台灣沒有蜂鳥，但有某些蛾類因為飛行姿態與大小很像蜂鳥，常被誤認為蜂鳥，牠們是昆蟲，屬於鱗翅目天蛾科，統稱「長喙天蛾」。這裡有長喙天蛾訪馬櫻丹花的鏡頭，可以很清楚看到牠飛行與長長的吻管吸蜜的模樣。台灣的長喙天蛾有18種（台灣物種名錄），外觀都很像，種類的分辨在前翅花紋極細微的不同，飛行時就很難辨識。
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。
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：
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：
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。
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）」：
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。
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：
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。
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：
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。
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
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西元一八六二年一月，陽光灑落在橡木桌的一角，一只包裹安靜無聲的被放置在桌上，標籤上寫著：「達爾文先生收」。一雙略帶皺紋的手，小心翼翼的將包裹打開。這只包裹，寄自貝曼先生，裡頭裝著他從世界各地採集來的珍奇蘭花，讓達爾文在「蘭花授粉」這個研究主題上獲取更多紀錄與佐證。
當五十多歲的達爾文陸陸續續從箱子裡拿出不同蘭花，並在紙上詳實記錄下這些蘭花的特徵與相對應的傳粉媒介時，箱子裡一朵潔白無瑕的花朵吸引了達爾文的注意。不僅僅是因為花的顏色，它那略與手掌等大的花朵尺寸、蠟質厚實的花瓣，都是那麼的吸引人。其中最令達爾文震驚的是，在這花朵的後方，唇瓣向後延伸出一個細長的花距，而這花距竟不可思議的超過三十公分長。
這種前所未見的花部構造著實困擾著達爾文，他不斷思考：為什麼會出現這麼特殊的花形？是什麼樣的力量造就了這一切？
這朵有著超長花距的蘭花，是馬達加斯加島嶼上特有的植物，因為它的花期通常在十二月到一月之間，加上花形如夜空中的星芒般，所以有著聖誕星蘭（Christmas star orchid）的稱號。在聖經的記載中，聖誕之星就是耶穌降生時天上那顆特殊的伯利恆之星，目前普遍認知那可能是顆彗星，也因此讓這種蘭花有了大彗星風蘭的俗稱。
風蘭屬（Angraecum）的植物幾乎都有著這樣的長距，但一般而言，長度多半在十公分左右，科學家也觀察到它們幾乎都是以蛾類當作傳粉的媒介。但眼前這朵花距長達三十公分的大彗星風蘭也是如此嗎？達爾文不禁陷入深深的沉思之中。
為了一探究竟，達爾文趕緊從抽屜裡拿出一支細長的探棒，小心翼翼的將探棒深入花距中。結果發現，在花距的上端幾乎沒有花蜜，所有花蜜都集中在花距的最末端，這似乎代表如果有生物想要獲得這裡頭的花蜜，勢必要有一個非常長的口器才能接觸得到。此外，達爾文在用探棒檢查花距裡的花蜜時，在某些特殊的角度下，探針能夠順利移除蕊柱上的藥帽，並沾附到大彗星風蘭的花粉塊。更令達爾文確定的是，當他再將沾有花粉塊的探針重新深入花距內，花粉塊竟然也能非常巧合的黏附到柱頭上。因此，達爾文在他的著作中寫下：「在馬達加斯加的島嶼上，一定有一種能夠傳粉的昆蟲。可能是某種巨大的蛾類，牠的口器可以伸長超過三十公分，而這種蛾類在吸蜜的過程中，能夠協助花粉傳遞，替大彗星風蘭完成傳粉的動作。」
這番爭議性的言論，在當時的學界投下了一顆震撼彈，很多人都想著，怎麼可能會有口器長達三十公分的巨蛾存在？但達爾文非常確信大彗星風蘭和這種巨蛾之間的關係。他認為有著短口器的蛾類因為沒辦法碰到花蜜，所以這種授粉的關係並無法維持，加上口器太短，所以在深入花距時的角度也不對，導致無法順利帶走蕊柱上的花粉塊。因此，達爾文認為巨蛾和大彗星風蘭之間有著相依相存的關係，唯有長口器的巨蛾能夠讓大彗星風蘭成功授粉，並且進一步發育產生種子，如此後代的蘭花就能不斷的保持這樣長距的特色。所以如果馬達加斯加島上這種巨蛾已經滅絕，那麼大彗星風蘭應該也會跟著消失在演化的歷史上，但是我們仍然能夠在自然的環境中找到大彗星風蘭，這就代表，這種有著長口器的巨蛾一定存在於馬達加斯加島上的某個地方。
這樣的信念，直到達爾文辭世的那天還是沒有被證實。雖然之後科學家陸陸續續在非洲、巴西等地觀察到口器將近二十公分長的天蛾，但那個在預言中口器超過三十公分長的天蛾卻始終不見蹤影。四十年過去了，馬達加斯加島上的巨蛾仍然像是一則傳說。
到了一九○三年，有科學家在馬達加斯加島上發現一種天蛾。當他們小心翼翼的將天蛾的口器展開的那一瞬間，空氣彷彿凝結了，時光像是倒退回四十年前那一天，就是達爾文站在書桌旁端詳那朵大彗星風蘭的那個時刻。顯示在量尺上的刻度數字讓人不可置信，這隻天蛾的口器長達三十公分，翼展更是超過十五公分！四十年前的預言，在這一刻終於得到了證實，這種天蛾（Xanthopan morgani praedicta），其實與之前在東非觀察到口器長達二十公分的天蛾非常類似，是牠的一個亞種，因此，為了紀念這個如同神話般的故事，這隻天蛾的亞種名被命為 praedicta，也就是預測之物的意思。目前馬達加斯加島上的亞種已和分布於非洲大陸的種類合併，確認為同一類群。
雖然預測之物終於被世人發現，但因為這種天蛾的數量非常稀少，而且都在深夜活動，所以牠與大彗星風蘭之間的關係其實還是不為人知。不過在科學家長期的野外監測下，終於在一九九二年首次記錄到這種天蛾拜訪大彗星風蘭協助傳粉的現象。
在那個晚上，原本已經死心、不抱任何希望的科學家正準備闔上雙眼，此時突來一陣雙翅拍振的高速頻率，扎扎實實將科學家的瞌睡蟲一掃而空。在那完全不敢呼吸的時刻，只見這隻長喙天蛾伸長了口器，直接瞄準大彗星風蘭蕊柱基部通往長距的開口，毫不猶豫的往長距裡不斷深入，直到頭部碰觸到蕊柱的頂端。
此時長喙天蛾終於獲得長距最末端的甜蜜報酬，在吃飽喝足後，長喙天蛾向上準備離開的瞬間，細長口器拉扯到蕊柱頂端的藥帽，隨著藥帽脫落，花粉塊也順勢向外掉出，花粉塊基部的黏質盤就這樣不偏不倚的黏附在長喙天蛾口器與頭部的相連接處。
大彗星風蘭的花粉塊就這樣順利完成傳遞，留下的只有雙翅的振動聲響及看得入神的科學家，整個故事也終於在這天勾勒出完整的輪廓。回頭一望，竟已揮灑了一百三十年的光陰。
這段歷史雖然已成過去，但除了大彗星風蘭外，綜觀整個分布於非洲及馬達加斯加島上的廣義非洲風蘭，包含了船型風蘭亞族（Aerangidinae）及非洲風蘭亞族（Angraecinae）。這些蘭花都和大彗星風蘭一樣，在與天蛾共同演化的歷程中，皆形成了長距、淡色花朵、帶有香氣這些共同的特徵，但是在花距的長度、角度與形狀上產生不同的變化，以因應不同的天蛾種類，以及區別不同花粉塊的附著位置。
除了與天蛾共同演化外，透過科學家的觀察研究發現，少數風蘭屬植物已經轉變為藉由鳥類傳粉，因此花距長度變得比較短，寬度也變寬，以符合鳥喙的外型。
除了天蛾及鳥類外，是否還有別種生物也在風蘭的生殖上扮演重要的角色呢？舉例來說，科學家在馬達加斯加這座神祕的島嶼上，其實還發現了另一種風蘭屬的長距風蘭（Angraecumeburneum var. longicalcar），其花距比大彗星風蘭還要長，幾乎達四十公分。因此，馬達加斯加島上或是世界其他的角落還會不會出現我們意想不到的謎樣之物，目前無法肯定，唯一可以確信的是，演化的力量還是持續在進行中。
本文摘自《蘭的 10 個誘惑：透視蘭花的性吸引力與演化奧祕》，遠流出版。
在蛻變成蛾或是蝴蝶之前，毛蟲必須經歷幾次的蛻皮，讓身體有空間能長得更大。但它們怎麼知道何時該蛻皮呢？或許呼吸困難是個關鍵。一篇發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）的研究中，科學家測量天蛾（Manduca sexta）幼蟲的氣管尺寸，發現在兩次蛻皮之間，氣管並不會隨著身體長大。因此，當身體發育到氣管無法維持呼吸效率時，蟲子就開始憋氣，而體內的低氧狀態，會刺激蛻皮。這樣的過程重複幾次後，終會蛻變成為蛾或是蝴蝶。
資料來源：ScienceShot: Breathless Caterpillars Await Molting [25 August 2011]
