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從古至今最關鍵的五餐飯──《品嘗的科學》

行路出版_96
・2016/03/12 ・2914字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

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最早出現的和味道有關的跡證,早在地球生命開始感覺到周遭世界的時候就有了。海水裡從這些生物體旁邊漂過的養分,其味道就激發了牠們原始的神經系統。在接下來的數十億年裡,生命演化的過程中,已經吃過無數餐飯了。

我們現在的口味,就像俄羅斯套娃那樣,一層層包覆著以前的那些體驗。不論一個人的口味是怎麼培養起來的,或是一道菜裡的成分有多麼不易察覺,一個味道就能勾起久遠記憶中的原始衝動,這些原始衝動呼應著演化過程的轉折,與遠古時候為食物爭得你死我活的爭鬥。

底下介紹的從古至今最重要的「五餐飯」,每一餐都是在演化史的重要轉折點發生,它們對於要解釋味覺從哪裡出現,以及智人的烹飪發明天賦從何處產生,大有幫助。

地球生命的第一口飯

這種小動物有些像金龜子,大約一吋長,有格紋狀的柔軟甲殼,會在海岸淺灘的沙子裡竄來竄去。接著牠能察覺到由氣味、振動與光線變化交織而成的破舊織毯。牠那蟲狀的獵物會往沙裡挖洞,企圖迴避閃躲到安全地點。不過為時已晚。掠食者用鉗狀的下顎把獵物扯開,吸進嘴裡、吞進食道,然後繼續牠的行程,尋找藏身處躲藏,讓食物消化。

四億八千萬年前的這一餐,證據是在一九八二年發現的。那一年,還是研究生的馬克‧麥克孟納明(Mark McMenamin)為墨西哥政府調查索諾蘭沙漠(Sonoran Desert)的地質,在墨西哥索諾拉州圖桑市(Tucson)西南方約七十英里處的高山 Cerro Rajón(中譯:朗山) 的山側進行挖掘(古代的海底現在變成在山頂上了)。他在一片灰綠色頁岩上注意到一個很微小的化石壓痕,當時他也沒有多想,就把那個壓痕從岩石上鑿下來,把它和其他那堆標本一起裝袋。

由未經訓練的人來看的話,那個化石只不過是大約四分之一吋長、隱隱約約的連續刮痕。當麥克孟納明把它拿回實驗室研究時,他辨認出那是三葉蟲的運動,刻畫在硬化泥漿上的爬痕。在動物界裡,三葉蟲幾乎要算是每種動物的老祖宗了:魚類、雙翅目、鳥類、人類。牠們在海床上留下無數化石,讓它們成了這種天然的歷史博物館裡的固定班底。很多化石有多節式外殼,看起來像是鱟和蜈蚣雜交的產物。這種化石的紋路圖樣很有名,甚至還有一個學名「多線皺飾蟲」(Rusophycus multilineatus)。麥克孟納明保留了這個化石,也在自己的博士論文裡寫到它。一直到二十多年後他擔任曼荷蓮學院(Mount Holyoke College)地質學教授、研究早期的生命演化過程之前,他都很少想到這件事。

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cedit:Kevin Walsh@flickr

後來麥克孟納明在看到他以前忽略掉的東西時,再一次檢查了那個化石。「它具有這種額外的特徵,不只是三葉蟲而已,緊鄰的另一個彎彎曲曲的軌跡化石也有這特徵。」他說:「這些東西很罕見。」他推斷,這個化石包含了兩種生物相遇的證據。另外的那道軌跡,就是一隻像蟲子那樣比較小的生物想要鑽進泥巴裡的證明。從這些記號的排列來看,顯然三葉蟲就在牠的正上方。麥克孟納明採用了「奧卡姆剃刀」(Occam’s Razor)原理:最簡單的解釋,就是三葉蟲要挖洞找吃的東西。他寫道:這就是「第一口飯」的證據─是目前已知最古老的掠食者吞吃獵物的化石。

這一餐的味道如何?有可能想像出來嗎?

在那個時代(也就是寒武紀〔Cambrian Period〕)之前,就任何有意義的方面來看,味道是不存在的。地球上的生命大部分是由漂浮、過濾和光合作用組合而成。細菌、酵母和其他單細胞生物,藏身在花崗岩的溝紋裡或是砂粒之間。有些單細胞生物會湊在一起形成黏糊糊的細胞叢。管狀或碟狀的生物體會搭著洋流的順風車漂流。「吃」的意思是指吸收海水裡的營養成分。有時候某個生物體會包裹住另一個生物體。

接著,經過數千萬年──以地質學的時間尺度來說只是一瞬之間─海洋裡變成充滿各種新生物,包括三葉蟲,牠成了生命演化史上最成功的生物類別;牠們稱霸地球的時間持續超過兩億五千萬年。牠們大約是五億年前出現的,也就是我所知自然界真正開始的時間:有史以來第一次,生命開始有系統地吞吃掉其他生命。這些新生物和牠們的前身不一樣,牠們有嘴巴和消化道。牠們擁有較原始的大腦和感官,以偵測到明、暗、動作和洩漏形跡的化學特徵。牠們利用這種精巧的新工具來獵捕、殺掉獵物與填飽肚子。就像伍迪‧艾倫(Woody Allen)電影《愛與死》(Love and Death)裡的角色鮑里斯(Boris)說的:「對我來說,嗯……我也不知道,大自然是蜘蛛與蟲子,以及大魚吃小魚。還有植物吃掉植物,動物吃……它就像一座巨大無比的餐廳。」

三葉蟲並沒有存活到現在,從那些化石也沒有辦法知道牠們神經系統的資訊,所以想要知道牠們的感官能力,得仰賴經過訓練的推測。確實,牠們可能完全沒辦法察覺像黑巧克力、葡萄酒這類複雜的氣味。人類的味道,即使是討厭的味道,都充滿細微之處,而且和其他氣味、過去的事件與感情,我們學到的經驗整體,都息息相關。很可能三葉蟲不會有「愉快」這類的感覺,而且僅能保留一點點殘存記憶。每一餐嚐起來的味道必定都差不多。而這一餐的特點一定是大多來自化解了飢餓感,以及攻擊的衝動。

還有,這些原始的氣味元素是一種相當了不起的演化成就,而人類的味道同樣具有這種相同的基本生理學構造。當然,這好比是拿小鳥比雞腿似的。不過,味道的基礎已經奠定了。

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根據化石證據,寒武紀時期,物種出現爆炸性的成長。本圖為藝術家模擬寒武紀時期的海底樣貌。credit:Ghedoghedo

地球生活條件的某些重大改變,引發了這場掠食者與獵物間的重大變革,也就是「寒武紀大爆發」(Cambrian explosion)。科學家們對於它是什麼狀況並沒有共識。有一些科學家認為那是一場史前時代的全球暖化,融解了長期冰凍的兩極冰帽所造成的。海面上升達數百英呎,海水淹進內陸,淹過長了青苔與真菌的低矮山丘和岩石(樹、草和開花植物在當時都還沒出現),侵蝕出潟湖並塑造出沙洲與淺灘,創造出相當適合生命體生長繁殖的溫暖淺窪地。有些科學家描述這次大爆發是地球磁場方向改變,更有其他人指稱是突變的關係,這種突變會導致動作電位(action potential)出現,也就是讓神經細胞能遠距離溝通的能力,或是在 DNA 編碼上的其他偶然變化。

不管事件的精確順序是怎樣,在敏銳的感官與演化成功之間,已經建立起一個相當牢靠的連結。就在身體與神經系統適應了日益升高的威脅與機會之後,一場生物學上的武器競賽展開了。那些感官,一度只是「偵測與反應」的機制,為了引導出複雜的行為,必須發展得更有效果才行。

氣味成了這個過程的關鍵。從三葉蟲存在的時代到現在,覓食、獵捕和吃食物這些行為,推動了生命不斷地啟動,在我們人類的大腦與文化成就上登上顛峰。氣味更勝於視覺或聽覺或甚至是性,是人類的核心裡最重要的要素。它創造了我們。麥克孟納明說,最為諷刺的,就是世界上開始出現殺戮,並伴隨著難以言喻的痛苦,也發展出智能和知覺,最後產生了人類的意識。


 

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過去從地球誕生到寒武紀大爆發,化石證據能告訴我們什麼樣的歷史?——《丈量人類世》
商周出版_96
・2022/10/11 ・3402字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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  • 作者:陳竹亭

從冥古宙到元古宙

從地球開天闢地起,46-40 億年的期間稱為冥古宙(Hadean, 4567-4000 Ma,Ma=百萬年),也就是指比已知岩石更早之前的時期。在這地球形成的最初階段,應該有過隕石撞擊、高溫、熔岩翻天覆地的淬煉,月球也在此期間形成。

目前尚未能確認此一時期的地表岩石,而地球上能夠找到最老的礦物,則是在澳洲大陸西部得到的鋯英結晶,成分是矽酸鋯(ZrSiO4),放射線定年有 43.7 億年之久。鋯英結晶可耐數千度的高溫,是經歷了極高溫的最老的晶礦遺跡。

40-25 億年的期間稱為太古宙(Archean, 4000~2500 Ma)起始於約 40 億年前的內太陽系經歷了重轟炸後期的結束,已有可靠的最古老岩石記錄的地質年代,一般是以高度變質的變質岩(metamorphic rock)為主。加拿大西北部找到的阿卡斯達片麻岩,定年有 40.3 億年,是目前地球上已知最老的岩石。

阿卡斯塔片麻岩的碎片。圖/Wikipedia

格陵蘭西南部找到最早的沈積岩伊蘇阿綠石帶發現變質的鐵鎂質火山沉積岩,利用鈾—鉛鋯石定年法分析的結果,距今約有 37-38 億年。有研究團隊認為該處有微生物或藍綠藻堆砌構成的疊層石,不過事實上,古代的疊層石只有少數含有微生物化石,在尚不穩定的太古宙環境中發生生命的機會,仍有許多爭議。比較可靠的證據是在澳洲西部發現艾佩克斯燧石中的微生物化石,定年的結果是 34.65 億年。

元古宙(Proterozoic)或稱原生宙的時期,是 25-5.4 億年間,此時代的岩石已經十分普遍,發育良好,而且已經有細菌和低等藍藻存在。元古宙最重要的環境大事,就是大氣層中氧氣的累積。因為太古宙基本上是個無氧的環境,25 億年前的大氧化事件將還原性太古宙以甲烷為主的原始大氣,轉變為氧氣豐富的氧化性大氣,導致了地球持續 3 億年的第一個「休倫冰河時期」(The Huronian glaciation or Makganyene glaciation)。

距今約 24 億年時,海中開始增加豐富的亞鐵離子,促使藍綠藻進行光合作用而產生大量的氧氣,稱為「大氧化事件」(Great Oxidation Event)或氧化災變。這些氧來自藍綠菌的光合作用,但突然增加的原因仍不得而知。

大氧化事件使得地球上礦物的成分發生了變化,也導致日後動物的出現。但是氧氣在一個無氧的環境中出現,是莫大的「環境災難」,因為氧氣對許多厭氧生物可說是「極毒」之氣,所以也有人用「氧氣危機」,甚至「氧氣浩劫」來形容當時的狀況。

距今約 24 億年(圖中 Stage 2)時,藍綠藻進行光合作用,產生大量氧氣,稱為「大氧化事件」。圖/Wikipedia

另一件元古宙生物圈的大事,就是細胞的演化。最早提出原核生物(prokaryote)和真核生物(eukaryote)概念的是法國的夏棟(Édouard Chatton, 1883-1947),最有名的則是馬古里斯(Lynn Margulis, 1938-2011)於 1967 年提出了葉綠體(chloroplast) 和真核細胞中的自主胞器粒線體(mitochondria)是經由「內體共生」理論(endosymbiotic theory) 成為細胞胞器的證據。1979 年, 顧爾德(G. W. Gould)和德林(G. J. Dring)也共同提出真核生物的細胞核可以由格蘭氏陽性菌(Gram positive bacteria)形成芽孢。在 20 世紀末,細菌的內體共生已經成了十分普遍的學說。

在化石方面的證據,澳洲的苦泉(Bitter Springs)有最早的真核細胞化石紀錄。用碳—14 定年包埋這些化石的岩石,發現這些化石約有 12 億年之久。有些分子生物學家用 DNA 序列回推演化時鐘(molecular clock),推測大約早在 20 億年前就可能出現了真核生物。艾克里塔許(Acritarchs)的細菌化石約有 16.5 億年,格里帕尼亞(Grypania)藻類約有 21 億年,有些叢枝形的菌類則有 22 億年之久。整體而言,真核生物的起源有可能更早,但是成為地球上主要的生命形式,可能要晚至距今8 億年之後。

寒武紀生命大爆發

顯生宙(Phanerozoic)是 5.41 億年到 251.902 百萬年前的時期,是較高等生物開始以爆炸量出現的世代,分為古生代(Palaeozoic Era)、中生代(Mesozoic Era) 和新生代(Cenozoic Era)。

顯生宙是較高等生物開始以爆炸量出現的世代。圖/Wikipedia

古生代開始於 542±0.3 百萬年,結束於 251±0.4 百萬年。包括六個紀(period): 寒武紀(Cambrian)、奧陶紀(Ordovician)、志留紀(Silurian)、泥盆紀(Devonian)、石炭紀(Carboniferous)、二疊紀(Permian)。寒武紀、奧陶紀和志留紀為早古生代,泥盆紀、石炭紀和二疊紀則為晚古生代。

伯吉斯頁岩(Burgess Shale) 的名稱是來自伯吉斯通道,位在加拿大英屬哥倫比亞的洛基山脈。黑色的頁岩形成於寒武紀中期,寒武紀是顯生宙的開始,距今約 5.41 億年前至 4.854 億年前。

英國威爾斯則是最早被研究的寒武紀地層。大約為 5.05 億年前。在幽鶴國家公園(Yoho National Park)的伯吉斯頁岩,含有非常著名而且保存狀態極佳的化石床。頁岩中的動物相極具科學價值,其中有化石紀錄中極少見的軟體有機的部分,也有已經石化的部分。

這些化石最早是在 1909 年由美國古生物學家瓦爾卡特(Charles Doolittle Walcott, 1850-1927)所發現。他曾擔任華盛頓 D. C. 的史密森尼(Smithsonian)博物館館長。他每年都回到伯吉斯的採石場收集樣本,直到 1924 年瓦爾卡特 74 歲時,已經收集了 65,000 件樣本。瓦爾卡特注意到許多像是節肢動物(arthropod)的微化石,都是新的獨有種。

圖/商周出版提供

1962 年,西蒙尼塔(Alberto Simonetta)著手重啟調查瓦爾卡特留下的東西,才注意到瓦爾卡特只觸及伯吉斯頁岩化石的皮毛。也是在那時,才有人注意到化石的生物根本無法依照現有已知的生物分類。

最近的研究結果, 更證明其中許多是全新的動物門(animal phyla)。即使在 21 世紀,有些無脊椎動物(invertebrates)的化石還是無法分類。顯然在五億年前的寒武紀,曾經發生過海中較高等全新生物的爆量發生事件。

1984 年在中國的雲南澂江縣,也發現了保存十分完整的澄江古生物化石群,時間距今約有 5.20 -5.25 億年。整理的結果共涵蓋了 16 個門類、200 餘個物種的化石。由於化石埋藏地質條件十分特殊,不但保存了生物硬體化石,更保存了非常罕見清晰的生物軟體印痕化石。

中國科學院南京地質古生物研究所的侯先光研究員,首先在澂江縣帽天山的頁岩地發現了娜羅蟲(Naraoia)的化石,這是海中的一種節肢動物,長 2-4.5 cm,存活於寒武紀到志留紀。這是世界上第二個寒武紀生命大爆炸的遺跡,實際的時間比伯吉斯頁岩化石更要早 1 千萬年以上。

這種海中生命爆量的出現,猶如聖經創世記的七日創世,許多信徒相信地球上所有的活物是七日內由上帝所創造出來,各從其類,是所謂的「創造論」(creationism)。但如此解釋在極短的時間內,地球上突然出現了大量、多種類的生命,基本上就是卓姆斯基所說的,將不解的問題歸入「神祕」(mistery),只有愕然的驚嘆,沒有悟性理解的突破。

米開朗基羅的名畫《創造亞當》。圖/Wikipedia

科學家根據化石資料,「寒武紀大爆發」沈積化石群,是在 5.41 億年前的寒武紀,幾乎所有重要的動物門都在很短的 1 千 3 百萬年到 2 千 5 百萬年的時間內出現了。在 46 億年的自然史上,這種幾乎是「轉眼」或「瞬間」的短時間內發生的大量較高等動物的多樣性,是極為少見的例子,也導致了大多數現代動物門的發散。此外,事件前後的生物複雜度也相差甚大。

動物界的「門」(phylum)是生物分類法中的一級,位於界(kingdom)和綱(class)之間,有時在門下也分亞門。目前動物界有 34 個門,植物界則有 12 個門(Division),真菌界有 8 個門。現有的系統發生學就是研究不同門之生物間的關係。

生命大爆發之前的生物體,大多為單細胞生物或是菌落,但大爆發之後的生物體卻和現在的海洋動物頗為相像,多樣化速率的加速和生命的變異程度也與現今相似。雖然這究竟是化石資訊不足,還是寒武紀當時環境或是生物本身的因素所致,至今尚無定論。有人提出盤古大陸「超級大山」的形成和毀滅,可能是導致生命界劇變的原因。

無論如何,寒武紀大爆發的事件,事實上開創了顯生宙,註記了古代生物史上生命發生至為精采的一頁。

——本文摘自《丈量人類世:從宇宙大霹靂到人類文明的科學世界觀》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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一見如故,其實是一「聞」如故?「氣味」相投有科學根據,原來我們會用嗅覺交朋友!
Bonnie_96
・2022/07/18 ・2712字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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有想過人跟人到底是如何變得親近,甚至變成朋友嗎?或許,你會猜可能是有共同話題、類似的喜好等。但最近發表在《Science Advances》的研究[1] 就指出,人更有可能和自己「氣味」類似的人建立關係。

難道科學根據真的可以應證「氣味相投」?

阿寶與他最好的朋友老皮。圖/GIPHY

任何有遛過狗勾的人就知道,狗通常在遠處就可判斷出接近的狗是朋友還是敵人。如果還是有點猶疑的話,它們也會在遇到彼此時,停下腳步、更仔細地聞對方,再決定是要主動示好一起玩,還是對著彼此狂吠。

不只是狗狗,目前也有越來越多的證據發現,人類也會不斷地去聞自己[2][3] 和彼此[4] 的體味。而聞到朋友的體味和自己的體味會引發相似的大腦活動模式,但如果是聞到陌生人的體味,則會引發邊緣恐懼型大腦反應[5] (limbic fear–type brain response)。

為什麼有些人明明認識不久,卻可以一拍即合?

一般來說,在生活中常見的友誼型態有:

  • 隨著時間推移,彼此變得更熟悉、感情也變得更穩固的「多年好友」。
  • 偶爾,還是會出現那種見不到幾次面,但是一聊就很投緣、「一拍即合的朋友」。
美國情境喜劇《六人行》(Friends),劇情圍繞著六個好友在紐約曼哈頓的日常生活。圖/IMDb

除了共同話題、共同朋友等,能讓彼此在不是很熟悉的狀況下就能一拍即合外,還有哪些其他因素在悄悄影響我們嗎?這成為魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)的研究人員 Inbal Ravreby 最感興趣的問題。

即便大家都知道,人們傾向選擇與自己外表、背景、價值觀,甚至在大腦活動等指標上與自己比較相似的人,進一步發展成為朋友。Inbal Ravreby 過去在研究上觀察的結果發現,人會不斷地聞自己,儘管大部份是下意識的,而且不只會聞自己的,也會下意識地去聞別人身上的氣味。

她提出假說:比起多年好友的關係,「氣味」在一拍即合的友誼中作用可能更加明顯。

當人下意識地聞到自己和他人的體味,並且比較這兩種味道後,接著將被那些氣味和自己類似的人所吸引。也就是說,研究者提出「人在體味的相似性,可能有助於快速建立友誼」的假說。

看到目前為止是不是覺得有夠神奇的!所以,下次要認識新朋友之前,雙方要花個幾分鐘來聞一下彼此的味道,再決定要不要當朋友,或是大腦會響起「以後別做朋友」的警鈴。(歪)

事不宜遲,直接切入實驗

為了驗證假說,研究者招募了一群「一拍即合成為同性朋友」的參與者,在他們身上蒐集了體味樣本,並進行了一系列實驗,把將這些體味樣本和隨機從不同人中蒐集而來的樣本,進行比較。

在一項實驗中,研究者想知道一拍即合的朋友間,體味是否存在化學上的相似性。於是,他們找來 20 位一拍即合同性朋友的參與者,為了讓他們身上的氣味不受其他因素影響。

實驗者要求參與者都要使用同款沒有香味的肥皂,而且要穿著至少 6 個小時的襯衫。其間,要避免使用乳液,除臭劑,止汗劑,香水,古龍水等,也不能吃會影響氣味的食物,像是咖哩、大蒜等。甚至,還要防止其他人或寵物和參與者一起睡等。

隔天再把穿過的衣服放在夾鏈袋中密封,就是為了避免和其他氣味接觸。之後再透過類似電子鼻(eNose)的設備 ,來評估氣味的化學特徵,並預測完全陌生個體間的社交互動品質。

PEN3 eNose 電子鼻用於測量罐中上衣累積的揮發物。圖/參考資料 1

不只檢測氣味的化學相似性,研究者也會請參與者聞過 40 種體味(20 種來自一拍即合朋友的氣味;另外 20 種則是來自隨機個體),並且按照視覺類比量表(Visual Analogue Scale,簡稱 VAS)對「愉悅」、「性吸引力」等面向進行評分。以及,按照這些氣味從「不同」到「相似」進行評分。

在這兩種實驗就發現,一拍即合朋友的氣味明顯比隨機陌生人比起來會更相似。對此,這有三種解釋的方式,第一是可能和假說一致,也就是這種相似性可能和友誼建立的原因有關。

或者,這種相似性可能某程度上是長期友誼的結果,像是生活在同一地區、飲食習慣等都很相近。最後,我們承認這種相似性可能和一些獨立且未知的因素有關,這樣的未知因素也可能反過來推動友誼。

接著,研究者想要排除具有體味相似性是一拍即合朋友的結果,像是朋友有類似的飲食習慣,也就可能形塑出類似的體味。

即使不說話,你也可以「聞」到朋友

為了解決這樣的問題,研究者進行了一組額外的實驗,她透過 eNose 讓彼此完全陌生的參與者,要求他們成對進行鏡子遊戲。這個遊戲不能透過語言,只能透過肢體的方式,模仿出對方的動作。

受試者在進行鏡子遊戲期間,桌子上的隱藏攝影機會拍攝記錄。圖/參考資料 1

以鏡子遊戲來形成對對方的印象,只透過非語言互動,不容易受到聲音、對話內容等因素影響。在非語言的互動結束後,參與者被要求評估對另一個人的喜歡程度,以及和他們變成朋友的可能。

隨後分析表明,具有更多積極互動的參與者聞起來的味道更像彼此。

事實上, Inbal Ravreby 和統計學家 Kobi Snitz 博士以 eNose 數據輸入計算模型後,就有高達 71% 的準確率,能預測雙方會否出現正向的社會互動。換句話說,體味的分析似乎可以預測陌生人之間社交互動的品質。

這篇研究蠻有趣地打破我們習以為常地認為共同話題、興趣等是建立關係的關鍵,但其實體味、氣味在建立一拍即合的友誼上扮演重要角色。

但在現實生活中,不管是使用洗髮精、沐浴乳等所帶有的香味,甚至是香水等,都可能影響人的體味,這會不會改變人與人建立關係的可能性,或許也是未來值得探討的議題。

圖/GIPHY

參考資料

  1. Ravreby, I., Snitz, K., & Sobel, N. (2022). There is chemistry in social chemistry. Science advances, 8(25), eabn0154. https://doi.org/10.1126/sciadv.abn0154
  2. O. Perl, E. Mishor, A. Ravia, I. Ravreby, N. Sobel, Are humans constantly but subconsciously smelling themselves? Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 375, 20190372 (2020).
  3. S. C. Roberts, J. Havlíček, B. Schaal, Human olfactory communication: Current challenges and future prospects. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 375, 20190258 (2020).
  4. I. Frumin, O. Perl, Y. Endevelt-Shapira, A. Eisen, N. Eshel, I. Heller, M. Shemesh, A. Ravia, L. Sela, A. Arzi, N. Sobel, A social chemosignaling function for human handsinging function.eLife 4, e05154 (2015).
  5. J. N. Lundström, J. A. Boyle, R. J. Zatorre, M. Jones-Gotman, Functional neuronal processing of body odors differs from that of similar common odors. Cereb. Cortex 18, 1466–1474 (2008).
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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!
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・2022/05/04 ・3086字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?
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椀濘_96
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