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超級低溫的科學啟示錄

Y博士
・2016/01/25 ・1305字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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拍攝於司馬庫斯。圖片提供者:黃儀倩。

這個週末,相信大家都有一個很難忘的回憶,台灣各地的氣象測站,都測到破紀錄的低溫。很多海拔高度較低的地方,也下起了雪來。一時間,整個台灣的新聞台焦點已經從蔡英文要不要提前組閣,整個轉移到白雪紛飛的歡樂世界。一位在新聞台任職的新聞主管還打趣的說:「今天最大的新聞,應該是台北哪裡沒下雪?」

媒體的報導多著重現象,缺乏事件背後的剖析。

台灣的媒體競爭很激烈,為了收視率只能用力拼下去。然而各家電視台的人力畢竟有限,別家電視台有下雪的畫面,自家怎麼可以沒有。別人出了SNG車,輸人也不能輸陣。資源投注在最血淋淋新聞戰,自然就無法空出人力開闢戰場,只能跟隨別家的議題。在我看來,除了「何處下雪?雪積多深?賞雪人潮?車陣多長?」之外,寒流背後的成因更值得探討。少數有新聞媒體深入解釋了「北極震盪」讓大家知道為什麼會有這一波寒流。但是,很抱歉,如果以科學家的標準,我還會在多問一句,「北極震盪」年年發生,怎麼今年會有如此嚴重的寒流。如果我的資訊沒錯,台灣自1897年有氣象記錄已來,還沒有平地下雪的紀錄發生。很可惜,真正深入的資訊,大多來自外電報導,實在是一大遺憾。

不該發生的事情,卻有不一樣的處理標準

台灣地處副熱帶和熱帶,依照常理來判斷,低海拔地區下雪,其實是「反常」的事件。這就跟十幾年來不該淹水的地方淹水,一月不該有颱風侵襲台灣,小林村不該滅村一樣,都是反常的天氣(或災害)事件。然而,台灣的民眾似乎對下雪有追求的熱情。於是輿論風向變得相當歡樂,開始討論起日本、台灣哪個氣象預報比較準,氣象主播之間的舌戰。這些資訊無疑增添了八卦的氣氛。但是,容我多嘴,當我們覺得日本的播報很準確的時候,是不是想過日本投注多少的人力物力在基礎科學的研究上面。氣象是一門科學,而科學的進步沒有捷徑,就是找到一群稱職的科學家,給他們需要的資源。

下雪是天氣現象,平地下雪是天氣災害現象

相對於其他高緯度地區,台灣對於寒害幾乎是沒有準備的。舉例來說,一般辦公大樓不一定有暖氣設備,有些建築為了通風,連冬天也只能開啟冷氣。一般超過20年以上的住宅大樓,更不會裝設暖氣,只能靠住戶自己購置,如此低溫對壯年人來說已經接近體力負荷的邊緣,更何況是老年人與小孩。如此寒害,對心血管疾病的病人都是嚴峻的考驗。可以想見,凍死的案例一定會上升,而接下來,台灣的民眾就要面對過年前的農產品漲價。說實話,這波寒流帶來的雪,不是瑞雪,是災害啊!瑞凡!

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回歸科學面來說,根據科學家的研究證實,在可以預見的未來,人類必定要面對這一類型的「極端氣候」。尤其是位於海島的台灣,暴雨、暖冬、寒流、強颱,以後都會成為我們生活的一部分。媒體的力量,就跟水一樣,水能載舟,也能煮粥(咳~~),對不起,是亦能覆舟。當輿論能夠喚起大家對這類極端氣候的重視,就會發現這些現象多少肇因於全球暖化。簡單來說,地球已經存在超過45億年,什麼樣的大風大浪沒見過。相對的,人類只有短短一百萬年左右的歷史。地球系統的失衡,不會讓地球消失,反而會是人類這個族群存亡的關鍵。

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Y博士
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天文學家。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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經濟重要還是環境重要?明朝末年發生了什麼事?氣候如何影響國家?——《價崩》導讀
衛城出版_96
・2024/05/07 ・4105字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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眼皮底下的事實:環境史研究者看《價崩》

洪廣冀(臺灣大學地理環境資源學系副教授)

著名的漢學家卜正民以如下段落為《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》一書定調:

生活在這個時代,我們彷彿逃不出莫測變幻的手掌心。變化讓人這麼痛苦、氣餒,為了安慰自我,我們便告訴自己:當代的生活特徵就是接連不斷的變化,正是這種不穩定,讓世界變得比以往更複雜。

他告訴我們,作為一個「長壽之人」,「過去十年來,氣候變遷、物價通膨,以及政治豪奪的速度與規模」,他認為也是前所未見。只是,作為一個歷史學者,他還是想問,若我們放大時空的尺度,當代人在過去十年來經歷的變化,真的是前所未見嗎?他的答案是否定的。在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。

在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。
圖/unsplash

藏在眼皮下的事實是什麼?小冰期如何發生?

一六四○年代初期的中國發生什麼事?這便是卜正民試圖回答的問題。他反對傳統史學的兩大見解:一者是訴諸人禍,即訴諸當時宮廷內的派系鬥爭,統治階層道德淪喪,導致民不聊生;二者是訴諸十六至十七全球的白銀貿易,即當時從美洲與日本湧入中國的白銀,造成物價波動與社會不安。卜正民認為,訴諸人禍與貿易會讓我們看不見「藏在眼皮底下的事實」:小冰河時期(簡稱小冰期)。

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廣義地說,小冰期是從十四世紀至十九世紀初期的地球寒化現象,氣溫平均掉了攝氏兩度。乍看之下,攝氏兩度的溫差或許微小,但對作物而言,這樣的溫差已經足夠讓作物減少一次收成,或根本無法收成。再者,必須注意,兩度的溫差是「平均」,即可能是極熱與極寒的氣溫交錯變化造就此兩度溫差。這確實也是在小冰期中發生的事。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。影響所及,所謂「聖嬰-南方震盪現象」(El Niño-Southern Oscillation, ENSO,即傳統上所說的「聖嬰現象」加「反聖嬰現象」)變得格外激烈,乾旱、水災等極端氣候頻傳。不僅如此,地球科學家也指出,小冰河期也是火山活動格外頻繁的時期。火山噴出的煙塵,遮蔽了太陽輻射,更加速了地球的寒化。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。
圖/unsplash

小冰期的起因為何?目前普遍接受的見解是太陽活動改變。此外,也有研究者指出,這與所謂歐洲人「發現」新大陸有關。受到所謂「哥倫布大交換」的衝擊,美洲原住民大量消失,森林擴張,吸收大量二氧化碳。眾所周知,二氧化碳是溫室氣體;二氧化碳濃度的減低,讓大氣保溫的能力下降,與前述太陽活動與火山噴發的效果耦合,讓寒化成為不可逆的過程。總之,我們現在已經知道,地球是個混沌系統,牽一髮不只動全身,甚至整個身體都會分崩離析。

回到《價崩》這本書。卜正民指出,明朝的存續時間(一三六八至一六四四年)即落在小冰期,並成為明朝覆亡的主因。他將小冰期之於明朝的影響分為六個泥沼期:一、永樂泥淖期(一四○三年至一四○六年)。二、景泰泥淖期(一四五○年至一四五六年)。三、嘉靖泥淖期(一五四四年至一五四五年)。四、萬曆一號泥淖期(一五八六年至一五八九年)。五、萬曆二號泥淖期(一六一五年至一六二○年)。六、崇禎泥淖期(一六三八年至一六四四年)。

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永樂泥淖期欠缺災荒記載,景泰泥淖期以饑荒收尾,嘉靖泥淖期氣候異常乾冷,萬曆一號泥淖期爆發饑荒、洪水、蝗災與大疫,「人民相食,枕籍死亡」;萬曆二號泥淖期的乾旱與水災頻繁,饑荒再度爆發,「朝廷賑濟的請願如潮水湧來」。崇禎泥淖期是明代乃至於「整個千年期間最慘痛的七年」,「米粟踊貴,餓殍載道」。一六四四年四月末,闖王李自成兵臨北京,致書要求崇禎帝歸順。崇禎不從,在命皇后、貴妃與女兒自盡後,他爬上皇居後的煤山,自縊身亡。李自成稱帝後,滿人入關,將中國納入大清國版圖。

不可忽視的幽靈?拔除合理征服者的解釋,明朝滅亡原因還有哪些?

如此的歷史解釋是否會流於環境決定論?卜正民的回答是:「如果環境決定論的幽靈就在門外徘徊,我也不會在分析時將其拒於門外。」那麼,是什麼讓寫出《縱樂的困惑》、《維梅爾的帽子》等名著的歷史學者相信環境的決定作用?答案就是糧價。

卜正民先生像。
圖/wikipedia

以他的話來說,「太陽能與人類需求的關係,是透過糧價調節的。從景泰年間到崇禎年間,糧價在五次環境泥淖其中激增,每一次都把價格多往上推一截,這樣的事實也說服我必須採用氣候史的大框架。」卜正民表示,「一旦經濟體仰賴太陽輻射為能源來源,那麼無論大自然是幽而不顯還是顯而易見,都必然是社會或國家生命力的決定因素。」

在結語「氣候與歷史」中,卜正民再次反駁那些把明朝覆滅推給「失德」的見解。他認為,這種論調是「合理化明清兩朝遞嬗的過程」,且「編出這種敘事並為之背書的,就是征服者」。他強調,「明朝的滅亡固然不能推給災荒糧價,但講述崇禎末年重大危機時不把氣候因素納入考慮,那簡直就像莎士比亞所言,宛如癡人說夢,充滿著喧譁與騷動,卻沒有任何意義。」

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然而,不至於將環境決定論「拒於門外」是一回事,認為社會變遷就此被環境「決定」,又是另一回事。卜正民並不認為,面對氣候因素帶來的種種挑戰,明朝各級官員只能雙手一攤,感嘆天要亡我,不做任何努力。就如其他生活在小冰期的人們一般,卜正民認為,明朝人建設基礎設施、育種、建立制度、開發新科技與控制生育力等;但問題是,一六三○年代晚期的種種災害,並未催出社會的適應力,反倒是摧毀其適應力。

拜此時勃發的火山活動與激烈的聖嬰-南方震盪現象「之賜」,不論是政府還是市場,都變不出糧食。卜正民認為,至少在前五個泥淖期,明朝人還是表現出相當的韌性,努力予以調適。然而,進入崇禎泥淖期後,春夏乾冷,田地龜裂,運河無水。當每公斤的米得需要兩千五百公升的水,而老天爺就是不願意降下一滴雨時,糧食供應體系就此崩潰,連帶把物價與政治體系拖下去陪葬。

是誰忽略了眼皮底下的事實?這段歷史帶給我們什麼警訊?

回到卜正民所稱的「眼皮底下的事實」。我們要問,是誰忽略了這項事實?誰是這對眼皮的擁有者?卜正民的答案有二。一則是以研究社會、政治與環境變遷的人文社會科學研究者。以小冰期的相關研究為例,他表示,當他開始研究明代中國糧價變異與氣候變化之關係時,驚訝地發現,「其他地方的環境史對糧價幾乎不提」。與之對照,精通糧價的歷史研究者,如不是太快地把糧價理解為「公平交易」的指標,便是視之為社會關係的一環,忽略了糧食必得是在特定的環境條件下孕育出來的。

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。
圖/unsplash

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。然而,卜正民的分析告訴我們,即便明代中國離現在相當遙遠,所謂的小冰期至少也是一百五十年以上的事,但物價恐怕還是可作為某種氣候指標。換言之,若人們以關心物價的熱誠來關心環境,面對當代的環境危機,說不定人們多少可找出個解方。

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此外,讓人心生警惕的是,卜正民告訴我們,小冰期多少是個漫長的地球系統變化。小冰期本身並未造成明朝衰亡,是相伴的極端氣候摧毀了明代社會的韌性與調適。他也認為,面對小冰期、火山噴發與聖嬰-南方震盪現象誘發的極端氣候,從後見之明來看,明朝人也做了他們可以做的,但也只多苟延殘喘了七年,且還是生存條件都被剝奪、生活尊嚴都被否定的七年。

那麼,當人類誘發的氣候變遷可能已加劇了聖嬰-南方震盪現象,讓去年(二○二三年)夏天成為有紀錄以來地球最熱的夏天,而極端氣候彷彿成為日常,人類還有多少時間可以調適?如果說明朝多少是被地球系統的正常運作摧毀,當今地球系統的異常,是人類自己造成的,數百年後的歷史學家,在回顧這段歷史時,恐怕無法如卜正民對待明朝人一樣地寬厚,只能說這是咎由自取。諸如此類的思考,都讓《價崩》有了跨越時代的現實意義。

畢竟,明朝人不是外星人,他們跟我們都生活在同一個地球上。

——本文摘自《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》,2024 年 05 月,城出版出版,未經同意請勿轉載。

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衛城出版_96
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"每個人心中都有一座城。每個人在心裡攜帶著文明的種子。 守衛讀者心中之城,與文明的生命力。"

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征服極端低溫!具有超強耐寒能力的細菌:冷紅科爾韋氏菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/10 ・1718字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • Colwellia psychrerythraea 
  • 冷紅科爾韋氏菌
  • 形狀:小桿狀
  • 顏色:淺紅色
  • 長:2.5 至 3.5 微米
  • 直徑:0.5 微米
  • 前進:使用鞭毛
冷紅科爾韋氏菌。圖/《細菌群像》。

攝氏 –196 度的世界

據當今研究結果所知,在生命出現的早期,地球上炎熱期與冰凍期交互出現,前者平均溫度可達攝氏五十度,後者溫度可低至地表完全凍結。火山爆發及隕石和小行星的撞擊,使地球溫度升高,經由化學反應及後來出現的生物反應消耗大氣層中的二氧化碳,又使地表變冷凍結。

對大多數的生物來說,今日地球是個既濕又冷的家。地表面積超過百分之七十全是海洋,其中三分之二又是寒冷的深海帶,終年溫度只有攝氏二至三度。地表上所有水域裡,淡水僅占百分之二點五,溫度卻也沒有太大差別:百分之九十的淡水,都儲存在極地冰塊及散布地球各處的冰河裡。

自人類開始定時測量並記錄溫度後,最低溫的紀錄是在南極測得的攝氏零下八十九點二度,不過那裡的溫度也從未上升到比結冰點還高。比較重要的是,有些地方雖有溫暖期,但在夜間或冬天會變得異常寒冷,像亞洲一些地方最高溫可達攝氏四十九度,但低溫時也會降到零下五十度。因此不難想像,為何這麼多的細菌都具有高溫差環境的適應力。

所有在低溫環境仍然活躍的細菌中,冷紅科爾韋氏菌特別引人注目:這種微生物在攝氏零下十度還可四處遊走,在攝氏零下二十度還能繼續生長分裂繁殖。甚至在攝氏零下一百九十六度超低溫環境,研究人員還可觀察到其新陳代謝的運作。

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冷紅科爾韋氏菌能在液態氮(這可是能將花朵瞬間凍成易碎玻璃的物質)中將胺基酸吸收並用來組成自己的細胞。此特性要歸功於它的保暖聚合物及在細胞外作用的酵素,讓它被包覆在網狀的分子結構裡,就像穿了一件毛衣,保護其免於水分形成整齊的冰晶結構。耐寒細菌的細胞壁結構類似液晶,在極冷和高壓下仍然可以保持液態,這也解釋了為何它同時也耐高壓。

掌握低溫生物技術

科爾韋氏菌屬發現於一九八八年,發表研究結果的作者建議以美國微生物學家麗塔.科爾韋(Rita Colwell)之名來命名,以示敬意。科爾韋生於一九三四年,在一九六○年代發現沿海水域有霍亂弧菌,而且常寄生在以藻類為食的浮游性橈腳類[1]動物上。

在氣候溫暖或養分過剩導致藻類大量繁殖時,就會吸引這些細小的甲殼類動物前來,細菌也就隨之而來。科爾韋發現這項事實後,立即成立安全用水供應網,設法以盡可能簡單的工具,例如自造的過濾器,防止因飲用水造成的傳播感染。

此後,她還與其他伙伴一起創立 CosmosID 公司,以期快速檢驗出環境樣本中的細菌。為了向她致敬,南極一座山塊[2]就以她的名字命名。冷紅科爾韋氏菌的種小名 psychrerythraea,則由希臘文 psychros(冷)及拉丁文 erythraeus(紅色)組成,因這個細菌嗜寒並含有紅色色素。

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科爾韋氏菌被應用於許多生物技術上。圖/envatoelements

冷紅科爾韋氏菌也可以在無氧的環境中存活,還可利用各種結構簡單或結構複雜的有機化合物做為養分。由於這種細菌能分解很多種含氮化合物,甚至還能利用硫來產能,因此相當適合利用它在寒冷地區處理環境污染問題。

除此之外,此種細菌也可能促進新疫苗的發明。科學家將病原菌重要的代謝基因替換成冷紅科爾韋氏菌的代謝基因,得到以下結果:病原菌在低溫下正常生長,但在常溫時停止生長,細胞逐漸死亡。這種弱化後的病原菌可用在活體疫苗,使身體在不受危害的狀況下產生足夠的免疫力。此法已在動物實驗中證實可行。

註解

  • [1] Copepoda,橈腳類或譯橈足類,海洋中數量眾多的一群甲殼動物。
  • [2] massif,又稱地塊,地質學中的一個結構單元,比構造板塊要小。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。