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複製的基改酪牛

科景_96
・2011/02/08 ・1160字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 556 ・八年級
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Original publish date:Jan 29, 2003

編輯 Gene 報導

紐西蘭科學家成功複製可以擠出特殊牛奶的乳牛,這種特殊牛奶所含的酪蛋白遠高出一般乳牛,將可加速與簡化乳酪的製程,一旦普及用於乳酪業可望改寫乳酪製造業。

在此之前,已有人將牲畜加以基改後複製,但都限於生產可供醫療用途的蛋白質。基改複製乳牛踏出實驗室生產可供人類食用的基改乳品,則為首次。

紐西蘭北島Ruakura Research Centre研究員Gotz Laible說道,靠基因轉殖技術複製而成的九頭基因轉殖乳牛,其乳汁所含的蛋白質高於一般乳牛百分之十三。

傳統的育種專家早就一直選擇生產高酪蛋白的乳牛,Laible說他們一開始都不太有信心能再提高酪蛋白產量。

Laible等人先在實驗室控制乳牛分泌乳汁的細胞,讓其細胞超額生產酪蛋白。然後再將含有此細胞的胚胎轉殖到作為實驗受體的乳牛體內,後來乳牛生出十一頭轉殖基因乳牛。

轉殖基因乳牛長大後,其中九頭擠出的乳汁,內含的β與κ酪蛋白遠超出一般乳牛的兩倍。酪蛋白是牛奶中的重要蛋白質,它讓牛奶富含蛋白質但仍維持液狀。κ酪蛋白可以改善熱度的穩定性以及其他與乳酪製程相關的特性。β酪蛋白可以降低凝乳酵素凝結時間,讓牛奶不易凝結,亦可加速乳清排出時間,這些轉殖基因乳牛的乳汁所含的β酪蛋白比一般乳牛多出8%至20%,而κ酪蛋白則多出一倍。

如果推廣,經濟效益可觀,因為這兩種酪蛋白是乳品業者的恩物,它們能促進液態乳凝固,而且排除乳清。乳清是牛奶裡的水狀副產品,在製造乳酪的凝乳階段有點礙事。

科學家希望基因轉殖技術能改寫乳酪生產業,並預期,未來商家可以應用此技術提供量身訂做服務,針對不同的消費者需求,量身定做不同口味或不同營養成份的牛奶。不過許多環保人士持不同看法,稱迄無證據顯示,這類基因改良產品安全無虞。

有些科學家尤其憂心利用乳牛生產藥物到牛奶中可能帶來的風險,但Univ. Missouri-Columbia的動物生技專家Michael Roberts認為Laible的複製牛的問題不太,因為牠們不是在生產外來蛋白質,而只是增產天然的蛋白質。不過進一步的測試其安全性是必要的,現在許多複製牛的牛奶都是往水槽裡倒的,牠們的牛奶要能喝到人們肚子裡或許還需要些時日。

原學術論文:
Brophy, B. et al. Cloned transgenic cattle produce milk with higher levels of s-casein and k-casein. Nature Biotechnology, published online, doi:10.1038/nbt783 (2003).

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

 

 

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科景_96
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最安全的核電廠?小型核電廠 SMR 用發電量換安全性,遇到停電也不怕?
PanSci_96
・2023/06/03 ・2579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!!

隨著核電廠陸續退役,台灣也逐漸邁向零核家園,郭台銘突然提出的「一縣市一核電」把核能議題的熱度重新炒到高峰。

雖然看似激進,但有人認為如果是郭董提到的「小型核電廠 SMR」的話,或許就有可能。這個 SMR 到底是什麼?它安全嗎?再者,它真的是核電的未來嗎?

實際上已經有人成功運行小型核電廠,並且已經併網發電了,他們是怎麼做到的?

小型核電廠是什麼?

台灣現在僅存,還在運作的核電廠就是核三廠,核三有兩部機組,每個機組的發電量大約為 950MW。

小型核電廠正式的名稱是「小型模組化反應爐」SMR(Small Modular Reactor),發電量通常在 20~300 MW,比一般核電廠小上許多。還有甚至更小,發電量 1~20 MW 的 MMR(Micro Modular Reactor)的反應爐。

奇怪,發電量怎麼越發展越小了呢?這樣不就得要蓋更多核電廠?

小型核電廠的特點就是小發電量,因為這能創造三個優點:安全、造價便宜、易組裝。

核能那麼危險,為什麼還要用?

這三個優點實際上就是現在核電發展的最大瓶頸。核能發電也已經有 60 年歷史了,但至今全世界的發電量中,核電也只佔大約 10%。最大的問題不外乎就是安全性、造價昂貴和建造時間久。

就算撇除安全性,漫長的建設時間與昂貴的發電成本,是讓許多電力公司卻步的原因之一。根據能源研究公司 BNEF(彭博新能源財經)的調查,從 2009 年到 2021 年,12 年間核能的建設成本增加了 36%;加上核電廠動輒 5~10 年的建設時間,就算核能是屬於低碳排的發電方式,大家也都更傾向選擇發展成熟的再生能源。

核能有一個最大的優點,那就是穩定持續發電。太陽能與風力這些再生能源容易隨天氣與時間影響發電量,反之核能屬於基載電力,本來就與風力、太陽能定位不同。

太陽能與風力等再生能源易隨天氣與時間影響發電。圖/Envato Elements

小型核電廠如何克服安全性?

要好要快也要便宜,除了穩定與低碳,還想要兼顧安全跟造價低的核電,小型核電廠真的是那個完美的選擇嗎?

小型核電廠 SMR 主打的特點就是一個字,小!只要夠小、功率降低,反應爐就不會一口氣釋放太多的熱,甚至能免除外部冷卻設備,靠自然循環降溫。

福島核電廠發生意外的主因就是海嘯破壞了核電廠中做為緊急電源設備的發電機與電池,導致冷卻系統失效,最後反應爐內的溫度無法抑制、不斷竄高,將水分解成了易燃的氫氣,產生爆炸。

如果 SMR 的反應爐可以撇除對外部冷卻系統的依賴,靠自己就能降溫,就能最大程度避免發生爆炸以及爐心熔毀的事故。

我們以目前 SMR 發展最成熟的美國公司 NuScale 為例,在他們發展的 60MW 反應爐中,含有 37 個燃料束,整個反應爐高約 17.8 公尺,直徑約 3 公尺。這個大小甚至可以在工廠製造,透過貨車或火車運送至預定地再快速組裝起來,大幅減少建造的時間與成本。

NuScale 把水循環系統都包在了反應爐,一次冷卻劑藉由熱對流上下循環,完全不需要幫浦,減少停電時產生的風險,一次冷卻劑的熱則會傳給二次冷卻劑,讓二次冷卻劑變為蒸氣推動渦輪發電。

如果真的遇上斷電事故,反應爐也有緊急冷卻系統,直接將整個反應爐泡在大水槽中;根據計算,水會在 30 天後完全蒸發,而此時的反應爐功率已經降低為原本的 4% 以下,只要靠空氣循環就能穩定溫度。

福島第一核電廠事故主因是由於海嘯破壞了做為緊急電源設備的發電機與電池。圖/維基百科

中國的小型核電廠是怎麼做到的?

而現在,在中國已經有第一座陸上 SMR 併到電網了!2021 年年底,中國山東省「石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程」正式併網發電,發電功率 200MW,雖然發電廠的總體積不小,但以它的發電功率及主打安全的設計,是實實在在的一座 SMR。

所謂的「高溫氣冷堆」,指的是流經燃料棒,充當冷卻劑與熱交換的材料,所使用氣體如:氦氣。與壓水式反應爐用水作為冷卻劑的最大差別在於不僅熱轉換效率更好,也不用擔心水因高溫氣化而有爆炸風險,故可承受更高的反應溫度。

比起傳統反應爐,高溫氣冷堆可以用更少的鈾 -235 進行反應,也就是能在燃料棒中有更多的鈾 -238 可以在溫度飆高時吸收掉多餘中子,加上高溫氣冷堆本身就能承受高溫的特性,如果真的遇到失去電力的情況,整個反應堆的溫度,也會穩定在 1600℃ 上下。

除此之外,石島灣核電廠的設計十分有趣,是球狀反應爐。在如同沙漏般的大反應爐中,燃料棒被做成了一顆顆直徑約 6.7 公分的燃料球,兩萬七千顆燃料球像沙漏中的沙子一般填充在反應爐內。

鈾燃料會被包裹在球狀構造的中心,外頭則是作為中子減速劑的石磨;作為冷卻劑的高溫氦氣會從球的中間通過帶走熱量,燃料球可從下方取出,並從上方填充。

不過,高溫氣冷堆能否成功,還需要許多時間觀察,例如石磨包裹的燃料球是否容易摩擦造成破裂,都是需要進一步注意的。

燃料棒被做成直徑約 6.7 公分的燃料球。圖/PanSci YouTube

小型核電廠的未來?

除了中國外,各國也都在發展不同形式的 SMR,甚至有人在發展功率 20MW 以下的微型核子反應爐 MMR。例如美國愛達荷國家實驗室正在建造的 MARVEL 反應爐,以及核能公司 Radiant,它們正在打造貨櫃大小、可以隨拉隨走的 MMR,希望能取代社區停電時使用的高污染柴油緊急發電機。

不論是小型還是微型核電廠,除了技術還有待發展,成本是否能壓低,也是個重要指標。當然,還有另一個大魔王,就是核廢料問題,還等著被解決。

根據研究推算,NuClear 各種機型每單位能量產生的核廢料可能會是傳統核電廠的 5.5~30 倍不等,球狀反應堆的體積因為球狀包裹物的設計,核廢料的體積也是明顯可見的變大,而這些核廢料的處置問題也是全球都在面對的問題。

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微笑會讓自己變快樂嗎?「假裝」的心理學——《怪咖心理學之鍛鍊正能量思維》
azothbooks_96
・2023/06/02 ・2093字 ・閱讀時間約 4 分鐘

讓大腦「裝假成真」的實驗

幾年前,科學家決定對詹姆斯的假說展開終極的測試,他們對受測者進行腦部掃描,請受測者做出害怕的表情。研究者從機器窺探受測者的大腦,他們看到杏仁核非常活躍,因此推論受測者的確有恐懼的感覺。所以,研究人員得到了終極的證據,證明假裝感受可以直接影響大腦。

一九六○年代末期,年輕的詹姆斯.萊爾德(James Laird) 在羅切斯特大學攻讀臨床心理學博士。在某次實習課程中,指導教授要求他訪問患者,同時教授透過單面鏡在一旁觀察。訪談過程中,患者的臉上突然出現一抹不尋常的微笑,那微笑引起萊爾德的好奇,他想知道患者露出那不尋常的表情時是什麼感受。

患者不尋常的微笑勾起萊爾德的好奇心。圖/giphy

他開車回家的途中,腦中一再浮現那次訪問的情況,對那抹微笑益發好奇。最後他逼自己做出同樣的表情,以了解那是什麼感受。他驚訝地發現那微笑讓他瞬間快樂了起來。好奇之下,他接著嘗試皺眉,心情馬上難過了起來。那次開車回家的奇怪體驗,從此改變了萊爾德的職業生涯。

當晚他回到家後,馬上走到書架前,查詢情感心理學的相關資訊。巧的是,他拿起的第一本書就是詹姆斯的《心理學原理》。

微笑就會變得快樂

萊爾德閱讀詹姆斯失傳已久的理論,覺得那也許可以解釋為什麼他在車內微笑後馬上變得更快樂了。他也意外發現那理論已歸入史書,從來沒做過應有的測試。為了測試,萊爾德邀一些志願受測者到他的實驗室,讓他們微笑或皺眉,然後告知感受。根據詹姆斯的理論,微笑的人應該會比皺眉的人快樂許多。

不過,萊爾德擔心受測者可能會迎合他,說出他想聽的結果,所以他必須想辦法在隱瞞實驗的真實目的下,讓他們微笑或皺眉。

後來,他巧立了一個名目。他告訴受測者,他們參與的實驗是研究臉部肌肉的電流活動,並在受測者的眉宇間、嘴角和下巴邊緣裝上電極。接著,他向受測者解釋,情緒的變化會影響實驗結果,為了避免情緒造成誤差,要求他們在實驗的過程中要告知情緒變化。

萊爾德決定進行表情與情緒關聯的實驗。圖/envatoelements

電極器當然是假的,但是那個巧立的名目讓萊爾德可以偷偷地把受測者的表情轉為笑臉或苦臉。為了塑造憤怒的表情,他叫受測者把眉宇間的電極器往下拉,用咬牙切齒的方式收縮下巴上的電極器。為了塑造快樂的表情,他叫受測者把嘴角的電極器往上揚。

受測者依照要求改變表情後,接著他給受測者一張表格, 上面列了一些情感的項目(例如,激動、不安、快樂、懊悔等等),請受測者評估各種情感的感受度。結果相當驚人,跟詹姆斯在十九世紀末的預測一樣。受測者在做出微笑的表情後,覺得更快樂;在皺眉後,覺得更生氣了。

研究過後,萊爾德訪問受測者,問他們是否知道自己為什麼在實驗中會有那些不同的感受。只有少數幾人把新感受歸因於臉部表情的操控,其他人都無法解釋感受的轉變。其中一位把表情轉為皺眉的受測者表示:「我其實毫無怒氣,卻不自覺地想到令我發怒的事情。這實在有點荒謬,我知道我正在接受測試,沒理由生氣,但我就是控制不了。」

受試者因為皺眉的表情感到憤怒的情緒。圖/envatoelements

立刻就快樂起來的方法

十九世紀初,俄國戲劇導演康斯坦丁.史坦尼斯拉夫斯基(Constantin Stanislavski)發明了方法演技(method acting), 顛覆了戲劇界。這種表演方法的關鍵在於鼓勵演員以控制行為的方式,在舞台上體驗真實情感。

這種方法常稱為「魔力假使」(the magic if)(「假使我真的有這種感受,我會怎麼表現?」),一些知名演員也採用這種方式。例如,馬龍白蘭度、華倫比提、勞勃狄尼洛。

同樣的方法也用於探討「裝假成真」原理的實驗室研究中。假設你現在參與驗證「裝假成真」原理的研究,首先,用 1 到 10 來評估你目前快樂的程度,1 代表你剛跌進水溝裡的心情,10 則代表你看到最痛恨的敵人跌進水溝裡的心情。

接著,請開始微笑。不過,我要的不是短暫擠出沒什麼感覺的微笑,請依照以下的指示微笑: 

  1. 坐在鏡子前。
  2. 放鬆額頭和臉頰的肌肉,嘴唇微開。在科學界,你現在的表情稱為「中立」,像一張空白的畫布。
  3. 將嘴角肌肉往後拉向耳朵,盡量把笑容拉大,笑到眼晴周圍產生紋路。最後,把眉部肌肉輕輕揚起,維持這個表情約二十秒。
  4. 收起表情,想想你現在的感受。

——本文摘自《怪咖心理學之鍛鍊正能量思維,用科學方法讓好事成真》,2023 年 4 月,漫遊者文化出版,未經同意請勿轉載。

azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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印地安人和他們的馬
寒波_96
・2023/06/02 ・2714字 ・閱讀時間約 5 分鐘

在歐亞大陸,馴化馬對歷史的影響很大,但是美洲大陸的漫長歷史中,大部分時光不知道馬的存在。最近幾百年,美洲原住民卻和歐洲人引進的馬一見如故,不同族群發展出各異的人、馬文化。2023 年發表的一項研究,探索美洲原住民和馴化馬的交流歷史。

描繪馬與騎士的壁畫,地點為懷俄明州,年代可能為 17 世紀。應該和 Comanche 與 Shoshone 族人的祖先有關。圖/參考資料3

馬在北美洲流傳,早於歐洲勢力深入

依照現有證據推敲,馴化馬的祖先來自美洲,距今 4000 多年前在亞洲馴化。美洲野馬大部份在一萬年前就消失了,不過根據沉積物的古代 DNA 分析,也許仍有少數成員一直延續到 5700 年前。

北美洲的原住民,也就是印地安人,他們的馬都是歐洲人帶來的嗎?為了摸索馴化馬進入美洲的歷史,研究隊伍從北美洲各地獲得 33 個樣本,29 個得知年代,27 個取得古代基因組,除 1 驢,其餘皆為馬。

依照現有證據整理,馬的大歷史。圖/參考資料3

過往認為,1680 年「普韋布洛起義(Pueblo Revolt)」對馬的傳播很重要。西班牙殖民隊伍 16 世紀首先抵達中美洲,要再往北美洲前進,會先接觸北美洲的西南部,也就是廣義普韋布洛族群的地盤。

雙方 1680 年在現今的新墨西哥州爆發衝突,原住民擊敗外來殖民者,應該也收穫不少馬。有歷史學家認為,這促進馬在原住民網絡的傳播。

然而這回研究指出,至少有四處地點的馬骨年代比 1680 年更早,包括懷俄明州的 Blacks Fork、堪薩斯州的 Kaw River、新墨西哥州的 Paa’ko、愛達荷州的 American Falls Reservoir。這表示歐洲殖民者受挫以前,馬已經進入印地安人的世界,傳播到更遠的地點。

早於原住民與殖民者衝突的 1680 年普韋布洛起義,馬已經深入殖民者尚未抵達的地區。圖/參考資料1

至少在 17 世紀中期時,馬已經傳播到北美洲西半部的廣大範圍。那時殖民者尚未深入到大平原一帶(現今的科羅拉多、堪薩斯、德克薩斯、懷俄明等州),不過殖民者帶來的馬,已經融入一些印地安部族的生活,透過原住民原本的交流網絡迅速傳播。

人與馬建立新關係

印地安人的學習與適應能力很強,美國西北部的愛達荷(講波特蘭、西雅圖的東方,台灣人應該比較熟),17 世紀初期就存在馬銜等裝備,死馬骨頭也有被照顧的痕跡。當時與殖民者還沒什麼接觸的的原住民,已經懂得養馬,也會騎馬。

不同年代、地點,遺址中馬的分佈狀況。圖/參考資料1

北美洲各地的原住民們,環境條件、生活方式都不太一樣。這也反映在人與馬的關係,17 世紀起衍生出多變的人馬文化。原住民和馬的相處時光雖然不長,卻深刻到成為不少族群的傳統,受到強烈打壓下,馬總是夥伴。

馬骨取得的古代 DNA 分析指出,所有原住民的馬都和更早的美洲馬群無關。維京人曾經抵達美洲,或許有帶馬,但是沒有在美洲留下遺傳紀錄。

顯然美洲原住民的馬,都來自西班牙開始的歐洲殖民者。遺傳上 17 到 18 世紀的馬最接近西班牙,後來卻更像英國,看來歐洲不同勢力前來的順序,也對馬產生影響。

考古學家 William Taylor 在實驗室中研究馬骨。圖/參考資料3

馬的新國度

印地安人指稱馬的名稱很多。像是 Pawnee 族人稱呼馬為「新狗」,Blackfeet 叫作「麋鹿狗(elk)」,Comanche 稱為「魔術狗(magic)」,Assiniboine 則是「偉大狗(great)」。

美洲原住民的祖先移民到美洲時,與馴化狗一起。長期以來,狗狗是美洲人最親密的動物。上述幾族的邏輯,是將原本熟悉的人狗關係,拓展用於理解馬。

拉科達蘇族騎士 1899 年留影。那時受到殖民勢力連年壓迫,光景已經大不如前。圖/Lakota, Dakota, Nakota – The Great Sioux Nation

拉科達(Lakota)族人心目中,馬的地位更高。拉科達文化中無所謂馴化、野馬之分,也不會特別飼養馬匹,馬屬於「馬國(Horse Nation)」的子民,族語 Šungwakaŋ,和拉科達人就像同盟國一般。

眾多印地安族群中,拉科達人相當出名。公元 1876 年拉柯達蘇族的聯軍,在蒙大拿的小大角擊潰來犯的美軍,轟動一時。領袖「瘋馬」、「坐牛」都成為歷史名人,當中 Šungwakaŋ 的貢獻也可想而知。

延伸閱讀

參考資料

  1. Taylor, W. T. T., Librado, P., Hunska Tašunke Icu, M., Shield Chief Gover, C., Arterberry, J., Luta Wiƞ, A., … & Orlando, L. (2023). Early dispersal of domestic horses into the Great Plains and northern Rockies. Science, 379(6639), 1316-1323.
  2. The untold history of the horse in the American Plains: A new future for the world
  3. Horse nations: Animal began transforming Native American life startlingly early

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。