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魚有沒有鼻孔?晚餐桌上聊科普(系列4)

小牛頓電子書_96
・2012/12/11 ・1174字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 437 ・四年級

撰稿/資料來源:小牛頓編輯部

聊著聊著也堂堂邁入第四篇了,民以食為天,或許這也是為什麼晚餐桌上總有聊不完的科普知識,甚至還有許多我們習以為常,卻常常說不出個所以然的小常識,就像魚到底有沒有鼻孔呢?您知道魚的鼻孔能做什麼呢?

小酪梨,大學問

前幾天辦公室來了一批酪梨,大家滿心期待著這個神奇的食物,沒想到才進了冰箱一天,隔天拿出來竟然開始腐壞了,難道酪梨不能進冰箱嗎?

酪梨是一種採下來才開始熟成的水果,剛採下來的時候是綠色,很快地會開始變黑,但是變黑並不代表熟透,有些品種甚至不變色,而因品種不同又有5~7天的熟成時間,但熟成的酪梨不宜久放,那到底該怎麼分辨呢?

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酪梨在成熟時,果實會劇烈的「呼吸」,排出水氣,同時蒂頭和果皮間會產生小小的「空隙」,就可以作為判斷成熟的指標了。(圖片左邊是未熟的,右邊是較成熟的,紅色箭頭處可以看到「空隙」。)

這種後熟的原因,最主要是由於「植物乙稀」的作用,將果肉中的細胞壁破壞,進而使油脂等養份釋出,果肉就變的好吃了。酪梨可生吃可打成果汁,但如果萬一遇到不熟的果肉呢?也別緊張,只要經過加熱的調理過程,一樣可以吃到美味的酪梨了!

 魚有沒有鼻孔?

魚是用腮呼吸的啊〜要鼻孔幹麻?

No~no~no〜

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吃魚時仔細看,很多魚是有鼻孔的。大部分的魚甚至有兩對鼻孔呢!

人的鼻孔除了呼吸外,還有嗅覺功能。而魚的呼吸由腮負責,鼻孔負責的就是嗅覺囉!許多種類的魚具有兩對鼻孔,包括一對前鼻孔和一對後鼻孔,水會從前鼻孔流入,再由後鼻孔流出,前後鼻孔中間的通道有嗅覺細胞,能靠進出的水「聞」出水裡的味道。只有一對鼻孔的魚類,就用同一對鼻孔吸水和排水。

今天晚餐裡有魚嗎?仔細看看牠有幾對鼻孔吧!

吃籽不吃肉的百香果

百香果樹在夏天開花,兩個月後約在初秋時開始陸續結果。很多人說:「吃水果得吃現摘的才夠新鮮!」不過果農說,百香果成熟後自然掉落的果實才是最香甜的喔!

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切開百香果,會看到包裹著黑籽、一粒粒金黃色小囊,小囊裡飽含酸甜芬芳的汁液,很多人以為這就是百香果的果肉。其實我們都認錯啦〜紫色果皮下方、白色的部份才是果肉。那這金黃色的小囊究竟是什麼呢?

包裹著黑色種子的金黃色小囊其實是「果囊」,是種子的假果皮。一顆百香果裡,藏著有上百顆包著果囊的種子,上百個香噴噴的果囊加起來,真的名副其實是「百」「香」果呢!

 

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小牛頓電子書_96
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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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西番蓮傳色情簡訊給你——《人類時代》
時報出版_96
・2015/10/20 ・2599字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 445 ・四年級

西番蓮屬,百香果Passiflora edulis是本屬最有名的成員。 source:Pablo Gonzalez
西番蓮屬,百香果Passiflora edulis是本屬最有名的成員。
source:Pablo Gonzalez

生命有許多種形式,智慧亦然──植物或許沒有腦袋,但它們卻可能聰明絕頂,擅於操弄,而且凶殘惡毒。因此植物已經會傳簡訊求救,其實這是遲早的事,拜新的數位裝置之賜,一株枯乾的蔓綠絨,或者營養不良的朱槿,或者照顧不周的吊竹梅,都可以傳簡訊或者在網路上推特給它的主人。

人類喜歡受到重視,因此或許只要一株秋海棠感到「快樂」──這是園丁喜歡的說法,意味著它健康而且受到良好的照顧,也可以傳個簡單的「謝謝你」簡訊。想像你留在家裡孤零零的波士頓蕨用botanicalls 撥電話給你的情景。不過為什麼會求救的只限盆栽?另一家公司也找出方法,讓農作物可以一齊發簡訊,讓農夫知道他的努力是否會有大豐收。置放在土壤裡的感應器會感應濕度,然後把主人事先預錄的訊息發送出去。一叢香蕉發出劈啪聲,不知道聽起來是什麼樣?

Botanicalls. source:Josh DiMauro
Botanicalls.
source:Josh DiMauro

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植物傳簡訊給人類或許是新鮮事,但心懷不滿的植物早就會互相閒聊。榆樹遭昆蟲嚙咬時,會分泌化學物質,相當於廣播「我受傷了!接下來可能輪到你們!警告同一叢樹林中的其他植物趕快製造毒藥備用。植物是世界級的化學家,堪稱穿著綠衣的盧克雷齊亞.波吉亞(Lucrezia Borgia)1。如果是人毒殺別人,我們斥之為邪惡,而且下毒是預謀犯罪,不能以「自衛」為藉口。可是植物卻天天都分泌最惡毒的毒液,我們卻徹底地原諒它們。它們或許欠缺心智,甚至沒有腦袋,但它們對傷害卻有反應,也會奮鬥求生,刻意行動,奴役人類(透過如咖啡、香菸、鴉片),並且彼此之間還會不停地饒舌。

草莓、蕨類、苜蓿、蘆葦、竹子、羊角芹,以及其他許多植物都有它們自己的社交網路──一叢各自生長的植物由細緻的長毯(其實是橫向的莖)連結。要是有毛蟲咬了白苜蓿的葉子,它的訊息就傳遍整個群體,大家一起增加化武。如果壓迫一株胡桃樹,它就會醞釀它自己腐蝕性的阿斯匹靈,並且還會通知親戚全都這麼做。專欄作家莫莉.艾文斯(Molly Ivins)談起一位上了年紀的德州國會議員時,十分俏皮地說 :「要是他的智商再降得更低,我們就得一天為他澆兩次水」, 她顯然低估了植物的智慧。植物可不會溫文爾雅,有的可能很凶殘、愛耍手段、喜歡誘惑、工於心計、心腸惡毒、不擇手段、老於世故,而且徹頭徹尾地野蠻。

由於植物無法追求配偶,因此會大費周章,運用各種歌舞綜藝,哄騙動物為它們求偶。比如有些蘭花會偽裝為雌蜂的性器官,好像雄蜂試圖和它們交配,結果穿上了花粉的長褲。它們無法逃離危險,因此發明形形色色的毒藥,足以填滿整本藥典,另外它們還有一些簡單的武器:比如會使人喪命的番木鱉鹼和阿托平;會造成恐怖水泡的毒漆藤和毒葛;和像冬青和薊這種揮舞著如小刀般的刺人凶犯。黑莓和玫瑰會運用彎刺的皮帶,蕁麻的每一根毫毛都藏有一小管裝滿甲酸或組織胺的針管,讓我們發癢或奔逃。

萬一你在教西番蓮發送簡訊給你的過程中,受到誘惑,產生擁抱它的欲望──可千萬要忍住。西番蓮在細胞壁遭昆蟲咬破,或者被人類觸摸時,會釋出氰化物。當然,因為大自然的攻防常常是武器競賽,因此專咬葉子的毛毛蟲也演化到對氰化物免疫的程度。人常因誤食西番蓮、水仙、紫杉、番红花、附子(monkshood)、杜鵑、風信子、白鶴芋、毛地黃、夾竹桃、常春藤之類植物而死。一六九二年發生在麻州賽倫(Salem)的女巫審判案,有一種還待證實的說法,那就是整個案子的起源是在於前一個冬天太潮濕,裸麥作物感染了麥角鹼,這是一種類似LSD的迷幻劑,或許在把裸麥磨成粉的過程中,人們不小心吸進體內,結果使幾個女孩出現好像著魔的症狀,引發舉報女巫的一連串不幸事件。

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source:Swallowtail Garden Seeds
source:Swallowtail Garden Seeds

置身人類世的我們對散漫無紀的植物總是猶豫不決,就像我們對野生動物一樣,不知該如何面對它們才好。我們希望它們環繞在我們周遭,卻又不要它們毫無節制,四處徜徉。我們把心愛的植物放在室內或室外,要它們遵守規矩,不要肆無忌憚。野草教我們心驚,但正如巴黎植物學家派崔克.布朗 (Patrick Blanc)所指出的,「正是這種植物界的自由最教我們著迷。」 雖然植物也許老謀深算而十分危險,卻出現在我們生活中的每一

層面,由求偶到葬儀都不可免。它們以辛辣的氣味、炫目的造型填滿我們的房室,用抗拒地心引力的空中芭蕾及彎曲身姿綻開花瓣,攀向太陽。不妨把它們想成原始的太陽馬戲團。許多非洲菫都讓害羞的人(shrinking violet,指害羞內向的人,借violet 非洲菫作文字遊戲)得到他們迫切需要的跨界友誼。

由於它們的確要求照顧,而我們又確實喜歡我們的社交網路,因此我猜簡訊風會襲捲植物界,發給我們一堆彬彬有禮的謝詞,或者粗魯無文的抱怨 。接下來會是什麼?紫藤每一次被蜂鳥探看時,就發一則色情簡訊?還是一壇百日菊在結實之際,就對網路上的跟隨者大呼小叫?

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當然一些調皮的文字大師也會想出生氣蓬勃的簡訊,讓植物傳送,發出過度奉承或者諷刺嘲弄的電報。或許半帶阿諛:「你這了不起的女孩!謝謝你的溫柔呵護。」或者想想當你在和別人晚餐約會之時,突然接到滿腹牢騷的聖誕紅傳來簡訊說:「有像你這樣的複葉,誰還需要秋牡丹(海葵)?!」2

  • 註1:波吉亞家族中的要角,羅馬教宗亞歷山大六世的私生女,常被描繪為蛇蝎美人。
  • 註2:原文是「有像你這樣的朋友,誰還需要敵人」(With friends like you, who needs enemies),這是用friends 和fronds 以及enemies 和anemones 作文字遊戲。

getImage (6)本文摘自泛科學2015年10月選書《人類時代:我們所塑造的世界》,時報出版。

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本書搭配好活動《PanSci TALK:生而為人》,邀請到泛科學專欄作家寒波來分享「猴子有好幾種,為什麼人只有一種?」討論關於人類演化的故事;下半場則由〈故事〉專欄作家馬雅人分享「雨林世界:自然環境與馬雅文明」。

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時報出版_96
174 篇文章 ・ 35 位粉絲
出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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一個鼻子各自表述?
陸子鈞
・2011/10/29 ・814字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

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看看鏡子中的你,有兩邊耳朵,可以分辨聲音的來源,有一雙眼睛,可以產生立體視覺,那為什麼人有兩個鼻孔?科學家陸續發現,即使鼻孔相距不遠,兩邊看起來也沒有差異,但對嗅覺卻非常重要。

過去的研究指出,人類左右的鼻孔呼吸氣流速度並不一致,而且每隔幾小時就會交換一次。史丹佛大學的神經生理學家Noam Sobel和其他研究人員,想知道是否這樣的交換有助於嗅覺的靈敏。化學分子被嗅神經感覺到之前,必須通過鼻腔的粘膜,而不同的化學分子,被粘膜吸收的效率不同。研究團隊利用不同比例的香芹酮(carvone)和辛烷(octane)混合物,讓不同氣流速度的鼻孔聞。

結果發現,呼吸氣流較快的鼻孔,對於像香芹酮這類較快被粘膜吸收的化學物質,較為靈敏,卻也較無法感覺到像辛烷這類較慢被粘膜吸收的化學物質。反之,鼻孔的呼吸氣流較慢,則結果相反。也就是說,兩邊鼻孔能使我們同時聞到更多的嗅覺分子。這項結果於1999年發表於《Nature》。

幾年之後,印度的研究團隊,藉由老鼠,發現兩邊鼻孔和兩邊耳朵、兩隻眼睛一樣,能辨識訊號(味道)的來源。受過訓練後的老鼠,在叉道上能於50毫秒就選擇出氣味來自左邊或右邊,不管氣味是香蕉、桉樹或是玫瑰,都有80%的正確率。不過研究人員塞住老鼠一邊鼻孔後,牠們似乎就沒辦法辨識氣味的方向。顯然兩邊鼻孔傳送不同的嗅覺訊號到腦部,即使兩邊鼻孔差距不到3公釐遠!

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主持這項研究的Upinder Bhalla認為,兩邊鼻孔辨識氣味來源的重要性,應該普遍存在於不同的動物身上,而他的推測後來也在鯊魚信鴿被證實。不過和其他動物相比,人類對嗅覺的依賴很小,所以很難證實是否人類也能依賴兩邊鼻孔來認出氣味的來源。

參考資料:

  • Noam Sobel, Rehan M. Khan, Amnon Saltman, Edith V. Sullivan, John D. E. Gabrieli. 1999. The world smells different to each nostril. Nature. 402.
  • Nature News: Rats show off ‘stereo smell’ [2 February 2006]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。