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細菌能幫助原始動物呼吸

陸子鈞
・2011/05/17 ・883字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

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許多微生物扮演和植物一樣的角色,它們能藉由光合作用,大幅增加所處地點的氧氣量。這或許是使原始多細胞生命,在遠古缺氧的環境中還能欣欣向榮的關鍵。科學家分析委內瑞拉洛斯羅克斯潟湖裡的微生物墊,研究這個概念。

和大多現存的微生物墊(microbial mats)一樣,洛斯羅克斯潟湖微生物墊的表面,由藍綠藻或藍藻組成,而較底層則是硫化物氧化菌。但洛斯羅克斯潟湖獨特的高鹽環境,並不適合植食性動物棲息,所以該地區的微生物墊,能像五億四千兩百萬年前的埃迪卡拉(Ediacaran)時期一樣,完整覆蓋整個湖底。當時,多細胞動物才正開始發展。

加拿大阿爾伯塔大學的古生物學家Murray Gingras,分析了微生物墊內外水的化學性質。他和他的同事發現,雖然在微生物墊表面的含氧量極低,約只有0.10大氣壓(atm),但白天可以因為微生物藉由光合作用得到能量,釋出氧氣,而提高到0.25及0.45大氣壓。甚至在微生物墊本身表面的幾毫米處,幾乎能得到純氧,約1.05大氣壓。

現在大氣中的氧氣組成約0.21大氣壓,但多細胞動物方在地球上出現時,環境氧氣普遍只有0.10大氣壓,這並不適合多細胞動物生存。南澳大利亞博物館的古生物學家Jim Gehling解釋:「一天中的氧氣濃度波動,對別於單細胞生物的多細胞動物而言,非常棘手。」

Murray Gingras和他的研究團隊認為,微生物墊扮演關鍵的角色,幫助早期的多細胞動物得到它們所需的氧氣。他說:「我們推測,這些動物利用很小但富含氧氣的區域,就如同沙漠中的綠洲。」

古生物學家很早就假設原始多細胞動物仰賴微生物墊為生,因為動物化石和微生物墊常常一起被發現。但這項研究是首度證實,微生物墊扮演對動物群供氧的重要角色。

英國牛津大學的古生物學家Martin Brasier也認為,藻類微生物為早期多細胞動物提供氧氣庇護所,是個非常有趣的概念。

但仍有一些小問題。因為高氧氣濃度是光合作用的結果,所以高氧狀態只當陽光照射時存在;而在夜間微生物墊附近就會成為缺氧環境。研究人員在洛斯羅克斯潟湖也發現類似的現象,而居住在墊子裡的小蟲子,在入夜後會進入休眠狀態,以應付缺氧的問題。但科學家不確定,是否早期多細胞動物也有類似的現象。

資料來源:NatureNews: Bacteria helped early animals to breathe [15 May 2011]

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陸子鈞
295 篇文章 ・ 4 位粉絲
Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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什麼!樹木也能分陰、陽?這到底是風水還是植物學啊?——《聆聽樹木的聲音》
麥田出版_96
・2022/08/30 ・2618字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者/詹鳳春

樹的光飽和點:陽樹比陰樹更需要陽光

樹木主要可分為陰樹、陽樹及中性樹。所謂陽樹,即偏好日照,當日照不充足便容易枯損衰弱。反之,即使日照不充足也可以健全生長,稱為陰樹。還有介在陰樹與陽樹之間,稱為中性樹。

植物的葉子進行生命維持活動。對植物而言,光為生存的能量,如同動物攝取食物般的重要。換句話說,能否取得充分的日照為樹木的死活問題。

葉子為了收集光照,在葉的構造內也下了不少的功夫。常見葉大且薄,在葉的背後及內側可有效的收集光照。葉表面附著了一層薄膜的角質層,除了讓水分難以透過以外,還可防止葉表蒸發,保護葉內組織。

櫻花樹是陽樹,日照需求高。圖/Wikipedia

自葉的生理角度來看,陰樹與陽樹的最大差異,在於光飽和點光合作用速度不同。一般光照量的最高限度,稱為光飽和點。因此日照需求度高的樹木為陽樹,能耐日蔭為陰樹。

陰陽特質的掌握,有助於適地適木的配植。例如櫻花樹(陽樹)的光飽和點高,受到強光而不斷增加光合作用量,當光照變弱時光合作用量也隨之降低,長期下來影響櫻花樹的生長。

樹木陰陽的差異並沒有明確基準,如一天必須要達到多少小時才能存活?這是隨著原生地的環境,以及培育經驗法則所分類。樹木的成長,是隨著光照強度性質而改變。

例如,幼木時可以在林蔭弱光環境下生長,長大為成木對光的需求也慢慢增大。相對的,需要強光生長為陽樹,周邊若有高大喬木環境時生長受阻,而陰樹即使周邊有大樹也可生長。

一般陽樹多為落葉樹種,因生長快速,樹幹易粗大且短命趨勢。相對的陰樹多為常綠樹種,生長慢,壽命也較長。

除了樹種外,葉子也可分為陰葉、陽葉

此外葉子也可區分陰葉及陽葉;陽葉受到強光,光合作用量增加,陰葉則是利用較弱的光照度進行光合作用。

對樹木而言,最適切的光照度為晴朗的上午,午後的西曬通常帶給部分樹種生長阻礙。路邊常見的紫薇,當夏季午後受到強烈西曬、高溫過熱,反而光合作用量頓時減少。過於高溫時,葉內含水量隨之減少,葉內的氣孔關閉後便無法呼吸交換而影響光合作用。

都市行道樹的日照條件也決定樹木生死,受到各方高樓環抱而遮蔽日照,光合作用也會受到影響。尤其當陽樹日照不充分時生長容易出現阻礙,即使為耐陰的山茶花、冬青也會出現樹勢低下及開花不良、病蟲害等問題。

路邊常見的紫薇,若受到強烈日照,反而會減少光合作用量。圖/Wikipedia

一片葉子的生命有多長?

針葉樹與闊葉樹的葉型,表現出樹木存活的戰略。

常見的針葉樹種柳杉、松樹等為常綠樹種,葉子細長、如針狀。這是為了取得更多的日照得以行光合作用,並不斷的往上生長。藉由向上生長與其他植物相互競爭,取得日照。

雖然稱為常綠樹,但也並非不落葉。尤其光合作用效率變低後,老葉陸續落葉並與新葉進行交替更新。樹木為了維持葉子也需要充分的養分,除了蓄積於枝條、樹幹以外,也儲藏於針葉樹葉內。

一般常綠樹的葉子壽命平均一到兩年,松樹的葉子甚至二到十年的也有。常綠樹的壽命,取決於環境。即使相同種,也會因日照、降雨量、土壤環境的不同而出現差異。

當環境要素越是不良時,葉子的壽命也就越長。簡單說,光合作用效率變低,養分的回收期間也就更長,而葉子的壽命也變長。一般熱帶地區的常綠樹,多數葉子的壽命為三個月。

即使先天抽了一張好牌,沒有好的成長環境也是枉然

樹木的生長條件之中,氣溫扮演著非常重要的角色。例如:將暖地生長的樹木種植於寒冷地,易受寒害,葉子變黑、枯死。相反的,習慣寒冷地的樹木若種植於暖地時,就容易出現新芽生長停頓等現象。

諸如此類的現象,可以說是樹木各自的生理特徵。

梨子在冬季容易受到寒害,造成葉子變黑、枝幹枯死。圖/台中市政府

樹木以根系吸收養水分,枝葉進行光合作用並製造能量。暖地或喜日照的樹木,光合作用能力非常旺盛,所製造的糖直接被樹體吸收使用,而水及空氣自葉的氣孔排出為蒸散。

就另一個角度來看;當氣溫升高時,蒸散旺盛而葉溫也隨之下降。而蒸散旺盛也會讓樹木失去大量水分,甚至引起脫水狀態。

因此,樹木為了維持本身機能平衡,配合氣候進行生理活動。例如:熱帶雨林的樹木行光合作用時,根系需要吸收大量水分;而沙漠的植物幾乎處於冬眠,受到強烈熱氣後關閉氣孔,將水分儲存於體內等。

生活在都市裡的樹木,面對了哪些壓力?

樹木面對各式各樣環境要素,其生活樣式也不同。然而這樣的生活並非一朝一夕,而是經過不斷演變而獲得的機能。當環境突然改變時,樹木當然也面對很大的生長壓力。

行道樹面對的都市環境,如水泥、柏油等人工基盤,引起的高溫化要比郊外氣溫還高,遠遠不同於自然環境生長的樹木。

那些生存在都市內的行道樹和景觀樹,它們面臨的氣候環境,又是截然不同的情況了。圖/Pixabay

面對嚴峻的都市微氣候環境,水分吸收為生存的關鍵要素之一。當水分不充足,直接反映於蒸散的受阻。而通風不良時,枝葉蒸散也容易出現病蟲害。

相對的,風過大反而帶給樹木物理損傷,同時引起土壤蒸散、落葉等問題。尤其長期遭受東北季風吹襲,因低溫使根系衰弱無法吸收水分,間接影響蒸散能力。行道樹受到大樓風影響也容易出現落葉、枝條斷裂、傾倒等災害,其環境因素直接影響樹木生理。

——本文摘自《聆聽樹木的聲音》,2022 年 7 月,麥田出版

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麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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俄軍使用了真空彈!什麼是溫壓武器?它的原理和可怕之處在哪?
Lea Tang
・2022/03/14 ・1688字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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根據烏克蘭政府及人權組織的報告,俄羅斯軍隊將集束炸彈和溫壓武器使用在對烏克蘭的戰事上——此項指控在 3/10 得到俄國國防部的承認(confirmed)

一種燃燒空氣的爆炸裝置

俄羅斯軍隊所使用的溫壓武器系統 TOS-1A,是俗稱「真空彈」的空投高功率真空炸彈。這類毀滅性的裝置通常以火箭發射或空投炸彈的形式部署,透過選擇不同的燃料——有毒金屬粉末或含有氧化劑之有機物質與炸藥共同施放。

彈藥發射後,空氣中的氧扮演助燃的角色,分散的燃料團於是成了一顆巨大火球。

對生物具有致命威脅

由於火球會在一瞬間用掉周遭所有的氧氣,真空彈的威力比傳統炸彈大,燃燒時間也更長。遇到真空彈攻擊時,幾乎沒有方法能夠自保——巨大的衝擊波能穿透任何未密封的遮蔽物,即使你位處地底下。

若是瞄準封閉空間投放真空彈,則會產生更為嚴重的後果。美國中央情報局(CIA)在 1990 年的一份報告中描述道:

那些靠近著火點的人會直接消失,至於爆炸邊緣的人則會受到嚴重的內傷,包括鼓膜和內耳器官碎裂、嚴重腦震盪、肺和內臟器官破裂,甚至可能失明。

使用溫壓武器的爭議性

溫壓武器最早由二戰時期的德國所研發。1960 年代,美軍在越南、阿富汗以及蘇聯在中國、車臣都曾使用過。雖然尚未有國際法明確禁止真空彈的使用,但根據日內瓦公約「禁止使用無法區分目標的無差別攻擊武器」以及國際人道法「禁止造成過度以及不必要的傷害」:

若是使用真空彈來攻擊建築區、學校或醫院的平民,根據 1899 年與 1907 年的海牙公約,你很有可能被判犯有戰爭罪。

區域內無差別攻擊

鑑於溫壓武器對建築物或掩體中防禦者的高度破壞性,它們主要被用於城市環境。但即使鎖定的是軍事設施或人員,在人口稠密的城市中使用溫壓武器,將波及爆炸範圍內的平民並造成大量傷亡。

過度殘忍的傷害

而儘管在特定狀態下,戰爭被賦予合法公正性,暴力也不得無限上綱。如果一種武器會延長士兵或平民的痛苦,並導致過度傷害,那麼該武器理論上是不被允許的。而溫壓武器顯然符合以上定義。

國際刑事法院檢察官卡里姆汗(Karim A.A. Khan QC)表示,他的法院將著手調查蒲亭對烏克蘭犯下的戰爭罪行。圖/ ICC

國際刑事法院展開調查

根據 1998 年《羅馬規約》,2002 年 7 月 1 日國際刑事法院於荷蘭海牙成立,職能是對犯有種族滅絕罪、危害人類罪、戰爭罪和侵略罪的個人追究刑事責任。因應立陶宛及 38 個成員國的要求,國際刑事法院(ICC)針對普亭對烏克蘭的非法入侵行動已積極展開調查。

俄羅斯於 2016 年退出國際刑事法院締約國,烏克蘭也不是締約國成員,但烏克蘭已經接受了國際刑事法院的管轄權,所以檢察官有權進行調查。英國外交大臣卓慧思(Liz Truss)在聲明中表示:

迫切需要國際刑事法院對俄羅斯的野蠻行徑進行調查,追究那些應為此負責的人。英國將與盟國密切合作,以確保正義伸張。

參考資料:

  1. What is a thermobaric or vacuum bomb?
  2. Ukraine war: Russia confirms it has used thermobaric weapons, says UK’s Ministry of Defence
  3. What are thermobaric weapons, and does Russia have them in Ukraine?
  4. What are thermobaric weapons? And why should they be banned?
  5. Statement of ICC Prosecutor, Karim A.A. Khan QC, on the Situation in Ukraine: Receipt of Referrals from 39 States Parties and the Opening of an Investigation
  6. UK leads call for ICC to investigate Russia’s war crimes
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