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611 2020 11 月號

美豬「萊」了 含有萊克多巴胺的美豬即將開放, 你真的了解萊克多巴胺嗎?

評估瀕危物種可能面對的困境

經典專欄

為何紙吸管總是插不進去?

科學×哲學

「生物個體」該如何定義?

ISSN:0250-331X

9

770250

331001

11

NT$249

焦點評論


Contents 0

611

2020 NOVEMBER

P08

COVER STORY 1

P10

美豬「萊」襲! 以 CODEX、JECFA 作科學證據行不行? 廖英凱

2

P16

當豬吃下萊克多巴胺之後…… 徐濟泰

3

P20

萊豬行不行?問題出在清楚標示! 採訪|廖英凱  撰稿|曾柏諺

4

P24

瘦肉精傳聞是真是假? 編輯部

封面說說話 〈茫茫肉海〉 明年美國使用瘦肉精的豬肉就會進口臺灣,在這之前我們真的了解瘦肉精是 什麼嗎?在茫茫的肉海中,我們能分辨得出來嗎? 本期封面繪製滿滿可口美味的豬肉片,背景使用理性的冷色調,意味著美國 豬肉進口後,這些讓人有食慾的肉片,將令當今消費者購買前有所顧慮。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 11

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Contents-2

填問卷.拿新書

News Focus

只要於 2020 年 11 月 30 日前,

 4 探索有機分子的起源也能協助減少碳排放 /

完整填寫讀者問卷調查,就有機

    除了溫室氣體外,永凍土融化還會釋放出什麼?

會獲得臺灣商務印書館出版的新

 5 從牙齒揭露史前巨齒鯊的體型 /

書《沙灘上的薛丁格》。

    觀看電視上的自然風景,還能改善負面情緒?

問卷內容請至 reurl.cc/7oEmak

 6 特定基因的突變,可能讓你對魚腥味不敏感

或掃描 QR code,並詳實填寫, 否則將喪失抽獎資格。

科學•出走

26 走得快不如走得巧?

獲獎名單將於 2020 年 12 月 5 日

    在親密關係中男生通常會放慢走路速度/謝育哲

之前公布於《科學月刊》網站 (www.scimonth.com.tw)。

28 顯影:周氏樹蛙/游崇偉 思辨之評

30 物種瀕危指標評估所面臨的難處/何宣慶 專 欄

32 數不勝數:為什麼紙吸管總是插不進去,但塑膠吸管就可以?/郭君逸 36 格物致知:超級英雄的電影世界有遵守牛頓力學嗎?/曾賢德 40 生生不息:消失的基因─細菌和昆蟲的共同演化關係/韓喬融 44 潛移默化:酶有問題才是大問題!/范博勛 48 物換星移:天與地的相接處─大氣邊界層/張淳皓

reurl.cc/7oEmak

精選文章

52 最有創造力的物理巨人 菲利普 ‧ 安德森/高崇文 陽明人社講座

56 為什麼「生命個體」的概念如此難以定義?─     生物個體的科學與哲學/陳瑞麟 61 免疫系統裡的「自我」是誰?/邱千蕙 66 疾病之下,真的人人平等嗎?─

1. 《科學月刊》610 期第 42 頁的「其中易危、瀕危及極危等三類會被

列入紅皮書中……」更正為「其中易危、瀕危及極危等三類會被列 為受威脅物種……」。

2. 第 51 頁的熱帶氣旋圖片,南北半球的氣旋旋轉方向相反。 北半球的熱帶氣旋

南半球的熱帶氣旋

專 訪

70 動物試驗中最溫柔的依靠─小鼠診所/ YouTube Li 科技大補帖

74 未來金融的新面向─區塊鏈/廖世偉 書 摘

78 《沙灘上的薛丁格》

2

科學月刊 2020.11

以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上

(正確版)

    超免疫北市生物藝術展專訪/羅億庭

《科學月刊》勘誤


臺北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長:劉源俊 董 事:王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書:李金穗 出版者:科學月刊社

口腹之慾與健康的平衡 今(2020)年的世界相當不平靜,從年初的疫情肆虐至今,到國際政治局勢的詭 譎變化,甚至許多在各領域貢獻良多的名人都因各種源由而相繼離世。仔細想 想,身處臺灣的我們,或許是全球少數的超級幸運兒。在全世界都不平靜的今日,

理事會 理事長:曾耀寰

臺灣卻依然能保有相對自由且正常的生活。

理 事:曲建仲 林翰佐 邱韻如 紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修

年初起因疫情的關係,各國都市紛紛採取隔離、封城等政策。即便想到公司上班 賺錢,或是前往超市購買日常用品等,幾乎所有人都必須被關在家中隔離,大家

執行總監:趙軒翎 編輯部

習以為常的生活似乎一去不復返。臺灣雖然也曾面臨確診數激增,出現瘋搶口 罩、人人自危的景象,但好在國人的防疫意識強烈,努力守下並維持原本的生活。

總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 蔡政修 編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲

國際友人對臺灣紛紛表示讚賞與驚嘆,畢竟,當他們還在面臨封鎖之時,臺灣人 卻可以自由自在出入公共場合(當然,前提是要做好萬全的防疫措施)。

江建勳 李武炎 李志昌 李精益 阮明淑 周鑑恆  林秀玉 林宮玄 邱韻如  金升光 金必耀 門立中  紀延平 范賢娟 倪簡白  高啟明 高憲章 張大釗  張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮  陳鎮東 單維彰 景鴻鑫 

即便面臨艱苦的時刻,生活依舊不能失去光彩與樂趣。對臺灣人而言,「吃」或 許是最簡單也最令人滿足的幸福。臺灣擁有形形色色的美食,不論是隨處可見的 街邊小吃、大街上充斥琳瑯滿目的餐廳與食堂,又或是那些會讓荷包與內心哭泣 的高級料理,放眼四周都可以滿足我們的口腹之慾。

曾耀寰 程一駿 程樹德  黃正球 黃相輔 楊正澤  葉李華 廖達珊 管永恕  劉宗平 蔡兆陽 蔡孟利  蔡振家 鄭宇君 鄭運鴻  韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 

不過,生活在美食充斥的寶島,我們得面對的,便是飲食帶來的健康風險。根據 衛福部國健署的統計,臺灣今年國內 18 歲以上的成人肥胖率已達 43%,創下 10 年來的最高紀錄。面對成為亞洲「最胖國」,我們是該多注意自身的健康問題了。

蘇逸平 編輯顧問:王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 孫維新 張 復  張勝祺 陳文屏 陳章波  陳國成 曾惠中 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆

此外,政府宣布明(2021)年起,將開放使用瘦肉精「萊克多巴胺(ractopamine)」 的美國豬肉進口。先不論各種政治因素所帶來的爭議問題,含有瘦肉精的豬肉對 健康會產生什麼樣的影響呢?本期《科學月刊》試圖以(不帶業配的)科學角度 剖析及探究萊克多巴胺。我們想知道豬在吃下萊克多巴胺會發生什麼;人體吃下 含有萊克多巴胺的豬肉對健康帶來的衝擊;反思政府根據國際規範制定的各項標

主  輯:謝育哲

準;以及一些你我都會想知道的瘦肉精迷思。最後,讓我們用獨立思考的能力,

編  輯:羅億庭

由你自己來判斷萊豬到底好不好。

美術編輯:黃琳琇 業務部

主編 謝育哲

經  理:李金穗 業務助理:廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷:赫偉有限公司

本期為第五十一卷第十一期 第 611 期 發行於 2020 年 11 月

地址:10646 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話:(02)2363-4910  傳真:(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址:www.scimonth.com.tw  電郵:scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部,廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有,非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 11

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NEWS FOCUS

探索有機分子的起源也能協助減少碳排放 近期由美國自然史博物館(American

Museum of Natural History)與美國國家航空暨太空總署(NASA)合作的一項 研究中,團隊提出約 40 億年前的地球上,也就是生命起

變化。當氫氣和二氧化碳在裝置內結合後,會產生一種 稱為甲酸(HCOOH)的有機分子,是二氧化碳固定作用

源之前第一批有機分子產生的關鍵過程。

pathway)的產物,又稱乙醯輔酶 A 途徑 (Wood-Ljungdahl acetyl-CoA pathway),且此途徑通常

地球上所有生命皆由有機分子所組成,有機分子屬於碳

不需要消耗任何能量。此實驗說明有機分子不一定要靠生

原子組合而成的化合物,碳原子會與氫、氮和氧等元素

物才能被合成出來,在實驗室中也能生成出有機分子。

結合。多數有機分子是經過固碳作用(carbon-fixation

研究人員表示,此實驗結果與古代海洋熱泉噴孔上的反應

pathways)而來,此途徑是生物體將無機碳轉換為有機 化合物的過程,可用來降低二氧化碳(CO2)濃度,著名

過程雷同,過程中產生的有機化合物可能與地球生命起源

的例子為植物的光合作用。但固碳作用大部分需要倚靠細

臨氣候危機下,作為減少二氧化碳排放的新策略。利用二

胞的能量才能完成,而在生命起源之前,有機分子又是如

氧化碳固定作用將二氧化碳轉化為有機分子,未來或許可

何出現的呢?

用於生態環境上,當作減碳新方法。

對此,研究人員設計出一個裝置,並安裝於微流體反應器 (microfluidic

reactors)上,可以檢查液體與氣體的微觀

(CO2-fixation

有關。除了探索生命的起源外,此研究也能讓科學家在面

Reuben Hudson et al., CO2 reduction driven by a pH gradient, Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(37)22873-22879, 2020.

除了溫室氣體外, 永凍土融化還會釋放出什麼? 地球正慢慢暖化,南北極的冰層範圍也正逐年減少。除了海冰減少以外,儲存於永凍土

(permafrost)中的二氧化碳、甲烷、遠古細菌與病毒,也可能隨著永凍土的融化而被 釋放;此外,永凍土中的有機化合物也可能被釋出。來自芬蘭赫爾辛基大學(University of Helsinki)的研究團隊發現,當他們慢慢融化實驗室中培養的永凍土時,大量的有機 化合物被釋放出來,其中包含單萜烯(monoterpenes)、倍半萜 烯(sesquiterpene) 以及雙萜等(diterpenes)。 這些化學物質具有高反應性,並有助於空氣中微小懸浮粒子的形成,但它們又有什麼功 能?舉例來說,這些微小懸浮粒子能增加雲的形成,而增加的雲量可提升地球對太陽輻 射的反照率,可能會減緩地球暖化。但根據目前得到的證據,尚無法確定有機化合物的 釋放究竟是促進或減緩了氣候變化,科學家仍需要進行更多的研究來確定目前這些發現 的意義。

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(123RF)

Haiyan Li et al., Overlooked organic vapor emissions from thawing Arctic permafrost, Environmental Research Letters, 15 (10): 104097, 2020.


NEWS FOCUS

從牙齒揭露史前巨齒鯊的體型 現已滅絕的巨齒鯊(Carcharocles

megalodon)曾是海洋

中最大的鯊魚,由於體型非常巨大且兇猛,常被作為電影 的題材,而 2018 年好萊塢電影《巨齒鯊》(The

Meg)

更是直接將牠拔擢為主角明星,也使人們對於這個已經 絕種的海洋生物充滿好奇。 英國的布里斯托大學(University 學(Swansea

(Photo by Laura College on Unsplash)

of Bristol)與斯旺西大

University)的研究團隊,嘗試利用史前巨

五種鯊魚的生長曲線透過等比投射方式放大整體形狀,

齒鯊的牙齒化石揭露其實際身長。研究人員將巨齒鯊的

結果顯示,一隻長約 16 公尺的巨齒鯊,頭頂長約為 4.65

化石與五種現代鯊魚做比較,分別是尖吻鯖鯊(Isurus

公尺,背鰭長度約 1.62 公尺,尾巴則約為 3.85 公尺。

oxyrinchus)、長鰭鯖鯊(Isurus paucus)、太平洋鼠鯊 (Lamna ditropis)、鼠鯊(Lamna nasus,又名大西洋 鯖鯊)及大白鯊(Carcharodon carcharias),發現這些 現代掠食性鯊魚的身形比例,並不會隨著年齡增長(從嬰 幼期至成年)而產生變化。因此,研究人員利用此特性將

現今科技已可利用牙齒化石來揭開巨齒鯊體型大小,研 究團隊未來將嘗試進一步探討巨齒鯊的生理學與可能造 成牠們滅絕的各種原因。 Jack A. Cooper et al., Body dimensions of the extinct giant shark Otodus megalodon: a 2D reconstruction, Scientific Reports, 14596, 2020.

觀看電視上的自然風景, 還能改善負面情緒? 由於全球疫情的影響,許多人被隔離

以三種不同的方式觀看水下珊瑚礁

與者的正向感受較多,但使用電視

在家中,無法出外接觸大自然風光而

影片,分別是:電視觀賞、VR 眼鏡

觀看自然風景也能降低人們的負面情

感到相當鬱悶。但在英國艾克斯特大

(VR

headset)與 VR 眼鏡搭配電腦

緒。在無法出外踏青的時節,不妨轉

學(University

運算生成的互動式圖像(可進行虛實

到自然探索節目觀看大自然的美麗風

究中表示,在家中觀看自然風景節

體驗)。

光,讓想像力替我們出外悠遊吧。

目也具有提振心情、減少負面情緒

研究發現這三種方式都能有效降低參

的效果!

與者的負面與不耐情緒,但只有 VR

研究人員首先請 96 名實驗參與者觀

眼鏡搭配互動式圖像的虛實體驗,才

of Exeter)的 一 項 研

看一段「某人描述他在公司中的日

能使參與者產生正向的幸福感,並增

常工作」影片,使這些參與者感到

強人與大自然之間的連結。

無聊;而後再將參與者分為三組,

即使虛實整合的沉浸式體驗能帶給參

N.L. Yeo et al., What is the best way of delivering virtual nature for improving mood?: An experimental comparison of high definition TV, 360º video, and computer generated virtual reality, Journal of Environmental Psychology, 101500, 2020.

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封面故事

01

美豬「萊」襲! 以 CODEX、JECFA 作科學證據行不行? Take Home Message

今(2020)年 8 月,政府宣布開放使用瘦肉精「萊克多巴胺(ractopamine)」

萊 克 多 巴 胺 的 相 關 研 究, 以

的美國豬肉進口,引發輿論關切。政府雖主張此項政策擁有科學證據也符合國

科學證據的驗證仍有許多討論

並沒有充分與完善的科學證據作為基礎。

的族群、文化及飲食習慣,不

在野政黨與倡議團體即質疑,官方評估報告未納入懷孕婦女、引用母乳的嬰兒

及國際組織所訂定的規範在

空間。對此,政府須因應不同

際標準,但執政團隊仍被抨擊與諷刺立場的轉變,以及質疑既有政策的制定,

斷地驗證及反思制定的攝取標

和心血管疾病患者等高風險或敏感族群。而在科學研究的實務上,絕無可能將

能對健康造成的危害。

道毒性物質對敏感族群的具體影響,又如何制訂管制的規範呢?

準,並加強風險管理,降低可

孕婦、嬰幼兒等敏感族群作為試驗對象。既然無法進行研究,自然也不可能知

本文企圖回顧與爬梳萊克多巴胺的關鍵研究,以及國際組織針對規範的討論依 據或模式,來推敲今日針對萊克多巴胺殘留標準的規範,是否是基於充分的科 學證據?是否有考量到敏感族群或臺灣特有飲食習慣?以及當代科學界的意見 是否已經一錘定音毫無雜音?

廖英凱 非典型的不務正業者、興致使然地從 事科普工作、科學教育與科技政策研

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JECFA、CODEX 國際科學標準怎麼來? 國際食品法典委員會(Codex Alimentarius Commission, CODEX)是一個

究。對資訊與真相有詭異的渴望與執

由聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)所成立的國際組織,負

著,夢想能做出鋼鐵人或心理史學。

責協調與制定與食品相關的標準,如食物製造環境、添加物殘留和運輸保存環

科學月刊 2020.11


2020 年 8 月,政府宣布開放使用瘦肉精 萊克多巴胺的美國豬肉進口,引發輿論 關切。(123RF)

境等標準,均為 CODEX 的管轄範圍。而關於食品添加 物、汙染物對人體的影響,相關科學資料的判讀與研究支 持,則是由 FAO 和 WHO 所成立的「食品添加物聯合 專家委員會( Joint FAO/WHO Expert Committee on

Food Additives, JECFA)」負責評估與判斷。

反應;也有針對遺傳毒性、致癌性或心血管反應等不同形

COVER STORY 01

式的不良反應調查。 目前 CODEX 對萊克多巴胺的規範,主要科學內涵來自 於 JECFA 在 2004 年發表的第 62 號報告。此份報告中,

JECFA 所回顧的研究中,幾乎全部都是動物實驗。首先

審議了關於萊克多巴胺毒性的各種實驗,如針對小鼠、恆

確認了實驗動物與人類對萊克多巴胺有相似的生理反應特

河猴、牛、豬與人等不同物種的實驗;有利用動物實驗評

徵,因此可以將結果類推到人類身上。而在為期一至兩年

估單次服用高劑量的急性反應,或長期服用低劑量的慢性

的慢性毒理和致癌性研究中,發現對實驗動物沒有明顯的

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封面故事 im e)

02

當豬吃下萊克多巴胺之後……

(Photo by Sophie Mikat on Unsplash)

徐濟泰 臺灣大學動物科學技術學系教 授,美國伊利諾大學博士。研 究領域為動物行為與福祉與反 芻動物營養。

16

科學月刊 2020.11

Take Home Message

被餵食萊克多巴胺的豬,大多會出現增重速率、飼料使用效率及瘦肉 率上升等現象,然而在不同品種間會有差異。在一些研究中發現,豬 肉的顏色會出現些許的變化,但肉眼難以分辨。此外,餵食萊克多巴 胺也會造成豬隻的生理與行為出現異常,在動物福利上有所爭議。


為了降低豬肉的生產成本,包含美國在內的部分國家核准 豬飼料中添加瘦肉精「萊克多巴胺(ractopamine)」。 目前許多的討論都著重於人體在食用殘留萊克多巴胺的 豬肉後,是否影響健康?但卻鮮少提到豬吃了萊克多巴 胺會有什麼影響。本文試圖從幾篇研究討論萊克多巴胺 如何影響豬隻,會造成豬隻什麼樣的改變,以及討論動 物福利的爭議。

為什麼要讓豬吃萊克多巴胺? 美國食品藥物管理局(U.S. Food and Drug Administration,

FDA)所核可通過的瘦肉精萊克多巴胺,通常會摻在飼 料中給豬隻食用。使用萊克多巴胺的目的是為了讓體重

68 公斤以上的肥育期肉豬,能在屠宰之前的最後一段飼 養時間,提高肉豬的增重速率、改善飼料效率及提高瘦肉 率。核可的使用方法,要求豬隻每天餵食的飼料應該要含

16%以上的粗蛋白,容許飼料中添加入約 4.5 ~ 9.0 ppm 的萊克多巴胺。

另外,使用萊克多巴胺搭配抗生素也能控制豬赤痢螺旋菌 (Brachyspira hyodysenteriae)所造成的下痢,以及彎

(Photo by Kenneth Schipper Vera on Unsplash)

曲形桿菌(Lawsonia intracellularis)所造成的豬隻增生 性腸病(porcine proliferative enteropathy)。核可的

胺會降低增重速率、改善飼料效率、提高屠宰率〔註一〕、

使用方法為依照前述萊克多巴胺的使用方式與劑量之外,

提高瘦肉率及提高豬肉 pH 值〔註二〕,但是不會影響背脂

另外再添加 100 ppm 的泰黴素(tylosin)並至少連續餵

厚度與顏色。其中要注意的是,此次研究的豬隻增重速率

食三週以上,然後再逐步降低泰黴素劑量到 40 ppm,整

沒有如預期提高,反而降低。

個飼養過程沒有安排停藥期,一直持續到屠宰上市為止。

萊克多巴胺怎麼讓豬長肉降脂?

個實驗發現,豬隻會提高增重速率、改善飼料效率、提高

萊克多巴胺讓豬長肉又降脂的關鍵作用機制,主要是它能

屠宰率、提高瘦肉率及降低背脂厚度;第二個實驗結果也

與豬隻體內的 β-腎上腺素受體(β-adrenergic receptor)

十分類似,但不同的地方在於,豬隻的瘦肉率與背脂厚度

結合,並引發後續的連鎖反應。在脂肪組織中降低脂肪的

並無影響。另外,在去(2019)年於加拿大所進行的肉

合成,並提高脂肪分解的作用;而在肌肉組織內則是提高

豬飼養試驗中,則發現餵食萊克多巴胺不會影響腰眼肌的

蛋白質的合成,並降低蛋白質分解的作用,進而增加豬隻

明亮度,但卻會明顯降低紅色度與黃色度〔註三〕。

COVER STORY 02

而在美國進行的兩個肉豬餵食萊克多巴胺的試驗中,第一

的瘦肉率。 雖然可以透過色度計測出豬肉顏色的差異,但是以一般人

2003 年於澳洲進行的肉豬飼養試驗顯示,餵食萊克多巴

眼辨識豬肉顏色的能力,即使是受過訓練的評分員,個人

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科學

出走

走得快不如走得巧? 在親密關係中 男生通常會放慢走路速度 謝育哲

還好我和女朋友身高差不多,

不用放慢走路速度,本刊主編。

(Photo by Vladimir Kudinov on Unsplash)

26

科學月刊 2020.11


科學

出走

每個人都有屬於自己的走路方式,一般來說,我們身 體會以消耗最少能量的最佳步行速度(optimal walking

speed)行進。而走路速度也與體重及下肢的長度有 關,因此男性的走路速度通常會比女性快。 當一個人走路時或許沒什麼問題,但如果今天是與 他人一起,不論是什麼關係(朋友、家人、情侶或情 敵?),我們的走路方式會有變化嗎? 其實在生活中常會發現,當一大群朋友走在一起時, 常常會有某些人走得特別快,有些人則走得比較慢, 導致隊伍分裂或出現斷層(每次都要停下來等後面的 (Heart vector created by freepik)

人真的很困擾);然而當人群中有情侶時,則不太會 發生該對男女朋友走路速度步不一致的情形。難道 說,我們在走路時還會看先是和誰走在一起,再調整 步伐的快慢嗎? 為了找出答案,來自美國西雅圖太平洋大學(Seattle

Pacific University)的研究人員找來 22 名受試者進行 實驗,看看他們在與不同關係的人一起走路時,走 路速度是否會出現變化。

陪女朋友就走慢一點

朋友的話……就算了啦!

我們都還是會依照自己習慣的前進步伐速度。 但如果是情侶走在一起狀況就不同了。研究人員發 現,男生走路的速度會比平常慢約 6.3%,女生的速 度則不變;而當雙方是牽手狀態時,男生的速度則會 再更慢一點,大約比平常慢 7%,至於女生的速度…… 還是不變。 上述的實驗也就說明了為何每次一大群朋友出去玩, 隊伍總是會被分成好幾段(反正朋友走慢走快沒差 嘛),但不論怎麼分,情侶都不會分開,兩人的速度

實驗中,受試者要在 100 公尺的距離內測量步行速

肯定是一致的,且男生都會配合女生走路的速度(也

度,並分成三組步行的配對方式,分別是一個人走;

可能是怕被女朋友罵走太快了)。

與同性或異性朋友一起走;以及和親密伴侶(有無牽

下次在出遊時不妨看看大家的走路方式,或許也能從

手)一同步行。

走路速度初步判斷人與人之間的關係呢!但最後筆者

結果發現,不管是與同性或異性朋友走在一起,受試

有個問題,如果一對情侶中的女生身高較高,或是女

者的速度都沒有顯著的變化。

生走路速度本來就比較快時,男生的步伐又會有什麼

朋友關係的男女一起走路的速度略有改變,男生會比

變化呢?

平常慢一點,女生也會些微加快腳步;而同性的朋友 走在一起時,速度則會稍微比平常快一點。不過總體 來說,這些速度的變化不大,只要是和朋友走在一起,

延伸閱讀

Janelle Wagnild and Cara Wall-Scheffler, Energetic Consequences of Human Sociality: Walking Speed Choices among Friendly Dyads, PLoS ONE, 2013.

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顯 影

西表島

的周

氏樹

全5款

無販售

B款 島 西表

的 全黃色

周氏雄蛙。

周氏 A款

B .

c h o u i

圖.文/游崇瑋 由日本學者松井正文(Masafumi Matsui)和富永篤(Atsushi Tominaga)以日本樹蛙(Buergeria

japonica)的

複合群作為研究,並在今(2020)年宣布從中分出了一個新種:周氏樹蛙!周氏樹蛙的名稱來源,取自國立自 然科學學博物館副館長周文豪,以表彰他在 1990 年代初期對於日本樹蛙複合群的研究與獨到見解。 今年《當代爬蟲學》(Current

Herpetology)刊出的這篇研究論文,其中表明了日本樹蛙可以區分為位在吐噶 喇群島、奄美群島及沖繩群島的日本樹蛙(B. japonica);分布在八重山群島及臺灣北部到嘉義朴子溪以北的 新種周氏樹蛙(B. choui sp. nov.);以及臺灣嘉義朴子溪以南和東部蘭陽溪以南的太田樹蛙(B. otai)。 至於三種樹蛙的辨識方式,比起難以分辨的外觀特徵,最簡單的方式是從產地進行區分。而如果要辨識臺灣島 內的周氏樹蛙和太田樹蛙,則可以從牠們的鳴聲來區別。一般來說,周氏樹蛙只會發出一種類似蟲鳴微細且規 則的類似鳴聲,太田樹蛙的鳴聲則可以唱出強弱參雜、高底起伏的曲式,和周氏樹蛙非常的不同。也因為這樣 的鳴聲差異,區隔了兩種蛙類的偏好,生殖隔離就顯現出來了。

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科學月刊 2020.11


周 氏樹蛙雄蛙。

石垣 島的 周氏 樹蛙 。

快來 收 集! 超擬 真 樹 蛙 公 仔,

顯 影

C款

樹蛙 s p .

n o v . D款

E款 交 對的 蛙。 周 氏樹 SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 11

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專欄文章

為什麼紙吸管總是插不進去, 但塑膠吸管就可以? Take Home Message

近幾年來,紙吸管的使用量逐漸增多,但大家是不是常常覺 得紙吸管很難插呢?其實紙吸管難插的原因主要不是因為比

郭君逸

較軟,而是與圓錐截痕、三角函數有密切關係,而吸管截痕

國立臺灣師範大學數學系副教授。主

知道吸管以垂直杯口的方式插入最為省力。

數學遊戲、數學魔術和益智玩具。

的投影竟然符合 z = cos x 函數。在了解這些原理後,也可以 -1

要研究興趣為組合數學、圖論及演算 法。近來致力於科普的推廣,喜愛類

近幾年國內環保意識抬頭,因為塑膠吸管不能回收,容易造成大量圾垃,所以 環保署在去(2019)年 7 月起禁用一次性塑膠吸管,使得不少飲料店紛紛改用 成本高出許多的紙吸管,咖啡廳、餐廳則是改用可重複清洗使用的金屬吸管。 由於使用金屬吸管的店家通常都是以內用為主,直接將金屬吸管放入杯中,不 用插,所以沒什麼太大的問題,但紙吸管就常常讓人覺得非常難用,甚至插到 吸管爛掉還插不進去!到底為什麼紙吸管這麼難插?就讓我們先從這些年飲料 封膜與吸管的演變開始說起。

臺灣飲料封口演化論 臺灣的街頭常常可以見到人手一杯手搖飲,珍珠奶茶更是紅遍全球;光是在筆 者生活的臺北市公館一帶,就有三十幾家飲料店,非常恐怖。大約在二十幾年 前,很多飲料店的包裝就像麥當勞飲料一樣,是紙杯蓋上個塑膠蓋,然後再插 上「圓柱狀」的吸管來喝。 一直到 1996 年葉益芳先生發明了封口機後,方便的飲料封口機才慢慢走入生 以前臺灣的飲料封口方式大多像麥當勞飲料一樣, 在紙杯上頭蓋上塑膠杯蓋,再使用圓柱狀的吸管喝 飲料。(123RF)

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科學月刊 2020.11

活,手搖飲也逐漸換成如今常見的封口杯樣式,即使隨意放置飲料也不會流出 來,跟以前用塑膠杯蓋封口的方式相比,可說是方便了許多。而在全面換成封 口杯之後,有一樣東西也跟著產生微妙變化,那就是吸管。


數不勝數

圓柱的截痕

吸管的一端必須要是尖的才會好插 入塑膠封膜中,想喝到飲料還必須將封膜撕開插入吸管才

圖二

隨著飲料封口技術的進展,以前的圓柱狀吸管就非常難插

有辦法達成,喝有料的飲料又是另一件更加麻煩的事(只

當雙圓錐退化成圓柱

能用小湯匙挖珍珠來吃了),因此吸管也必須進行一番改

時,此時的圓柱截痕

革!那一根好用、好插的吸管又該怎麼設計?筆者前幾天

就會有點開始有點吸

買了一杯珍奶,結果插到吸管都爛了,還是插不進去,因

管的樣子了。

此就一直在想到底為什麼吸管會這麼難插?想了許久,直 到我發現原因,並寫完這篇文章,珍奶就這樣被我擱置在 研究室的桌上,應該已經壞了。 但先等等,仔細觀察一下手中的吸管,它真的是長這樣 高中的時候大家可能都學過二次曲線,雖然課程內容著重

嗎?讀者們可以回想一下,如果吸管從側面看過去,長相

在代數上的運算,但大部份老師多少還是會提一下古典幾

會是下列哪一個圖?

何中的圓錐截痕(或稱圓錐曲線),例如圖一展示出平面 在雙圓錐上產生的各種截痕。而當雙圓錐退化成圓柱的時 候,此時的截痕就會變成圖二的樣子,看起來是不是有點 像一根吸管被切了一刀?

( A)

圖一

雙圓錐的截痕 (a)

(b)

(B)

( C)

(D)

( E)

(c) 答案是:D 什麼!!!怎麼跟圓錐截痕不一樣?這是因為……吸管就 不是圓錐截痕啊!答案違背我們直覺的原因在於,當吸管 用剪刀或裁刀裁切時,塑膠製的吸管必定會先被裁刀壓

當我們對雙圓錐中的其中一個圓錐,以左上到

扁,然後再直直切過去,最後由於塑膠吸管的彈性,才會

右下的斜切方式畫下一刀,會產生一道拋物線

使吸管彈回來形成我們現在見到的空心柱體。

的圓錐截痕(a);如果是對其中一個圓錐以 橫向方式切一刀,則會依橫切的傾斜角度,產

用數學來看吸管

生圓(平切)或橢圓形(有角度的切)的圓錐

假設剪裁前的吸管本身是半徑為 1 圓柱,將這根圓柱直立

截痕(b);若是直直地對整個雙圓錐直切下去,

於 xy 平面,並利用參數式來描述吸管截痕曲線的話,此

則會產生雙曲線截痕(c)。

參數式為 r(t)=〈cost, sint, z(t)〉。其中,t 是繞圓的角 度,而此時的觀察重點就在於高度 z(t) 是多少了。若是

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專欄文章

消失的基因─ 細菌和昆蟲的共同演化關係 Take Home Message

共生菌在昆蟲體內扮演著舉足輕重的角色,某些昆蟲若缺少共 生菌則無法正常生長。由於昆蟲體內相較於外界環境來說較為

韓喬融

共生菌 DNA 在複製過程中的基因隨機突變、基因缺失和 DNA

界遠比想像中更複雜、更有趣。

穩定、安全且單調,細菌間的水平基因轉移機會下降,再加上

臺灣大學昆蟲系碩一,從昆蟲和微 生物的角度看世界,會發現這個世

編碼時產生的誤差,使得共生菌漸漸失去部分基因。由於缺少

了一些原有的基因表現,共生菌對於寄主昆蟲的依賴性也就隨 之增加,造成共生菌與昆蟲相輔相成、互利共生的結果。

你知道什麼是基因(gene)嗎?基因是指可以合成蛋白

詞 來 自 於「 共 生 現 象(symbiosis)」, 該 現 象 是 生 物

質(或多肽)的一段 DNA 或 RNA 序列,基因的差異會

演化強而有力的推手,顯而易見的例子即為內共生學說

影響個體性狀表現,也是生物個體間和分類間的差異關

( endosymbiotic theory), 此 學 說 闡 釋 了 真 核 生 物

鍵,人類的基因數量應介於 2 萬~ 2 萬 5 千個。那你可

的起源應是來自於數種原核生物的共生現象,粒線體

曾想過,我們生活周遭總是充滿著各種細菌,這些微小到

(mitochondria)和葉綠體(chloroplast)是最佳的證

難以觀察的細菌具有多少個基因嗎?一般而言,絕對共生

明。由此可見,共生現象在演化上扮演著舉足輕重的角

菌(或稱絕對寄生菌,一定要有寄主才能存活)的基因數

色,那麼昆蟲體內的共生菌與其寄主之間又存在著什麼樣

量主要介於 500 ~ 1200 個;而環境細菌的基因數量則介

的關係呢?

於 1500 ~ 7500 個。同樣身為細菌,為什麼絕對共生菌 和環境細菌的基因數量差距如此懸殊?絕對共生菌的基因

共生菌對於昆蟲的影響

數量為什麼會變小甚至消失?

依照共生菌對於寄主的重要程度,共生菌可以區分為 初 級 共 生 菌(primary symbionts) 以 及 次 級 共 生 菌

細菌不只會影響人類的健康,對於昆蟲而言,亦扮演舉

(secondary symbionts)。

足輕重的角色。昆蟲腸道的隱窩( intestinal crypts)

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和 體 腔 中 的 懷 菌 細 胞(bacteriocyte), 常 是 共 生 細 菌

初級共生菌的功能主要是提供必需養分給寄主,倘若失

(symbiotic bacteria,以下簡稱共生菌)的棲息之地,

去初級共生菌,則絕大多數的昆蟲難以生存,例如豌豆

共生菌是一群居住在其他生物體內的細菌。「共生」一

蚜( Acyrthosiphon pisum) 的 初 級 共 生 菌 Buchnera

科學月刊 2020.11


生生不息

aphidicola 住 在 懷 菌 細 胞 中, 提 供 蚜 蟲 所 需 卻 無 法 自

式所獲得的共生菌,對於寄主的依賴程度與影響不盡相

行 生 合 成, 也 無 法 透 過 取 食 獲 得 的 胺 基 酸; 次 級 共 生

同;而不同昆蟲對於其共生菌的依賴程度亦有極大差異。

菌 的 功 能 涵 蓋 範 圍 較 廣, 包 含 免 疫 的 提 升、 環 境 適 應

通常,藉由垂直傳播的共生菌對於寄主的依賴性相較於水

能力的提升以及生殖的調控,例如具有沃爾巴克氏體

平傳播為高;水平傳播的共生菌則對於寄主依賴性較低。

( Wolbachia sp. ) 的 煙 草 粉 蝨( Bemisia tabaci ) 若 蟲,相較不具有沃爾巴克氏體的若蟲而言,較不易被雙

共生細菌之於寄主昆蟲的依賴關係

斑恩蚜小蜂( Encarsia bimaculata )寄生;然而,對

共生菌和其寄主昆蟲的關係大致可以分為:無寄主依賴

於其他多種昆蟲而言,沃爾巴克氏體會造成雄蟲雌性化

性(non-host-restricted)、兼性共生(facultative)及

(feminization)、雄蟲致死(male killing)、細胞質

絕對共生(obligate)三種。隨著演化的歷程,無寄主依

不相容(cytoplasmic incompatibility)以及孤雌生殖

賴性的細菌可能演化成兼性共生菌,而後演變為絕對共

(parthenogenesis)等現象,因此沃爾巴克氏體對於昆

生菌——這些演化歷程可能會發生一些基因變異或基因轉

蟲而言,究竟是好是壞,可說是因蟲而異。

移,該細菌也有可能因此演化成其他種細菌。

對於昆蟲獲得共生菌的方式在學界中有幾種說法:一

昆蟲和其初級共生菌的關係大多數為互利共生,相互依附

為 藉 由 取 食 而 獲 得 共 生 菌, 為 水 平 傳 播(horizontal

的同時,亦是生死與共。從表面上看來像是昆蟲在依賴其

transmission,圖一);二為藉由生殖將共生菌傳給子代,

初級共生菌,然而初級共生菌(尤其是絕對共生菌)也緊

為垂直傳播(vertical transmission,圖二)。由不同方

密地依賴著寄主昆蟲提供的養分和棲地。共生菌最早是來

圖一

共生菌的水平傳播模式圖

經過長時間後

(C)

(A) (B)

(D)

(E)

圖中黃點代表 a 細菌;(A)不具有 a 細菌的菸草粉蝨;(B)具有 a 細菌的植株;(C)經由取食後獲 得 a 細菌的菸草粉蝨;(D)具有 a 細菌的菸草粉蝨飛到其他不具有 a 細菌的植株上;(E)菸草粉蝨在 取食的過程中,將 a 細菌傳播給該植株,經過長時間後該植株中 a 細菌的數量可能會增加。假設有一 a 細菌是菸草粉蝨的次級共生菌,當一隻不具有 a 細菌的菸草粉蝨飛到具有 a 細菌的植株,粉蝨經取食後 獲得 a 細菌,再恰巧飛到一個不具有 a 細菌的植株上,經由取食讓該植株獲得 a 細菌,經過長時間後 a 細菌可能會在植株內開始繁殖、生長,重複以上的循環,即為共生菌的水平傳播模式。 (插圖由作者提供)

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精選 文章

最有創造力的物理巨人 菲利普•安德森 Take Home Message 美國物理學家安德森(Philip Anderson)於今(2020)年 3 月辭世,享耆壽

96 歲。他從大學時期跟著物理大師弗雷克(John Van Vleck)做研究,取得博

高崇文

士學位後開啟固態物理的研究之路,後續又轉向鑽研超導體及超流體等領域,

物理系教授,研究

並於 1977 年因對磁性和無序系統的電子結構研究榮獲諾貝爾物理學獎,成就

領域為高能物理。

中原大學

卓越非凡。而他在晚年提倡的「湧現」概念,深深影響後來的科學研究者。

今(2020)年 3 月正是瘟疫在美國爆發

機科學和經濟學聯繫起來。2006 年一

的 時 候, 所 有 的 新 聞 焦 點 都 在 報 導 疫

份分析統計比較了論文參考文獻與引用

情,所以 3 月 29 日在紐澤西州普林斯頓

數,還指出他是世界上最有「創造力」

一位高齡 96 歲物理學家過世的消息,並

的物理學家。他就是美國物理學家安德

沒有引起太多人注意,但是對物理界而

森(Philip Anderson)。

言,這個新聞的份量可不小。因為過世

(Philip W. Anderson, Copyrighted free use,

Wikimedia Commons)

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科學月刊 2020.11

的這位學者,不只是得過諾貝爾獎的凝

1923 年,安德森出生於美國印地安納

態物理(condensed matter physics)

州的印第安納波利斯(Indianapolis)。

泰斗,他的想法對其他領域的物理學家

他在 1940 年,從厄巴納的高中畢業之

們也深具 啟 發性,甚至他在晚年不斷鼓

後進入哈佛大學就讀,而當後續二戰打

吹的「湧現(emergence,〔註〕)」觀

得如火如荼時,安德森被送去位在華盛

念還能將物理學、化學、生物學、計算

頓特區的海軍實驗室,幫忙從事雷達相


精選 文章

關的任務。到了 1945 年大學畢業之後,安德森繼續在哈 佛念研究所。當時哈佛的明星教授是剛進哈佛任教的量子

鐵磁性與反鐵磁性的電子自旋方向

場論(quantum field theory, QFT)大師許溫格(Julian

Schwinger,又譯施溫格),幾乎每個研究生都希望成為

鐵磁性

他的學生,但是安德森獨具慧眼,選上了弗雷克(John

Van Vleck)當他的指導教授。著名的科學史家,《科學 革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions)

反鐵磁性

作者孔恩(Thomas Kuhn)也是弗雷克的研究生,兩人 可說是同門師兄弟呢。

具有鐵磁性物質內部電子的自旋方向會呈現相

同的傾向;而具有反鐵磁性物質的電子自旋方

貝爾實驗室的固態物理研究

1949 年安德森拿到博士學位之後,他接到電晶體的共同 發明人蕭克利(William Shockley)的邀請,加入位於 紐澤西州默里丘(Murray Hill)的貝爾電話實驗室的理

向則會相反。一般來說,量子漲落的影響會讓 反鐵磁性消失,但安德森證明在二維以上(包 含二維)的維度時,量子漲落會抵消,使反鐵 磁序能夠存在。

論小組。當時的貝爾實驗室有許多精通固態物理的同事, 所以安德森自然而然也往這個研究方向發展。 缺陷和雜質所引起的無序狀態,會使電子波函數局部化, 安德森首先研究的是反鐵磁性(antiferromagnetism)。

從而讓材料變成絕緣體。更具體一點來說,當晶格中的無

磁性的起源是來自於電子磁矩,由於電子的自旋會造成磁

序度足夠大時,例如在具有雜質或缺陷的半導體之中,電

偶矩(magnetic moment),當兩顆電子的自旋方向平行

子可能會陷在晶格電勢中而無法導電。

時,彼此的磁偶矩會產生吸引力而降低交互的能量,所以 相鄰的電子有讓彼此自旋方向相同的傾向。然而在反鐵磁

當無序狀態在某種程度下,金屬的電阻率會上升,此現象

性材料中,鄰近原子的磁偶矩排列方向卻是相反的。先前

被稱為弱局部化(weak localization)。在無序程度轉強

的理論都無法弄清楚這種異常磁態存在的原因,主要是因

時,嚴重的干涉會讓無序介質內部的波動完全無法傳播,

為量子漲落(quantum fluctuations)會破壞這種微妙的

產生安德森局部化。安德森局部化是一種普遍的波現象,

自旋排序。但是安德森卻證明了在二維或更高維度時,量

適用於電磁波、聲波、量子波與自旋波等傳輸。這是物質

子漲落實際上會相互抵消,因此反鐵磁序得以存在。這是

內部的一個重要量子現象。而在 20 年後,這個發現替安

他在貝爾實驗室完成的第一個重要的工作。

德森帶來一座諾貝爾獎。

注定得獎的「安德森局部化」

轉向超導體與超流體的研究

另外,貝爾實驗室的半導體研究使安德森在 1957 年提出

1957 年,美國物理學家巴丁(John Bardeen)、庫柏(Leon

了著名的安德森局部化(Anderson localization,也稱

Cooper)和施里弗(Robert Schrieffer)提出超導體的

為強局部化)理論。安德森局部化是指一種在無序介質

BCS 理論(Bardeen-Cooper-Schrieffer theory),他們

中,波不會擴散的奇特現象。這個機制可以解釋材料中的

發現超導性是物質內的電子形成庫柏對(Cooper pair)

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疾病之下,真的人人平等嗎?-

超免疫北市生物藝術展專訪 Take Home Message

10 月中於陽明大學展出「超免疫北市」生物藝術展,超免疫北市是一個被虛 構出的反烏托邦情境,假設未來世界疫情不斷延燒,政府有沒有可能「免疫

力」、抗體種類多寡來管理人民的移動範圍,並用數位工具來監控人民?藉此 展覽內容,希望民眾能省思與疫情相處的未來,可能會如何改變我們的社會。

當理性的科學碰上感性的藝術,會碰撞出哪些不一樣的

羅億庭 唸著生物,想著哲學, 看著藝術,本刊編輯。 (本篇照片皆由作者拍攝)

著一位人物訪談的影片。

火花?生物藝術(bio art)是近年來興起的一個藝術領 域。大部分的生物藝術以生命為媒介創作,其中也包含

左手邊的受訪者是中研院歷史語言研究所教授李尚仁,

一些生物知識及技術的運用,例如美國生物藝術家卡茨

主要研究領域為傳染病醫學史及科學史的他,述說著過

(Eduardo Kac)在 2000 年時發表的 Alba 螢光兔就是

去人類遭遇的傳染病歷史。他提到,回顧歷史上所有大

一件知名作品,他將在細胞生物學與分子生物學實驗中

規模的傳染病,不論疫情原始爆發點是什麼,最終的受

常用到的水母綠螢光蛋白(green fluorescent protein,

害者永遠是社會上的弱勢者,特別是窮苦、體弱、高齡

GFP)植入兔子體內,在特定波長 395 奈米(nm)的藍光

者和病人。

照射下,會顯現綠色螢光。 右手邊則是清華大學生命科學院教授吳夙欽,他以科學

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廣義來說,生物藝術也包含了生物倫理、社會及環境等

家的角度談論現今疫情之下的疫苗研發進展。他描述這

議題探討,並不僅侷限於生物體上的創作。在今(2020)

是人類史上最大規模的一次疫苗研發行動;然而,由於

年 10 月 16 ~ 19 日,由陽明防疫科技中心贊助,並於陽

臺灣疫情趨緩,當疫苗進入第二、三期臨床測試時,便

明大學展出的「超免疫北市」展覽第一部曲——白血球

會出現受試者取得困難、研究難以繼續進行的情形,最

政府,便是透過生物藝術的創作,嘗試探討免疫 / 與臺灣

終還是得購買國外的疫苗,進而演變成政治上的難題。

社會之間的關係。

臺灣有辦法取得足夠的疫苗嗎?這又是另一回事了。

交錯於過去、現在與未來的防疫

在這樣的時空背景下,生物藝術家曹存慧、宮保睿與吳

一走進本次的「白血球政府」展場,便直接看見了中間

柏旻,結合了自身觀察以及與兩位專家訪談過程的收

佇立的白色小方桌,左右兩側則掛有兩個布幕,各放映

獲,共同發想出了「超免疫北市」的展覽概念。超免疫

科學月刊 2020.11


宮保睿

曹存慧

互動系(Design Interactions)碩士。創作主題

University of Technology, QUT)熱帶作

英國皇家藝術學院(Royal College of Art)設計

圍繞生技、生物、動物與社會議題,以及一些

身體與人間存在感的關係。現為實踐大學工業 產品設計學系專任助理教授級專業技術人員。

吳柏旻

澳 洲 昆 士 蘭 理 工 大 學(Queensland

數學家,本業為程式設計師,

物研究群組(現納入未來環境研究所)博

g0v.tw 等社群;在本次一系列

士畢業,專長為分子生物與基因工程, 現從事生物藝術的創作與教學。

北市是他們虛構出的一個反烏托邦(dystopia)情境,假

活躍於開放原始碼與零時政府

展覽中,主要處理電腦程式、 數學與互動式裝置部分。

者沉浸其中。

設未來的世界中疫情不斷延燒;抑或是當前疫情受到控 制,但又出現其他新型傳染病,臺灣將長期處在疫情和

白血球政府的免疫力分區

疫苗的角力戰之中。他們嘗試拋出一個問題:在這個情

在這場展覽中,他們將臺北市重新建構成超免疫北市,

況下,若未來政府不再以受感染與否作為管制標準,而

並設立一個白血球政府。為了因應疫情,這個政府將扮

是反過來以免疫狀況與是否有抗體等,做為區分不同人

演免疫系統中重要的「白血球」,以市民健康為最重要的

民的方式,會怎麼影響社會?

施政指標。在組織架構上,將原本市政府衛生局中的疾 病管制科獨立出來,升級成為一級單位,並同樣以免疫

整個空間彷彿過去、現在與未來間的時空交錯,使觀展

系統中的巨噬細胞(macrophage)命名成「巨噬局」。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 11

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榮獲科學界的聖杯與榮耀!

基因編輯技術的開發,以及拍賣理論的改善,

C肝病毒的發現,黑洞的研究與觀測,

2020諾貝爾獎

《科學月刊》612期 精采預吿

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科學月刊試閱版2020-11月號 611期-美豬「萊」了  

想進一步了解科學月刊嗎? 出發前往官網www.scimonth.com.tw!

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