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機師返台後,隔離天數誰說得算?讓病毒活性告訴你

miss9_96
・2021/04/28 ・3441字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

有症狀後超過 12 天,就養不出活病毒了。換言之, 12 天內,仍可能產出活病毒。

COVID-19 疫情期間回國,應該要隔離幾天?圖/pixabay

澳洲於今年 04/21 通知台灣,一名我國航空機師於當地確診新冠病毒疾病 (COVID-19)。臺灣進行航空員工全面採檢。直至 04/27,已知新增 10 名確診個案(不含澳洲通報)[1]。媒體也開始討論機師返台後,其居家隔離天數是否應延長等(TVBS聯合報)(機組員隔離 3 天 + 自主管理 11 天一般民眾隔離 14 天)。

「機師應該要隔離幾天?」不只是科學議題,還包含心理健康、國家貿易、必要運輸等。本文僅就科學面切入,探討「應該要隔離幾天?」,也就是「病毒幾天後就沒傳染力」了呢?

2021/04/15 修訂後之機組員返國健康管理天數。圖/交通部民用航空局

關於潛伏期之補充 (2021/05/06)

經讀者、寒波、Alice 等人建議,應加強補充潛伏期等資訊,故 2021/05/06 補充資訊

隔離的意義

隔離的目的,是希望 [1]

  • 被感染者,若是有症狀者,在隔離期就發病(然後就應該送醫),換言之,希望潛伏期 < 隔離天數。
  • 被感染者,若是無症狀者,在隔離期就無傳染力,換言之,希望帶病毒期 < 隔離天數。

瘟疫初期的研究,不同科學團隊發現的新冠病毒疾病 / COVID-19 潛伏期並不相同[2],分別為:

  • 10 名患者:平均 5.2 天(95% 信賴區間為 4.1 至 7.0 天)
  • 125 名患者:中位數 4.75 天(四分位距為 3.0 至 7.2 天)
  • 88 名患者:平均 6.4 天(95% 信賴區間為 5.6 至 7.7 天)

潛伏期的平均或中位數天數,都超過航空機組員的居家隔離天數。因此可合理判斷,機組員若被感染,可能將有病人在解除隔離後才發病;若此時症狀不足以引起警覺(如:想到上班而感到疲倦),則可能就有病毒流入社區的風險。

疫情指揮中心於 2021/05/06 針對華航機組員修改隔離政策,改為居家隔離 5 天,加上自主管理 9 天(疾病管制署新聞稿)。

那如果假設後續 11 天都嚴格遵守口罩+洗手等保護措施呢(即 3+11=14 天),能不能拖到患者體內病毒都不具備活性呢?

參考文獻

  1. 寒波 (2021) 如何決定隔離天數,新型病毒和疫苗又是否有影響?泛科學
  2. Chih-Cheng Lai, Yen Hung Liu, Cheng-Yi Wang, Ya-Hui Wang, Shun-Chung Hsueh, Muh-Yen Yene, Wen-Chien Ko, Po-Ren Hsueh (2020) Asymptomatic carrier state, acute respiratory disease, and pneumonia due to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2): Facts and myths. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. https://doi.org/10.1016/j.jmii.2020.02.012

感染者身上的病毒,幾天後還活著?

要怎麼知道體內的病毒,還活著且能傳染給別人呢?

用Ct值 (cycle threshold) 判斷嗎?Ct 值是指特定的病毒基因,放大幾次後,能被儀器測得的意思。Ct 值越低、需要被放大的次數越少,即指體內病毒基因的濃度越高[2]

驗出病毒基因並不代表能傳染給他人。可能的狀況是,細胞內尚有病毒基因,但已無法產生完整的病毒(抗體或 T 細胞已夠強,能快速清除從細胞表面溢散的病毒顆粒;或細胞內僅存碎片基因,無法產生完整病毒顆粒)。因此科學家會用「能否培養出能複製、破壞細胞的病毒」實驗,判斷病毒是否仍有活性、且可感染他人。

今年 2 月時,韓國科學家招募了 21 名新冠病毒疾病患者,密集地檢測 Ct 值且培養病毒[3]。結果發現,發病初期低 Ct 值時,都能培養出活病毒。發病後,能培養出活病毒的中位數時間是 7 天(95% 信賴區間 [CI] 為 5 至 10 天),而最長的時間是 12 天;能培養出活病毒且最高 Ct 值是 28.4。

對 21 名患者密集地採檢、培養病毒。圖/參考文獻 3

此結果和去年 4 月,德國科學家對 9 名患者的測試相近。德國患者在發病後第 8 天,就無法再培養出活病毒了[4]

對 9 名患者密集地採樣、培養病毒。圖/參考文獻 4

變異株的影響

那麼,如果以韓國的研究為參考(發病後第 12 天後,無法培養出活病毒),做為居家隔離天數的規範,是不是就沒問題了呢?

有風險,因為病毒會突變。

今年初,美國哈佛大學招募 65 名患者(其中 7 名被英國變異株 (B.1.1.7) 感染)進行頻繁的 RNA 檢測[5]。下表顯示英國變異株大量繁殖的時間,長達 5.3 天,而其他病毒株僅 2 天。而人體清除英國變異株,得花更久的時間,長達 8 天(其他病毒株為 6.2 天)。使英國變異株患者,整體帶病毒的時間將近兩週(13.3 天),遠高於其他病毒株患者的罹病時間(8.2 天)。我們不清楚韓國研究的患者,體內病毒是否為英國變異株,因此無法判斷 12 天的結果,是否也適用於英國變異株。但可以肯定的是,現行的隔離規定,若是參考舊的病毒株研究,那麼一旦遇到新變異株,就可能出現漏網病毒

英國突變株在人體內的病毒增殖時間、人體清除時間,括號內為 90% 信賴區間。表/參考文獻 5

疫苗有效嗎?

那麼,有什麼方法讓體內的病毒,更不易傳染呢?

有,打疫苗。

美國、以色列分別刊出了結論類似的研究。在美國一間醫療養院裡,定期地全面篩檢。結果發現無症狀感染者的 Ct 值,接種疫苗(單劑輝瑞-BNT 疫苗)和未接種者之間有明顯的差距。未接種者的中位數 Ct 值是 12.8,而接種後,即使感染,其 Ct 值也大幅降低是 19.4[6],顯示疫苗有效地降低病人體內的病毒量

接種疫苗,對無狀感染者的體內病毒量的影響。圖/參考文獻 6

以色列分析 4,938 名確診者。下圖可觀察到,在身體沒有保護力狀態下(接種疫苗第 1-11 天),若被病毒感染,體內的病毒量極高(Ct 值低);若接種的疫苗發揮效力後(第 12 天後),即使被病毒感染,體內的病毒量也能保持在極低(Ct 值高)的狀態[7]。由兩篇研究可得知,已接種疫苗、擁有免疫力的人體,即使感染病毒,它也難以在呼吸道上產生大量子代。因此可合理推測,接種疫苗的人,能有效成為屏障,避免親近的人感染。當然,也許就不用嚴守現有的隔離政策了。

接種疫苗,產生免疫力前後,對感染後體內病毒量的影響。圖/參考文獻 7

那麼,機組員的隔離 3 天 + 自主管理 11 天政策,是對還是錯的呢?

如本文開頭所述,防疫政策不能僅考量科學層面。過於嚴格的政策,撐不住的人必然會增加;並且台灣高度仰賴貿易運輸,拉高空運的障礙,可能會影響必要物資的進出口。

我們只能確定的是,英國、南非等新變異株逐漸成為主流後,現有隔離政策可能需要重新討論。並且,可以考慮對接種疫苗者放鬆隔離政策

因此最好人人打疫苗、越快越好。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻

  1. 華航確診機師妻子染疫 武漢肺炎增1本土個案、5境外移入。中央社。2021/04/27
  2. 蔣維倫 (2020) 新型冠狀病毒篩檢怎麼做,又有什麼限制呢?—專訪長庚新興病毒感染研究中心施信如。泛科學
  3. Min-Chul Kim, Chunguang Cui, Kyeong-Ryeol Shin, Joon-Yong Bae, Oh-Joo Kweon, Mi-Kyung Lee, Seong-Ho Choi, Sun-Young Jung, Man-Seong Park, Jin-Won Chung (2021) Duration of Culturable SARS-CoV-2 in Hospitalized Patients with Covid-19. The New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMc2027040
  4. Roman Wölfel, Victor M. Corman, Wolfgang Guggemos, Michael Seilmaier, Sabine Zange, Marcel A. Müller, Daniela Niemeyer, Terry C. Jones, Patrick Vollmar, Camilla Rothe, Michael Hoelscher, Tobias Bleicker, Sebastian Brünink, Julia Schneider, Rosina Ehmann, Katrin Zwirglmaier, Christian Drosten & Clemens Wendtner (2020) Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2196-x
  5. Stephen M. Kissler, Joseph R. Fauver, Christina Mack, Caroline G. Tai, Mallery I. Breban, Anne E. Watkins, Radhika M. Samant, Deverick J. Anderson, David D. Ho, Nathan D. Grubaugh, Yonatan H. Grad (2021) Densely sampled viral trajectories suggest longer duration of acute infection with B.1.1.7 variant relative to non-B.1.1.7 SARS-CoV-2. MedRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2021.02.16.21251535
  6. M Catherine McEllistrem, Cornelius J Clancy, Deanna J Buehrle, Aaron Lucas, Brooke K Decker (2021) Single dose of a mRNA SARS-CoV-2 vaccine is associated with lower nasopharyngeal viral load among nursing home residents with asymptomatic COVID-19. Clinical Infectious Diseases. https://doi.org/10.1093/cid/ciab263

目前國際上已有 6 款 COVID-19 疫苗,通過 WHO 緊急使用許可,快來看看到底有哪些吧!

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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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寵物過敏原有很多種,避免飲食過敏困擾,可選擇單一/特殊肉種寵物飼料
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/06/06 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 新萃 Nutri Source 委託,泛科學企劃執行。

你有發現家裡的狗狗經常舔自己四肢,或是身上出現不明紅疹?當心這可能是過敏反應。寵物和人類一樣,也會有過敏反應,過敏可依照「來源」分為三種:吸入性過敏、接觸性過敏和食物性過敏。

寵物的過敏源有哪些?

不管是哪一種過敏反應,在人的身上都比較容易發現和排除。但狗狗的過敏卻很難處理,如果是接觸性或吸入性過敏,即使你把家裡打掃得很乾淨,還是無法排除帶狗出去散步時可能接觸到的環境過敏原。因此,對飼主來說,最容易控制的是食物性過敏。

食物性過敏是怎麼發生的呢?其實,「食物過敏」這個詞並不太準確。正確的臨床醫學用詞是「食物不良反應」(Adverse Food Reaction, 簡稱AFR)(Jackson, H. , 2009),指的是吃下食物後身體產生各種不良反應。並進一步分為食物過敏(Food Allergy)和食物不耐受(Food Intolerances)兩種。

如果你看過動漫作品《工作細胞》,你就會知道過敏其實只是免疫系統對特定成分產生的過度反應,因此全名為「過分敏感」;而食物不耐受則並非免疫性反應,而是消化系統無法代謝或對該生物體有毒,例如狗不能吃洋蔥或巧克力,否則會致死等等。

由於寵物沒有選擇權,只能吃飼主提供的食物,如果飼料中恰好有會造成牠 AFR 的成分,就可能產生各種症狀。除了腸胃發炎和拉肚子外,最明顯的外在症狀就是皮膚問題,包括搔癢、脫毛和紅疹等。後者容易被誤判為皮膚性疾病,讓許多飼主狂跑獸醫院的同時,獸醫也難以對症下藥。

雖然曾有研究透過讓醫師用血液或唾液是否檢測出 IgE 抗體來判斷狗是否過敏(Ermel, R et al.,1997),但最新的研究卻發現,無論使用無論血清的 IgE 抗原或是唾液裡的 IgM 或 IgA 抗原都無法有效檢測出狗狗的過敏來源(Udraite Vovk Let al., 2019 & Lam ATH et al., 2019),甚至會造成偽陽性誤判。因此,目前學界公認唯一能識別食物過敏原的方法就是「食物排除法」(Food Elimination Method)。

以食物排除法,找出毛孩的食物過敏原!

食物排除法的原理相當簡單粗暴,類似我們過去在學校做的實驗一樣,抓出「控制組與對照組」。首先,將狗狗的食物換成牠沒吃過、單一來源且易消化的高蛋白質或水解蛋白質;同時嚴格限制牠對其他食物接觸,包括其他人餵食或路上亂吃等可能性都要注意,此為「對照組」,如此持續 8~12 週,觀察皮膚是否有改善。如果確實有改善,那就證明了確實是 AFR 而非皮膚病。

下一步我們可以進行「食物挑戰」,在每餐食物中逐一嘗試可能的過敏原(例如常見的牛肉、雞蛋等),有如「控制組」,等到症狀又出現,就可以確認哪種食物成分是過敏原,未來就可以在飼料中排除,讓狗狗健康快樂地成長。

這個方法需要飼主的大力配合和耐心紀錄,不僅要在漫長的試驗期,更需要在控制期一一排除所有不可能之後,才能找到答案。而其中最困難的部分,也是實驗的基礎可能是第一步:「提供狗狗牠從未吃過,且肉品單一的蛋白質」,這點對多數飼主來說幾乎是不可能的任務,因為大部分的寵物飼料成分都很複雜。不要說狗狗了,搞不好你連自己沒吃過什麼恐怕都不知道。

飼料成分多而雜,可選單一肉種飼料降低過敏。

那該怎麼進行食物排除法呢?別擔心,沒有找不到的肉品,只有勇敢的狗狗。市面上已經有了針對過敏狗狗的低敏飼料,新萃推出了一系列低敏肉,包含單一肉種的袋鼠肉、鹿肉以及野豬等相比牛豬羊等較不容易取得的肉類,是進行食物排除法第一步測試的首選。

此外,新萃牌無論哪種飼料都有美國專利 Good 4 Life® 奧特奇專利保健元素,能促進飼料中的營養都被狗狗完整吸收。不僅過敏的狗狗能吃,有消化不良症的狗狗也適用。

新萃商品選擇的是單一/特殊肉種的成分,低敏感肉品讓寵物吃了更安心。

參考資料

  1. Thus for the purpose of this discussion, although the term food allergy is used throughout, it should be recognized that this term is a presumptive clinical diagnosis and adverse food reaction is a more accurate term for these canine cases. – Consensus
  2. Jackson, H. (2009). Food allergy in dogs – clinical signs and diagnosis.. Companion Animal Practice.
  3. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease – PubMed (nih.gov)
  4. Lam ATH, Johnson LN, Heinze CR. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease. J Am Vet Med Assoc. 2019 Oct 1;255(7):812-816. doi: 10.2460/javma.255.7.812. PMID: 31517577.
  5. Direct mucosal challenge with food extracts confirmed the clinical and immunologic evidence of food allergy in these immunized dogs and suggests the usefulness of the atopic dog as a model for food allergy. – Consensus
  6. Ermel, R., Kock, M., Griffey, S., Reinhart, G., & Frick, O. (1997). The atopic dog: a model for food allergy.. Laboratory animal science.
  7. https://www.moreson.com.tw/moreson/blog-detail/furkid-knowledge/pet-knowledge/dog-food-allergen-TOP10/
  8. 狗狗因為食物過敏而搔癢不舒服,為什麼做「過敏原檢測」沒什麼用?
  9. 【獸醫診間小教室】狗狗皮膚搔癢難改善?小心食物過敏! – 汪喵星球 (dogcatstar.com)
  10. 寵物知識+/毛孩對什麼食物過敏?獸醫:驗血完全不準!診斷法只有一個 | 動物星球 | 生活 | 聯合新聞網 (udn.com)
  11. Is there a gold-standard test for adverse food reactions? – Veterinary Practice News
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國中會考即將放榜!自然科時事閱讀題該如何破解?
Student.PanSci_96
・2023/06/07 ・1300字 ・閱讀時間約 2 分鐘

從各種大考的考古題中,我們都能發現「時事」在自然科的重要性,在 108 課綱中,又更強調閱讀素養,重視課程知識與生活概念的結合,可想而知,社會上發生的各種重大事件都有可能融入成為考題。今年(112 年)的國中教育會考,自然科的考題中就拿了三年前的一則真實事件當作考題(圖一),讓學生進行判讀!

(圖一) 112 年國中教育會考自然科第 40 題。圖/台灣師範大學心測中心

這個事件發生在 2020 年三月,俄羅斯一名網紅舉辦泳池生日趴,將 25 公斤的乾冰直接倒入泳池製造氣氛,結果不幸釀成 3 死的意外。這則新聞在社會大眾眼裡可能只是個不幸的意外,但是在自然科教師的眼裡,卻是同學們需要了解的知識,更是個出考卷的絕佳考題(只是沒想到隔了三年才考出來)。

科學生的閱讀任務裡面,搭配八年級上學期的文章「國中理化告訴你:為什麼不該在派對上,將 25 公斤乾冰丟泳池?」(圖二),就針對這個事件做了介紹與科學原理的分析:乾冰的升華、大量二氧化碳對於人體的危害作用機制等,等於同時用理化與生物課程的角度來對事件進行簡單、國中生能夠理解的介紹。

(圖二) 以時事中所含的科學概念來出題,是大考的重要方向。圖/科學生部分截取

雖然這次的考題主要概念,是希望同學們根據空氣的組成成分來進行分析。但如果能對這個事件更有熟悉感,也了解生活時事大概會用哪種方式融入考題,相信碰到類似題型時,就更容易輕鬆作答啦!

今年(112年)的國中教育會考,自然科的考題裡面,由第 43、44 題構成的題組(圖三),設計上包括較長的題幹敘述、圖片與表格,顯然是要考驗學生的閱讀與圖表判讀。主題內容則是兩個嶄新時事議題的結合──燕麥奶和碳排放。

(圖三)112 年國中教育會考自然科第 43、44 題。圖/台灣師範大學心測中心

第 43 題的考點出自於七上的營養,第 44 題則考跟生物、理化、地科都有點關聯的碳排放,這出題方向相當符合 108 課綱所強調的,學生所學的知識概念必須能夠跨科進行統整。

相比之下,43 題只要記得糖會分解成醣,而蛋白質會分解成胺基酸,就能回答;但 44 題碳排放的概念,同學們可能熟悉度較低。幸好,只要讀懂圖表,也看懂題幹沒有被繞暈(問固定碳排量下能生產的量,所以是碳排最低的杏仁奶生產量最多),還是能夠回答。

延伸閱讀:燕麥奶為什麼這麼好喝?如牛奶般微甜、絲滑的口感是怎麼來的?——解析燕麥奶的加工原理

在科學生的閱讀任務裡面,也提供了許多最新時事與課程結合的閱讀練習,例如:題組中的燕麥奶與碳排放議題。透過練習,可以降低同學們對陌生內容、長篇文章的恐懼感,並且逐漸了解科學文章的構成,而能更快抓住文內的重點。

想要進一步了解更多內容的話,閱讀任務內也有連結可以直通 PanSci 泛科學的原文。透過科學生的閱讀練習,訓練了素養能力,更提升了會考成績。

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植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
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  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。