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為了帝國而戰 —《風中的瑪利亞》

PanSci_96
・2015/01/28 ・2684字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

Vespa mandarinia
Vespa mandarinia, credit: photo pin

(本文摘自《風中的瑪利亞》,春天出版社出版)

帝國以十萬火急的速度,為新女王蜂建造大型的房室。每次造好新的房室,「偉大之母」便會在裡頭產卵。從這些卵中孵化出的,全是「新女王蜂」。

整個帝國都為了新世代而開始運作起來。能親眼見證這個時代,令瑪利亞感到喜不自勝。那是當初建造帝國的基礎、鞠躬盡瘁的姊姊們無法親眼見識的「新時代」。瑪利亞懷著更加強烈的使命感出外狩獵,但昆蟲正極速從森林和原野中消失。儘管如此,因為工蜂姊妹們數量增加的緣故,她們還是得以養活幼蟲們。

如今帝國已即將達到顛峰,工蜂數量直逼三百隻,也靜靜地持續進行著世代交替。原本活躍於第一線的姊姊們,走下舞台,將位子讓給了妹妹們。工蜂很少會在巢內壽終正寢,大部分是在出外狩獵或拾取築巢材料時,就此一去不返。

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現在的瑪利亞在工蜂中的力量、資歷及豐富的經驗,已是足以代表帝國的獵人,妹妹們都對她無比敬重。但金龜子和天牛幾乎已從雜樹林中絕跡,使得瑪利亞的狩獵成果每況愈下,情況嚴重時,飛了近兩小時卻連一隻蟲子也找不到。

她來到了東邊草原。明知道此舉有風險,但瑪利亞還是想進入草叢中試試運氣。她藉著蟋蟀的叫聲展開搜索,將全身神經專注在觸角,並在草叢上展開警戒飛行。這時,她發現前方麒麟草上停著一隻小型蜻蜓,秋赤蜻,鮮紅的身體特別醒目。

蜻蜓的視野幾乎沒有死角,唯有正後方下面無法掌握。瑪利亞小心不發出振翅聲,悄悄從秋赤蜻正後方下面逼近。等接近後,她一口氣加快速度,襲向秋赤蜻,以銳爪捉住他的身軀,一口咬向他胸部。秋赤蜻振動翅膀,用力掙扎,但瑪利亞的利牙深深刺進他胸部裡,秋赤蜻就此喪命。

瑪利亞在麒麟草上方替秋赤蜻解體--就在這時,秋赤蜻的身體被人奪走。仔細一看,原來是在同一株麒麟草上有一隻大螳螂以鐮刀捉走了秋赤蜻。

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「那是我的。」瑪利亞說。「請妳別用搶的好嗎?」

「我在妳之前就已經鎖定他了。這是我的獵物。」大螳螂如此說道,便開始吃起了秋赤蜻,啃得卡滋作響。

「妳要是再不放手,小心有你苦頭好吃。」瑪利亞百出戰鬥姿勢說道。

「惡名昭彰的虎頭蜂一族在向我下命令是嗎?」

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「說到惡名昭彰,我們彼此彼此。」

瑪利亞仔細打量對方的體格,在過去見過的大螳螂中,算是體型最大的一隻。身長是瑪麗亞的兩倍多,長逾十公分,光鐮刀的長度就比瑪利亞還長。瑪利亞雖曾和大螳螂及寬腹螳螂對戰過,但她還不曾與如此巨大的傢伙交手。

大螳螂自信滿滿地望著瑪利亞,神色自若地啃食著秋赤蜻。「打從我出生到現在,可是身經百戰呢。」

「我也是。」瑪利亞此話一出,感覺大螳螂全身怒氣勃發。

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「不,不對!」大螳螂語帶不屑地說道。

「妳們出生時有母親。而且由強大帝國裡的姊姊們養育長大,可以無險地成為成蟲。但我們出生時,沒有母親保護,和好幾百隻同伴一起,帶著小得可憐的身體誕生在這世上。打從一出生就置身戰場,遭遇螞蟻大軍的襲擊,我許多兄弟姊妹就這樣被拖進螞蟻巢穴裡。我們就是那麼弱小,連小小的螞蟻都能收拾我們。在那樣的困境下,我們努力地存活下來。蜘蛛、蜂、蜻蜓、蚱蜢,所有肉食性昆蟲都是我們的敵人,其中長腳蜂尤其恐怖。當初一起出生的同伴們,幾乎都來不及長大就死了。我一直不斷地戰鬥,遠比妳經歷的還要嚴峻,我戰勝了每一場戰役,有時也會吃自己的同伴,才長成現在的樣子。」

「或許是吧,不過這種事沒什麼好得意的。所有昆蟲為了求生,都是卯足了全力在戰鬥。」

「不會對我保持敬意的,就只有妳們虎頭蜂一族。哼。妳以為妳贏得了我對吧,夏末時,我可是逮住過大虎頭蜂的女王蜂,她正在吸食樹液,我當場便吃了她。她體格比妳大多了。」

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瑪利亞心想,那隻女王蜂恐怕是處女女王蜂吧。活到了夏末,大限將至。既不築巢,也不排卵,最後進了螳螂的肚子裡。

「也該動手了。」大螳螂如此說道,掄起她的鐮刀,緩緩朝瑪利亞逼近。螳螂的鐮刀只要一碰到物體便會往內折,將對方拉向自己。要是被她那兩把鐮刀逮著,肯定無法脫身。瑪利亞全神貫注地與她保持距離。

這時,大螳螂的眼睛動了一下,那把鐮刀以迅雷之速橫掃而來。在千鈞一髮之際,瑪利亞側身閃過。正當瑪利亞想往前飛撲時,鐮刀再度展開攻勢。瑪利亞同樣扭身避開。

「挺厲害的嘛。」大螳螂道。

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風中的瑪利亞瑪利亞明白這敵人不好對付。她那對鐮刀的速度無與倫比,而且擅長遠距離攻擊。她是身經百戰的強手,站在她面前會有危險。瑪利亞飛向空中,在大螳螂頭頂盤旋。大螳螂的正面無懈可擊,她的弱點在於纖細的脖子。最好的做法,就是從鐮刀搆不到的後方展開攻擊,在脖子咬上一口,就能贏了。瑪利亞在空中飛行,繞到她身後,看準脖子。

大螳螂雖然體格巨大,卻以驚人的俐落動作改變方向,對瑪利亞展開迎擊。鐮刀以驚人的速杜揮出,上面有鋸齒狀的利刃,多次劃中瑪利亞的身軀,在她身上留下多道傷痕。瑪利亞在麒麟草上盤旋,找尋對手的破綻,但大螳螂始終守得滴水不漏。

這時一陣風吹來,麒麟草一陣搖晃,大螳螂就此失去平衡。瑪利亞馬上朝大螳螂的喉部咬下,但咬得太淺,沒造成致命傷。

大螳螂以鐮刀將瑪利亞甩開,從麒麟草上躍下。她看出在草上戰鬥對她不利,便想引誘瑪利亞到地面展開肉搏戰。地面四周都是濃密的雜草,無法展開瑪利亞擅長的空戰,但瑪利亞仍降落地面,接受對方的肉搏挑釁。

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「看我宰了妳。就算是最強的虎頭蜂,一旦沒辦法飛,力量馬上減弱一半。」她說得沒錯。在草叢裡,實在難以欺近大螳螂背後,只能從正面肉搏中找活路。

脖子負傷的大螳螂高舉鐮刀一揮。瑪利亞沉身避開,同時衝向她,張口大咬她的右鐮刀根部。大虎頭蜂的利牙,擁有連堅硬的青剛櫟樹皮也能咬下的力量。她將利牙嵌進鐮刀根部後,使勁一把扯下大螳螂的鐮刀。

贏了!正當瑪利亞腦中閃過這個念頭時,她的身體被大螳螂剩下的左臂鐮刀逮住。瑪利亞想甩開它,但鐮刀緊緊扣住她的身體,無法撼動分毫。儘管只剩一臂,大螳螂依然力大無窮。

「我要把妳生吞活剝!」大螳螂咬向瑪利亞柔軟的腹部。

瑪利亞轉以大顎咬向緊扣住她的鐮刀,使出渾身力氣,嵌入利牙。只聽見啪擦一聲。鐮刀硬聲折斷。瑪利亞從中脫身,撲向大螳螂,以兩腳抓住她胸膛,張口再咬她的脖子。大螳螂以斷掉的左鐮刀夾住瑪利亞,但她不予理會,以利牙一再朝大螳螂脖子狂咬。大螳螂的脖子一陣搖晃,鐮刀的力量就此洩去。

「我輸了。當初被我殺掉的那些傢伙,也都是這種死法對吧。」這是大螳螂最後說的話,而瑪利亞沒有回答。

本文摘自《風中的瑪利亞》,春天出版社出版。

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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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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