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狂吐白沫的竟是雨後的尤加利樹,而非飲鴆止渴的無尾熊?!

胡中行_96
・2022/07/21 ・3095字 ・閱讀時間約 6 分鐘

在 2019 年 7 月到 2020 年 3 月的「黑色夏季」森林大火的期間,[1] 有天澳大利亞東岸的新南威爾斯州,突然迎來了一場傾盆大雨。知名觀光區 Bondi [註1] 海灘一帶的尤加利樹,喜逢久旱甘霖,竟開始源源不絕地吐出雪白的泡沫!為安撫驚慌失措,擔憂行道樹被化學物質汙染的市民,當地的 Waverley 市政府即時發佈臉書貼文:「冷知識星期五:有沒有注意到今天我們的尤加利樹哪裡怪?嗯,那些從樹幹上沖刷下來的泡沫,不是香皂、清潔劑或阻燃劑,而是…」[2]

  

一起來看雨後的樹木冒泡泡~。oO。oO 。oOO 來源:Megabattie on YouTube

  

天然皂素

尤加利樹的葉子和樹皮裡,本來就有天然皂素(saponin,又稱「皂苷」),[3],是由親脂性配醣基(aglycone,又名「皂元」)與親水性配醣體(glycoside,又叫「醣苷」)結合而成 [4, 5] ,用來抵禦外侮。[6] 皂素有起泡的特性,[5] 經過滂沱大雨的洗滌和溶解,便自然產生反應。如果之前長期缺乏降水,使得樹木有時間囤積庫存,雨後湧出的泡沫量就更是一發不可收拾。[6]

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含有皂素的食物

許多常見的經濟作物,都含有微量皂素,例如:燕麥、甜菜、藜麥、碗豆、黃豆、綠豆、紫花苜蓿、四季豆、蠶豆、番茄、馬鈴薯、大蒜、韮蔥、洋蔥、細香蔥、山藥、菠菜、蘆筍和茶樹。人類的腸道菌落可以破壞皂素,所以適量食用,並不會嘔吐、腹瀉。[5]

不同的是尤加利樹不僅有皂素,還配備別的一樣也能對抗微生物、昆蟲與草食動物的化學毒素,[5-8] 避免負責呼吸的葉子都被吃光。[7] 然而就在它幾乎要自認天下無敵的時候,無尾熊以與生俱來的天賦從容面對。世間一物剋一物,無尾熊一天啃上 500 公克的尤加利葉不嫌多,有機會的話,還順道豪飲尤加利茶![7]

  

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無尾熊品茶特寫。圖/參考資料 6(CC BY 4.0 license):Echidna Walkabout and Koala Clancy Foundation 提供。

  

無尾熊舔尤加利樹的莖流

無尾熊的英文「koala」,源自澳洲原住民語,意思是「不喝水」。 [9] 長期以來,科學家也一直為牠們憨傻慵懶的外表所騙,想說整天窩在樹上的無尾熊,就只知道吃和睡,連水都不喝。出乎意料的是, 2006 年至 2019 年期間,無尾熊於澳洲各地,被觀察到 46 次喝「茶」的紀錄。雖然以牠們缺乏活力的天性,無法自己起身泡茶,但仍非常認命地坐在原位狂舔樹幹。[7]

沿樹幹流下,摻入眾多雜質的雨水,稱為「莖流」(stemflow);[7, 10] 而穿過枝葉,落到地上的,則叫做「穿透流」(throughfall)。[10] 莖流一旦開始,可以維持數個小時。生活閒適悠哉的無尾熊,就在那裏跟它耗。一次喝上 15 到 30 分鐘左右,每秒約能舔樹幹 2 下。某次的紀錄甚至顯示,有隻無尾熊連續舔了 34 分鐘,休息 2 分鐘後,馬上又繼續,[7] 簡直就是飲鴆止渴馬拉松。

  

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無尾熊品茶側錄。來源:Frontiers on YouTube

  

人類不該口服尤加利油

臺諺說得好,做人千萬不要「無彼號尻川(屁股),想欲食彼號瀉藥」。[11] 咱們不是無尾熊,就別胡亂品嚐這款有機茶。澳洲某水利公司專文警告,尤加利落葉和樹皮若是掉入水塔,會引發類似冷泡茶的現象,影響飲水安全,而且一旦化學物質混進自來水中,就連專業人員也無法將之濾淨。嚴重的話,得把整個水塔的水都放掉,清洗消毒,然後重新儲水,相當大費周章。[3] 此外,儘管從尤加利油萃取出來的桉油醇(Eucalyptol),能增添食物風味,且每天攝取少量,長達 12 週也應該不會出事;尤加利油本身卻是絕對喝不得的。後者光 3.5 毫升便足以致命,[12] 其餘誤食的症狀,還包括:腹痛、嘔吐、腹瀉、癲癇、昏迷、中樞神經系統異常、肌肉無力,以及吸入性肺炎等。 [12, 13]

  

尤加利產品、肥皂樹及客澳氏合歡

目前澳大利亞常見的尤加利樹相關產品,以精油和消毒、清潔用品為主,其中有些也外銷臺灣。(可惜廠商沒有贊助本文,所以在此略過品牌評比。)早在尤加利樹被商業化行銷之前,澳洲原住民就已經拿它的汁液來當藥水。[14] 有趣的是,在介紹部落植物運用的資料裡,常被提及的傳統清潔劑,卻非偶爾會冒泡泡的尤加利樹,而是其他也含有皂素的植物,例如:肥皂樹(soap tree、red ash,學名Alphitonia excelsa) [15]客澳氏合歡 [註2] (Cole’s wattle [16],學名Acacia colei [17])等。最後,就讓我們來看澳洲人示範怎麼用植物洗手吧!

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摘肥皂樹的葉子,加水搓揉洗手。來源:ApiaGoodLife on YouTube
將客澳氏合歡的果莢,加水搓出泡沫。來源:Questacon on YouTube

  

備註

【註1】可能是因為拼字的關係,「Bondi」常被誤譯為「邦迪」,但實際上澳洲人都唸「邦黛」。根據新南威爾斯州立圖書館的介紹,該地名源自原住民語的詞彙「Boondi」,意思是「海潮的聲音」。[18]

【註2】澳洲的Coles超市在臺灣自稱「客澳市」,所以筆者把網路上查不到中文譯名的Cole’s Wattle,索性翻成「客澳氏合歡」。

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參考資料

  1. Bushfires – Black Summer (Australian Disaster Resilience Knowledge Hub, 2020)
  2. Fun fact Friday: Notice something strange today about our eucalyptus trees? (Waverley Council on Facebook, 2020)
  3. Tannis and Saponins from Eucalyptus leaves can contaminate your Water Tanks (Pristine Water Systems, 2021)
  4. Saponins (Cornell University, 2019)
  5. 食品中植物性天然毒素技術報告(國家衛生研究院,2017)
  6. Mystery over why hundreds of trees are ‘foaming’ in heavy rain (Yahoo News Australia, 2020)
  7. Mella V and Van Stan II J. (2021) ‘Koalas Give Tree Bark a Licking’. Frontiers for Young Minds.
  8. Naidoo S, Külheim C, Zwart L, et al. (2014) ‘Uncovering the defence responses of Eucalyptus to pests and pathogens in the genomics age’. Tree Physiology, 4, 9, pp. 931–943.
  9. Koala facts (Queensland Government – Department of Environment and Science, 2022)
  10. 樹木於土壤容洪能力的省思(水利署電子報,2018)
  11. 無彼號尻川,想欲食彼號瀉藥。(教育部臺灣閩南語常用辭典,2011)
  12. Eucalyptus (MedlinePlus, 2021)
  13. Lee K, Harnett JE, and Cairns R. (2019) ‘Essential oil exposures in Australia: analysis of cases reported to the NSW Poisons Information Centre.’ The Medical Journal of Australia, 212, 3, pp. 132-133.
  14. Indigenous Plant Use (The Clean Air and Urban Landscapes Hub, 2020)
  15. Soap Tree (Toohey Forest Environmental Education Centre, 2020)
  16. Australian Trees and Shrubs: Species for Land Rehabilitation and Farm Planting in the Tropics (Australian Centre for International Agricultural Research, 1997)
  17. IY2019: Making soap with bush science (Australian Government – Department of Infrastructure, Transport, Regional Development, Communications and the Arts, 2019)
  18. Word Of the Week: Boondi (State Library of NSW, 2015)
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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。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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指紋的辨識:從指紋認證系統發展到鑑識科學的應用——《黏黏滑滑》
晨星出版
・2023/01/07 ・3415字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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這幾年來我拿過幾本護照和簽證,所以我相當熟悉指紋掃描這件事。但是這次的流程感覺有點不一樣。首先,我坐在位於威靈頓的紐西蘭警察總局一間無窗的房間裡。掃描影像也是用一個跟我的智慧型手機差不多大小的儀器掃描。但是我卻著迷似地,用以前不曾有過的方式盯著複雜的紋路看。

指紋負責人吉蘭.哈利爾(Gilane Khalil)帶我走了一趟我的指紋之旅:

指紋的分類與組成

深色線就是凸起區,我們稱作乳突紋線(papillary ridge),其紋路可大略分為三類:箕形紋(loop)、斗形紋(whorl),及弧形紋(arch)。箕形紋的紋線會出現,繞圈之後再彎折回來,回到同一側。弧形紋是從一端往上彎曲或隆起,然後流向另一端—只有大約5%的人口有這種指紋。斗形紋是環形紋路。大部分人會有箕形紋混合斗形紋,你手上的指紋也是如此。

她指著取自我右手中指的指紋說,「不過你的指紋的確很不尋常。你看得出來這個特徵是結合了箕形紋和和斗形紋嗎?真是很好的複合紋路範例。」

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乳突紋線的紋路複雜,但是以上是最常見的三種。你的是哪一種呢?圖/

雖然指紋獲得最多關注,但我們整個手掌其實都被這個有乳突紋線的皮膚包覆,上方覆加一層網絡,有特有的深褶痕和摺皺。這些複雜性全都反映出肉眼可見表面之下的暗潮洶湧。我們皮膚上的紋線圖型是由不同種類的蛋白質角蛋白構成,最強、最耐久的種類就位於凸起的紋線,比較柔韌的則位於兩者之間的凹部。這樣的組合讓紋線可以承受大量擠壓,而凹部則可讓它們有空間屈曲和伸展。

這些紋路的根部很深,延伸到皮膚最外層(表皮)之下,並進入下方的真皮。這層結締組織有類似的紋線形式—大衛.林登(DavidLinden)稱之為「朝內的指紋」—其提供表皮各種支持,包括血管。

皮膚的汗腺和管道也會把這幾層固定在一起,灌注沿指紋線頂端分布的大量汗孔。位於手掌無毛皮膚下的腺體是人體當中最大也最緻密者,每平方公分有 1000 ∼ 1200 個。所以下次你在不合時宜的時刻冒手汗時,你就知道要怪誰了。

人類並不是手腳有乳突紋線皮膚的唯一靈長目。匹茲堡動物園(Pittsburgh Zoo)和聯邦調查局(FBI)在 2011 年進行一項研究,在例行性獸醫檢查期間採集各種不同靈長目的指紋。毫不意外,已知與我們關係密切的物種,如紅毛猩猩、金剛猩猩和黑猩猩,都出現類似的箕形紋、斗形紋和弧形紋,雖然與我們的分布有點不同。

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所有紅毛猩猩的指紋中,幾乎一半都有人類罕見的弧形紋。黑猩猩的斗形紋比我們多,而金剛猩猩的箕形紋比例與一般人類差不多。不過目前已知另外至少還有一種動物也有指紋,儘管其演化路徑與靈長目非常不同:無尾熊(學名是Phascolarctos cinereus)。

無尾熊的指紋與人類相似。圖/envatoelements

這種毛茸茸的有袋動物(也是澳洲的代表動物)指頭上的紋線,不管大小、形狀和排列,都跟人類的紋線相似,牠們前掌每根指頭都有弧形紋,有些後掌也有。斗形紋和箕形紋往往只出現在特定指頭。差異如此大的物種之間有這些共同特定特徵的原因,普遍認為是因為紋線可以增進牠們的抓握能力。對大半時間都待在森林樹冠的物種而言,這是很有效的技能⋯⋯或我們之後將會看到,這種技能更常出現在都市叢林中。

指紋認證系統的起源

指紋長久以來都被當做人類在物體上留下痕跡的方式,從簽合約和泥板文書(clay tablet),到古代墓碑的牆面。但是用來辨識個體—因其明顯的獨特性—是比較近代才開始,且有一段非常成敗參半的過去。

與指紋早期發展關係最密切的有三個人,分別是亨利.佛德斯(HenryFaulds)醫師、優生學家法蘭西斯.高爾頓(Francis Galton),以及殖民地警察愛德華.亨利(Edward Henry)。佛德斯透過實驗證實指紋會永久存在—即使遭遇嚴重的表皮損傷也可以恢復原本的紋路。除了尺寸變大,指紋的紋路從出生到成年都一樣。

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他也設計出第一個正式的紋路分類系統。高爾頓在1892 年的一本著作就是以那些主張為基礎,他從世界各地蒐集了指紋樣本之後,宣稱掌足凸紋(friction ridges)是「比任何身體特徵都還更加肯定的身分判定標準」。這開啟了一扇門,世人開始把指紋當做一種鑑別工具。

高爾頓特別強調此技術對英國殖民地的潛在重要性,「這些地方的土著很難區別」。沒錯,他真的這樣寫。駐紮在印度,擔任孟加拉警察分局督察長的愛德華.亨利非常推崇高爾頓的作品,且確信他可以把分類系統再調整得更實用一點。在他的努力之下,亨利系統(HenrySystem)誕生了, 1901 年獲蘇格蘭場(Scotland Yard)採用,自此之後衍生的不同版本也受到執法機關和其他警政機構使用。

鑑識科學的指紋比對

最近幾十年來, 有些有威望的科學組織開始批評指紋在鑑識科學的地位—尤其是做為刑事案件的證據。癥結點環繞在個化(individualisation)的概念;即鑑識痕跡〔例如犯罪現場找到的潛伏指紋(latent print)〕可以無歧義地連結到特定的某個人,「而因此排除其他所有人。」

2009 年,美國國家研究委員會(National Research Council)發表一份針對美國鑑識科學狀態的大型研究。他們在這份研究中提到,指紋鑑定缺乏提出這種主張所需的科學依據。之後的報告也同意,指出諸如錯誤率、專家之間缺乏可重複性和重現性,以及認知偏誤等風險。

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如果你曾經看過那些時髦的「犯罪現場調查」(CSI)電視劇,你可能會想,這跟認知偏誤有什麼關係。指紋比對想必都是由電腦完成的吧?這個嘛,雖然電腦化的資料庫的確善盡職責,但拿指紋比對資料庫裡的指紋資料這個過程,其實是由人工進行,很意外吧。

在紐西蘭這裡,軟體只會當做初步過濾的工具,用來觀察指紋的整體模式,以及畫面中不同點之間的關係。那樣的電腦分析會吐出一長串可能的候選清單,接著就人工檢查每一位候選人的指紋細節—所謂的人工即是受過訓練的指紋專家。指紋專家要留意很多地方。負責管理紐西蘭國家指紋服務(National Finger Print Service)的塔妮亞.凡.皮爾(Tanja Van Peer)告訴我:

光是一枚完美的潛伏指紋,可能資訊量就很龐大。當我們調出指紋畫面,我們要看的不只是紋線的流動和形狀;汗孔、皮膚褶皺及疤痕也都獨一無二。我們縮小螢幕上的搜尋範圍後,就會調出原始的指紋組,並重複進行分析。我們每一次鑑別都會再跟另外兩位專家進行半盲確認,上法庭時,會再重複進行所有過程。我們的驗證過程非常可靠。

但是即使經過以上所有嚴謹地檢查和斟酌程序,指紋分析還是一直被視為意見證據(opinion evidence)。沒錯,指紋分析是基於最高級專家的判斷,指紋連結到錯誤人選的可能性非常低,但並不是零。

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根據其性質,意見證據無法提供絕對的確定性。 2017 年,美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)表示,「(檢查人員)應避免主張或暗示可能來源數量僅限於單一人選的說法。」類似「吻合」、「鑑定」、「個化」等用詞及其同義字,所暗示的含意都超出科學可支援的範圍。

不過,把人類這個因素完全排除於指紋分析之外,也不太可能讓過程更加準確。事實上,許多研究已顯示,說到比對指紋,訓練有素檢查人員的表現都明顯優於任何自動系統。在我參訪期間,凡.皮爾不斷強調,紐西蘭的專家接受了5 年紮實的訓練,精進他們的技能,但是她也坦承,即使是如此可靠的分析方法,也無法保證完全不會出錯。

指紋驗證系統如今還是被視為意見證據。圖/envatoelements

愈來愈多組織也會採用類似的「盲性驗證」步驟,降低偏誤的風險。把過程調整得更科學一點,似乎也是全球趨勢。洛桑大學(University ofLausanne) 鑑識科學教授克里斯托夫.錢帕德(Christophe Champod)認為,有個方法可以辦得到,就是為指紋證據分配數學機率,這能使其更符合在法庭上呈現DNA 證據的方式。有幾個以此為目標的數學模型正在發展中,雖然目前還沒有任何模型可以廣泛採用。

指紋還是會繼續被當做一種法庭上的鑑識證據,但還是希望透過這些努力,可以增進其可靠性和客觀性,同時也正式確立其並非萬無一失—就跟所有鑑識技術一樣。唯一可以有自信地宣稱兩組指紋「完全吻合」的人,只有虛構的電視警探吧。

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——本文摘自《黏黏滑滑》,2022 年 11 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

晨星出版
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江山代有 B 肝出,各領風騷數千年—— B 型肝炎病毒的萬年演化史
寒波_96
・2021/10/22 ・4398字 ・閱讀時間約 9 分鐘

B 型肝炎是台灣很熟悉的傳染病,主要藉由血液、體液的交流傳染。它的歷史非常久遠,在世界各地普遍存在。新發表的論文報告:超過一萬年的人類遺骸中,已經能見到 B 型肝炎病毒(Hepatitis B virus,簡稱 HBV);各款遺傳品系萬年來起了又落,可謂各領風騷數千年。

古代 DNA 的研究,技術已經進步到可以由遺骸或環境樣本,定序裡頭所有的 DNA 片段。例如取自人類牙齒的樣本,定序不只能獲得人類的 DNA,也可能捕獲當事人生前口腔中的微生物。所以同一份樣本被定序後,可以進行不同目的之探索。

論文的 B 型肝炎病毒取樣地點、年代。A 為歐亞大陸的古代樣本,B 為美洲的古代樣本,C 為現代各地流行的基因型分布狀況。圖/參考資料 1

和人類一起移民美洲,獨立發展的 B 肝病毒

B 肝病毒以 DNA 為遺傳物質,被感染的人去世後,病毒的 DNA 可能保留在死人骨頭、牙齒中,因此有機會被偵測到。新問世的論文搜尋資料庫,在世界各地 137 個古代樣本中,偵測到 B 肝病毒的存在。

這批古代 B 肝病毒,年代介於距今 400 到 10500 年前,絕大部份位於歐亞大陸西部和美洲。將各款病毒擺在一起畫演化樹,美洲的古代病毒自成一群,和歐亞大陸的同類平行發展。

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一直到數百年前歐洲人殖民以前,美洲的 B 肝病毒都自成一群,最古老的樣本距今約 9000 年,位於安地斯高地的 Cuncaicha 岩蔭遺址(CUN002)。

如今的 B 肝病毒被分為 10 種基因型,稱為 A 到 J 型。美洲流行的 H 型、F 型(genotype H、genotype F),便是這群病毒流傳至今的後裔。

現代、古代的 B 型肝炎病毒擺在一塊,畫出的演化樹。這兒估計的分家年代,相對比較晚。圖/參考資料 1

B 肝病毒的主要宿主是人類,大部分傳播會跟著人走。(北極區以外)美洲原住民的祖先從亞洲移民到美洲後,長期獨立發展,和其他地區缺乏交流。而美洲居民的 B 肝病毒也獨立演化超過一萬年,和人類遷徙、分家的狀況一致。

B 肝病毒在哪兒起源,有多資深?

美洲和歐亞大陸的 B 肝病毒,在什麼時候分家?論文對此不敢給出肯定的答案,也許是一萬多年前,也可能較接近兩萬年前。不過再怎麼說,都比智人祖先離開非洲的年代,要更晚許久。

過去有學者認為,B 肝病毒的歷史能追溯到數萬年前,智人離開非洲的時候。一大證據來自澳洲原住民感染的 C4 亞型(subgenotype C4),和同類分家 5 萬年之久。

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但是這回估計 C4 資歷應該不超過 4500 年,遠遠比人類移民抵達澳洲的年代更遲。由此推論,C4 很可能是後來才抵達澳洲的。

根據現有資訊推敲,B 肝病毒的共同祖先頂多處於 2 萬年前。但是更早以前是否已經存在,卻在歷史洪流中失傳呢?目前無法判斷,需要更多樣本才能釐清。

傳染病同類的不同品系間競爭激烈,若是新秀徹底取代老將並不意外。B 肝病毒在歐洲一萬年來的發展史,便是鮮明的興替實例。

歐亞大陸西部不同年代,B 肝病毒的品系存在感,以及其演化關係。圖/參考資料 1

歐亞大陸西部,延續四千年的上古霸權

137 個樣本,大部分位於歐亞大陸西部,可以看出比較詳細的端倪。簡單說:江山代有病毒出,各領風騷數千年。

距今 9000 到 11000 年前,歐洲一帶有 2 款遺傳品系;隨後的 7500 到 9000 年前,其中一款完全消失(Mesolithic 1,下圖左紅色),只剩另外一款(Mesolithic 2,下圖紫色),最早出現在高加索北部,接著在歐洲各處,缺乏農業,不定居的採集狩獵族群中廣傳。

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距今 7500 到 11000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

接下來四千年,也就是距今 3500 到 7500 年前,歐洲和中東幾乎完全被另一群病毒佔領(WENBA,下圖綠色)。論文推測此一品系,是在距今 8000 年過後的歐洲新石器時代,隨著中東農夫移民潮進入歐洲,廣傳各地。

歐洲最初的農夫移民源於安那托利亞(現在屬於土耳其),可是約一萬年前,唯一的安那托利亞樣本卻不屬於這款(上圖左淡紅色),不是 WENBA 品系的直系祖先。

可想而知,目前取樣很有限之下,無法精準判斷各品系起源的位置與年代。每個時期可能都有多款品系共存,我們只能見到,當時存在感比較高的少數代表。

距今 3000 到 7500 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

距今約 5000 年前,青銅時代開始之際,歐洲又有大量移民湧入,能追溯到其東方的草原地區。但是人類族群的 DNA 組成明顯改變之際,B 肝病毒卻沒有變化。或許這時歐洲、草原流行的品系是同一款,你傳我,我傳你,還是看不出差別?

反正歐亞大陸西部在這四千年間,各地的人們不管生活方式、文化差異多大,大家都共享同一款 B 肝病毒!

B肝病毒的興替:霸權崩潰與轉移

盛極四千年的 WENBA 戰隊,距今 3300 年前過後卻幾乎消失。取而代之的是至今仍然存在的 A 型品系(Genotype A,上圖右紅色、下圖左紅色),已知樣本中距今 3500 到 5000 年前分佈於中東、高加索、歐洲東緣;隨後又前進歐洲,到 1500 年前還很有存在感。

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接下來興起的是 D 型品系(Genotype D,下圖藍色),與 A 型共存一段時間後,從 1500 年前起成為歐亞大陸西部的新興霸權,從此一直延續到現代。

現代到距今 3000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

江山代有 B 肝出,WENBA 戰隊為什麼會徹底退出江湖呢?論文推測,多半和距今 3000 多年前的氣候、政治等劇變有關。

青銅時代晚期,地中海東部、中東一帶發生大規模的崩潰潮,周圍的歐洲、埃及動蕩不安(知名的特洛伊戰爭就發生在那個時期),數個重要的政權、勢力瓦解,社會秩序崩解。希臘的邁錫尼文明,黎凡特地區的烏加里特等城邦,安那托利亞的西臺帝國都不復存在。

在人類的經濟、政治強權崩潰,人群大洗牌的同時,B 肝病毒似乎也跟著霸權轉移。

青銅時代晚期的動盪局勢。圖/取自 wiki

上古霸權仍有後裔!卻是半殘的?

然而,在古代樣本沒有取樣到的地方,WENBA 戰隊仍有後裔持續傳承,衍生出 G 型品系(Genotype G)。如今它的存在感薄弱,遺傳多樣性很低,三千餘年來應該是悄悄地活著。

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奇妙的是,G 型其實不算是健全的病毒,由於突變之故,它的核心蛋白(core protein)功能受到影響,而且無法生產「B 型肝炎 E 抗原(HBeAg)」,嚴重降低它的複製和感染能力。

曾經縱橫四千年的霸權,現存唯一後裔竟然是半殘的。但是 G 型也有其厲害之處:善於和其他病毒共生。現代的 G 型感染者,多數也同時是愛滋病患。而且 G 型品系的搭便車能力,很可能不是最近出現。

進一步考察非常驚人地發現,與其類似的突變缺失,其實古代樣本中相當常見:距今 3500 到 7000 年前,總共有 14 款略有差異的 B 肝病毒具有這些缺陷。

已知歐亞大陸西部的 83 位古代 B 肝宿主中,高達 22 人同時感染有缺失的病毒,以及健全的另一款品系(包括目前主流之一的 A 型)。半殘的 G 型品系似乎就靠著搭便車,一路前進到現在。

B 肝病毒的蛋白質組成。HBeAg 是關鍵成分,但是 G 型品系無法生產。圖/取自 wiki

B型肝炎的歷史,也是全人類的歷史

感染 B 肝病毒多半不會致命,長期帶原卻會影響健康,有時候後果非常嚴重,因此被列為公衛計畫的打擊目標。台灣成功根除 B 肝病毒,是偉大的公衛成就,每一位居民都因此受益。

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上萬年來普遍與人共生的 B 肝病毒,其歷史也是人類的一部分歷史。至今古代 B 肝病毒的研究,取樣幾乎都來自美洲和歐亞大陸西部,其餘地區如東亞、東南亞、非洲的樣本極少。B 肝病毒在這些地方如何演化,也令人好奇。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kocher, A., Papac, L., Barquera, R., Key, F. M., Spyrou, M. A., Hübler, R., … & Moiseyev, V. (2021). Ten millennia of hepatitis B virus evolution. Science, 374(6564), 182-188.
  2. Study traces the evolution of the hepatitis B virus from prehistory to the present

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。