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只要有趣研究什麼都可以?!震動蚯蚓晃出「法拉第波」——2020搞笑諾貝爾物理獎

A編
・2020/10/01 ・2094字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 454 ・五年級

不知道還有沒有人看過「頭文字 D 」?

拓海開 AE86 送豆腐時,老爸文太會把一杯水放在車上,如果這時文太不是要求拓海不灑出來,而是說:「仔細觀察這杯水。」那拓海很有可能就會看到「法拉第波」,前提是拓海能一邊盯著水杯,一邊過髮夾彎。

1831 年,法拉第發現圓柱容器中的液體,在特定頻率的垂直振動下會形成穩定駐波,這些駐波在液面上,會形成一些有趣的圖案,這些圖案我們稱為「法拉第波」。

2014年的「Milton Van Dyke Award」頒給研究「在流動水滴中,法拉第波的不穩定性」。影片/APS Physics

這些圖案不只有趣,也可以做為「液基微小物體的收集器」(Wikipedia),簡單來說,可以透過法拉第波,來理解在生物膜上的細菌分布。

不過,法拉第波並不容易控制,除了頻率以外,其他像是震幅大小、溫度、上方氣體的大氣壓力、液體密度、容器材質…等,都會對法拉第波的產生造成巨大的影響。因此有許多法拉第波的研究,都在尋找能準確描述法拉第波的方法 。

但上述的研究方向,都不是這篇搞笑諾貝爾獎的重點,畢竟這是搞笑諾貝爾獎嘛。(笑)

為什麼要震動蚯蚓?

我相信做這實驗的研究者當初也不知道為什麼要這麼做。(個人猜測)

研究者發現蚯蚓受到特定頻率的上下晃動時,身體會出現一種類似法拉第波的駐波。這時他們冒出的第一個問題是:「這有可能嗎?」

研究者搜尋了蚯蚓的身體資料,發現蚯蚓是由柔軟的「靜水骨骼」包覆內部體液所組成,結構類似水球,因此研究者認為,像水球的蚯蚓,有可能會因為裡面的水受到震動,而在表面產生類似法拉第波的駐波。

為了研究,研究者又找了一些資料來催眠自己繼續震動蚯蚓。在文獻探討中,研究者提出以蚯蚓作為研究材料的三個優點:

  • 第一,蚯蚓非常便宜,我們買得起很多蚯蚓來震動。(咦??)
  • 第二,蚯蚓就算死了,也比較不會被倫理委員會或動保人士找麻煩。(咦!!!)
  • 第三,蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘。(恩?這是什麼?)

接著,研究者開始說起法拉第波的理論推導與重要性。其中,研究者引用數篇關於法拉第波會讓水滴變成奇怪形狀的論文,並期待蚯蚓會在法拉第波的作用下,變成奇怪的形狀。

綜合上述,我推測研究者想震動蚯蚓的慾望,已經超越了正常人對食慾、性慾的需求,可能連在夢中,都想著讓蚯蚓變成自己想要的形狀。

實驗到底是期待看到什麼?

實驗就是一直震動蚯蚓嗎?是的沒有錯!

實驗就是不斷的去震動蚯蚓,看蚯蚓在什麼情況下,會變成類似法拉第波的形狀。實驗裝置也非常簡單,如下圖:

研究論文中,解析一隻受到震動而出現法拉第波震動的蚯蚓。圖/ResearchGate

紅光雷射(laser diode)打在被麻醉的蚯蚓(earthworm)上反射回接收器(photodetector),藉由反射光強度的不同,來分析蚯蚓的震動頻率。麻醉的蚯蚓下方則有一台震動器(Vibration),提供穩定的上下震動,這些上下震動的頻率是由一台訊號產生器(Signal generator)所產生,並藉由電路中的放大器(amplifer)調節震幅大小,蚯蚓震動的過程由上方的照相機記錄。

如果把蚯蚓換成人類的話,這個實驗相當於把人類麻醉之後,放到通了交流電的電椅上,給予不同頻率與電流大小的交流電,並透過持續照射 X 光來檢查人體內臟受損的程度,這段期間還有紀錄片攝影師同步拍攝人體通電的樣子。

看到這裡,也終於明白為什麼沒人在乎蚯蚓死活會是實驗優點了(抖)。

不求博大精深,研究也能輕鬆有趣!

除了蚯蚓形狀會受到法拉第波影響外,也發現蚯蚓體內形成的法拉第波,具有 20 – 300 Hz 頻率,與自然界中神經脈衝頻率相同,因此,這些法拉第波可能會干涉神經脈衝,放大或抑制神經傳導。

原來前面寫的「蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘」,是用在這裡啊,當我這麼想的時候,論文寫到:

「不過因為蠕蟲是麻醉的,因此沒有直接證據能說明這個想法是對的。」

除了用法拉第波讓蚯蚓變形外,研究者還真的沒有其他研究成果了呢!

其實,我十分崇敬研究者對蚯蚓波動的癡迷與勇氣,許多時候做研究,想到的都是未來的發展,但像這樣一篇只因興趣使然所做的研究,已經非常少見。

謝謝搞笑諾貝爾獎,不只帶來歡樂,也讓我們看到「只要你有興趣,什麼都可以拿來研究。」

參考文獻

  1. Wave-controlled bacterial attachment and formation of biofilms
  2. Determinants of Faraday Wave-Patterns in Water Samples Oscillated Vertically at a Range of Frequencies from 50-200 Hz
  3. 12 Patterns and Chaotic Dynamics in Faraday Surface Waves
  4. Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms

文章難易度
A編
9 篇文章 ・ 22 位粉絲
PanSci 編輯|讀物理毀三觀的科學宅,喜歡相聲跟脫口秀,因為它們跟我一樣是個笑話。


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海豹在臺灣出現合理嗎?鼻頭漁港海豹現身事件和跟著浮出水面的反思

chungweiyou_96
・2021/10/27 ・3368字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本週(10/24)在臺灣瑞芳的鼻頭漁港首度發現一隻靠岸在本島的海豹,這個消息對很多人來說都非常的興奮!但另一方面,這隻海豹也讓一些問題跟著浮出水面:比方如何辨識海豹、海獅等鰭腳類動物?新北市動保處為何要捕捉這隻海豹?海豹出現在臺灣合理嗎?港內的垃圾如何處理?跟著本文,讓我們來一一了解!

海豹、海象、海獅、海狗,傻傻分不清楚?

在分類方面,首先我們知道鰭腳類動物(Pinnipedia)就是指這類四肢演化成鰭狀的海洋哺乳類動物,主要分布在溫帶與寒帶(但仍有少數例外,如加拉巴哥海獅 Arctocephalus galapagoensis 所分布的加拉巴哥群島就是位處熱帶)。

鰭腳類動物包含了海象、海豹、海狗以及海獅,對一般人來說確實是個挑戰。其中較好分的就是海象,擁有一對非常醒目的獠牙;其次則是海豹,海豹是沒有外耳的,後腳看起來更接近尾巴,因此在岸上移動困難;而海獅和海狗就不好分了,在分類上的定義也不夠明確(海狗是海獅類群的其中一分子),要分辨的話,普遍主要會從海獅體型較大、雄海獅有明顯鬃毛、體毛較粗等來大致區分。

環海豹。圖 / 作者提供
加拉巴哥海獅。圖 / 作者提供。

為何要把海豹抓起來?可能的原因與反思

然後就是新北市動保處為何想要捕捉這隻海豹了。這個問題大概可以拆解成以下幾項:

一、因為海豹是外來種?

新北市動保處處長在新聞稿以及鼻頭漁港現場,都說了海豹是外來種云云。

外來種的定義是「某物種直接或者間接靠人為力量抵達某原分布外的地點者稱之」;反過來說,靠自身能力(飛行、游泳、空漂、海漂⋯⋯)抵達臺灣的生物,就不是外來種。而目前經清查,各大水族館以及海洋公園等地,都說並沒有遺失海豹的情況之下,這隻在鼻頭漁港出現的海豹,就不能以外來物種的標準處置(如果有所謂的外來種處置方式的話啦)。

二、還是哺乳中的小海豹?

10 月 25 日早上,我也在鼻頭漁港現場攝影,並目擊了圍捕經過。詢問過後發現,現場所有準備圍捕海豹的人員,沒有一人知道那隻海豹究竟是什麼物種。如果有小小做點功課,至少會說可能是斑海豹或者港海豹的其中之一,但現場沒有人說出上述的任何名字。

就我個人在現場觀察和攝影,個人認為比較可能是港海豹(Phoca vitulina),但因為港海豹和斑海豹(Phoca largha)外觀相當相似,所以也不敢直接說死。

港海豹分布於亞洲、歐洲以及北美洲的溫帶和寒帶地區,IUCN 判定無危,數量穩定。如果現場人員都無法判斷這隻海豹究竟是哪個物種,要人如何相信 24 日報導中說的「專人判定是哺乳期中的小海豹」?專人是哪位?以這種不夠可信的理由想要把海豹抓起來,似乎操之過急。

那我們就來看看這隻海豹是哺乳期幼仔是否合理吧!首先,港海豹在介於 2 月到 7 月之間產仔(緯度越高越晚生),產仔之後,媽媽只花 3-4 週的時間哺乳,之後就離開寶寶讓牠獨立生存。所以假設牠最晚在 7 月出生,又哺乳長達 4 週,圍捕當天已經是 10 月 25 日,怎麼算都不可能是所謂的「還在哺乳期的個體」!

有新聞報導小海豹可能跟母豹走失。圖/NowNews

根據 Monica Muelbert 和 William Don Bowen 在 2011 年的研究[1]顯示,港海豹幼仔平均在產後 24.1±0.44 天斷奶,斷奶的當下體重為 24.9±0.45 公斤 (n=52)。鼻頭漁港的這隻港海豹雖然沒有被抓起來量體重,但目測體長約 1 公尺、體重超過 25 公斤應該是沒有懸念,怎麼看都不是哺乳期的幼仔,還腦補了跟父母走散等劇情,用意只是想合理化捕捉的動作嗎?

這次在鼻頭漁港的港海豹。圖 / 作者提供。

三、擔心小海豹在漁港內受傷?

基本上這隻迷路到臺灣的港海豹,應該視為如同迷鳥一樣的狀況。同樣是史上首見,2014 年金山小白鶴剛到的時候,動保處也沒有急著要捕捉,那為什麼這隻港海豹就要抓?在「外來種之說」以及「哺乳期幼仔之說」都有些不可靠的情況下,處長接著說因為牠在漁港內可能會被漁船或者漁具等弄傷,所以想要捕捉之後去野柳海洋世界給獸醫師檢查,再找適當的時機和地點野放。

這個理由我可以接受,但正值東北季風強盛,當天早上天氣也一直都不好,港外的浪況相當驚人,捕捉人員雖然沒有抓到港海豹,但間接把港海豹趕出港外,在這種浪況極度不佳的海象之下,是不是逼著牠去冒更多的險?漁船在這種天氣也不會出港作業,若能讓牠在港內休息幾天,也觀察幾天,等過幾天天氣好,港海豹也因為喘息幾天而恢復體力(一路從溫帶南漂到臺灣肯定非常消耗體力),再有所動作應該也不遲?

金山小白鶴。圖 / 作者提供。

後來,10/25早上離開鼻頭漁港前,動保處處長說,他們當天的捕捉行動其實也想要測試、觀察港海豹的行動能力。看起來牠逃走的時候很正常,游泳的速度也是非常快,應該是健康無虞的個體。

港海豹出現在臺灣合理嗎?

至於港海豹出現在臺灣到底合不合理?要回答這個問題之前,要先知道一個概念:動物在某地點族群數量變多,新的個體競爭不到資源(或者數量沒變多,但環境品質劣化導致資源減少)時,就有可能冒險向外拓展新領地。

如果是海豹,在這個過程中,就有可能被強大的洋流帶往意料之外的低緯度地區,比方沖繩和越南都有發現過海豹的紀錄。至於臺灣的部分,昨晚看到李璟泓(里山基金會發起人)學長挖到一則老新聞,說 1957 年 8 月就有漁船在臺灣海峽撈到海獅(但其實比較像海豹);2013 年 6 月,蘭嶼東清灣海灘上也曾發現了一隻斑海豹屍體;所以此事件並不是完全沒有前例可循,在試圖妄下結論之前,真的要先花時間找資料啊。

1957年的報紙新聞。圖/取自國立公共資訊圖書館。

番外篇:港內垃圾怎麼那麼多?

再來就是港內的垃圾問題了。在港海豹離開後,已經有工作人員清理了鼻頭漁港內的垃圾,效率很高。大家看到海豹照片的時候,大多都會順便譴責一下垃圾過多的問題。

我也同意港內垃圾必須清理,但這個問題並不是當地人維持乾淨、不亂丟垃圾就能解決的。海洋四通八達,你在某地海邊撿到的垃圾有相當機會其實是遠方其他地區的人丟棄的。這是個相當大的議題,希望大家除了譴責當地人以外,有機會也可以幫忙參加淨灘活動。

鼻頭漁港的海豹與垃圾。圖 / 作者提供。

最後也想特別討論一下,大家如果遇到不熟悉的野生動物該如何應對。每個人對於動物的認識程度不盡相同,總有機會遇到一些自己不認識的動物。建議大家如果遇到不認識的動物,首先務必保持冷靜、安靜,並仔細觀察,記下特徵;如果有機會,就拿出手機拍攝一些照片。取得照片後安靜的離開遭遇動物的現場,讓雙方皆留有一些空間,千萬不要試圖捕捉或者攻擊,除了有犯法之虞,也可能弄巧成拙反而被動物攻擊!

後續,你可以主動搜尋一些管道尋求辨識協助,比方如果你看到的是一隻不熟悉的青蛙,可以有禮的請教一下臺灣兩棲類動物保育協會,以此類推,就看你看到的是哪個類群動物,找相關團體請教即可。甚至,現在社群網路如此發達,你只要 po 在自己的版面上,就有人會幫忙轉貼至各大相關版面,進而獲得解答。你的照片,或許還有可能協助研究者有新的發現!

總之,先觀察、後拍攝,最後安靜離開,就是標準遭遇不熟野生動物的 SOP 囉!

當然最後還要補一句,可以跟上百年難得一見的港海豹來臺事件,真是高興!榮幸!萬幸!Cheers!

參考資料

  1. Monica Muelbert, William Don Bowen, Duration of lactation and postweaning changes in mass and body-composition of harbor seal, Phoca-Vitulina, pups, 2011

chungweiyou_96
952 篇文章 ・ 245 位粉絲
大家好,我最喜歡的類群是兩棲爬行類動物,但基本上對於所有動物的神奇和美麗都是無比嚮往。
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