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榨完果汁,手起水泡?!——植物性感光性皮膚炎

胡中行_96
・2023/04/10 ・1826字 ・閱讀時間約 3 分鐘

有個澳洲男童的雙臂,長了些大水泡。第一家醫院的醫師,認為是接觸性皮膚炎(contact dermatitis)。可是 8 歲小孩成天摸東摸西,誰曉得他到底碰了什麼玩意兒。母親眼見病況持續惡化,又帶他去第二家醫院求助。正巧在那裏任職的某護理人員,不久前遇過雷同的病例。她鐵口直斷,說這是英文俗稱瑪格麗特灼傷(margarita burn)的植物性感光性皮膚炎(phytophotodermatitis)。[1]

圖/Estúdio Bloom on Unsplash

植物性感光性皮膚炎

男童的住家旁有棵萊姆樹,他先前採了果子榨汁。[1]在戶外享用瑪格麗特調酒會惹來的毛病,[2]就這麼找上滿手果汁的男童,[1]罪魁禍首正是萊姆。為了抵禦外侮,萊姆檸檬柳橙葡萄柚無花果芫荽香芹(又稱「荷蘭芹」或「巴西里」)、西洋芹胡蘿蔔歐防風等蔬果,都有含量不一的呋喃香豆素(furocoumarins)。[1, 3, 4]在人工育種的過程中,人類多半期望加強有利農作物存活的特質。然而,當它們自我防衛的能力過於卓越,自作孽的人類就難免受害。[3]

男孩榨果汁的時候,正值南半球的夏季,艷陽高照。[1]陽光下,呋喃香豆素會破壞皮膚:一方面被紫外線活化後,與細胞內的核酸結合;另方面直接損傷細胞膜並導致水腫。總之,雙管齊下,殺死了細胞,皮膚於是出現一連串的症狀。[2]此時,若再加上流汗、高溫和潮溼等因素,則情況會更加嚴峻。因此,酒保、超市雇員、農業工作者,以及熱帶地區的居民與遊客,都是高危險群。[3]

有別於某些表徵相似的皮膚問題,植物性感光性皮膚炎雖然會痛,但不會非常癢,而且主要侷限於手掌手臂嘴唇等接觸到病源的部位。這些特徵多少有助於鑑別診斷。[3]不過話說回來,偶爾也有特例,比方《美國家庭醫學委員會期刊》(Journal of the American Board of Family Medicine),就曾報導一名26歲的女性,其患部為下腹和大腿上半截。[2]不曉得是不是泳池派對上,衣物遮蔽範圍較小,而潑濺到萊姆汁的緣故。

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植物性感光性皮膚炎的症狀,通常不會立刻出現。該名女子是在用萊姆汁調酒後 7 小時發作;而澳洲男童則有間隔幾天。一般病程由冒出紅色的疹子或斑塊開始;接著變成燙傷般的水泡;最終色素還會過度沉澱。[2]從發病到康復,前後1、2 週至數月不等,有時候延續幾年。[3]沉澱的黑色素,則會在幾個月後消失。[2]

接觸萊姆後:上下兩排,從左到右,為(非本文案例)第 2 到 10 天的皮膚情形。圖/Katykidk on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

預防

遠離病源當然是預防疾病的最佳方法,只是生活中很難完全不碰含有呋喃香豆素的食物和飲料。非得接觸不可時,必要30 分鐘至 2 小時內,將皮膚清洗乾淨,以減少吸收。[2, 3]另外,防曬油或許有助於減少色素沉澱,卻不見得能杜絕發炎。[3]

治療

植物性感光性皮膚炎儘管症狀看起來可怕,其實基本上會自行恢復,而且沒有長遠的後遺症。除非患部超過身體總表面積的 30%,或是有嚴重的發炎、壞死,得要專業的傷口療護,不然無需特別考慮就醫。針對暫時性的不適,輕微的情況可以採用濕潤的傷口敷料[2]至於hydrocortisone一類的短效皮質類固醇,或者抗組織胺,則適用於疼痛難耐的中度症狀。[2, 3]另外,如果不想依賴藥物,冰敷也是一種止痛的方法。[3]最重要的是,病患絕對要避免陽光照射,並且不得接觸光敏感物質,[2]例如:上述的蔬果和某些特定藥物(下圖)。[5]

光毒性:高劑量可能影響任何人的曝曬部位;光過敏性:低劑量就使過敏者皮膚發炎,或會超過光照範圍。圖/參考資料 5(CC BY-SA 3.0)

  

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參考資料

  1. MacKenzie B, Herbert B. (07 FEB 2023) ‘Byron Shire boy hospitalised with ‘margarita burns’ after juicing limes and going in the sun’. ABC News.
  2. Maniam G, Light KM, Wilson J. (2021) ‘Margarita Burn: Recognition and Treatment of Phytophotodermatitis’. Journal of the American Board of Family Medicine, 34(2):398-401.
  3. Johnson-Arbor K. ‘Lime Juice + Sun Can Cause Skin Rashes’. Poison Control by U.S. National Capital Poison Center. (Accessed on 08 FEB 2023)
  4. Melough MM, Lee SG, Cho E. (2017) ‘Identification and Quantitation of Furocoumarin Contents in Popularly Consumed Foods in the U.S. using UPLC-MS/MS’. Federation of American Societies for Experimental Biology, 31(S1):790.15.
  5. 注意光敏感藥物 不慎恐引發曬傷及皮膚炎」(10 SEP 2018)財團法人藥害救濟基金會
文章難易度
胡中行_96
169 篇文章 ・ 65 位粉絲
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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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2766字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。圖/截取自泛科學 YT 頻道

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖畫反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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過敏症狀超難受,但我們是怎麼開始對植物過敏的呢?——《惡棍植物》
時報出版_96
・2023/08/08 ・3019字 ・閱讀時間約 6 分鐘

對植物過敏的症狀讓人超痛苦

我們偶爾遇到有人會對工作過敏,但我想和各位分享的是對樺樹過敏。

不過,在這裡只提及一種植物其實十分困難。樺樹、榛樹、梣樹⋯⋯令人涕淚橫流、值得在本章節中占有一席之地的禾本科植物簡直數不勝數,但花粉症的症狀卻大同小異。

法文將這些症狀簡寫成「PAREO」, 剛好跟法國海灘常見的大溪地纏腰布同名:「P」代表發癢 (pruri;鼻子和眼睛發癢)、「A」代表味覺喪失(anosmie; 無法感受味覺)、「R」代表鼻漏(rhinorrhée;雖然拼字很 像,但你不會變成犀牛,只會流鼻涕而已)、「E」代表噴嚏(éternuement),而「O」代表鼻塞(obsstruction;鼻子堵塞)。有些狀況下,病患也會有結膜炎、溼疹、氣喘等症狀。

法文將過敏的症狀簡寫成「PAREO」。圖/GIPHY

這些看起來或許都不是大事。感冒或流鼻涕都不是什麼大不了的事情。你可能會想到《白雪公主》裡噴嚏打不停的噴嚏精,真是娛樂效果滿滿。

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但對於過敏的人而言,這可一點都不好笑,他們的生活品質因此受到影響,無論在工作還 是生活中都無法全力表現。除了前述症狀之外,他們也受睡眠問題、疲倦和易怒所擾。

社會保險也因此付出大量成本,不只有醫療支出,還有勞工缺勤的成本。在美國,過敏每年造成的成本超過 180 億美元,歐洲則在 550 到 1,510 億歐元之間,比樂透獎金還高!

花粉不只負責繁殖,也讓人類過敏

要為這一切負責的,是種小小的粒子──花粉。花粉是雄性繁殖細胞群,由兩到三個細胞組成,其中一個是雄性配子,這是植物運送精子的方式(不過,讓人打噴嚏的並非精子)。花粉由雄花產生,經由風力或蜜蜂等昆蟲運送,為雌花授粉,繼而結果。因而,花粉是植物生命循環的一部分:如果沒有花粉,就沒有果實、沒有下一代植株。

造成人類過敏的,是花粉粒產生的分子。以樺樹為例,這類分子有兩種蛋白質:「Bet v1」和「Bet v2」。

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並非所有的植物都會引發過敏。植物的花粉必須能令呼吸道黏膜發癢,才會引發人類過敏。只有透過風力傳播花粉的植物才會引發過敏,但這並不是唯一的條件;若要引發過敏反應,花粉必須大量傳播,或是成為微小但具有強力的過敏原。 

植物的花粉必須能令呼吸道黏膜發癢,才會引發人類過敏。圖/GIPHY

過敏反應可分為兩個步驟。首先是第一次接觸過敏原當下的致敏反應。免疫系統會產生名為「免疫球蛋白 E」的特殊抗體。這種抗體會瞄準名為「肥大細胞」的組織細胞,並將肥大細胞轉化為手榴彈,準備好在下一次接觸過敏原時引爆。

第二個階段則是過敏反應本身。過敏原將瞄準包覆肥大細胞的抗體,而抗體將釋出組織胺等分子,引發發炎──也就是過敏症狀的來源。

豚草是致敏性最高的植物之一,但排行榜上還有其他競爭對手──日本柳杉(Cryptomeria japonica)。法文雖然將日本柳杉稱為「柏木」或「日本雪杉」,但日本柳杉並非柏木也並非雪杉。

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日本柳杉,雖然法文將日本柳杉稱為「柏木」或「日本雪杉」,但日本柳杉並非柏木也並非雪杉。圖/惡棍植物

這個例子便說明了拉丁學名有多重要,畢竟俗名經常令人混淆。日本柳杉的屬名「Cryptomeria」來自希臘文的「kryptos」(隱藏)和「meros」(部分),因為其種子藏身於這種柏科植物的毬果之中。日本柳杉正如其名,原生於日本,之後移植至韓國、中國、臺灣,甚至到達留尼旺島和亞速群島。

日文將這種樹木稱為「杉」(發音為 「sugi」),其中最年長的個體之一現年超過 2,000 歲,名為「繩文杉」。1784 年,瑞典博物學家暨旅行家鄧伯(Carl Peter Thunberg, 1743-1828)首次「發現」繩文杉。1842 年, 日本柳杉引入英格蘭及法國。

柳杉對日本帶來強烈的衝擊

四分之一的日本人──也就是 3,000 萬人──受嚴重的花粉症所苦,其中更有 70% 的人過敏是由日本柳杉引起。第二次世界大戰後,為了顧及重建的需求,日本栽種了大量日本柳杉作為建材,光是 1950 到 1970 年間便栽種了 400 萬株。

自此之後,這種植物便以風為舵手,只要花朵成熟,便會釋放恆河沙數般的花粉⋯⋯在風中自由自在地翱翔。日本柳杉的花粉在 2 月至 4 月間於全日本四處肆虐,這個季節也是櫻花盛開的時間。賞櫻的日本人必定會遭受日本柳杉的花粉所苦。

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日本柳杉的花粉在 2 月至 4 月間於全日本四處肆虐,剛好和櫻花盛開的時間相同,讓賞櫻的人必定會遭受日本柳杉的花粉所苦。圖/pexels

手帕和口罩是這個季節的必備品!另一件令人驚奇的事,則是城市居民的過敏情況比鄉村嚴重。因為花粉會直接落在馬路或屋頂上,不會經過其他植物在自然環境中的「過濾」。花粉症造成鉅額的醫療保健與勞工請假的成本,使日本經濟付出高額代價。

1960 年代,人們才開始注意到日本柳杉引起的花粉症。在此之前,人們只稍微聽過豚草引起的過敏,並未想到要特別留意日本柳杉。從 1960 年代之後,對日本柳杉過敏的人從未減少。今日的日本已經將花粉症稱為「國民病」。科學家找出了日本柳杉的過敏原蛋白質,稱作「Cry j1」。我猜想「cry」或許就是「哭」的意思。想到這裡就不禁吸了一下鼻子。

日本柳杉的過敏原蛋白質,稱作「Cry j1」。圖/GIPHY

砍伐數千棵健康生長的樹的確難以想像,另一個選擇則是栽種致敏性較低的樹木。人類已經配種出沒有花粉的無數品種,可供往後栽種樹木時選用。在歐洲也一樣,城市並非一定要栽種樺樹或懸鈴木。

植林很重要,但也要確保人類能遠離過敏原

植林很重要,而且有非常多的好處:生活品質、人類福祉、生物多樣性、在城市裡打造自然的角落⋯⋯只不過在規劃時務必考慮再三。

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回到惡名昭彰的日本柳杉,許多研究正在努力以經過基因改造的米粒為基底,來製造疫苗。食用這種米將使人體產生免疫容忍力。這種米將產生一種氨基酸,可以模仿日本柳杉的花粉,進而協助身體對日本柳杉的花粉免疫。目前對老鼠和猴子的實驗結果都十分樂觀,只剩下判斷基因改造米粒究竟是否有其他風險。

過敏有一就有二,無三不成禮

你知道嗎?若一個人對花粉過敏,這個人也有可能對某些食物過敏。

對樺樹過敏的人,可能對蘋果或核桃過敏。對豚草過敏的人,可能對香蕉或哈密瓜過敏。

這類引發過敏的物質,其結構會與主要過敏原相似。其他類似案例更為驚人: 對蜱蟎亞綱動物過敏的人,可能會對海鮮過敏;對貓毛過敏的人,可能會對豬肉過敏。

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最近有另一個案例如下:對地中海柏木(Cupressus sempervirens)過敏的人,成年後可能會對柑橘或桃子過敏。

2017 年,有個研究團隊發現這些案例中的過敏原屬於一種新的蛋白質分類,這種蛋白質可以引發花粉或食物過敏。回到日本柳杉,對這種樹木過敏的⋯⋯狗,可能的其他過敏原則是番茄。

——本文摘自《惡棍植物:關於刺痛、燃燒、致死植物的驚人故事》,2023 年 6 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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時報出版_96
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