「人帥益生菌，人醜大腸菌」 這樣講對嗎？

F 編按：本文編譯自 Live Science

「氫鋰鈉鉀銣銫砝、铍鎂鈣鍶鋇镭…」相信很多人離開高中很多年，都還朗朗上口。

列著 118 種已知化學元素的「元素週期表」（Periodic Table），雖然唸起來像咒文，但有了它之後便能夠快速查詢原子序（proton number）、價電子（valence electrons）數量，以及元素可能的化學性質，成為各領域科學家與工程師設計實驗、預測物質反應必不可少的工具。

有趣的是，元素週期表並非一蹴可及。縱觀歷史，化學家們歷經數世紀的摸索、爭論與資料整理，才在 19 世紀後半葉逐漸確立。

週期表之父：門得列夫的突破

19 世紀中葉，已知的化學元素約有 63 種，許多化學家嘗試找出元素間的共同點，卻苦無系統性整理。當時能區分「金屬」與「非金屬」，或利用價電子概念將一些元素歸類，但要涵蓋大多數元素仍顯不足。俄國化學家門得列夫在撰寫《化學原理》教科書時，因接觸各元素的資料而產生新思路。他索性把已知元素各種性質寫在紙卡上，再一一比對它們的原子量（類似當今的原子量或原子序概念）與化學性質。

確切的靈光乍現時刻，如今已無從完全重現，但我們知道門得列夫最後觀察到：「如果按照原子量（或後來的原子序）由小到大排列，某些化學性質就會呈週期性重複。」進一步來看，元素的價電子數量通常也會對應到表格的「欄位」或「族群」。於是，在 1869 年，他將研究結果發表，提出了第一版週期表的雛形，更大膽預言了尚未被發現的元素「eka-aluminium」（後來證實即鎵 gallium）及其他四種元素的性質。

讀懂週期表：原子序、符號與原子量

今日的週期表之所以能快速讓人獲得豐富資訊，關鍵在於三個核心欄位：

1. 原子序（Atomic Number）
   代表該元素核內所含質子數。如果一原子核有 6 顆質子，就必定是碳（C），無論其他中子或電子數如何。此序號由上而下、由左而右遞增，貫穿整張表格。
2. 元素符號（Atomic Symbol）
   多為一至兩字母縮寫，如碳（C）、氫（H）、氧（O）。但也有如鎢（W，因「Wolfram」得名）或金（Au，取自拉丁文「Aurum」）等較不直覺的符號。
3. 原子量（Atomic Mass）
   表示該元素在自然界中各同位素的加權平均值，故通常是帶小數的數字。對合成元素則標示最常見或最穩定同位素的質量，但由於這些元素壽命極短，數值往往會被不斷修正。

舉例來說，硒（Se）在週期表中顯示原子序 34，屬於第 4 週期、第 6A 族，表示它有四層電子軌域，其中最外層（價電子層）有 6 顆電子。有了這些資訊，科學家可快速判斷硒的化學傾向、可形成何種化合物，乃至於在生物或工業應用中可能扮演的角色。

週期表的內部結構：週期、族與軌域

門得列夫最初按照原子量遞增排列元素，現代則依靠原子序（即質子數）來分類。橫向稱為「週期」（Period），從第 1 週期到第 7 週期；縱向稱為「族」（Group），目前總共有 18 組。週期數量在於顯示該元素電子軌域有幾層；而同一族則代表外層價電子數相同，故有相似化學性質。

例如，第 18 族常被稱作「貴氣體」或「惰性氣體」，如氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）等皆不易與其他元素起反應。另一個顯著群體是位於第一族的鹼金屬（Alkali Metals），如鋰（Li）、鈉（Na）等，因外層只有 1 顆電子，極容易失去該電子而形成帶 +1 價的陽離子，故與水猛烈反應。

此外，在表格中央有一塊「過渡元素」（Transition Metals）區域，包括鐵（Fe）、銅（Cu）、鎳（Ni）、金（Au）、銀（Ag）等。它們具有部分填充的 d 軌域，使得該區域的元素呈現多樣性質，例如具有金屬光澤、可塑性或導電性等，被廣泛應用於工業及工程領域。

再進化：從 63 種到 118 種

當門得列夫在 1869 年發表週期表時，已知元素只有 63 種，表格中甚至留有空白以預留「未來或存在尚未發現的元素」。他果然預測到了鎵（Ga）以及日後證實的日耳曼ium（Ge）等新元素性質，贏得舉世矚目。隨後，有越來越多元素透過科學發展，尤其是光譜分析與放射性研究而被發現，例如鐳（Ra）和氡（Rn）等。

到 20 世紀後期，隨著粒子加速器的誕生，人類可以合成更重的超鈾元素（Atomic Number > 92）。這些人工合成元素往往極度不穩定，壽命僅能以毫秒或微秒計，但仍證實存在、並填補週期表後段空白。如今，週期表已收錄到第 118 號元素「鿆（Og，Oganesson）」，但科學家預測或許還能繼續向上延伸；只要能合成更重、更穩定的原子核，我們就能拓展週期表的新邊境。

一般認為，隨原子序遞增，原子核內部的質子數目激增，原子愈趨不穩，往往在極短時間內衰變成較輕元素。然而，一些理論物理學家提出「島狀穩定性」（Island of Stability）的概念：也許在某特定質子與中子數量組合下，能出現意外長壽的「穩定」重元素。

是否真能在表格上方再增添「第八週期」甚至更高週期的列，仍有待更多實驗來驗證。但無法否認的是，週期表一直是科學家檢驗自然規律的試驗場，也見證了人類探索未知的無盡熱情。

F 編按：本文編譯自 Live Science

在美國加州死亡谷（Death Valley）「魔鬼鍋爐」般的炙熱溫度下，每年夏天都舉行一場被稱為「世上最極端越野賽」的經典賽事：Badwater 135。選手需在攝氏 49 度、下方為北美洲海拔最低的地帶上，跑步或走完 217 公里的山路，一路衝向位於美國本土最高峰（聖女峰）附近的終點。這聽來猶如天方夜譚，但每年仍有近百人勇敢挑戰。許多四足動物在此高溫下可能早已中暑倒地，為何人類卻能憑藉一雙腳在此環境中堅持下去？

事實上，速度上我們遠不及同等體型的動物，例如豹或馬，然而要比拼耐力，人類卻常能大放異彩。我們能在大草原中與野生動物「天荒地老」地消耗，即使我們在短程衝刺中會被輕易超越，仍可以憑藉馬拉松般的堅韌一路追趕，最終讓速度更快的對手因高溫與疲勞而甘拜下風。究竟人類為何會進化出這般特殊的耐久力？。

人類長程奔跑的演化起源

人類的體質在遠古時期並非天生就能輕鬆長跑。據一種假說推測，大約 700 萬年前，類人猿的祖先於非洲開始「離開樹梢」，轉而在地面上覓食、移動。早期的兩足行走雖然看似笨拙，卻逐漸在持續的氣候變遷與草原化過程中展現優勢：

1. 更廣闊視野：直立行走時，頭部位置提高，有利於觀察周遭環境，提早發現危險或獵物。
2. 省力遷徙：兩足步態下，移動同樣距離所需能量相對降低，足以在開闊平原上長距離跋涉。

隨著數百萬年的進化，人科動物（hominids）在骨骼、肌肉與生理機制上更趨於適應長時間行走和奔跑。他們在廣袤的非洲大地上，並非以速度壓倒對手，而是依靠「耐力與持久追蹤」取得優勢。考古學家曾提出「持久狩獵」(Persistence Hunting) 的假設：古人類可能利用高溫時段在大草原上追趕羚羊或其他動物，待獵物體溫過熱而力竭之際，人類再上前制伏。一方面依靠長距離奔跑耐力，另一方面倚仗強大的散熱能力。

足部與下肢結構：為奔跑而生的細節

哈佛大學的人類演化生物學家丹尼爾‧李伯曼（Daniel Lieberman）指出，人類的奔跑能力「從腳趾到頭頂」都有演化專門化的痕跡，稍加留意便能發現許多奧祕。

1. 短腳趾與足弓結構
   • 人類的腳趾較短，是為了減少長距離奔跑時的折損機率。若腳趾過長，每次著地都更容易造成骨折或扭傷。
   • 足弓（包括足底肌腱與韌帶）則具備彈簧般的功能，可在踩踏地面時儲存彈性能量，接著釋放推力，減少肌肉能量消耗。
2. 強力肌腱與韌帶
   • 跟腱（Achilles tendon）和髂脛束（IT band）都能吸收並釋放大量彈力，在跑步時有效節省體力。
   • 透過肌腱的彈性能量回饋，跑者在每一步落地與蹬地之間，都能減少額外的肌肉耗損。
3. 臀部肌群的角色
   • 人類相較於猿類擁有更發達的臀大肌（gluteus maximus），能夠穩定軀幹，使身體不致向前傾斜或晃動得過於劇烈。
   • 這種「穩定性」非常關鍵，它能支撐直立姿勢，維持跑步時的協調和平衡。

軀幹與上肢：不容忽視的穩定器

奔跑並不只是腿部的事。上半身及頭部在跑動中也扮演著不可或缺的穩定與協調角色。

1. 擺臂對頭部穩定的影響
   • 當我們在跑步時，雙臂自然擺動，有助於平衡腿部擺動帶來的轉動力矩；換言之，手臂的擺動能對沖下肢動量，讓我們在快速移動時仍保持穩定，頭部不至於過度搖晃。
   • 猿類上肢肌肉發達，卻沒有像人類一樣的大範圍肩關節「解耦」特性（能讓肩膀與骨盆分開晃動、頭部保持前方視線），這使得牠們在直立奔跑時更顯笨拙。
2. 脊椎靈活度與呼吸節奏
   • 人類的脊椎與骨盆並非僵直連接，跑步時，骨盆能與肩部做出相對扭轉運動，使軀幹整體更靈活。
   • 這種結構也幫助人類在奔跑過程中匹配呼吸節奏：腳步落地的頻率能自然與肺部換氣形成同步節拍。

冷卻系統：靠「排汗」征服烈日

在非洲大草原上奔跑，面臨的最大挑戰之一便是高溫。人類為何可承受長時間高溫壓力，甚至能在午後與動物「耐力大戰」？

1. 排汗與體溫調節
   • 大多數動物主要依賴氣喘（如狗的哈氣）或有限的汗腺冷卻。人類則擁有遍布全身、數量龐大的汗腺；這使我們可藉由大量流汗帶走熱量，再透過汗液蒸發達到降溫效果。
   • 雖然我們也會因此流失水分與電解質，但只要能適度補充，便能持續散熱。而某些大型哺乳動物，在持續奔跑一段時間後，往往因過熱而只能停下休息。
2. 無毛皮膚與蒸發效率
   • 相較於其他哺乳類，人體毛髮主要集中在頭部與部分身體區域，大片皮膚裸露，有助於排汗時的蒸發散熱。
   • 這種「裸皮」極可能是長距離奔跑與日間活動的選擇性演化結果，確保人類能在炎熱的白天進行移動或狩獵，而不因過熱而必須在陰涼處長時間停留。

呼吸方式：維持長距離的關鍵

另外值得注意的是人類高效率的呼吸節奏。四足動物在奔跑時，呼吸通常與四肢步態高度耦合，比如馬或犬類在衝刺中必須配合四肢的震動節奏吸氣和吐氣，較難隨意變換節拍。而人類因直立姿態，使得呼吸與跑步步伐能保持更大程度的自主調控。

• 獨立呼吸調節：
  • 能依跑者自主需求來決定吸氣與吐氣的頻率，不一定要剛好配合腿部的落地次數。
  • 這讓人類在長時間奔跑或耐力賽中，能以相對節能的方式調節氧氣和二氧化碳的交換量。
• 嘴巴與鼻子的雙重進氣：
  • 為支撐長時間有氧運動，跑者多半會同時用鼻子與嘴巴呼吸，以便快速補充氧氣並排出二氧化碳。
  • 相較之下，某些動物在喘氣散熱時犧牲了進氣效率，一旦體溫飆升，便難以同時維持高強度奔跑。

即使進入現代社會，大多數人不必再於烈日下持久追蹤獵物，我們仍可在馬拉松、越野超馬等各式比賽中看見古老遺傳「跑步基因」所迸發出的潛力。從波士頓馬拉松、超級鐵人三項，到極端氣候下的 Badwater 135，人類透過持續的鍛鍊與後勤補給，一次又一次突破極限。

本文轉載自顯微觀點

오늘도 아침엔 입에 빵을 물고 똑같이 하루를 시작하고（今天早上，我又嘴裡含著麵包，一如往常地開始了一天）

南韓女子偶像團體 (G)I-DLE 的《Fate》，唱出了麵包是不少忙碌上班族的早餐選擇。但有營養師指出，「酸種麵包」（sourdough）成分單純，較容易被消化不易脹氣，升糖指數也更低，適合減重者或是需要控制血糖的人。

酸種麵包是使用野生乳酸菌和酵母發酵麵團製成的麵包。用料通常非常單純，只採用天然酵母、麵粉、水跟鹽，經過長時間發酵而成，因此天然酵母發酵產生的乳酸會賦予麵包酸味並提高保存品質。

而 2020 年開始席捲全球三年多的新冠肺炎疫情，意外讓烘焙成了全球許多因封城、疫情警戒而坐困在家者的紓壓管道。由於人們對家庭烘焙的興趣增加，導致商店麵包酵母短缺，可在家培養麵團的酸種麵包更是因此風靡全球。

酸種麵團可說是歷史悠久，最早可追溯到西元前3000多年的古埃及文明，直到中世紀歐洲使用酸種麵團仍是發酵常用方式。

除了歐洲，其實世界各地都有使用酸種麵團製作麵包的文化，「酸種麵包」的風味也和不同地區的歷史人文息息相關。

例如，義大利普利亞區的經典麵包「阿爾塔穆拉麵包（Pane di Altamura）」；墨西哥將啤酒和雞蛋加入酸種麵團，製作墨西哥傳統麵包「比羅特麵包（Birote）」；日本木村屋（ Kimuraya bakery）用酸麵種麵包來製作紅豆麵包，再將八重櫻花瓣醃製後放進麵包中心，提供給日本天皇享用。至於中式「老麵」饅頭，也是所謂的「酸種麵團」。

而在加州淘金熱期間（1848–1855），法國麵包師將酵母技術帶到了北加州，出現了著名的舊金山酸麵包（Sourdough bread）：一種白麵包，特徵是具有明顯的酸味。這至今仍然是舊金山文化的一部分，當地美式足球隊-舊金山 49 人隊的吉祥物就是牛仔造型的「Sourdough Sam」（酸麵團山姆）。

一般市售麵包常使用 19 世紀末巴斯德（Louis Pasteur）發現的麵包酵母（或稱商業用酵母），以高產氣的單一菌種酵母來醒發麵團，通常可在不到兩小時內發酵，醒發時間短而促進量產。

和一般市售麵包不同，酸種麵包是利用原料或空氣中存在的天然微生物群來發酵麵粉，因此需要很長的醒發時間，通常麵團發酵並形成風味需要長達 24 小時。

酸種麵包的靈魂-微生物聚落

酸麵團是麵團和麵包製備的中間產品，含許多代謝活性微生物。發酵中 1 公克的麵團通常超過 108 個單位（CFU）的菌落形成，通常含有乳酸菌（LAB）和酵母，乳酸菌：酵母比例常為 100:1；依據麵包師傅處理方式和不同地區的風土，而有多種乳酸菌和酵母菌株來源。

但傳統酸麵團製程通常不依賴偶然的菌群，而是依賴母麵團的使用。這些母麵團保存很長一段時間，甚至可能持續數十年，為後續麵團做天然微生物接種。

母麵團的微生物生態取決於內在和外在因素。內在因素主要由麵團的化學和微生物組成決定，外在因素則是溫度和氧化還原電位決定。諸如麵團產量（水活性）、鹽的添加、繁殖步驟的數量以及發酵時間等，都會對酸種麵包風味產生很大的影響。

微生物為酸種麵包帶來個性，但你有想過這些微生物在顯微鏡下的樣子嗎？俄亥俄州立大學電子顯微鏡與分析中心資深研究副工程師丹尼爾‧維蒂（Daniel Veghte）就透過電子顯微鏡觀察酸種麵團微生物群像。

影像中呈現綠色顆粒、相對較大球狀結構的是麵粉中的澱粉粒，直徑約 8 微米（µm）。

紅色是作為起發氣劑的酵母菌，隨酵母生長會發酵澱粉粒中的糖，並產生二氧化碳和酒精作為副產品，使麵團發酵，大小通常在 2 至 10 微米。這張圖像中的酸種麵團，可以看到兩種不同酵母類型，一種接近圓形，一種則是細長型。

科學家在酸種麵團中發現了 20 多種酵母。而在不同的麵團中所發現的酵母數量和類型差異，取決於幾個因素，包括麵團水合程度、所用穀物類型、發酵溫度和酸麵團維持溫度。 例如，義大利酸麵團通常使用杜蘭麥粉製作，95% 以上的酵母屬於 C. humilis，且其優勢地位隨時間拉長而穩定。

圖像中藍色的則是細菌，通常是乳酸菌，酸種麵包獨特的風味便是由此而來。影像中細菌呈藥丸狀，大小約為2微米。

乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）是指能利用碳水化合物進行發酵生產大量乳酸的細菌總稱，酸種麵團中常見的 LAB 為乳酸桿菌，特別是在發酵時間較長或溫度較高的麵糊中。

乳酸桿菌占主導地位有幾個因素。首先，它們對碳水化合物的代謝機制非常適合將麵團、麥芽糖和果糖作為主要能量來源。其次，有些乳酸桿菌（如舊金山乳桿菌，L. sanfransiscensis）對溫度和 pH 值的生長需求與酸麵團發酵過程的條件相符。

第三則是存在於酸種麵團的乳酸桿菌具有多種壓力反應機制來克服酸、高（低）溫、高滲透壓（脫水）、氧化和飢餓。第四是會產生乳酸、醋酸鹽等有機酸和細菌素等抗菌胜肽，可作為防腐劑、提高生存競爭力，並有助於發酵的穩定持久。

基於這些機制，乳酸菌和酸種麵包的風味、質地、陳化和保存期等息息相關，例如 L. sanfransiscensis 和 L. pontis 菌株被證明可以改善麵包的口感和氣味。

• Vuyst, L. de, & Neysens, P. (2005). The Sourdough Microflora: Biodiversity and Metabolic Interactions. Trends in Food Science & Technology, 16(1–3), 43–56.
• Sourdough under the microscope reveals microbes cultivated over generations
• The Puratos Sourdough Library
• 「酸種麵包」也有假的？6大關鍵了解如何挑選正統酸種麵包
• 維基百科