綠色革命，真的是1960年代才開始的嗎？

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。

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。

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。

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）」：

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。

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。

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。

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。

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

過渡到一個永續性系統

靜止狀態對我們環境資源的需求減少，但對我們精神資源的需求卻大增。

——赫曼．戴利，1971 年

當人類社會發現資源使用和污染排放有超過永續極限的跡象時，可能會做出三種反應。第一種反應是對這類訊息加以否認、掩飾和擾亂。這種反應的方式形形色色：有些人聲稱，根本沒有必要擔心極限的問題，市場和科技自然會解決這些問題；有些人聲稱，在沒有進行更深入的研究之前，不應該試圖限制所謂超過限度的行為；更有人設法將他們超過限度的行為造成的代價，轉嫁給在時空上距離他們很遙遠的人。舉例而言，可能會發生以下的情形：

• 樹立更高的煙囪，俾使污染廢氣飄到更遠的地方，讓別人呼吸遭受污染的空氣。
• 將有毒化學製品或核廢料運送至遙遠地區進行處理。
• 以保住眼前的就業機會或支付債務為由，從事過度漁撈或過度砍伐林木的行為，卻因此耗竭用以支持就業機會和償債能力的自然資源。
• 對因為資源枯竭而致營運困難的採掘工業提供補貼。
• 未能有效率的使用已開採的資源，卻不斷地探勘新的資源蘊藏。
• 不斷施肥以彌補土壤肥沃度的下降。
• 以法令或補貼來壓低價格，導致市場無法以價格的上漲來反映資源匱乏的現象。
• 因為資源成本過高，無力支付，而改以運用武力或威脅運用武力的方式，確保對資源的使用權。

這些反應非但不能解決因為生態足跡擴大所衍生的問題，反而使問題更形惡化。

第二種反應係以科技或經濟的應急措施，緩解各種極限所造成的壓力。可能的具體作為如下：

• 降低汽車每行駛一哩或發電機每生產一千瓦電力所產生的污染量。
• 更有效率地使用資源、進行資源的回收利用，或以再生資源來取代非再生資源。
• 運用能源、人類資本和勞力來取代以往由大自然執行的功能，如污水處理、防洪、或增加土壤的肥沃度。

這些措施確實有其迫切性，因為可提高生態效率、可暫時緩解壓力，也可以爭取寶貴的時間以利發展徹底解決問題的方法，卻無法消除造成壓力的原因。假如汽車每行駛一哩產生的污染量已經減少，但開車的人愈來愈多，或者，處理污水的能力增加，但污水的排放量愈來愈大，則將只能延緩問題所造成的危害，而無法根本解決問題。

第三種反應是從問題的肇因著手，設法尋求解決之道；也就是退一步想想，承認人類的社經體系結構本身難以管理、已經超越自然極限並朝崩毀的狀態發展，因此，釜底抽薪的辦法是改變系統的結構。

改變結構此一用詞常常具有負面的意義。就革命分子而言，此一用詞表示要將掌權的人物趕下台，而且在過程中有時還會扔炸彈。或許有人認為，改變結構是指改變實體結構，也就是先破壞再建設的過程。更有人解釋為改變權力結構、統治集團和指揮系統。基於這種解釋，改變結構顯然困難重重、極其危險，而且會對經濟和政治力量構成威脅。

然而，在系統學的名詞裡，改變結構與驅逐人員、拆除建築物或摧毀官僚體制等並不相關。事實上，採取這些行動但卻未能真正改變結構，則只會造成新一批人進駐新建築物或新單位，並花更多時間、更多金錢追求相同的目標，最後產生的結果和舊體制一模一樣。

在系統學的名詞裡，改變結構指的是改變一個系統內的回饋結構，也就是訊息的連結關係：包括系統內的行為者必須處理的資料之時效與內容，以及會促成或限制行為的觀念、目標、誘因和回饋資訊。假如系統內的行為者認為有充分的理由做出改變，又假如他們能自由行事而且又有誘因做出改變，則同一批人、同一個組織和同一個實體結構，可能會有完全不同的行為。此外，一個系統若有了新的資訊結構後，假以時日，也可能會改變本身的社會和實體結構。這個系統可能發展出新法規、新組織、新科技、具有新技能的人員、新機器或新建築物。這種轉變不見得需要由一個中央單位來加以督導。這種轉變的發生可以是毫無計畫的、自然的、帶有革命性質而又令人感到興奮和愉悅的。

新的系統結構自然會產生無所不在的改變。我們不必做出犧牲或施加脅迫，除非為了防止既得到益者忽視、扭曲或阻撓相關資訊的傳播。人類歷史已出現過好幾次重大的結構性轉變，其中影響最深遠的兩個事例為農業革命和工業革命。這兩次革命都肇因於種植糧食、運用能源和組織工作的新觀念。事實上，我們在下一章會討論到，正因為以往的結構性改變獲致重大成就，世界才有必要進行下一次的結構性轉變，我們稱此一轉變為永續性革命。

——本文摘自《成長的極限》，2024 年 03 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。

現代稻米(Oryza sativa)的祖先是Oryza rufipogon。

1960年代綠色革命時，育種學家從現代稻米中選出了具有semi-dwarf1(sd1)突變的品種(1)。sd1基因突變讓稻米的莖不要長得那麼長，於是稻子可以有更多的能量用在結果上，同時也較不容易傾倒。

但是亞洲國家種稻的歷史可以回溯到紀元前9000年(2)，這就讓日本名古屋大學的研究團隊想到：難道老祖宗們在選種的時候，不會選到sd1突變嗎？

由於sd1基因是吉貝素(gibberellin)合成途徑中的一個酵素(GA20 oxidase)(3, 4)，於是名古屋大學的研究團隊便將Oryza sativa ssp. japonica （以下簡稱japonica） 以及Oryze sativa ssp. indica（以下簡稱indica）的sd1基因選殖並測量表現出來的酵素活性。

結果他們發現，存在於japonica以及indica的sd1基因，他們的酵素活性都比Oryza rufipogen中的sd1基因低，而且不同品系的japonica及indica中都可以看到，sd1基因產生的酵素活性越低，該品系的稻米莖的長度就愈短。

為了確定sd1突變是刻意的選擇，名古屋大學的研究團隊接著看sd1基因旁邊的基因的變異性(variability)。特定的基因如果在天擇或人擇的環境下如有承受到了選擇的壓力(selective pressure)，這個基因附近的基因的變異性會因為這樣也跟著降低。研究團隊發現，在japonica中，sd1基因周圍的基因的變異率，跟他們的老祖宗(Oryza rufipogen)來比較，變異率下降到2%；而indica則較高，但也下降到75%。

所以別以為綠色革命的榮耀是現代人所獨有，其實在一萬一千年前，我們的老祖宗就已經進行過一次的綠色革命了。

參考資料：
1. ScienceNow. 2011/6/7. Ancient farmers started the first ‘Green Revolution’.
2. Jared Diamond. 1999. Guns, Germs, and Steel.
3. Asano K., Yamasaki M., Takuno S., Miura K., Katagiri S., Ito T., Doi K., Wu J., ebana K., Matsumoto T., Innan H., Kitano H., Ashikari M., and Matsuoka M. 2011. Artificial selection for a green revolution gene during japonica rice domestication. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 108(27): 11034-9
4. GA20 oxidase會將不具有活性的GA前驅物轉變為有活性的GA。(Taiz and Zeiger, Plant Physiology, 4th ed.)

大多數台灣人對東南亞、南亞風格的香料不陌生，甚至有些常見的香料，不特別查詢還不知道起源於東南亞。

一項 2023 年問世的研究，調查將近兩千年前，越南南部的遺址，見到多款香料植物的蹤跡。證實那個時候已經有多款香料，從南亞或東南亞外海的島嶼，傳播到東南亞大陸。

越南兩千年古早味咖哩？

讀者們對咖哩（curry）想必都很熟悉，不過還是要先解釋一下。現今咖哩的定義範疇很廣，南亞、東南亞等地存在風味各異的香料混合料理，都能算是「咖哩」。此一名詞的讀音轉化自印度南部的泰米爾語，源自大英帝國對南亞的殖民，不過混合使用香料的料理，歷史當然更加悠久。

由澳洲國立大學的洪曉純率領的考古調查，地點位於越南南部的喔㕭（Oc Eo）遺址。這兒在公元一到七世紀，是「扶南國」的重要城市。這個政權以湄公河三角洲為中心，統治東南亞大陸的南部；柬埔寨的吳哥波雷（Angkor Borei）與喔㕭，為扶南國最重要的兩處遺址。

• 延伸閱讀：扶南國，南亞向東南亞的遺傳流動

喔㕭地處湄公河三角洲的西南部，離海 25 公里。這兒一到八世紀有過不少人活動，四到六世紀最興盛。遺址中出土的 12 件工具，外型看來相當類似年代更早，南亞用於處理食物的工具。

進一步分析發現，工具上總共保存著 717 個澱粉顆粒，大部分年代可能介於距今 1600 到 1900 年左右的數百年間。不同植物產生的澱粉形狀有別，有時候可以用於識別物種，近年常用於考古學。

這批澱粉中有 604 個可以分辨物種，作為糧食的稻以外，還有八種常用於香料的植物，以薑科植物（Zingiberaceae）的存在感最高，包括五種：薑黃、薑、高良薑、凹唇薑、山奈；還有今日依然常見的丁香、肉豆蔻、肉桂。

解讀這些材料時必需注意，出土工具上能見到的澱粉，只是當年的一小部分，不能直接代表古代使用的比例，只能證明確實有過那些種類。

來自亞洲大陸：薑黃、薑、高良薑、凹唇姜、山奈

喔㕭遺址中出土數目最多的是薑黃（turmeric，學名 Curcuma longa）。薑黃的家鄉應該在南亞，早於四千年前的哈拉帕遺址中已經存在；後來薑黃向各地傳播，遠渡至地中海地區。這項發現則是東南亞大陸最早的紀錄。

• 延伸閱讀：從印度到以色列，薑黃，黃豆，香蕉，3000多年前的食慾流動

台灣人大概對薑（ginger，學名 Zingiber officinale）更熟悉，薑可能起源於東亞與南亞，一路向西傳到歐洲。台灣飲食習慣中，薑不只是特定用途的香料，從海鮮湯中的薑絲，到餃子肉餡的蔥薑水與薑末，可謂無所不在的添加物（對！薑默默躲在很多食物中）。

另外三種比較少見的薑科植物，如今東南亞都有種植，包括高良薑（galangal，學名 Alpinia galanga）、凹唇姜（fingerroot，學名 Boesenbergia rotunda）、山奈（sand ginger，學名 Kaempferia galanga，也叫沙薑）。

來自亞洲海島：丁香、肉豆蔻、肉桂

三種不屬於薑科的香料，如今台灣也都不陌生。肉豆蔻（nutmeg，學名 Myristica fragrans）原產於摩鹿加群島南部的班達群島。摩鹿加群島就是大航海時代歐洲人稱呼的「香料群島」，雖然算是東南亞外海的島嶼，不過靠近新幾內亞，和東南亞大陸有相當距離。

丁香（clove，學名 Syzygium aromaticum）也原產於摩鹿加群島，早在公元前便已經傳播到歐亞大陸。越南南部的丁香應該是進口產品，不過無法判斷原本種在哪兒，是摩鹿加群島或更西邊的爪哇。

肉桂（cinnamon，學名 Cinnamomum sp.）可能源自好幾個物種，這回光靠澱粉無法準確判斷。不過從其餘植物遺骸看，喔㕭人使用的肉桂，大概是原產於斯里蘭卡，印度外海島嶼上的錫蘭肉桂（Ceylon cinnamon，學名 Cinnamomum verum）。

• 延伸閱讀：短篇 海上絲路斯里蘭卡貿易港，香料，穀物，葡萄，沒有香蕉

跨越空間，貫穿時間，香料的食慾流動

喔㕭出土的研磨器具上，除了澱粉還有另一種植物遺骸：植物矽酸體（phytolith），根據型態差異，也能用於植物的分門別類。棕梠、香蕉屬（Musa）植物的矽酸體，見證當時利用的植物種類相當多樣。

儘管缺乏直接證據，不過以常理推敲，東南亞大陸南部的喔㕭人，使用源於南亞的道具，研磨多款外地引進到當地種植，或是直接進口的香料植物，可能的一項目的，就是製作混合香料的咖哩料理。

喔㕭遺址也保存許多稻米的碳化穀粒遺骸，稻米飯應該是當時菜單中的重要組成。我猜，當時的人會吃咖哩飯。

越南等地，香料搭配的魔法，顯然將近兩千年前已經存在惹。時至今日，和出土古物超過 87% 相似的研磨器具，依然有人使用。食慾流動的慾望，跨越空間，貫穿時間。

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參考資料

1. Wang, W., Nguyen, K. T. K., Zhao, C., & Hung, H. C. (2023). Earliest curry in Southeast Asia and the global spice trade 2000 years ago. Science Advances, 9(29), eadh5517.
2. Researchers find evidence of a 2,000-year-old curry, the oldest ever found in Southeast Asia
3. Curry may have landed in Southeast Asia 2000 years ago

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。