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植物以食為天?

葉綠舒
・2014/02/05 ・937字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

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植物和動物一樣,有一個24小時的生理時鐘,稱為「晝夜節律」(circadian rhythm)。這種生物定時器賦予植物一種與生俱來的測量時間的能力;舉例來說,在日出之前,他們就知道太陽要出來了,並相應地調整自己。保持這種能力提供了一個重要的競爭優勢,且於開花、香味排放和葉的運動是至關重要的。

關於植物如何設置和維護這個內部時鐘,劍橋大學植物科學系的研究團隊已經發現,植物經由光合作用產生的糖是計時的關鍵(1)。

研究人員經由不提供二氧化碳或加入「敵草隆」(diuron, 二氯苯基二甲脲 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea,DCMU)來抑制光合作用時發現,糖的生產對於調節植物24小時的節律的關鍵基因(CCA1,CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1)有很大的影響(2)。

劍橋大學研究團隊的首席研究員Alex Webb說:「我們的研究顯示,植物中的糖濃度對於與周圍的環境進行晝夜節律的同步發揮了重要作用。抑制光合作用,可使植物的內部時鐘變慢兩三個小時。」

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蔗糖,植物光合作用先產生葡萄糖,再以蔗糖形式運輸到植物各部位 圖:維基百科
蔗糖,植物光合作用先產生葡萄糖,再以蔗糖形式運輸到植物各部位
圖:維基百科

主要進行這項研究的Mike Haydon(目前在紐約大學),補充說明:「植物體內累積的糖提供了對於晝夜週期的一種反饋, 有點像重置碼錶的作用。就像之前針對洞穴魚的研究(安氏坑魚)發現,餵養時間可影響他們的外設時鐘相位是一樣的。」

安氏坑魚因為在不見天日的洞穴中生活了兩百萬年,造成不但對光沒有反應,他的生物時鐘也長達47小時;但是這內生性的時鐘,卻可以經過餵食來調整。

對 生物來說,有有機分子,可以氧化分解提供生物本身能量上的需求是非常重要的。當然,對於異營生物(如安氏坑魚)來說,因為沒有辦法自己製造食物,所以有機 分子的來源不是靠打獵就是要有人餵;對於自營生物來說,因為要自己產生有機分子,因此產生有機分子所需的能量來源,是很重要的。

之前有非常多關於植物晝夜節律的研究,目前已知核心的時鐘基因(clock gene)是按照自己的行程照錶操課;光可以重置它,而劍橋大學的研究發現,又找到了一個重置它的因子:食物。

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參考文獻:

  1. Science Daily. 2013. Plants use sugars to tell the time of day
  2. Haydon M.J., Mielczarek O., Robertson F.C., Hubbard K.E. and Webb A.A.R. 2013. Photosynthetic entrainment of the Arabidopsis thaliana circadian clock. Nature. 502: 689-692.

原發表於作者部落格Miscellaneous999

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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澳洲乳牛吃巧克力?!
胡中行_96
・2023/06/08 ・1939字 ・閱讀時間約 4 分鐘

成立於 1824 年的英國品牌吉百利(Cadbury),以製造糖果和巧克力聞名全球。1881 年他們首次接到來自澳大利亞的訂單,從此當地人也能嚐到其產品甜美的滋味。多年後,吉百利先是看上那裏優質豐沛的牛乳,而在塔斯馬尼亞設廠;後來又併購位於墨爾本的公司,擴大營運。[1]2023 年某些南澳的乳牛,也開始吃吉百利的零食。[2]

2022 年吉百利慶祝於澳洲建廠一世紀的特別報導。影/Sky News Australia on YouTube

乳牛的飲食

畜養乳牛是一門講究營養調配的科學,需要充足的碳水化合物、胺基酸、脂肪酸、礦物質、維生素和水份等,來確保牛乳的品質與產量。碳水化合物是乳牛能量的主要來源,佔泌乳期 70% 的飲食,可以從草、糖、飼料與穀物等食物中攝取。[3]以天然食材來說,碳水化合物大致分為纖維素半纖維素等,組成植物細胞壁的結構性碳水化合物;以及澱粉等,存在植物細胞質裡的非結構性碳水化合物。牛瘤胃(rumen)內的微生物,會將碳水化合物發酵。其中非結構性的比較容易進行,而且以糖最為快速。[4]

牛的消化系統,③ 是瘤胃(rumen)。圖/‘Ruminant digestive system’ by Australian Good Meat(CC BY-SA 4.0)

乳牛吃糖

具 30 多年畜牧經驗,擔任全國性產業公會澳洲乳品(Dairy Australia)理事長的 James Mann,在南澳有超過 4,000 頭乳牛。[2, 5]以往除了放牛吃草,Mann 理事長就像許多同業,也會給牛嚐點甜頭。[2]基於發酵難易度的差別,多種碳水化合物混著吃,能讓瘤胃裡的微生物,隨時都有得忙,一直幫乳牛補充能量。拿適量的糖,取代乳牛飲食中的澱粉,既可以促進泌乳;又不太會影響瘤胃內的 pH 值,而害牛乳的脂肪比例下降。[4]

唯一的問題是,2023 年全球糖價上漲。[2, 6]

全球糖價飆升

2 年前全球糖價疲軟時,每噸曾經連澳幣 400 元都不到。然而北半球糖業出口國,例如:印度、泰國和中國等,2023 年的產量都不如預期。地處南半球的巴西,則遭逢大量降雨,擾亂物流。於是就在澳洲的甘蔗進入採收季前,4 月的全球糖價竟衝破每噸 800 元。當地蔗農遇上幾十年未見的榮景,喜孜孜地打算大賺一波;[6][註]同時卻也苦了需要用糖的產業。

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眼見成本飆升,腦筋動得快的 Mann 理事長,決定調整自家乳牛的菜單。他跨州從墨爾本運來一般巧克力、櫻桃巧克力、蜂巢巧克力、蛇軟糖和牛軋糖等。反正吉百利不要的,他家的牛全包。巧克力含有糖和油。[1]脂肪類食物提供的能量,是碳水化合物或蛋白質的 2.25 倍,而且跟糖一樣,也能增加牛乳的產量。[2, 3]總之,一箭雙鵰。Mann 理事長在 6 月初,因為這個大膽嘗試,接受媒體專訪,分享創意飼育的心得。[2]

食品加工與環保

他家乳牛所吃的糖果和巧克力,不如市售的吉百利產品,裹著包裝,還印上原料與營養成份。儘管部份造型跟人類吃的還算接近,更多是輾得粉碎或不可名狀。有時甚至整塊沒剁,以半成品的形式出現。幸好乳牛並不挑嘴,來者不拒,又似乎沒有偏好特定口味。[2]

理事長表示,若不是乳牛幫忙消耗,這些廢料原本大概會被工廠丟掉,所以他的作法對畜牧和環保都好。的確,避免食物浪費雖然最好從源頭做起,但是當製造商無法減少廢料時,再利用也是不錯的補救辦法。[2]

至於生產出來的鮮乳如何?Mann 理事長開玩笑道:「既然巧克力牛奶由我們生產了;我希望草莓牛奶有別人負責。」不過,他家鮮乳的味道其實沒有特別不同,最終還是得與其他牧場的混和,經過工廠加工才能製成調味乳。[2]

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圖/The Simpsons on Giphy

  

備註

多數澳洲蔗農早在 2022 年談好 2023 年 4 月的大盤售價,所以不會馬上受惠於全球糖價飆漲。然而,他們還是可以喊價 2023 年後續每噸澳幣 756 元,以及 2024 年 651 元。[6]

參考資料

  1. Cadbury and Mondelez Australia Pty Ltd. ‘Our History’. Cadbury. (Accessed on 01 JUN 2023)
  2. Boisvert E, Adamo E. (01 JUN 2023) ‘Dairy cows munch on reject chocolate and lollies that would have gone to landfill’. ABC News, Australia.
  3. Erickson PS, Kalscheur KF. (2020) ‘Nutrition and feeding of dairy cattle’. Animal Agriculture, 157–180.
  4. Ravelo AD, Vyas D, Ferraretto LF. (2022) ‘Effects of sucrose and lactose as partial replacement to corn in lactating dairy cow diets: a review’. Translational Animal Science, 6(2):txac044.
  5. James Mann appointed Chair of Dairy Australia’. (31 JUL 2020) Dairy Australia.
  6. Brann M, Cooper L. (20 APR 2023) ‘Sugar prices skyrocket after lower-than-expected output overseas in good news for Australian growers’. ABC News, Australia.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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吃宵夜、晚進食=變胖凶手!想瘦身就早點吃飯吧!
Peggy Sha
・2022/11/16 ・1569字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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減肥的黃金守則之一就是:不要吃宵夜!但如果嘴饞該怎麼辦?只要沒有超過一天的熱量額度,應該沒關係……吧?

如果你也是這麼想的,那可就大錯特錯了!

最近一項由布萊根婦女醫院(Brigham and Women’s Hospital)團隊發布在《Cell Metabolism》期刊上的研究就發現:吃飯不只要吃得好、吃得巧,抓對 timing 更重要!

接下來,就讓我們有請師爺(誤)研究團隊來為您解釋解釋:什麼叫 timing?

飯!是一定要吃的,不吃不行!但是吃的「Timing」很重要。 圖/IMDb

想減肥只要少吃多動就可以了?情況沒有你想得那麼簡單!

一般說到減肥,大家腦袋中浮現的不外乎「管住嘴、邁開腿」這六個字,不過,其實少吃多動等改變只能產生暫時的效果,因為在飲食之外,還有一系列非常複雜的因素會影響能量平衡、增加肥胖風險,而其中一個重要的因素,便是我們身上的晝夜節律系統 aka 生理時鐘。

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過去已經有不少研究發現,較晚吃飯會增加肥胖風險、增加體脂、降低減肥成功率,不過,背後的原因的到底是啥卻沒人清楚。

於是,布萊根醫院「晝夜節律和睡眠障礙部門」中的成員們決定迎接挑戰,來解開這個神祕的難題。他們找來了 16 位 BMI(身體質量指數)落在過重和肥胖範圍中的患者,在實驗開始前,所有人都要嚴格遵守固定的作息表和用餐內容,而後前往實驗室分別進行兩套飲食方案。

你習慣每天早餐嗎? 圖/Pexels

方案一:愛吃早餐組,每天 9 點乖乖吃早飯,一天三餐、餐餐不落,六點前吃晚餐。

方案二:晚點吃飯組,跟另一組吃同樣的東西,但跳過早餐,改吃午餐、晚餐和宵夜,宵夜會在 9 點~10 點間吃。

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晚吃飯真的母湯!更容易餓還不易消耗

不管早吃飯還是晚吃飯,所有參與者到了 12 點都得乖乖上床睡覺,隔天早上 8 點起床,這樣持續六天,每天都要定期匯報自己飢餓程度和嘴饞程度,然後三不五時讓研究者們量個體溫、確認下能量消耗、抽點血……。

結果發現呢,較晚吃飯會讓人們更容易餓,想吃東西的慾望和想吃的量都會增加,還會想吃澱粉類和肉類食物。

較晚吃飯會增加想吃澱粉類和肉類的慾望。圖/GIPHY

除了這些主觀的回饋外,我們體內的激素也會隨著吃飯的時間而改變:比如說,一種叫做「瘦素」(Leptin)的激素會下降,而當這種激素的濃度下降,我們就比較容易覺得餓。更慘的是,晚吃飯還會降低我們的核心體溫,並讓我們燃燒的卡路里的速度變慢、總數變少,平均每天會少消耗約 5.03% 左右的熱量。

此外,晚吃飯也會影響讓我們體內脂肪組織的代謝,比如說,它會讓 PLD6、DECR1、ASAH1 幾個負責分解脂質的基因表現量下降,反之,負責脂質合成的 GPAM、ACLY、AACS、CERK 等基因表現則會增加。根據過去的相關研究,可以推斷這樣的變化會讓身體減少脂肪分解、增加脂肪生成,也就是說:你的身體會更容易自己囤油啦!

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在對的時間點吃飯!圖/GIPHY

綜合這種種觀察結果,晚吃飯不僅會增加食慾、增加攝取量,還會減少熱量消耗、容易累積脂肪,總而言之,就是讓整體肥胖風險 Up Up 啊!所以說你愛吃宵夜的各位啊,還是快快將手上那罪惡的食物收起來吧!如果真的很想吃,那就早點吃飯吧!

參考資料

  1. https://www.sciencedaily.com/releases/2022/10/221004121928.htm
  2. https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(22)00397-7
Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。