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舊問題舊假說的新研究:斑馬的黑白條紋有助降溫嗎?

小肥波
・2019/07/11 ・1414字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

文/小肥波│販賣腦汁維生的蛋散,最愛吃喝玩樂,望有錢從天而降,全人類不須工作。

有關斑馬條紋的傳說,大概有個1千8百種~

馬科動物為何只有斑馬演化出黑白相間的紋理?人類有多達 18 個不同假說,主流意見認為:斑馬用黑白紋調節體溫。不過研究了 20 年斑馬紋的 Tim Caro 曾在《斑馬紋 (Zebra Stripes) 》一書否定說法,年初 Caro 團隊刊於 PLOS One 的研究亦重申,斑馬紋的主要用途是影響吸血昆蟲的視覺,令其難以著陸叮咬斑馬。

曾經也有一說認為,斑馬的條紋可以使掠食者不易看清楚他們,但科學家普遍不認同此假說。圖/IMDb

最新刊於《自然歷史期刊》的研究則再次推翻「斑馬紋不是調節體溫」的說法,並首度以 2 隻生活於非洲天然棲息地的斑馬,分析黑白紋間的溫差,發現在每天最熱的七個小時裡,兩種不同顏色的間紋,黑色紋溫度會比白色紋高 12-15°C ,並會在斑馬皮上產生對流有助降溫。

黑白條紋可以降溫?那就穿上條紋衣試試看吧

此研究由生態學家 Stephen Cobb 及妻子 Alison Cobb 進行。 Alison 指出:過去 40 年他們都與 Tim Caro 一樣做類似實驗,以斑馬皮套在鐵水桶上,再對比套有其他動物皮毛的水桶溫度,但明顯與現實仍有差異,因此決定在非洲追蹤活生生的斑馬,了解為何這種馬科動物仍可在大熱天時悠然自在地於草原漫步。

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沒有冷氣,在大熱天還到處趴趴走的斑馬們。圖/pixabay

團隊後來將斑馬皮套在馬身上,發現斑馬紋也有類似溫差,黑色紋溫度會高 16°C 。不過,套上斑馬皮並不等於能讓馬可調控體溫:活斑馬的黑色紋只會升至 56°C ,斑馬皮的黑色紋則會暴升至 71°C 。

當然加了一層皮毛已相當熱吧,然而 Stephen 與 Alison 認為還有其他機制幫助調控斑馬體溫。經過細心調查,發現對流可能受馬科動物包括斑馬分泌的泡沫汗加強,而泡沫汗本身已比正常汗水有更大表面面積,加快其蒸發速度幫助降溫。

只穿條紋衣不夠!還要有豎起的黑色毛髮

另一方面, Stephen 與 Alison 又發現斑馬黑色紋上的毛髮會竪起,可能在早上已將較涼空氣吸住,然後容許空氣流動與泡沫汗蒸發得更快,從而令斑馬在日間感到更涼快。

Stephen 與 Alison 發現斑馬黑色紋上的毛髮會竪起。圖/Alison Cobb

Stephen 與 Alison 在總結時表示,斑馬紋、泡沫汗與黑色紋毛髮竪起都是斑馬在炎熱天氣下降溫的三種重要因素。此外,他倆又指出 Caro 團隊認為斑馬紋有阻止吸血昆蟲叮咬研究的結論並非不正確,只是他們認為黑白紋以物理方式造成空氣渦流 (eddy) ,才是阻止吸血昆蟲著陸的原因。

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當然,研究無法完全停止學界對斑馬紋的爭議,相反更可看到斑馬紋機制比人類想像中複雜得多,未來相信會有更多相關研究解構斑馬紋演化之謎。不過, Alison 就在新聞稿指:「我已經 85 歲了,這些粗活還是留給其他學者做吧!」

參考文獻

  • Cobb, A. & Cobb, S. (2019).Do zebra stripes influence thermoregulation?. Journal of Natural History, 53:13-14, 863-879. DOI: 10.1080/00222933.2019.160760
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小肥波
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販賣腦汁維生的蛋散,最愛吃喝玩樂,望有錢從天而降,全人類不須工作。著有《養生大謬誤》。Facebook 專頁

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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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【貓奴指南】把「貓界大麻」貓薄荷抹在身上,除了方便吸貓/給貓吸還有什麼作用?
PanSci_96
・2024/02/20 ・512字 ・閱讀時間約 1 分鐘

為什麼貓這麼喜歡貓薄荷呢?

原來是貓薄荷裡的荊芥內脂導致貓咪吸了貓心大悅,不住翻滾、流口水、打呼嚕。

但是,貓薄荷不是對所有貓都有用。不到六個月的小貓似乎不會有反應,而且有的貓喜歡,有的貓不喜歡……咦,這還和遺傳有關係嗎?

想要同時驅蚊,又讓貓貓情不自禁饞你身子嗎?那你一定要試試貓薄荷!

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荊芥內脂不只會讓貓咪快樂似神仙,也會活化蚊子體內的受體蛋白,接觸到的蚊子會產生搔癢和刺痛感。哈哈小蚊子,你也來嘗嘗癢癢痛痛的痛苦!

給你的貓貓來點刺激的快樂草吧!

延伸閱讀

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借刀殺蟲!藍莓的養兵抗敵策略——淺談植物泌液作用的原理及應用
羅夏_96
・2021/09/02 ・3201字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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你是否在清晨看過水珠出現在一些植物的葉片邊緣上?相信不少人都看過,也會以為這是露水(包括我也是!)然而,這些在葉片邊緣整齊排列的水珠其實並非露水。一般露水所形成的水珠排列並不規律,且會鋪滿整個葉面。而這些會整齊地排列在葉片邊緣的水珠,其實是由植物的泌液作用(Guttation)所產生的。過去科學家認為泌液作用就只是植物用來將體內多餘的水排出而已,但新的研究顯示,泌液作用的功能很可能不僅於此1

草莓葉片邊緣因泌液作用產生的水珠。圖/維基百科

植物如何獲取水分?

要知道泌液作用的成因,我們得先了解植物是怎麼獲取水分的。

植物是由其根部來吸收土壤中的水分,當水進入根後,便能運輸到整株植物中。上述是我們對於植物獲得水分的一般認知,但植物獲得水的整個過程,其實要比我們想的複雜得多。

首先,植物會主動消耗能量,在根部累積高濃度的離子,而這就讓根和土壤之間產生滲透壓,讓水自動流到根內的木質部導管中。由於植物的構造,水在進入導管後便無法再流出根部,因此隨著水不斷地進入根內的導管,就會產生一股將水向上推的壓力,而這就是「根壓」。對於草本植物和矮小的灌木來說,根壓就足以將水向上運送到葉片。但對於高大的木本植物,根壓並不足以將水送到高處的葉片,這就時要靠「蒸散作用」和「毛細作用」來輸送水分。

植物可透過葉片上的氣孔來交換氣體,氣孔同時也讓植物的水分蒸散出去。而這個蒸散作用會形成一股負壓,對導管中的水產生一股吸引力。只要導管內的水柱是連續的,此負壓可以從葉片傳遞到根部,將導管內的水一路由根部向上拉至葉片中。另外由於導管的管徑很細,毛細作用也是使水柱上升的重要因素。毛細作用的來源有兩個,一是水分子與管壁間的附著力;二是水分子本身的表面張力(源於水分子的內聚力)。當水分子被管壁上的極性分子向上吸引而向上流時,水分子本身強大的內聚力會使導管中的水也被往上拉。

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對於高大的木本植物來說,蒸散作用是左右植物吸水水分的重要因素。雖然草本植物靠根壓即可輸送水分,但草本植物也會透過蒸散作用調控水分的輸送。另外蒸散作用也是植物用來調控體溫和排除體內多餘水分的方法。

植物獲得水分的三大關鍵:根壓、毛細作用、蒸散作用。圖/Transpiration stream

「泌液作用」的成因

講了有關植物獲得水分的方法,那麼泌液作用在植物身上到底扮演什麼樣的功能呢?答案是排除多餘的水分。

前面提到,植物會透過蒸散作用來排除體內多餘的水分,不過植物在夜晚會關閉大部分的氣孔,因此蒸散作用的效率會大幅降低。植物的根部在夜晚仍會不斷地吸收水分,不過正常情況下,夜晚剩餘氣孔所產生的蒸散作用,是足夠將多餘的水排出的。但如果植物是處在土壤水分高,且低溫高濕度的環境下(這種環境下,水分難轉換成水蒸氣),單靠剩餘氣孔所產生的蒸散作用無法將多餘的水排出。於是在這種情況下,植物便會透過泌液作用將多餘的水直接從葉片的泌水孔(hydathode)排出,而這些水就形成我們清晨在葉片邊緣所看到的水珠。

科學家大多認為,泌液作用只是植物將體內多餘的水排出的方法,沒什麼特別。雖然過去也觀察到許多昆蟲會吸食因泌液作用而形成的小水珠,但許多科學家都認為這些昆蟲只是單純在補充水分。但後續的研究發現,葉片的泌水孔和維管束組織是連在一起的。因此有些研究人員就猜測,透過泌液作用排出的水珠,其中可能含有維管束運輸的其它物質,如礦物質、糖和蛋白質等。因此來自西班牙和美國的聯合團隊,就推測泌液作用所產生的水珠,很可能也是昆蟲的食物來源1

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藍莓泌液,是許多昆蟲們的心頭愛

研究團隊選定的觀察植物是北方高叢藍莓(Vaccinium corymbosum),原因是該藍莓的泌液作用在整個生長期間非常旺盛,不分晝夜都會形成水珠。另外昆蟲們也非常喜歡藍莓的泌液,許多種類的昆蟲都會來飲用,而這就非常方便研究團隊進行觀察。

藍莓泌液很受昆蟲歡迎。圖/參考資料1

研究團隊首先分析泌液內的營養成分,他們發現每毫升的泌液中含有約 1.5 克的糖與 4.3 毫克的蛋白質,而藍莓花蜜中的糖含量是每毫升 0.4 克,這顯示泌液的營養價值比花蜜還高(看到這兒,我都想來口藍莓泌液了 ~)

接著研究團隊選定三種常飲用藍莓泌液的昆蟲為觀察與實驗對象:翅果蠅(Drosophila suzukii)、阿爾蚜繭蜂(Aphidius ervi Haliday)與草蛉(Chrysoperla rufilabris)。他們分別給予這三種昆蟲以下的營養液:一般水、糖水、蛋白質水、糖+蛋白質水和藍莓泌液,然後觀察牠們的壽命。結果顯示,飲用藍莓泌液的組別,其壽命和飲用糖水是一樣的。

研究團隊接著讓飲用不同營養液的昆蟲進行交配使其受精產卵,並藉此觀察牠們的產卵量是否會受到影響。結果顯示,喝藍莓泌液的昆蟲其產卵量並沒有受到影響。

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綜合以上結果,可以說藍莓泌液堪稱天然營養液,不僅能讓飲用的昆蟲活得好,也能順利產下後代。因此昆蟲要以藍莓泌液做為食物來源,完全沒問題!

飲用泌液(綠色線)的昆蟲,其壽命和飲用糖水(灰色線)一樣。圖/參考資料1

養兵自重,藍莓的防敵策略

藍莓泌液做為高營養食品,會吸引很多昆蟲來吃。這就出現一個問題,這種泌液在吸引大量的草食昆蟲來飲用的同時,牠們會不會順便也把藍莓的葉子給吃乾抹淨呢?按照自然界的法則,藍莓如果真那麼傻,早就無法生存了,它們一定有一套反制措施。

研究團隊統計了藍莓泌液吸引到的昆蟲種類。他們發現與去除泌液的藍莓相比,有泌液的藍莓明顯吸引了更多的寄生蜂類和捕食性昆蟲(如草蛉),同時有泌液的藍莓吸引到的草食性昆蟲數量減少了很多。也就說,藍莓通過泌液豢養了一群天敵的天敵,從而達到威攝與保護自己的效果。

另一個有趣的發現是,有泌液的植株上,蚊子的數量明顯下降了。可能是因為有其他捕食性昆蟲的威懾,蚊子們不得不放棄了這種高營養食品,而這或許可以成為一種新型的天然防蚊手段。

過去泌液作用被認為只是植物用來排水的手段,但這個研究告訴我們,泌液作用的功能可遠不只如此。植物也可透過泌液來吸引不同種類的昆蟲,協助保持自己的健康。當然不同植物所產生的泌液成分都不同,未必都有藍莓這種吸引捕食性昆蟲的特性。但這個研究卻開啟了泌液作用的研究新方向,讓其他研究者能去開拓更多可能。

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泌液作用在農作物中相當普遍,因此未來或許可以透過人工調控的方式,讓農作物生產的泌液達到更有效的驅蟲功能。另外藍莓泌液本身就有營養成分,或許我們也可以將泌液調整成含有更高營養的成分,這樣在採藍莓的同時也能順便收集這些高營養液。到時候,在享用藍莓的同時,也能順便來一杯藍莓營養液 ~

藍莓的泌液除了有高營養成分還有驅蟲效果,圖/Pexels

參考資料

  1. Urbaneja-Bernat P, Tena A, González-Cabrera J, Rodriguez-Saona C. Plant guttation provides nutrient-rich food for insects. Proc Biol Sci. 2020 Sep 30;287(1935):20201080.
羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟