像EPFL2和生長素這樣抑制彼此的調控機制一點都不罕見,在生物學上這種關係稱做為回饋控制(feedback control),我們的身體也是由許許多多配對的基因和生化物質彼此合作又對抗、形塑著我們今日的樣貌,只要錯了一個小環節,就可能使身體出現缺陷。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

了解葉緣鋸齒的由來能幹嘛?

雖然爲重博士等人發現EPFL2多肽在葉緣鋸齒上扮演的重要角色,但畢竟研究材料是阿拉伯芥,而不是我們一開始關切的櫻花葉,不能貿然將研究結果直接推論到櫻花身上去。「我們希望能看看相同的機制是不是也出現在其他植物中,我們的結果認為EPFL2可能會讓葉子擁有更多的鋸齒、或是擁有棘刺。」爲重博士說道。

研究植物葉子為何會有鋸齒,在園藝和農藝上面都有價值。Photo credit: D-SIDE @ Flickr

共同作者之一的打田博士認為,如果能夠透過EPFL2讓植物的葉子擁有獨特的形狀,或許就能夠應用在觀葉植物和盆栽上的改良。爲重博士則是認為,未來或許能夠藉由這種方式改變葉菜的外觀和口感。「如果我們能夠改變葉菜的形狀,像是萵苣和菠菜,也許就能創造新種植物、或是更高價值的蔬菜了。」

研究團隊的下一步是利用電腦建立數學模組,試圖去解釋EPFL2和葉緣鋸齒之間的關係。「如果能夠利用電腦模組去隨心所欲的設計植物將會很有趣。」爲重博士表示。

雖然我們仍未能確定櫻花為何有鋸齒,但這項研究的成果也許即將為未來的花園和餐桌帶來更多的樂趣呢!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

資料來源

原始研究

___________
你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
Gilver
28 篇文章 ・ 3 位粉絲
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。