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【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

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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?

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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?

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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。

 

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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。 圖/Envato

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖化反應


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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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

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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。

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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。

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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。

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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!

參考資料:

Peggy Sha/沙珮琦
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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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!

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資料來源

原始研究

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Gilver
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