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埋藏在海底的細菌電纜

陳俊堯
・2014/09/08 ・2131字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 519 ・六年級
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熱死人的天氣,你卻身陷人潮中動彈不得。三公尺外的桌上有冰啤酒,你看得到卻拿不到。只能乾瞪眼嗎?那可不,因為你的一群朋友正好站在你和啤酒之間,只要叫他們一個接一個地傳過來就搞定了。有一隊自己人排成的人龍,可以快速把遠方的好東西傳遞到你手上,看你是要冰淇淋,熱狗還是搶贈品都沒問題。

下一個場景我們來到海邊。有湛藍的海水,陽光,和大片燙腳的沙灘。偶爾你會想到找找砂裡的貝殼,或者注意到礁石上的石鼈還有藤壺的奇怪長相。喜歡生物的人大概很少會往海水裡找,更不會有人注意到沉積在大片海水下面的底泥。丹麥的 Lars Peter Nielsen 教授發現了不一樣的東西。他發現在 Aarhus 港的海洋底泥裡有電流在表層和底層間傳送。而且發現這是一個生物現象。為什麼會有生物會跟電流的產生有關係?

cable map
找到電纜細菌的地點之一,丹麥的 Aarhus 港。

電是一種自然界可以取得的能量,不是只會從發電廠裡產生的。夏天常有雷陣雨,電從天上的雲跳到地面上來玩耍就是雷,放出的能量可以把人燒焦。如果我們能在對的時間把電纜掛上對的雲(呃,掛得住的話),或許導出來的電可以讓我們用好一陣子。有沒有生物也可以利用自然的電位差來生活呢?

學過生物學的朋友會知道所有生物細胞都有電子傳遞鏈這個機制,細胞從A分子拉出帶有能量的電子,放進傳遞鏈裡放出能量,再交給B分子帶走。這過程有點像你在超商買了電池,帶回家使用,等電用光了再把這電池送去回收站。這樣一來生物只要有個穩定的電子來源(賣電池的地方),跟一個接收電子的接受者(回收廢電池的地方),就可以持續得到能量,讓自己活下去。如果賣電池的地方和回收電池的地方不是同一個,中間間隔有捷運一站的距離,那為了得到穩定的電源供應,你或許還願意走個十五分鐘去了結這件事。如果這間隔是高鐵一站的距離呢?那大部份人可能就放棄了吧?

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大部份的細菌碰到這種狀況也只能放棄。海洋底泥深處是沒有氧氣的厭氧環境,很多細菌活在這裡,利用硫化氫當做燃料來提供能量。Nielsen 教授在 2010 年時在海洋底泥裡發現有電流產生[1]。研究人員發現當底泥上海水裡的氧氣量充足時,數公分深的底泥裡積存的硫化氫會很快被用掉,顯示在數公分深的厭氧區裡生長的細菌,似乎可以用某種方式利用氧氣來接收從硫化氫抽出的電子,以產生能量。令人不解的就是這數公分的距離;這距離對細菌來說就好比我們走到下一個高鐵站的距離,細菌不可能持續來回穿梭數公分來完成這個反應,因為這可是細菌體長的好幾千倍的距離啊。

2012 年的後續研究報告終於揭露了驚人的答案[2]。這些屬於 Desulfobulbaceae 科的新種細菌,原來會自己排成一排,接成一條長龍來連接厭氧區和有氧區,讓在厭氧區的細菌可以抽取在硫化氫裡的電子,一路經過同伴傳送到遠方的有氧區交給氧氣。而在這條線路上合作的同伴個個都能分到好處,更鞏固了這樣的合作行為。如果你有一整隊的朋友排好幫你傳來無限量供應的啤酒,我想每個人在幫你工作的時候,自動地攔截一兩杯滿足自己的需求,應該是很合理的報酬。透過幾千隻同伴的合作,小細菌可以克服體型上的劣勢,能夠利用到環境裡分隔在兩地的資源,成為在資源不足的海洋棲地裡勝出的成功戰略。

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電纜細菌的長相。(上圖)每隻細菌頭尾相接,結成一長串。(下圖)細菌的外表有很多道縱溝。照片出自原研究論文。

今年,Nielsen 教授又追加了兩篇重量級的研究報告〔3, 4〕。他也應邀在今年八月底於韓國首爾舉行的第十五屆國際微生物生態學會年會(ISME15)裡,以電纜細菌(cable bacteria)為題介紹這群特殊的小生物。在今年發表的研究論文裡,他指出這些細菌不只能利用氧氣,在沒有氧氣的時候它們也能改用硝酸根離子來接收電子,讓電流持續產生。這就像你到了個附近沒咖啡廳的環境,只要有便利商店,你一樣可以買到咖啡來讓自己維持在清醒的工作狀態,這樣就擴張了你能繼續工作的空間範圍。他們在實驗室裡測試這些電纜細菌的生長狀況。在 10 天內就可以佈滿 1.5 公分厚的底泥層,21 天後這些”電纜”的總長度已經到達每平方公分裡有兩公里長的線路。他們觀察到這些電纜還會隨時間和深度來調整而逐步加粗。這些細菌真的是很厲害的小小佈線者。

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Lars Peter Nielsen 教授在今年八月底 ISME15 研討會中談電纜細菌。

演講中他還提到,自從發現這個有趣的機制後,團隊成員開始到處去尋找厭氧底泥區,看看像這樣的細菌合作關係是不是個普遍存在的自然現象。他們刻意帶了儀器到不同地區的海邊去測電流,連 Nielsen 教授自己家後院的水塘也不放過。他們發現這種有趣的合作關係果然在很多不同的環境都存在。我們人類又搞懂一種細菌在自然環境討生活的絶活了。

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Nielsen 教授正在說明 2013 年 10 月在自家後院找電纜細菌的經過。

進階閱讀

  1. Nielsen LP, Risgaard-Petersen N, Fossing H, Christensen PB, Sayama M. Electric currents couple spatially separated biogeochemical processes in marine sediment. Nature. 2010 Feb 25;463(7284):1071-4.
  2. Pfeffer C, Larsen S, Song J, Dong M, Besenbacher F, Meyer RL, Kjeldsen KU, Schreiber L, Gorby YA, El-Naggar MY, Leung KM, Schramm A, Risgaard-Petersen N, Nielsen LP. Filamentous bacteria transport electrons over centimetre distances. Nature. 2012 Nov 8;491(7423):218-21.
  3. Marzocchi U, Trojan D, Larsen S, Meyer RL, Revsbech NP, Schramm A, Nielsen LP, Risgaard-Petersen N. Electric coupling between distant nitrate reduction and sulfide oxidation in marine sediment. ISME J. 2014 Aug;8(8):1682-90.
  4. Schauer R, Risgaard-Petersen N, Kjeldsen KU, Tataru Bjerg JJ, B Jørgensen B, Schramm A, Nielsen LP. Succession of cable bacteria and electric currents in marine sediment. ISME J. 2014 Jun;8(6):1314-22.
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陳俊堯
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慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

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奪命瞬間!劇烈撕裂性胸背痛恐是「主動脈剝離」,醫師解析分型與微創保命關鍵
careonline_96
・2026/04/16 ・2123字 ・閱讀時間約 4 分鐘

猛爆性胸痛!主動脈剝離常伴隨致命併發症,外科手術、微創主動脈支架解析,心臟血管外科醫師圖文懶人包

突發劇烈撕裂性胸背痛,當心是致命「主動脈剝離」!若延誤恐引發中風或猝死。本文由醫師解析甲乙型差異,並帶您了解開放式手術與微創支架等保命治療關鍵。

「那是一位中年男性,有天中午在搭車的時候突然發生非常劇烈的胸痛及背痛,痛到全身冒冷汗,而被送到急診室。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示,「經檢查確認為乙型主動脈剝離(Type B),患者便住進加護病房密切觀察。」

後續經藥物治療血壓仍無法良好控制,且追蹤電腦斷層後發現主動脈剝離進展,因此患者接受微創主動脈支架置放手術。陳紹緯教授說,在先進影像系統的導引下,醫師利用主動脈覆膜支架封住主動脈內膜裂孔,患者順利恢復,目前持續在門診追蹤治療。

主動脈是人體最大的動脈血管,管壁構造分為三層:內層、中層與外層。陳紹緯教授指出,當主動脈內膜出現裂孔,血液會灌入血管壁中,形成血管壁撕裂的現象,稱為「主動脈剝離」。

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出現主動脈剝離時,血液原本流通的管腔稱為「真腔」,而血液灌入撕裂處所形成的空間則稱為「假腔」。

主動脈剝離爆發胸痛

主動脈剝離較常出現在男性,危險因子包括高血壓、老年人、動脈粥狀硬化、結締組織疾病、家族病史等。

主動脈剝離通常是突然發作,患者會感到非常劇烈的撕裂性胸痛,疼痛可能由前胸延伸至背部,常伴隨呼吸急促、全身冒冷汗。陳紹緯教授說,若剝離延伸至供應腦部的血管,可能導致腦中風;若影響冠狀動脈,可能引發心肌梗塞;若波及脊椎供血,可能造成下肢癱瘓;若影響腎動脈,可能造成急性腎衰竭。主動脈剝離也可能造成血胸、腸缺血、下肢缺血壞死等嚴重併發症。

主動脈剝離恐致嚴重併發症

臨床上會根據剝離位置將主動脈剝離分為兩型,「甲型主動脈剝離(Type A)」與「乙型主動脈剝離(Type B)」。陳紹緯教授說,剝離範圍包括升主動脈稱為「甲型主動脈剝離(Type A)」,剝離範圍僅降主動脈稱為「乙型主動脈剝離(Type B)」。

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甲型主動脈剝離(Type A)是威脅生命的急症,需立即進行緊急手術治療,也有許多患者在發作時即猝死;乙型主動脈剝離(Type B)則需住進加護病房密切觀察,視情況採藥物或介入治療。

主動脈剝離治療

甲型主動脈剝離(Type A)的治療以開放式手術為主,由心臟血管外科醫師打開胸腔,切除剝離的主動脈段,並以人工血管重建主動脈結構。

乙型主動脈剝離(Type B)的治療方式包括藥物控制與微創主動脈支架置放手術。主動脈支架包覆一層薄膜,展開後可貼合主動脈壁,封閉內膜裂孔,阻止血液進入假腔。

微創主動脈支架置放手術一般會從腹股溝處將導管放入股動脈,在先進影像系統的導引下將覆膜支架送至主動脈病灶,確認位置後展開支架,讓血液在支架內流動,避免再度灌入裂孔。陳紹緯教授說,若主動脈弓的動脈受到影響,便需要透過另一個刀口進行血管繞道手術或支架手術來重建腦部或上肢血管血流。

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主動脈剝離患者在接受主動脈支架手術後,請務必定期回診追蹤,並嚴格控制血壓、血糖、血脂,以降低再發風險。

筆記重點整理

  • 主動脈剝離通常是突然發作,患者會感到非常劇烈的撕裂性胸痛,疼痛可能由前胸延伸至背部,常伴隨呼吸急促、全身冒冷汗。主動脈剝離也可能造成腦中風、心肌梗塞、血胸、腸缺血、下肢癱瘓、下肢缺血壞死、急性腎衰竭等嚴重併發症。
  • 剝離範圍包括升主動脈稱為「甲型主動脈剝離(Type A)」,剝離範圍僅降主動脈稱為「乙型主動脈剝離(Type B)」。甲型主動脈剝離(Type A)是威脅生命的急症,需立即進行緊急手術治療,也有許多患者在發作時即猝死;乙型主動脈剝離(Type B)則需住進加護病房密切觀察,視情況採藥物或介入治療。
  • 甲型主動脈剝離(Type A)的治療以開放式手術為主,由心臟血管外科醫師打開胸腔,切除剝離的主動脈段,並以人工血管重建主動脈結構。
  • 乙型主動脈剝離(Type B)的治療方式包括藥物控制與微創主動脈支架置放手術。主動脈支架包覆一層薄膜,展開後可貼合主動脈壁,封閉內膜裂孔,阻止血液進入假腔。若主動脈弓的動脈受到影響,便需要透過另一個刀口進行血管繞道手術或支架手術來重建腦部或上肢血管血流。
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不想戴老花眼鏡有救了?揭開「老花眼藥水」背後的針孔效應與市場大戰
PanSci_96
・2026/04/15 ・2226字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你是不是也開始覺得,看手機的距離得越拿越遠,餐廳菜單上的字也變得有些模糊?沒錯,老花眼(Presbyopia)是每個人生命中難以逃避的生理關卡。目前全球有超過二十億人飽受老花之苦,長期以來,我們似乎只能無奈地戴上老花眼鏡,或是尋求侵入性的雷射手術。但近年來,醫學界出現了令人振奮的突破——「老花眼藥水」。滴一滴眼藥水,就能暫時告別老花眼鏡?這到底是甚麼黑科技?

為什麼會老花?傳統矯正方式有什麼盲點?

老花眼的根源在於眼內「晶狀體(Crystalline Lens)」的老化。年輕時,晶狀體充滿彈性,能隨著睫狀肌的收縮改變形狀,就像相機鏡頭一樣精準對焦。然而,隨著年紀增長,晶狀體內的膠原蛋白因為長期的氧化壓力而產生化學變化(形成雙硫鍵),導致晶狀體變硬、失去彈性。當它無法再聽從睫狀肌的指揮時,我們的眼睛就失去了看清楚近距離物體的能力。

過去,解決老花眼主要依賴光學矯正或手術。老花眼鏡雖然直接,但在看遠和看近之間必須頻繁摘戴,常讓人覺得麻煩,忘了帶眼鏡更是讓人焦慮;漸進多焦鏡片則有視野邊緣扭曲的問題,需要長時間適應,甚至會引發頭暈。而若是選擇多焦點隱形眼鏡,中高齡族群又常伴隨乾眼症,戴起來十分不適。至於單眼視力雷射或人工水晶體置換等手術,不僅費用高昂,不可逆的侵入性也伴隨著對比敏感度下降及夜間眩光等後遺症,讓許多人望之卻步。

「治本」太難,不如靠「針孔效應」治標?

為了解決傳統治療的痛點,各大藥廠開始研發能改善老花的眼藥水。從藥理機制的分類來看,研發方向主要分為兩大派別:「晶狀體軟化劑」與「縮瞳劑」。

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科學家們最初滿懷理想,試圖開發能打破晶狀體老化化學鍵的「晶狀體軟化劑」(如 Novartis 的 UNR844 專案),希望讓晶狀體恢復彈性,達到徹底「治本」的效果。可惜的是,眼球內部的無血管封閉環境難以讓藥物達到足夠濃度,且打破化學鍵的過程極難精準控制,不僅未達預期療效,還可能引發白內障。隨著這條研發路徑在臨床試驗中受挫,產業界將資源全面轉向了另一條路徑——「縮瞳劑」。

縮瞳劑不改變晶狀體的結構,而是利用光學原理中的「針孔效應(Pinhole Effect)」。就像攝影機縮小光圈可以增加景深一樣,縮瞳劑會刺激瞳孔括約肌,使瞳孔縮小。當瞳孔縮小至 1.6 到 2.5 毫米的黃金區間時,能有效過濾掉周邊散射的光線並減少球面像差,大幅增加眼睛的「焦深」。這樣一來,不需改變晶狀體的形狀,患者就能看清楚近處和中距離的影像,同時也不會影響遠處的視力。

從霸主到挑戰者,老花眼藥水的市場大戰

自從 2021 年美國 FDA 核准了全球首款老花眼藥水 Vuity 之後,這個被視為眼科研發領域的「重磅炸彈」級市場便正式點燃戰火。目前市場上有幾個主要競爭者,各自在成分與技術上祭出奇招:

1. 先行者 Vuity(AbbVie):作為市場霸主,Vuity 採用 1.25% 濃度的毛果芸香鹼(Pilocarpine),點藥後約 15 分鐘生效,藥效維持約 6 小時。它的優勢是搶佔先機與知名度,但作為第一代產品,其容易引起頭痛、眼白泛紅等副作用成為對手攻擊的弱點。 2. 挑戰者 Qlosi(Orasis):同樣使用毛果芸香鹼,但將濃度大幅降至 0.4%,且搭配不含防腐劑的獨特配方。Qlosi 於 2023 年獲批,主打「舒適度」,試圖吸引那些因為 Vuity 副作用而停藥的患者。 3. 長效複方 Brimochol PF(Visus):目前處於研發後期的 Brimochol PF 則主打「長效」。它巧妙結合了強效縮瞳劑(Carbachol)與防止瞳孔再次放大的成分(Brimonidine),有望將藥效延長至 8 到 10 小時,解決了第一代藥物一天需頻繁點好幾次的痛點。 4. 黑科技給藥 LNZ100(Eyenovia):這款研發中的產品採用了更具「瞳孔選擇性」的成分 Aceclidine,專注作用於縮瞳而不影響睫狀肌,大幅減少了眼痛感。此外,他們還搭配了獨家「Optejet 微量噴霧技術」,透過更精準的給藥減少藥水溢流,直接從硬體設備端進行降維打擊。

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滴一下就完美?不可忽視的副作用與風險

雖然老花眼藥水聽起來像是一秒變年輕的魔法,但它並非毫無缺陷。在臨床應用幾年後,醫界也提出了幾項重要的安全警示:

首先是「夜間視力下降」。因為瞳孔縮小,進入眼睛的光線變少了,導致在昏暗環境下視力明顯變差。因此,點藥後絕對不建議進行夜間駕駛。其次是「初期不適感」,包含眉骨痠痛、頭痛和眼睛充血,這主要是因為藥物刺激睫狀肌痙攣所引起。最後,也是最重要的警示——「視網膜剝離風險」。FDA 已要求 Vuity 更新標籤警告,因為睫狀肌的收縮可能會牽扯到視網膜,在極少數情況下增加視網膜撕裂或剝離的風險,高度近視患者在使用前必須經過眼科醫師的嚴格評估。

結語

老花眼藥水的出現,無疑為 40 到 55 歲的輕度老花族群提供了一個全新的「無鏡片」選擇。從傳統的光學矯正,到如今利用「針孔效應」的藥理學突破,我們見證了科學如何優雅地解決人類老化的痛點。雖然目前的產品仍需面對延長藥效與降低副作用的挑戰,目前的態勢更是「一超多強,差異化生存」。但隨著各大藥廠的激烈競爭,未來的產品勢必會越來越完善。或許在不久的將來,早晨出門前滴一滴眼藥水,輕鬆滑手機、看菜單,將成為我們日常生活的新常態。

參考資料

  1. Charman WN, Whitefoot H. (1977) Pupil diameter and the depth-of-field of the human eye.
  2. U.S. Food and Drug Administration (FDA) label update for Vuity regarding retinal detachment risks.
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撕裂般胸痛當心致命危機!一次看懂主動脈剝離與「免開胸」新型支架手術
careonline_96
・2026/04/14 ・1459字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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主動脈剝離常伴隨致命的突發性胸背劇痛。本文帶您了解其危險因子與治療方式,並解析新型混合式支架手術如何免除開胸,以更小的傷口減輕患者疼痛,大幅加速術後恢復。

提問:請問主動脈剝離可能出現哪些症狀?

劉國聖醫師:主動脈剝離最常見的症狀是突發性的嚴重胸痛,會轉移到背部。少部分的病人是用器官灌流不良來表現,比如說,如果發生下肢血管灌流不良,會出現腳麻痺、腳痛;如果是腸子的血管灌流不良,就會出現急性腹痛的症狀。

提問:請問主動脈剝離的危險因子有哪些?

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鄭羽廷醫師:主動脈剝離的危險因子有很多,像一些先天性的疾病、基因的缺陷、高血壓、外傷或者是感染,這些東西都有可能讓主動脈的質地變差,進而造成突然的破裂剝離。

提問:請問主動脈剝離該如何治療?

劉國聖醫師:急性主動脈剝離分成A型跟B型主動脈剝離。所謂A型主動脈剝離,就是有影響到升主動脈;B型主動脈剝離,就是沒有影響到升主動脈。一般來說急性A型主動脈剝離,因為它破裂死亡的機率非常的高,所以A型主動脈剝離是以手術治療為主。急性B型主動脈剝離,大部分的情況是以藥物治療即可,除非病人有出現嚴重的背痛,或是有嚴重的器官灌流不良,才會需要立即的手術治療。

提問:請問主動脈支架手術會如何進行?

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鄭羽廷醫師:主動脈支架手術需要從腹股溝的地方,將支架從腹股溝的血管送到胸主動脈的位置做釋放。視每個人的情況不一樣,如果需要遮擋住往左手的血管,左手的血管就需要再進行其他的外科手術進行繞道,譬如說需要一個左脖子到左腋下血管的繞道,所以這時候你的脖子跟胸口這邊,就會另外需要再兩個傷口。

提問:請問主動脈支架手術能帶給患者哪些好處?

鄭羽廷醫師:如果患者的血管它的解剖構造適合使用主動脈支架來處理的話,病人的傷口就只會有一個腹股溝一個打針的傷口。再視情況,如果需要做一些脖子或者是手的血管的繞道,他的脖子或者是手、胸前就需要開另外一些傷口。如果是要使用傳統的手術來置換的話,譬如說你需要去縫合主動脈弓的血管,或者是降主動脈的血管,這時候你的側胸就需要開一個三、四十公分長的傷口。所以這兩個的侵襲性跟術後恢復的情況相比,主動脈支架病人會舒適很多,恢復也會快很多。

提問:請問新型混合式主動脈支架手術會如何進行?

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鄭羽廷醫師:新型的混合式主動脈支架,它有內建一個血管的側支,所以主動脈支架釋放之後,我們可以再從手的血管進來再釋放一個側支的支架。這樣子做的好處就是可以不需要脖子跟胸口的另外那兩個外科的切口。

提問:請問新型混合式主動脈支架手術能帶給患者哪些幫助?

鄭羽廷醫師:新型的混合式主動脈支架,它可以省去一些外科手術的傷口,所以可以減少病人的疼痛不適,還有減少一些聲帶麻痺的風險。有些時候它也可以減少、避免病人的胸口需要鋸開,需要開胸手術。

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