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《宇宙》第 1 集:探索宇宙之海

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・2014/08/18 ・4483字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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作者:Shane L. Larson(猶他州立大學 物理教授)
編譯:Ankh Huang 黃于薇,現為兼職譯者(ankhmeow@gmail.com)

地球的表面,就是宇宙之海的沿岸。這句話多麼詩意、多有畫面啊!當我躺在草地上仰望夜晚穹空,一拱輕薄淡透的銀河高掛天際,看著這樣的景象,就不難理解為什麼將宇宙比喻為海洋。宇宙就像地球上浩瀚的海洋一樣,是個廣闊而未經完整探勘的區域,充滿了人類前所未見的事物,夜空中處處可見的光點像海上散佈的群島,可能是恆星、星雲、行星,也可能是個遙遠的星系,但其中相隔的空間卻是一片全然的黑暗。

奧林匹克半島(Olympic Peninsula) 的寶石灘(Ruby Beach)外,太平洋海面上的銀河景致(攝影:Dave Morrow)。
奧林匹克半島(Olympic Peninsula) 的寶石灘(Ruby Beach)外,太平洋海面上的銀河景致(攝影:Dave Morrow)。

我成長於太平洋西北地區(即美國西北部地區和加拿大的西南部地區),常常有機會在奧勒岡州(Oregon)和華盛頓州(Washington)多岩寂寥的海岸漫步。在白天,可以看到遙遠一方的海平線,像是疆界一樣將天空與海洋劃分開來,但到了夜裡,海洋延伸到海平線之上,和夜空融為一體,變得無法區分,就像久遠以前的神話傳說和從前人類對自然現象的猜測解釋一樣,讓人以為海洋和天空是相連的。雖然我們現在擁有更多知識,但是將蒼穹比喻為深不可測的海洋,也並非毫無道理。無論是深海還是宇宙,都是人類知識極限的挑戰;這兩種環境,是我們這樣脆弱的生命體無法存活其中的,而且同樣深藏著種種謎團,等待我們有朝一日去發掘。或許該說,更重要的一點是,海洋和宇宙都在人類心中激發出一種無法抵擋的迫切渴望,讓人想要進入其中一探究竟;除了敬畏之情,這兩種深秘的海洋還帶來一股隱然騷動的渴盼,和想像力交織著,不斷撩撥人心,讓人想要奮不顧身將自己的命運交付其中。這樣的心情,讓人做起種種陶醉的白日夢,也讓人極度渴望駛離地球安全的港灣,前去探索未知的世界。即使是腳踏實地站在太平洋海岸的遍地礫石之上,心中也充滿了一股「sehnsucht」(德文「憧憬」之意),一種無法平息的渴望,想要找到一個遙遠又熟悉、能夠成為安樂家園的世外桃源。

(左)1911 年版的《金銀島》封面。(右)《金銀島》中的地圖。[圖片來源:Wikimedia Commons]
(左)1911 年版的《金銀島》封面。(右)《金銀島》中的地圖。[圖片來源:Wikimedia Commons]

和很多小男孩一樣,我在小時候讀到史蒂文森(Robert Louis Stevenson)的《金銀島》故事,因此認識了大海和探險之間密不可分的關聯,隨著年幼的吉姆(Jim Hawkins)離開「海軍上將本保」旅館的小房間,登上希斯帕紐拉號展開驚心動魄的旅程,我對海洋的夢想也逐漸變得清晰起來。

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(左)正要出航的卡利普索號。(右)雅克-伊夫·庫斯托。[圖片來源:Cousteau Society]

在我小時候的想像中,海洋冒險充滿了寶藏、孤島和戴著單邊眼罩的海盜,但海上歷險的吸引力很快就被新的船隻和新的英雄所取代。那艘船叫做「卡利普索號」(Calypso),船長則是一位頭戴紅帽、非常現代的探險家:雅克-伊夫·庫斯托(Jacques-Yves Cousteau)船長。他所製作的影集《雅克·庫斯托的海底世界》讓我深深著迷。他帶我進入一個前所未聞的世界,對當時的我來說,那個世界雖然陌生未知,但卻顯然和地球上所有的生命密切相關。在我所有冒險犯難的幻想中,這是我第一次發覺「科學」在探險中也占了一席之地。庫斯托和他那班背景各異的船員既不是土匪,也不是海盜,他們為了尋找寶藏而航向大海,但他們所找尋的並不是光彩奪目的金銀財寶,而是《寂靜的世界》(The Silent World)這部紀錄片中的寶貴知識。這段探勘之旅,這些新知與發現,就是「探險」本身。

正要進入海中的深海潛水員,攝於 1915 年。科技的發展,讓人類探索海洋的夢想能夠成真。 [圖片來源:NOAA,取自 retronaut]
正要進入海中的深海潛水員,攝於 1915 年。科技的發展,讓人類探索海洋的夢想能夠成真。
[圖片來源:NOAA,取自 retronaut]

因為瘋狂迷上庫斯托的探險,我生平首度領悟到「科技」在探險活動中扮演著如此重要的角色。在船舶出現之前,沒有人能夠挑戰遙遠彼端的海平線,而即使我們學會如何穿越海洋的「表面」,也始終無法企及海洋的「深處」。地球的深海,長久以來都是有待探索的最終領域,就算現在人類已經能為廣闊的海面繪製地圖,但對海底的瞭解仍是相當有限,因為那裡難以測繪探勘,而且對於你我這樣需要仰賴氧氣的生物來說十分危險。但是「科技」帶來了潛水支援船、表面供氧潛水裝、水肺裝備(1943 年由庫斯托和夥伴 Émile Gagnan 發明),讓我們得以挑戰海洋深處,航向從未有過人跡的領域。花費相當的時間和智慧結晶以後,人類終於找到征服地球海洋的方法。

接著,在我童年的某日,當我的腦海還縈繞著隱藏在深遙海底的陌生景觀時,卻有非比尋常的事情發生了。197 年 7 月,一台來自地球的探測機器人降落在遙遠的 Chryse Planitia 沙漠,這個希臘語名字的意思是「黃金平原」。第一張傳回地球的火星照片,是維京一號(Viking 1,又譯「海盜一號」)傳回來的黑白照片,顯示出遍布卵石的岩質地表。科技已經到達了前人未至之境 [註1]。

維京一號支架的照片。這是第一張傳回地球的火星地表照片 [圖片來源:NASA, PIA00381]
維京一號支架的照片。這是第一張傳回地球的火星地表照片 [圖片來源:NASA, PIA00381]
p6

就在 6 週之後,維京二號(Viking 2)降落在 6700 公里外的烏托邦平原(Utopia Planitia)(關於火星各降落地點的簡介,請參閱 Martian Mileage Guide)。那天是 1976 年 9 月 3 日,就在我七歲生日的前一天。我貪婪地汲取所有找得到的維京號資訊來源,幾乎要把我的爸媽、老師還有學校圖書館館員通通逼瘋,當國家地理雜誌在 1977 年 1 月刊出一篇關於維京號的全版報導時,我想他們應該都大大鬆了一口氣,而我也不再纏著他們問問題,一頭栽進那本雜誌裡,每一頁的每張照片都要看個仔細(我媽從此再也沒看到那一期的國家地理雜誌了;媽,如果妳要看的話,那本在我書房的書架上啦 :-))。

對我來說,維京號不過是事情的開端而已。1979 年,航海家一號和二號(Voyager 1 and 2)穿過木星系統,接著航向土星。這兩艘太空船帶來了新的照片、新的謎團,也讓我父母家中更多期國家地理雜誌不翼而飛;不過,這一波追尋就到此告一段落。我聽見了全新冒險充滿誘惑的呼喚,那就是探索浩瀚的宇宙之海。我對宇宙的興趣,啟蒙於 NASA 多次淺探太空的偉大航行,因為《星艦迷航記》(Star Trek)而越發濃厚,最後則是 1980 年秋天首播、由卡爾·薩根(Carl Sagan)主持的《宇宙》節目,讓我對宇宙的愛好從此堅定不移。

一開始我並沒有注意到,但突然之間,我崇拜的英雄不再是人類,而是機器,而且是擁有名字和個性的機器:維京號、航海家號、哈伯(Hubble)、錢卓拉(Chandra)、卡西尼(Cassini)、精神號(Spirit)和好奇號(Curiosity)。每個名字都像《金銀島》中的角色,或是《雅克·庫斯托的海底世界》裡面的潛水夫,它們都是太陽系遙遠邊境種種關於探險與發現的偉大傳說的一份子。多年以後的現在,我已經瞭解到,其實我崇拜的英雄仍然是「人類」,是科學家和工程師,他們就像以前的庫斯托一樣,想像並打造出各種機器,讓人類探索宇宙的夢想成真。我從未忘記這些機器都是出自「人類」之手,只是當年並沒有意識到這一點。

但是,這種想法已經在我腦海中播下種子;曾幾何時,「人類打造出能夠探索未知的機器」這樣的念頭生根發芽,然後漸漸開花結果,形成更大的想法:「我」也可以製作出能讓我自己探索宇宙之海的機器,就在我眼前,而且專屬我一人。這個計劃一開始很單純,只是想做出可以載著樂高小人偶(我的塑膠替身)升空的火箭,但沒多久就進階了。我的探索過程中使用了多種望遠鏡,可以看到出數百萬光年之外的星系;我送上天空的氣象探測氣球飛到太空的邊緣,上面載著相機和科學儀器,可以對宇宙輻射進行測量;我做出了可遙控駕駛的潛水艇,能夠潛入地球黑暗的深海中;當然,我還有大型的望遠鏡,用來進一步觀察浩瀚的宇宙之海。

科學技術讓我能盡情探索宇宙。從左到右為:[1] 一開始做的火箭(乘客是樂高小人);[2] 我自己製作的第一座望遠鏡,這座 8 吋反射望遠鏡名為「Albireo」;[3] 我送上天空的氣球飛到太空邊緣,高度足以看到黑暗的太空和地表的曲線;[4] 我自行製作的潛水機器人,就像 SeaMouse 一樣;[5] 我也不斷製作更大的望遠鏡,像是左邊的 Equinox 和右邊的 Mariner。
科學技術讓我能盡情探索宇宙。從左到右為:[1] 一開始做的火箭(乘客是樂高小人);[2] 我自己製作的第一座望遠鏡,這座 8 吋反射望遠鏡名為「Albireo」;[3] 我送上天空的氣球飛到太空邊緣,高度足以看到黑暗的太空和地表的曲線;[4] 我自行製作的潛水機器人,就像 SeaMouse 一樣;[5] 我也不斷製作更大的望遠鏡,像是左邊的 Equinox 和右邊的 Mariner。

將宇宙比喻為「海洋」,就很多方面來說很貼切,但也有不適合的時候,例如在討論到宇宙本身的「大小」時,這樣的比喻就不符合了。地球上的海洋雖然還有許多地方未經探索,但其大小是有限的,因為人類已經繪製出海洋的邊界,也探測到最深的海底深度。然而,宇宙之海就不是這樣了。在太空中,我們曾探索過的只是地球週邊的一小塊區域。而人類到過距離地表最遠的地方,就只有月球。在這個星球的 70 億人口中,只有 24 個人曾經從地球前往月球,其中僅 12 人曾踏上月球表面。

至於比月球更遙遠的地方,就只有機器探測器曾經造訪,但每一次振奮人心的發現,也都伴隨著新的謎團和問題。令人遺憾的是,這些探索之旅都不完整,而新的探險曠日費時,因為距離實在太遙遠了。現在我們已經習慣談論前往月球、前往木星這類話題,彷彿這和搭飛機到芝加哥或布里斯本沒什麼不同,但是要前往這些星球就已經困難重重,要飛往更遠的地方更是極其艱辛。航海家一號朝著太陽的反方向飛行已經長達 36 年了,它在人類發射的物體當中擁有最快的速度,但是它飛行的距離才只比冥王星和太陽距離的三倍多一點。如果要穿越宇宙之海,航海家一號得要花上 20 億年才能穿越整個銀河系。和宇宙之海相比,飛到冥王星只不過像走到遙遠孤立的潮池裡,濺起些許水花這麼簡單。

但是,我不會為此感到灰心。無論是海洋還是宇宙,它們的魅力都有一部分是來自其難以想像的浩瀚廣闊。就是因為廣闊無邊,那裡永遠有著冒險、謎團和新發現。要向浩瀚無垠、深不可測的宇宙認輸很容易,有時候我們會不斷強調人類是何等渺小,顯露人類多麼微不足道,在宇宙演化的洪流中多麼不值一提。但是,面對宇宙這樣難以想像其規模的浩瀚存在,面對它的壯麗絕景和神秘謎團,我們更應該昂首傲立,讓讚頌人類冒險精神的歌聲直上虛空。因為我們在天地間雖然只像幾許塵埃,卻創造出偉大豐碩的成果;我們不但能夠控制、利用自然定律,也洞悉了宇宙間某些驚人的規律,並藉此深入瞭解更多宇宙的奧秘。而我們到底發現了什麼呢?我們發現的,就是「人類即宇宙」,因為我們能夠感知,因為我們生生不息!雖然在宇宙之海遙遠狹窄的沿岸,我們形同是隨波逐流的一點小沙粒,卻掌握著讓宇宙瞭解自身的方法,而且,這或許也是唯一的方法。

[註1]:本句原文“Technology had gone where no person had gone before.”呼應科幻電視影集《星際爭霸戰》開場導語中的一句短語“Where no man has gone before”,這句短語是句子「勇踏前人未至之境」(To boldly go where no man has gone before)的一部分。(參考資料:Where no man has gone before — Wikipedia)

原文:Cosmos 1: The Shores of the Cosmic Ocean 刊登於2013 年 12 月 3 日

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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海邊戲水要小心!一次帶你認識刺毒魚類,與被刺傷後的自救方法
自然保育季刊_96
・2022/07/20 ・4724字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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刺毒魚類是什麼?有刺的魚 ≠ 刺毒魚類

海洋是生命的發源地,其環境複雜多樣,孕育出多種多樣的海洋生物。在漫長的演化過程魚類發展出多樣適應環境的機制,包括物理性、化學性及生物性的調適,其中刺毒(venoms)屬於較為複雜的化學性防禦機制。

然而具有尖刺的魚類就等於是刺毒魚類嗎?答案是「否」的。

刺毒魚類的硬棘上附有毒腺,除了能為掠食者帶來物理性(刺傷)傷害以外,並會造成化學性(毒液)的二次傷害,毒腺所分泌的毒液會使傷口產生更為強烈的疼痛感,是一種特殊的防禦機制。

可能比你想像中多:世界上的刺毒魚類有多少?

全世界的魚類約有 30,000 多種,曾被報導過的刺毒魚類約有 2,500 多種(表 1),約占所有魚類的 8%,其主要可分為四大類,分別為:

(一)軟骨魚類中的銀鮫目(Chimaeriformes)、異齒鯊科(Heterodontidae)、角鯊科(Squalidae)

(二)軟骨魚類中的燕魟亞目(Myliobatoidei)

(三)硬骨魚類中的鯰形目(Siluriformes)

(四)硬骨魚類中的鰭棘魚類(Acanthomorphs)(Smith and Wheeler 2006;邵廣昭 2021)。

表 1 各類群刺毒魚類種類數量及毒刺部位。表/自然保育季刊

第一類刺毒軟骨魚類的毒刺主要分布於背鰭上,數量 1 至 2 根。

第二類魟類,現生種類約 200 多種,毒刺分布於尾柄上(Nelson et al. 2016),當其尾柄上的毒刺擊中掠食者後,毒液會經由外皮鞘(integumentary sheath)的破壞而全數釋出(Fenner 2004)。著名的電視節目主持人鱷魚先生 Steve Irwin 就是被大型魟類尾部的毒刺傷及心臟而喪命的。

黑線銀鮫(Chimaera phantasma)。箭頭標示處為其毒刺。圖/自然保育季刊

第三類鯰形目魚類,大多為淡水種類,其中有毒的種類大約為 1,500 種,毒刺分布於胸鰭及背鰭(Wright 2009),其毒刺外緣具鋸齒(圖 1A)。

鯰形目魚類在美洲具較高的多樣性,占所有種類的 60%(Nelson 2006)。臺灣產12種,淡水的種類有鈍頭鮠科(Amblycipitidae)1 種、鯰科(Siluridae)1 種、鬍鯰科(Clariidae)2 種、鱨科(Bagridae)2 種,鱨科的種類因背鰭(1 根毒刺)、胸鰭(2 根毒刺)具毒刺,故俗稱為三角姑;

海水的種類有鰻鯰科(Plotosidae)1 種,及海鯰科(Ariidae)5 種,兩者的俗稱分別為沙毛及成仔丁,毒刺的位置與鱨科一致。

圖 1 刺毒魚類毒刺形態之一。圖/自然保育季刊

A. 線紋鰻鯰(Plotosus lineatus)胸鰭硬棘。 B. 瞻星魚(Uranoscopus sp.)匙骨上的棘。C. 褐臭肚魚(Siganus fuscescens)背鰭硬棘。 D. 托爾逆鈎鰺(Scomberoides tol)背鰭硬棘。縮寫:gr,groove 溝槽。

第四類鰭棘魚類,由六個類群所組成,分別為蟾魚目(Batrachoidiformes)、鮋亞目(Scorpaenoidei)、刺尾魚亞目(Acanthuroidei)、䲁亞目(Blennioidei)、逆溝鰺亞科(Scomeroidinae)及鱷亞目(Trachinoidei),雖然僅有 585 至 650 種,但相對於前面的三個大類群,毒刺的形態則顯得更為多樣化,毒腺可發現於牙齒、主鰓蓋骨(opercle)、匙骨(cleithrum) (圖 1B)、背鰭、腹鰭和臀鰭多個部位(Smith and Wheeler 2006)。

圖 2 刺毒魚類毒刺形態之二。圖/自然保育季刊

A. 中華鬼鮋(Inimicus sinensis )背鰭硬棘。 B. 魔鬼簑鮋(Pterois volitans )背鰭硬棘。C. 眉鬚鱗頭鮋(Sebastapistes strongia)背鰭硬棘。 D. 眉鬚鱗頭鮋頭部的棘。縮寫:gr, groove 溝槽;vg, venom gland 毒腺。

雙斑櫛齒刺尾鯛(Ctenochaetus binotatus)。圖/自然保育季刊

臺語有云:「一魟、二虎、三沙毛」

在海岸活動頻繁的臺灣,亦不乏關於刺毒魚類的諺語:一魟、二虎、三沙毛、四斑五、五象耳、六倒吊,或者是四臭肚、五變身苦;四變身苦、五成仔丁。

不管何種版本,「魟、虎、沙毛」均是刺毒危險程度的前三名。

線紋刺尾鯛(Acanthurus lineatus)。圖/自然保育季刊
線紋鰻鯰(Plotosus lineatus)。箭頭標示處為其毒刺。圖/自然保育季刊

諺語中的,是泛指所有尾部具有毒刺結構的燕魟亞目魚類,身體呈圓盤形,大部分種類尾巴為細長的鞭狀,依不同種類尾部毒刺的數量可達 2 根或以上,大部分漁民在捕獲後,均會把尾部的毒刺去除。多數的魟類為底棲性魚類,部分種類更具潛藏於沙中的習性,因此在沙灘嬉水遊玩時,須多加注意腳下情況以免誤踩而被其刺傷。

沙毛指的是線紋鰻鯰(Plotosus lineatus),廣泛分布於臺灣沿海並常被釣獲,其體表光滑無鱗不易被抓住,故處理時須多加注意以免被刺傷;其幼魚常成聚集成群,被稱為鯰球。

黑帶稀棘䲁(Meiacanthus grammiste)。其毒腺位於下頜兩顆大型犬齒中。圖/自然保育季刊

二虎:多樣性豐富的刺毒魚類大家族

虎魚泛指臺灣產鮋亞目(Scorpaenoidei)的種類,其英文俗名有 scorpionfishes、stonefishes 、 waspfishes 等,有關 scorpionfishes 名稱的由來,或許命名者對其毒刺如蝎子螫到的觸感有著很深刻的體會。

除了虎魚這俗名外,石狗公、石頭魚亦為牠們常見的中文俗稱,因其偽裝(camouflage,一些種類會利用特化的皮瓣偽裝成礁石及表面的生物)或保護色,致使體態、體色與棲地環境極為相似而得名。

該類群是著名且危險的刺毒魚類,毒刺十分發達(圖 2),雖然鮋亞目魚類的頭部具有不少的棘(圖 2D),但具毒腺的部位僅為背鰭、腹鰭及臀鰭之硬棘(圖 2A-C) (Nelson et al. 2016),為海洋刺毒魚類的最大宗(Low et al. 1993;Church and Hodgson 2002;Vetrano et al. 2002;Fenner 2004),臺灣大約有 42 屬 100種(邵廣昭 2021)。

多數種類為底棲性魚類,棲息於沿海岩礁地形,行動緩慢並常靜止於礁石上,即使靠近之亦不動如山,其體色與環境十分相似不易被察覺,因此在潮間帶或岩礁海岸活動時,稍一不慎則有可能誤踩而遭其刺傷。目前被刺傷的個案僅國外有報導,被刺傷者大部分為漁業從事人員(Haddad et al. 2003),臺灣雖暫無相關學術文章報導,但大部分地區的海洋活動亦相對頻繁,相信有不少被刺傷的個案。

金圓鱗鮋(Parascorpaena aurita)。鮋科魚類多具備良好的偽裝能力,其體色與周遭環境融為一體。圖/自然保育季刊

鮋亞目魚類毒素均為蛋白質(Kiriake et al. 2013),結構並不穩定,遇熱後因蛋白質變性而失去毒性(伍漢霖 2006),亦有研究顯示斑點鮋(Scorpaena guttata)的毒素在 50°C 的條件下處理,短期內即失去活性(Schaeffer et al. 1971),表示魚肉在加熱煮熟後可食用。

俗稱獅子魚(Lionfish, Turkeyfish)的危險刺毒魚類亦同屬於鮋亞目家族的成員(簑鮋類 Pteroini),但與石狗公、石頭魚的不同之處在於其十分花枝招展的外觀,平常毫不躲藏、並徐徐地遊弋於礁石間。

因其華麗的外觀而常見於觀賞魚市場,亦因此經由水族觀賞魚途徑被棄養放生(Hamner et al. 2007;Betancur et al. 2011;Johnson et al. 2016),魔鬼簑鮋(Pterois volitans)自 1980 年起現踪於佛羅里達(Florida) (Freshwater et al. 2009),延長及發達的毒刺使其在當地幾乎沒有天敵,並逐漸擴張遍布整個大西洋西岸形成穩定的族群(Betancur et al. 2011;Ferreira et al. 2015;Johnson et al. 2016),而其驚人的食量對當地魚類族群造成極大的威脅,與另一種獅子魚—斑鰭簑鮋(P. miles)為知名的入侵物種。

毒擬鮋(Scorpaenopsis diabolus)。具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,喜靜止於礁石上伺機捕食路過之獵物。圖/自然保育季刊

毒刺的部位、結構及釋出毒液的機制

刺毒魚類的毒刺結構可發現於胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等部位。大部分毒刺均由硬棘(spine)、溝槽(groove)及毒腺(venom gland)所組成。刺毒魚類這類用毒動物不同於河魨,其毒素由自體產生(河魨毒素由食物累積於體內),經毒腺分泌,藉由硬棘導引或注射到防禦對象身上(Bulaj et al. 2003;Fenner 2004;Smith and Wheeler 2006)。

毒腺附著於硬棘上,硬棘具溝槽。毒液的釋放是一種被動形式,並不能主動發射,當毒腺受壓迫時,毒液釋出並沿著溝槽導流至防禦對象的傷口上。被刺後傷口附近立刻產生劇烈疼痛感,隨後延伸擴散,會伴隨噁心、嘔吐、呼吸困難等症狀(伍漢霖 2006)。疼痛感可持續數小時之久,過敏體質者更會休克、甚至死亡。

波氏擬鮋(Scorpaenopsis possi)。具備良好偽裝能力的鮋科魚類之一,體表具備海藻狀之皮瓣。圖/自然保育季刊

如何預防刺傷,刺傷後應該如何處理?

刺毒魚類並不會主動利用毒刺進行攻擊,因此進行海岸活動或沿海作業時,應注意隨時週遭環境並穿戴相關保護措施(如手套、涉水鞋等)避免身體裸露、降低被刺傷的機會;若在必要情況下須接觸具尖刺且種類不明的魚類時,應避免徒手直接捕捉並藉由工具謹慎處理之。

刺毒魚類另一個對人類造成危害的地方,在於其造成的傷口可能會因為細菌感染而產生二次傷害,嚴重者會導致局部組織壞死、敗血症,甚至感染創傷弧菌(Vibrio vulnificus),而創傷弧菌感染後惡化快速,其所引致的併發症通常具較高的死亡率。

輻紋簑鮋(Pterois radiata)。獅子魚在遭遇威脅時,胸鰭及背鰭會展開,並以腹部朝著礁石、背部朝外的方式抵禦掠食者。圖/自然保育季刊

刺毒魚類的毒性依種類及釋放量而有所不同,而毒素主要為蛋白質,其結構不穩定,易受熱、酸鹼所破壞而失去毒性。遭刺傷後應盡快移除毒刺,在適當的條件下擠出毒液,使用熱、酸、鹼條件處理傷口,破壞毒素的活性,並做好傷口的清潔及消毒的工作,防止細菌的感染。

刺毒魚類所造成的傷害反應因人而異,經過現場初步處理後,應盡早送醫處理。

野外活動時要注意

刺毒魚類約占所有魚類的 8%。牠們形態多樣,彼此並非姐妹群關係,亦即起源於多個祖先,換言之,刺毒機制是多次獨立演化出來的,刺毒魚類一共可分為四個大類群,軟骨魚和硬骨魚各占兩大類,包括軟骨魚中的:(一)銀鮫目、異齒鯊科、角鯊科,(二)燕魟亞目;以及硬骨魚類中的(三)鯰形目,(四)鰭棘魚類。毒刺結構可發現於多個部位,如胸鰭、腹鰭、背鰭、臀鰭、尾柄、牙齒、主鰓蓋骨、肩帶上的匙骨等。

因為臺灣為海島地形,海岸線曲折漫長,周邊海域均有刺毒魚類的分布,民眾於海域進行經濟或休閒活動時均有機會接觸到刺毒魚類。雖然刺毒多為被動的防禦機制,並不是主動攻擊的手段,但部分刺毒魚類具備十分良好的偽裝能力,在靜止的狀態下難以被察覺,因此在野外活動時應隨時注意周遭環境是否存在刺毒魚類,並穿戴相關防護衣物、鞋子,避免誤觸而受傷,增加海域活動的安全性。

若不幸被刺毒魚類刺傷,在現場進行緊急處理後,應盡早求醫,以策安全。

斑馬短鰭簑鮋(Dendrochirus zebra)。胸鰭內側顏色鮮艷,具警戒作用。圖/自然保育季刊
自然保育季刊_96
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勸你別碰!認識可愛又致命的「菟葵」
Evelyn 食品技師_96
・2022/06/25 ・3139字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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到海邊戲水時,不知大家是否曾注意過,海水漲退潮之間的潮間帶,可能會出現一朵朵黃綠、青褐或帶些紫色,像小菊花般的生物?只要輕輕一碰,牠的觸手就會迅速縮起,所以也被稱作「海中的含羞草」。 

這個生物的名字叫做菟葵 (zoanthid) ,俗稱「鈕扣珊瑚」,是介於珊瑚與海葵的生物[1]。因爲具有美麗的色彩,故常被用來作為水族箱的裝飾;但其實菟葵並不如牠的外表和別稱這麼可愛,反而暗藏著能致命的劇毒!

==密集恐懼症警告!】==

==【會害怕的大家趕緊撤離!】==

外表可愛 (?), 實則暗藏劇毒的菟葵。 圖/wikimedia

神秘的外表下隱藏劇毒?!

菟葵泛指所有「群體海葵目」的生物,故又稱群體海葵;其下游物種繁多,主要分布於熱帶及亞熱帶海域。牠們的體內的共生藻類除了可提供宿主能量之外,也使得牠們體表色彩豐富多變[2, 3]

不過菟葵並不像珊瑚,擁有分泌堅硬石灰質骨骼的能力,所以為了保護自身組織,菟葵會在其所附著的地方分泌黏液,這些黏液會隨著時間變硬,形成幾丁質外殼,以作為替代骨骼[2, 3]

菟葵單體含有一個直徑約 10 毫米的開口,為平滑且寬大的口盤,外圍處有兩圈短小觸手,並透過共肉組織 (coenenchyme) 聚集在一起[3]

這些觸手一經碰觸就會像含羞草似地收縮,埋入共肉組織裡,因此常引起前來潮間帶戲水的遊客或潛水員的好奇觸摸,但部份的菟葵含有「菟葵毒 (palytoxin; PLTX)」,很容易就不小心引起中毒[4]

瘤狀菟葵 (Palythoa tuberculosa)。圖 / 參考資料 4、6

中毒的後果不堪設想

摸到菟葵而中毒到底會有多嚴重呢?

2008 年德國 1 名男子於家中清理水族箱時,手指不慎碰觸到菟葵後,感到四肢無力、肌肉疼痛、顫抖,隨後出現暈眩及言語障礙等症狀,經治療 4 星期後才完全康復[3]

除了直接觸摸之外,菟葵毒素也會經由食物鏈,蓄積於高階生物體當中,所以會食用菟葵或藻類的生物,如螃蟹、河魨或其他魚類等,體內都有可能蓄積毒素。在臺灣,就發生過多起人類食用水產品所造成的中毒案例[2]

臺灣最嚴重的中毒案例發生於 2011 年,臺東縣 1 位漁民捕獲俗稱青鱗仔的小沙丁魚,分送給親友們食用,結果有 2 人食用後感到舌頭麻痺,出現嘔吐、胸痛及全身刺痛等中毒症狀,其中 1 人死亡[3]

台東曾出現食用青鱗仔後,出現菟葵毒素中毒的案例。圖/Totti,

還有 2000 年,臺灣 1 名歲男子食用 3 尾米點箱魨 (Ostracion meleagris) 後感到不適、冒汗和呼吸困難,送醫後出現呼吸衰竭、血壓下降且心律不整等症狀,經醫院緊急治療後,心臟功能才恢復正常。但由於橫紋肌溶解症,導致急性腎衰竭、寡尿症狀持續 20 天之久,一個月後才康復出院[3]

塗在矛上的劇毒

這麼可怕的毒素,被研究者發現的時間其實並不長,約 40 年左右而已。

當初發現的由來,是源自於夏威夷 Muolea 地區,當地湖泊裡,生長著擁有劇毒的藻類,原住民會採集該毒藻塗抹於矛上製成毒矛,其毒性足以使獵物致命。後來經過許多學者前往採樣進行調查,1971 年終於成功純化出毒素,確認為——菟葵毒[5]

之後學者陸續發現,菟葵毒存在於許多生物體內,例如 Palythoa 屬及 Zoanthus 屬之菟葵及 Ostreopsis 屬的渦鞭毛藻皆有,與菟葵生活區鄰近的海洋生物,如海星、軟珊瑚或多毛蟲等,體內亦有發現菟葵毒[3]

不過有研究指出,從菟葵 (Palythoa caribaeorum) 分離出的細菌裡,發現具有類似菟葵毒之溶血活性。此外,也有學者從其他種細菌中分離出菟葵毒,所以大家推測,細菌也可能是菟葵的毒素來源[3]

日本沖繩本島東北海岸聚集許多瘤狀菟葵。圖 / 參考資料 6

菟葵毒分子結構龐大又複雜,比河魨毒更毒

菟葵毒為無色、易吸濕之非結晶性固體,外觀沒有固定形狀,為水溶性,具耐熱性。

其化學式為 C129H223N3O54,分子量為 2680.13 Da,結構複雜且分子量龐大,並存在著許多異構體以及結構類似物[註 1]

菟葵毒分子結構及其結構類似物。圖 / 參考資料 7

而在毒理學中,半數致死劑量 (lethal dosage 50%; LD50) 是描述有毒物質的常用指標之一,意為動物實驗中,能致使實驗動物產生百分之五十比例之死亡所需要化學物質之劑量。通常毒素給予實驗動物的方式,分為口服、靜脈注射和腹腔注射,不同的給予方式,毒性亦略有差異。

那麼菟葵毒的毒性到底有多強?其實它在非蛋白質類的生物毒中是最強的,就小鼠腹腔注射之 LD50 來看,為 0.15~0.72 μg/kg (體重)[3],大約是河魨毒素 (tetrodotoxin) 之 20~80 倍[註 2],毒性強度遠高於之前筆者所介紹過的麻痺性貝毒及河魨毒。

延伸閱讀

《在海產店吃盤「塔香西施舌」然後就死掉了?——來認識致命的「麻痺性貝毒」》
《推理系動畫毒殺利器!——認識致命的「河魨毒」》

不知道的海洋生物不要摸也不要吃

令人眼花撩亂的菟葵毒及其各類似物,毒性雖略有差異,但致毒機制大致相同。

身為神經毒素的菟葵毒,其引起中毒主要的症狀為發燒、噁心、嘔吐、呼吸困難、心律不整,或橫紋肌溶解所造成之肌肉疼痛,亦會引發其它藥理反應,如骨骼肌、平滑肌和心肌的收縮,及血小板的聚集等[2, 3]

菟葵毒的毒性不但猛烈,菟葵本身分佈的地區也不算少數——太平洋地區、西印度群島、牙買加、波多黎各及巴哈馬,以及臺灣的東北角、墾丁與綠島,均有出現的記錄[2]

此外,菟葵毒的研究歷史,不如麻痺性貝毒、河魨毒來得悠久,還有許多未知的地方。故呼籲大家,在進行夏日戲水活動時,請不要隨意觸摸不知名的海洋生物,也不要食用自行捕撈或來路不明的水產品,以避免菟葵毒中毒。

註解

  1. 結構類似物 (structural analog),是指一系列的化合物在主結構上大致相同,但部分結構會有一個或多個原子、官能基或子結構不同,造成它們之間的化學特性不太一樣。
  2. 河魨毒素 (tetrodotoxin) 之腹腔注射之 LD50 是 12.5~16 μg/kg (體重)[8]

參考資料

  1. 鄭源斌,2021。美麗菟葵 新藥寶庫?。科學人,230: 12。
  2. 吳尚宜,2017。基隆產珊瑚菟葵種屬的基因鑑定及其毒素對細胞毒性之探討。國立台灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
  3. 葉子寧,2018。基隆產菟葵 Palythoa tuberculosa 之季節毒性分析及菟葵毒萃取液之細胞毒性探討。國立台灣海洋大學食品科學所碩士學位論文。基隆。
  4. 社團法人台灣環境資訊協會,2016。海中的有毒含羞草—菟葵。台灣珊瑚礁體檢志工快訊。
  5. Moore, R. E. and Scheuer, P. J. 1971. Palytoxin: a new marine toxin from a coelenterate. Science 172: 3982 495-498.
  6. Aratake, S., Taira, Y., Fujii, T., Roy, M. C., Reimer, J. D., Yamazaki, T. and Jenke-Kodama, H. 2016. Distribution of palytoxin in coral reef organisms living in close proximity to an aggregation of Palythoa tuberculosa. Toxicon 111 86-90.
  7. Pelin, M., Brovedani, V., Sosa, S. and Tubaro, A. 2016. Palytoxin-containing aquarium soft corals as an emerging sanitary problem. Marine drugs 14: 2 33.
  8. Abal, P., Louzao, M. C., Antelo, A., Alvarez, M., Cagide, E., Vilariño, N., Vieytes M. R. and Botana, L. M. 2017. Acute oral toxicity of tetrodotoxin in mice: Determination of lethal dose 50 (LD50) and no observed adverse effect level (NOAEL). Toxins 9: 3 75.
Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421