科學月刊試閱版2020-9月號 609期-標本x生命

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609 2020 9 月號

標本×生命 標本是生命的時空膠囊,

也是漂亮的展示及科學研究的來源。

而標本又能為生命帶來什麼啟示呢 ?

榮獲 第44屆金鼎獎 最佳學習類雜誌

44 th

金鼎獎

NT$249

焦點評論

經典專欄

科學 x 巨擘

知名分類學期刊 為何失去影響指數?

食物界的反派角色 反式脂肪真的不好嗎?

反骨的物理學家 戴森與他帶給世界的遺產

ISSN:0250-331X

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不須愛上科學, 讓,生活即是科學。 《科學月刊》榮獲第44屆金鼎獎最佳學習類雜誌 以及第42次中小學生讀物選介推薦

高中生必備課外讀物《科學月刊》是培養科學閱讀能力的最佳選擇!

2020/9/1~2020/9/30

《科學月刊》2年24期

3700

開學價 元 (定價5160元)

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本次活動提醒:1.代訂商及團購不適用此活動價格,請洽(02)23634910。 2.一律開立二聯式發票


Contents p08

609

2020 SEPTEMBER

COVER STORY

呈現生命面貌的標本 p10

封面故事1

小而精巧的生命痕跡─ 昆蟲標本

楊曼妙、林聖豐、廖一璋

p14

封面故事番外篇

從郵票認識昆蟲─

科博館《郵說昆蟲》特展

封面故事3

做為生命教育的導師─ 剝製標本 陳雅棠

p28

封面故事5

p32

保留巨獸的雄偉─

動物標本師黃雯杰專訪

p24

封面故事4

讓擱淺鯨豚巧手回「生」─ 鯨豚標本師李宗翰專訪 郭毓璞

封面故事6

絢麗多彩的魚骨骼─

讓埋藏地下的

曹德祺、廖德裕

古生物學家蔡政修專訪

透明魚標本

封面故事2

曾柏諺

曾瑤光

p20

p16

古代生物重見天日─

p38

封面故事7

成為一張張的精美植物印記─ 植物標本 胡哲明

曾文宣

封面說說話 〈讓生命延續的另一種方式〉 當生命走到終點時與標本師相遇,經由標本師的巧手下,原本冰 冷的屍骸彷彿獲得新生命般再生,延續生命的價值。 本期封面的安排,讓標本以重生的姿態圍繞在標本師身邊,並閃 耀著光芒,展現出標本特有的魅力與生命力。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 9

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Contents-2

填問卷.拿新書

News Focus

只 要 於 2020 年 9 月 30 日 前,

4 對抗老化要先瘦肚子

完整填寫讀者問卷調查,就有機

5 游得像水獺而不是蝌蚪 原來我們誤解了精子的運動方式!

會獲得三民出版的新書《我的第

6 尼安德塔人可能對疼痛比較敏感/

一本量子物理》。

無味的世界 新冠病毒如何造成嗅覺失常?

問卷內容請至 reurl.cc/X619b3

7 利用基因轉殖降低病媒蚊數量 科學•出走

42 在冰與火的國度—遇見地球第二大鯊魚/鄭嵩樺

或掃描 QR code,並詳實填寫, 否則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2020 年 10 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站

44 顯影:金天獎

(www.scimonth.com.tw)。

思辨之評

48 分類學家常投稿的 Zootaxa 期刊 為何會失去影響指數?/何宣慶 50 銷聲匿跡的颱風 為何 7 月無颱風?/賈新興 專 欄

52 數不勝數:非線性裡的不安定靈魂/李雪甄 56 格物致知:飛沫顆粒懸浮的關鍵— 從尺寸、面積與體積的關係找答案/張慧貞 60 生生不息:藏於土中的微觀生態—土壤病毒/嚴融怡 64 潛移默化:飲食中的「反派」角色—反式脂肪/張家憲 科學生平台

68 閱讀素養升級版—科學閱讀素養/曾耀寰 70 讓科學文章成為閱讀素養試題的 「科學生」線上學習平台!/馮瑞麒、鄭國威 精選文章

74 波瀾不息:戴森的科技與人文關懷/黃相輔 書 摘

78 《我的第一本量子物理》

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科學月刊 2020.9

reurl.cc/X619b3


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 理事會

《科學月刊》再獲金鼎獎最佳「學習類雜誌」肯定 8 月 4 日下午四點,一個再平凡不過的週二上班日,排了休假的我,在郵局滑著手 機等叫號辦理,無意間看到友人分享金鼎獎的新聞,便一派輕鬆地點入網站,想 看看今年獎落誰家。沒想到,下一秒我在得獎名單上看到《科學月刊》,第 44 屆 金鼎獎最佳「學習類雜誌獎」得主。瞬間心跳漏了一拍,強迫自己深吸一口氣,

理事長:曾耀寰 理 事:曲建仲 林翰佐 邱韻如

差那麼一點就無法克制地淚灑人來人往的郵局。

紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修 執行總監:趙軒翎

《科學月刊》1970 年創刊,屬於出版界的大獎金鼎獎則是行政院新聞局在 1976 年 第一次舉辦,當年《科學月刊》就曾獲得「優良雜誌獎」的殊榮。今年《科學月刊》 滿 50 歲,再次獲得金鼎獎的肯定,喜上加喜。

編輯部 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 蔡政修

自 2015 年改版為內頁全彩印刷,至今已是第六年。除了視覺呈現求新求變,更重

編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲

要的是在內容安排上,不再只是知識內容的堆疊,而是帶領讀者從生活經驗、觀

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

察或從基礎知識延伸思考。選題輕鬆但不隨便,內容深入淺出,持續朝著「不用 愛上科學,讓生活就是科學」的精神前進。

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 曾耀寰 程一駿 程樹德

這一路走來,感謝讀者們每個月透過「讀者問券」給我們回饋,也有賴於臺灣的 科學家、研究人員與科普工作者願意與我們一起努力,讓《科學月刊》能夠持續 以本土的觀點,帶讀者看世界的科學發展,從中體會科學的精神與趣味。

黃正球 黃相輔 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕

得獎的喜悅就留在那一天,繼續推出更好的內容,才是《科學月刊》對讀者的承諾。

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

生命是有限的,即便秦始皇再怎麼求長生不老藥,都沒有辦法阻擋染色體末端的

蘇逸平

端粒變短,使得細胞凋亡。除了人類以外,生物也各有其壽命的限制,或許長至

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

百年,但仍無可避免面臨死亡。為了科學研究與教育展示,人們想辦法將各種生 物的樣貌保存下來,特別是以「標本」的形式。

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

在這一期雜誌的「標本×生命」專輯中,我們很貪心地想要一次把多種標本背後的

劉仲康 駱尚廉 魏耀揮

故事告訴你。不管是植物、昆蟲、魚與大型動物,或是不同的標本製作方法,如

蘇益仁 蘇振隆 編 輯:謝育哲、羅億庭

剝製標本、骨骼標本及透明魚等,因為生物的構造與特性不同,需選用不同的方

美術編輯:黃琳琇

法來保存。而這些繁複的步驟得靠每一位標本製作師費盡心思,才能幫已經畫下

封面設計:許智翔

句點的生命,重新點亮光彩並延續下去。這個專輯不僅談製作標本的過程,更希

業務部

望讀者看到做標本的那一雙雙巧手。

經 理:李金穗

副總編輯 趙軒翎

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九期 第 609 期 發行於 2020 年 9 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。

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NEWS FOCUS

對抗老化要先瘦肚子 臺灣已邁入高齡化社會,年長者的健康問題與老化所帶來 的影響一直是大家所關注的議題。隨著年紀增加,人體的 免疫系統功能也會逐漸下降,相對會更容易生病,即使人 類的平均壽命不斷增加,但維持身體健康與延長壽命仍有 很大的關聯性,身體虛弱也會影響年長者的生活品質。 瑞士伯恩大學(University of Bern)的研究團隊積極找尋 新方法來改善老年人的健康問題,他們推測體內的慢性低 度發炎狀況可能會加速老化及相關疾病的發展。根據研究 指出,人體腹部的內臟脂肪組織與低度發炎有關,尤其在 腹部內臟脂肪組織中,存在著某群免疫細胞可以調控慢性 低度發炎狀況與後續影響老化的過程,稱為嗜酸性白血球 (eosinophils),屬於白血球的一種。此細胞除了存在於血 液循環,同時也發現於人類與小鼠腹部脂肪中。 嗜酸性白血球的主要功能是調節過敏反應,以及保護體內

免於寄生蟲感染,在腹部脂肪中則會調控局部的免疫平衡 作用。隨著老化及腹部脂肪增加,體內的嗜酸性白血球調 節免疫功能下降,造成發炎的巨噬細胞(pro-inflammatory macrophages)數量不斷增加,使得體內發炎反應與免疫調 節失衡;由此可知,腹部脂肪增加會加速身體老化。團隊透 過動物實驗證實,將幼年小鼠體內的嗜酸性白血球轉移至老 年小鼠中,會提升嗜酸性白血球至腹部脂肪細胞中的數量, 幫助老年小鼠恢復活力,也增加牠們的耐力與抓地力。 研究團隊下一步期望恢復內臟脂肪細胞的免疫平衡,反轉 老化帶來的相關疾病,了解其作用機轉並建立治療的方法, 讓未來人類都能健康變老。 Daniel Brigger et al., Eosinophils regulate adipose tissue inflammation and sustain physical and immunological fitness in old age, Nature Metabolism, 2020.

(123RF)

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科學月刊 2020.9


NEWS FOCUS

游得像水獺而不是蝌蚪 原來我們誤解了精子的運動方式! 顯微鏡的發明讓人類得以一窺肉眼看 不見的微觀世界,自 17 世紀雷文霍 克(Antoni van Leeuwenhoek)以 顯 微鏡觀察自己的精子以來,人們一直 深信精子是藉由尾巴的左右對稱性擺 動前進,不過近期一項發表在《科學 進展》(Science Advances)的研究發 現,精子可能不是這樣游。 當年雷文霍克在觀察精子時使用的是 2D 顯微鏡。從 2D 顯微鏡的視角來看, 精子游動時鞭毛確實是左右擺動,就 像一條鰻魚在水中游泳;但隨著 3D 顯微鏡的發明與進展,今(2020)年 7 月底,英國布里斯托大學(University of Bristol)與 墨 西 哥 國 立 自 治 大 學 (Universidad Nacional Autónoma de México)的科學家們發現,精子的游 動其實並不如我們所想的這麼簡單。 研究團隊將精子尾巴的運動模式拆解

成兩個部分。在高速 3D 顯微鏡(Highspeed three-dimensional microscopy) 視 野 下, 他 們 發 現 當 精 子 向 前 游 動 時,它尾巴的其中一側會呈現「單側 擺動」的現象,就像一個人只用了他 身 體 的 單 側 去 游 泳。 但 只 靠 單 側 擺 動應該會使精子活動不平衡,不斷地 在 原 地 繞 圈 圈, 究 竟 它 是 怎 麼 往 前 游的?這就要談到精子的第二種運動 方式了!在第二種運動方式中,精子 尾巴會以它本體的長軸為中心旋轉滾 動,此旋轉過程便可幫助精子向前運 動,如同一隻水獺在水中旋轉前進, 使 得 精 子 可 以 保 持 本 體 的 平 衡, 並 「鑽入」液體中,不會在原地繞圈圈。 雖然在人體生殖環境中,精子的活動 可能會更加複雜,未來還需要進一步 研究精子在女性生殖道中的運動方 式,是否和在高速 3D 顯微鏡下的觀察

(123RF)

相同。但研究團隊也期望藉由這項對 人類精子運動的新發現,能為現今不 孕症的評估、診斷與治療有所幫助。

光看文字描述是不是有點難以

想像精子的運動方式?想看一 看精子究竟是怎麼動的嗎?研 究團隊為精子的運動方式製作

了一段 3D 模型影片,只要掃 描下方的 QR code 就可以看到喔!

Hermes Gadêlha et al., Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering, Science Advances, Vol. 6, eaba5168, 2020.

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COVER STORY

呈現生命面貌的標本 當生命消逝之後, 標本留下了它們在世界上最後的足跡。 不論是化石、昆蟲或動植物標本, 除了能記錄生物的美麗面貌,更是我們理解生命的重要載體。

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科學月刊 2020.9


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封面故事一

楊曼妙 美國馬里蘭大學博士,現任中興 大學昆蟲學系教授。研究造癭昆 蟲的分類與演化,深愛昆蟲的多 樣與藝術般的呈現。

林聖豐

廖一璋

中興大學昆蟲學博士。研究

中興大學昆蟲學系博士後研

小型昆蟲(癭蚋、小蜂),

究員,專長為昆蟲行為學、

也關注博物館相關事務。

昆蟲聲學及昆蟲分類學。

封面番外篇

小而精巧的生命痕跡─

封面故事二

昆蟲標本

封面故事三

Take Home Message 昆蟲是世界上最大的動物類群,具有可觀的生物多樣性,製

作標本是生物學家研究昆蟲的重要形式之一。昆蟲標本的製

作方式,可根據昆蟲的特性、大小及研究面向等,分為浸液

封面故事四

標本、針插標本及玻片標本等。標本製作完成後還需替蟲兒

們製作專屬的身分證,最後再由博物館與標本館等單位進行 保存、研究及展示等利用。

封面故事五 封面故事六

昆蟲,最大的動物類群

製作成標本進行研究,標本除了能記載大自然的歷史,亦

昆蟲是世界上最大的動物類群,隸屬節肢動物門中的昆蟲

是生物分類的基本材料。慎選標本採集的方法及配對良好

綱,最為人所知的有鞘翅目的甲蟲、鱗翅目的蝴蝶、膜翅

的標本製作方式,正是良好保存昆蟲標本的第一步,因此

目的蜂與雙翅目的蚊蠅等,而其他 20 幾目的昆蟲物種多

在採集之前,須先確認要調查的對象,進而設定調查及採

樣性也是不容小覷。至今,已記錄的昆蟲物種數多達百萬

樣保存的方式。

封面故事七

餘種,但仍有更多棲息環境各異、生活習性多變的物種尚 未被命名與發表,使昆蟲在不同地域均具有極高的多樣性。

舉例來說,當對象是鱗翅目昆蟲時,採樣後須立即捏胸或 是注射酒精,避免採樣的蝶、蛾類於容器振翅,損害翅的

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不同的昆蟲類群有各自適合的製作標本方式,高多樣性的

完整結構,並以三角紙袋保存;而對象是蟲體結構較為堅

昆蟲與各種生物互相關聯,在生態系中扮演關鍵角色,成

硬的甲蟲類,通常會將之置於玻璃毒瓶中(內含已浸過乙

為自然資源的重要代表,可供研究人員瞭解環境資源的大

酸乙酯的棉花),須注意不要將甲蟲與蟲體柔弱的昆蟲放

樣貌。為了更深入瞭解昆蟲對於大自然的影響,可將昆蟲

在一起,避免甲蟲於毒瓶掙扎時,損害其他蟲體;至於水

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COVER STORY 01

生昆蟲,則會將樣本放入酒精中,避免蟲體快速萎縮,影

開,講究美觀與自然的做法。然而此做法多屬於展示教育

響外觀與特徵保存。

用的標準,對於以蒐藏研究為主的標本館藏,在展開足翅 與觸角時,僅會有限度的拉開蟲體,不遮蔽身體並適度露

昆蟲標本的製作準則

出具鑑別性的特徵,既可減少標本損壞,更可節省蒐藏空

製作昆蟲標本需依標本特性及使用需求進行,主要包含針

間。許多博物館的大量蜻蜓與蝶蛾類標本蒐藏,採用將雙

插標本、玻片標本及浸液標本。

翅重合於背部,蟲體直接側身放置於蠟紙袋中保存。

針插標本 由於昆蟲具有外骨骼,大多數的昆蟲乾燥後即可保持體 型,因此能選擇以乾燥針插標本的方式進行保存。而插有 一根針的目的,則是保留拿取之處,避免直接碰觸乾燥後 易損壞的蟲體,同時又可將帶有標本資訊的蟲籤一併插在 針上。針插乾燥標本最常用於體型較大、外表較堅硬的昆 蟲,製作過程如下: (1)於蟲體插上蟲針:依標本體型選用不同大小的標本專 用蟲針,蟲針分為 00 ~ 5 號,每種針的長度固定, 號碼越小,針的直徑越小。一般插在蟲體的中胸右 側,少數如鱗翅目等類別則插在中胸中間。標本針 須與蟲體呈 90 度垂直插入,蟲體上部約留 1 公分蟲 針露出,方便拿取以供標本檢視操作。 (2)整足及展翅:以鑷子調整觸角及各足至適當姿勢,利 用一般的大頭針或珠針於該部位以交錯的方式插入 展板固定位置。展翅時則使用不會傷害翅鱗的辛格 拉紙分別固定前、後翅的位置。 (3)乾燥:將製作完成的標本放置陰乾或置入烘箱中,視 蟲體大小烘烤 1 ~ 2 週,乾燥後即完成標本定型。 (4)取下固定姿勢的針:將固定蟲體姿勢的針小心取下, 需避免用力觸碰乾燥的觸角或足而造成標本毀損。

玻片標本 玻片標本多使用於 5 毫米(mm)以下的小蟲,或是解剖 後的部分蟲體,如成蟲生殖器等,主要是用於顯微鏡下觀 察細微的形態結構。製作的基本步驟如下: (1)蟲體固定:選擇合適固定液,例如特定濃度酒精,或 加入醋酸等化學物質調製的藥劑等,以保存要檢視 的特徵。 (2)蟲體透化:以氫氧化鉀或氫氧化鈉等強鹼溶液溶解昆 蟲體內含物,使外骨骼透明化。 (3)序列脫水:以低濃度到高濃度的酒精浸泡蟲體脫水。 通常是先由 50%漸漸置換到 99.5%的酒精。 (4)封片及標籤:選擇適合的封片膠置於玻片,將蟲體擺 置於載玻片中間適當位置,蓋上蓋玻片,並於玻片 一側貼上標本籤。 (5)烘乾:以烘箱約 40 ~ 45° C 烘製數天至數週。

浸液標本 多數昆蟲(鱗翅目成蟲除外)均可以用濃度為 70 ~ 80 % 的酒精進行浸泡,並於室溫保存。若要用於抽取 DNA, 則會以 95%以上或純酒精浸泡並低溫保存。

昆蟲標本也要身分證

(5)加上標本籤:以適合大小(約 2.0 公分 × 0.5 公分)

標本製作完畢後,還需要替標本設計專屬的身分標籤。昆

的採集資訊籤插於蟲體下方的蟲針,可使用具有不

蟲標本的科學價值來自於準確且完整的標籤資訊。事實

同高度的平均台〔註〕 進行標籤位置的調整,以達高

上,一隻昆蟲標本可以帶有很多標籤,而標籤只能附加不

度的一致性。體型較小的昆蟲,則經常使用二重針

能取代,以保留所有可追查的歷史資訊,主要分為採集籤

插法或三角籤黏貼法,避免受到過大的蟲針插過蟲

與鑑定籤,另依蒐藏單位及工作情形,可能還有館藏籤、

體而破壞胸部結構。

野外採集編號或採集許可證號等多種標籤。

昆蟲標本多以前足朝前,中後足朝後的方式,雙翅平衡展

採集籤為必要標籤,內容包含採集的人、地與時。若沒有

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封面故事一

曾柏諺 臺灣大學生命科學所碩士生,樂 在邊避開知識的詛咒,邊撰寫生 物科普文,希望大家能透過認識 進而愛上生物多樣性的美。 (本篇照片皆由作者拍攝)

保留巨獸的雄偉─

封面番外篇 封面故事二

動物標本師 黃雯杰專訪

封面故事三 封面故事四 封面故事五 封面故事六 封面故事七

Take Home Message 動物的生命逝去之後,可藉由製作標本的方式保留牠們生前的模樣,標本師黃雯杰正是為了這個原因,踏 上了製作標本一途。對標本師而言,雕塑能力與立體空間感是最基本且重要的需求,在多年經驗累積下, 他對於各種動物的製作手法相當純熟。舉例來說,為了保存大象皮膚的皺褶及紋路,不論是假體的製作,

或是表層敷上的陶土都不得馬虎。但這項特殊的職業在臺灣卻也面臨許多困境,以製造大型哺乳動物標本 而言,除了製作困難及門檻較高而人才不足, 國內也缺乏標本師的需求,限縮了這些職人的發展空間。

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科學月刊 2020.9


COVER STORY 02

走進國立自然科學博物館(以下簡稱科博館)的生命科學

最近的一件吧!也就是門口的這隻非洲象。」

廳,赫然闖進視線裡的,是非洲象與長頸鹿兩頭栩栩如生 的巨獸。今(2020)年適逢世界地球日五十週年,科博館

他邊舉起手在空中指過象耳、象鼻及象腿等部位,邊解釋

舉辦《繽紛的生命》特展,這兩頭巨獸正是展覽門面。牠

大象跟其他動物剝製標本的不同之處。除了在於體型非常

們的生命雖畫下句點,但在飄洋過海後,又於臺灣標本師

龐大之外,大象的皮膚粗糙且缺乏彈性,因此從製作「假

的巧手下重生。擔任標本師多年的黃雯杰,打造過許多動

體」的階段就相當要求。製作剝製標本時,要先以可塑性

物標本,讓牠們或雄偉、或優雅的姿態能一直被保存下來。

材料雕刻出與動物身形相仿的假體,隨後在表層敷上一層 濕陶土,並將剝取下來的動物毛皮「試穿」上假體。這個

入行緣起 留下生命的感動

步驟對於標本製作非常重要,透過在濕陶土上以壓製的方

喜歡動物的人常會想要保留生物帶給自己的感動,因而有

式,復刻動物肢體活動會產生的皮膚皺褶,以及皮膚自有

人選擇繪畫、有人走向攝影,希望能透過光影將生命的片

的紋路,待陶土乾燥後進一步以玻璃纖維強化塑膠(FRP)

刻化為永恆的紀錄;也有些人透過飼養寵物,讓生物與自

開模,並用發泡劑灌模並嵌入鋼架,如此完成的假體才能

己的生命產生互動與交集,不過隨著日升月落,大多數的

支撐起毛皮,表現出最接近動物生前的樣態(圖一)。

寵物都會早飼主一步向世界告別。

於是乎,在惋惜生命消逝之餘,人們試著以標本的形式保 存牠們在世上最後的痕跡,黃雯杰也不例外。從簡單的酒 精浸液,到早期所見粗糙的剝製標本,不論是體色的流失 或者是外貌的形變,始終難以讓完美主義的黃雯杰滿意。

直到在大學期間偶然接觸到國外網站上精美的剝製標本, 將野生動物生命的張力與美感保留地栩栩如生,他才驚覺 原來竟有如此技術,彷彿能扮演上帝讓動物起死回生,並 將其定格在生命中最美的一刻,從此熱愛動物與美術的黃 雯杰,便一頭栽入剝製標本的世界之中。

他一開始從鳥類著手,大學期間做了近百隻鳥類的剝製標 本;在研究所期間更進一步從國外購買原文書鑽研剝製標 本技術,也開始進口毛皮、假體及藥品等材料不斷練習。 隨後在因緣際會下,認識了以製作大象「林旺」剝製標本 名聞遐邇的標本師林文龍,有機會到前輩的工作室幫忙, 也到六福村協助剝取病死野牛、熊及老虎的毛皮,在一次 次實作中厚植自己的基本功、體會動物的肌理表現,技術 越臻完善。 圖一:大象的皮膚粗糙缺乏彈性,若想做出栩栩如生的皺褶與紋路,須先以可

物種特性不同 樂於與標本對話 數年下來經手過無數標本,一定有讓人印象深刻的標本 吧?黃雯杰笑說:「每一件標本印象都很深刻,不如說說

塑性材料雕刻出與身形相仿的假體,再於表層敷上一層濕陶土,將動物的毛皮 穿上假體。透過在濕陶土上壓製的方式,模仿動物肢體活動產生的皮膚皺褶與 紋路,等陶土乾燥後以玻璃纖維強化塑膠開模,並用發泡劑灌模並嵌入鋼架, 才能支撐起毛皮。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 9

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封面故事一 封面番外篇 封面故事二 封面故事三 封面故事四 封面故事五

讓埋藏地下的 古代生物重見天日─

封面故事六

古生物學家蔡政修專訪 (本篇照片皆由羅億庭拍攝)

封面故事七

Take Home Message 化石是生於現代的人們窺探古代生物的媒介之一。在臺灣這塊島嶼 曾文宣 畢業於臺灣師範大學生態演化研究 所,熱衷於分享演化學、兩棲爬行 動物學及古生物學的大小知識。現 為科普作家及生態營隊講師。

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科學月刊 2020.9

上,其實也蘊含了許多不為大眾所知的古生物故事。而主持臺大生科

系古生物實驗室的蔡政修老師,是臺灣少見的古生物學家。他從最初 對於古生物的熱情,一步步走向專業的研究與訓練,即使面對各種困

難,也試圖向世人訴說我們腳下的那些塵封故事。


COVER STORY 06

筆直狹長的臺灣大學生命科學館長廊,米白色典雅的地磚

定的「唯一」標本〔註〕。換言之,同一個物種可能有幾百

向後蔓開,反射出兩旁色彩斑駁的景色。在 508 室門前恰

件標本,但只有當初發表時給予學名的那一件正模式標本,

巧碰上了要進實驗室的研究生,當門開啟後,映入眼簾的

擁有至高無上的地位。這下可真頭大了,如果早坂犀沒有

是兩隻骨架,頭骨則置於骨架一旁,定睛一看,原來是兩

正模式標本,這個名字究竟指的是誰?這個名字還能繼續

頭體型中小型的熊。這兩頭熊就伏在一張長方形的大木桌

存在嗎?

上,木桌後方有兩排錯開的書櫃,中間留下了一條小小的 走道,蔡政修老師的辦公桌就在裡頭。走道旁倚著一具複

然而,雖然文獻上未指定,但左鎮一帶及臺灣大學的蒐藏

製的人類骨架,書櫃上方懸掛的是一頭露脊鼠海豚骨架,

庫中,蔡政修都有找到可能是早坂犀當初命名時的原始化

修長流線的脊椎在空中劃開,甚是美麗。實驗室四周,盡

石,標本都還保存著。當初之所以命名為中國犀早坂氏亞

是高聳的深色木紋書櫃,裡頭有著各式各樣的頭骨、古生

種,其中一個主要的形態特徵差異,便是因為左鎮化石比

物復原模型、雕塑品,還有數不清的教科書、雜誌及期刊

起中國出土的中國犀體型小了一號。驚人的是,根據蔡政

論文。

修的調查,日治時期的早坂一郎教授也在桃園發現了應該 是早坂犀的化石。依據早坂的描述,桃園出土的化石竟然

失蹤的早坂犀

比中國的化石還要大隻,年代也與左鎮的化石有些落差!

在與大家親切地打招呼後,前一天人還在臺南奔波的古生

因此,按照體型而言,臺灣可能就遠不只一種亞種的古犀

物學家、臺大生科系助理教授蔡政修,就從近幾個月開

牛。二者孰能擔起早坂犀的大名?在沒有正模式標本的情

始緊鑼密鼓調查的標本開始談起。他這次追蹤的對象,不

況下,還有待更完整的史地資料及化石來驗明正身了。

是老本行的古鯨豚,而是在臺灣相當有名氣 的古生物:中國犀早坂氏亞種(Rhinoceros

sinensis hayasakai,以下簡稱早坂犀)。 位於臺南的左鎮動物群,是臺灣出土更新世 化石的大本營之一,早在日治時期的 1930 年 代,菜寮溪流域一帶就是採集化石的一大聖 地,鹿角、象牙及牛骨等大型哺乳動物化石陸 續在此出土。最具代表性的化石,便是 1970 年代由臺灣省立博物館(今國立臺灣博物館, 以下簡稱臺博館)組成的挖掘團隊,一步步 湊齊相當完整的犀牛全身化石。這些化石最 後於 1984 年發表,早坂犀的大名也正式在國 際間亮相。 但奇怪的是,1984 年的這一篇文獻,竟然沒 有指定早坂犀的正模式標本(holotype),臺 博館也遍尋不著早坂犀的化石下落。在分類學

蔡政修的身旁為部分化石清修工具及照片,而右上方的照片為 2015 年時蔡政修和福

上,正模式標本是承載學名,具有該學名所

代斯(Ewan Fordyce)一起命名新鯨魚物種:烏瑪鯨(Horopeta umarere)。這個新

擁有的代表性特徵,可供他人比對進行物種鑑

物種能提供我們理解藍鯨這一類超大型鯨魚的早期演化歷史資訊。

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33


科學

出走

在冰與火的國度─ 遇見地球第二大鯊魚 鄭嵩樺

淡江物理系畢業,現為業餘稀有野生動物攝影

師。現致力於拍攝弓頭鯨與姥鯊、格陵蘭鯊等冷門動物。 (本篇圖片由作者提供)

在遙遠蘇格蘭的小漁村,外面那片又綠又暗的陰森海域中, 出沒一種個性與外表反差超大的巨大鯊魚,牠就是世界上 第二大的鯊魚和魚類:姥鯊。我和船長在這片陰晴不定的 海域中搜索,直到看見水面上出現三個突出的點點時,我 就知道姥鯊來了!

貼身共游記錄夢幻生物 水面上突出的三點,正是在海面上觀察姥鯊的不二法門, 姥鯊身形巨大,當牠在水面上濾食時,鼻子、魚鰭與尾巴 都會露出水面,非常好觀察。而確定姥鯊出沒後,我穿著 防寒衣拿著相機與蛙鞋,悄悄划入水中並靠近姥鯊。接近 姥鯊需要注意不能直直朝著牠正面游過去,否則會嚇跑牠。 最好的方式是慢慢靠近牠身體兩側,當牠感到放鬆時就會 在該區塊不斷繞圈圈吃著浮游生物。雖然姥鯊普遍游動緩 慢,但我們也曾用空拍機觀察到姥鯊全速衝刺躍出水面, 做出如同鯨魚的躍身擊浪(breaching)來清除身上的印魚 與寄生蟲,非常有意思。

觀光旅行賞姥鯊 目前姥鯊出沒熱點的小島和漁村,都紛紛開始把「賞姥鯊」 和「與姥鯊共游」做成觀光旅行,而實際跑過這些行程的 我,也非常樂見這種轉型。舉例來說,英國南部有一位熟 知姥鯊出沒習性的船長,他不帶觀光客,只帶專業電影電 視節目製作團隊,讀者在許多科普電視節目上看到的姥鯊 畫面,可能有一半以上都是由他帶領的專業團隊所拍攝。 而這次與我配合的船家位於蘇格蘭的小漁村,由他們帶領 我去與姥鯊共潛。下水的方式是由一名嚮導在前,一次最 多帶四個人下水與姥鯊共游,並規定以不打擾到牠們為最 高原則。

神秘的背景 姥鯊屬於鼠鯊目的姥鯊科,與大白鯊一樣都是鼠鯊目,研 究人員在我們出海前的簡報中打趣地表示大白鯊是姥鯊的 堂兄弟。鼠鯊目的鯊魚總是給人神秘的感覺,例如巨口鯊、 姥鯊、太平洋鼠鯊、長尾鯊及尖吻鯊等。而帶領我尋找姥 鯊的碩士生也提供了姥鯊的研究報告,他們發現世界上的 姥鯊基因基本上都一樣。

只要待在鯊魚側邊,鯊魚的壓力會減少很多。讀者可見姥鯊身上 獨特的花紋。

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科學

除了一般的共游行程,當地也非常歡迎專業人士加入研究 行程,他們會嘗試標記姥鯊及取得相關樣本;而在愛爾蘭, 目前主流則是以在船上賞鯊為主,雖然當地經常有從事水 上活動的民眾遇到姥鯊,但目前還沒有將與姥鯊共游轉型 為觀光產業。

姥鯊面臨的生存危機 姥鯊是一種非常溫馴的海中巨人,但在古代,水手只要看 見牠的外型,都因懼怕牠會把人類生吞而進行獵捕。到了 今日,姥鯊的巨大魚鰭則被香港的魚翅店稱為天九翅,在 那些魚翅愛好者的眼中可是極上聖品。除此之外,姥鯊的 肉能加工成各種肉製品,也因皮厚可以加工成皮革以及製 作優質化妝品的鯊烯。上述的案例都讓姥鯊生存危機雪上 加霜,儘管都是卵胎生,比起一胎能生幾百隻幼鯊的鯨鯊, 姥鯊一胎的數量雖然沒有明確答案,但普遍認為非常少。 加上許多科學家認為牠們的妊娠期應超過一年,因此保育 狀況非常不樂觀。 雖然姥鯊的幼鯊身長巨大,約 1 ~ 2 公尺,理論上幼鯊的 生存機率會比鯨鯊高一點,但隨著個體數量不斷減少,性 成熟時間與妊娠期也都是姥鯊碰到的問題。即便現在有許 多國家都禁止捕撈姥鯊,但市場上仍然充斥各種魚翅的交 易。目前姥鯊已被國際自然保育聯盟(International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN) 評估為「瀕危」,如果再不重視相關狀況,將來絕種的機 率很高。

出走

姥鯊的分布狀況及遷徙行為 姥鯊是一種遠洋帶的鯊魚,分布區域十分廣闊。最初科學 家認為牠們只會出沒在溫帶區域,但隨著被標記的鯊魚越 來越多,科學家們察覺到姥鯊在全世界的溫帶與赤道區域 都能找到。由於牠們的遷徙路線非常遙遠,有的個體竟然 還曾游到加勒比海及巴西,而在臺灣的北部與東北部也曾 有紀錄,幾年前在花蓮更是有捕獲紀錄。 目前姥鯊經常因為食物而游到岸邊,使岸邊成為姥鯊的主 流出沒地點。此外,姥鯊也變成一種季節性能觀察的物種, 夏天能在歐洲地區見到牠們,到了冬天則因浮游生物減 少,姥鯊通常會轉移陣地。 目前自然界以姥鯊為食的物種不多,最常見的掠食者為虎 鯨。與虎鯨掠食大白鯊的理由一樣,為的都是富含鯊烯的 肝臟,對於虎鯨而言是非常豐富的營養來源。除此之外, 姥鯊也曾有被虎鯊及七鰓鰻的攻擊紀錄。

未來觀察計劃 我們對姥鯊的了解很少,雖然這次出海看到三十幾隻個體, 但我們也只能趁著牠們浮出水面時進行拍攝記錄。姥鯊在 深海的行為仍是一道謎團,牠們受季節影響出現時間很短, 旺季集中在 7 月;而其他幾個月則有不固定的目擊紀錄。 希望藉由本次的觀察紀錄,能幫助大家認識這樣美麗又稀 少的鯊魚。

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金天獎

探‧萬象星辰 金天獎(Astro-Photography Award), 為一年一度的天文攝影比賽。起源於 2014 年前鎮高中的校內天文攝影師生 聯賽,並自 2017 年起擴大為全高雄 市高中職生攝影競賽,競賽組別分為 固定攝影類和追蹤攝影類,以下為今 (2020)年度追蹤攝影類得獎作品。

藍鳥

追 蹤 攝 影 組 一等 獎

追蹤攝影類

蔡侑杰 高雄市立前鎮高級中學。

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Astro-Photography Award

追蹤攝影組 二等獎

殷紅染驪首─馬頭星雲

追蹤攝影類

唐晨祐 高雄市私立義大國際高級中學。

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專欄文章

飛沫顆粒懸浮的關鍵 從尺寸、面積與 體積的關係找答案 Take Home Message 受到疫情影響,為了避免自身或他人口中的飛沫在空氣中

停留懸浮,大眾紛紛選擇戴上口罩;天上的白雲明明就是 重達數噸的水滴與冰晶,卻可以輕易飄浮在空中;岩漿燈 炫麗又曼妙的舞姿原來與瓶子造型設計有關。上述三項看

似毫無關聯的物理現象,其實都有個共通點:它們都涉及 物體尺寸的大小,以及面積與體積的比值。

圖一:在疫情尚未趨緩前,需要戴上口罩保 護自已與他人。但在人潮稀少的區域,還會 有飛沫傳染的可能嗎?還要繼續戴口罩嗎? (Me&Art - pngtree.com)

飛沫傳染真的需要戴口罩嗎?

噴出的飛沫,除了受到向下的重力之外,還會

今(2020)年開春,全世界就被 2019 新型冠

受到向上的氣流推力作用(圖二)。兩力的向

狀病毒疾病(COVI-19)攪得天翻地覆。在

量相加(合力),才會決定這顆飛沫在空中懸

疫情肆虐之際,無論各地的文化如何看待「戴

浮的時間長短。其中,重力(Fg)與體積(V)

口罩」所代表的意義,最後還是得乖乖地戴上

成正比,亦即重力與飛沫半徑的三次方成正

口罩,以免感染(圖一)。而在疫情較為趨緩

比(Fg∝V∝r3)。 而 氣 流 推 力(Fair) 則 與 受

的臺灣,或許有人會問,若搭上乘客稀少的公

力面積(A),也就是飛沫半徑的平方成正比

車或無他人的電梯時,我還需戴口罩嗎?

(Fair∝A∝r2)。因此,越小顆的飛沫,所受

到的氣流推力,相對於其重力而言就會越顯

病毒通常附著在飛沫(口水)中進行傳播,人

著,因而可以懸浮在空中越久的時間。

們噴出的飛沫,密度雖然比空氣大很多,但卻 不會迅速以自由落體掉到地上,其中的原因與

舉例來說,當某顆小飛沫的半徑是大飛沫的

張慧貞

飛沫的大小有密切關係。講話、咳嗽或打噴嚏

1∕2 時,小飛沫的重量僅為大飛沫的 1∕8,

彰化師範大學物理系

所噴出的飛沫半徑大小差異很大,範圍在 1 毫

但小飛沫受到的氣流推力卻是大飛沫的 1∕4

米到 0.1 微米之間(10-3 m ~ 10-7 m)。

倍。因此,小飛沫所受的氣流推力與重力的比

教授,研究興趣為物 理概念發展。

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格物致知

圖二

飛沫在空氣中懸浮的解釋

飛沫

美髮師,因為自己跟顧客皆戴口罩,而在確診前免於傳染 給所有接觸過的 140 位客人及 6 位同事。 所以,在疫情尚未解除之際,為了保護自己跟旁人免於飛 沫傳染,在密閉空間內所有人皆戴上口罩的確有效,即使 是在附近無他人的室內也須戴上口罩。

飛沫顆粒在空氣懸浮時,會收到向上氣流的 推力 Fair 與向下的重力 Fg。 向上飄的力

明明就很重的雲朵 為什麼能飄浮空中? 類似飛沫懸浮的原理,也可以用來解釋空中飄浮的雲朵。 這些雲朵其實是由重達數噸的水滴與冰晶所組成,但這麼 重的組成又為何能夠浮在空中呢?

氣流推力 Fair 與顆粒的受力面積 A 成正比,受

力面積與顆粒半徑 r 的平方有關,關係式為

空中的雲包含大小不同的小水滴或小冰晶,由於水滴或冰

Fair ∝ A ∝ r 。

晶的密度遠比空氣大,單靠空氣浮力是不可能將小水滴支

向下拉的力

撐在空中的。而雲朵之所以能夠浮在空中,主要也需靠向

重力與顆粒的體積 V 成正比,而體積又與顆粒

上的氣流推力;另一項關鍵因素是因為雲朵中的水滴夠

2

半徑 r 的三次方有關,關係為 Fg ∝ V ∝ r3。

小,大多落在 1 ~ 100 微米(μm)之間,使得小水滴所 受向上推力與重力相當,得以懸浮在空中。因此,空中的 雲朵與飛沫懸浮的基本原理相同。當水滴與飛沫的粒子越

值就會是大飛沫的 2 倍。假設大飛沫所受的氣流推力,是 自身重量的 0.3 倍,大飛沫所受的合力: 重力 - 氣流推力 =mg-0.3mg=0.7mg,因此大飛沫會以 0.7g

小,所受氣流推力對重力的比值會增加。而兩力的比值取 決於粒子截面積對體積的比例,關係如下: 氣流推力 ∕ 重力 = 粒子面積 ∕ 粒子體積 = r2 ∕ r3= 1 ∕ r,代表

的加速度落下,其中的 g 值為重力加速度(9.8 m ∕ s2)。

粒子半徑越小,向上推力越顯著。

而 小 飛 沫 的 氣 流 推 力 對 重 力 的 比 值, 則 為 0.3 × 2=0.6

不過,雲朵內的水滴所受到的力,除了向上的氣流推力

倍,所受合力為重力 - 氣流推力 =mg - 0.6mg=0.4mg, 小飛沫落下的加速度會是 0.4g,小於大飛沫的 0.7g。因 此,小飛沫所受氣流推力較為顯著,可以懸浮在空中較長 的時間。

曾有一位日本醫生拍攝到,在密閉會議室內若有一人打噴 嚏,半徑為毫米級(r ~ 10-3 m)的大顆飛沫約在 1 分鐘 內可全部落地;微米級(r ~ 106 m)的小飛沫即使經過

20 分鐘,仍大量飄散在會議室各處的空中;即使只是面 對面交談所噴出的微米級飛沫,經實驗證明也有可能在空 中懸浮超過 14 分鐘。而在美國曾有某家髮廊的兩位染疫

圖三:在雲層之間,上下層水滴帶有不同的電荷。上層的水滴通常 帶正電;而下層則帶負電。兩層之間的靜電力,是大小水滴能同時 懸浮的關鍵因素之一。(123RF)

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專欄文章

Take Home Message 不飽和脂肪酸可分為順式與反式兩種,一般天然的不飽和脂肪酸以順式結

構存在;而將油脂氫化處理後,則會產生反式脂肪。雖然反式脂肪能改善 食品口感、增加穩定性,更能延長油脂的保存期限,但卻有可能對身體健 康造成負擔,因此在日常生活中,也該注意反式脂肪的攝取量!

又到了每個禮拜都期待的星期五,心情

小心吃到反式脂肪會怎麼樣呢?

愉悅的你走進超市,想買一堆垃圾食物

張家憲 國立成功大學化學研究所畢業, 現為國立鳳山高中化學科教師 兼設備組長。曾多次指導學生 參加科展及化學科能力競賽。

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大吃大喝,為 crazy friday 揭開序幕。看

脂肪並不壞!

著貨架上琳瑯滿目的零食,突然有點選

脂肪,可說是現代人人聞之色變的壞東

擇障礙,只好隨手拿了一包海鹽口味洋

西,不僅愛美的女性想藉由抽脂極力剷

芋片。「熱量 203 大卡、反式脂肪 0.0 公

除它,就連筆者炒菜時也都會盡量少放

克……?」反式脂肪四個大字飄入眼中,

一點油,只為了讓自己吃得健康一些。

你心中升起了一點小疑惑,為什麼要特地

但我們不妨捏捏身上的腰內肉想想,所

標出反式脂肪?好像常常聽到反式脂肪

有的脂肪都是壞的嗎?沒有了脂肪,我

對身體有害,到底有甚麼壞處?我如果不

們應該還是能正常過活吧?

(Photo by Humphrey Muleba on Unsplash)

飲食中的「反派」角色 反式脂肪


潛移默化

答案其實不然,脂肪也是人體很重要的一部分,它除了

肪酸,其構成的脂肪稱為不飽和脂肪。碳鏈中的雙鍵讓

能幫助我們儲存大量的熱量之外,更能幫助人體吸收一

不飽和脂肪酸的結構「彎了一下」,沒辦法如飽和脂肪

些脂溶性的營養素。

酸一樣筆直,而這樣彎曲的結構排列,便會讓不飽和脂 肪們酸難以整齊、緊密地排在一起,因此使不飽和脂肪

脂肪又稱三酸甘油酯(triglyceride,圖一),是人體所

的熔點較低,在常溫下呈液態,以植物性油脂較為常見,

需的營養成分之一。脂肪的能量密度極高,一公克能產

例如椰子油及橄欖油。

生 9 大卡熱量,可儲存並提供人體活動所需的能量;除 了儲存與提供能量之外,脂肪也能幫助人體吸收維生素

順式脂肪?反式脂肪?到底是脂什麼?

A、D、E、K 等脂溶性維生素,另外像是蕃茄中的茄紅

不飽和脂肪酸中的碳鏈因為由雙鍵相連,因此會產生順式

素、胡蘿蔔中的胡蘿蔔素等脂溶性營養素,也都需要脂

與反式的結構差別。若不飽和脂肪中,鍵結在雙鍵碳原子

肪的幫助才能讓人體順利吸收。

上的氫原子位在同一側,就屬於順式脂肪,自然界中的不 飽和油脂多以順式結構存在。那如果在不飽和脂肪中,氫

圖一

脂肪生成反應

脂肪的組成是由一個甘油加上三個脂肪酸,兩

者脫水縮合後,即生成脂肪,又稱三酸甘油酯。

原子位在碳原子雙鍵的不同側呢?若兩個氫原子位在雙鍵 碳原子的不同側,便會形成反式脂肪,它通常是由人為加 工產生而成,但也有些天然存在的反式脂肪。

圖中的 R1、R2、R3 皆為烷基(alkyl)長鏈。

脂肪的結構與組成 脂肪是由甘油加上三個脂肪酸,脫水縮合而成的三酸甘

牛、羊等反芻動物因為特殊的消化道細菌作用,會將牧草

油酯。若脂肪酸中碳與碳之間都以「單鍵」連結的話,

發酵合成部分反式脂肪酸,這便是天然存在的反式脂肪!

我們稱這樣的脂肪酸為飽和脂肪酸,而由飽和脂肪酸構

研究指出,這些來自反芻動物的反式脂肪中,具有一種稱

成的脂肪就稱之為飽和脂肪。飽和脂肪的分子結構延伸

為共軛亞麻油酸(conjugated linoleic acid, CLA)的物

成線形且緊密排列在一起,這樣緊密排列的結構使得飽

質,它可以幫助身體分解並有效利用脂肪,對健康不會

和脂肪的熔點較高,一般在室溫下呈現固態,以動物性

造成負面效應,我們可以在牛、羊肉、天然牛油及天然

油脂較常見,例如豬油與牛油。

乳製品等食物中找到天然的反式脂肪。

但脂肪酸中的碳鏈若以「雙鍵」相連,便稱為不飽和脂

既然已經有了天然的反式脂肪,為什麼我們還要以人為

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精選 文章

波瀾不息: 戴森的科技與人文關懷 Take Home Message 英裔美籍理論物理與數學家戴森(Freeman Dyson)於今(2020)年 2 月去世, 享耆壽 96 歲。戴森見證美國物理學在二戰後的蓬勃發展,特立獨行的經歷也 使他成為傳奇——他沒有博士學位,也從沒拿過諾貝爾獎,卻在普林斯頓高 等研究院度過終身學術生涯,更被譽為是與另一位物理學明星費曼(Richard (Monroem, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)

Feynman)相提並論的天才。

「如果我們為你這段訪談下標題為『讚美多

領域,即便他在普林斯頓的上司歐本海默(J.

樣性(in praise of diversity)』,你同意

Robert Oppenheimer)認為這些都不是物

嗎?」「當然同意!」戴森不假思索回答:

理學上主流的課題,他仍桀驁不馴地做自己

「那正是我的人生準則。」

喜歡的研究。他也熱衷於撰寫通俗著作,不 是單純介紹知識的科普,而是批評科技發

這是一部荷蘭電視紀錄片的開場白,記者

展、人類社會與前途的深度省思。他更樂於

訪問當時已屆 70 歲的戴森,生動簡潔地勾

挑戰同僚的意見,即使是一般習慣的「常

勒出他的信念。高齡的戴森不僅是科學界

識」。溫伯格(Steven Weinberg)形容:

德高望重的前輩,也是少數見證美國戰後

「當大家像湖面結冰般逐漸形成共識,戴森

物理學發展的耆老。隨著戴森今年辭世,

一定是那個去鑿冰的人。」

大眾又重新追憶起這個早已凋零的物理學 黃金世代。

然而戴森私下為人卻極為謙遜低調。正如 《自然》(Nature)期刊在訃聞中指出,

黃相輔

倫敦大學學院科

學史博士,研究興趣是通 俗科學的文化與歷史。

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戴森的興趣廣泛,研究題材遍及純數學、核

戴森的長處除了本人自認的「數學計算與

物理與核子工程、太空科技及天文學等各種

寫作」外,還包括他人公認的「溫和沉靜


精選 文章

的態度與寬容」。

不拘小節、喧鬧又愛開玩笑的費曼,跟拘謹寡言的戴森 恰好成對比,然而這兩位個性迥異的人卻一拍即合,戴

絕不自外於人間

森十分推崇費曼的原創力,經常找他討論問題。到了暑

戴森出生於英格蘭伯克郡,從中學時期就發現自己對數

假,費曼邀請戴森搭便車,花四天時間,從康乃爾大學

學的興趣與天賦。為了要了解愛因斯坦的相對論,他趁

所在的小鎮綺色佳(Ithaca)開車到新墨西哥州阿布奎基

課餘自修微分方程,廢寢忘食地沉浸在解題的樂趣中。

(Albuquerque)。這趟穿越美國的公路之旅,途中趣味

當 他 解 完 書 中 所 有 微 分 方 程 習 題 後, 繼 續 閱 讀 愛 丁 頓

橫生,兩人也通宵無話不談〔註〕。

( Arthur Eddington )的《相對論的數學理論》(The

Mathematical Theory of Relativity)。少年戴森就這樣

戴森日後在物理學最為人稱道的成就也和費曼息息相關——

靠著課外自修,一步步建立堅實的數學基礎。

這必須從現代物理學在 20 世紀中葉遭遇的危機談起。

但戴森對數學的沉迷,卻讓他的父母擔心不已,怕兒子過

現代物理學的兩大基礎是相對論與量子力學,前者詮釋巨

分的專心致志,會像西方文學裡為了追求知識而走火入魔

觀尺度下的時空與重力,後者則關注比原子還小的微觀量

的浮士德一樣。「我是個人,絕不自外於人間」,戴森的

子世界。在一般尺度下,如果我們要描述帶電物質運動產

母親引用這句座右銘來告誡他:天地之間除了微分方程,

生的電磁場以及電磁交互作用,用古典電磁理論(或稱古

還有許多事情值得關心。幸好在父母諄諄善誘下,戴森除

典電動力學)就能達到完美的效果。但如果場景換到量子世

了數學,還涉獵大量文藝作品。從戴森的文章中不難察覺

界,就必須以相對論性的新理論,才能描述在微觀尺度下,

他內斂卻敏感的一面,以及對於文學的喜愛。

帶電粒子透過交換光子的交互作用產生的現象。這種新理 論即是「量子電動力學」。量子電動力學在二戰前由狄拉克

二戰時,戴森在英國皇家空軍轟炸機指揮部工作。雖然他

(Paul Dirac)與費米(Enrico Fermi)等人的貢獻逐漸成

不必上前線,但旁觀飛行員同僚不停被派去送死,仍對戴

形,但到了 1940 年代,科學家卻發現此理論在數學計算

森造成巨大的衝擊,也令他後來的文章中不時反映出悲天

上有根本的瑕疵,如果問題沒解決,相對論和量子力學這

憫人的反戰思想。戰爭結束後,戴森於劍橋大學三一學院

兩大基礎將無法相容,造成現代物理學極大的危機。

取得學士學位,並於 1947 年前往美國康乃爾大學攻讀博 士,受業於著名的核物理學家貝特(Hans Bathe)。

許溫格(Julian Schwinger,又譯施溫格)在 1948 年提 出新的理論修正量子電動力學,不過他的方法牽涉繁複的

有趣的是,戴森沒完成研究所學業,終其一生沒有博士學

數學計算,並不直觀易懂。費曼也同時有自己一套用「路

位。戴森解釋說,他不喜歡曠日廢時的博士班訓練,寧願

徑積分」來理解量子力學的秘方,後來發展出「費曼圖

用不超過一年的時間密集地研究、解決一個問題,然後轉

(Feynman diagram)」,可以簡單地形象化表示粒子間

移到另一個題目,因此他的研究風格根本不適合博士班體

的交互作用,並解出答案。費曼圖雖然實用,所依據的路

制;在康乃爾大學的第二年,戴森就在貝特的推薦下,獲

徑積分卻不是主流的數學工具,也讓當時的物理學家難以

邀去普林斯頓高等研究院工作。

接受。

戴森與費曼的友誼

戴森原本就十分留心費曼那非正統的思維,也聽過許溫格

戴森就讀博士班時,認識當時剛到康乃爾任教的費曼。

的演講,得以比較兩人的理論,使他後來頓悟:雖然許溫

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