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吸附鯊魚的鮣魚

週日閱讀科學大師_96
・2014/02/24 ・691字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 460 ・五年級

鮣魚藉助於頭部的吸盤吸附於比自己體型大的動物身上生活!

鮣魚,身體細長,通常藉助於頭部的吸盤吸附於比自己體型大的動物身上生活。吸盤長在頭及體前端的背側,呈橢圓形,通常有20個或更多的橫向褶皺,可豎起來呈真空狀。游泳速度快、可達到時速50公里,分類為脊索動物門、輻鰭魚綱、鱸形目、鮣科, 鮣魚主要靠頭部吸盤吸附於大魚、海龜、鯨和船底上,靠食用這些大魚、海龜、鯨和船上的剩餘物為生。鮣魚為典型的片利共生例子,寄主沒有從中的到任何一點好處反而還會消耗多餘體力因為要擔任鮣魚的專屬司機,以及捕到的部分食物被鮣魚食用,被鮣魚吸盤吸附的寄主是無法擺脫的只能等待鮣魚自行離開。

鮣魚頭部的吸盤(Sucker-like structure)從第一背鰭演化而來,牠便利用這個吸盤吸附在某一物體上,擠出吸盤內的水,藉著大氣和水的壓力,吸盤就牢固地吸附在該物體的表面上了。漁民發現鮣魚這一特性了,便巧妙地把鮣魚作為一種捕獲大海中珍貴動物的工具。據說,桑給巴爾島和古巴漁民抓到鮣魚後,先把牠的尾部穿透,再用繩子穿過,為了保險,再纏上幾圈繫緊,拴在船後,一旦遇到海龜,他們就往海裏拋出2、3條鮣魚,等這幾條鮣魚就吸附在大海龜的身上,這時漁民再小心地拉緊繩子就可以將大海龜連同鮣魚一起拉回船艙裡。

吸附鯊魚的鮣魚
鮣魚藉助於頭部的吸盤吸附於比自己體型大的動物身上生活

 

編稿:成功大學 材料所 周芳任 編 |李旺龍 教授指導

原文出處: Sucker-like structure used to attach: remora

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研究文獻:Shuker, KPN. 2001. The Hidden Powers of Animals: Uncovering the Secrets of Nature. London: Marshall Editions Ltd. 240 p.

轉載自週日閱讀科學大師

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週日閱讀科學大師_96
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「週日閱讀科學大師系列講座」活動主要提昇一般民眾對自然科學、人文社會科學及工程科學的興趣及關切;並引發青年學子對於科學研究的興趣及行動,進而推廣至中學生的科學素養,讓科學教育普及至各社會階層。歡迎造訪FB專頁

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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中藥「水蛭」的意外旅程(上):偽品的震撼現身,網路問卷調查發現了什麼?
YTLai_96
・2018/06/26 ・4432字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 475 ・五年級

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這個旅程是這樣開始的。

2017 年 10 月,為了撰寫「蛭類的醫療用途」這個主題,我去中藥店尋找「水蛭」這一味藥。《中國藥典》和《台灣中藥典》裡面都清楚點出中藥「水蛭」乃是由三種蛭類──水蛭(Hirudo nipponia,即日本醫蛭)、螞蟥(Whitmania pigra,即寬體金線蛭)、以及柳葉螞蟥(Whitmania acranulata,即尖細金線蛭)──所製成,作為盡責的作者,理應設法尋得三種蛭類的水蛭乾、並取材拍攝照片。

中國中藥典(左)與台灣中藥典(右)對中藥「水蛭」的說明(點圖放大)

我首先買到的中藥「水蛭」長下圖這副德性,看起來就是個吸血蛭類的模樣:嘴巴大、尾吸盤大、鼓脹的肚子裡八成是塞滿了血。這個體型,應該不是藥典記載的種類日本醫蛭,而是牛蛭屬(Poecilobdella)或擬醫蛭屬(Hirudinaria)的種類;雖然跟藥典裡面記載的種類不同,但反正也是個吸血的種類,藥性(推測可能)應該跟日本醫蛭差不多。

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中藥「水蛭」,應該是牛蛭或擬醫蛭的種類乾燥而成

泡了熱水發起來以後,背面橄欖綠上的斷續背中線、側面的縱線、黃褐腹面鑲著暗色邊緣的花紋,就從黝黑的表面顯現出來,甚至連腹面的生殖孔都清楚可見。於是更是確定了我的推測,這一定是某種牛蛭或擬醫蛭無誤。

中藥「水蛭」,加熱水泡開後才看得出其上的花紋。

隔天,我又跑去其他的中藥房,主要是尋找另外兩種非吸血的捕食性蛭類(寬體金線蛭與尖細金線蛭)製成的中藥「水蛭」。好不容易找到了看起來和寬體金線蛭有幾分相似的的中藥「水蛭」──身體黃褐扭曲且一頭尖細,整個就是金線蛭的模樣。外包裝上還寫著「清肚」,當時還推測可能是因為寬體金線蛭以螺類為食,為了讓藥性更加濃縮所以去除肚子裡無用的螺肉。

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中藥店的「水蛭」的另一個品項

回來以後為了看清楚花紋,也就和前一天依樣畫葫蘆泡了熱水。等到這個「水蛭」發起來以後,我拿起來左右端詳,這身體上怎麼會沒有任何花紋哪?還有這個形狀跟體壁的感覺怎麼一副海參樣啊?我是越看越迷惘。

啊喔,這個「水蛭」怎麼左看右看有點怪怪的。

而且啊,不管是什麼種的蛭類,再怎麼樣也該要有尾吸盤吧?這個尾吸盤到底在哪啊?難道清肚的時候也一起切掉了嗎?但怎麼沒有看到切痕啊?

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然後我突然驚覺──

這。根。本。不。是。蛭。類。

明明是買中藥「水蛭」,卻出現了這個完全不是蛭類的東西,我實在震驚了。

沒有環節沒有尾吸盤,就是個偽品!

蛭類畢竟是屬於環節動物門的類群,身體必定有環節,也就是身體看起來是一節一節的模樣,就像底下那兩張蛭類的照片一樣;但是這個偽品泡發以後只是一副肥胖臃腫樣,身體並不是真的有環節。除此之外,蛭類是一群特化的環帶綱環節動物,和其他的環帶綱如蚯蚓、絲蚯蚓、線蚓等有一個明顯的差別,就是身體的前後兩端必定會有吸盤–亦即口吸盤和尾吸盤,尤其是尾吸盤,無論在哪一種蛭類身上都不會消失,頂多只是大小的差別而已。

以底下那兩張照片來看,兩者的尾吸盤都很大而且明顯,分別靠畫面的左邊和右邊。而上面照片中這個偽品,頭部尖尖看起來沒有口吸盤模樣也就罷了,畢竟蛭類的口吸盤常常不甚明顯,尤其是金線蛭屬的蛭類,其頭部也是特別尖而細根本沒有什麼口吸盤的感覺;可是這個偽品的尾部,除了肛門外再無其他特別的結構,翻來倒去也沒有絲毫尾吸盤的蹤影。

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光憑著「沒有環節」和「沒有尾吸盤」這兩點,就可以打包票這個中藥「水蛭」絕對不是蛭類,一定是偽品。

就像鳳梨酥裡面該有鳳梨一樣,中藥「水蛭」應該至少是由蛭類乾燥而成才對。很不幸的是,我們的鳳梨酥裡面曾經有很多很多的冬瓜但少有鳳梨,而現在我們的中藥「水蛭」裡面也出現了根本不是蛭類的東西。簡直是個悲劇。

實際上,中藥出現偽品其實並不少見。知名案例如昂貴的中藥冬蟲夏草,正品應該是麥角菌科(Clavicipitaceae)的冬蟲夏草菌(Cordyceps sinesis (Berk.) Sacc.),寄生在宿主鱗翅目或鞘翅目昆蟲身上──尤其是蝙蝠蛾科(Hepialidae)的蟲草蝙蝠蛾(Hepialus armoricanus Ober.)的幼蟲蟲體──冬蟲草為真菌子座與宿主的複合體乾燥物。而冬蟲夏草的偽品有許多種類,從同為麥角菌科的其他真菌、唇形科的植物草石蠶(Stachys sieboldii Miq.)的有毒根莖、唇形科植物地蠶(Stachys geobombycis C. Y. Wu.)的塊根、甚至是石膏粉或麵粉模壓加工製成的偽品都有出現過。其他常見的中藥也有不少誤用品和混用品在市面上流通(可參考《台灣市售易誤用、混用中藥材之鑑別》、《台灣市售易誤用混用中藥材基原鑑定之研究》、《中藥鑑定簡介》),誤用品或混用品甚至也曾導致中毒危害健康的案例(如馬兜鈴酸事件)。為此,鑑定中藥真偽的相關中文書籍早有多本問市,中央主管機關也持續辦理中藥材辨識研習會,但是防堵誤用品混用品乃至偽品的出現,看來仍是百密一疏。

總之,現在就是發現中藥「水蛭」裡存在著根本不是任何一種蛭類的偽品了。我覺得不可思議的地方在於,經手中藥的職業專家很多,從來沒有人揭發這件事嗎?

於是接下來,我決定來調查一下中醫藥專家們對中藥「水蛭」真品和偽品的覺察能力,了解一下這樣的「水蛭」偽品是否很容易就會被中醫藥職業專家們揭穿。

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問卷調查:中藥「水蛭」該長什麼樣?

我設計了一個簡單的網路問卷,在問卷裡先後放了中藥「水蛭」的偽品跟真品的照片,也就是下面放的這兩張四條水蛭排排站的照片,讓填答者在「一定是水蛭」、「可能是水蛭」、「可能不是水蛭」、「一定不是水蛭」、「我不知道無法回答」幾個選項裡面擇一。問卷做完以後大家可以選擇自己是中醫藥職業者(中醫師、中醫藥研究教學人員、中藥從業人員)、中醫藥業餘玩家(中醫藥愛好者、中藥罐子)、或是一般民眾,而且最後都可以看到正確答案。

承蒙我的朋友們的轉貼和泛科學的協助,最後這個問卷有將近 680 人填答,其中有中醫藥職業者 106 人(63%是中醫師、33%是中藥從業人員、4%是中醫藥教學研究人員)、中醫藥業餘玩家 52 人、以及一般民眾 521 人。

統計結果發現,三群填答者對於中藥「水蛭」真品和偽品的認知程度的確不太一樣。對中醫藥職業者來說,不是蛭類所做成的中藥「水蛭」偽品,看起來就是比較有問題,因此近六成的職業者會傾向認為這不是水蛭;相反的,如果是由牛蛭或擬醫蛭種類製成的中藥「水蛭」,則有近八成的職業者傾向認為這是水蛭。很顯然,受過專業訓練的中醫藥職業者對中藥「水蛭」該長什麼樣有相當不錯的概念,真的就幾乎都認為是真的,假的也多半覺得有鬼,的確有其厲害之處。

再來看中醫藥業餘玩家(中醫藥愛好者、中藥罐子)的回答,這就有點奧妙了。業餘玩家們看到不是蛭類做成的中藥「水蛭」偽品,只有四成傾向認為這不是水蛭,反倒有近五成傾向認為這是真的水蛭;同樣的,業餘玩家們看到蛭類做成的中藥「水蛭」,只有二成五傾向認為這真的是水蛭,反而有近五成傾向認為這並不是水蛭。簡單的說,就是中醫藥業餘玩家對中藥「水蛭」的認知偏向錯誤,把真的認成假的、假的當成真的,不知道是不是處在「見山不是山」的狀況所造成的。

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最後是填問卷大宗的一般民眾,對一般民眾而言蛭類的確是個陌生的類群,而且還經常誤以為地上亂爬的蛞蝓就是水蛭,因此中藥「水蛭」該長什麼樣子其實也沒什麼概念。當一般民眾看到不是蛭類做成的中藥「水蛭」假貨的時候,傾向認為是水蛭、傾向認為不是水蛭、和我不知道無法作答三者幾乎呈現完美的三等分,顯然不太確定到底水蛭該長什麼樣;不過,當一般民眾看到蛭類做成的中藥「水蛭」真品的時候,就有六成傾向認為這是水蛭。看起來,就算一般民眾不太確定蛭類的特徵為何,隱約還是可以察覺到中藥「水蛭」的真品的確符合腦海中的蛭類印象,因此就稍有把握了些。

環節和尾吸盤才是王道

除了調查填答者對照片裡的中藥「水蛭」是不是蛭類製成的真品的認知傾向,問卷中也探尋填答者的判斷依據。整體而言,填答者們經常使用形狀、顏色、外觀這些會隨著炮制過程和儲藏狀況變化的特徵來判斷是不是蛭類,但是判斷蛭類最重要的兩個特徵──也就是上面提過的「環節」和「(尾)吸盤」,就沒有那麼常被提及,只有中醫藥職業者們提到稍微多一點。

話說回來,形狀、顏色和外觀這些特徵,或許可以用來進一步區別不同種的蛭類做成的中藥「水蛭」,或是用來分辨手上的中藥「水蛭」是否有攙假增重或不當炮制,這的確也是中醫藥專業訓練過程中很重要的一點。但無論如何,真中藥「水蛭」再怎麼攙假增重不當炮制都還是水蛭;眼前這個假貨連水蛭都不是,這個問題的層次可就不一樣了。

那麼,中藥水蛭假貨在市面上出現的頻率有多高呢?這顯然需要我去明查暗訪了。

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中藥「水蛭」的意外旅程系列:





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YTLai_96
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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著
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