獵豹的速度並非決勝關鍵

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

動物的移動方式及進化

動物會使用肌肉骨骼系統來進行各種運動，有時是只動身體的一部分，有時則是移動整個身體，讓自己移往其他地方的情況。理所當然的是，動物將自己整個身體移動到其他地方，會比只有動一部分身體需要更多的能量。所以移動時會特別需要注重效率。

動物們在進化過程中獲得各種生活形態，以及適合該生活形態的移動方法。只要看看動物們的走路方式，就能理解這個進化過程。

像山椒魚等兩棲類動物，以及蜥蜴、壁虎等爬蟲類，都是從軀幹伸出四肢來撐起身體，並扭動身軀，一一藉著四肢的支點往前方移動（圖一）。扭動軀體的運動跟魚在游泳時的軀幹動作很類似。兩棲類和爬蟲類是脊椎動物進化過程中最初上陸的動物們，本來就擁有類似魚那樣扭動身軀的身體構造，要善用這種構造在陸地上運動，就演化出了這樣的走路方式吧。

後來兩棲類中有一部分軀幹變短、後肢也變得發達，那就是蛙類（圖二）。長長的後肢可以產生強大的跳躍力。說到彈跳，身體要是扭來扭去的穩定性就不好，要是身體變短，就不會扭來扭去的了。因為獲得了短身軀跟長後肢，使得蛙類可以進行大幅度跳躍。

一部分的爬蟲類（恐龍類）和哺乳類的四肢又更加發達，可以進行多樣化的運動。他們的四肢不只是變長，還跟兩棲類或蜥蜴等爬蟲類不一樣，四肢不是生長在身體兩側，而是下方。往下生長的四肢可以高高舉起軀幹，只要前後擺動四肢就能移動了。

比起移動整個身體，只有四肢動作的效率會比較好。另外，體幹如果可以不激烈動作，身體就可以比較安定，而且更容易控制。結果就能實現高速運動。另外，像鹿或是馬等擅長跑步的動物，牠們的四肢，特別是末端部分會很長（圖三）。腳變長的話，跨一步的距離也就會變長，可以跑得比較快。

本來哺乳類也不是軀幹就保持不動，而是軀幹跟四肢經常一起協調地動作，但是方向跟魚或蜥蜴的橫向運動不同，是身體往腹背方向彎曲再伸直，像是為人熟知的貓科動物跑步時的動作。例如，獵豹跑步時，身體會大大彎曲再伸直，用全身力氣來有力地跳躍並讓步伐加大，創造出陸地上最快生物才有的跑步速度。（圖四）

所有哺乳類雖有程度差別，但似乎都有像這樣身體往腹部方向屈伸的動作。前面所述的馬跟鹿等動物，雖然看起來軀幹動作沒這麼大，但脊骨還是會反覆進行彎曲再伸直的動作。只是活動程度比貓科動物少得多了。

稍微離題一下，從陸地再度回到水中的哺乳類也不例外，海豹或海狗、鯨魚等動物，游泳時的脊椎也是往腹背方向屈伸的。魚類一般是身體往兩側扭動來游泳，所以我們可以說水棲哺乳類的身體往腹背方向屈伸，是因為從腳配置在軀幹下方的哺乳類演化而來，可以說水棲哺乳類才有這樣的特性吧！

——本文摘自《鴿子為什麼要邊走邊搖頭？》，2023 年 8 月，晨星出版，未經同意請勿轉載。

• 作者／怪奇事物所｜Incrediville

編按：泛科學的好夥伴怪奇事物所出第二本書啦！這次，我們收錄了五個與動物求偶行為有關的內容，快跟著怪奇事物所一起認識這很怪但也很可愛的世界吧！

母鬣狗的〇〇比公鬣狗還要大

雄鬣狗可以說是自然界裡，最有資格靠夭男人真命苦的動物了──在牠們的母系社會中，男生豈止下賤，那個身分地位真叫連狗都不如（鬣狗在分類上與貓科動物關係更近，真的不是狗）。

鬣狗的族長皆由最能打的雌鬣狗擔任，這位最強最惡的女王，又稱「阿爾法雌性」，而且在鬣狗社會，不只女王本人高高在上，任何雌性的地位，也都比雄性還要尊貴，連最低階的雌性都能壓過最高階的雄性。

為了貫徹這種雌性浪漫，雌鬣狗甚至演化出一種很屌的武器，就是在兩腿間直接長出一條「偽陰莖」：雌鬣狗在成長時，陰蒂會不斷延伸成長條狀，最長可達18cm，看起來就跟真的一樣棒。

每次交配前，雌鬣狗都得先把假陰莖往內收（大概像穿襪子前先翻一下的那種收法），雄鬣狗才算是獲得許可，得以長驅直入，雌性也就能完全掌握交配主導權了。此外這種假陰莖，還附帶社交作用──因為勃起的陰莖，在鬣狗社會是一種軟弱的象徵，所以當低階雌性想討好上面的大人物時，也會將陰莖勃起表達自己的順從。

也因為鬣狗使用陰莖的方式如此前衛，自古以來常被誤會是同性性行為，而飽受衛道人士抨擊，雖說如今看似還了鬣狗一個公道，不過這種女生都有大○○的設定，根本比同性戀還要刺激啊？

#古人真是太缺乏想像力了

80% 的公海豹一輩子都是處男，但剩下 20% 一生會和 250 頭母海豹交配

動物的求偶競爭，其實比你想像的更慘烈更無情。所以即使扣掉螞蟻蜜蜂這些習性特殊、只有權貴階級有生育能力的社會性動物，自然界還是存在不少可撥仔終身無法脫處。

比如象鼻海豹正是一個血淋淋的例子。

研究發現，雌性象鼻海豹只收菁英，絕不接受垃圾，擇偶條件開得非常嚴格──唯有那些最精銳、最能打的雄海豹，才可獲得牠們青睞、受邀繁衍下一代。

相對的，雄海豹一旦當上菁英，從此就能縱橫情場，躋身大眾情人，被翻牌的頻率直逼歌舞伎町夜之帝王，一生約可和 250 頭雌海豹勾勾纏。

然而在所有的雄象鼻海豹中，這種豹生勝利組僅僅只占兩成，其他 80% 通通算是被選剩的孩子，等待牠們的結局，只有母胎單身一輩子。

雖然聽起來好像很可憐，但象鼻海豹約在 5 歲達到性成熟，而平均壽命其實不到 15 歲。換句話說，牠們保持處男的歲月，最多也就十年，根本連轉職魔導海豹的資格都沒有。

從這個角度看，誰比較可憐還真的不好說啊 。

公獵豹光靠喵喵叫，就能讓母豹排卵喔！

一般來說，雌性動物的排卵機制分成兩種：一種是「自發性」，會在固定時間規律排卵；一種是「誘導性」，要透過特殊刺激，特別像是交配等外力影響才會排卵。

例如公貓生殖器上長滿的倒刺，就是為了在交配時刺激母貓排卵（這超痛）。另外雖然有些人聲稱看到帥哥會大排卵，但人類女性可是道道地地的排卵靠自發，所以妳家姨媽才會每個月固定來打卡。

至於今天要說的獵豹，雖然也是一種大貓，但過去一直沒人知道牠們究竟什麼時候排卵，既沒有固定週期，也不是在交配中被喚起，難道只有感覺對了才可以？

後來終於有科學家注意到，每當公獵豹發出一種奇異的喵喵叫，周圍母豹就有很高的機會在未來幾天受孕，才進一步發現，這是因為在聽到這種愛的呼喚後，母豹體內和發情或排卵有關連的性賀爾蒙──例如動情激素、黃體素助孕酮都會立刻噴發，從而刺激母豹排卵。

像這樣靠聲控啟動的繁殖機制，在哺乳動物中可是非常非常罕見，我想，這也是少數經過科學認證的──能讓人懷孕的好聲音。

越帥的小鳥越容易被吃掉喔

帥有什麼用？帥能吃嗎？這題的答案，其實要看你是什麼動物──如果你是隻小鳥的話，長得帥，還真的會讓你更好吃！

這要說到澳洲有一種青春小鳥，叫華麗細尾鷯鶯，每當發情警報響起時，雄鷯鶯的羽毛，都會由鐵鏽灰轉成小發財藍，目的當然是用力帥他一波好吸引雌鳥青睞。

但耍帥往往是要付出代價的，因為藍色在自然界非常顯眼，所以變了色的雄鳥，就像漆黑中的螢火蟲一樣，是那麼樣的鮮明，那麼樣的出眾，連帶提高了被掠食者盯上的風險。

因此科學家發現，這些拉風的雄鳥，不但會花費更多時間警戒周遭環境，遇到任何風吹草動，都要搶先躲進龜仔坑，就算風頭過了也要拖到最後一刻才出來面對，美其名是愛惜羽毛，講難聽點就是貪生怕死。

更有趣的是，相較於安全感不夠的雄鳥，雌鳥（不會變色）心臟反而會變得更大顆，找掩護以及警戒的時間都會比求偶期前更短，顯然是看準天塌下來也有帥過頭的雄鳥頂著先。所以在求偶期間慘遭捕食的雄華麗細尾鷯鶯，也算是名副其實的把自己「帥死了」，更應證了什麼叫長得帥死得快。

所以我們也在此呼籲，謹記帥小鳥的教訓，大家一起長得醜活得久，謝謝。

其實北極熊的腳非常臭喔

科學家發現，北極熊的腳是真的很臭。

許多動物都會利用氣味傳遞訊息，像熊族大多會透過摩擦樹木，留下牠們的體味。然而北極可沒有什麼樹，在白茫茫一片真乾淨的冰天雪地，除了幾道偶然的足跡，你很難再留下什麼東西。

好在北極熊的腳丫上，長著發達的汗腺及濃密的毛髮，那個積累的臭味，就連極地的寒風都會為之顫動，不論是北極寂寥的風中雪中或你的心中，北極熊走到哪，腳臭味就能留到哪。

此外，在收集了 200 多隻北極熊的腳臭後（噁），科學家還發現，公北極熊對發情母熊的腳臭，普遍有著更明顯的反應、看起來會更加興奮，可見想得到北極熊的芳心，一定要靠腳臭。而在這之後也有研究證實，野生公熊就是靠這薰人的腳氣，找到心儀的母熊。

所以對北極熊來說，腳是真的要越臭，才越有可能找到另一半（或者說被找到），反觀人類老要擔心自己腳臭口臭狐臭放屁臭，會嚇到約會對象以後不聯絡，這看在北極熊眼裡，還真是挺奢侈的煩惱欸。

每位小朋友心中都有一種最愛的動物，特別是那些有「最」字頭頭銜的動物總是榜上有名。目前現生陸地上奔跑最快的動物，大家馬上聯想到獵豹。事實上，獵豹成功打獵的關鍵，並不是牠們爆發出的驚人速度。最新的研究指出獵豹真正靠的是牠們更為出色的敏捷度和機動性，這才是牠們生存的高超技倆。

獵豹的速度究竟有多少一直是科學家眾說紛紜的主題，1960年代的測量計算出高達時速64英哩（相當於時速103公里）的速度，但後續的實驗量出來最快卻只有40英哩（相當於時速64.4公里，跟一種稱為靈提的獵犬差不多）。

為了找出這些苗條的傢伙到底最擅長哪部分，研究團隊在五隻野生獵豹身上裝上檢測器來追蹤牠們的行動。這個檢測器可以用來記錄速度、加速度、減速度和位置。最後經過17個月，共收集了367個跑步的數據。

作者驚訝地發現敏捷度和機動性是獵豹捕獵過程中最重要的關鍵。牠們的確有能力跑出高速，有隻名為法拉利的獵豹跑出了時速93公里的速度。但是總平均下來，時速最高只有53公里，而且這樣的速度也無法持續維持。另外，在成功捕獵和失敗的打獵過程中，科學家發現兩組不同速度的獵豹並無明顯的捕食差異。換句話說，超級快的獵豹和稍快一點的獵豹，牠們捕食成功的機率是差不多的。

研究資料顯示了這些獵豹是動物界中「加速度和減速度『最快』」的冠軍，獵豹可以在一次的跨步中增加或減少時速14.5公里。牠們的肌肉每公斤可以輸出100瓦的功率，這是陸生動物中單位重量輸出最高的功率。比較一下，全世界最快的紀錄保持人，來自牙買加的短跑選手Usain Bolt，他的每公斤肌肉只產生25瓦的功率。因此，比起單純的高速，獵豹真正致勝的關鍵，是牠們能夠在瞬間加速、又能在瞬間減速，持續緊跟著獵物不放，逮到時機一把撂倒獵物。

傳統上的思維都把獵豹描述成破曉殺手，待在開曠的草原上靜靜注視著，直到逼近到幾百公尺外，如鳴起賽跑槍聲一樣，倏然地展開精采的生死追逐戰。最新的研究則顛覆了這個想法：獵豹的確在白天展開殺戮，不過有半數的追逐時間是發生在灌木叢、疏林草原等具有很多植被的地方，好讓獵物處處碰壁、反應不及，最終成為獵豹的午餐了。

參考文獻：

1. Chow, D. 2013. Hunting Cheetahs Rely More on Agility Than Speed. Livescience.http://www.livescience.com/37372-cheetah-running-hunting-behavior.html
2. Wilson, A. M., Lowe, J. C., Roskilly, K., Hudson, P. E., Golabek, K. A. & McNutt, J. W. 2013. Locomotion dynamics of hunting in wild cheetahs. Nature 498, 185-189.http://dx.doi.org/10.1038/nature12295

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