網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

月球上的輕功水上飄–2013搞笑諾貝爾物理學獎

吳京
・2014/11/04 ・1499字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 543 ・八年級
電影《少林足球》截圖
六師弟,綽號「輕功水上飄」。來源:電影《少林足球》

武俠小說中,當一個人輕功練到極致,而作者又不想花太多時間取綽號時,就會給他「草上飛」或「水上飄」的稱號。意思是只要夠輕夠快,即便是草或水這種軟趴趴的東西,高手還是可以在其表面借力而行。

在輕功已失傳的現代,我們還是可於youtube網站上看到許多挑戰「水上飄」的影片。然而,除了摩根費里曼之外,這些水上飄都是借由預置的浮板暗樁或是在黏滯力高的非牛頓流體上達成的。

而在大自然中,講到水上飄,直覺想到的是水黽,然水黽僅藉著表面張力安安穩穩地踩在水面上,速度不快,只配類比日本忍術水蜘蛛之流的小把戲,不足以形容中華武學博大精深的輕功。真正能點水奔馳的動物,首推中南美洲的蛇怪蜥蜴(Basilisk lizard)

Basilisk lizard是真正的水上飄高手。Credit:Stephen Dalton/Solent News
Basilisk lizard是真正的水上飄高手。Credit:Stephen Dalton/Solent News

哈佛大學的生物學家曾在1996年仔細研究過蛇怪蜥蜴於水上跑步的原理,發現其腳掌拍擊水面時,會使水面凹陷出一個空穴(air cavity),腳踏空穴曲面所產生的反作用力可支撐體重;空穴持續的時間與腳掌面積的有效半徑之0.5次方成正比(Tcavity α Reff0.5),不久後,旁邊的水就會回填此凹陷,故需要快速換腳以維持力道與平衡。蛇怪蜥蜴的體重輕,頂多200公克、其腳掌大而平,增加拍擊水面的有效面積,還有一雙強健的腿,跑步的頻率高達每秒8步,故可達成「水上飄」的境界。以人類的體重而言,我們的肌肉力量需要再提高15倍,才有可能奔跑於水面上。

幾個在義大利的人類生理學家還是沒有放棄水上飄的夢,他們發現如果依蛇怪蜥蜴腿長與腳掌大小的比例,讓人類穿上面積0.1平方公尺的蹼掌蛙鞋,那麼僅需以每秒1.7步的頻率在水上跑,就可以在空穴回填前跨出下一步,這個步伐是一般人是可以達到的。然而,每次踏水產生的反作用力尚不足以支撐一般人的體重,人類想要水上飄還需要減重。在這些研究者眼中,最有效率的減重方式不是少吃澱粉多運動,而是把人移到重力場較小的環境。

經由他們的計算,只要處於重力場為地球的22%以下之環境,穿上蹼掌蛙鞋的人類就可能可以在水上奔跑;月球的重力為地球的16%,只要能跨出每秒1.7步的步伐,水面就可支撐73公斤重的人。研究團隊還找了六位體重66公斤的受測者,在他們的腰際綁上支撐體重的彈性繩以模擬10~25%的重力環境,然後讓受測者穿著蛙鞋學蛇怪蜥蜴的跑步方式在水池上奔跑並記錄身體重心等數據,發現減輕體重果然有效。

研究者進一步說明,處於真正的低重力環境,水上飄的成功率更會高,因為水面的空穴回填時間會延長,而且人體下肢的負擔也會減輕,讓更多的肌力可用於奔跑的動作。此外,這篇研究論文還說其實也不一定要去月球,人們也可以去木星的某些衛星上水上飄,因為那邊不但重力條件符合,其地表還有水份覆蓋。

此研究成果於2012年被發表在公共科學圖書館期刊(PLOS one)上,並於2013年獲得了搞笑諾貝爾物理獎的殊榮。以「人類如果到月球上去就可以在水上跑」為研究主題,拿搞笑諾貝爾獎可說是實至名歸。

參考資料:

  1. Winners of the Ig® Nobel Prize
  2. Size-Dependence Of Water-Running Ability in Basilisk Lizards,” J. W. GLASHEEN, AND T. A. MCMAHON, The Journal of Experimental Biology 199, 2611–2618 (1996).
  3. Humans Running in Place on Water at Simulated Reduced Gravity,”Alberto E. Minetti1, Yuri P. Ivanenko, Germana Cappellini, Nadia Dominici, Francesco Lacquaniti, PLoS ONE, Volume 7, Issue 7, e37300 (2012).

本文轉載自作者部落格吳京的量子咖啡館

文章難易度
吳京
26 篇文章 ・ 2 位粉絲
正職是二個娃兒的奶爸,副業為部落格《吳京的量子咖啡館》之館主。為人雜學而無術、滑稽而多辯,喜讀科學文章,再用自認有趣的方式轉述,企圖塑造博學又詼諧的假象。被吐嘈時會辯稱:「不是我冷,是你們不懂我的幽默。」


0

6
0

文字

分享

0
6
0

推理系動畫毒殺利器!——認識致命的「河魨毒」

Evelyn 食品技師_96
・2022/01/21 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 文/Evelyn 食品技師

早在兩千年前《山海經》就提到肺魚(河魨)[註 1]會毒死人;明代的《本草綱目》亦記載:「河魨有大毒,味雖珍美,食之殺人」,可知早在古代,大家就發現河魨肉的美味之處,也知道他擁有「劇毒」,甚至連動畫《名偵探柯南》都曾上演用河魨毒殺人的案件呢!(動畫第 226 ~ 227 集:戰鬥遊戲的陷阱)

河魨是媲美和牛的夢幻料理,為了一嚐美味連命都不要了!

在日本,河魨被視為珍饈佳餚,尤其河魨生魚片富含膠原蛋白、脂肪含量低、味道清爽鮮甜,口感爽脆帶勁,其美味足以媲美日本和牛,被認為是一生必吃一次的夢幻料理。

許多饕客無法抗拒河魨的美味,為了能嚐上那一口極品,即使冒著生命危險也在所不惜。史上因河魨送命的最知名案例,莫過於 1975 年日本國寶級歌舞伎演員八代目坂東三津五郎,在料亭師傅推薦下,吃了四份河魨肝(據說是河魨最美味的部位)後中毒身亡,成為食魨死士。

根據日本厚生勞動省統計,在 1959 年前,日本每年因河魨毒中毒死亡的人數超過 100 人,直至 1982 年後,中毒死亡人數才降至每年 10 人以下。主要是因日本政府推行「河魨料理廚師執照」,通過筆試與術科考取執照,才可以合法烹調河魨,使河魨毒中毒死亡率大幅降低。 

星斑叉鼻魨 Arothron stellatus(Bloch and Schneider)。圖/參考資料 1

相較之下,臺灣雖然沒有如此盛行吃河魨,但每年仍發生不少因誤食河魨而中毒的案例。筆者根據衛生福利部的歷年食品中毒資料統計,從民國 81 年至 109 年河魨毒中毒案件計有 33 案,患者總人數為 139 人,死亡總人數為 11 人,死亡率高達 7.9%。

民國 81 年至 109 年河魨毒中毒統計資料。資料來源/衛生福利部

分析主要原因是漁品產銷人員及社會大眾辨識河魨能力不足,為此,民國 101 年衛生福利部食品藥物管理署出版「臺灣常見有毒河豚(魨)圖鑑手冊」,整理臺灣常見之有毒河魨(參考資料 1),提供漁品產銷人員及社會大眾參閱,故民國 101 年後的中毒案件及人數確實有顯著下降。

河魨毒素究竟有多強?和「麻痺性貝毒」非常接近!

1909 年,日本科學家首次從河魨卵巢中分離出毒素,命名為河魨毒素(tetrodotoxin; TTX)。1964 年後,日本科學家們確定 TTX 化學結構。TTX 分子式為 C11H17O8N3,分子量為 319 Da,為河魨毒中毒性最強的主要化合物,擁有許多結構類似物(structural analog)[註 2],分子量與毒性強弱依結構型態而有所不同。 

河魨毒素(tetrodotoxin; TTX)分子結構及其結構類似物。圖 / 參考資料 5

其中以 TTX 毒性最強,小鼠口服之半數致死劑量 LD50 是 334 μg/kg [註 3],跟麻痺性貝毒的毒性十分接近(蛤蚌毒素 LD50 為 263 μg/kg)[註 4]。且不論是化學特性、中毒機制、毒性或治療方式,皆與麻痺性貝毒非常相似。

當 TTX 進入人體內組織後,會阻塞神經末梢細胞上的鈉離子通道,使鈉離子無法進入神經細胞,膜電位無法去極化 (depolarization),動作電位無法產生,使神經元失去傳導功能,進而造成中樞神經、知覺神經及運動神經麻痺。尤其當毒素量高時,迷走神經、血管運動中樞至橫膈膜皆麻痺,最後蔓延至呼吸神經麻痺而死。

TTX 潛伏期一般在 3 小時內(通常在 10 至 45 分鐘),潛伏期長短亦受進食毒素量影響。目前河魨毒中毒並無特殊之藥物可以使用,主要治療乃是支持性療法為主。如未產生呼吸衰竭,應不會造成死亡。但若患者已產生明顯之肌肉無力現象,則應隨時準備放置氣管插管,並以人工呼吸器幫助呼吸。亦可給予經稀釋的活性碳及輕瀉劑,以加速毒素排出。

而《名偵探柯南》動畫中,更是直接將河魨毒刺入人體動脈中,作用的速度和反應會比食用更快、更強烈。筆者估計死者應該當場暴斃,連症狀都來不及發生……也順便稱讚一下,那集茱蒂老師講解 TTX 的毒性資訊真的正確無誤喔!

這位是茱蒂老師(怕你忘記是誰)。圖/IMDb

河魨毒原來是細菌產生的!河魨怎麼不會被自己毒死?

河魨毒最早是發現於河魨因而得名,後來也被發現存在於其他脊椎生物中,包括蠑螈、蝦虎魚、箭毒蛙等;無脊椎動物包括海螺及章魚等。後來在河魨、有毒蟹類以及紅藻 Jania sp. 中篩檢出海洋菌株 Shewanella algaAlteromonas tetraodonis,並發現該細菌具有產生河魨毒的能力。

海洋菌株 Shewanella alga。圖/參考資料 5

後續有愈來愈多研究證實,河魨毒主要來源應是具產河魨毒能力之細菌,經由寄生或共生的方式,存在於生物體(如藻類、魚、蝦、蟹或貝等)中,河魨再透過食物鏈累積在其體內,而非河魨自己產生。河魨甚至還會刻意選擇具有河魨毒之生產能力的生物為食物,使毒素累積在體內,以肝臟、卵巢累積最多,腸道、皮膚次之,為一種特殊的防禦機制。

此外,河魨的肌肉中,因含有河魨毒結合蛋白(TTX-binding protein),可包覆河魨毒,參與河魨毒的運輸,使河魨對毒素耐受性高,才不會被自己毒死。

  • 延伸閱讀:盤點海洋中的「毒系寶可夢」!河豚、貝類有毒不是 they 的錯 ft. 食品技師 Evelyn【科科聊聊 EP71】

這批有夠純!河魨毒除了可以止痛,還可以被海豚拿去「吸」?

想不到的是,身為天然劇毒的河魨毒對生物可不全然只有害,有研究指出河魨毒由於具有抑制神經傳導的作用,可能有機會應用於醫療用途呢!

動物實驗的結果顯示,微量的河魨毒可作為局部麻醉劑,合併其他麻醉藥物一起使用,可有效延長局部麻醉時間;作為止痛劑使用,也能有效減輕受傷所造成的發炎反應、肌肉疼痛及神經性疼痛,且無其他副作用,比起嗎啡(morphine)更溫和。

當然,以上河魨毒的醫療應用,於人體實驗還需要進一步的研究。

另外英國《BBC》的自然紀錄片《荒野間諜》(Spy in the Wild)在南非拍攝到罕見的「海豚吸毒」景像。海豚們紛紛把河魨當成玩具亂丟亂甩,把河魨咬在口中「吸毒」,陷入恍惚的興奮狀態,並做出各種ㄎ一ㄤ到不行的行為,最後玩膩了才把河豚放走,是不是有夠像小屁孩呢!

海豚吸河魨毒影片截圖。圖/參考資料 7

不要拚死吃河魨!注意應避免食用來路不明的水產品

最後還是要呼籲,只要避免食用河魨或來路不明的水產品,即可有效避免河魨毒中毒。如果真的需要滿足口腹之慾而「拚死吃河魨」的話,建議先確認是否屬無毒魚種,並有效去除其內臟組織及皮膚。

若不幸食用河魨而中毒時,應先催吐使胃內容物排出,並儘速就醫,以免因中毒嚴重,造成呼吸衰竭而死亡。 

註解

  1. 河魨,常作河豚,古名肺魚。
  2. 「河魨毒」為 TTX 及其所有結構類似物的總稱;「河魨毒素」為 TTX;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、官能基或子結構的不同,造成他們之間的化學特性可能不一樣,故河魨毒一系列類似物的毒性大小不會完全相同。
  3. 半數致死劑量(lethal dosage 50%; LD50),指在動物實驗中,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。
  4. 麻痺性貝毒(paralytic shellfish poison)為一系列毒素總稱,其中毒性最強烈的毒素為蛤蚌毒素(saxitoxin)。

參考資料

Evelyn 食品技師_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,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資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421