《獅子王》電影中的植物（下）：彭彭與丁滿的花草樂園

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 文／鄭仲良（辜嚴倬雲植物保種中心蒐藏經理）
  圖／江勻楷

二○一九年華特迪士尼公司將一九九四年的舊作《獅子王》(The Lion King) 重新翻拍，以電腦繪圖的方式將畫面擬真化，推出擬真版的《獅子王》電影。新版獅子王中除了動物擬真相當轟動外，細膩的迪士尼公司連背景營造也不馬虎，製作組在各個場景中加入了各種非洲野生植物，讓畫面看起來相當貼近現實中的非洲大陸。

草原大樹旋莢金合歡

主角辛巴和家族生活的草原，很明顯是以非洲地區的熱帶稀樹草原 (Savanna) 為原型。在這場景中我們可以看到兩種非洲常見的大型樹木，其中一就是旋莢金合歡 (Vachellia tortilis)。

旋莢金合歡是熱帶非洲稀樹草原上分布相當廣泛的豆科植物。旋莢金合歡的樹形就像是一把大傘，在草原中相當顯眼，它也是許多人一提起非洲草原，腦海中就會浮現的植物。

旋莢金合歡的葉片和幼嫩果實是當地各種大型草食動物的主食，在電影中就有一段長頸鹿啃食它葉片的畫面；木材堅韌結實的特性，也讓它成為知名木材樹種，被許多當地居民拿來製作家具。。

非洲棕櫚一身是寶

非洲棕櫚 (Hyphaene compressa) 是草原場景中出現的另一種樹木。它是是東非地區的棕櫚科植物，與我們吃的椰子是親戚。

大多數的棕櫚科植物，外型就如同我們對椰子的印象，都只有一個不分支的主幹，但是非洲棕櫚的主幹卻會發育出非常多分支，外觀看起來格外奇特。

非洲棕櫚的用途相當多樣，果實可以食用，葉片可用來編織斗笠、木材可用來構築圍籬，連莖部的汁液都可以用來釀酒，堪稱一身是寶，也難怪深受當地居民喜愛了。

園藝界女王南非罌粟

在辛巴於花叢中嬉戲的橋段，可以看到一種開著碩大橘紅色花朵的植物，它是南非罌粟(Papaver aculeatum)。廣泛分布在南非內陸的南非罌粟，和醫學上提煉止痛藥的罌粟同屬罌粟科，它也是南半球唯一的罌粟科植物。

雖然南非罌粟沒辦法從果實中提煉出止痛藥，但南非罌粟美麗的花朵讓它在園藝界闖出一片天，成為相當受歡迎的園藝植物。

猢猻木聳立綠洲

山魈拉菲奇在草原上住的巨大樹木，是一株猢猻木 (Adansonia digitata)。猢猻木又稱為猴麵包樹，是熱帶東非的草原或荒地上，相當常見的錦葵科植物。

或許有些讀者是從《小王子》認識猢猻木，它肥碩的樹幹能儲存水分，度過旱季，而非洲象也會在旱季咀嚼它的樹皮、莖幹組織以獲取水分。

猢猻木的果實也是許多野生動物的主食，電影中也有演出拉菲奇吃果實的一幕。雖然拉菲奇所吃的果實水分含量多，但現實中猢猻木成熟果實果肉卻十分乾燥；我們只能推測，或許電影製作組在這個細節稍稍作了一些改編吧。

除此之外，電影中還有另一個主要場景，就是疣豬彭彭和狐獴丁滿居住的山谷樂園，來和我們一起探索：《獅子王》電影中的植物（下）：彭彭與丁滿的花草樂園

本文授權轉載自2019 年 10 月 14 日 「國語日報科學版」

看完〈你所不知道的獅子王之童年大崩壞（2）〉，在獅子王故事當中，辛巴一出生身邊就圍繞著拉菲奇還有沙祖這些重要角色，牠們是哪種動物？和獅子到底是什麼關係？

山魈：離家很遠的薩滿拉菲奇

山魈 (Mandrillus sphinx) 是世界上最大的猴，臉上的鮮豔色彩是牠廣為人知的特徵，也是母山魈評判牠是不是好伴侶的標準，愈鮮明的臉部、臀部與外陰顏色，對應的是愈崇高的雄性社會地位。天敵是豹，但由於成年山魈也是很兇猛的，豹也不會親易招惹成年山魈。

在獅子王，身為智者的山魈，棲息在熱帶雨林中，看到這裡是不是就覺得有點奇怪？獅子王故事大多發生在非洲草原中，怎麼住在熱帶雨林中的山魈會處現在非洲草原呢？拉菲奇你其實離家出走很遠了對吧？

黃嘴犀鳥：沙祖吃飯就像特技

在電影中出現的沙祖是 黃嘴犀鳥 (Tockus leucomelas)，主要分布於非洲南部相對乾燥的環境中，最廣為人知的特質就是牠大大的鳥喙。但對牠們來說，有這樣的鳥喙是很沉重的，牠們的頸椎第二與第三節之間必須密合，才能讓身體撐起這種重量。更多關於犀鳥的介紹，請看到這〈犀鳥舌頭太短只能把食物甩進嘴裡，原來《獅子王》裡的沙祖這樣吃飯—《非凡物種》〉

黃嘴犀鳥生存的環境與獅子王故事中的草原雖然相距不遠，現實中黃嘴犀鳥的分布區域和歷史中獅子分布區域也有重合，但由於人類的捕獵與環境開發，獅子的棲息地越來越少，要像電影中見面的機會也越來越少了。

讀到這裡，童年的幻想可能都被破壞殆盡了，雖然電影和現實有不少的差異，但是朋友之間建立的革命情感是很相似，而且無可取代的。7/17 讓我們再一次進到電影中，和辛巴一起在非洲草原奔跑吧！

系列文章：

1. 你所不知道的獅子王（1）：獅群篡位稀鬆平常？鬣狗根本雌雄難辨？
2. 你所不知道的獅子王（2）：彭彭丁滿真的能跟辛巴成為好朋友嗎？

參考資料：

• 維基百科：獅、山魈、黃嘴犀鳥
• 犀鳥舌頭太短只能把食物甩進嘴裡，原來《獅子王》裡的沙祖這樣吃飯—《非凡物種》
• 為什麼有些猴子有藍色蛋蛋？——國家地理雜誌