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爲什麼代糖這麼多,卻沒聽過「代油」呢?

羅紹桀
・2023/07/31 ・5420字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文節錄自原作者個人網站:無熱量零卡食用油-蔗糖聚酯(Olestra):副作用、爭議和相關研究,您亦可閱讀其英文原文:Olestra(Olean): Side Effects, Controversies & Researches. How can Cooking Oil be Zero Calorie? How Can Potato Chips Fat Free?

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這個時代幾乎所有的你能想到的食品都有一個零熱量的版本,比如零卡可樂、零卡義大利麵和零卡果凍,食品製造商宣稱這些食物能有與一般的食物相似的風味,卻沒有卡路里。

可是你有沒有想過,在這個到處都是代糖的時代,為什麼沒有看到脂肪替代品或零熱量食用油呢?

其實,還真的有由寶僑公司(P&G)開發的蔗糖聚酯(Olestra),又稱 Olean。

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這時問題來了,既然有沒有熱量的油這麼好的東西存在,為什麼寶僑公司沒有大肆宣傳大賣特賣呢?

答案是寶僑公司當然有試圖大賣蔗糖聚酯,但 FDA(編按:美國食品藥物管理局) 因為其潛在的風險對其設了諸多限制,因為蔗糖聚酯作為油脂還不能被人體吸收,造成嚴重的油便現象(因為沒被吸收只好被排出來呀),同時還會帶走脂溶性維他命或處方藥物,造稱諸多健康問題。

其實當時 FDA 通過蔗糖聚酯作為洋芋片添加品時,就已經爭議不斷了,前 FDA 食品諮詢委員會和科學委員會 Marion Nestle 就在她 2002 年出版的書 Food Politics: How the Food Industry Influences Nutrition & Health 中,寫了一整個章節在討論蔗糖聚酯的爭議。

本文將解釋什麼是蔗糖聚酯。我們將介紹它是什麼,為什麼它不像代糖那樣受歡迎,以及相關的爭議。

什麼是蔗糖聚酯 Olestra——零卡路里脂肪?

蔗糖聚酯(Olestra,也稱為 Olean)是一種不含卡路里的脂肪替代品。 它被用來降低或消除薯片等食物中的脂肪含量和卡路里,這些食物中如果使用一般油脂製作的話脂肪含量通常會很高。

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可是食用油怎麼可能不含脂肪甚至不含卡路里呢?

是這樣的:脂肪的化學結構是三酸甘油酯,通常一個脂肪分子由兩種部分組成:一個甘油骨架三條脂肪酸。其中甘油的分子比較簡單,而脂肪酸的種類和長短卻不相同,包括飽和脂肪酸單不飽和脂肪酸多不飽和脂肪酸。甘油是一個有機小分子,含有三個羥基(OH),而一個脂肪酸是一條碳氫長鏈和一個羰基相連。

三酸甘油酯的的一個例子。左側部分為甘油,右側部分從上到下分別為三種不同的酸。圖/wikipedia

人體要吸收油脂,通常需要脂酶(Lipase)的幫助。脂酶是一種在腸道中發現的酶,它可以分解食物油脂中的三酸甘油酯,將其轉化為單酸甘油酯脂肪酸,截短分子,使分子小到足以穿過腸壁。

然而,在蔗糖聚酯的結構中,甘油分子的部分被蔗糖分子(Sucrose)取代,蔗糖分子有八個羥基(OH),可以連接八個脂肪酸分子,使得脂肪酶無法作用在這麼大的分子上,因此蔗糖聚酯 Olestra 可以毫髮無損地通過腸道而不被人體吸收。 因此蔗糖聚酯雖然嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里。

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蔗糖聚酯(Olestra)的結構。Olestra 因為結合蔗糖分子,導致結構巨大且更緊密,脂酶無法進入結構中進行切割。圖/wikipedia

在 1996 年,美國食品藥品監督管理局(FDA)批准 olestra 可以用於即食零食 ,並裁定這樣的使用「符合食品添加劑的安全標準,合理認定其為無害」。 然而,這個結論極具爭議性,我們將在本文後面討論。

蔗糖聚酯的商業化和爭議性

蔗糖聚酯是在 1968 年被寶僑公司偶然發現的。當時寶僑公司(P&G)的研究人員 F. Mattson 和 R. Volpenhein 希望通過改變脂肪的結構,研發出更容易能被早產兒消化的脂肪。


然而,在實驗過程中,他們創造了一種脂肪分子,這個分子巨大且複雜,無法被人體消化系統中的脂酶分解,也就是本文的主角:蔗糖聚酯。

寶僑隨後於 1971 年與美國食品和藥物管理局(FDA) 開始著手討論了將蔗糖聚酯作為食品添加物所需的測試項目。

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寶僑(Procter & Gamble,簡稱 P&G),為源自美國的跨國消費日用品公司,也是目前全球最大的日用品生產商之一。圖/wikipedia
位於辛辛那提的寶僑總部。圖/wikipedia

寶僑在隨後的測試中發現,如果使用蔗糖聚酯替代天然膳食脂肪,能讓血液中的膽固醇水平下降。發現這個潛在的盈利機會之後, 寶潔公司 1975 年向 FDA 申請批准該物質作為降膽固醇藥物。然而,隨後的人體試驗顯示,蔗糖聚酯無法充分降低膽​​固醇水平,因此該應用於 1988 年被放棄。

大約在同一時間,寶僑又向 FDA 申請批准蔗糖聚酯作為食品添加劑,以替代酥油、食用油和零食用油等等。根據 FDA 的說法,寶僑在兩年後修改了申請訴求,將蔗糖聚酯的使用侷限於於包裝零食的添加物。

1984 年,FDA 允許家樂氏(Kellogg)公開聲稱他們的高纖維早餐麥片有助於降低癌症發病率。這個宣稱食品療效的批准案例,被寶僑看在了眼裡,促使寶僑公司立即開始了一項為期三年的測試,試圖證明 Olestra 也具有某種療效,這樣他們就可以在產品宣傳上聲稱相關的療效,藉以大賺一筆。完成這些測試後,寶僑立即試圖申請批准蔗糖聚酯作為一種「家庭烹飪中可替代高達 35% 的脂肪,在商業用途中替代高達 75%」的食品添加劑。

FDA 對蔗糖聚酯的主要擔憂之一,是它可能會因此導致人們在吃油炸物時有不該有的安全感,養成習慣開始食用更多「金字塔頂端」的食物(也就是脂肪、油和糖)。另外,批准蔗糖聚酯作為一種食品添加成分也可能會導致人們習慣食用含有高劑量人工添加劑的食品,這些添加劑通常由於現有研究不足,對健康的長期影響未知。

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因此,除了發現蔗糖聚酯可能導致腹瀉等副作用,以及影響人體吸收脂溶性維生素以外,FDA 對批准該產品的使用限制猶豫不決。

1990 年 8 月,寶僑申請蔗糖聚酯作為「鹹味零食」——例如薯片和玉米片等產品的食品添加劑。當時原專利定於 1995 年到期。1993 年 12 月,寶僑成功申請專利延期,同時在寶僑對 FDA 的瘋狂施壓下,於 1996 年 1 月 24 日,FDA 終於批准 Olestra 作為食品添加成分。

FDA 在 1996 年的裁決中判定:

含有蔗糖聚酯的食品需要帶有明確標示,以告知消費者蔗糖聚酯對胃腸系統可能產生的影響。標示中還必須聲明:本產品添加的維生素,是為了補償蔗糖聚酯造成的維生素流失,而不是提供更高的營養價值。

FDA 後來撤回了該判定,聲稱它具有誤導性,因為 FDA 與寶僑公司認為,「相關標示可能具有誤導性,並導致消費者將嚴重問題歸因於蔗糖聚酯,而這『不太可能』是這種情況」。然而許多證據都顯示,相關問題的確是由蔗糖聚酯的食用行為造成的。

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食用蔗糖聚酯有什麼可能的副作用?

蔗糖聚酯的缺點、副作用和危險性是它可能導致稀便脹氣腹部絞痛。此外,它可能會阻止身體吸收類蘿蔔素等可以降低罹患癌症的風險的營養素。Olestra 還可能阻礙身體吸收維生素 A、D、E 和 K

根據 1998年發表在 Journal of the American Dietetic Association 的文章 FDA 食品諮詢委員會於 1996 年 1 月 24 日做出了一個有爭議的決定,允許將蔗糖聚酯用於鹹味零食(例如,薯片、玉米片等鹹味零食)。由於蔗糖聚酯與含有維生素 A、D、E 或 K 的膳食一起服用時,可能會干擾維生素 A、D、E 或 K 的吸收,因此 FDA 要求按照以下指定的方式,將損失的脂溶性維生素重新添加到含有蔗糖聚酯的產品中:

每克蔗糖聚酯需添加 170 IU 維生素 A、12 IU 維生素 D、2.8 IU 維生素 E、8 微克維生素 K。

總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織、倡導更安全、更健康食品的公共利益科學中心(CSPI)鑑於蔗糖聚酯的副作用(包括脹氣、腹部絞痛、腹瀉和稀便)有時候可能會很嚴重,因此在其網站上將蔗糖聚酯評為 「避免食用」。

CSPI 認為,雖然製造商可以使用蔗糖聚酯替代油酯製造油膩的低脂零食,但如果要節省卡路里,烘焙食品是更安全的替代品。而且由於蔗糖聚酯技術上來說還是含有大量「無法消化的脂肪」,使用蔗糖聚酯製成的產品不應宣稱其產品是「無脂肪」產品。

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蔗糖聚酯和真的油脂有多類似?

美國時代公司於 1980 年 10 月創辦的美國科學雜誌 Discover Magazine(自 2010 年起歸 Kalmbach Publishing 所有) 的一篇文章 The Chemistry of . . . Fat Substitutes,討論了這個問題。

蔗糖聚酯嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里,兩項由寶僑公司資助的研究表明,食用它對高膽固醇或心髒病患者有幫助。其中一項研究表明,食用蔗糖聚酯的人可以將膽固醇水平降低 10% 以上;另一項研究發現,在剛吃過含有蔗糖聚酯的香蕉鬆餅的人中,流向心臟的血流量增加了 10% 以上。

在這裡我想讓你注意兩點,第一,這篇文章提到這項研究發表於 2001 年,所以它們是相當舊的研究,但目前都還沒有太多其他研究支持相同的療效。

其次,這些研究是由寶潔贊助的,而寶潔正是試圖將蔗糖聚酯商業化販賣的公司,所以我會對這些研究結果持保留態度。

人類可以消化蔗糖聚酯嗎?

根據加拿大國家百科全書《The Canadian Encyclopedia》發表的題為〈Olestra Controversy〉的文章,以及另一篇題為《Olestra Eaters, Beware》、由 WebMD 發表的文章,蔗糖聚酯可能會阻礙必需的維生素和營養素的吸收。它也可能導致腸胃脹氣和腹瀉,因為如果脂肪不能被身體吸收,它最終必須「去某個地方」。

但在 1996 年,儘管營養學家和消費者權益倡導者強烈反對,美國 FDA 仍批准將蔗糖聚酯用於鹹味零食和餅乾——前提是包裝上必須有警告消費者「該相關食品可能導致消化不良」的標示。

​​在 2000 年 2 月 15 日出版的《內科醫學年鑑》(Annals of Internal Medicine)上,由醫學博士 Ranga Balasekaran 領導的研究小組還發現,經常食用含有蔗糖聚酯的薯片,可能會被檢測出偽陽性的脂肪瀉,因為蔗糖聚酯獨特的化學成分很可能讓他們的糞便中含有大量脂肪,導致昂貴和不必要的醫學測試。

含有蔗糖聚酯的產品還在市面上流通嗎?

根據 Insider 於 2017 年發表的一篇題為「在美國合法但在其他國家禁止的 6 種食品」的文章,由於蔗糖聚酯的食用行為與兒童胃腸道疾病成人嚴重腹瀉有關,並且還被發現會增加食慾,完全抵消了(宣稱的)潛在益處,因此在加拿大和歐洲國家被禁止。但你有可能在美國的食品中找到蔗糖聚酯,有時還會以其品牌名稱「Olean」代稱。

蔗糖聚酯真的不含脂肪嗎?

根據公共利益科學中心(CSPI) ,一家總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織,雖然製造商可以銷售帶有蔗糖聚酯的油膩低脂零食,但他們建議還是使用「以烘烤代替油炸」等傳統卡路里管控策略更為安全,而且由於技術上含有大量不易消化的脂肪,因此 CSPI 的立場是使用 蔗糖聚酯製成的產品不應標榜為「無脂肪產品」。

參考資料

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羅紹桀
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目前在美國一家數位行銷公司當SEO分析師,特別愛Google的What People Also Ask功能所以還特地開了一個Youtube頻道專門分享各種關鍵字會觸發什麼PAA。 影片皆有中文字幕歡迎訂閱:https://www.youtube.com/channel/UClgRDretD9XNp3ydod8TIlA/videos

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白噪音為什麼是白色?認識三種讓你一覺好眠的彩色噪音
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2024/10/23 ・2981字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/洪萱眉 雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

你的日常生活也是這樣子嗎?桌上總是堆滿了待處理的資料與報告,電話聲不斷,會議一場接一場,連坐下來喘息或喝水的機會都沒有。下班後拖著疲憊的身軀回家,睡前仍在想著白天的工作與隔天的待辦事項。日復一日,這些繁瑣的事務不僅讓人感到焦慮與壓力,還影響了生活作息和睡眠品質。為了舒緩壓力、獲得一覺好眠,有些人會在睡前點精油或香氛蠟燭,營造一個舒適放鬆的環境。但你知道嗎?我們的彩色噪音也能讓我們放鬆身心,助我們一覺好眠嗎?

噪音和彩虹一樣也有顏色的區分

聽到「噪音」這個詞,通常會聯想到那些刺耳且令人心煩氣躁的聲音,例如施工時的電鑽聲或敲打聲。但其實噪音也有顏色區分,就像彩虹一樣。

一般而言,我們眼睛所見的顏色實際上是由可見光的不同頻率產生的,當光波刺激我們的眼睛並傳送到大腦時,大腦會根據其頻率和強度將其解釋為不同的顏色。例如,低頻的光波為暖色調,而高頻的光波為冷色調。而同樣的概念也可以套用在噪音上,因為噪音也有不同的強度及頻率[1-2],根據噪音的頻率範圍和強度,我們可以依此區分為白色噪音、粉紅色噪音、棕色噪音等不同類型的噪音[3-4]

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噪音顏色跟彩虹一樣,也有顏色的區分。不同顏色的噪音在頻率範圍和強度上各有不同。圖/freepik

不同類型的噪音顏色會有不同的功效

不同類型的噪音顏色都具其獨特的頻率分佈特性,其中,最常被討論的三個噪音顏色,分別為白噪音、粉紅噪音、棕色噪音:

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  1. 白噪音(white noise):白噪音是大家最熟悉、最常聽到的噪音顏色。我們人可聽到的聲音頻率介於 20~20,000 赫茲 ( Hz ),而白噪音在所有頻率上具有相同的強度。這與白色光由紅、綠、藍三原色均勻組成的概念相似。
    白噪音的聲音聽起來有如電視機壞掉發出沙沙聲、風扇聲、冷氣運轉聲音等[1, 5-6] 。白噪音通常用來蔽屏 ( mask ) 其他聲音,覆蓋掉環境中我們不想聽到的聲音,營造一個舒服、放鬆的環境。對於有睡眠困擾的人來說,白噪音可以幫助改善睡眠品質。Ebben、Yan、Krieger ( 2021 )針對 10 位因受環境噪音干擾而造成失眠問題的成人,執行一週白噪音的介入,並使用穿戴式睡眠測量器來記錄其睡眠狀況。結果發現,因白噪音介入會覆蓋擾人的環境噪音,這 10 位受試者他們的入睡後醒來時間(wake after sleep onset,簡稱WASO)與入眠期(sleep latency)比在介入前都有顯著降低與改善。然而,即使沒有白噪音的介入,其入睡後醒來時間(WASO)的改善成效依然能持續[7]
  2. 粉紅噪音(Pink noise):相比於白噪音,粉紅噪音的聲音聽起來較為低沉、舒緩且平衡,因為它過濾掉較多高頻的聲音且在低頻的能量上較白噪音強,聲音聽起來接近我們聽到大自然的風聲、雨聲等 [5,8]。研究指出,粉紅噪音能加強我們深度睡眠、提高記憶力[9]。Papalambros et.al(2017)探討使用不同聲音刺激(acoustic stimulation),對提升深層睡眠時間和記憶力的影響。受試者為 13 位 60-84 歲的健康的成人,結果發現,睡覺時有使用粉紅噪音介入能增加他們深層的睡眠時間,且在記憶測驗上也有顯著的提升[10]
  3. 棕色噪音 (Brown noise):又稱為紅色噪音。跟白噪音和粉紅噪音相比,棕色噪音具有更明顯的低音頻率,隨著頻率的增加而音量逐漸降低。所以聲音聽起來像是低沉的隆隆聲[11]。棕色噪音聲音類似打雷聲、大雨聲、海浪拍打聲音[9]。和白噪與粉紅噪音一樣,都能遮蔽環境中讓人干擾的聲音,並營造一個有利於放鬆、專注與睡眠的環境。有研究表明,棕色噪音會對大腦活動產生影響,與放鬆、冥想和深度睡眠有關,因此對於有減輕壓力和焦慮帶來很大的幫助[10]

噪音顏色除了讓我們放鬆、改善睡眠品質外,還是耳鳴、聽覺過敏以及新手爸媽的救星 

從上述可知,白噪音、粉紅噪音和棕色噪音不僅能改善睡眠品質、專注力以及放鬆外,其實在臨床上更被用來治療耳鳴和聽覺過敏等症狀。所謂的耳鳴,指的是在沒有外界聲音刺激的情況下,患者感覺耳中持續有嗡嗡聲。在臨床治療中,白噪音通常用作背景音,以減少患者對耳鳴的感知[12]。對於聽覺過敏患者,他們對日常生活中的聲音敏感度較高,因此粉紅噪音更適合用於治療,因為其低頻聲音的特性有助於患者長時間適應並習慣低強度聲音[12]。此外,許多新手父母使用白噪音來安撫哭鬧寶寶,因為它可以模擬寶寶在母體內聽到的模糊外界聲音,並遮蓋其他可能會驚擾寶寶的聲音,市面上的許多助眠裝置也運用了這個原理[5]

然而,儘管噪音顏色可以提升睡眠品質和專注力,長時間或過度暴露於任何類型的噪音都可能對聽力和整體健康造成負面影響。建議播放時間應限制在10至15分鐘,並給耳朵足夠的休息時間。如果打算使用彩色噪音來幫助自己入睡,應設置播放時間以避免整晚播放,避免聽力造成損傷,那就得不償失了![9, 11, 13]

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睡前使用噪音顏色幫助自己快速入眠時,應注意音量設定以及播放時間,適時的讓耳朵休息,避免造成聽力損失。圖/freepik

參考資料:

  1. Bulter, R.  & Writer, S. (2023). What Are Sonic Hues? White Noise, Brown Noise, Pink Noise, and More. https://thegatorseye.com/13787/opinion/what-are-sonic-hues-white-noise-brown-noise-pink-noise-and-more/
  1. Sound of Life。(2021)。噪音竟然助眠?白噪音、粉紅噪音是最佳床伴。取自:https://shorturl.at/abdV1
  2. 林奕榮。(2023/10/19)。噪音有顏色? 白、綠、棕、粉紅噪音都能減壓助眠。蔬福生活。取自:https://vegemap.merit-times.com/veganews_detail?id=5682 
  3. Color Energy Soup (2016/11/25)。人的眼睛為什麼能看到顏色?取自:https://color-energy-soup.com/2016/11/25/eyes-light/ 
  4. 鄭俊宇。(2021/4/16)。白噪音更能安撫寶寶?「粉紅噪音」能增強記憶力、改善睡眠。親子天下。取自:https://www.parenting.com.tw/article/5089287 
  5. Surles, T. (2023.3.13). What are white, pink and brown noises? Health Hearing. Retrieved from https://www.healthyhearing.com/report/53430-Noise-colors-white-pink-brown-tinnitus-hearing 
  6. Ebben, M. R., Yan, P., & Krieger, A. C. (2021). The effects of white noise on sleep and duration in individuals living in a high noise environment in New York City. Sleep Medicine83, 256-259.
  7. Sloan, M. (2023.3.27). Noise Colors: Which One Is Best for Sleep? Retrieved from https://www.discovermagazine.com/health/noise-colors-which-one-is-best-for-sleep 
  8. Shapiro, Z. (n.d.). Exploring the World of Color Noises: White, Pink, and Brown. Retrieved from https://audiologyisland.com/blog/exploring-the-world-of-color-noises-white-pink-and-brown/?srsltid=AfmBOordaPgtNG9s6MyfN–He9dD-BejcA5sQTj2hncTWg4MmkQi666v 
  9. Papalambros, N. A., Santostasi, G., Malkani, R. G., Braun, R., Weintraub, S., Paller, K. A., & Zee, P. C. (2017). Acoustic enhancement of sleep slow oscillations and concomitant memory improvement in older adults. Frontiers in human neuroscience11, 1-14
  10. Sedona Sky Academy (2024.5.10). Can brown noise turn off your brain ? Retrieved from https://www.sedonasky.org/blog/can-brown-noise-turn-off-your-brain
  11. American Speech-Language-Hearing Association. (n.d.). Tinnitus and Hyperacusis. (Practice Portal). Retrieved from www.asha.org/Practice-Portal/Clinical-Topics/Tinnitus-and-Hyperacusis/.
  12. Cleveland Clinic (n.d.). Brown Noise May Help You Focus and Relax. Retrieved from https://health.clevelandclinic.org/brown-noise 
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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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AI 破解生命密碼!AlphaFold 3 揭開蛋白質折疊的終極謎團
PanSci_96
・2024/10/07 ・1624字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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AlphaFold的誕生:人工智慧的奇蹟

2018 年,Google 旗下的 DeepMind 團隊推出了第一代 AlphaFold,這是一款基於深度學習的 AI 模型,專門用於預測蛋白質的三維結構。AlphaFold 的命名取自「fold」一詞,意為折疊,指的是蛋白質在胺基酸鏈構成後迅速摺疊成其功能所需的三維結構。

AlphaFold 的突破在於其能夠預測出蛋白質折疊的可能性,這是一個傳統計算方法無法達到的領域。第一代 AlphaFold 在國際 CASP 比賽中取得了一定的成功,雖然其預測準確度尚未達到實驗室標準,但其潛力讓科學家們充滿期待。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

為什麼蛋白質結構預測如此重要?

蛋白質是生命的基石,它們的功能取決於其複雜的三維結構。然而,僅靠實驗技術來解析蛋白質的結構既昂貴又耗時。過去科學家依賴於如 X 光晶體繞射等技術來解析蛋白質的結構,然而這種方法雖然精確,但往往需要數年時間來得出一個結論。

到目前為止,人類已知的蛋白質數據庫中,全球僅解析了大約 22 萬種蛋白質的結構,這遠遠不足以滿足生物學和醫學研究的需求。尤其是人類的許多蛋白質結構仍然未知,這成為阻礙醫學進步的一個主要瓶頸,特別是在藥物開發和疾病治療上,因此如何加速對蛋白質的結構的解析至關重要。

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AlphaFold 2:技術飛躍

2020 年,AlphaFold 2 橫空出世,改進了多項技術,預測準確度大幅,幾乎達到了與實驗結果相媲美的程度。這一成就震驚了全球生物學界,許多科學家開始將 AlphaFold 2 應用於實際研究中。

AlphaFold 2 的成功源自於其三大技術革新:

  • 注意力機制:模仿人類的思維模式,從大局出發,關注蛋白質結構中的每一個細節,進而提高預測的準確性。
  • 多序列比對功能:通過搜尋類似的胺基酸序列,推斷新的蛋白質結構。
  • 端到端預測模式:利用深度學習神經網路,不斷反饋預測結果,持續優化模型。
AlphaFold 2 預測準確度大幅提升。 圖/envato

AlphaFold 3:下一代 AI 的力量

隨著 AlphaFold 2 的成功,DeepMind 並未停止其腳步。2024 年 5 月,AlphaFold 3 正式推出,這標誌著 AI 技術在生物學領域的又一個里程碑。AlphaFold 3 的改進再次吸引了科學界的目光,它強化了注意力機制,並引入了擴散模型,這使其能夠更快且更準確地預測複合蛋白質的結構。

擴散模型是一項關鍵技術,它能夠生成大量的可能蛋白質結構,並快速篩選出最可能的解答。與此同時,AlphaFold 3 還內建了「減幻覺」功能,這讓其在產生結果時能夠避免過多不切實際的預測,提升了結果的可信度。

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AlphaFold 的實際應用:醫學與藥物開發

AlphaFold 3 的誕生,不僅是一個技術突破,還為醫學和藥物開發帶來了巨大的希望。過去,癌症治療中的標靶藥物需要經過漫長的實驗才能確定其作用原理,然而現在,通過 AlphaFold 的預測,科學家可以更加精確地針對癌細胞中的錯誤蛋白質,設計出更有效的藥物。

除此之外,AlphaFold 3 還在抗病毒藥物、抗生素以及阿茲海默症等領域展現了潛力。其能夠預測蛋白質與其他分子(如DNA、RNA)的交互作用,這使得研發新藥的過程大大加速。

AlphaFold 3 的挑戰與未來

儘管 AlphaFold 3 取得了驚人的進展,但其仍然面臨一些挑戰。首先,目前 AlphaFold 3 的模型尚未完全開源,這限制了研究人員對其內部運作的了解。為此,一些科學家已聯名要求 DeepMind 開放其程式碼,以便進行更深入的研究和應用。

不過,隨著 AlphaFold 3的逐步推廣,生物學家相信它將繼續改變生物學研究的方式。未來,這項技術有望在解決更多未解難題中發揮關鍵作用,並為醫學領域帶來更大的突破。

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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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