因為煮熟比較好吃啊！就算是原始人也想用火煮出美食！——《舌尖上的演化》

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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讓人懷念的好氣味

關於第一個人們如何學會喜愛香料的問題，其實比較容易回答。打從胎兒還在母親子宮裡的時候， 就會開始學習享受某些香料的香氣﹙以及風味﹚，並在出生之後繼續強化這些他們學到的經驗。

在懷胎期間，母親所吃的食物的味覺和氣味，胎兒一樣會接觸並品嚐到。食物中的化學物質會進入羊膜液、跑進胎兒的鼻子裡：胎兒有辦法嗅聞自己身處的那片小小海洋。胎兒似乎先天就傾向認定，在自己悠游的環境中所聞到的母體香氣是令人愉悅、在出生之後也值得追求的好香氣。就算那香氣是來自植物的防禦性成分也一樣。

舉例來說，母綿羊食用大蒜後，牠們的羊膜液聞起來也會帶有大蒜中的防禦性物質的氣味。聞到這種氣味的綿羊胎兒，在出生之後便會因為有過接觸經驗，而較為偏好那種氣味。

若是在懷孕大鼠的羊膜液中注入大蒜萃取物，大鼠的小孩在出生後，只要聞到大蒜的氣味就會不由自主地開始噘起粉紅小嘴吸吮起來、並四處尋找母親。｢你在哪裡，我親愛的蒜味媽媽？」

母親懷孕期間的飲食會影響小嬰兒喜歡的氣味！

對人類進行的研究，實驗侵入性沒有那麼高，不過結果依然類似。法國國家科學研究中心﹙National Center for Scientific Research，CNRS﹚的貝諾瓦．夏爾﹙Benoist Schaal﹚及其同事們在一項研究中，比較了兩群來自法國阿爾薩斯地區﹙Alsace﹚的女性。

在其中一群女性懷孕的最後十天，研究人員提供了大茴香口味的薄荷糖、餅乾和糖漿任她們盡情享用。對於另外一群女性，研究人員則不提供任何大茴香口味的食物，也要求她們不要食用任何含大茴香的食物﹙她們顯然有遵照指示﹚。研究者藉此比較，這兩群女性所產下的新生兒，對於大茴香氣味來源的茴香腦的偏好程度是否有所不同。

懷孕期間沒有吃大茴香的母親，嬰兒出生後接觸到稀釋的茴香腦樣本時通常會露出不悅的表情。相反地，懷孕期間有吃大茴香的母親，生下的嬰兒則比較可能會將頭轉向茴香腦，伸出舌頭，並做出彷彿是在舔嘴唇的動作。

另一項對人類進行的研究顯示，母親在懷孕期間如果曾吃過大蒜，新生兒聞到大蒜的氣味時便會噘起雙唇吸吮。同樣地，在懷孕期間吃豌豆、四季豆以及如卡芒貝爾乳酪、蒙斯特﹙Munster﹚乳酪及埃普瓦斯乳酪﹙Époisses﹚等氣味濃郁的乳酪，也有研究發現會導致相似的效果。

母親在懷孕期間曾吃過豌豆、四季豆和其他綠色蔬菜的八個月大的嬰兒，會偏好綠色蔬菜帶有的氣味﹙2-異丁基-3-甲氧基吡嗪，2 – isobutyl -3 – methoxypyrazine﹚；若是母親在懷孕期間吃過氣味濃郁的乳酪，嬰兒則會偏好二甲硫醚﹙dimethyl sulfide，在氣味濃郁的乳酪以及大蒜中都存在的成分﹚。

在哺乳期間有吃魚的母親，養出的嬰兒也通常會喜歡魚味或起碼是喜歡魚中含有的三甲胺﹙trimethylamine﹚分子的氣味。在有吃魚的母親的羊膜液及母乳中，都可以找得到三甲胺的蹤跡。羊膜液及母乳中的氣味所造成的這些現象，似乎可以維持到童年時期或更久之後，雖然並不總是如此  。

信任的氣味＝媽媽的味道＝喜歡！

大自然告訴人類以及其他動物，要信任他們的母親和母親吃下肚的食物的氣味。在過往人類祖先規模較小的族群中，母親所吃的東西的氣味，通常就等同於族群中其他成員所吃的東西的氣味，少有例外。

人類身為哺乳動物的一員，透過在出生前及出生後的嗅覺學習，得以一代一代累積對自己有益或有害的食物知識，甚至不需要人教。回想一下黑猩猩的飲食傳統：對黑猩猩寶寶來說，出生前的學習，也許就已經足以讓牠們認識很多該吃的食物，特別是氣味強烈的食物。

人類與黑猩猩六百萬年的共同祖先大概也一樣。現代人類確實是如此，而且還有個額外的特徵：人類使用語言的能力，能幫我們為這套傳承偏好的古老系統再添加一層複雜度。

我們母親的身體教導了我們要喜愛什麼風味，而父母的話語也再三提醒此事。除了這兩方面的影響，整個社群中其他人的行為以及飲食習慣，也會助我們一臂之力，時時提醒我們人類喜愛什麼風味。因此，我們的老祖宗應該很容易就學會了如何喜愛香料，同時也忘記了自己並非自古以來總是喜愛香料。

——本文摘自《舌尖上的演化》，2022 年 12 月，商周出版出版，未經同意請勿轉載。

本喵不懂甜食啦！

貓即便有了甜味受器，也不會更容易存活或繁殖，如果牠們花更多時間吸花蜜，吃獵物的時間就會變少，如此一來還可能會影響生存。因此，即便貓的祖先的甜味受器失去功能，牠依舊可以存活。

時任蒙內爾化學感官中心研究員的李夏發現：這個演化對貓不僅有存活的意義，更是現代貓科動物的味覺濫觴，沒有任何一種現代貓科動物具有活化的甜味受器，充滿花蜜與甘甜果實的森林對貓沒有一絲口慾上的吸引力。

如果你給一隻貓一片糖霜餅乾，呃，牠也不會理你；就算牠吃了餅乾，也沒辦法感受到糖霜帶來的愉悅感，因為這個餅乾對牠來說沒有甜味。

除了貓以外，其他肉食動物如海狗、亞洲小爪水獺、斑鬣狗、馬島長尾狸貓以及瓶鼻海豚，牠們的甜味受器也沒有作用，只是這些甜味受器基因出現的破壞性突變都屬於獨立的演化事件，不過也共屬於一種基因功能缺失的趨同演化。

有人可能會想問，為什麼其他肉食性動物的甜味受器沒有失去功能？例如貓的鹹味味覺受器，就跟其他肉食性動物一樣依舊安在，但牠們獵物體內鹽分的含量就足以應付生理所需，所以牠們的鹹味味覺受器喪失功能可能只是時間早晚的問題。

海獅已經喪失了甜味跟鮮味的味覺，海豚也是，而且海豚的無味人生開始得更早，牠們根本無法嚐出甜味、鹹味或是鮮味。對海豚來說，存在的只有飢餓感與飽足感，餓了就去吃飽，而牠們相信海裡任何長得像魚而且會動的東西都可以餵飽自己。

有人可能也會好奇，到底海豚的獵物要有什麼特色才能為牠們帶來進食的愉悅感？我們不知道。海豚的愉悅感從哪來、是什麼，至少到目前為止都是科學謎團。

不吃肉改吃素的大貓熊

特定味覺受器失去功能的情況，並不單發生在肉食性動物身上，也發生在食物選擇非常專一的動物身上。大貓熊的祖先屬於熊科動物，也跟現代的熊一樣是雜食性動物，會狩獵，會吃酸酸的螞蟻，也會吃甜甜的莓果。但到了大貓熊身上，新的食物偏好出現了，就是愛吃竹子，牠們吃竹子就可以活。

其實，當牠們才剛開始喜歡吃竹子時，竹子跟肉都是牠們愛吃的食物，但久而久之，仍然愛吃肉的大貓熊就變得難以生存或難以交配繁殖，或另一個機率較小的可能是，牠們的食物偏好無法符合生理需求，所以在覓食時無法專心致志。一段時間後， 大貓熊的鮮味受器就失去功能了，就像貓兒的甜味受器。現在就算你把肉端到大貓熊面前，牠們也不會碰上一口。

即便在多年後的未來，貓、海獅或海豚的後代也不太可能會嚐到甜味，大貓熊也依然無法嚐到鮮味，雖然隨著竹林減少，大貓熊對吃竹子的執著也讓牠們的數量不斷減少。從這些日常生活中的演化故事中我們學到：當某些東西成為需求時，比起破壞，建設是更困難的。但從頭做起雖然很難，也並非完全不可能。

過了三億年，蜂鳥才嘗到了「甜」的滋味

以甜味受器為例， 它在某些動物身上曾經失去功能， 但後來又重新復活了。三億年前，現代鳥類、哺乳類與爬蟲類的祖先，應該可以嚐到食物中的鹹味、鮮味與甜味，然而現代鳥類的甜味味覺沒了，不知是什麼原因，牠們的甜味受器都失去了功能。因此鳥類無法嚐出甜味，至少大多數鳥類都無法。

蜂鳥是從古燕演化而來的，而古燕跟現代的燕子一樣專門吃昆蟲，喜歡品嚐蟲子體內會出現的鮮味，對於糖分則沒什麼興趣。但在大約四千萬年前，有一群燕子開始以花蜜與含糖物質為食，可能只是為了解渴。一般鳥類並無法嚐出花蜜的甜味，所以牠們吸食花蜜就像在喝水，但花蜜畢竟不是水，裡面可富含著糖分。

因此有一假說猜測，那些喝到比較多花蜜的鳥可能獲得更多能量，因此更有機會將牠們的基因傳給後代，而牠們的鮮味受器在演化過程中，變成不只辨識原本的鮮味成分﹙像麩氨酸或是某些核苷酸﹚，也可以同時偵測糖分。

出現這種特徵的古燕就是最早的蜂鳥。蜂鳥跟一般鳥類不同，不僅能嚐出胺基酸，也能嚐出糖分。不過牠們只靠同一種味覺受器，所以胺基酸跟糖分對牠們來說，應該是同一種味道，一樣是帶來愉悅感的｢鮮甜味」。

動物吃下新食物而產生美味感受的同時，也滿足了營養所需，這類美妙的演化故事，正是生物藉由愉悅感以精巧調控的生化機制滿足需求的例子。只要持續研究味覺受器的演化，我們就會發現更多類似的故事。

——本文摘自《舌尖上的演化》，2022 年 12 月，商周出版出版，未經同意請勿轉載。