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能夠吸收紅外光的葉綠素

科景_96
・2011/02/10 ・995字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

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Original publish date:Aug 22, 2010

編輯 Gene 報導

科學家從澳洲鯊魚灣的疊層石中,發現一種能夠吸收紅光及紅外光的葉綠素。

葉綠素是存在於植物,藻類和藍藻中的光合色素。那種藍綠澡的葉綠素是已知的第五種葉綠素。而疊層石是一種主要由藍綠菌等微生物經圈捕、黏結作用所形成的生物沈積構造,通常在這過程中同時也伴隨著不等程度的生物礦化或生物化學沈澱作用。疊層石其中的生物組成包括藍綠菌、硫細菌、鐵錳細菌、絲狀藻,以及真菌等。簡單來說,疊層石就是一種藉由微生物的生長與新陳代謝作用,所形成的生物沉積構造。疊層石也是一種非常古老的生命形態,最古老的化石有34億年老。

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澳洲雪梨大學的陳敏等人,試圖在疊層石中尋找新的葉綠素,因為疊層石生長之處有不少把光擋掉的沉積物,所以藍綠藻得有更有效率的葉綠體來吸收散射的紅外光。結果他們在還未被命名的細菌中分離出新的葉綠體-葉綠體f。

由於來自太陽光的能量,有過半是來自紅外光,雖然紅外光光子的能量較可見光的低,但是如果太陽能電池也能吸收紅外光,那效率就能大大提升。陳敏認為大自然能夠演化出那樣的葉綠體,我們或許能夠向大自然取經。美國麻省理工學院的張曙光也認為,我們或許也能應用在製造出更有效率的太陽能電池上。張曙光的研究包括利用波葉的光合系統來製造太陽能電池。

陳敏等人從藍綠藻中分離出了新葉綠素後,利用多種生物化學的技術證實那是一種新形態的葉綠素,能夠吸收波長706奈米的紅外光。

美國聖路易華盛頓大學的Robert Blankenship指出,那是六十年來首次再發現新的葉綠素。不過加州大學戴維斯分校的John Clark Lagarias卻表示,有研究發現藍綠藻似乎也能利用葉綠素d來吸收紅外光。不過,他也同樣新發現的葉綠素f意義重大,因為那是可能是一種能夠吸收紅外光的全新葉綠素。

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英國倫敦帝國學院的James Barber指出,利用多種葉綠素在製造太陽能電池是很實際的做法,因為那樣的太陽能電池將能吸收更來自廣泛的光譜的光能量。張曙光和瑞士聯邦理工學院的Michael Gratzel已經能夠利用無機色素分子製造出低成本的「色素敏感太陽能電池」(dye-sensitised solar cells),他們認為新的葉綠素應該也有同樣的潛力。

Barber也指出,這個發現還有演化生物學上的意義,因為地球早期生長的厭氧細菌大多是吸收紅外光的,而今天大多數嗜氧細菌吸收的則是可見光。可是卻很少能夠吸收紅外光的葉綠素讓人給找到。

 

原學術論文:
Chen, M. et al. A Red-Shifted Chlorophyll. Science. Published online August 19 2010; 10.1126/science.1191127

參考來源:

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科景_96
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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紅紅的葉子要怎麼行光合作用?紅葉和黃葉裡也有葉綠素嗎?——《樹葉物語》
時報出版_96
・2023/10/29 ・2029字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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顏色會依照我們觀看的對象吸收和反射的光而有所不同。樹葉因為會吸收所有藍色和紅色系光譜,只反射綠色,因此看起來是綠色的,而讓樹葉顯現綠色的東西,便是負責養育生命的葉綠素。

需要光合作用時也只會紅通通的日本紅楓

當然,也有葉子不是綠色的。樹木一生中雖然會變換顏色,但也有一開始長葉就不是綠色的。關於這類樹木,首先想到的便是日本紅楓(Acer palmatum ‘Shojo-Nomura’)。

日本紅楓連剛冒出葉子時也不泛綠色,和它的名字一模一樣,打一開始就很紅。那麼,日本紅楓紅色的葉子裡沒有葉綠素嗎?如果缺少葉綠素,樹木無法行光合作用;若不行光合作用,將無法製造生存所需的養分,那究竟該如何生存呢?

所有樹葉裡都有葉綠素,但是除了葉綠素,還有類胡蘿蔔素、花青素和單寧等各種成分,我們需要從這裡找出頭緒。類胡蘿蔔素、花青素和單寧等成分分別呈現黃色、紅色和褐色,葉子雖然從一開始就具備多種顏色的成分,但在更需要光合作用的時候,葉綠素會上來表面;待過了秋季,逐漸接近無法行光合作用的冬季,其他顏色的成分才會開始活躍,秋楓便是如此。然而,日本紅楓即使在需要光合作用的時期,葉子也只會紅通通的,非常奇妙。

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淺綠色顯露出來的瞬間

圖/wikimedia

日本紅楓是人們培育出來的品種,以做為造景用的觀賞樹木。換言之,日本紅楓並不是在自然狀態下生長的樹木,而是人們為了更長時間觀賞楓樹的紅色葉子所培育的品種,讓它一年四季都能呈現紅色。雖說紅色葉子裡頭同時含有泛綠色的葉綠素,但不管再怎麼看,都看不到綠色。

我再次重申,觀察樹木需要長時間、仔細地觀察。日本紅楓葉子上的紅色氣息轉淡的現象一年大概會發生兩次,分別是開花與果實逐漸成熟時,也就是樹木最需要養分的時刻。這時的日本紅楓葉子會發生非常細微的變化,乍看之下無法得知其差異:仍然泛著紅色,仔細觀察卻能在葉子某些部分感覺到綠色的氣息。

雖然葉子顯現紅色,但葉綠素若不進行光合作用,樹木就無法存活,在開花和結果等需要大量養分的關頭更是如此,這種時候只要仔細確認日本紅楓的葉子,將能感覺到葉綠素行光合作用活動的跡象。葉子上面延展的葉脈或葉柄端的紅色會轉淡,非常顯眼。果實結果和逐漸成熟時也一樣,可以在變淡的紅色之間突然看見綠色。即便葉子是紅色的,葉綠素還是會在它非常迫切需要養分時活躍起來,無怪乎顯現了綠色。

黃金松的樹葉只有黃色嗎?

日本紅楓是人工選育的品種,但自然狀態下也有樹木不是發綠色的芽,好比名為黃金松(Pinus densiflora ‘Aurea’)的樹木。雖然松樹的葉子一年四季都是綠色,黃金松的葉子卻呈金黃色。黃金松是松樹的品種之一,是相當稀有的樹木,它只有下方呈綠色,整體看來葉子是金黃色的。據說從以前開始,只要天氣乾旱,黃金松的金黃色葉子就會變成褐色,梅雨季則變成綠色,對於觀察氣候十分必要,不過這種說法並無科學根據。儘管如此,據說以前農夫們乾脆叫黃金松「天氣木」。

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非常稀有的黃金松是在自然狀態下也會發金黃色、而不是綠色的芽。

韓國曾經發現幾棵自然狀態下的黃金松,特別是慶尚北道蔚珍郡周仁里的黃金松就被指定為地方紀念物,是一株受到保護的珍貴樹木。這棵黃金松曾是預測氣候的標準,村裡亦相傳若發生戰爭,它的葉子會泛紅。

蔚珍郡周仁里的黃金松和旁邊其他樹木的葉子顏色不同,一眼就能清楚看出來。這棵佇立在斜坡上的樹木已有五十歲左右,由於被指定為文化財,四周圍上了柵欄、被確實地保護著。雖然遠處就見得到它神祕的模樣,但務必近距離觀察。必須仔細觀察葉子,才能得知樹木的祕密,知道樹木如何用金黃色的葉子製造養分、使自己生長。

即便植物圖鑑裡記載「除了葉子的基部,其他都是黃色」,實際上再怎麼觀察,仍然很難說是黃色,非要講的話,比較接近綠色和黃色混合在一起的淡綠色。當然,顏色以針葉來說算特別,但不能說是黃色或金黃色。與其說黃金松的葉子是金黃色的,不如說是以綠色為底,黃色顯現得稍微強一點。

無法丟掉綠色的原因

我們談日本紅楓和黃金松,但擁有紅葉或黃葉的樹木不只這些,尤其是觀賞用的培育品種中,還有不少葉子的顏色相當五彩繽紛。然而,不管是哪種樹木,都無法完全丟掉綠色,因為綠色是葉綠素的顏色,而葉綠素是樹木的生命之窗。

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——本文摘自《樹葉物語》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

時報出版_96
174 篇文章 ・ 34 位粉絲
出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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當人們對細菌一無所知、當醫生不洗手:生產,就像是去鬼門關前走一趟──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/13 ・1767字 ・閱讀時間約 3 分鐘

無知的代價:產褥熱

故事說到這裡,此時此刻,人們依然只能透過顯微鏡、放大鏡等工具,追尋微生物的芳蹤。當然啦,發現微生物是一回事,要確認這些微生物與特定疾病的相關性,並且證實它們的致病性與致病機制,則完全又是另一回事。

在那個對微生物一無所知的年代,該有多可怕?圖/envatoelements

然而,產業救星巴斯德先生在拔了一根草、測了測風向以後,敏銳的發現,風向是會改變的。在與微生物和疾病的永恆戰鬥中,人類也不會永遠的屈居下風。

巴斯德的重心,逐漸從化學轉移到微生物之上。他雖然不是醫生,也不是婦女,卻對婦女的生死大關特別有興趣。

在十八世紀到十九世紀之間,有多達百分之三十的婦女,會在生產後的「產褥期」,受到細菌感染而持續發燒,稱為「產褥熱」(puerperal fever)。

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當時,產褥熱的致死率相當高,一旦受到感染,有百分之七十五的產婦可能會挺不過去,一手接生一手送死,悲傷的故事在醫院裡不斷上演。

被忽視的警告:「不要碰完屍體去接生!」

一八四三年,美國醫生霍姆斯(O. W. Holmes)在論文中提到,不少醫生會在解剖完屍體之後,再為產婦進行接生,這些產婦中,染上產褥熱的比例也偏高。

但是,當時的醫學界並不認同霍姆斯的觀點,將他的提醒當成了耳邊風。

進產房前,別忘了先寫遺囑!圖/聚光文創

與此同時,在著名的維也納大學醫學院中,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Ignaz Philipp Semmelweis),正為了附屬醫院中,遲遲無法下降的產婦死亡率而苦惱著。

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即使進行了詳細的大體解剖,塞麥爾維斯也無法找出產褥熱的原因,只能眼睜睜的看著產婦一邊期待著新生命的降臨,一害怕著死神將揮舞著鐮刀,收割她們的性命。

心痛的塞麥爾維斯,於是將目光轉向產房細節。他注意到,如果產婦居住在解剖室旁的產房,產褥熱的比例更居高不下;反觀助產士教學病房裡的產婦,死亡率就明顯較低。

塞麥爾維斯於是推測,或許在屍體中帶有某種毒素,經由負責解剖的醫生、實習生的雙手,在接生或產檢之際進入產房,造成了產婦的死亡。

只是洗個手,死亡率剩下原本的 1/4

一八四七年,塞麥爾維斯決定,要求產科裡所有醫生、實習生,特別是那些剛進行過大體解剖的小夥伴們,在為產婦接生或檢查之前,務必要用肥皂與漂白水浸泡、清洗雙手,並澈底刷洗指甲底下的汙垢。

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果不其然,一個簡簡單單的洗手動作,就讓院內產婦的死亡率,從百分之十二下降到百分之三!可喜可賀!

即使塞麥爾維斯發現「洗手」就可以降低產婦的死亡率,但它的發現並未被醫界重視。圖/envatoelements

按照常理思考,我們可以大膽推測,接下來的劇情發展應該是:「塞麥爾維斯被譽為英雄,他所推行的洗手習慣,立刻被全世界廣泛採用……」

NO~NO~NO,塞麥爾維斯拿到的,可不是這麼簡潔、老生常談的劇本,故事尚未劇終,本章節依然未完待續。

事實上,他的重要發現並沒有受到醫學界的認可,連病房主任也說,死亡率的下降,是醫護同仁們用心禱告的結果,跟洗不洗手什麼沒啥關係。

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不僅論點違背主流風向,許多醫生甚至覺得,塞麥爾維斯的說法,根本就是在說「醫生手很髒」或「病從醫生來」,對此,他們表達強烈的不憤怒與不滿。

讀到這裡,我們或許會覺得,只是洗個手,有那麼痛苦那麼難嗎?殊不知,即便是疫情當前的今日,對於這個倡導手部衛生的建議,依然有人會感到不滿與抗拒。

如此一想,一百多年前的醫生們不想洗手,好像不是多麼不可思議的事情了。

沒想到竟然連醫生都會不想洗手!圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 8 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

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聚光文創_96
6 篇文章 ・ 6 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。