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科學怎麼搞:為什麼在外吃飯有時候桌上的碗會亂跑?

YTLai_96
・2013/04/16 ・5538字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 456 ・五年級

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Source: wikimedia

是的,科學怎麼搞又來了。如同你在標題上看到的,這一次我們要來搞搞『為什麼在外面餐廳飯館麵店用餐的時候,剛端上來裝有食物的碗盤有時候會在桌上亂跑』的實驗。

當然,細心的讀者可能覺得有點奇怪:這個題目怎麼似曾相識?有一股小姐你好面熟我們是不是在哪裡見過的感覺?沒錯,這的確是不久之前,在國科會科技大觀園的廣播單元裡聊過的現象,在廣播中也已經提到了背後的原因。不過各位先別急著關視窗(囧囧),科學怎麼搞的重點當然不是『給答案』,而是『搞過程』。畢竟古有云「盡信書不如無書」,同樣的想法到了現代則是「盡量估(Google)不如不估」,老是馬上相信網路上的答案,還不如做個實驗來驗證一下順便玩玩你說是吧?

那麼,還停留在這個頁面的讀者們,我們就一起來聊聊這個吃飽太閒的實驗應該要怎麼做吧。

不過在做實驗之前,我們要先講點別的。基本上,科學實驗大致上分成兩大類:一種是『有實驗組&控制組』(控制型實驗, Controlled experiment)的類型,這個類型的實驗方式應該是一般人或學生最熟悉的科學研究形式(因為學校常常是教這個)。以科學怎麼搞前兩篇文章為例,花生與甘蔗渣的實驗就是這個類型。不過,這個世界上並不是所有的事物都可以那麼容易控制、操作、或是有容易設置的直觀控制組,好比說如果我們想驗證『小時候胖不是胖』(也就是小時候胖不代表長大也會胖)這個說法,要想用控制型實驗的做法根本不可能(到哪裡去找到一堆小孩分成兩組一組拼命餵食讓他胖、另一組則是控制食物讓他不胖然後等他們長大以後來看有沒有胖啊?),所以我們只能以所謂的『觀察記錄分析然後檢視結果並且推論』(實證型實驗, Empirical experiment)的這種實驗類型來進行。

就好像科學怎麼搞的『念力讓手指變長?』這第一篇文章,就是藉由觀察記錄分析為實驗的主要方式,而沒有包含控制組這種東西。這兩種實驗類型在面對不同的問題和狀況時都會各有優劣之處,但一般來說,實證型實驗可以用來探討絕大多數的問題,而控制型實驗則比較侷限於能夠人為操控的規模的問題類型。

以『桌上的碗為什麼會亂跑』這個問題的規模來看,上述的這兩種實驗類型其實都可以進行。不過,我個人比較偏好以實證型實驗先來探討這個現象,除了這樣比較有趣也比較貼近現實之外,也因為這個現象可能牽涉到的條件還頗為不少(我所想到的就有食物類型、食物溫度、碗盤材質&大小&形狀&重量、碗盤底部面積&底部凹槽內體積、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、桌面傾斜度等等),單純以控制型實驗來探討這個現象有點不知從何處下手又有以管窺天之感。

而且真的要做控制型實驗的話,光是準備實驗材料(搞一堆不同的碗盤、不同食物、不同的桌子&不同的傾斜度)然後一個一個因素去測試,萬一這個現象並非單一因素所能引起,那麼光是因素之間的組合就要搞到天荒地老,還不如先以實證型實驗來探究背後的原因,看出一點端倪之後,再以控制型實驗驗證原因的正確性比較實在。

Crazy scientist. Young boy performing experiments
Source: dailyalchemy

既然要深入民間做實證型實驗,當然需要一些工具以便客觀的觀察記錄並且彰顯尊爵不凡。這個實驗當中我們會需要以下幾樣工具:

  • 游標尺(一方面精密,看起來帥又專業,用一般直尺可能會有測量上的麻煩)
  • 有刻度的氣泡水平儀(量傾斜度難不成要用滾彈珠的方式嗎?)
  • 非接觸式溫度計(一般溫度計也可以,只是要常常擦,千萬不要拿量肛溫體溫的來用)
  • 電子秤(廚房用的其實就可以)
  • 水分試紙(如氯化亞鈷試紙,我想不到其他的方法來測試桌上有沒有水)
  • 高級碼表(其實用手機內建的就可以)
  • 名牌鐘錶(其實只要可以看時間的就可以,也可以不需要)
  • 高級數位相機(拍照錄影做紀錄看起來比較專業,其實用手機內建的也就可以,其實也可以不需要)
  • 筆電(看起來專業又先進,但其實一般記錄紙筆就可以)
  • 嶄新大鈔一疊(吃外食總是要付錢的,但用大鈔付容易招惹老闆討厭,所以其實一般小鈔零錢就可以)

準備好這幾項工具之後,就可以開始進行這一個吃飽太閒的實驗了。

這個實驗的流程,其實就跟你平常外食沒有兩樣。你還是一樣走進你愛吃的飯館麵店,坐在你挑選的位子上,點你想吃的東西。不過,等到你的食物來了以後,你就不能一如往常的開動,而是必須要忍住你的飢餓,開始進行記錄。也因此,本文不斷的強調這是個『吃飽太閒』的實驗,你如果耐不住餓,實驗是做不成的。

總之,這記錄應該是這麼做的:在食物來之前,先記錄你點的食物類型、用水分試紙測試桌上有沒有水分殘留、以及桌子的材質(也許還有光滑程度)。然後當食物一放上桌,你就馬上要以溫度計測量食物的上桌溫度,同時按碼表開始計時,以便記錄裝著食物的碗盤從上桌到滑動這中間經過了多久(如果臉皮薄怕老闆來問說怎麼都不吃的話可以假裝你在飯前禱告)。當然,滑動可能不止一次,所以也要記錄滑動的次數和每一次滑動的間隔時間,也可能根本沒有發生任何滑動。但總之,等到你覺得碗盤永遠不可能再有滑動了以後(例如十分鐘過後,不過這其實需要預實驗的觀察才能確定該定多久),你就可以用水份試紙檢驗碗盤和桌面接觸的底部邊緣有沒有水,再把碗盤連帶其中的食物一起拿起來用電子秤秤重,同時以氣泡水平儀檢驗剛剛碗盤放的地方的傾斜度。

等到這些記錄都做完了,你就可以把已經冷掉的食物含淚吃掉。記得把食物吃得乾乾淨淨,因為吃完以後還要記錄碗盤的類型&形狀,並且再秤一次以得知空碗盤的重量,最後用游標尺測量碗盤底部的凹槽直徑和深度,以便計算碗盤底部的面積和凹槽體積。等到記錄都結束了,記得挺起胸膛去櫃臺結帳,使用嶄新大鈔也好,使用陳舊零錢也罷,千萬不要因為老闆和其他客人的狐疑眼光就逃走不付帳。

於是,就這麼一餐又一餐、日復一日的詳實記錄,等到個把月甚至半年過去,應該就可以累積到足夠的數據可以分析。當然我承認,以這種『想吃外食的時候再去吃』方式來收集數據或許有些緩慢,但我認為你並不需要為了這個實驗提高外食的頻率,畢竟科學雖然重要,健康也是要顧。不過,如果你有國科會計畫或校內外科展的交件壓力的話,為了提高收集數據的速度,你可以三餐都吃外食,並且每次都廣邀親友跟你同行還讓他們白吃白喝,甚至也可以幫隔壁桌的陌生人付錢以換取他點的食物碗盤是否滑動的記錄,相信這樣一定可以在短時間內收集到相當龐大的數據,並且連帶的花光戶頭裡的錢。

回頭來看這些記錄,我們之所以記錄了這麼多的項目,其實就是因為我們並不是非常清楚到底哪些項目才是真正有影響力的,而這也是許多現象剛開始研究時會遇到的狀況。所以,我們首先應該要把原始數據整理成合理且有條理的資訊,或許就能夠看出一些端倪。

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Source: thisweekfordinner

如果你仔細思考,你會發現當初記錄的原始資料(食物類型、食物溫度、碗盤的材質&大小&形狀&重量、碗盤的底部面積&底部凹槽體積、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、桌面傾斜度)當中,除了有放諸四海皆準的計量資料如時間、溫度、重量、大小、面積、體積、傾斜度之外,還有其他屬於描述性的資料(食物類型、碗盤材質、形狀、桌面材質、桌面光滑程度、桌面是否有水、碗盤底部邊緣是否有水),而這些描述性資料該怎麼整理,其實就是最微妙的地方。整理的理由合理又有根據,常常就可以隱隱呈現出某些模式,對於後續的分析更是有幫助。如果整理得不好,那大概分析起來就會很頭痛了。

所以,以我的觀點,我會把食物類型分成『湯水食物』和『非湯水食物』,因為湯水食物是以液體為主或大多是液體,傳熱給碗盤應該比起非湯水食物來得均勻也迅速。而碗盤材質則會分成『塑膠』與『陶瓷』,因為兩者之間的差異(重量、導熱速度)頗有差別。碗盤形狀或許區分為『圓形』與『多邊形』,考量到的原因是多邊形的碗盤或許比較會在轉角處有瑕疵。至於桌面材質,也許可以根據最常見的餐館桌椅類型分成金屬、玻璃、塑膠、以及木貼皮四類。而桌面光滑程度就比較尷尬了點,或許會用分成五級的方式以觸感主觀判斷。桌面是否有水、以及碗盤底部邊緣是否有水,則是以『有』或『無』兩種結果來區別。

等到數據整理完畢之後,我們其實需要藉由統計分析的方法,來篩選出真正重要的因素,並且整理出最後的簡化結果。在這裡分析的過程就不詳述了,而如果要解釋分析各個造成碗盤滑動的因素,其實就是科技大觀園裡頭所列出來的幾個重要因素,以及根據我自己曾經的觀察所得到的推論。

科技大觀園裡頭列出以下幾點:

  1. 玻璃或性質相當的平坦堅硬桌面。(我覺得是平坦光滑的桌面最重要,桌面的材質不是重點,因為是碗底凹槽的空氣被加熱而不是桌面)
  2. 碗底有完整的裙緣及凹槽。(這一點是一定不可或缺的)
  3. 碗內裝很熱的湯或物品。(這點當然是不可或缺,但我覺得只有湯湯水水的食物才有足夠的熱能而且能夠平均的把碗盤底部空氣加溫,不然肉圓這種食物剛起油鍋燙得要死印象中也從來沒滑動過)
  4. 碗底或桌面有些水份。(這絕對是不可或缺的)
  5. 桌面有些許傾斜。(我覺得這倒是不一定,只要碗盤已經被底部空氣推起來了,電風扇或講話或動作的氣流都可以讓碗盤滑動或飄動)

另外我覺得重要的幾點:

  • 碗盤材質:硬塑膠碗才可能會滑動,陶瓷碗恐怕都太重了,就算裡面沒有食物,說不定底下的空氣也推不起來。
  • 碗盤形狀:恐怕只有圓形或橢圓形的碗盤才容易滑動,因為多邊形的碗盤可能導致底部轉角處的裙緣不規則,使得水沒辦法把底部裙緣跟桌面密封。
  • 碗盤的底部面積&底部凹槽體積&食物與碗盤總重:這三者應該是要算成『總重/底部面積*凹槽體積』這種形式,因為底部面積越大就能夠越均勻的把碗盤往上推,凹槽體積越大表示每一單位的底部面積有越多空氣可以施加壓力,而當然總重越輕也越容易被推起來。

總之,綜合以上幾點,如果以白話的方式來描述這整個碗盤滑動的過程,我想應該是這樣的:

『上桌的碗盤裡面裝了湯湯水水的熱食。碗盤放到桌上以後,因為桌上本來就有一點水,或者是碗盤底部有著清洗過後還沒陰乾的一點水,於是這一點水就把碗盤底部的裙緣跟桌面之間的縫隙封住。碗盤底部凹槽裡被封住的空氣被上頭的湯水慢慢加溫體積漸漸膨脹,於是碗盤底部凹槽裡變熱的空氣就開始往上推著碗盤底部,等到空氣溫度夠高、產生的推力夠大的時候,碗盤就被推離桌面,並且開始沿著傾斜的桌面滑動,或是受到電風扇或講話的氣流而飄動。所以,湯湯水水的食物越滾燙,越能夠提供充足熱量來迅速加熱底部凹槽裡的空氣,也就會越快開始滑動;而底部凹槽體積越大且面積也越大的碗盤,底部受到的總壓力,以及每單位的底部面積受到的壓力也越大,越容易把碗盤推起來。』

至於什麼時候滑動的碗盤會停下來呢?科技大觀園裡頭的說法是「直到碗底的空氣溫度因為桌面吸收了熱量而冷卻」就會停下來了。但是我自己觀察到的是另一個不同的狀況:

『被底部空氣壓力推起來的碗盤會滑動,直到滑動的距離太長,封住縫隙的水分在桌面上拖行抹開到沒辦法再繼續密封住縫隙,讓碗盤底部膨脹的空氣從縫隙中排出,這時候碗盤就會又落回桌面上,如果仔細聽的話,甚至可以聽見空氣排出的輕微啵聲。跟桌面重新貼合的碗盤底部裙緣可能會被水再度密封,裡面的空氣繼續被加熱而又有足夠壓力把碗盤推起來,但是由於縫隙間的水已經稍少了點,所以滑動不了多遠就又會不足以封住縫隙而讓空氣噴出,於是碗盤又落回桌面。就這麼反覆循環,直到食物的溫度不足以加熱空氣到提供足夠壓力、或是縫隙間的水少到密封不了碗底凹槽為止。』

至於有網友表示,不只是裝熱食的碗盤會滑動,裝冷飲冰甜點的杯子碗盤也會滑動。我想這個原因也是類似的:碗底凹槽的空氣把碗抬離桌面,所以碗就滑動了。只是差別在於,碗底凹槽的空氣顯然不可能是因為溫度升高而膨脹產生壓力把碗推高,反而比較有可能是因為冷飲上桌前就已經結了一些水珠在碗的表面,或是 桌面上還殘留著前一位客人享用冷飲冰甜點時流下來的凝結水窪(這在冰店裡應該很常見),所以當裝滿的碗放到桌上時,水可能會在碗幾乎碰到桌子表面時就把兩者之間的縫隙封起來(表面張力的緣故),於是碗底凹槽的空氣其實是比凹槽的容量稍多的,只不過是被上頭裝滿冰品的碗壓在桌上。

但是,一旦碗裡的冰品冷飲慢慢的變少,底下的空氣壓力或許就足以把碗稍微抬高,於是碗也就在桌面上滑動了。又或者,當碗裡的冰品冷飲慢慢減少的時候,本來被降溫的碗底空氣也許也漸漸的回溫,於是體積膨脹也就有更多的力量把碗推高讓碗滑動了。也因此,我大膽的猜測冷飲冰品店裡的碗如果會滑動,應該都是在吃到一半或是快吃完甚至是吃完以後才會有滑動的現象,跟湯湯水水熱食的碗多半在剛上桌不久就滑動的情形是不一樣的。

當然,這些都是我自己的觀察得到的推論和說法。如果各位可以親自實驗並且確認或發現不同的因素,那才是科學怎麼搞所期望達到的真正效果。

不過,記得吃飽了再來做實驗哩。

文章難易度
YTLai_96
48 篇文章 ・ 19 位粉絲
也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著

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凡事都想知道「為什麼」,是踏入科學探究的第一步——《教出科學探究力》
親子天下_96
・2022/08/14 ・2566字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

在某個燠熱難耐的夏日午後,你打開電風扇,卻發現吹出來的風好像比印象中來得小。你眉頭一皺,覺得案情並不單純。就在走近電風扇的那幾步裡,好幾種可能性閃過心頭:

「會不會是按錯按鈕了?」、「會不會是扇葉太髒了?」、「會不會是轉軸黏住了?」、「會不會是⋯⋯?」這些猜想背後,都是根據你對電風扇原理的一些些認識才會做出的假設。

當你打開電風扇卻發現吹出來的風好像比印象中來得小,心中會冒出許多假設。圖/Pexels

在提出疑問和假設之後,尋找問題的答案

靠近電扇之後,你看到按鈕確實是按下了「強」。接著你切斷風扇電源,看了看扇葉,發現確實有點髒,於是把電風扇拆洗後裝回去,再按下按鈕。結果風吹起來,就如同你印象中的那麼涼了。這證實了你的第二個猜想,並且解決你所關心的問題。

上述這樣的過程,其實就是「察覺差異,提出問題」、「根據理論,連結現象」、「提出假設,進行驗證」、「預測結果」等等的探究過程。

再舉個例子。

我有一天走在馬路上,看到白色分隔標線的一端閃著黃色的光。我心想:「難道馬路地上埋了一顆黃色的燈?是要作為交通警示用途嗎?」

我覺得奇怪,記得前幾天沒看到這裡有燈。接著我把視野放大,往左往右看了看周圍。發現有一台車停在遠處,車頭開啟方向燈,燈是黃色的,而且還在閃爍。然後我馬上注意到,兩者閃爍的頻率是相同的。

於是我有了新的猜想:「地上的神祕閃光,非常可能來自於汽車閃爍的方向燈的反光。」

但是柏油路面怎麼會反光呢?

仔細一看,地上似乎有一小灘水。汽車的方向燈發出來的光,剛好通過那一小灘水的反光進到我眼睛,讓我覺得地面在發光。接著馬上一台車經過,就擋在方向燈和積水的中間。我看到的亮光馬上消失,證實我的第二個猜想是正確的。

你可能會猜想:「地上的閃光,可能來自於汽車方向燈的反光。」但是柏油路面怎麼會反光呢?圖/Pexels

「哪裡怪怪的」這個念頭,會帶領我們尋找答案

像這樣的心智活動,在我們的生活中無時無刻都在進行著。只要我們發現「哪裡怪怪的」,腦袋幾乎就會立刻啟動探究的機制:

  • 廚房怎麼那麼多螞蟻?(察覺問題)
  • 是不是有食物殘渣沒有清理乾淨?(根據理論提出假設)
  • 仔細觀察一下,發現⋯⋯(得到結論)

既然這些能力是我們原本就自然會的,那又為什麼要學呢?因為我們雖然很習慣對於意料之外的事情展開探索,但是以直覺來進行思考及解決問題的方式,往往並不太科學。

抓住內心的每次疑惑,成為具有好奇心和探究心的人吧!圖/Pixabay

古人說的「地牛翻身」,其實也是一種探究的精神

古人在觀察自然現象的時候,會提出自己的解釋。例如面對地震的時候,台灣民俗的說法是「地牛翻身」,日本民俗的說法則是「棲息在地底的大鯰魚搖動身體」;至於日食在中國的傳說中是「天上的狗把太陽吃掉了」。

於是後人也會根據這些「理論」來規劃解決問題的方法。例如,綠島人認為地牛不只一隻,還會彼此打架,所以地震時要敲打金屬臉盆來分開牠們;同樣的,古時候的中國人看到日食,也會敲鑼打鼓、放鞭炮來趕走天狗。

有趣的是,根據這些「理論」採取的「實驗」,還真的每一次都會成功喔!一代又一代的人反覆進行著下圖這樣的實驗,所以千年來人們始終對這些「理論」深信不疑。

如果你是一位受過基礎科學教育的公民,這時候可能就會提出質疑,認為這樣的實驗並沒有對照組。

例如下一次出現日食的時候,如果不要敲鑼、打鼓、放鞭炮,日食是不是也會結束?如果不這麼做,日食仍然會結束的話,那麼用敲鑼打鼓的方式趕走天狗的假說就會受到挑戰了。

當然,在一個深信天狗傳說的社會中,沒有人會膽敢拒絕敲鑼打鼓,不然萬一太陽真的就被吃掉而永遠消失了,這責任誰負擔得起?用這個角度來看會發現,有時候要突破傳統,其實是一件非常困難的事情。

恐懼源自於未知:想消除恐懼,需要探究未知

人對於未解的現象,往往會用隨意的想像與歸因來尋求解釋,用很直覺的方式來建立對自然現象的理解,也是人類天生的習慣。

直到距今兩千六百多年前,古希臘哲學家泰利斯才撥開直覺的迷霧,主張應該拒絕再用人格化的神祇來解釋自然現象,而是要藉由理性的假說來理解和解釋自然現象。但即使西方在兩千六百多年前已經出現這樣的思想,但近代科學真正臻至蓬勃發展,還是近半個世紀內的事情。

正由於科學的研究和思考方法並不直覺、並不符合人類的天生習慣,所以必須透過後天的教育與訓練,才能慢慢熟練並妥善運用在生活之中。

雖然探究是我們的天性,但是具有科學素養的探究卻不是天性,無法一蹴可幾。就像科學家需要訓練有素的探究技術,才能做好自己的研究。

一般公民也需要具備科學探究的素養,來幫助自己在面對生活中諸多不熟悉的現象時,能運用一套思考和研究的方式來做判斷,特別是幫助我們更加注意到生活中不尋常的現象,能對許多直覺、缺乏事實支持的歸因有更高的警覺。

正因為我們的生活離不開探究,所以更應該透過學習來提升探究品質。這正是國民教育自然課程中所應教會每個公民的事情。

——本文摘自《教出科學探究力》,2021 年 8 月,親子天下 ,未經同意請勿轉載。

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親子天下_96
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真的有吃不胖的體質?找出傳說中的「瘦子基因」
nerdy_96
・2020/10/13 ・2767字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 586 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 文/nerdy|半吊子的科學狂熱者,投稿是種消遣。

我們週遭是否都有這麼一位怎麼吃都吃不胖的朋友,每當你問他為什麼吃不胖,他總會一臉無奈的說:

「我也不想啊~」

「這不是我能控制的啊~」

有些人不管怎麼吃,就是不會變胖!(圖 /Giphy

這時請先壓抑你內心油然而生的怒火,因為最近的研究發現,吃不胖的體質確實與特定基因有關,傳說中的「瘦子基因」真的存在!

曾經的致癌因子,展露出不為人知的一面

近年來,不少研究指出,我們的體重與遺傳變異有關,但這些研究大多針對「肥胖」有關的特定基因。

其中,少數針對「纖瘦」體型的研究,卻又常常缺少與人類基因直接相關的證據。1

最近,藉由「全基因組關聯分析」(GWASs)、果蠅與小鼠的實驗,英屬哥倫比亞大學的研究團隊證實人體存在一種「瘦子基因變異」,這項研究成果已被刊登在國際期刊 Cell  。

一窺藏在瘦子體內的秘密吧!(圖/Pixabay

首先,研究人員對 BMI 值極低(<18 kg/m2 )的人及 BMI 值位於 30 ~ 50 百分位數的控制組進行全基因組關聯分析後,發現有數種基因都與纖瘦體型有關,其中一種基因稱作「Anaplastic Lymphoma Kinase(ALK)」。

由於 ALK 基因容易突變引發癌症,過往都只被視為一個重要的致癌因子,因此,我們對於 ALK 基因在生理學上所扮演的角色仍是一知半解,在這次全基因組關聯分析後,研究團隊將 ALK 基因列為瘦子基因的「候選人」。

其次,在決定基因優先次序(Prioritization)的實驗中,研究人員發現,當他們降低果蠅體內 ALK 基因的功能後,果蠅的三酸甘油脂明顯下降

研究人員更進一步整合其他資料庫進行分析,篩選出與纖瘦體型、BMI、脂質及葡萄糖平衡等新陳代謝特性有關的遺傳變異,然後發現,這個遺傳變異就是出自於 ALK 基因。

開始老鼠們的「減肥」實驗!

只做果蠅的實驗還不夠!接下來,研究人員將剔除(Knockout)掉 ALK 基因的實驗組(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)相互比較。

在身心理狀態及其他外在條件都相同的情況下,研究人員發現:

  1. 五個禮拜後,實驗組鼠的體重明顯比較輕(圖一)
圖一:實驗組鼠(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)的重量比較圖。
  1. MRI 的檢測結果也顯示,實驗鼠脂肪細胞註1的質量、體積明顯都比控制組還要少(圖二、圖三)
圖二:實驗組鼠(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)的脂肪細胞質量比較圖(epWAT及scWAT皆為脂肪細胞)。
圖三:實驗組鼠(Alk-/-)與控制組鼠(Alk+/+)的脂肪組織染色切片,由圖可見實驗組鼠的脂肪細胞體積較小。
  1. 實驗組鼠的血糖濃度比較低
  2. 處於人類熱中性溫度(thermalneutrality)註2時,比起控制組,實驗組鼠增加比較少的重量

而且,兩者的食量、腸道吸收狀況及日常活動量都沒什麼差別。

這些在具有 ALK 基因變異的實驗鼠身上所觀察到的表現都與人類基因組分析所得到的結果一致。

為了確認實驗組鼠(Alk-/-)是否真的比較吃不胖,研究人員讓他們進行了一場為期 16 周的「垃圾食物挑戰」。

令人驚訝的是,在這個既幸福又折磨的挑戰過後,從外觀、體重、脂肪細胞質量及體積來比較,結果都顯示剔除 ALK 基因的實驗組鼠真的比較吃不胖!

圖四:在吃了 16 周的高熱量食物後,無論是在體重或是外觀上都顯示出實驗組鼠(Alk-/-)比較吃不胖

吃不胖的關鍵?就在「中樞神經系統」

為什麼缺少ALK基因的老鼠比較吃不胖呢?

研究人員在老鼠進行 16 周垃圾食物挑戰後,測量出實驗組與控制組的餵食效率(單位熱量的增重量,mg/kcal)及能量消耗(單位時間的熱量消耗,kcal/h)後,結果顯示,實驗組鼠具有較低的餵食效率及較高的能量消耗。

研究人員透過實驗進一步發現, ALK 基因的 mRNA 大量存在於小腦、皮質及下視丘等中樞神經系統,也就是說, 這個基因在中樞神經系統有著高度的表現,實驗數據也顯示 ALK 基因對於中樞神經的作用確實會影響體重。

十~六~個~禮~拜~的~天~堂~啊~(圖/Giphy

那 ALK 基因又是如何影響體重呢?

研究人員發現,實驗組鼠的脂肪細胞中含有高濃度的去甲基腎上腺素(Norepinephrine ,NE)。

去甲基腎上腺素是一種由交感神經終末釋放的神經傳遞物,會促使脂肪組織分解,而在其他臨床研究中,那些纖瘦受試者的脂肪細胞中也同樣發現高濃度的去甲基腎上腺素。

最後,研究人員也藉由實驗證實 ALK 基因於下視丘室旁核(paraventricular nucleus,PVN)神經元的表現會減緩交感神經張力(sympathetic tone)及脂肪分解。

發現了瘦子基因,然後呢?

研究人員表示,有了這個新發現,抑制 ALK 基因將為肥胖治療帶來一道曙光,而由於用以治療癌症的 ALK 標靶藥物早已問世,代表ALK 基因可適用於標靶治療。

一吞就能夠瘦身的未來,是不是真的不遠了呢?(圖/Pixabay

「也許未來的某一天,我們真的能開發出所謂的瘦身藥丸呢 !」研究人員 Josef Penninger 這樣說道。2  

然而,面對充滿無限可能的將來,大家也不要太心存僥倖了!畢竟,體型胖瘦不單單只受基因調控影響,也與環境、生活、飲食習慣息息相關。

也許你會覺得老生常談,但無論是現在還是未來,「均衡的飲食、規律的運動」永遠都是維持健康體態的不二法門!

備註

註1:此處指白色脂肪組織(White Adipose Tissue,WAT)

註2:熱中性溫度(thermalneutrality),約30°C,動物在此環境溫度範圍具有最低代謝率,且不受環境溫度變化所影響。

參考資料

  1. Orthofer et al., (2020). Identification of ALK in Thinness. Cell181(6), 1246–1262.e22. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.034
  2. Scientific American Podcast〈Skinny Genes Tell Fat to Burn〉
  • 責任編輯/儀珈

nerdy_96
6 篇文章 ・ 2 位粉絲
半吊子的科學狂熱者,投稿是種消遣。

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實驗有做,假說就能被驗證嗎?太天真了!——《「科學的思考」九堂課》
PanSci_96
・2019/02/14 ・1944字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

什麼樣的實驗和觀察能夠驗證假說?

當我們面對一個假說時,不能沒頭沒腦地做實驗和觀察。有些實驗和觀察可以恰當地驗證假說,但也有些實驗和觀察與假說的驗證關係不太大。

為了讓大家容易瞭解,我們來玩個遊戲。遊戲是這樣的:

我想好了一條排列三個自然數的規則,請你們來猜猜這條規則。

玩的時候,請隨便說出三個自然數,然後我來看看是否符合我的規則。符合的話我就說對,不符合的話我會說不對。透過這樣的問答,你們要猜對我心裡所想的排列規則。

【圖 5-1】來試著驗證看看假說吧!圖/游擊文化提供

 

先給大家一個提示:「2、4、6」符合我心裡想的排列規則。接下來,為了猜出我的規則,你們會提什麼問題呢?我想大概會像下面這樣:

——1、2、3 呢?

——對,「1、2、3」符合我想的排列規則。怎麼樣?猜出規則了嗎?

——規則是不是第一個數和第二個數加起來等於第三個數?

——這樣啊。如果要確認這個規則對不對,要拿什麼其他數列來問我?

——1、3、4。

——對,它們符合。

——那 1、4、5 呢?

——對。從這幾回問答可以準確猜出我的規則了嗎?

——嗯,不能說完全確定,但規則應該是第三個數等於第一個數加上第二個數吧?

……很可惜,照這樣下去,花幾個小時都沒辦法猜出我的規則。上面的例子都符合我心裡想的那個規則。不過,你們猜的規則並不是正確答案。為了不吊大家胃口,先公布正確答案。我想的規則是「三個不一樣的數」。我好像聽到有人在說「這什麼跟什麼嘛」!

只舉「正面例證」是猜不到的!

為什麼照剛才的方式一直問下去會得不到答案呢?提問的人聽到提示說「2、4、6」是對的,會想到 2 加 4 等於 6,而提出第一個數加第二個數等於第三個數的假說。所以後來才會一直舉像是「1、2、3」、「1、3、4」、「1、4、5」的例子。

這些例子全都符合自己提出的假說,它們稱為「正面例證」。但是只舉正面例證來問我,是無法猜到規則的。一定要舉不是正面例證的例子來問才行。

比方如果問「1、3、5」,我也會說「對」,因為這符合「三個不一樣的數」的規則。但因為 1 加 3 不等於 5,所以這個例子就反駁了提問者一開始提出的假說。

再來,提問者提出「規則應該是第一、第二、第三個數由小排到大」的新假說。要確認新假說對不對也是一樣,不能只提符合新假說的例子來問我。一定要提像「2、7、5」這種與假說不合的例子來試試看。不這樣的話,一定找不到正確答案。不符合假說的例子稱為「反面例證」。

很多人在玩這個遊戲時,會一直舉符合自己假說的例子。這說明了我們心中潛藏的一個重要傾向,稱為「確認偏誤」。

當我們想確認「應該是這樣吧」的時候,都只是找符合的例子。

當我們想確認「應該是這樣吧」的時候,都只是找符合的例子。圖/pixabay

比方有個「O 型的人穩重」的假說。當要確認這假說對不對時,找的都是穩重的 O 型的人,結果就深信血型與性格的確有關。我們必須去找血型 O 型但不穩重的人,或者去找穩重但血型不是 O 型的人。

關鍵有效的例證:驗證條件與否證條件

以上的遊戲猜的是我腦袋裡的規則。如果把我的腦袋換成自然界,那麼腦袋裡的規則就是自然定律,而提問的人就好比是找尋自然定律的科學家。科學家為了猜測自然定律,提出種種假說,而剛才遊戲裡的問答,就像是科學家從事的實驗。如果實驗只是去找符合假說的事例,就無法得知針對自然界定律的假說究竟是否正確(見圖 5-1)。

因此,如果要調查假說是不是正確,必須同時調查符合假說的例子,以及不符合假說的例子。它們分別稱為「驗證條件」和「否證條件」。

【小摘要】

.驗證條件:進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象,可以知道假說正確的可能性增加了。

.否證條件:進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象,可以知道假說是錯誤的。

提出假說之後首先必須做的事,是明確指出驗證條件和否證條件。用剛才的遊戲來說,如果你們提出的假說是「這三個數是偶數」,而問我「6、8、10」或「6、2、4」這些正面例證,那就是驗證條件。反過來說,如果問我「4、7、6」或「3、5、8」這些與假說不符的反面例證,就算是否證條件。

本文摘自《「科學的思考」九堂課》游擊文化, 2017 年 10 月出版。

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