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【記錄】M.I.C. XI 之「原力」:俠侶論劍──看粒線體犧牲奉獻、真核生物演化對決

Peggy Lo
・2013/07/04 ・8446字 ・閱讀時間約 17 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

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文 / 羅佩琪、廖英凱

精子粒線體:「只要DNA能留下來,我,什麼都不在乎……」

甲烷菌:「變形菌別怕,吃了你,我們,就永遠不會分離了……」

以上有點病態美的設計對白可不是嘴砲喔,當今現世確實存在一對科學界的神鵰俠侶,在微生物界、形態學界各擁一方,發表對粒線體獨到之高見。六月夏初的涼夜,這對神仙眷侶浩浩蕩蕩地率領門下弟子,兵臨PanSci城下,到 M.I.C. XI 下戰帖啦!

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拜這對賢伉儷之賜,本次M.I.C.XI創下了幾個意義非凡的記錄:參與者平均交通距離最長(過半數是跟著兩位老師「集體包車」從花蓮北上的慈濟大學同學們)、第一次按表操課準時開場(因為包車團不到六點半就到了XD),以及讓大家驚覺「原來講者簡介也可以當成偷渡閃光的方法」……

這讓多少夥伴一直按F5以為是網頁載入錯誤 / 以為Z編不小心照片重複上傳啊XD

好,再被閃光襲擊可能很多人要不支倒地、按左鍵退出了……還是趕快進入兩位神鵰俠侶帶來的粒線體故事吧!


何翰蓁-形態學家看「精子」與「精子粒線體」


http://www.youtube.com/watch?v=5qJRMHcPfws

說到精子與粒線體,大家都可以清晰喚起生物課本上的形象:精子,長的像蝌蚪,大頭長尾巴;而在精子的鞭毛中段,有著數個橢球狀的粒線體,他們以螺旋狀緊密排列,這些粒線體的外膜平滑,而多皺褶的內膜上有負責產生ATP[1]、與電子傳遞鏈有關等承擔更複雜生化反應的的蛋白質,因此,粒線體也被稱為細胞的發電廠。

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……但,真的是這樣嗎?(謎之音:這樣問顯然其中有詐啊XD)其實,在精子成熟的過程中,並不是一開始就呈流線型、蝌蚪狀,精子的粒線體也並非自始就以螺旋狀排列;要參透其中的奧秘,我們可以從「精子的智慧」與「精子粒線體的美德」一窺究竟。

精子的智慧

有時候,成熟,不是拿更多的東西,而是拋掉不必要的包袱。

~Inspired by sperm(精子)

在精子生成的過程中,精母細胞會經由減數分裂形成四個配子精細胞(精子),剛分裂出來的精子其實是「圓球狀」的,隨著精子趨於成熟,細胞核裡的DNA被高度濃縮,形成緻密的細胞核;高基氏體修飾包裝後的許多酵素則圍繞在細胞核的前端形成了頂體(acrosome,精子細胞頭上像浴帽的構造[2]);原本散布在細胞質裡的粒線體也開始規律地以螺旋狀纏繞在中片(mid-piece,尾巴前端的構造);中心粒延長形成的軸絲組成了精子尾巴的主要部分。

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至於多餘的細胞質、沒有被排進來的粒線體、不會用到的高基氏體(Golgi complex)、內質網(endoplasmic reticulum)與核糖體(ribosome)等,則被打包起來移至尾巴的前端,終而被塞托利細胞(Sertoli cell)給吞噬掉。──最終,成熟的精子細胞呈現了一個非常簡單、流線而有效率的形態。

「成熟不是拿更多東西,而是拋掉不必要的包袱」──這是趙俊彥醫師對精子的註解,是隱藏在分子之間的智慧,也是生命的出路。

精子粒線體的美德

有時候,真的不是你不夠好、不夠溫柔體貼,只是你沒有在對的時間、對的地點,以對的方式出現。

~Inspired by sperm mitochondria(精子粒線體)

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自然界中存在著許多奧妙的秩序,例如在精子成熟的過程中,精子粒線體緊密地以螺旋狀排列,為什麼精子粒線體會呈現這樣的排列?螺旋狀排列有什麼優勢或隱含的「美德」?與上面這句愛情啟示錄又有何干呢?

美德#1  列隊緊密、排隊整齊

約莫二十年前,何老師的實驗室利用高解像電子顯微鏡[3],拍到這張小鼠精子的照片:

除了可以看到已裂開的細胞膜、呈鐮刀狀的精子頭,也可以發現:粒線體如玉米般粒粒分明的圓球形,與教科書上螺旋狀排列的橢球形描述截然不同!

進一步觀察,才發現小鼠精子的發育可分為十六個變形步驟,粒線體會從圓球形往兩端水平延伸成半月形,最後再變成橢球形長管狀。而十年前,透過更先進的3D影像重組軟體,將精細胞做連續切片追蹤,以此建構出更精確的三維粒線體樣貌,也終於了解粒線體在精子上的排列規則:

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Step 1. 最初,粒線體為圓球狀,呈「四股螺旋」繞在精子尾巴的中片,如A圖。
Step 2. 相對的粒線體(如綠、紫色),互相延長為甜甜圈狀,互呈90度排列,如B圖。
Step 3. 由於已互相頂到,要繼續延長勢必要錯開,此時粒線體會兩兩相對、彼此交錯,如C圖。
Step 4. 上下粒線體相接,最終形成「雙股螺旋」,如D圖。

介紹到這裡,何老師給了大家一個絕佳的搭訕鄰座的機會(?),把自己的雙手當成兩個相對的粒線體,再疊到隔壁朋友的雙手(粒線體)上,就會清楚發現你右手的粒線體將繞到鄰座右手的粒線體上,反之亦然,形成緊密排列的雙股螺旋。

形成雙股螺旋的過程中,粒線體延長且變細,下方空出的空間剛好容許旁邊的粒線體延長後填充,最後,一百多個粒線體非常整齊、漂亮的纏繞在精子尾巴的前段;而多餘的細胞質逐漸被移除,精子細胞的直徑也變細,形成能容納較多粒線體的流線型,可產生相對多的能量ATP。

美德#2:辛勤工作、團隊合作

精子的運動機制、運動模式與鈣離子的濃度和分布息息相關,而粒線體的排列秩序,更是調控精子運動的關鍵。

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在精子形成的初期,粒線體呈圓球狀,此形態使粒線體較容易移動到精子細胞的尾巴;但當精子粒線體轉變成緊密地螺旋狀排列後,會在鞭毛外面形成外鞘,這將可以精密調控內部鞭毛的運動。

而調控不同運動方式的關鍵是控制鈣離子的濃度。何老師在細胞中放入標記鈣離子的螢光染劑,藉由染劑的螢光強弱來觀察鈣離子的濃度,發現當精子的鞭毛不對稱大振幅擺動時,由於粒線體緊密排列,鈣離子可以非常快速地從最前端的粒線體往最遠端的粒線體傳遞,並以螺旋狀纏繞下去。

但精子也會規則地因「環境改變」而選擇不同運動方式,當精子在剛進入黏稠度較低的子宮時,會將鞭毛左右對稱擺動,才能快速移動到輸卵管小小的開口;但當精子進入黏稠度較高的輸卵管而接收到輸卵管上皮的訊號,或是當接收到靠近的卵所釋放的訊號時,精子細胞內鈣離子濃度增加,以不對稱大振幅擺動鞭毛的方式(就像單手划船)來取得較大的扭力,在充滿黏液的輸卵管中有效前進,使卵子受精。

何老師的實驗室也曾以藥物干擾精子的細胞骨架,造成精子粒線體凌亂地排列,便發現精子運動的確產生了相當大的問題。而比較不同的物種,從果蠅的兩個粒線體、人類的三十個到小鼠的上百個,精子粒線體的緊密排列,使他們工作起來就像一個粒線體一般,讓訊號快速且精準的傳達,堪稱具有非常優良的團隊合作精神哪!

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以上概念恰好可解答「明明一個卵子、一個精子就可以受精,為什麼卵子周圍卻有那麼多精子?」──因為精子常在錯誤的時間、錯誤的地點、使用錯誤的運動方式,使其無法抵達受精地點。(何老師也藉此勉勵告白失敗的朋友們,有時真的不是你不夠好,只是你沒有在對的時間地點、用對的方式出現啊……)

美德#3:燃燒自己、照亮別人

可能很多人聽說過:「粒線體是母系遺傳的胞器,我們身上的粒線體全部來自媽媽、不來自爸爸」……這又是怎麼回事呢?

依受精方式大抵可分兩種情形,第一種是在與卵癒合時,精子就只把細胞核送入,如黃金鼠。第二種則如人類等大多數哺乳類動物,受精時精子的細胞核和粒線體都會進入卵中,但因為精子粒線體上帶有泛素(ubiquitin)標記[4](何老師給了個有趣的註解:就想成精子粒線體被標上「臭男生」三個字吧XD),會啟動卵細胞內可瓦解蛋白質的一整套酵素包圍住精子粒線體,並將之殲滅[5];使得受精卵中,只有來自母親的粒線體。

上圖正是精子粒線體被綠色酵素殲滅中的受精卵修羅場。試著回想一下:精子粒線體透過整齊緊密的列隊以提高精子運動的效率、團隊合作讓鈣離子可以有效傳遞的精神,千辛萬苦的把精子帶到卵的身邊,但進入卵之後自己就從容就義被殲滅了,這種「犧牲小我、完成大我」的美德足堪為胞器之表率啊。

「在座的男士們,請以你們的精子粒線體為榮;在座的女士們,雖然我們沒有精子粒線體……」何老師頓了一下,微笑著收尾:「但是,我們才是贏家」。


陳俊堯-細菌人看「真核霸業的原力──粒線體」


http://www.youtube.com/watch?v=qm8le8FmJpM

關於「真核生物是怎麼出現在地球上的?」這個大哉問,目前主流的生物學以「內共生假說(Endosymbiotic Theory)」來解釋:一個原核生物(小細菌)侵入另一個原核生物(大細菌)體內,小細菌產生的廢物成為宿主大細菌的食物,這種彼此分享的結果成為永久緊密的關係,真核細胞就此誕生,並且快樂的征服地球。

……但,真的是這樣嗎?(謎之音:這個問題OP囉XD 我們都知道案情一定沒那麼單純……)上面的每一步看起來似乎合理,但它真的會發生嗎?又是怎麼發生的呢?

這些問題的關鍵點,又跟今天的主角「粒線體」有關。不論是真核生物的出現,乃至成就真核生物宰制世界霸業的重要特質(取得能量方式、體型大小、性與性別),我們的祖先能取得這些重要的「原力」都與粒線體緊密相關。

原力#1:其實「十萬伏特」不算什麼──能量的取得

來看看「細菌」這個地球上第一個出現的生物是怎麼取得能量的?

陳老師首先放了這支<del>悅耳但令人困惑的</del>影片,(筆者當時心中的OS:「呃,森林中的木琴跟粒線體的關係是…..?難不成旋律中暗藏了什麼蛛絲馬跡?!」)(筆者二表示:「難道是跟EVA一樣用巴哈當背景音樂嗎(抖)」)從能量的觀點來看,一開始在木琴頂端的球具有最大的「位能」,在一階階下降時,位能被轉化為動能,使木琴振動釋出聲音。

細菌其實也是運用同樣的原理:

為了取得能量,細菌會將環境中的物質氧化,氧化的過程如同燃燒般,會將化學能釋放出來。但為防氧化過程產生的能量過大、把自己也化為灰燼,細菌在細胞膜上會有一串蛋白質叫「電子傳遞鏈(electron transfer chain)」,讓物質氧化所產生的電子,如下樓梯般在蛋白質間傳遞而釋放能量,細胞膜上的質子幫浦(proton pump)運用這些能量將細胞內的氫離子打到細胞外,此時,濃度不同的氫離子造成細胞內外的電位差。根據擴散作用,細胞外的氫離子濃度較高時,氫離子將透過細胞膜上的ATP合成酶再次流回細胞內,這個力量如同帶動發電機般恰好可合成ATP,使細菌取得所需的能量。

以上這套細胞膜的機制也出現在粒線體,粒線體內外因氫離子濃度差異產生的電位差在5nm的膜上約0.2伏特,而粒線體正是利用這微小的能量驅動氫離子移動,但如果換算成一公尺,電位差將高達3000萬伏特;這樣看來,只有十萬伏特的皮卡丘真的是小咖囉!

原力#2:從「原核生物」到「真核生物」

研究真核細胞的DNA時,Nass MM和Nass S.在1960年代發現真核細胞中「粒線體的DNA」與「細胞核的DNA」是不同的[6],兩者的DNA序列分別與變形菌(proteobacteria)、甲烷菌(methanogen)相似;這個神奇的巧合可以讓我們進一步推測,原核生物演化為真核生物的情境可能起始於:體型較大的甲烷菌將體積較小的變形菌拉進體內共生。

從演化競爭的角度來看,如果吸收到的能量少一點,時間拉長到上萬年後就可能是演化上的輸家而消失絕種;所以我們現在看到的,已經是無數次適者生存下的贏家。細究甲烷菌與變形菌取得能量的方式,變形菌的代謝廢物恰好是甲烷菌生成能量所需的原料[7],當接觸面積越大,這種「你丟我撿」的功能將發揮得越徹底;這似乎完美解釋了「甲烷菌、變形菌活得好好的,為什麼要結合共生」的疑問。

但下一個問題隨即產生:變形菌獨立生存時,需要由「細胞膜向外吸收有機物」生成氫氣及二氧化碳,但當變形菌被甲烷菌「吃下肚」後,由於甲烷菌吸收有機物的能力薄弱,在甲烷菌體內的變形菌似乎會面臨窒息而死的危機?

答案是:對!變形菌(粒線體的前身)的確可能在甲烷菌(真核細胞的前身)體內死亡,而使變形菌在甲烷菌體內被分解,如同因禍得福般,這讓變形菌的DNA有了離開變形菌這個物種的機會,讓他的基因能為甲烷菌所用,使得甲烷菌也取得吸收有機物的能力,在細胞膜上建立吸收養分的蛋白,解決養分輸送的問題。

自此,生物的演化跨進了一大步,我們可以不再仰賴緩慢的單一基因累積突變,可以開始加速演化的發生,也開始讓世界變得更複雜、更有趣了。

原力#3:細菌可能變成怪獸嗎?──體型變大

約二十億年前細菌就已出現在地球上,這麼長的時間為何演化不出卡通中Bacteria Monster Eats a Cow and Farmer的細菌怪獸?晚出現的真核生物反而在體型大小上成為贏家?令人意外的,答案藏在國小數學課本中:

立方體邊長增為10倍,表面積會增為100倍,體積會增為1000倍;類推到細胞的情境,「能量的需求」與細胞胞器的數量和大小有關,也正比於體積大小,若在體積增加下仍維持細胞內等倍成長的的化學反應,體型變大後將需要1000倍的能量;但「能量的供給」與表面積、細胞膜電子傳遞鏈機制有關,體型變大後只能增加100倍的能量。當需求遠大於供給,縱使體積變大,能使用的能量將會不足,緩慢的複製速度也將導致生存競爭力下滑。渺小,終究是細菌的宿命。

那,真核細胞究竟是突破了什麼,體型可以變大?──老梗了,但關鍵又是粒線體。真核細胞仰賴粒線體取得能量,而粒線體體積小、數量多(OS:幾乎是可以塞滿細胞的狀態了……如下圖橘色螢光部分),沒有表面積不夠大的問題,甚至可依耗能需求在細胞內自由調配粒線體數量。在能量無虞下,真核細胞突破了原核細胞永遠跨越不了的「長高、長壯、長大」的障礙。

原力#4:一切,都是為了自我修復──性與性別

雖然有上述眾多重要的功能,但也不是每一個粒線體都能發揮功效,除了因為大量生產必定有瑕疵品外,也與粒線體是能量工廠的職責有關。前段文章有提到,在粒線體膜上的電子傳遞鏈上流動的能量是很大量的,龐大的能量維繫生命所需,卻也意味著當任何一個蛋白質出錯時,這龐大的能量將導致預期以外的嚴重後果,如產生自由基等;因此,粒線體內這些與龐大能量相伴的DNA,也更容易發生突變或失控。

那,當「失控的粒線體」出現時該怎麼辦?我們可以從真核生物處理「壞掉的基因」的經驗取經。透過性與交配,真核生物和同伴交換基因、增加變異,讓壞掉的基因僅存於部分子代,經過幾輪的繁殖,這個基因終將被洗掉淘汰。同樣的機制也在粒線體發生,細胞分裂時,粒線體會跟隨它的宿主細胞複製到各個配子,將失控的粒線體鎖在部分子代,再透過多輪繁殖加以淘汰。

進一步來看,交配時精、卵來自不同個體,兩者的粒線體同時進入受精卵後將開始競賽複製速度,這將導致受精卵的混亂。2012年在Cell發表的老鼠實驗證實,將兩種不同粒線體放入同一隻老鼠將導致行為異常[7]。這或許可以解釋為什麼人類會有何老師介紹的泛素機制──既然都留下會導致個體行為異常,不如二擇一,只留下一種性別的粒線體。

原力#5:當求救訊號變成死亡訊息──自毀裝置

在單細胞生物中,當宿主細胞有能量但不讓粒線體工作,促成氧化反應的自由基將會掠奪蛋白質的電子、破壞粒線體導致內容物外漏,此時可被視為一種求救警訊。單細胞生物便會啟動交配的機制,以確保該物種的延續。

但在多細胞生物中,由於細胞數量動輒上百萬,單一細胞的可替代性高、修復需求不強,當單一細胞發出求救訊號時,這反而成為臨終的死亡訊息,而這個促成細胞凋亡(apoptosis)的訊息,也一樣是來自於粒線體,與單細胞生物在此時會積極繁衍的作為相比,多細胞生物的細胞凋亡機制,反而可促使不夠健康的細胞加速汰換。

細胞:「(SOS揮手)我受傷了!再接下來我的膜就要破掉我就要凋亡啦!」
個體:『(挑眉)哦?是嗎?……那,安心上路。(轉頭準備接班人)』

回望今日真核生物的繁盛多元,從併吞粒線體的那一剎那起,靠著原核生物難以企及的自毀裝置、自我修復、體型增長、取得能量…. 這征服地球的一代霸業非轉瞬而成,有適者生存的殘酷淘汰,有粒線體共存共榮的機運使然。踩踏著原核生物演化淘汰的屍首,燃燒著每一顆粒線體小宇宙──原力,始終與我們同在。

拜賜於新科主持人Z編時間拿捏得宜,這次的M.I.C.有了史上最長的發問時間,神鵰俠侶的眾門徒們也沒在承讓的,眾人東出一拳、西放一箭,合力在科學知識的華山論劍中將粒線體的神秘面紗逐一擊破,提問者、回答者、聽者都太過癮啦!(居然還有夥伴精準的問到何老師高深的博士論文主題!)


摘錄幾則帶大家重返點子對撞的現場:

Q:精子粒線體運動與鈣離子濃度有關,鈣離子是本來就存在或從外界攝取?
A:兩者皆有,來自細胞核膜鈣離子儲存槽的鈣離子會釋出,鈣離子濃度增加亦將活化細胞膜上電壓調控的通道,細胞外鈣離子也會流入。

Q:氧氣會和甲烷菌需要的氫氣作用,故甲烷菌厭氧,但變形菌相反;兩者共生後如何克服對氧氣不同的偏好?
A:這完全是我想講但沒時間講的啊!(Z編:這位真的不是老師的暗樁嗎?)當甲烷菌取得變形菌的基因,即可不再完全依賴氫氣生成能量,不需擔心氧與氫結合的問題,而變形菌所需的氧氣則是可以穿過細胞膜的。

Q:(北醫醫檢夥伴)實習時,評判精子活動力是以對稱鞭毛擺動為高分標準。
A:合理,我們能評估的只有剛射精的精子,那時的確是需要直線前進、鞭毛對稱擺動的能力;是進入黏稠的輸卵管後才需要不對稱的鞭毛擺動,但除非做試管否則難以評估。

Q:(Z編)可干擾精子細胞骨架的藥物是否可應用在避孕上?除了讓精子細胞軟掉的避孕效果對其他細胞的影響?是否有其他方法是利用「干擾粒線體運動模式」以達避孕效果?(避孕三連發讓P編終於忍不住插話問了一個我們都很想問的問題:請問Z編為什麼那麼想避孕呢XD
A:藥物是針對「細胞骨架」,所以除了精子細胞,全身的細胞都將受影響,應該不會是好的避孕方式。何老師的實驗室有在研究牛精子最活躍的情境以進行更有效率的受精,反向推論,只要能阻斷鈣離子的傳遞,應可達到避孕的效果。


照往例,現場對粒線體的討論在店家關門趕人才依依不捨的散會,不過,這才是線上討論的開始呢,M.I.C.的FB專屬社團當晚又繼續出現了溶小體、可否利用粒線體延緩老化的延伸討論,甚至還有夥伴提議要組粒線體讀書會了……什麼?你說社團的連結按不進去?不好意思啦,這是專屬於M.I.C.參與者的秘密社團,只有參加過的人才會受邀加入哦!(編按:就叫你要來參加現場嘛^.<)[8]

預告一下,以台北為基地的M.I.C.邁入二位數場次之際,PanSci也要向南部進攻啦──南部專屬科學活動「生猛科學熱炒」將在7/19於高雄舉辦,將是科學傳播史上第一個在「熱炒店」舉辦的活動(聽說還有在討論是否全程台語發音XD),欲知詳情請密切鎖定PanSci FB專頁囉!

特別感謝PanSci志工英凱(也是本文的筆者二)提供自製珍藏的光劍三把;願原力與PanSci同在!

註:

  1. ATP,Adenosine triphosphate,三磷酸線苷,可提供細胞進行生化反應、運動所需的能量。
  2. 頂體在遇到卵後將釋放出酵素,穿破卵外面的醣蛋白。
  3. 何老師的實驗室嘗試把細胞冷凍,把細胞內部露出,選擇性保留部分膜狀構造;藉此在掃描式電子顯微鏡底下觀察細胞內部胞器的特殊長相。
  4. Peter Sutovsky, Ricardo D. Moreno, João Ramalho-Santos, Tanja Dominko, Calvin Simerly & Gerald Schatten. Nature. 1999 Nov; 402:371-372.
  5. Sato M, Sato K. BBA. 2013 Aug; 1833(8):1979-84. 根據這篇論文,不只哺乳類,各類物種皆已發展出各式各樣殲滅精子粒線體的方式。
  6. Nass MM,Nass S. J Cell Biol. 1963 Dec; 19:593-611.
  7. Nick Lane. Cell. 2012 Oct; Volume 151, Issue 2, 246-248
  8. 看不到秘密社團先別難過,你還是可以先看PanSci幫你準備好的PanSci 2013 六月選書《能量、性、死亡:粒線體與我們的生命》書摘~

【關於 M. I. C.】 M. I. C.(Micro Idea Collider,M. I. C.)微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會,約一個月一場,為便於交流討論,人數設定於三十人上下,活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者,針對同一主題,各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法,並讓所有人都能參與討論,加速對撞激盪出好點子。請務必認知:參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高!

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喝鮮奶真的能長高?拆解營養素與身高的關鍵連結!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3185字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 食力foodNEXT 合作,泛科學企劃執行。

日本的兒童與青少年在 1960 年代開始,身高像是坐上了成長的直升機!有人說,關鍵就在於1964年推動的學童乳政策,這一喝就是 60 年,讓孩子們「蹭蹭蹭」地長高。

那麼台灣呢?從 2010 年與 2015 年,嘉義、雲林率先實行學童乳政策,到 2024 年在進一步全國推動「班班有鮮奶」,我們的孩子也有這樣的機會長高嗎?但如果孩子長不高,真的是因為牛奶喝不夠嗎?其實,想要孩子長個子,還有更多「長高密碼」!

為什麼長不高?哪些因素決定身高?

人的身高是高是矮,有 80% 來自於基因決定。圖/envato

到底是先天還是後天在主宰我們的身高?科學家告訴我們,影響身高的原因,有 80% 來自基因!到目前為止,已經辨識出 700 多個基因和身高有關,其中一部分是影響骨骼中的生長板,另一部分則影響身體荷爾蒙的分泌,這些基因一起合力,最終決定了我們的身高表現。

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影響荷爾蒙分泌的基因,就像人體的「身高總指揮」,主要控制三大荷爾蒙:生長激素、甲狀腺素和性激素。

  • 生長激素是由腦下垂體分泌的,如果人體生長激素分泌較少,身高也會明顯受影響,也就是身高比較矮。
  • 甲狀腺素則是幫助粒線體這個「細胞能量工廠」順利運作,讓細胞有充足能量來代謝與生長。如果甲狀腺素分泌不足,細胞發育自然跟不上,就會影響身高表現。
  • 性激素則是影響生長板與肌肉的關鍵!例如,女性賀爾蒙分泌旺盛,會促使骨骼中的生長板提早關閉,所以女性平均身高比男性矮。而男性賀爾蒙不僅有助骨骼發育,還能增加肌肉量,讓身材更高挑結實。

所以,基因是命定的,後天就無法再突破了嗎?其實不然!雖然基因決定了大部分,但後天的努力也有很大空間來改變結局!接下來,我們就來看看後天四大關鍵:飲食、運動、睡眠和環境,如何影響孩子的身高成長!

後天逆轉勝!抓住長高的四大黃金關鍵

長高需要什麼?首先,飲食是關鍵!長高需要足夠的營養素,充足的蛋白質、鈣質與維生素能幫助骨骼發育,而均衡飲食則是孩子長高的基石。除此之外,運動也不可或缺,發育中的孩童建議每天至少一小時的運動,包括阻力訓練、有氧運動和放鬆運動等,能讓肌肉與骨骼的發育更加堅實,並且維持正常體重,促進生長激素分泌。

睡眠則是很多家長容易忽略的重要因素 。研究顯示,生長激素的分泌高峰在晚間 11 點至凌晨 1 點,以及清晨 5 點至 7 點。因此,確保孩子有規律且足夠的睡眠時間,可以顯著提升骨骼生長效率。

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最後,外在環境因素也會影響兒童身高。例如,空氣污染及鉛、鎘等有害物質可能阻礙發育。為了給孩子最好的成長環境,就要避開這些污染源。

盤點完這些後天因素後,我們不禁要問:牛奶真的能幫助長高嗎?答案將隨著我們深入探討後揭曉!

喝牛奶真的能幫助長高?

後天因素同樣會影響兒童身高,那喝牛奶會有幫助嗎?圖/envato

聯合國對於發育遲緩之定義,是該年齡孩童所測量身高,低於世界衛生組織制定的身高標準中位數 2 個標準差,就視為發育遲緩。

2023 年一篇跨國研究研究顯示,增加乳製品攝取能降低發育遲緩比例。

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當然,乳製品消費量增加可能也代表當地正在經濟成長,可能從其他面向影響飲食。為了避免其他因素干擾,這份研究也納入了人均 GDP、兒童扶養比、人口成長率、農村電氣化比例與女性參與勞動比等等變數進行控制。此外,該篇研究還另外指出乳糖不耐症常見於青少年與成人,對孩童沒有影響,因此不必過於擔心。

總之,喝牛奶的確可能對長高有幫助,但牛奶只是眾多因素之一。而更重要的是,台灣孩童真的缺這一杯鮮奶嗎?

牛奶的確對身高的發育有幫助,但台灣的學童真的缺奶嗎?

根據《國民營養健康狀況變遷調查》,除了 1-3 歲的幼兒外,其他年齡層的乳品攝取量都遠低於建議標準。特別是 7-18 歲的學童,乳品攝取量僅達建議量的一半,顯示台灣兒童的乳製品攝取明顯不足。事實上,7-18 歲的學童中,有 8 成每天攝取不到 1 份乳品,這對正在生長期的孩子來說,營養攝取遠遠不夠。

然而,學童缺的不僅是鈣,還有維生素 D。根據 2008 年一篇回顧性的研究,維生素D對身高發育與鈣質同等重要。如果鈣和維生素 D 攝取不足,會影響骨骼發育。1999 年中國的實驗研究指出,飲用牛奶能有效促進身高,尤其是加強維生素 D 的補充後,骨密度顯著提高。

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那麼,台灣學童的鈣與維生素 D 攝取是否足夠呢?答案是遠遠不夠!根據國民健康署的調查,7-18 歲的學童,鈣的攝取量平均不到建議量的一半,維生素 D 的攝取量甚至只有四成多。這樣的營養狀況,怎麼能夠提供足夠骨骼發育的營養環境?

更令人關注的是,這些營養缺口與乳品攝取不足有直接關聯。每份乳品大約含有 240 毫升牛奶,其中含有 240 毫克的鈣質及 3 微克的維生素 D。根據國民健康署採用的推薦膳食攝取量(RDA),每天需要的鈣質約為 1000 毫克,維生素 D 則是 15 微克,如果每人每天攝取2份乳品類,加上其他的飲食攝取,就有機會補足鈣與維生素 D 的缺口。

此外,牛奶中的鈣質容易被人體吸收。牛奶有三分之一的鈣是以游離態存在的,能夠直接被吸收,剩餘的鈣與酪蛋白結合,當人體消化酪蛋白時,這些鈣質也會被釋放,然後被人體吸收。事實上,人體對牛奶鈣質的吸收率為 32.1%,遠高於其他食物。因此,想要補充鈣質,牛奶無疑是最佳選擇。

人體對牛奶的吸收率達 32.1%,是補鈣的理想選擇。圖/envato

喝的不是鮮奶,而是加溫處理後的保久乳,營養素會被破壞嗎?

至於保久乳的營養價值問題,根據國民健康署 2021 年針對這個問題,提出了說明。鮮乳是生乳經過短時間高溫或超高溫殺菌方式所製成,所以無法達到完全滅菌,保存期間較短,而且需要冷藏。保久乳則是透過高溫或高壓滅菌,並且以無菌的填充方式放入無菌包材,所以能夠保存較久。

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根據食品藥物管理署營養成分資料庫,鮮乳跟保久乳中的蛋白質、脂肪、碳水化合物(乳糖)、礦物質及維生素都沒有太大差異,只有少數熱敏感的營養素,像是維生素 C 會稍微少一點外,其他成分大致上都一樣。所以,不管是鮮乳還是保久乳,在營養成分上差異不大!

另外,許多父母擔心乳糖不耐症影響孩子喝牛奶、容易引起腹瀉。牛奶中含有乳糖,而乳糖是一種雙醣,由半乳糖與葡萄糖所構成。人體想要運用乳糖,需要先把它分解成半乳糖與葡萄糖,這時候需要一種特別的腸道酵素:乳糖酶。在兒童時期乳糖酶會正常分泌,這是為了要分解母乳,隨著年齡增加,乳品類食物逐漸減少,人體的乳糖酶漸漸地分泌越來越少。然而,這並不代表不能喝牛奶。透過逐步攝取少量低乳糖的牛奶製品,或使用乳糖酶補充品,都有機會能改善不適,重新恢復對牛奶的耐受力。

總結來看,牛奶確實能補足我們失落的鈣質和維生素 D 缺口。這些營養素,也確實與身高有關。但別忘了,影響身高的因素有很多,飲食、運動、睡眠和環境等各方面都不可忽視!補充足夠的營養素,並搭配運動和良好的作息,將會是孩子的身高發育的關鍵。

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當開發遇上「術前檢查」:環境影響評估大揭密!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/16 ・4339字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 環境部 委託,泛科學企劃執行。 

無論是在立法院的質詢臺,還是網路媒體或社論上,你應該經常聽到「環評」這個詞吧?它的核心理念其實很簡單,就是要在「經濟發展」和「環境保護」之間取得平衡。不管是建設重金屬冶煉廠、台積電進駐,還是打通山壁開闢新道路,都必須經過像動手術前的詳細檢查一樣,透過環評的嚴謹審查程序,確保這些開發不會對環境造成過度或無法挽回的損害。

 環評的概念起源於 70、80 年代,當時大規模開發導致嚴重的環境破壞,人們開始反思,發現單靠法規和污染處理技術不足以應對這些問題,環境惡化越來越嚴重,於是「事前預防」的想法應運而生。

我國的環評制度是借鑒美國的經驗,但並不是所有開發案都需要環評,只有那些可能對環境產生較大影響的開發行為,才需要在開發前進行環評。環評其實是開發許可的一部分,環保機關負責審查環評報告,並擁有否決權。但即便環評通過,並不代表開發案就能立即進行,最終的開發許可還是需由相關主管機關綜合考量政治、經濟、環境等多方面因素後,才能做出決定。

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環評到底在忙什麼?

環評的全名為「環境影響評估」(Environmental Impact Assessment, EIA)。就像動手術會有術前檢查、術後定期追蹤及按時服藥,健康的把關需要仰賴定期進廠維修,同樣在開發行為實施前,我們需要評估其可能對環境造成的影響,提出相應的預防或減輕措施,施工中或營運後也需要由目的事業主管機關來進行追蹤,並由環保機關進行監督,確保不會進一步損害環境品質。

環評負責評估開發對環境的影響,並制定措施與監督確保環境品質。圖/envato

雖然「環評」這個名字大家耳熟能詳,但實際上它的評估過程可一點也不簡單,就像醫療檢查一樣,科學、客觀且精密,評估項目可不只侷限在空氣品質、水質或土壤是否受農藥或化肥影響、生態景觀與棲地等和自然環境切身相關的議題。根據環評法第 4 條規定,評估還涵蓋了社會、經濟、文化等多個層面。

環評就像是開發案的「術前檢查」,確保開發行為不會對環境造成不必要的風險和破壞。那麼,大家常聽說環評要耗費很長時間,那它到底在忙什麼呢?其實,環評的目的是要求開發單位對開發可能帶來的環境影響進行詳細調查和分析,這些調查結果會寫成報告,並進行公開,讓社會大眾了解並參與討論。最後,由專家組成的委員會審查,只有通過審查的案子,才有機會繼續進行開發,從而保護我們共同的生活環境。

誰應該接受環評的「考驗」?

根據環評法的立法精神,不是所有的開發案都需要進行環評,環評主要是針對那些可能對環境造成不良影響的開發行為。那麼,哪些開發案需要環評呢?環境部依法訂定了「開發行為應實施環境影響評估細目及範圍認定標準」(簡稱「認定標準」),這些標準主要是根據開發案可能帶來的影響程度、所在的敏感區域(如國家公園、重要濕地、野生動物棲息地等),以及開發的規模(如面積、處理量)來判斷是否需要進行環評。

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舉例來說,像高速鐵路、大眾捷運、機場、離岸風力發電系統等這些建設,不論它們的規模或地點,都必須經過環評。而像科學園區、高爾夫球場的建設,若位於國家公園、重要濕地或野生動物棲息地,也需要辦理環評;至於太陽能光電設施,則是當它位於重要濕地時,才需要進行環評。

宛如開發前的「術前檢查」!淺談環評流程

我國的環評審查採取專家審查機制,環評主管機關依法成立環評審查委員會。委員會的成員包括政府機關的代表和專家學者,其中專家學者的比例不得少於總人數的三分之二。以環境部為例,環境部的環評審查委員會共有 21 位委員,其中 14 位是來自不同專業領域的專家學者,這些專家分別在生活環境、自然環境、社會環境等方面進行把關,確保審查過程的專業性與公正性。

臺灣的環評制度通常分為兩個階段。一階環評是透過報告書撰寫前的公開意見蒐集,開發單位將意見回應情形納入報告書後由專業的環評審查委員進行審查,若經審查後認為開發後對環境有重大影響之虞,則應對症下藥,進入二階環評,這個階段的審查更為嚴謹,並且依法規定進行範疇界定,篩選出環境關鍵項目與因子。整個環評流程大致包括以下幾個重要步驟,讓開發案能夠更透明、公開地接受環境影響的評估與檢驗。

STEP 1 資料填寫:開發行為規劃

這就像醫生在手術前,先為病患制定計畫,並在檢查前登錄好病患的個人資料,例如身分訊息、健康問題、藥物過敏或病史等。同樣地,環評也是這樣運作的。開發單位首先要擬定開發案的規劃,並且將這些內容在網路上公開蒐集意見 20 天,同時也會舉行公開會議,讓大眾參與討論。

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接著,開發單位需要編寫環境影響說明書的主要章節,並且決定是否自願進入二階環評。這個階段開發單位會進行初步的計畫,確認開發的目標與範圍,並評估這個開發案可能對環境產生的潛在影響。這些步驟都是為了確保開發行為在開始前,能夠徹底評估可能的風險和影響

開發單位需撰寫環境影響說明書,初步評估目標、範圍及潛在影響。圖/envato

STEP 2 初步評估:編製環境影響說明書

就像術前檢查結果會匯集成一份醫療報告,在這個階段,開發單位也需要把他們的調查結果、預測和分析整理成一份「環境影響說明書」(簡稱環說書),環說書會說明如何預防或減少對環境的負面影響。

開發單位需要根據作業準則製作環說書,交給目的事業主管機關,確認無非屬主管機關所主管法規之爭點後,再轉請主管機關審查;主管機關確認沒有需要補正的地方(例如:沒有檢具環境保護對策與替代方案、執行評估的人忘了簽名等),環保主管機關所設的「環境影響評估審查委員會」則會著手進入審查階段。

STEP 3 手術可行與必要嗎:審查與結論

這部分就像醫療團隊評估手術的風險。環保機關會審查這份環境影響說明書,專家委員會會進行詳細的審查,並在一定的時間內做出結論。如果所有的環保問題都能得到妥善解決,開發案就能獲得初步通過並公告審查結論,告訴你這個「手術」(開發項目)可不可以做、在甚麼條件下做比較安全,或是可能要再做更進一步的檢查等等。以離岸風電開發為例,可能就會要求開發商調整風機位置,以避開白海豚的棲地。

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對應環評法施行細則裡的審查結論,除了通過審查、不應開發等結果,也可能會出現「有條件通過審查」或「進行第二階段審查評估」的狀態。

STEP 4 完善的手術方案:進入二階環評

就像術前檢查發現可能有重大問題或可能帶來影響的副作用時,醫生可能會要求進行更詳細的檢驗及評估更好的治療方案,環評也是如此。如果第一階段的環評顯示這個開發案可能對環境造成較大的影響,那麼它就必須進入「二階環評」。

進入二階環評的開發案,意味著要進行更加深入的分析與評估。就像醫生要進行更精密的檢查來了解手術風險。除了基本的環評程序,開發單位還需要舉辦公開說明會與範疇界定會議、編製更複雜的「環境影響評估報告書初稿」送目的事業主管機關,目的事業主管機關收到初稿後需進行現場勘查與公聽會,讓當地居民或關心這個開發案的人可以參與,了解開發案的影響,並提出意見。

二階環評需更深入分析,與舉辦說明會、公聽會,讓居民一同參與評估影響。圖/envato

同時,開發單位也要依據這些意見,編製更詳細的「環境影響評估報告書」,將所有的調查、分析結果都納入評估報告書中,才能由目的事業主管機關轉送環保主管機關審查。而如果在審查過程中發現需要修改或補充資料,就像醫生建議調整手術計畫一樣,開發單位會進行修正,並重新提交補正及取得定稿備查。只有在所有問題解決後,開發案才是真正通過環評審查並進入下一階段。

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如果在你生活周遭環境的開發案正好遇到環評的爭議,或者你關心的案件正在環評階段,你可以隨時上「環境部環評書件查詢系統」(https://eiadoc.moenv.gov.tw/eiaweb/)查詢相關的最新資訊。不僅如此,環評審查委員會的會議還有線上直播,讓大家能夠親自參與,為國內的開發案共同把關!

整個環評流程耗時多久?

環評法第 7 條規定,主管機關在收到環境影響說明書後,必須在 50 天內完成審查並公告結果,並通知相關主管機關和開發單位。如果遇到特殊情況,最多可以再延長 50 天。

根據環評法施行細則第 15 條,這個審查期限是從開發單位備妥所有資料,並繳交審查費後開始計算。但是有一些情況是不計入這個審查時間的,包括:

  1. 開發單位補充資料所花的時間。
  2. 請目的事業主管機關就法規進行釋疑,且不超過 60 天的時間。
  3. 其他不可歸責於主管機關的可扣除天數。

因此,整個環評流程的時間會因為不同情況有所變動,但主管機關的基本審查時間是 50 天內,特殊情況最多延長至 100 天。

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然而,實際所需要的時間,可能會根據開發案的複雜程度而有所不同。就像去放射科拍攝X光可能只要一、兩分鐘,但如果要做電腦斷層,可能就需要半個小時左右。

同樣地,根據環評法的規定,環境影響說明書的審查通常在收到資料後的 50 天內完成,若是進入二階環評,審查時間則是 60 天。聽起來似乎不算太久,通常三、四個月就能有結果。

但實際上,環評過程常常會因各種原因延長時間。環境部目前也正在進行環評總體檢,蒐集各界的意見,逐步檢視現行制度,並作為未來修正相關法規的參考依據。

環評帶來的效益是全方位的,它不僅幫助我們在追求經濟發展的同時,兼顧環境的永續。透過環評,開發行為的潛在風險可以提前被識別,並且在問題發生前採取預防和減輕措施。這樣的過程不僅讓開發行為更具透明度,減少未來可能面臨的環境爭議和成本,還能促進社會對環境議題的關注與參與。期待隨著法規的修正與完善,未來的環評制度在效率、透明度與公眾參與等方面有望取得更大進展,為可持續發展提供更有力的保障。這不僅是對環境的保護,更能促進經濟發展和社會福祉,實現政府、企業和民眾三贏的局面,讓我們共同打造一個更健康、更永續的未來。

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當心網路陷阱!從媒體識讀、防詐騙到個資保護的安全守則
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3006字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

網路已成為現代人生活中不可或缺的一部分,可伴隨著便利而來的,還有層出不窮的風險與威脅。從充斥網路的惡假害訊息,到日益精進的詐騙手法,再到個人隱私的安全隱憂,這些都是我們每天必須面對的潛在危機。2023 年網路購物詐欺案件達 4,600 起,較前一年多出 41%。這樣的數據背後,正反映出我們對網路安全意識的迫切需求⋯⋯

「第一手快訊」背後的騙局真相

在深入探討網路世界的風險之前,我們必須先理解「錯誤訊息」和「假訊息」的本質差異。錯誤訊息通常源於時效性考量下的查證不足或作業疏漏,屬於非刻意造假的不實資訊。相較之下,假訊息則帶有「惡、假、害」的特性,是出於惡意、虛偽假造且意圖造成危害的資訊。

2018 年的關西機場事件就是一個鮮明的例子。當時,燕子颱風重創日本關西機場,數千旅客受困其中。中國媒體隨即大肆宣傳他們的大使館如何派車前往營救中國旅客,這則未經證實的消息從微博開始蔓延,很快就擴散到各個內容農場。更令人遺憾的是,這則假訊息最終導致當時的外交部駐大阪辦事處處長蘇啟誠,因不堪輿論壓力而選擇結束生命。

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同年,另一則「5G 會抑制人體免疫系統」的不實訊息在網路上廣為流傳。這則訊息聲稱 5G 技術會影響人體免疫力、導致更容易感染疾病。儘管科學家多次出面澄清這完全是毫無根據的說法,但仍有許多人選擇相信並持續轉發。類似的例子還有 2018 年 2 月底 3 月初,因量販業者不當行銷與造謠漲價,加上媒體跟進報導,而導致民眾瘋狂搶購衛生紙的「安屎之亂」。這些案例都說明了假訊息對社會秩序的巨大衝擊。

提升媒體識讀能力,對抗錯假訊息

面對如此猖獗的假訊息,我們首要之務就是提升媒體識讀能力。每當接觸到訊息時,都應先評估發布該消息的媒體背景,包括其成立時間、背後所有者以及過往的報導記錄。知名度高、歷史悠久的主流媒體通常較為可靠,但仍然不能完全放下戒心。如果某則消息只出現在不知名的網站或社群媒體帳號上,而主流媒體卻未有相關報導,就更要多加留意了。

提升媒體識讀能力,檢視媒體背景,警惕來源不明的訊息。圖/envato

在實際的資訊查證過程中,我們還需要特別關注作者的身分背景。一篇可信的報導通常會具名,而且作者往往是該領域的資深記者或專家。我們可以搜索作者的其他作品,了解他們的專業背景和過往信譽。相對地,匿名或難以查證作者背景的文章,就需要更謹慎對待。同時,也要追溯消息的原始來源,確認報導是否明確指出消息從何而來,是一手資料還是二手轉述。留意發布日期也很重要,以免落入被重新包裝的舊聞陷阱。

這優惠好得太誇張?談網路詐騙與個資安全

除了假訊息的威脅,網路詐騙同樣令人憂心。從最基本的網路釣魚到複雜的身分盜用,詐騙手法不斷推陳出新。就拿網路釣魚來說,犯罪者通常會偽裝成合法機構的人員,透過電子郵件、電話或簡訊聯繫目標,企圖誘使當事人提供個人身分、銀行和信用卡詳細資料以及密碼等敏感資訊。這些資訊一旦落入歹徒手中,很可能被用來進行身分盜用和造成經濟損失。

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網路詐騙手法不斷進化,釣魚詐騙便常以偽裝合法機構誘取敏感資訊。圖/envato

資安業者趨勢科技的調查就發現,中國駭客組織「Earth Lusca」在 2023 年 12 月至隔年 1 月期間,利用談論兩岸地緣政治議題的文件,發起了一連串的網路釣魚攻擊。這些看似專業的政治分析文件,實際上是在臺灣總統大選投票日的兩天前才建立的誘餌,目的就是為了竊取資訊,企圖影響國家的政治情勢。

網路詐騙還有一些更常見的特徵。首先是那些好到令人難以置信的優惠,像是「中獎得到 iPhone 或其他奢侈品」的訊息。其次是製造緊迫感,這是詐騙集團最常用的策略之一,他們會要求受害者必須在極短時間內作出回應。此外,不尋常的寄件者與可疑的附件也都是警訊,一不小心可能就會點到含有勒索軟體或其他惡意程式的連結。

在個人隱私保護方面,社群媒體的普及更是帶來了新的挑戰。2020 年,一個發生在澳洲的案例就很具有警示意義。當時的澳洲前總理艾伯特在 Instagram 上分享了自己的登機證照片,結果一位網路安全服務公司主管僅憑這張圖片,就成功取得了艾伯特的電話與護照號碼等個人資料。雖然這位駭客最終選擇善意提醒而非惡意使用這些資訊,但這個事件仍然引發了對於在社群媒體上分享個人資訊安全性的廣泛討論。

安全防護一把罩!更新裝置、慎用 Wi-Fi、強化密碼管理

為了確保網路使用的安全,我們必須建立完整的防護網。首先是確保裝置和軟體都及時更新到最新版本,包括作業系統、瀏覽器、外掛程式和各類應用程式等。許多網路攻擊都是利用系統或軟體的既有弱點入侵,而這些更新往往包含了對已知安全漏洞的修補。

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在使用公共 Wi-Fi 時也要特別當心。許多公共 Wi-Fi 缺乏適當的加密和身分驗證機制,讓不法分子有機可乘,能夠輕易地攔截使用者的網路流量,竊取帳號密碼、信用卡資訊等敏感數據。因此,在咖啡廳、機場、車站等公共場所,都應該避免使用不明的免費 Wi-Fi 處理重要事務或進行線上購物。如果必須連上公用 Wi-Fi,也要記得停用裝置的檔案共享功能。

使用公共 Wi-Fi 時,避免處理敏感事務,因可能存在數據被攔截與盜取的風險。圖/envato

密碼管理同樣至關重要。我們應該為不同的帳戶設置獨特且具有高強度的密碼,結合大小寫字母、數字和符號,創造出難以被猜測的組合。密碼長度通常建議在 8~12 個字元之間,且要避免使用個人資訊相關的詞彙,如姓名、生日或電話號碼。定期更換密碼也是必要的,建議每 3~6 個月更換一次。研究顯示,在網路犯罪的受害者中,高達八成的案例都與密碼強度不足有關。

最後,我們還要特別注意社群媒體上的隱私設定。許多人在初次設定後就不再關心,但實際上我們都必須定期檢查並調整這些設定,確保自己清楚瞭解「誰可以查看你的貼文」。同時,也要謹慎管理好友名單,適時移除一些不再聯繫或根本不認識的人。在安裝新的應用程式時,也要仔細審視其要求的權限,只給予必要的存取權限。

提升網路安全基於習慣培養。辨識假訊息的特徵、防範詐騙的警覺心、保護個人隱私的方法⋯⋯每一個環節都不容忽視。唯有這樣,我們才能在享受網路帶來便利的同時,也確保自身的安全!

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