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生命禮讚

timd_huang
・2011/10/04 ・6116字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

台灣和大陸對於玩石頭、收藏各種石頭的稱呼千百種,有叫「奇石」者、有叫「雅 石」者、有叫「異石」者、有叫「怪石」者、有叫「片雲」者、有叫「幽石」者、有叫「巧石」者、有叫「研山」者、有叫「片石」者、有叫「美石」者、有叫「雲 根」者、有叫「拳石」者、…等等等,難以計數,基本上來說,不管這些都有古籍可考證的名稱如何,玩來玩去,一直到現在都還是在中國傳統文人社會思維框架裡 面打轉,並沒有什麼重大的突破,至少在思想方面,還是意淫於石頭的外形,一廂情願想像多於實質內涵,最可悲的是被商業化的炒作,拿石頭騙錢。

不過,撇開那些惡質商業炒作不說,傳統玩石所追求石頭的藝術性,還是有準則:某塊石頭必須具備有「瘦」、「漏」、「透」、「皺」、「醜」等五種特(德)性,才能入行為尊。

「瘦」者:表現石形堅勁挺拔的氣勢;
「漏」者:石上有‘眼’,四面玲瓏;
「透」者:此通於彼,彼通於此,若有道路可行;
「皺」者:表面紋理千變萬化;
「醜」者:蘇東坡的「醜而雄、醜而秀」方臻佳品;《鄭板橋集》。

我從廿多年前回國以來,力主科學性、教育性的「玩石(家)」,期望能從傳統中國人玩石頭玩了幾千年的死胡同內,打開一片新天地,從知識證據學習的角度來把 玩、欣賞我們所腳踏的「石」地,不再被諸如「(雅石圈內大老)我們幾人說好,明年要流行XX石」等騙術耍得傾家蕩產(如某名藝人);我們力主透過石頭的內 涵瞭解地球,增進知識,達成教寓於樂的環保觀念,在號稱台灣有六、七十萬玩石人口與社團中,可說是異數怪胎。

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我們並不反對傳統的玩 石,畢竟這是幾千年的文化累積傳承,也是個人所好的選擇,你我歡喜就好了,但是,我們堅決反對當今社會那種惡質的政治與商業炒作,把一顆莫名其妙的石頭, 喊到上千萬新台幣的天文數字、胡說水晶有磁場、…等等,雖然世界上並沒有任何國家法律禁止「笨得愉快」,畢竟人生有選擇可以不要如此,多學一點、多知道一 些,不會死啦!至少不會像某玩過藍綠的失意女政客某某某,連南北極都搞不清楚,竟然還敢拍環保紀錄片(騙)〈正負兩攝氏度〉,這種所謂的科普紀錄片,或可 唬弄老百姓一時,但當觀眾瞭解真相覺醒之後,或會產生反感,哦!他們所謂的地球暖化、節能減碳等等環保議題,喊得漫天價響,原來只是政客們用來對付我們小 老百姓騙錢騙選票的藉口而已;最終的結果就是,打著環保紅旗反環保,適得其反。

生命禮讚「正面」。
生命禮讚「反面」。

最近帶著研究團隊部份成員跑了一趟雲南,撿拾了幾塊石頭,頗為有趣,我老頑童就以傳統的遊戲規則--「瘦、漏、透、皺、醜」五德,拿出一塊來和雅石界朋友玩玩,沒錯,我用你們的遊戲規則,公開侵門踏戶叫陣,有本事的雅石朋友們,歡迎上此擂台比劃兩下。

首先,僅就傳統玩雅石的外型「五德」來說,這塊我命名為〈生命禮讚〉的石頭,「瘦」、「漏」、「透」、「皺」、「醜」五德沒少一樣全都有,簡單描述如下:

「瘦」:整塊石頭的形狀堅勁挺拔,化石突出,凹凸有致,體積雖不大,卻氣勢宏偉;
「漏」:石上有好多個圓圓的‘眼’,也有一條小縫隙,可從這邊看到另一邊的漏光;
「透」:此生物化石通於彼生物化石,彼生物化石通於此生物化石,若道路四處通行;
「皺」:石頭表面千變萬化,有化石、有圍岩、有較軟的、有較硬的、有堆疊,紋理變化無數;
「醜」:諸多尚未鑑定遠古生命遺骸碎塊雜置,「醜而雄、醜而秀」,當之無愧。

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所以說,僅就玩雅石者所訴求石之「五德」,我此石乃「無法計價、獨一無二、罕世難得、天地瑰寶」者也,讓你流口水了吧?讓我們這些走科普路線、批評雅石沒有可衡量準則的玩石者,隨便拿出一塊石頭,就用你們的遊戲規則,把你們統統打個大敗,不服氣也得服氣,不是嗎?

無法計價

這塊我命名為〈生命禮讚〉的石頭,撿自於雲南中部的埃迪卡拉紀實體化石點,從地層學來說,屬於埃迪卡拉紀(Ediacaran Period, 6.3 – 5.4 億年前),即大陸稱之為震旦紀之最頂層,依據雲南當地的資深地質學者說,此處為出土恐龍化石的中生代與前寒武紀(Precambrian)之不整合地層, 上方的中生代地層已經全被風化掉了,讓下部前寒武紀的地層露出來,岩層屬於燈影灰岩;很抱歉,確實的地點,無法透露,免得那些虎視眈眈、諸如雲南在地的 「恐龍商人」和台灣科博館「學術鯊魚」等不學無術者覬覦,偷搶硬搶過去,導致破壞毀滅了如此重要的科學研究。

埃迪卡拉紀是地球上首次出現巨型多細胞生物(生命)的偉大時期,在地球上生命史的演化過程中,雖然到如今科學們對牠們的研究與瞭解並不充份,但絕對是非常關鍵的主要時期,因為 從大約35億年前地球海洋裡面開始有簡單的單細胞生命開始(最原始的生命如何開始是另外一個課題,在此不論),目前的化石證據顯示,這是地球上第一次、最早有如此體型巨大、多細胞生物的關鍵重要期間,而且生物種數量眾多,到目前已經命名了超過一百多種埃迪卡拉紀的生物,相對於「寒武紀大爆發 (Cambrian Explosion)」,我給此時期取了「埃迪卡拉紀大繁榮(Ediacaran  Thrives)」的名稱;又,埃迪卡拉紀在寒武紀之前,比寒武紀更古老。

過去古生物學和地質年代教科書,把地球生命演化分為兩個主要階段:1. 肉眼看不見的生命之「隱生宙(Cryptozoic Eon)」,和 2.肉眼可見的「顯生宙(Phanerozoic Eon)」,並以古生代最早的寒武紀開始為界線,寒武紀之前歸於「隱生宙」,那時候的生物都是很小很小的顯微生物,必須透過顯微鏡才能看清楚;而從寒武紀 早期的「寒武紀大爆發」之後,歸類於「顯生宙」,自此之後,出現了不必靠顯微就、光用肉眼就可看清楚的生物;雖然微小的生物從幾十億年前出現、繼續生存到 如今還有,可是一般來說,埃迪卡拉紀巨型生物化石的出土,小者好幾公分,十多公分者很普遍,甚至有長達一兩公尺的生物,「顯生」生物的化石證據擺在眼前, 隱生宙和顯生宙的界線,必須往前挪移,從5.4億到大約5.8億年前或更早。

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在還沒更進一步說明之前,光僅就上面這段「隱生宙和顯 生宙的界線,必須往前挪移,從5.4億到大約5.8億年前或更早」這一點來說,那些看到石頭眼眶內只有鈔票多寡的雅石玩家們,你們來說說看,到底這要價值 多少?人生那有這種靠一塊石頭就可修正世界古生物學與地層教科書的機會?我前面說我這塊石頭「無法計價」,有說錯嗎?

獨一無二

埃 迪卡拉紀的化石,到目前為止的紀錄,在世界上有廿、卅個地方出土,全都(只)是印模化石(Cast/Imprint),雖然如此無奈,科學家們過去就靠著 這些印模化石做研究,提出了好些有趣的意見與看法,也促成了國際地層學會在兩百多年以來,於2004年首次定名一個新的地質年代,以最著名的澳洲地名命名 為「埃迪卡拉紀」;但是,除了我所發現的雲南中部這個點所出土的化石樣本之外,世界其餘各地的埃迪卡拉化石,全都是印模而非實體化石(Body Fossil),也就是當時生物死亡之後,被海底黏涕涕微生物墊(Microbial Mate)的微生物分解吃掉,所剩下空間被泥沙填充的遺跡化石(Trace Fossil),而非原本生物石化的結果。

印模化石可以用來作外觀的形態學 (Morphology)的描述研究,卻無法進一步探討這些生物內部組織細胞構造與生理機制,這有如醫學院的學生,不能拿著公仔做大體解剖學習人體內部構造,或如吹氣娃娃可以抱抱,卻無法生孩子;因為過去只有印模化石的關係,以至於至今有諸多的爭論,各說各話,舉一兩個最關鍵的問題來說:這些埃迪卡拉紀的生物,到底是動物或植物?或者有動物也有植物?德國的權威研究者Seilacher曾經提出「凡德生物界(Vendobionta)」,認為這些生物,既不屬於動物界,也非植物界,而是一個已經滅絕的生物界(Kingdom);牠們如何取得生命的能源?是靠光合作用 (Photosynthesis)?或是化合作用 (Chemosynthesis)?再者,怎麼會在這段期間,開始出現如此巨大的諸多生物?那時候的地球生態環境如何?諸如此類關鍵問題,靠著印模遺跡, 根本無法想像推論,我們也就無法得知地球上最首先的生物,到底怎麼活的?活在什麼樣的環境?後來為何在埃迪卡拉紀/寒武紀界線,完全都滅絕了?難道是上帝 創造生命的第一次實驗失敗了,所以到寒武紀又重新來過?

好消息是,如今被我找到了埃迪卡拉紀的實體化石,過去幾十年來阻礙困擾科學 研究的無法跨越藩籬高牆,當下已經消失了,從現在開始,實體材料有了,接下來就要看科研人員的本事了,我手中有好多透過穿透式X光顯微照片和各種光學顯微 照片,可以作為證據,隨便舉一張為證,可以明顯地看到細胞狀的結構,這也是駁斥某學者認為這些化石是新生代石灰華最有力的證據;前面說過,到如今,從文件 搜索的角度來說,我這個發現,不管別人承不承認,的確是「獨一無二」的。

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穿透式X光顯微照片,可清楚看到細胞狀的結構

罕世難得

相 對於世界其它各處的印模遺跡化石,雲南這個地點所出土的實體化石,若從埋藏學(Taphonomy, 或謔稱「死相學」)的角度來看,其它各處的死亡埋藏情況,大部份是被火山灰壓倒到海洋底面,所以基本上都還保留著生物遺骸排列的方向性,也都是比較完整的 鑄模,從型態學的角度來說,能知道某個當時代生物長得什麼樣子,當然非常重要,台灣話不是說,先要瞭解人家長得像熊或像虎?面貌青面獠牙或溫文儒雅?身體魁武或缺肢斷腳?生物體的外形,當然是鑑定的第一步;到目前為止,從這些印模來看,埃迪卡拉紀的生物,相對於寒武紀大爆發的生物來說,體型顯然龐大無比, 寒武紀生命大爆發的生物,除了奇蝦可到60公分左右、算是最大的掠食者之外,其它的生物,通常都不到10公分,而埃迪卡拉紀的生物,動不動就是十幾公分,有的還可能長達一兩公尺,僅就體型大小來說,寒武紀生物難以比較;這就指出了一個有趣的問題來:依據達爾文的進化學說,生物體型大小,隨著演化變大,古老的生物,通常體型較小,後來的越來越大,到了某一程度之後,又往小的方向縮,就拿恐龍為例,早期的恐龍大約在10公尺上下或以下,到了(侏羅紀)中期,長達卅、四十、甚至五十公尺的地震龍、超級龍等龐然大物,相當普遍,後來到白堊紀,至少到了快滅絕的白堊紀晚期,恐龍又縮小到十米上下。

不同於其它地點埃迪卡拉紀化石,雲南這處的實體化石,幾乎沒找到完整的生物個體,而是一大堆相對大塊的碎片,沒有被當時海底的微生物啃食掉,胡亂堆積在一 起,很明顯的,這裡的死亡原因,和世界其它各處都不同,我姑且稱這種情況為「沙拉碗埋藏」,就好像到餐館吃的沙拉碗內,放有一大堆被剁成碎塊的各種蔬菜混拌在一起,沒有整顆的洋蔥、青椒、或其它蔬菜。

在化石現場,看到最多的是管狀體類(Tubular)的殘片,半邊管壁的化石,幾乎閉者眼睛亂抓都會抓到;還保留圓圈一根根管狀的實體化石,也不難見,從直徑1公分左右到6公分的都有;此外,相對來說,葉片狀(Frond)生物,目前我鑑定出來的黃楊清蓮體(Chinglian huangyoung, Huang 2009),碎片數量不如管狀體類者多,但只要懂得辨識,也不難找到;再者,從這些生物殘片堆埋的情況來說,我不認為是一般的遷移埋藏,就如死蛤死螺被海水沖積到海底凹處胡亂堆放,因為這些生物,基本上都是軟體的生物,經不起大風大浪的折騰,反而目前有初步的證據顯示,很有可能是當時的海底黑煙囪生態系統 (環境),被突發奇來的海底火山或黑煙囪噴泉爆發打死切碎掩埋在現場的--若是我如此的猜測是對的話,那就更加「大條代誌」了,意味著我找到了將近六億年前海底火山爆發或黑煙囪爆炸現場的遺跡,呀呼!

我在雲南中部找到了埃迪卡拉紀的巨型實體化石,從記錄上來說,這是世界首次的重大發現,從此之後,科研人員要切要剁要刮,深入探討牠們的身體內部構造,找尋各種問題的答案,就有了實際的物體,不像以前只能推論猜測,如今可以把牠們放在顯微鏡下仔細觀察比較,我也網羅了世界最頂尖的學者和研究設備,正在積極努力研究中;所以說啊!從這個埃迪卡拉紀實體化石的死相學和實際“深”入研究的角度來說,這塊石頭絕對是「罕世難得」,別的地方也還沒找到過。

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天地瑰寶

接著從這塊具有以上三種特性的埃迪卡拉 紀實體化石所含有的生物生命來說,上述的管狀體類,其實有可能不只有一個生物種:目前採集到的樣本,有的管子外表平滑,有的表面有凹溝,也有的管外表面如 苦瓜諸多突出的顆粒,很有可能是不同的生物;但也有可能是同一種生物的不同部位,這一點目前無法確定,因為還沒有找到足夠多的樣本,也沒有正式的發掘,每 次去都只待了很短的時間,所以只有撿到一堆片段的碎片,來日若有找到一端是平滑、中間是有凹溝、另一端卻是苦瓜皮,那就可確認說是相同生物不同的部位,目 前尚無法定論,姑且認為是三種不同的生物。

除了管狀體類的樣本很多之外,此地點還有一類葉片狀的生物:目前從諸多碎片拼逗,我為了 紀念偉大的媽媽,命名為黃楊清蓮體,她老人家因受老爸白色恐怖的拖累,自己忍辱負重一手把我們三個孩子拉拔長大,還稍微不輸給別人,我覺得世界上她最偉 大,所以以她的名字來命名這個我最先鑑定出來的埃迪卡拉生物,略表兒子綿薄孝心;有關黃楊清蓮體的介紹,請見我部落格拙作〈讓媽媽萬古留芳---試論「黃大一啥米碗糕體」〉和在〈自然優先(Nature Prededings〉的 文章;當然,有沒有可能我搞錯了,竹篙接菜刀,把馬嘴裝到牛頭了?當然有可能實際上有好多種葉片狀的生物,不過,當世界研究埃迪卡拉的權威、哈佛大學的 Andrew Knoll 博士教授看過照片之後,他給了我打了一劑強心劑,他非常肯定這葉片狀的生物,絕對是埃迪卡拉紀的生物。

除了以上這兩大類之外,其實,這塊樣本上還有好幾種形狀非常怪異、到現在我還無法讚一詞的生物,比方說,照片第一面大約中央位置,有一個幾乎像個圓形餅乾的東東,在第二面也有一個,牠(們)到底是啥米碗糕?莫宰羊,在這塊石頭上,從外觀型態來說,我認為至少有五、六種、搞不好還不只這個數目的生物種數--雖然這只是一塊冷冰冰的石頭,卻充滿了生命的活力,取名「生命禮讚」,只要我喜歡,有何不可?又,從手頭的其它樣本塊,還看到有像高麗菜葉的、有像拉直的法 國牛角麵包者、還有好幾種我根本無法描述歸類的,右邊這張照片上,有一些破裂薄薄的化石碎片,應該是另外一種等待鑑定的埃迪卡拉生物;總而言之,統而言 之,這一塊和我手頭上其它的埃迪卡拉化石樣本,實際上是充滿了我們地球最早期的巨型多細胞生物,在將近六億年前,牠們都是活生生的生命啊!如今已化為石頭,令人歎為觀止,這不是「天地瑰寶」嗎?

這塊樣本上面,有些相對來說(碎裂的)薄片,顯然是某種有待鑑定的古生物。

有人或許會說,我黃大一實在太臭屁,沒錯,我真的很臭屁,臭屁到讓好些人心裡恨得癢癢的;沉思一下人生的價值,不就這麼一回事情?要懂得抓住機會,老黃賣瓜,自賣自誇;我從小就被貼上台灣黑五類,人生一路走過來坎苛窮困潦倒,等了五十六年又兩個月,才拿到老爸被槍斃前夕寫的遺書、老爸的遺產,全被國民黨的阿兵哥明的暗的搶去了…,如今我抓住機會,盼能揚個小名立個小萬,酒店關門的時候自己不後悔,雖然經常下一頓飯在哪裡都沒有把握,還瘋狂投入研究,我才不 要等死了以後才上郵票,每每有了小發現小進展,當下能稍微自醉於狂妄的思想春藥中,難道有過份嗎?不是有詩句說:「有花堪折需直折,莫待無花空折枝」,那 些螢幕畫冊上姣好美麗的身材的小妹妹,難道等到七八十還有ㄏㄧㄠˊㄅㄞ的本錢嗎?所謂:「數天下風流人物,且看今朝」,捨我又其誰?

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本文原發表於作者部落格催眠恐龍[2011-09-30]

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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從一片荒蕪到綠色星球:細菌與光合作用如何重塑地球——《你的身體怎麼來的?》
商周出版_96
・2025/01/27 ・3861字 ・閱讀時間約 8 分鐘

喜出望外

海中糟粕化為盎然綠意

這個星球現在仰仗光合作用運轉。

──史緹耶可.戈盧比奇(Stjepko Golubic)

四十億年前,地球的陸塊相當單調,黑色、褐色、灰色的岩石上一片荒蕪,火山朝著無氧的大氣噴發毒素,人類乘坐時光機回到那時間點會立刻窒息。當時地球上僅有的生命形態是細菌,以及比英文句號還小得多的單細胞生物。然而若往前快轉幾十億年,來到距今僅三億五千萬年前後,會發現大氣中氧含量接近人類已經習慣了的百分之二十一,這是個很奢華的數字。

那個年代,海洋中滿是巨大生物四處洄游,植物入侵陸地並為人類的演化鋪路。地球從無法居住的荒土蛻變為藍綠色的生命樂園,這麼戲劇性的轉折是什麼力量在背後推動?

種種因素之中有一項特別醒目:直到一九六〇年代人類才開始意識到光合作用的力量不下於各種地質學事件,改造這顆星球的手段神祕且驚奇,非常難以想像。

地球從荒土到生命樂園的蛻變,歸功於光合作用的出現。圖 / unsplash

改造過程中,光合作用或許曾經引發大規模生物滅絕。科學家一度認為其威力能夠與核戰浩劫相提並論,使這顆行星被寒冰覆蓋化作巨型雪球。但同時光合作用又輔助、甚至促成「不可能」的演化捷徑,進而提高生命多樣性,最終使植物甚至人類得以存在。科學家如何研究太古時代的自然變動?而光合作用又如何將地球鬧得天翻地覆?

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疊層石背後的生命故事

十九世紀末期,有人找到能夠追溯光合作用悠久歷史的第一條線索。那時候沒有任何證據指向距今大約五億五千萬年的寒武紀之前有生命存在,然而一八八二年冬天美國大峽谷深處名叫查爾斯.沃爾科特(Charles Walcott)的岩石收藏家改變了一切,後來還當上史密森尼學會的主席。

沃爾科特的故鄉是化石天堂紐約州由提卡市(Utica)。小時候他生得瘦瘦高高,喜歡在父母的農場以及附近未來岳父擁有的採石場內找化石,十八歲離開校園之後先去五金行當店員,卻自己閱讀教科書、研究化石並撰寫論文、與著名地質學家通信來維繫心中熱情。他曾經蒐集古代海洋生物三葉蟲的化石標本,品質在全世界而言也是數一數二,後來慷慨出售給了哈佛大學。

沃爾科特的勘探技巧十分高明,也藉此就職於新成立的美國地質調查局。一八八二年十一月,地質調查局局長、同時自己也是探險家的約翰.威斯利.鮑威爾(John Wesley Powell)要求沃爾科特勘測迄今為止無法進入的大峽谷深處。

鮑威爾之前嘗試過,但只能乘坐小木舟趁漂流時稍微觀察最底層岩石,後來他就在偶爾有「刺骨寒霧、雪花飛旋」的地方紮營監督,帶人修建一條從峽谷邊緣延伸到下方三千英尺(約九百一十四公尺)處溫暖地帶的陡峭馬徑,並且讓時年三十三歲的沃爾科特帶著三名工人和足夠支撐三個月的食物、九匹上鞍的騾子沿著那條臨時小徑進入谷底。

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「高原之後就會積滿雪,」鮑威爾告訴他:「春天之前你和搬運工無法離開峽谷。希望這段時間裡,你能好好研究地層序列,盡量收集化石。祝好運!」

對沃爾科特而言,這是千載難逢的機會。他已經發現一些已知的最古老化石,例如神似甲殼類但奇形怪狀的三葉蟲。此外,達爾文發表《物種起源》不過四十年前,但因為缺乏最原始的動植物或細菌化石而遭到很多抨擊。批評者仗著沒有化石這點堅稱所有物種都是神造,懷疑論者也要求達爾文證明古代有過更單純的生物,可惜他只能委婉表示若生物體很小就不容易留下化石,希望有朝一日會出現。

充滿驚喜的山谷

沃爾科特深知達爾文的窘境。他沿著陡峭原始小徑下降到幾乎沒有生命跡象的大峽谷谷底,然後用心觀察周遭環境。山谷、懸崖,除了石頭還是石頭,但這一隅紅色天地很得他喜愛,不過同行的化石收集家、廚師和馱獸管理員就未必能夠分享那份悸動了。

他們沿著八百英尺(約兩百四十四公尺)峭壁吃力前行,其中一段就是現在的南科維山徑(NankoweapTrail),一般認為是大峽谷裡最危險的路線,河流地形坡陡水急即使沿岸也難以行走,有時候不得不自己開路以求深入。後來一頭騾子死亡、另外兩頭受傷。旅程中至少一次,沃爾科特筆中的墨水結凍了,但又必須在篝火邊融冰為水給騾子飲用。但最可怕的其實是死寂與孤獨,才三個星期就導致那位化石收集家夥伴憂鬱求去。但沃爾科特不同,能來到谷底他太興奮了,堅持了七十二天才踏上歸途。

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有一天他爬上爬下,對部分岩石中層層線條感到好奇,乍看很像切開的包心菜。這些圖案極不尋常,所以沃爾科特認定是生物,後來將其命名為藍綠菌(最初曾視為藻類)。他還聯想到自己在紐約州看過來自寒武紀時期的類似化石,取「隱含生命」的含義命名為隱藻化石(Cryptozoön)。然而大峽谷的情況有點不同,這些化石明顯可見,卻又位於更古老的岩層內,因此歷史比任何其他已發現的化石都久遠。

沃爾科特在大峽谷的古老岩層中發現了類似藍綠菌的化石,命名為隱藻化石,揭示比已知更古老的生命存在。圖 / unsplash

沃爾科特後來在蒙大拿州等地持續發現同樣古老的隱藻化石,接著其他古生物學家也在前寒武紀岩石內察覺到疑似化石的特殊圖案,種種線索指向最原始生命形式的證據可能保存在寒武紀前的石頭裡。即便如此懷疑論調不斷,尤其某個長期存在爭議的標本被證明了並非化石,而是火山石灰岩經過壓力和高溫形成獨特的礦物沉積。

隱藻化石的爭議:解鎖前寒武紀生命的證據

一九三〇年代,沃爾科特去世的四年後,劍橋大學最具影響力的古植物學家蘇厄德(Albert Charles Seward)決定加入辯論,卻在後來被古生物學家肖普夫(William Schopf)形容是「讓煮熟的鴨子飛了」。蘇厄德在史稱「隱藻化石爭議」的事件中嚴格審視前寒武紀化石證據,得出結論認為這完全是一廂情願,所謂的化石與現存物種之間沒有明顯關係,大型結構並未顯示出由較小細胞組成的特徵。

他主張沃爾科特在隱藻化石找到的環狀圖案可能是海底富含鈣質的淤泥沉積,人類本來就不該期望細菌這樣微小的生物會被保存在化石,最後又語重心長告誡科學家:有些尋找化石的人太過一頭熱,他們宣稱找到特別古老的標本時不能輕信。

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地位如此卓著的人物提出警告,導致地質學家不願再從岩石尋找距今約五億年以上的化石,畢竟找到的機率幾乎等於零。久而久之許多人認定了生命在地球上的歷史很短,這顆星球的前面四十億年、其歷史的九成之中根本沒有生命存在。微生物學家史緹耶可.戈盧比奇指出許多科學家以「前寒武紀」一詞指稱生命尚未問世的太古時期,其實這是陷入「現有工具檢測不到就代表不存在」的思考偏誤,將缺乏證據直接視為否定證據了。

時間來到二十年後的一九五〇年代中期,澳洲年輕研究生布萊恩.洛根(Brian Logan)隨地質學教授菲利普.普萊福德(Philip Playford)探索了位置偏遠的鯊魚灣,也就是澳洲西北海岸一片孤立的鹹水潟湖。站在這兒的海灘,淺藍色海水退潮時會露出如夢似幻的奇景:數百顆三英尺(約九十一公分)高的圓柱狀岩石林立,彼此間距很小,彷彿堅硬粗糙如石塊的蘑菇聚集叢生。

兩人詳細調查了這片怪異石陣,然後意識到理解沃爾科特隱藻化石的關鍵。眼前這些不僅是活化石,還能回答一個經典謎語:什麼東西既死又活?石頭表面曾經活著,是藍綠菌累積起來形成網罩般的構造。海水進出時,這層菌網會捕捉沉積物。而藍綠菌死亡後,沉積物固定在原位如海綿狀的石塔,於是又有新的細菌附著其上、形成新的一層網罩。

細菌以同樣方式在太古海洋中創造出沃爾科特的隱藻化石,現在稱為疊層石,語源是希臘文stroma(層)和lithos(岩)。目前只有鯊魚灣等少數幾個地方能找到疊層石,環境對其他多數生物過於鹹澀無法生存。但另一方面,已經化石化的古老疊層石則在世界各地皆有發現。

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澳洲地質學家偶然發現還活著的疊層石,同時美國兩位地質學家史坦利.泰勒(Stanley Tyler)和埃爾索.巴洪(Elso Barghoorn)也宣布找到了蘇厄德口中不存在的化石標本,其中微生物有單細胞也有多細胞,藍綠菌絲也包括在內,而且這些化石都有大約二十億年歷史。「許多人很震驚的,」戈盧比奇表示:「原本以為生命在寒武紀才爆發,之前什麼都沒有。寒武紀應該是起點才對。」但現在普遍接受最古老的疊層石化石上微生物活在三十五億年前,依舊是地球誕生的十億年之後。達爾文和沃爾科特應該很欣慰。

哪種細菌造出最古老的疊層石?無法確定是已經會行光合作用的藍綠菌,抑或是它們的祖先。不過藍綠菌至少二十四億年前已經存在於海洋。

——本文摘自《你的身體怎麼來的?從大霹靂到昨日晚餐,解密人體原子的故事》,2025 年 01 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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台灣有恐龍嗎?化石學家帶你探索島嶼的古老秘密——《好久・不見》
麥田出版_96
・2024/11/02 ・2579字 ・閱讀時間約 5 分鐘

台灣的地理位置與化石形成

台灣也有化石嗎?台灣也有恐龍嗎?

世界地圖攤開一看,台灣陸地上的面積看來是不大,但其面對的太平洋,不只在我的想像中、在我多年搭著飛機到世界各地檢視相關的標本,試著拼湊出鯨魚們在數千萬年間演化歷程的經驗中,我知道也相信台灣的地底下,必定蘊涵著能跟我們講出帶有全球視野的化石標本。

同時,台灣除了被海洋包圍之外,那平均深度只有六、七十公尺深的台灣海峽,也清楚的意味著,當更新世的冰河時期讓海平面下降幅度來到或超過這個臨界點時,台灣就會成為歐亞大陸最東南邊的一角。

相信在台灣的不少人都常聽過,台灣在冰河時期會和中國大陸連在一起,但我在跟大家解釋這樣的環境變遷與古生物演化時,總是會特別強調我不想泛政治化,但世界地圖清楚的標示出台灣的地理位置應該是可以、也該要放在更大的版圖:歐亞大陸的板塊底下來討論,而不是只有限縮在與中國大陸連結的關係。

畢竟,當我們像是讚嘆著非洲地區的陸生大型哺乳動物,能在以年為單位的時間軸來進行長距離的移動時,基本上是用「萬年」以上的尺度來探討生物演化、移動的古生物學,處於歐亞大陸東岸的台灣上的大型脊椎動物,要橫跨歐亞大陸到西邊、或是反方向的來到台灣,大概都會是稀鬆平常的移動距離。

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建立起這樣的思維模式後,當然就是需要有最直接的化石證據來驗證這樣的想法,或深入討論其化石標本的背後,隱藏了怎樣的大尺度演化事件。

大型脊椎動物跨越歐亞大陸到台灣,在古生物學的長時尺度下是平常現象。圖/envato

早坂一郎的開創性研究與犀牛化石

二○一八年一月底從日本的筑波搬到台北後,一邊重新改造所接手的退休丘臺生教授的實驗室、一邊開始準備新學期的上課內容;除此之外,很重要、也是主要的工作內容,就是要開始到野外和各個單位的收藏庫裡尋找、檢視相關的化石標本,試著解讀其背後所帶有的古生物學、演化學上的意義。

有趣、但不令人意外的是,知道我開始要在台灣從事大型脊椎動物化石研究的人,第一個反應通常都會是:台灣也有化石嗎?台灣也有恐龍嗎?這樣之類的疑問。

要回答台灣有沒有化石紀錄的出現,我在日本的工作經驗,和剛好不小心娶了日本太太,讓我能從搬到日本工作前還不會五十音的狀態,到現在能有一定用日文溝通和閱讀日文文獻的基礎能力,幫了很大的忙。

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因為,台灣的古生物研究歷史,基本上就是從日治時期展開並奠下根基。也因此,有一定的日文能力和在日本古生物學界中遊走的經驗,確實是對於一些細微的狀況,更能推敲或掌握。

舉例來說,我目前所服務的台灣大學於一九二八年創立時的前身:日治時期的台北帝國大學,一開始創校時就加入的早坂一郎教授,可以說就是在研究台灣大型脊椎動物化石的先驅,也就不意外為什麼一九八四年在台灣所發現、並被命名為一個新亞種的犀牛化石,會以早坂為名(犀牛的故事書寫在第四話)。

延伸閱讀:從放牛學生到震驚世界:左鎮犀牛化石背後的傳奇——《好久・不見》

台灣有化石的出沒,對生物多樣性、生命演化等議題有些敏感度的人來說,大概不會太意外。但台灣有沒有令許多人為之瘋狂的恐龍,聽起來就是一個棘手許多的疑問。

或許出乎大多數人的意外,台灣不只有貨真價實的恐龍,還有台灣才有的特有種恐龍!

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一九九三年上映的《侏羅紀公園》(Jurassic Park),可以說是徹底的激發了全世界對於恐龍的狂熱與追逐。即使到了二○二四年的今天,恐龍的形象,對於大多數的人來說,似乎就是古生物學研究的全部了。

《侏羅紀公園》激發全球恐龍熱潮,至今在大眾心中恐龍仍象徵著古生物學。圖/wikimedia

但恐龍有如此的代表性,可不是只有形象般的讓人摸不著邊際,而是有全世界各地的古生物學家用一生的精力,和政府、私人所挹注的大量資源,來試著一點一滴揭開恐龍那引人入勝的演化歷程。

舉一個比較可以讓大多數人理解到我們對於恐龍知識是如何持續的累積、建構起來的例子:我正在書寫這段文字的當下是二○二○年的五月中旬,這年從一月一日到這個時間點,已經有二十種,先前完全未知、生存於中生代的恐龍們被古生物學家發現,並且正式的命名為新物種、發表在國際間相關的古生物學研究期刊中—平均不到一個禮拜,全世界就又會多了一種中生代的恐龍在我們的知識體系中!

台灣的鳥類恐龍故事:恐龍演化新視角

藉由這樣的研究能量,我們現在不只清楚的知道所有現生鳥類都是貨真價實的恐龍,連我上課在談論恐龍演化所使用的教科書,所提到恐龍定義裡的其中一個主角,即有我們幾乎每天都會見到面的麻雀:

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恐龍包含了滅絕的三角龍和現生的麻雀最近的共同祖先,以及從這共同祖先開始的所有後代,都是恐龍。沒有被包含在三角龍和麻雀最近的共同祖先裡的後代,都不是恐龍。

大部分隨口問我台灣到底有沒有恐龍的人,我基本上都很難有足夠的時間用上述簡短的內容來說明,因為可以感覺得出來,大部分的人,真的都只是隨口問問,大概也沒有打算真的想要了解恐龍、或是古生物學的研究工作到底是怎麼一回事,背後又有什麼重要的意涵。所以我一般都只會簡短的回應著像是,台灣當然有恐龍,因為所有的鳥類都是恐龍,不只如此,我們每天也都在吃著貨真價實的恐龍肉!

——本文摘自《好久・不見:露脊鯨、劍齒虎、古菱齒象、鱷魚公主、鳥類恐龍⋯⋯跟著「古生物偵探」重返遠古台灣,尋訪神祕化石,訴說在地生命的演化故事》,2024 年 9 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

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