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奈米科技的健康風險(四):奈米材料知多少 | 由於科技創新，目前市面上的奈米產品與奈米材料五花八門，但是英美等國對奈米材料的申報與管制卻都還在由廠商「自主申報」與「自主管理」的階段。
率先於 2003 年探討奈米科學與科技的「機會與不確定性」的英國，評估生產及製造奈米材料所帶來的風險，主要依據「有害物質管理規則」規範奈米產業。評估工作環境與員工健康，則可依據「危險物質及可燃性氣體管理規則」規範，但奈米物質是否列為危險物質，仍無明確的認定標準。
英國的食品、環境與暨鄉村事務部於 2006 年公布人造奈米材料自主報告方案，要求製造及使用人造奈米材料的研究單位與廠商，自動陳報所使用的人造奈米物質，在 2 年的試辦時間，一共收到 13 項申報資料，其中有 11 項陳報資料來自廠商，2 項來自研究單位。雖然英國環境署 (Environment Agency), 成立專案小組，進行奈米材料的環境風險評估，但是自主陳報方案，因為缺乏強制性，對申報廠商也沒有誘因，遭受不少批評。
2004 年英國於奈米材料定位為新化學物質，受「新種物質公告」, 和歐盟「化學物質登記評估授權及限制規則」嚴格規範。
皇家環境污染委員會，也於 2008 年公布「環境中的新興物質：奈米科技的案例」(Novel Materials in the Environment: The case of nanotechnology), 這份報告所提的管制建議包括：管制新材料的「功能」而非尺度；修訂原有法規，降低歐盟 REACH 原本「1 公噸」以上才需申報的規定；強制申報奈米材料；申報可免除法律責任；進行環境監控，特別是已有疑慮的奈米銀與富勒烯；增加奈米毒理學的研究及人才培育。
這份報告特別強調，要從「管制風險」的典範，轉移到「管制創新」。另外，這份報告指出，奈米銀、奈米碳管和富勒烯等三種奈米材料，已有奈米毒理學的研究報告發表，需要加強管理。
至於美國，評估奈米材料的風險，主要根據「毒性物質管制法」(Toxic Substance Control Act, TSCA)。不過 TSCA 判定的是原尺寸的化學物質，在該物質在奈米化之後，是否會產生毒性，以及生產的風險，都需要進一步判斷。美國環保署對奈米材料的管制，和英國一樣，也是採取自主方案。美國環保署於 2008 年公布「奈米材料管理計畫」並且設計登錄表格，讓廠商填寫申報。和英國一樣，這項自主方案，由於缺乏強制性，因此到 2009 年計畫結束前，申報的奈米材料並不多。
根據美國環保署 2009 年年初的期中報告，美國環保署 NMSP 計畫一共收到 34 種奈米化學物質的申報 (其中 15 種已上市), 相較於美國 Woodrow Wilson PEN 資料庫中的 48 種奈米化學物質 (48 種都上市), 和奈米產業 Nanowerk 登錄的 199 種奈米化學物質 (54 種已上市), 不但數量少了許多，並且這三個資料庫所登錄的奈米材料，只有部分重疊。環保團體因此抨擊美國環保署目前對奈米化學物質的管理方案，是「大黑洞」。
美國環保署從 2008 年底起，對奈米物質在製造、使用以及處理過程中的環境、健康和安全的潛在風險，開始以「毒性物質管理法」規範奈米物質。奈米碳管於 2008 年被規範成新化學物質，而其中的三種奈米碳管以及經由矽氧烷改質的奈米二氧化矽微粒和奈米氧化鋁微粒，則需以「顯著新使用規則」申請。2010 年 3 月，在美國舉行的全球化學品管理法會議中，美國環保署說明其將透過毒性物質管理法對人造奈米物質，採取更為嚴格的管制措施，並且向和奈米材料有關的學術界、製造業和使用者預告，應準備迎接嚴格的環境管制。
目前台灣和奈米材料相關的法規是「勞工安全衛生法」和「毒性化學物質管理法」, 奈米材料被歸類為第 4 類毒性化學物質，亦即「狀態不明確之化學物質」, 但是台灣到底生產、製造及使用多少奈米材料，目前查無資料。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿)
責任編輯：鄭尊仁 | 國立台灣大學職業醫學與工業衛生研究所 |
湛藍奇蹟:水產生技新「蠣」器 | 牡蠣的內在與外在
俗話說「靠山吃山、靠海吃海」, 沿著台灣的西海岸，放眼望去盡是層層的蚵棚、滿滿的蚵串。看著其貌不揚的牡蠣殼，還真難想像裡面藏著鮮美飽滿的牡蠣肉。
一直以來牡蠣肉享有「海洋牛奶」的美名，食用者在視覺上多喜好鮮美碩大的牡蠣肉，個體較小的大多被誤認為不夠營養鮮甜或品質不佳。實際上牡蠣個體的大小會受季節、產地影響，但營養價值一樣高。此外，每年的 4 ~ 6 月及 8 ~ 10 月是臺灣牡蠣的盛產期，產量多使價格大幅滑落；而 6 ~ 8 月的颱風導致牡蠣的產量減少，使得市場價格也隨之起舞。
為了克服這些狀況，應好好思量該如何善用這些個體較小的牡蠣肉，以及打破「生吃都不夠了，為什麼還想曬乾？」的想法，使這些價格較低的牡蠣肉也能好好地發揮長處，讓不做為鮮食的牡蠣肉的利用也能有更好的創意走向。
牡蠣殼像是牡蠣肉的拖油瓶般連帶產生，不僅附加價值低又占空間；殼內的殘肉又容易孳生蚊蠅；加上因高溫日照產生陣陣惡臭等問題，成為汙染環境的惡源，也讓蚵村的環境及土地利用受到影響。臺灣每年所產生的牡蠣殼高達 16 萬公噸，過去僅少量用在建材、土壤改良或雞鴨飼料上。高品質的牡蠣殼每公斤售價也僅約 2 元，由於附加價值相當低，因此使用率很低，絕大多數是任意堆棄。
長時間無法有效利用這些牡蠣殼，也就讓牡蠣殼逐漸積殼成塔、積塔成山。蚵村裡堆積如山的牡蠣殼，不僅是蚵民心中的疙瘩，更是政府的燙手山芋，長期以來一直被視為難以處理的水產廢棄物。為了讓牡蠣殼有更好的出路，水產試驗所水產加工組開始探究牡蠣殼的特殊性，把薄薄的殼裡裡外外地研究了一番，以便提高它的附加價值，解決這長久以來的環境汙染問題。
牡蠣肉大解析
據《本草綱目》記載，多食牡蠣肉，能細潔皮膚，補腎壯陽，並能治虛、解丹毒。在中醫學中則描述牡蠣，性微寒、味鹹，具有潛陽、固澀、化痰軟堅的功能，主治頭暈、自汗、盜汗、遺精、崩漏、帶下等症狀。這些都是老祖宗靠著經驗告訴我們的食療及食補方法，也讓鮮美的牡蠣肉多了一份神祕感。如先前所說的，該如何解決個體小的牡蠣肉售價低，以及季節氣候對牡蠣肉產量波動的影響？又如何去除牡蠣中重金屬含量過高的疑慮？收集淡季個體較小的牡蠣肉，經過清洗、水解、離心，剔除重金屬含量較高的部分，僅留下有益的成分，再經裝瓶、殺菌及熱穿透試驗後，便能製成具有大眾化口味的瓶裝產品──生蠔精。或者針對牡蠣肉萃取液進行乾燥、造粒等處理，製成一粒粒攜帶方便的牡蠣精錠，以提供多樣化的選擇。不論是生蠔精也好、牡蠣精錠也好，都富含多項機能性成分。
就營養學的觀點來說，牡蠣肉中較著稱的營養成分有：肝醣、牛磺酸、核苷酸、有機鋅、D - 天門冬胺酸等。肝醣除了是能量的來源之外，也有研究指出具有促進大腦發育、細胞生長、傷口癒合、延緩老化、提高免疫力、降血脂、保護心肌及抗氧化的活性。牛磺酸則是眾多提神飲料中所添加的機能性成分，較為人知的功能是消除疲勞、增強體力。然而牛磺酸的功能不只這些，還有調節脂肪消化吸收、預防動脈硬化、促進大腦與智力發展、肝臟保健等功能。這也是牛磺酸被視為半必需胺基酸的原因。
較特別的是 D - 天門冬胺酸，這項研究的起源可由一些小故事說起。在古希臘神話裡，牡蠣是代表愛的食物；在義大利情聖卡薩諾瓦回憶錄中，提及他每天早餐都要吞食 50 顆生牡蠣來保持魅力；《本草綱目》記載牡蠣有補腎壯陽的作用。因此自古便認為牡蠣是益於體力增強及滋養的珍貴營養品，也讓一般大眾認為有「壯陽強精」的功能。現今科學研究也證實，吃牡蠣確實有催情的功效。
在過去，一般人的印象中一直認為牡蠣含有高量的鋅，因此常食用可以提高性功能及精子的質量。近年來的研究則指出，牡蠣所富含的大量稀有胺基酸── D - 天門冬胺酸，在人體中確實有調節性荷爾蒙的生理機能。
在針對牡蠣肉的一連串應用開發研究中，首先從食用安全性要求起，讓大眾吃得安心；接著開發其應用性，製成多樣化的產品，讓大眾吃得有趣味；現在則是致力於讓科學數據說話，讓大眾吃得健康，也豐富水產知識。希望藉由這樣的研究及努力，大眾能更珍惜這塊土地上的水產資源。
牡蠣殼與珍珠
牡蠣殼堆積成山造成環境汙染的問題，已不是一年兩年的事了，早在十幾年前，學研單位就針對這議題投注相當多的心血。然而或許因為相關研發所帶來的附加價值有限，這些產品並未有效地被業界所採用。同樣是海島國家的日本，也有類似的問題，造成環境問題的主要原因是扇貝殼。因此日本針對扇貝殼進行美容保養品及保健品的研發，為當地產業帶來新的契機，也解決了環境汙染的問題。這讓我們反思，臺灣的牡蠣殼是否也有這樣的潛力？因此在開始這項研究前，把目標鎖定在「創造高附加價值」上。
在研究初期發現，牡蠣殼的主要成分其實與珍珠十分相近，是由碳酸鈣、水分及有機質所構成。主要的差別在於珍珠的有機質含量較高，約 5 ~ 7%, 牡蠣殼的有機質則占 1 ~ 5% 不等。在外觀上，牡蠣殼的內層閃爍著珍珠般的光澤。傳聞慈禧太后曾使用珍珠粉做為美白聖品；直到現在，珍珠粉的功效仍然令人著迷，價格當然也居高不下。這使得我們不斷地思考，是否錯過了牡蠣殼中的珍貴成分？牡蠣殼是否是一塊未經雕琢的璞玉？除了希望「創造高附加價值」以外，如何建立一套符合環保概念的萃取流程，也是研發的重點。因此一開始就以刪去法則開發萃取技術，強調不使用酸鹼、有機溶劑及化學藥劑。當然在上述種種的限制下，一度讓萃取技術的開發陷入瓶頸。但是為了達到「無工業廢水處理的要求，消除化學物質殘留的隱憂，並落實綠色產業的想法，反而激勵我們開發出這項技術，目前正在進行專利審核中。
這項技術主要能把牡蠣殼中有機質的機能性成分「珍珠層胜肽」與其他物質分離，再經過高溫物理轉化作用，把其他物質轉質成具抗菌能力的「煅燒牡蠣殼粉」。此外，為了能使這項技術從實驗室規模放大為產業量產模式，也在臺西設立模場，從場地丈量、操作動線規劃、模廠相關機械形式篩選及購置、機械設備定位及試車等，一一著手進行，也把萃取條件調整至量化生產的模式，目前每日大約可處理 100 kg 的廢棄牡蠣殼。未來隨著產業所需也可把模場設備擴大，以達到最適的每日生產量。
珍珠粉 VS 珍珠層胜肽
珍珠粉最為人所稱道及令人著迷的地方，在於「美白」。然而美白的原理是什麼？珍珠粉真的能美白嗎？珍珠層胜肽呢？以學理來說，美白的原理大致分成 3 項：阻斷黑色素生成，促進黑色素從角質層剝離以及隔離紫外線。基於這 3 項原理，針對珍珠層胜肽進行實驗，以證實其確效性。
首先從阻斷黑色素生成開始。在黑色素生成過程中，酪胺酸酶扮演著催化的角色，而在實驗中發現，珍珠層胜肽能抑制酪胺酸酶的活性，進而減少黑色素細胞生成黑色素，與現今保養品常使用的美白成分熊果素有相似的功能。第二步進行角質細胞的活化試驗，發現珍珠層胜肽能活化角質細胞，可藉由促進細胞的增生、分化加速角質的代謝，達到皮膚淨亮的效果。最後是進行隔離紫外線試驗，發現珍珠層胜肽能減少紫外線對細胞的傷害，可藉由阻隔皮膚對紫外線的吸收，降低酪胺酸酶的活性而減少黑色素的生成。
這些功能正好與《本草綱目》中所記載「珍珠除黑酐」、「珍珠主治鎮心、塗面令人好顏色」的說法呼應，也間接證實了老祖宗的經驗。
除此之外，珍珠層胜肽是由豐富的胺基酸所組成，分子量小，易於腸胃道吸收，而且沒有一般水產品令人詬病的腥臭味，因此相當適合做為保健飲品。食品級珍珠層胜肽的一般成分及抗氧化能力，都不遜於日本進口的珍珠水解液。當然最重要的是，珍珠層胜肽的重金屬含量遠低於法定規範，不用擔心來自牡蠣殼的珍珠層胜肽是否有重金屬含量過高的問題。
明代李時珍稱珍珠能「安神定驚、平熱解毒、明目去翳、消炎生肌、滋補養胃」, 具有良好的藥用價值和營養保健作用，因此我們也加上創意，搭配傳統複方中藥開發出「珍珠層四物飲」。
市售的日本珍珠水解液 100 ml 要價近 3,000 元，而臺灣目前並無類似產品，都是倚賴進口。站在研發的立場，既然已知牡蠣殼中的「珍珠層胜肽」具有良好的機能性，加上臺灣擁有豐富的天然水產資源，實在應該善加利用，讓臺灣的牡蠣殼發光發熱。
天然抗菌物質
工業革命後，科學發展大躍進，以殺菌劑的發展為例，從簡單的殺菌劑發展至今，又可細分出殺細菌劑、殺病毒劑、殺藻劑等類型，統稱為環境殺菌劑。為了追求乾淨安全的生活環境，大眾開始大量使用這些環境殺菌劑，包括餐飲業、冰業、肉品業、浴室、游泳場所、理燙髮業、旅館業及相關用具的清潔消毒。由於使用範圍相當廣，甚至可稱為濫用，使得人體接觸到這些環境殺菌劑的機率也跟著增加，衍生出對環境及人體的傷害。而現今大眾追求的不只是環境的乾淨，更重要的是不能傷身體且是天然的。
過去，日本學者在研究過程中無意發現了牡蠣殼具有特殊的抑菌能力。他們觀察到抑菌能力同樣存在於海水養殖池的牡蠣殼及活性碳濾材中，但活性碳濾材有腐黴生長的情形，這暗示了牡蠣殼具有活性碳濾材所沒有的抑菌效果。此外，研究也發現，高溫轉化而成的煅燒牡蠣殼粉的抑菌能力遠高於牡蠣殼粉。透過掃描式電子顯微鏡觀察，發現牡蠣殼粉呈岩層片狀，經過高溫煅燒處理後則呈孔丘狀，而這樣孔丘狀的物質竟有特殊的抗菌能力。
由實驗得知，在 1 公升的水中投入 1 克的煅燒牡蠣殼粉，就有抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌、仙人掌桿菌等食品病原菌的能力。以適當比率把煅燒牡蠣殼粉添加在水中，可用來清洗蔬果、海鮮等食材，以去除表面的雜菌，讓食材的保鮮時間更長。而剩餘的煅燒牡蠣殼粉水液還可用來清洗廚房的刀具器皿，只需把刀具器皿浸在溶液中 3 ~ 5 分鐘，就可殺死食品病原菌，讓我們能吃得安心，也不用擔心化學清潔劑的殘留。
煅燒牡蠣殼粉的另一項特色是可應用在建築材料中。煅燒牡蠣殼粉除了具有抗菌、抗黴、除臭等功效外，還兼備了活性碳的優點，能夠吸附空氣中的懸浮微粒，加上它的粉末細緻、色澤白，可添加在建材中做為塗料，沒有一般建材或塗料含甲醛、甲苯等化學物質的問題，讓大家可以住得安心又健康。除此之外，也可把煅燒牡蠣殼粉應用在空調濾網及紡織材料上。這些產品的開發，主要是希望能改善及提升生活品質，因為很多病菌、病毒都會藉由空調和附著在衣物上造成交叉感染。
煅燒牡蠣殼粉可說是「食衣住行樣樣都行」, 善加利用不僅能減少化學合成物質的使用，更可以保護身體健康，同時能減少環境廢棄物的堆積，讓天然物質充分地發揮功用。
在科學發展、發揮創意及貼近市場需求的努力下，已能克服因季節變化而造成牡蠣肉產量及價格波動的問題，也改變了人們對牡蠣殼只能做為廢棄物的刻板印象，讓牡蠣裡裡外外都可以善加應用，達到一個零廢棄物的理想水產產業。臺灣四面環海擁有豐富的海洋資源，在地球被人類過度使用的狀況下，我們該珍惜這些得來不易的水產物，讓海洋得以永續發展。 |
奈米科技與公眾專題報導(六):奈米物質的風險治理 | 新興的工程奈米物質五花八門，到底要如何管制才能確保環境、健康與安全？歐盟的健康及消費者保護執委會 (European Commission’s Health and Consumer Protection Directorate General), 曾於 2004 年舉辦奈米科技健康風險工作坊，邀請 17 位跨領域的專家進行奈米科技的初步風險分析，共同討論奈米科技的治理方案，內容包括：(一) 採取放任態度；(二) 頒佈法令，延緩奈米科技的研發與商品化；(三) 仰賴科技產業的自主管理；(四) 針對奈米科技制訂完整深入的新法規；(五) 修訂或增添現有法規，如有害物管制條例、分類與標示，以及化妝品管制等。與會專家一致認為，第一至四項政策方案，目前都不可行：(一) 無法自由放任，因已有奈米微粒健康危害的毒理學初步證據，而民眾對新興科技的人體與環境危害又採高標準檢視；(二) 無法延緩奈米科技的發展，因有許多消費者產品已經進入市場；(三) 健康危害無法仰賴產業的自主管理，因之前已有許多錯誤經驗；至於 (四) 重新訂定管制奈米科技的新法規，則是過程太過繁複。歐盟的專家會議認為當時唯一可行的政策方案是修訂現有法規，以管制奈米科技的健康危害，他們擬定 12 項管理奈米科技健康風險的專家建言，其中包括最基本的奈米材料命名與編號、支持科學研究、發展測量工具與標準化的風險評估方法、倡導良好的作業方式、設立獨立的國際監測機構、建立與社會大眾及產業的對話管道，及圍堵游離的人造奈米微粒，與盡量去除或減少游離奈米微粒的製造與釋放等。
這幾年經濟合作與發展組織 (Organization for Economic Cooperation and Development, OECD) 各會員大都已有奈米物質的註冊、評估和管理法規。OECD 的工程奈米物質工作小組 (Working Party on Manufactured Nanomaterials, WPMN) 於 2007 年啟動贊助計畫，資助工程奈米物質的安全測試，並且決定包括 13 種工程奈米物質的優先測試名單。這 13 種具代表性的奈米物質，包括：富勒烯、奈米碳管 (單壁及多壁)、奈米銀、奈米鐵、氧化鋅、及二氧化鈦等，都已上市或是即將上市的奈米物質，可視為奈米物質的測量、毒性及風險評估的重要參考。此外，WPMN 也嘗試訂定安全測試的終點項目，主要的目的是確保不同的奈米物質有一致的測試方法，據以建立每一特定奈米物質的基本特性、宿命、生態毒性，以及哺乳動物毒性的資料檔。
歐盟將奈米物質視為化學物質，並以化學品管理條例 (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals, REACH) 制度全面管制奈米物質及其相關產品，絕大多數的奈米物質已經受到歐盟的 REACH 規範。而美國環保署 (USEPA) 則透過毒性物質管理法 (toxic substance control act, TSCA), 執行奈米物質的「製造前通知」(Pre-manufacture Notice, PMN) 以及「顯著新使用規則」(Significant New Use Rule, SNUR) 管制奈米物質。USEPA 陸續發佈奈米物質顯著新使用規則，要求業者提出額外的測試數據，目前已有近 40 種奈米物質需要提出申請。
此外，國際標準化組織 (International Organization for Standardization, ISO) 也於 2005 年成立技術委員會 (ISO/TC 229), 負責奈米物質標準的制定，這個技術委員會包括 4 個工作小組，分別負責奈米物質的術語及命名、量測及特性分析、環境、健康與安全，以及規範。其中環境、健康與安全工作小組主要的工作重點，包括：控制奈米物質職場暴露的標準方法，決定奈米物質潛在毒性的標準方法，奈米物質毒性篩選的標準方法，判定奈米物質環境友善使用的標準方法，以及確保奈米產品安全的標準方法等。目前這個委員會已制訂超過 40 種標準。
2011 年設在美國奈米科技辦公室 (National Nanotechnology Initiative, NNI) 下的「奈米科學、工程與技術」委員會，更新及發佈「環境、健康、安全研究策略」, 提供各聯邦機構有關風險管理、法規制定、產品使用、研究規劃，以及與大眾溝通所需要的科學資訊等，以確保負責任的奈米技術發展。這份研究策略涵蓋奈米環境、健康、安全的 6 大核心需求，包括：奈米物質測量架構、人體暴露評估、人體健康、環境、風險評估與管理，以及資訊學與模擬。在這份研究策略中，所有章節中都包含倫理、法律及社會影響的討論，NNI 希望透過民眾對奈米科技的認知，對預期效益的瞭解，對預期風險和安全的研究，科學會議和論壇的舉辦，以及各種方式的民眾參與，可以確保奈米科技的發展符合倫理、法律及社會規範。
雖然目前台灣並未特別針對奈米物質進行管制，但環保署委託進行「環境奈米科技知識管理及整合計畫」, 參考先進國家有關奈米技術的環境、健康與安全策略規劃及研究主題，考量經費限制，以及過去研究成果與國內各單位的分工協調狀況，修正「環保署 2012 年負責任奈米技術的策略規畫」中英文文件，並且提出 2012 年的環境奈米計畫優先發展項目。而由經濟部工業局主導推動的「奈米標章驗證體系」, 邀國內相關學者專家組成工作小組，起草產品規範，除了一般的產品測試外，也開始進行動物的皮膚刺激性試驗，以及口服急性毒性試驗，確保產品對人體健康及環境安全無潛在的危害。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿 / 103 年 / 07 月)
責任編輯：林宜平 | 國立陽明大學科技與社會研究所 |
看見化學鍵 | 看見原子不稀奇，化學鍵 (chemical bond) 沒看過吧？IBM 在蘇黎世的研究團隊繼 2009 年首度公開了化學鍵影像，最近發表了像奧運環狀的分子影像，從影像中可以清晰看出連結相鄰原子間鍵結的存在。這項結果發表在 9 月出刊的《科學》(Science) 上。
這個研究分子影像的先鋒團隊 3 年前 (2009) 發表全世界第 1 個單一分子影像，團隊成員包含法國與西班牙的科學家。這次的新研究成果為研究奇妙物質『石墨烯』缺陷的可能性帶來曙光，同時讓科學家得以更清楚了解化學反應中電子的行為。
研究團隊靠 1 種特殊技術 - 原子力顯微鏡 (Atomic force microscopy, AFM) 來觀察分子影像。原子力顯微鏡是以 1 個極其微小的金屬探針在物品表面進行掃描，樣品表面會和金屬探頭產生微小的作用力，收集作用力大小變化的訊號藉以描述物品表面的狀況。IBM 團隊的新方法很簡單，在銅製金屬探針上黏 1 個更小的簡單分子作為掃描式顯微鏡的探頭，他們選用的分子是一氧化碳 (carbon monoxide, CO), 一氧化碳是由 1 個碳原子和 1 個氧原子組成的小分子。由 1 個一氧化碳分子構成的探頭，能準確的記錄原子表面，讓科學家「看」到世上 1 個單分子影像。如何精確的測量分子表面，一直都是科學家面臨最大的難題與挑戰，測量過程中必須避免來自外在環境的種種干擾，小小的震動都會影響影像畫面。也許你無法想像，室溫都會提供顯微鏡探針分子能量引起擾動，造成影像模糊，最後科學家不得不在攝氏 - 268 度的超低溫下進行實驗。
讓科學家在化學鍵影像研究得到突破的關鍵是分子的選擇。第 1 個單一分子影像是觀測稠五苯 (pentacene), 這次實驗中則改選用俗稱巴克球 (buckyball) 的富樂烯 (fullerene) 作為觀察的對象。文章第一作者 Dr. Leo Gross 說:『在先前第一個單一分子影像，稠五苯 (pentacene) 的影像中，我們雖然看到化學鍵，但是我們『看不出來』不同化學鍵的差異。現在我們做到了，我們可以看見不同鍵結的不同物理性質，真是太令人興奮了』。
了解化合物中不同化學鍵的強度對預測分子形狀、分子穩定度和分子反應性來說是很重要的。從分子影像圖，科學家得到更多化學鍵的資訊，例如化學鍵種類和反應中化學鍵的變化，因為化學鍵種類與強弱和形成化學鍵兩原子間的電子對數目有關。
接下來研究團隊將繼續利用這個技術檢驗石墨烯 (graphene), 石墨烯是一層只由碳原子組成的平面薄膜，其獨特的物理性質和超高導電、導熱性，被視為未來重要的奈米電子電路材料。當有其他種類原子混入的石墨烯，石墨烯特有的二維平面結構遭到破壞，產生皺折或彎曲，對此種缺陷目前所知有限，或許經由這個顯微影像技術可以得到更多可供研究的資訊。未來研究團隊也將嘗試使用不同的分子當作原子力顯微鏡的紀錄探針，希望有一天能更進一步看到分子的內部。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：鄭原忠 | 國立臺灣大學化學系 |
金星凌日 | 錯過這次就要再等一百年！6 月 6 號將會發生金星凌日，就是金星橫越太陽的奇景，也是今年最重要的天文現象之一。過去每逢金星凌日，都是天文學界的一大盛事，想知道其中緣由，請聽以下的科學三分鐘。
金星凌日，是金星從地球與太陽之間經過的現象，從地球觀測，可以看到有個小黑點橫越太陽表面，前後歷時約 6 個小時。依照地球與金星的公轉軌道來推算，雖然前一次金星凌日是在八年前，但假如今年再錯過，下次要看到就是 2117 年的時候，恐怕是今生難再相見了。
世界各地的古文明都有觀察金星的記錄，但直到 17 世紀克卜勒發展出行星運動定律，才能預測金星凌日發生的時間。天文學家很快發現到，金星凌日的時候，可以在地球上不同的地點，看到金星在不同的時刻開始凌日，藉此可以推算出金星與地球的距離。
早期天文學家更感興趣的一個數據，則是地球與太陽之間的平均距離，稱為一個天文單位。雖然我們抬頭都可以看見太陽，但人類其實一直都不知道太陽有多遠，包括中國人熟悉的《世說新語》在內，對這個問題都做過有趣的討論。然而，隨著天文學的發展，經由觀測金星的軌道，卻可以算出太陽與地球之間的距離，是金星與地球距離的多少倍。這麼一來，金星凌日就變得非常重要，因為當金星與地球的距離被推算出來以後，再乘以剛才我們算出來的倍數，就可以算出太陽跟地球的距離。當然，「太陽離我們有多遠」這個千古難題，也就可以得到解答了。
因此在 1761 與 1769 年，歐洲天文學家跨國合作，分別前往西伯利亞、好望角、大溪地等地，從地球上不同角落來觀測金星凌日，1874 與 1882 年更是由英國與美國政府主導，派出大量人員前往世界各地進行觀測。集合這些觀測數據，計算出太陽與地球的距離是 1 億 5 千萬公里，人類才知道太陽系和宇宙是何等遼闊！不過現在有雷達測距離的方法可以使用，金星凌日也就漸漸地變成只是業餘天文界的大事而已了。
觀測金星凌日和觀測日食一樣，要使用正確的減光設備以避免強烈的陽光傷害眼睛。但是畢竟從地球上看到的金星比月球小很多，所以金星凌日不像日食那麼明顯。如果沒有適當的設備，您可以前往各地的天文台，或者收看網路上的即時影像轉播，就不會錯過這場世紀奇觀了。
今天的科學關鍵字，就是
金星凌日 Transit of Venus
感興趣的聽眾朋友，可以透過這個關鍵字，進一步查詢或做延伸閱讀。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-06-03 16:55:00 播出 |
女性科學家:吳健雄 | 2012 年 5 月 31 號，是科學界值得紀念的日子。因為這一天，是二十世紀最偉大的華裔女性物理學家吳健雄女士 100 歲的誕辰。雖然吳女士已在 1997 年辭世，但是由楊振寧、李政道、丁肇中、李遠哲四位諾貝爾獎得主共同發起的吳健雄學術基金會，依然持續發揮影響力，推廣科學教育。為什麼吳健雄女士的成就，會受到如此廣泛的重視呢？請聽以下的科學三分鐘。
吳健雄女士有個稱號，叫做「中國的居禮夫人」。的確，她也是目前為止最接近諾貝爾獎的華人女性。雖然未能得獎，卻早已贏得包括以色列沃夫獎在內的殊榮，也成為美國物理學會史上第一位女性會長。說到吳健雄與諾貝爾獎的關係，可以從一個有趣的問題談起:
那就是您覺得，在這個世界上，是左手多，還是右手多呢？一般人的想法，一定是「一樣多」, 或是「幾乎一樣多」。諾貝爾物理學獎得主楊振寧，在他的得獎致詞中說:「左右對稱，是與人類文明一樣古老的觀念。自然界是否具有這樣一種對稱性，過去的哲學家們一直爭論不休...... 然而，物理定律過去卻一直顯示出左右之間的完全對稱性。」
這個左右對稱的觀念，卻因為楊振寧和李政道共同發表的論文，受到了挑戰。可是，理論必須靠實驗來印證，主導這個實驗的是誰呢？就是偉大的實驗物理學家吳健雄。她所作的著名實驗，則是鈷 - 60 原子核的 β(Beta) 衰變實驗。
您剛才聽到兩個專有名詞，其實都不難。所謂鈷 - 60, 您對它的印象可能是在醫院裡面，鈷 - 60 是一種放射性同位素，可以用在治療癌症。而 β(Beta) 衰變，跟我們在國中學到的，核能發電會放射出阿爾發射線、貝他射線有關，鈷 - 60 的 β(Beta) 衰變，就會放出貝他射線，也就是放射出高能的電子。
吳健雄的實驗，簡單來說，就是在溫度非常低的環境下，準備兩套裝置，其中一套，讓鈷 - 60 的原子核，它的自旋方向是轉向左旋，另一套是轉向右旋；這就像是照鏡子，其中一套裝置在鏡子裡的倒影，就等於是另外一套。結果發現一套裝置會放射電子，另一套完全不會，兩者是不對稱的。這個實驗非常轟動，當時登上紐約時報的頭版；也證明了楊振寧和李政道的理論，兩人隨後獲得 1957 年的諾貝爾獎。
吳健雄曾經說過:「中國學生多沒有動手的機會與習慣，不像美國學生，在一般家庭中，往往都有個簡單的修理間，你可以動手去做，在實驗室中動起手來，心理就不會害怕。」所以，吳健雄鼓勵年輕學生勇於動手做，她自己就是最好的例子，藉著實驗，成為眾多諾貝爾獎得主推崇的傳奇。
您可以搜尋關鍵字：吳健雄學術基金會，進一步了解這位傑出科學家的生平與成就。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-06-10 16:55:00 播出 |
手機電磁波能「延年益壽」? | 美國國家衛生院一個研究團隊 5 月 27 日公布了一份實驗報告，許多媒體以驚悚的標題報導了其中的一個發現 — 手機電磁波致癌！原來實驗的目的是想確定手機電磁波的致癌風險。十多年來，手機已經成為生活、工作不可或缺的工具，於是通訊無線電波的生物效應成為公共健康議題。2011 年 5 月底，世界衛生組織 (WHO) 根據動物實驗結果，把手機電磁波的人體健康風險列為「可能致癌」等級。可是這個結論的意義並不明白，因為 WHO 也把咖啡列入同一等級 (請參閱下一則)。此外，較大規模的流行病學調查並不支持這個結論。
這一次美國研究人員使用的實驗動物是大鼠，牠們還沒出娘胎就暴露在手機電磁波中，每天 9 個小時，一直持續到兩歲。結果，實驗組的雄性，腦子發生神經膠質瘤、心臟發生神經鞘瘤的個體多了一些。但是實驗的結果不只這一個，其他結果反而能令人質疑這個結果的意義。因此媒體的驚悚標題成了以偏概全的惡例。
其實，即使以「手機電磁波致癌」報導這個實驗的部分結果，都犯了歪曲事實的大錯。因為實驗組只有雄鼠的罹癌風險提升了；雌鼠生活在同一環境中，並沒有經驗同樣的風險。更讓人難以理解的是，整體而言，實驗組的平均壽命比控制組長。難不成手機電磁波能夠「延年益壽」?
進一步分析實驗數據後，研究人員還承認，控制組大鼠的罹癌率太低了。僅以雄性大鼠的罹癌風險而言，實驗組與控制組之間的統計差異來自控制組的低罹癌率。事實上，實驗組的罹癌率與自然罹癌率無異。有些科學評論者因而認為，這一實驗結果揭露的並不是手機電磁波的致癌風險，而是實驗設計有問題。
關於使用手機的致癌風險，我國衛生福利部首任資訊處處長許明暉領銜的研究團隊，利用國家通訊傳播委員會與衛福部的官方資料，發現自公元兩千年起的十年內，儘管國內手機使用人口大幅提升，腦癌病例與致死率並沒有顯著變化。這一調查報告發表於歐洲癌症預防組織 (ECP) 的機關報《歐洲癌症預防學報》2013 年 4 月號。
參考資料
Carroll, A. E. (2016) Why It’s Not Time to Panic About Cellphones and Cancer. The New Health Care (a newsletter from The New York Times), 31 May 2016. |
泡一杯好茶 | 很多人喜歡沖一壺熱茶來喝，但是，並不是愈滾燙的水就愈好。到底要幾度 C 的水，才是適當的呢？專家研究發現，沖泡茶葉的溫度和時間很重要，冷泡和熱泡都各有優點，有時冷泡甚至比熱水沖泡的效果更好。現在就讓我們跟著科學大解碼，用科學方法來泡一杯好茶。喝茶好處多 健康美容都兼顧 紅茶、普洱、包種、凍頂，中國人喜歡閒暇時沖茶來喝，更習慣用熱水來泡一壺熱茶。有人說多喝茶可以抗衰老，更可以降低膽固醇，好處多多。茶湯裡主要含有「兒茶素」, 是形成茶湯中色、香、味的主要物質，也稱「茶多酚」, 它主要的成分有蛋白質、胺基酸等營養素。茶中也含有相當量的「咖啡因」。 中山醫大健管系楊登傑副教授說:「兒茶素對我們的一個保健功效，在很多的文獻裡面，已經證實它具有防癌抗老化，然後在降血脂方面，降血醣方面，那在防止蛀牙及除口臭方面，都有它不錯的保健效果。」泡一杯好茶 溫度、時間是關鍵 泡茶的時候，我們通常用熱水來沖泡，但是，並不是愈滾燙的水就愈好。專家研究發現，沖泡茶葉的溫度和時間很重要，有時冷泡甚至比熱水沖泡的效果更好。數據顯示，低溫沖泡方式可以保留茶葉中的兒茶素、茶多酚，並減緩咖啡因的釋出。雖然以 70 度 C 以上的熱水來沖泡茶葉，同樣可以喝到兒茶素，但咖啡因的攝取相對就會比較高，是低溫沖泡的 1.96 倍。冷泡茶簡易方便 兒茶素不減 所謂冷泡茶基本上是藉由冷開水或者較低的溫度，以長時間浸泡出來的茶湯。以冷泡茶來說，隨著浸泡時間的增加，兒茶素的融出也會跟著增加，也因為溫度的關係，咖啡因融出率較低。 中山醫大健管系賴坤明助教說:「我們在喝茶的時候，熱泡茶它的香氣比較濃郁，而且喉醞也比較強烈，冷泡茶的話，基本上它比較清爽，然後也比較甘甜，所以其實各有它的優點。」熱泡濃郁強烈 冷泡更別具風味 喝茶的文化，流傳中國已經有好幾千年的歷史，低溫沖泡可增加茶的口感，留住茶的甘甜，減緩對胃的刺激，不妨下次你也可試試，低溫沖泡方式也可以有不同的喝茶風味。2008 年東森電視台《科學大解碼》第二期 |
飛秒化學的開拓者–齊威爾 | 小檔案
齊威爾 (Ahmed H. Zewail) 是 1999 年諾貝爾化學獎的得主，1946 年 2 月 26 日生於埃及的大緬霍鎮 (Damanhur, 大約距離開羅市 150 公里的小鎮), 是埃裔美籍，美國加州理工學院的化學教授。齊威爾的貢獻是:「利用雷射飛秒光譜學 (femtosecond spectroscopy) 偵測化學反應過程中的分子與原子的動態行為。」飛秒又稱毫微微秒或一千兆分之一秒 (10–15 秒)。他的研究掀起了化學和相關科學的革命，使人們能了解並預測化學反應的來龍去脈，以及化學鍵的形成與分離。
靈機一動
我們先來看看齊威爾的初期教育過程。他在埃及亞歷山大大學 (Alexandria University) 完成大學教育，念完碩士後，1969 年到美國賓夕法尼亞大學 (University of Pennsylvania, 簡稱賓大) 攻讀博士學位，他的指導教授是何克斯策爾 (Robin M. Hochstrasser, 美國科學院院士)。在他當博士生的 4 年內，就發表了 12 篇相當有分量的論文。拿到博士學位後，他到加州大學柏克萊分校跟霍利斯 (Chuck Harris) 做了 2 年的博士後研究，1976 年應聘到加州理工學院當助理教授。
他去應徵加州理工學院教職時，必須先給一場學術演講。在演講中，他一時緊張，忘了怎麼拼一位加州理工學院大名鼎鼎的物理大師費曼 Feynman (1965 年諾貝爾物理獎得主) 的名字，窘態盡出，弄得哄堂大笑，但他還是得到這教職。
齊威爾的夢想是要了解化學反應過程的動態行為，他估計化學鍵分離和形成的時間相當短暫，大概是在飛秒單位，如此極度快速的動態行為要如何偵測呢？他突然想起有人曾經用極快的照相機及閃光燈，攝取到賽馬的跑姿和子彈穿過蘋果的鏡頭。於是他開始設計雷射系統，利用內聚、飛秒的同調雷射脈衝去激發化學反應，也設計極快的偵檢器去探測化學過渡反應態。經過幾年的不斷嘗試和改進，終於在 1987 年的夏天看到飛秒間發生的化學變化，奠定了「飛秒化學」的基礎，使化學家可以進一步了解在分子的結構上，化學反應是如何開始，以及反應發生的經過。
天時地利人和
齊威爾在科學上有特殊的成就，得過無數的研究成就獎項，但他不自大，為人處事相當成功，待人也親切和藹，是個謙遜、念舊的人。他得諾貝爾獎時，一位記者問他有何感想，他仍然謙遜地說:「我只是運氣好，天時、地利、人和 (right time, right place, right people) 才得獎的。我會繼續更加努力去做研究。」最近在他的自傳《穿梭過時間》中有很坦誠的述說。
齊威爾在埃及是家喻戶曉的偉大科學家，早在得諾貝爾獎的前 3 年，埃及總統木巴拉克 (Mubarak) 就曾經頒給齊威爾國家最高科學成就獎，並且發行郵票表揚他的成就。他是第 1 位得諾貝爾科學獎的埃及人，使他頓時成了埃及的國家英雄。這跟 20 年前李遠哲院長得諾貝爾獎時，臺灣人也感到無上的光榮一樣。
筆者有幸在 1969 年，齊威爾從埃及到美國留學時就認識他。齊威爾的博士論文指導教授何克斯策爾也是我的指導教授，我們曾在同一個實驗室做過研究，但相處的時間並不長，因為他到賓大時，我已經拿到博士學位，正準備去哈佛大學做博士後研究。記得齊威爾曾問筆者是否有必要念好英語，筆者的建議是:「花時間把每日必須用的語言念好，是大有必要的。」
因為哈佛大學的教授催著我去，所以我離開賓大時，有一個實驗未能完成 (這是我在寫完論文後才開始的新實驗), 我的指導教授就要求齊威爾繼續做。我到哈佛後，齊威爾曾經數次打電話和我連絡，詢問與討論許多實驗的細節。在這幾次的電話會談中，我很佩服他的求真精神，以及他對實驗數據的處理、討論。半年後，他完成了那項實驗。指導教授、齊威爾和我 3 人合寫了一篇相當有分量的論文，發表在《化學物理學刊》。接著他做了幾個相關的實驗，那也就變成了他日後博士論文的主題。
1976 年他到加州理工學院當助理教授，就開始進入極快速雷射的領域，探討化學反應的機制及生物系統的運作程序，也就開創了飛秒化學的新領域，解開許多以前無法了解的化學反應的迷惑，他的研究工作可以說一帆風順。2 年後就升為副教授，1982 年就跳到正教授。自 1990 年起，被聘為鮑林講座教授 (鮑林曾得過 2 次諾貝爾獎)。
掌聲回響
下面是我知道的幾個小故事。
1982 年，我們一群學生在指導教授何克斯策爾的 50 歲生日時開了一個學術研討會，有一百多人參加，由每個學生報告他們的研究成果以資慶祝。輪到齊威爾上台時，他從紙袋裡拿出 2 副小孩玩的「布袋戲人物」, 當眾表演了兩分多鐘的「敬師」表白，詼諧有趣，把一個嚴肅的場面弄得輕鬆愉快。10 年後，在何克斯策爾的 60 歲生日時，齊威爾正在國外講學，但他也趕回來參加，可以看出他尊師重道的精神。
數年前，我執教的大學正在徵招新人。有一天接到齊威爾的電話，大力推薦他的一位博士後研究人員，可見他對學生和後輩相當照顧。
十多年前，齊威爾還曾專程到台灣參加李遠哲 60 歲生日時舉辦的學術研討會，可見他相當重友情。其實，早在 1982 年我去參加指導教授的 50 歲生日活動時，齊威爾就曾經跟我提起他對李遠哲的敬慕 (那時候，李院長還沒獲得諾貝爾獎)。
如果仔細看李院長和齊威爾的背景，會發現他倆有 3 個共同點：都是在家鄉念到碩士學位後才遠行到美國留學；齊威爾做博士後研究的學校是加州大學柏克萊分校的化學系，也是李遠哲攻讀博士學位的學校，齊威爾於 1974 年到柏克萊時，李院長也剛從芝加哥大學轉到柏克萊任教；研究領域都是化學動力學，都是獨創出新的技術和研究系統，而先後榮獲諾貝爾化學獎。
美國的研究環境好，能培養出許多傑出的科學家，30 年來的諾貝爾科學獎得主，十有八九都是美籍科學家。而美國又是一個大熔爐，很容易接受外國人。
1999 年埃裔美藉的齊威爾得化學獎，德裔美籍的布洛貝爾得生理 / 醫學獎，1998 年華裔美籍的崔琦得物理獎，1989 年李遠哲得化學獎，都是在美國發揮的。這些有成就的偉大科學家，對自己的家鄉都有濃厚的感情，都有回饋故鄉的心願。例如李遠哲院長放棄在美國優厚的待遇和良好的研究環境，回臺灣服務；齊威爾也經常回埃及協助祖國的科學研究和科技發展工作，埃及總統特別頒獎並發行郵票以資鼓勵和報答。這些人回饋故鄉的心情實在令人感動。
另外一個諾貝爾科學獎得主們的共同點是敬業樂群，正如李遠哲說的:「在實驗室能找到最大的樂趣。」他們可以在實驗室待上一輩子都不會厭倦。1999 年生理 / 醫學獎的得主布洛貝爾也說:「實驗室就是我的家，研究是我的生命，我不會因為得到諾貝爾獎而放下研究。」我曾經接觸過十幾位諾貝爾獎得主，他們不僅在專業上有卓越的成就和貢獻，在為人處事上也令人欽佩，態度和藹可親，風趣又有風度，令人油然起敬。
深度閱讀
Ahmed H. Zewail (Cairo 2002) Voyage through Time: Walks of Life to the Nobel Prize, The American University in Cairo Press.
http://en.wikipedia.org
http://www.its.caltech.edu/~femto/
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1999/index.html |
珍珠與鑽石 | 小百科
珍珠又名真珠 (日文) 或蚌珠，它的主要化學成分是碳酸鈣 (CaCO3), 是一種得自蛤蚌、牡蠣類等軟體動物貝殼的晶體。當蛤蚌的外套和甲殼受傷時，這蛤蚌會分泌碳酸鈣去彌合傷口，由於存在著質核 (nucleation nuclei), 碳酸鈣會長成晶體，而這一層層的碳酸鈣晶體薄膜就形成了漂亮的珍珠。
珍珠的光澤是光在這些透明的真珠質層間不斷反射和暈彩 (iridescence) 所造成的，真珠質層越薄越有光澤，珍珠也越漂亮，其中又以黑珍珠最名貴。一般珍珠要數年才能成形，但若孕育的珍珠太大，蛤蚌很可能中途死去。
鑽石是碳的同素異形體，本質與做為燃料的木炭相同，不同的是鑽石的化學鍵與晶體結構比它的同素異形體兄弟穩定多了，因此它的硬度比什麼都高。而且當光線進入多角形的晶體時，還會因曲折反射而放出閃爍奪目的光彩。
碳的同素異形體除了鑽石之外，還有石墨 (graphite)、碳六十 (buckyball)、奈米碳管 (carbon nanotube) 等。值得一提的是，在高壓和高溫的條件下，石墨會轉變成鑽石。2010 年的諾貝爾物理獎就是頒給 2 位研究石墨烯 (graphene) 的科學家，而石墨烯是由單層石墨原子所構成的。
靈機一動
日本的御木本幸吉 (Kokichi Mikimoto, 1858-1954) 因家庭貧窮，沒有念完小學就在市場當菜販。一天清晨在觀看漁夫挖貝殼取牡蠣時，發現有一蛤蚌竟然包藏著一顆閃光的珍珠。自此他一有空就跑去魚市場，研究藏有珍珠的蛤蚌有什麼特徵。他發現有珍珠的蛤蚌實在少的可憐，原來珍珠的昂貴是有其原因的。他靈機一動想到或許可以用人工養殖生產珍珠，因此就向親戚借錢投入珍珠的養殖生產。
御木本嘗試了各種方法，終於在 1905 年找到祕密，並申請專利。但用這方法所養殖得到的珍珠是半圓形的，與圓形的天然珍珠不同。
當時另有 2 位日本人也從事珍珠的養殖生產，一位是農林廳的生物雇員西川籐吉 (Tokichi Nishikawa), 另一位是見瀨辰平 (Tatsuhei Mise)。他倆人都曾經專程去澳洲學習養殖珍珠的技術，各學有所成，也各自申請了專利。但後來發現二人的養殖原理與方法類似，經過協商後，就把養殖方法稱為「見瀨 — 西川方法」(Mise-Nishikawa method)。這方法是用特製的長針刺傷蛤蚌的上皮細胞，並放進質核以形成珍珠小袋 (sac)。
雖然御木本前後共申請到 3 個養殖生產珍珠的專利，但因為「見瀨 — 西川方法」比較科學且成本較低，並且能養殖出圓形的珍珠，御木本就放棄自己的方法，轉而出資購買「見瀨 — 西川方法」的專利。御木本並把女兒嫁給西川，自此各家珍珠養殖生產都採用「見瀨 — 西川方法」。
澳大利亞是南海珍珠的主要產地。近年來在南太平洋和印度洋，人們用比較大的珍珠蛤來生產珍珠，使得南海產的珍珠較大，並發出銀色的光澤，但大於 14 毫米的珍珠並不多見。
1990 年代，日本人另發明了使用淡水蛤生產珍珠的技術，淡水珍珠會發出特殊的彩虹般顏色。近年中國就盛行淡水養殖珍珠，目前的珍珠大都來自浙江地區。溫州地帶則盛產人工仿製珍珠，產量甚多。
化石墨為鑽石
天然鑽石埋藏在地表下層約 140~190 公里處 (大約從臺北到臺中的距離), 在這麼深的地層由於有高壓力及高溫度，才能把碳轉化成鑽石。一般在火山爆發後的地方也可能找到鑽石。
在二百多年前科學家就已測定出碳的相圖，並預測在攝氏 2 千度和 10 GPa (GPa 是 giga pascal =109 Pa, 而 1 bar (巴)=105 Pa, 因此 10 GPa= 100,000 bar, 約 10 萬大氣壓) 的條件下能把石墨轉化成鑽石。
早在 100 年前就有人宣稱可以用人工方法製造鑽石，但經分析後發現這些「人造鑽石」並不是鑽石，製程也無法再現。1941 年，美國通用電氣公司 (GE) 著手進行這項研究，後來因二次世界大戰而中止，直到 1951 年才重起爐灶。在這 10 年時間，哈佛大學的物理學家布里基曼 (Percy W. Bridgman) 研發出一套高壓物理實驗設備，更因這項成果榮獲 1946 年諾貝爾物理獎。
GE 的團隊就利用這套高壓設備進行人造鑽石研製，經過許多嘗試，終於在 1955 年由何爾 (Tracy Hall) 正式宣布在 10 GPa 和攝氏 2 千度並有觸媒輔助的條件下，能把石墨轉化成鑽石。雖然成品只有 0.15 毫米大，但因方法具再現性，可重複製成鑽石，所以何爾做為把石墨轉化成鑽石的第一人應當之無愧。
這些小鑽石因為硬度高，第一個用途就是做為砂紙、研磨用具。1970 年，GE 又發表製造出 5 毫米大的鑽石 (相當於 1 克拉，0.2 公克)。後來南非的 De Beers 公司更勝一籌，製造出 25 克拉 (5 公克) 的鑽石。
之後化學家陸續找到數種製造鑽石的方法，如 (1) 化學氣相沉積 (chemical vapor deposition, CVD) 法，在低壓情況下把 1% 甲烷 + 99% 氫氣通入反應器，以高頻雷射或高溫使氣體電漿化，先把氣體變成高活性的自由基而在基板或晶種表面沉積一層鑽石膜，時間長了可以慢慢長出塊狀鑽石晶體，約幾個毫米大小；(2) 爆炸方法，無需觸媒就可以把石墨直接變成奈米鑽石，但只能製造鑽石微粒；(3) 用高音波振盪方法把石墨溶液轉變成鑽石。這些方法都只能製造出工業級的鑽石。
在鑽石製程中，顏色的控制是一個大學問。如史上第一顆人造寶石，就因為含有氮原子的雜質而略帶淺黃色。由於空氣中氮氣含量高達 79%, 顯然製造時品質的控制仍然有許多進步空間。用人工方法製成的鑽石成本很高，尤其是裝飾用的大鑽石，價格並不比天然鑽石便宜。
掌聲回響
御木本 (Mikimoto) 有眼光獨占了珍珠的養殖領域，又有生意頭腦，他曾當眾焚燒一大批不合格的珍珠，以彰顯他的珍珠品質優良，因此讓他打造出 Mikimoto 品牌的珍珠王國。自從在東京銀座設立了第一家 Mikimoto 珍珠店後，在日本 Mikimoto 珍珠幾乎無人不曉。爾後甚至世界各大都市都有 Mikimoto 的分店。
人造鑽石的品質並不亞於天然鑽石，以各種物理與化學的檢驗幾乎難以區別。第一顆人造鑽石的出世，當歸功於布里基曼教授的高壓物理的實驗結果與設備。科技的進展常常得依賴科學家的研究成果，雖然當初的研究者並沒有注意到應用層面的問題，但後來的創意者總可以發揮得淋漓盡致，類似鑽石進展的情形在科學史上是不勝枚舉的。
深度閱讀
Coller, J. (2009) Splendidly Unreasonable Inventors: The Lives, Loves, and Deaths of 30 Pioneers Who Changed the World, pp. 24-27. Overlook, New York, NY.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1946/index.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Diamonds
http://en.wikipedia.org/wiki/pearl |
來聽水凝膠唱歌 | 科學家致力發展具生物相容性的可植入式電子感測器，期望可應用在醫學，用於加強患者腦部、心臟或是皮膚的功能，但多年來仍有許多問題需要解決。哈佛大學機械與材料學科的鎖志剛 (Zhigang Suo) 教授表示:「目前所有已開發的軟性導電體都是依賴銅或石墨烯做為原料，雖然使材料具有導電特性，但這也大幅降低裝置的生物相容性，植入後會產生許多問題。」
鎖教授和哈佛大學化學教授喬治・懷特塞茲 (George M. Whitesides) 一起帶領的研究團隊，在 2013 年 8 月在 (Scinece) 雜誌發表了一個採用生物惰性凝膠為基質的離子導體元件，並且可順利導電使得膠體產升行變，這種導電力預期可用在誘發人類心臟跳動或是神經電傳導上。而膠體完全透光的特性甚至可應用光學元件上，是相當具突破性的發明。
從前科學家認為離子導體不適用於電子元件，因為體積較大的離子不能像微小的電子般，因電壓的變化做及時快速的移動與反應。鎖教授和懷特塞茲教授團隊製作的三明治狀離子導體，上下兩層薄聚丙烯醯胺水凝膠夾有大約 1 毫米厚度的電介質彈性絕緣體，這上下兩層水凝膠富含鹽類。當研究團隊將膠體邊緣施以電壓時，由於水凝膠裡的氯離子和鈉離子快速移動產生靜電力，導致中間的彈性體形變。科學家製作了一個心形的離子導體片，隨者 1 Hz 頻率控制電壓開關，心形離子導電片出現況張和收縮現象，如同人的心跳。
雖然哈佛團隊研發以水凝膠為基質的離子導體的導電力無法與金屬相媲美，但是水凝膠具有相當低的片電阻值特性外，可以乘載高電壓，完美的表現出從低到高不同頻率的震動，並且產生多種聲音。鎖教授團隊裡的一位音響愛好者克里斯多夫。克普林格 (Christoph Keplinger) 聯想到，可以利用離子導電體來自製透明喇叭！這個裝置可以自由發出人耳 20 到 20000 赫茲可聽範圍的音頻，如果將裝置接到筆記型電腦，經過放大器播放歌曲，就如同一般市售的喇叭一樣。
鎖教授表示:「為了水凝膠的透明魅力，還有它的可塑和生物相容性，你或許會願意犧牲掉一些導電力。」他相信當越來越多工程師見到以水凝膠為基質的離子導體的簡潔與美，將迸出更多新主意來應用它、開發它，甚至可以取代一些舊的電子產品。伊利諾大學厄巴納香檳分校的材料專家約翰・羅傑士 (John A. Rogers), 則大力讚揚這個透明的新技術不僅可以用在人造肌肉、視力重建等方面，還可以應用在貼窗式降噪設備，做為隔音的新材料。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿 / 2013 年 11 月)
責任編輯：陳藹然 | 國立臺灣大學科學教育發展中心 |
科技界金馬獎頒獎 奈米技術佔要角 | 每年年底是亞洲電影重要獎項金馬獎頒獎的月份，不惶多讓，美國有線電視新聞網 (CNN) 也於 2013 年 11 月公布科技界的金馬獎:「2013 年度 10 項改變生活的科技 (The CNN 10: Inventions)」。綜觀這些讓人們生活更方便的 10 項科技及相關領域新發明，不難發現，奈米技術已成為重要的領頭羊，讓人們生活帶來莫大改變。
CNN 選出之 10 項科技及新發明，包括可深入災區的仿人機器人，為視力受損者恢復視覺的生化視網膜，利用地心引力可提供照明的 LED 重力燈，集 GPS、視訊相機、網路瀏覽器於一身的 Google 眼鏡，利用石墨烯材料製成的感測器，監測口腔內細菌的牙齒刺青等等。這些發明在在證明奈米科技已深入至我們現已使用或未來幾年就可上市的產品中。
從 CNN 票選的 10 項改變生活的科技裡，令人驚訝的發現每一個得獎項目或多或少都有奈米技術隱含其中。例如：Google 眼鏡內的奈米電子製程技術，LED 內的奈米光子晶體，機器人鋰電池系統所採用的奈米化學技術，以及應用於生醫檢測的石墨烯與奈米碳管，奈米技術無所不在。
10 項發明中，最特別的乃是由美國普林斯頓大學 (Princeton University) Michael McAlpine 教授所開發之牙齒刺青感應器 (Tooth ‘tattoo’ sensor)。這是讓石墨烯應用於生醫感測領域上，用石墨烯材料製成的感測器來監控牙齒細菌，讓病人一呼一吸間蒐集口腔內的「細菌情報」, 並透過無線網路裝置回傳給醫療人員。
說是牙齒刺青一點都沒錯，McAlpine 教授利用單層碳原子構成的石墨烯薄膜，具有極高的柔軟性，適用在各種不同彎曲或弧形的表面上，而將石墨烯感測器鑲嵌到牙齒平面上。由於奈米結構具有高體表面積比，同時石墨烯為片狀結構排列，讓表面擁有更多接觸面，可於單位面積內固定許多生物分子，有效提高生物感測器敏感度、反應時間與選擇性；同時石墨烯也擁有活性官能基，如 C=C、quinonic、ketonic、carbonyl, 易與蛋白質生物分子共價結合，或是溶解生物目標物形成界面，讓生物微量檢測得以實現。
目前石墨烯量產仍有困難，生產成本也居高不下，且市面上產品仍相當稀少。但許多產業界龍頭已瞄準其多元化的市場發展，積極開發新興產品，大量布局應用專利，準備未來進軍商業化市場。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿 / 102 年 / 11 月)
責任編輯：楊谷洋 | 國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊 |
神奇的石墨烯海綿 | 石墨是由碳原子排列成六角形蜂巢狀的平面薄膜層層堆疊而成，層與層之間藉由凡得瓦力吸引。科學家早就好奇：是否可以打破層與層之間的凡得瓦力，得到單層的蜂巢狀結構呢？由於低維度結晶體熱擾動的考量，科學家原本認定這種單層的石墨結構只存在於理想中，無法實際存在於真實世界。但 2004 年，杰姆 (Andre Konstantin Geim) 與諾沃謝洛夫 (Konstantin Novoselov) 利用膠帶黏著剝離的方法，逐次薄化石墨片而得到單層的結構，也就是理想單層碳原子排成六角蜂巢狀的「石墨烯」, 厚度僅 0.34 奈米。
單層的石墨烯是全世界最薄也是最堅硬的奈米材料，透光性達 97.7%, 導熱係數比奈米碳管和金剛石都好，常溫下有很高的電子遷移率，而電阻率比銅與銀都低。由於優越的電性，石墨烯有可能取代目前的矽材料，成為製作新世代場效電晶體的主要材料。最早製備出石墨烯的兩位學者也因此得到 2010 年諾貝爾物理獎，並為學術界及工業界帶來一股新興的研究風潮。
目前科學家提出多種製備石墨烯的方法，而石墨烯也不限於單層的六角蜂巢狀平面薄膜。基本上只要能讓層數減到 10 層以內，表現出石墨烯獨特的性質，就依照層數多寡，分別稱為單層石墨烯、雙層石墨烯與多層石墨烯。
清華大學材料科學工程系戴念華教授原本就從事奈米碳管的研究，而把單層的奈米碳管剖開就可得到單層的石墨烯，因此當石墨烯的研究興起時，他也轉而探討這種新興材料的特性，以及在工業界的可能應用。戴教授從文獻上注意到奈米碳管有疏水親油的特徵，這在石墨烯上也存在嗎？經過測試，發現當材料表面塗上石墨烯後，果然有疏水親油的特徵。戴教授認為這是由於石墨烯的表面上有許多特殊的微米與奈米尺度結構的凸出物，讓水滴在塗布面上有比較小的接觸面積。石墨烯疏水的特性讓水在其表面上不容易散布開來而凝成球狀，這就是一般熟知的蓮葉效應。
為了印證石墨烯疏水親油的特性，戴教授把市售的一般海綿浸入含有石墨烯的溶液中，把海綿烘乾後，原本的骨架上會附著許多石墨烯，因而把吸油也吸水的海綿，轉變為吸油不吸水的特殊海綿。當這種特殊海綿靠近水面上的油漬時，瞬間就把油漬吸走。除了吸油不吸水的特性外，這種海綿也可吸收在水中呈兩相分離的有機溶劑。
經過這樣特殊處理的海綿具疏水性，不會吸水，吸入的液體以油類或有機溶劑為主，吸入的油類或有機溶劑可以很容易回收使用或分離。
這種特殊海綿可以吸收自身重量幾十倍到上百倍的油或有機溶劑，戴教授覺得可以用來清除海面上的浮油，對環境保護有實質的幫助。而這種吸油海綿可以重複使用嗎？在把海綿擰乾擠出油時，塗布的石墨烯也會脫離海綿骨架，造成海綿疏水親油特性的劣化。因此，戴教授在石墨烯表面塗布一層聚二甲基矽氧烷矽膠，把塗布的石墨烯固定在海綿骨架上，海綿擰乾時石墨烯不會隨油流出，就可重複使用了。 |
絕不輕言放棄的邱博文 | 「一流的工作都是建立在不斷的失敗之上，只有勇者才能無懼的踩過這些失敗，步步往上爬。」- 邱博文
被譽為「神奇材料」的石墨烯是個單原子層厚的二維材料，獨有的物理特性無論是在半導體、3C, 甚至是生醫產業上都有創新性的應用價值。清華大學電子所所長邱博文教授所帶領的石墨烯國際研究團隊，成果已獲得多項國際頂尖期刊的刊登與國內外大型企業的研究資助。在各國紛紛挹注龐大資金，展開石墨烯相關的研究與技術佈局的同時，邱博文教授究竟經歷過哪些磨練？使他能在一片紅海中，突破重圍走出自己的路，讓我們來一探究竟！立志以學問翻轉貧困生活
大多數人小時候對未來的職業總有許多美好的期待，但邱博文卻很平凡，只希望能當一位不必拿榔頭的「讀書人」。邱教授表示：自己這麼卑微的期望跟小時候的背景有很大的關係。「小時候家境並不好，因為我有一位只能在賭場才找得到的祖父，他不但賭掉了父親的學業和前途，也拖累了我們這些第三代。父親因為背負了這些賭債與家庭的經濟重擔，還曾遠渡重洋到沙烏地阿拉伯，當了兩年的外勞。」
「母親只有小學畢業，在家裡作代工。小時候，父親一大早就帶著比我個子還高的大榔頭和電鑽去上工，下了班回到家時，經常是滿頭灰白，眉毛、衣服都沾滿了厚厚的粉塵。」邱教授說。這些影像在他腦中一直揮抹不去，也讓他在建構人生價值觀的過程中學會了感恩。
另一方面，由於襁褓時期的一場意外，使他左眼失明，且因眼壓的改變造成眼球畸形，這個缺陷使他在求學過程中一直被同儕嘲弄。這兩大魔難讓邱博文深刻體會到唯有藉由讀書，才有機會翻轉生活中所面臨的這些困境。
「人生不如意的事十之八九，而一般人往往徒然去追求那已是不可得的八九事，但我期許自己是個無懼的勇者，我要用剩下的一隻眼睛，看這個充滿浩瀚智慧的美麗人生，做別人所做不到的事。」他堅定的說道。受損的左眼雖然已經換成義眼，但是在他的眼中看不見一絲空洞，反而是充滿自信的光芒。
因為家境關係，故他的求學路只能靠自己摸索。「我印象最深的是國一剛接觸英文時，光是背 father、mother、sister 、brother 這四個單字，反覆抄寫背誦，唸到喉嚨都沙啞了，也花了一整天的功夫，但隔天卻全忘光了，就這樣重複背誦了一個星期才記住。」邱教授笑著說。不服輸的性格讓他每天清晨五點就坐在書桌前背單字，日復一日，直到從台中一中畢業為止。問他這段過往是否覺得辛苦？他的回答是:「人是一種習慣的動物，當你習慣以後就不會覺得辛苦了。」
留學造就了穩扎穩打的研究方式
就讀清華大學材料系時，邱博文到德國進行了為期一年的交換學生，廣闊的世界開啟了他的視野，使他萌生到德國攻讀博士的想法。回國完成大學與碩士學位後，同時也考取了德國的公費留學獎學金 DAAD, 進入慕尼黑工業大學攻讀物理學博士，同時也在德國著名的固態物理研究單位 - 馬克斯普朗克固態物理研究所進行研究。
「從材料跳到物理是很大的改變，一則因為德國大學多半沒有設立材料系；二則能多一個跨領域的第二專長，對以後研究的深度和廣度都會有助益。但這樣的改變還是需要不小的勇氣和決心。」邱教授說。「在國際級研究學者頻繁來訪、學術氛圍自由濃厚的普朗克研究所做研究，是我這輩子最快樂的時光，也是我的學術養成教育最重要的階段。」邱教授微笑著說。
「德國以及我第二個博士後研究待的日本都是天然資源有限的國家，也皆為二戰的戰敗國，然而這兩國為什麼能在百廢待興下，以極短的時間再度成為歐亞的經濟強權？其背後的原因深深地吸引著我，也希望未來能將所見所學運用在同樣是資源有限的台灣。」邱教授說。
談起德日學術環境與國內的差異，邱博文表示國內比較偏單打獨鬥，團隊合作的動機有限；但德國和日本卻長於打組織戰，分工非常細膩，後勤技職團隊支援充足。邱博文表示，這兩個國家的研究團隊組織精細，決定研究的大方向後，就會地毯式地將一個大的題目分成許多小子題並適當的規劃進度，耗時且漫長，「十年磨一劍」是德日兩國學術環境的最佳寫照。
邱教授說:「德國人做事很慢，不過慢中有序，會以長遠的影響來做規劃，事事苛求完美；而日本人則是服從性高，不會因循苟且，做事嚴格遵守規定。」邱教授深受兩國經驗的影響，故研究非常注重團隊合作。
他說:「在台灣的環境裡研究要做得好靠的不是速度，因為相同的想法，世界上一定有人比你做的更快更完整，而是要在技術上做到突破，做到頂尖。」但這樣還是不夠，一項令人驚豔的實驗研究，需具備良好的樣品成長與製備技術、頂尖的設備或是設計和架構特有設備的能力、充足的後勤支援和優秀的理論科學家，把這些好的元素集合起來，才可能有所突破。
用「意志力」戰勝學術困境
「人的生命裡有一股力量，看似無形卻真實存在，那就是『意志力』。」從學生到成為學者，無論做任何事情，邱博文都展現出超乎常人的意志力。他相信凡事盡力後，即使結果不如預期，至少不會留下遺憾。
儘管求學階段經歷了許多挑戰，邱教授都樂觀勇敢面對，反倒是回國之後，台灣的學術環境時常讓他感到無力和無奈。「對外，老師要當學校爭取學術卓越的前鋒，對內，還要負起培育學生的教育重責。平日除了要備課教學之外，還有開不完的會、寫不完的報告和計劃書、管不完的大小事，台灣的教授鮮少有時間靜下來思考問題。」邱教授說。
一篇學術論文要發表到知名期刊並不容易，邱教授表示在普朗克研究所時，對外投稿文章時需經過內部層層審核，確認沒有問題才可以投稿，德國人所建立的學術聲譽讓投稿的文章大都很快就被期刊接受；但回到台灣初期，他的研究成果，卻經常是很快就被退回。
「學術是很重視聲譽的領域，沒有國界，不會因為你的學術環境艱難，研究人力薄弱，國際評審就降低審查標準。相反地，會用更嚴苛的標準來檢視你的工作。」邱教授感嘆地說，如果以棒球來形容，國外團隊像是大聯盟的職業球隊，而台灣隊則像是臨時組成的雜牌軍，隊員的敬業和專業精神都需時間的磨練，故台灣的研究成果想要刊登在國際一流期刊，表現一定得要有高標的水準才會被接受。
意識到學術環境的落差，邱教授轉換了想法，他選擇了別人認為困難而不做的題目，再結合不同的技術團隊作研究，用三個人做一個人做的事，把科學研究的深度做出來。「大家都知道合作很重要，但合作通常不太容易，因為每個人都有很強的本位主義，要別人願意花時間在你有興趣的事情上是需要建立在彼此高度的信任上。」邱教授說。
學術之路應「擇善固執」
「學術研究是一條艱辛的歷程，每個研究員都像是在大海上漂泊的小船長，帶領著幾位船伕尋找登陸的機會，有時候，你會覺得很迷惘，有時候，你的想法會被旁人所冷落，但更常是因為自己缺乏自信而見風轉舵，讓自己一直在海上打轉而不自知，因此，建立自信的擇善固執就是帶領團隊成功登陸的關鍵。」邱博文說。
他認為，當時他的指導教授克勞斯・馮・克利青 (Klaus von Klitzing) 如果沒有堅持自己的觀點，那麼就不會以「整數量子霍爾效應」獨得 1985 年諾貝爾物理獎。「即便你最後發現這個觀點是行不通的，然而在研究過程中，許多獨特技術的開發也會讓你拼出另一片的關鍵拼圖！」他期待每一位有志走上學術之路的學子，都能勇敢的面對眼前的挑戰，在努力之後定能綻放出絢爛的煙火！ |
每日八蔬果才能安心 | 大家都聽說過「每日五蔬果」的衛教口號；那出自衛生署的每日飲食指南–成人每天應吃三碟蔬菜、兩份水果。 一份蔬菜分量：生重 100 公克，或煮熟後約半碗的分量 一份水果分量：切好的水果約 1 碗，或約 1 個拳頭大 可是根據中研院的調查報告，僅有 20.7% 國人每日攝取的蔬果達到衛生署建議的量。對於蔬果攝取量不足的人，更壞的消息是：即使是「每日五蔬果」都不足以維持心臟健康。牛津大學臨床醫學系癌症流行病學組營養流行病學專家克蘿 (Francesca Crowe), 分析了歐洲 8 個國家合計超過 31 萬人的資料，發現每天吃 8 份蔬果的人，死於缺血性心臟病的風險，比 5 份蔬果低。她所謂的一份蔬果的量，是 80 公克，分量相當於一根小香蕉、大小適中的蘋果；每日最低分量是兩份，每增加一份，死於缺血性心臟病的風險就下降 4%。缺血性心臟病 (IDH) 是冠狀動脈狹窄或堵塞所引起的心臟病。若冠狀動脈完全堵塞，造成心肌壞死，就是心肌梗塞。在克蘿分析的資料中，只有 18% 的人攝取的蔬果量達到這個程度。大多數人若想攝取這麼大量的蔬果，必須在飲食習慣上做巨大的調整。不過，要是政府能成功地改變大眾的飲食習慣，必然能減輕健保未來的財務負擔。因為，根據美國心臟學會專家小組最近發表的政策分析，假定未來 20 年之內，心臟病罹患率不變、治療方式也沒有進展，美國到了 2030 年，治療心臟病的開支會上升到今日的 3 倍。現在，美國每年健康花費中，17% 花在治療心臟病上。不健康的行為與不健康的環境是主因。現在，美國人超過三分之一 (36.9%) 有心血管毛病，包括高血壓。到了 2030 年，就會超過 4 成 (40.5%), 以中風、心臟衰竭為大宗。至於心血管疾病造成的勞動力損失，以 2008 年幣值估算，2010 年是 172 億美元；2030 年，2,760 億。因此，改變飲食習慣似乎是當務之急。 |
蓋刺魚類的人工繁殖 | 由於全球環境變遷與過度捕撈，全世界的魚類普遍發生資源銳減的現象，特別是高經濟價值的食用魚類及觀賞魚類，首先面臨族群枯竭的困境。
國立海洋生物博物館的研究團隊，自 2003 年就開始針對幾種臺灣海域中高產值的蓋刺魚科 (Pomacanthidae) 海水觀賞魚，積極進行種魚培育及繁養殖技術的研究開發。在 2006 年，首先達到俗稱「藍紋神仙」的疊波蓋刺魚在人為環境下自然產卵，並培育至孵化後第 17 天的全球首次紀錄。2008 年，又創造了俗稱北方棘蝶魚、九線刺蓋魚或金蝴蝶的藍帶荷包魚在人為環境下自然產卵，並把魚苗培育至孵化後第 20 天的全球首次紀錄。
這些研究有助於未來研究者了解蓋刺魚的生殖、成熟、產卵、胚胎及仔稚魚生理生態，做為台灣發展海水觀賞魚養殖產業，保育珊瑚礁魚類，以及建立水產資源永續利用的重要參考。
什麼是蓋刺魚類
蓋刺魚科在全世界約有 8 屬 88 種，在臺灣則記錄 7 屬 29 種，主要棲息在溫暖而乾淨的珊瑚礁海域，是珊瑚礁魚類中顏色最鮮豔且廣為人知的魚類，俗稱海水神仙魚。牠們的色彩，以及雌雄魚共同優遊在珊瑚礁中的高雅姿態，可說是魚族中最雍容華貴的。牠的最大特徵是鰓蓋後端有一延伸的硬刺，因此而得名。
在外形上，海水神仙魚和蝴蝶魚非常神似，以至於過去認為可能有相當近的親源關係。但最近的研究證實，牠們是有所區別的物種。由於絕大部分的海水神仙魚屬於海水觀賞魚中的高單價魚族，因而面臨相當嚴重的採捕壓力。例如藍帶荷包魚曾是臺灣外銷海水觀賞魚的主要魚種，在日本的銷售價格每尾約 10,000 ~ 50,000 日幣、在歐美約為 200 ~ 500 美元、在臺灣則約為 1,500 ~ 3,000 元。
生殖生物學
蓋刺魚的性別表現相當多樣性，例如蓋刺魚屬的性別表現是單型的；在所有的月蝶魚屬中，不同性別在體型大小、外形、顏色上都有差異，也就是除了體型不同之外，也會隨著性別不同而有不同的色彩花紋及形態，每種的差異都各有不同。一般而言，雄魚通常有垂直或水平的條紋，以及明亮的體色，尾鰭呈現新月的形狀，且上下緣延伸拉長。雌魚通常缺少條紋，且體色較單調，尾鰭上下緣顏色較深，也很少或沒有延伸拉長。
最複雜的莫過於刺尻魚屬，目前至少可以確定絕大部分的刺尻魚屬會出現雌性先熟雌雄同體型的性轉變模式。以斷線刺尻魚為例，其性轉變機制是由一種社會結構所控制，即由 1 隻雄魚和 1 ~ 4 隻雌魚所組成的一夫多妻配偶群。當結構中的雌魚體型都比較小時，若移除結構中的雄魚，則會由鄰近的雄魚取代其地位。但大部分的情形是由結構中占優勢的雌魚改變性別，以取代雄魚的地位。在移除雄魚的 7 天內，占優勢的雌魚已能表現出大部分的雄魚行為，20 天內就能充分表現出所有雄魚的行為。
在組織學的解剖中，成對的生殖腺和大部分硬骨魚類的卵巢相似，即卵巢中有一內腔，由濾泡組織內旋圍繞排列著。不同的地方是外膜有數個部位變厚，這些組織是中空的，且有精原細胞圍繞生長。當性轉變時，精原細胞開始增殖，變厚的組織部位逐漸擴展，卵巢則萎縮退化。
雖然關於蓋刺魚產卵的報告不多，但這些報告都指出繁殖活動有強烈的季節性。在溫暖的地區，蓋刺魚通常在一年當中比較溫暖的月分產卵。只有兩個例外，是在水槽中觀察到兩種月蝶魚屬從秋季到春季產卵，但這可能是因為人工模擬出的人工季節條件所誘導產卵的。在熱帶地區，產卵也會有季節性，但似乎隨著水溫升高而達到高峰。
一般來說，蓋刺魚產卵大多沒有所謂的月周期性，而且以每日產卵的模式居多。目前已知 5 個屬，包括刺尻魚屬、月蝶魚屬、阿波魚屬、荷包魚屬及刺蝶魚屬，是屬於雌性先熟雌雄同體型的魚類，至於其他 3 個屬則所知有限。
飼育方法
海水魚類的生活習性各有不同，差異甚大，不同的魚種有不同的習性，甚至同一科的珊瑚礁魚類也可能有不同的習性。這和淡水魚種雖多，但只集中在少數幾科，生活習性相若的情形迥然不同。以蓋刺魚為例，有些種類什麼食物都吃，極易飼養，但也有少數種類一定要吃活珊瑚上的水螅體或海綿。因此飼養珊瑚礁魚類首先必須對每一種魚類的生活習性有所了解，才不至於徒勞無功，枉費金錢、時間，並殘害無辜的生命。
有關珊瑚礁魚類或海水觀賞魚的飼養方法，坊間已有不少的書刊或雜誌出版，對於海水魚採集的方法，水槽、過濾設備的形式與製造，水質的管理，餵食飼料的方法，魚類疾病的預防與治療等，都有詳細的介紹，讀者可自行參考，對初學者必有助益。
事實上，雖然蓋刺魚是頗為強健的海水觀賞魚，但是牠們往往具有強烈的領域性，會攻擊其他同類或不同種的魚類，尤其是同種間的爭鬥更加激烈，因而傷亡慘重。這也是為什麼截至目前為止，海水神仙魚不容易配對與繁殖成功的原因之一。
此外，由耳石的顯微結構研究，推估蓋刺魚至少需要 10 ~ 18 年才能達到性成熟的階段。牠的特殊食性也是飼育者比較傷腦筋的地方，沒有多少人會以昂貴又不易取得的活珊瑚、被囊動物、海綿等投餵，有許多珍貴的蓋刺魚可能因此而香消玉殞。由此可知，能長期飼養 10 年以上，並且能夠配對、自然產卵的蓋刺魚種魚，是相當可貴的。
人工繁殖
早在 1958 年，史卓芬 (Straughan) 就曾發表有關大西洋產的弓紋蓋刺魚的產卵報告，可惜的是，這篇報告並沒有詳細的實驗資料可供進一步參考。大約經過了 50 年，截至 2009 年止，總計有 5 屬 17 種的蓋刺魚類可以在人工條件下完成自然產卵。以下簡單介紹蓋刺魚的人工繁殖基本方法。
種魚培育
人工繁殖的首要之務，是挑選健康且成熟的種魚。屬於荷包魚屬的藍帶荷包魚，成熟的雌魚體長必須超過 17 公分，雄魚超過 19 公分，且雌雄的體色有明顯的差異可供辨識。但有關疊波蓋刺魚在什麼樣的尺寸時才達到性成熟的階段，還是個未知數。因此，刻意挑選體長超過 30 公分的成魚，共同飼養在水容量 30 公噸的玻璃纖維水槽中。
已知蓋刺魚類主要以海綿、附著生物和藻類為食，當然不可能天天為牠們準備這些天然的餌料，而是以南極蝦、切碎的魷魚、鰺魚、蕨藻等投餵。好在牠們可說是大胃王，在絕食約 1 ~ 2 星期後，就會欣然接受。以疊波蓋刺魚為例，從最初的 10 尾成魚，經過激烈的天擇，最後僅有 4 尾和平共存，其中還有 1 對雌雄配對成功成為佳偶。雌魚體長約 36 公分，雄魚則更大，可達 40 公分。
自然產卵
不需使用生殖激素或其他處理，就可以順利地讓一對疊波蓋刺魚或一群藍帶荷包魚 (雌雄比例約 4:1) 的種魚在人為環境中自然產卵。在產卵季節中，每天黃昏時候，透過觀景窗可以觀察到種魚們的求偶、交配行為，類似天然海域中蓋刺魚類的繁殖活動。
一尾雌魚可產下 20 ~ 50 萬粒魚卵 (以收集到的魚卵來計數，有可能稍微低估。) 受精卵是分離的浮性卵，無色透明且呈圓形。疊波蓋刺魚的卵徑大小介於 0.57 ~ 0.64 毫米間，藍帶荷包魚則介於 0.82 ~ 0.88 毫米間。一般而言，水溫愈高，孵化時間愈快，在攝氏 24.8 度，約需 20 小時 30 分鐘；在攝氏 28.1 度，約需 15 小時 20 分鐘。
剛孵化的疊波蓋刺魚仔魚，體全長 1.35 毫米，藍帶荷包魚的仔魚，體全長則是 1.61 毫米。在腹部有一顆很大的卵黃囊，單一油球位在卵黃囊的後下方。為什麼體型比較大的疊波蓋刺魚，反而生出比較小的魚卵及仔魚？關於這個問題目前仍然不明瞭原因，但很可能和種魚的年齡、營養狀況及環境因子有關。有趣的是這對神仙夫妻在繁殖季節中，每天形影不離。然而一旦產卵期結束，又各奔東西，偶爾還會為了棲所或食物有些小爭吵，是不是像極了歡喜冤家呢？魚苗培育
孵化後第 2 天的疊波蓋刺魚仔魚，體全長 2.36 毫米，嘴巴雖然已經打開，但因骨骼組織未發育健全，還要再等大約 20 個小時後才有咀嚼的功能。在這之前的仔魚，完全仰賴卵黃囊提供營養，俗稱帶便當的魚寶寶。然而一旦開口後，仔魚便積極地尋覓可以吞食的餌料，包括許多原生動物、輪蟲、橈足類幼生、藻類、有機碎屑等。
初期仔魚的全身除尾端外布滿黃色素胞，身體的腹部及消化管上方散布許多黑色素胞。孵化後 48 小時的疊波蓋刺魚仔魚，和其他蓋刺魚科的仔魚長相相似，以後則可由色素胞的分布來辨別。
為了了解孵化後的仔魚究竟是吃下何種餌料才能成長及活存，進行了一系列的初期攝餌實驗。結果海水輪蟲組全軍覆沒，所有的仔魚僅活存至孵化後第 5 天。也就是說，在仔魚的卵黃囊及油球的營養消耗殆盡後，牠們並沒有吃到食物，由顯微鏡觀察到牠們的消化道是空的。疊波蓋刺魚開始攝餌時的口徑只有 230 微米，僅能吞下牠們口徑大約 20% 大小的餌料 (約 40 ~ 50 微米), 因此傳統飼養海水魚苗常用的餌料 - 海水輪蟲，對牠們而言顯然太大了，並不適合當做剛開口階段仔魚的初期餌料。
魚苗的餌料投餵系列，依次是：孵化後第 2 ~ 10 天，一般投餵貝類幼生、渦鞭毛藻；孵化後第 6 ~ 30 天，投餵輪蟲；孵化後第 15 ~ 30 天，投餵橈足類、豐年蝦幼生。魚苗如果順利成長至 30 天以上，則改投餵較大型的浮游動物 (如豐年蝦成體), 甚至魚卵、切碎的生餌、人工微粒飼料等都適合。基本上，這階段的魚苗相當強健，比較容易馴餌及飼育。至於各個階段投餵餌料必須有重疊期，主要是考慮讓成長比較慢的魚苗可以順利長大。另一方面讓魚苗適應不同種類、大小及活動力的餌料生物，以增加育苗活存率。
目前已知蓋刺魚類人工繁殖最大的瓶頸是開口的仔魚太小，育苗存活率都偏低，平均小於 1%。這對於種苗大量生產而言，顯然相當不利。因此，開發合適的原生動物或橈足類幼生做為蓋刺魚類的初期餌料，也許是未來可以嘗試的方向。
在國外已有政府機構 (如菲律賓東南亞漁業發展中心的養殖部門)、大學 (如南非羅德斯大學)、澳洲詹姆斯庫克大學及少數私人養殖場，開始積極研究人工繁殖海水觀賞魚，但目前僅有售價較低的雀鯛及蝦虎可商業化少量生產。台灣的地理環境、氣候及繁養殖技術，非常適宜發展海水觀賞魚產業。但嚴格說來，臺灣尚無一家私人的海水觀賞魚養殖場。整體而言，無論野生採捕 (約占 99%) 或人工繁殖 (1%), 都供不應求，還有相當大的市場潛力。
蓋刺魚類在全世界的海水觀賞魚市場上有很高的產值，但相關的人工繁養殖學術報告仍十分有限，而且目前市場上絕大部分的蓋刺魚仍仰賴野生捕獲。雖然臺灣已有俗稱阿拉伯神仙、半月神仙、金蝴蝶等蓋刺魚類人工繁殖成功的傳聞，然而有關牠們成功繁殖的商業機密，所知甚少，僅能以訛傳訛。
本文首次介紹人工飼育的蓋刺魚的自然產卵及關鍵的初期生活史，希望能拋磚引玉，開啟臺灣海水觀賞魚人工繁殖的神祕面紗。除了提供有志從事這種較高難度的養殖同好參考外，並希望能透過人工繁殖的成功及種苗生產的方式，降低採捕的壓力，以達到保育珊瑚礁魚類資源的目標。 |
都是多巴胺惹的禍! | 明明已經吃得很飽，看到眼前的食物，還是忍不住要大快朵頤一番，努力克制想吃東西的慾望，但是聞到旁邊飄來的香味，最後還是投向食物的懷抱。你也經常像上了癮一樣吃個不停嗎？其實這都是多巴胺在作怪。多巴胺是一種胺基酸，現在我們知道這個快樂中樞，事實上就是這個多巴胺經過的一個地方，因為那個地方管的就是，讓你覺得有愉快的感覺，覺得有報償的感覺我們之所以無法抗拒食物的誘惑，是因為吃能讓人感到開心滿足，這時候大腦就會將這種感覺和當時發生的情境結合，並且記憶下來，如果重複幾次這樣的過程，愉悅的記憶就會被加強，於是就被食物給制約了，一有食物就想吃。就像藥物上癮的人一樣，受到食物制約的人，在看到或是聞到食物，大腦就會釋放出一種神經傳導物質，叫做多巴胺，它會使人感到開心，不斷追求滿足的感覺，並且採取行動達到目的。只是為什麼有些人特別容易出現一直想吃東西的欲望，怎麼樣都無法克制？這一些人，他的多巴胺的容受器就比較少，他就是比較沒有辦法感覺到多巴胺的作用，那他就需要更多的刺激，那更多的刺激就是，吃更多的東西來讓他有足夠的滿足的感覺不管是毒癮還是吃東西上癮，都是大腦的記憶系統被改變了，但不同的是毒品並非隨處可見，食物卻無所不在。其實愛吃東西是人類的天性，但吃太多所帶來最直接的後果就是肥胖，因此如果出現不正常的進食行為，還是及早治療，以免為了美食賠上了自己的健康。2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
嗅覺與味蕾受體的新發現 | 上一期提到的「人造甜劑」的化合物都是意外發現的，可以說是天上掉下來的禮物，發明者並不了解為什麼這些化學分子會有甜味。人用嗅覺判斷食物是「香」(如香噴噴的炸雞塊) 或「臭」(如臭豆腐), 接著用味覺嘗出食物的味道，這些味道的感覺是經由嗅蕾 (鼻腔) 和味蕾 (舌頭) 的反應，傳遞信息到腦細胞形成的。近年來的生物醫學對嗅覺和味覺的研究有突破性的發現，也找到控制食物味道的新途徑和新的化合物。
嗅覺
2004 年諾貝爾醫學獎的得主是兩位研究嗅覺的科學家：艾克謝爾 (Richard Axel) 和巴克 (Linda Buck)。他們從「嗅覺受體」(receptor) 及嗅覺細胞的訊息傳遞機制，找到負責嗅覺受體的 1,000 個基因。這些受體位於鼻腔上端的內皮層薄膜，能感受外來的氣味。每一嗅覺受體只能感受到幾個氣味，而 1,000 個嗅覺受體可以偵測到幾千種的氣味。嗅覺受體屬於 G 蛋白連接受體 (G-protein-coupled receptors), 它會打開離子管道 (ion channel) 傳遞嗅覺訊息。
他們找出嗅覺傳遞的機制。當空氣中的「有味」分子由鼻孔進入而和嗅覺受體結合時，就會活化嗅覺細胞而開始傳送電波到微型嗅球 (glomeruli, 嗅蕾的所在地), 最後傳到幾個腦神經部位。腦皮層會把每一種傳送到的氣味整理歸檔，把這氣味的記憶留存在腦海。譬如你曾經嗅到死魚，下一次你聞到類似的發臭氣味，不用看就可猜到那是死魚的氣味。又如果你吃過一次又香又好吃的甜點，常會使你念念不忘。這也是為什麼人類能夠有意識地體驗到春天的紫丁香花香，並在其他時候記得這嗅覺記憶。
最近化學家也研發出「電子鼻」(electronic nose), 用化學分析儀把氣味和有味分子的結構關聯整理成檔案，製造出晶片 (相當於嗅覺受體) 去測定特定氣味。目前的電子鼻已經能測出一百多種氣味。
味覺
人體的舌頭含有一萬多味蕾 (taste buds), 每一個味蕾又含有受體細胞。這些受體是大型的蛋白質，它們會對食物和飲料的幾個基本化學成分起感應。當這些成分和受體結合時，就會發出味覺信號。這味覺信號會和嗅覺及其他偵測溫度和結構粗細或精緻的信號合併，而能判斷出食物的品質和風味。
味道感覺有 4 個基本因素：甜、酸、苦、鹹，大部分味覺都是由這四味綜合而成的，但最近又有人找到第五味覺，也找到了它的味蕾受體。這第五味覺是「可口的」, 它的味道和其他四味不同，英語叫 savory, 日本人叫它為 umami (好吃好口味), 特別是結合麩胺酸鹽 (glutamate) 所產生的。麩胺酸鹽是人體蛋白質中最豐富的胺基酸，東方人用的佐料品「味精」就是單鈉麩胺酸鹽。
值得一提的是，上述的 5 種基本味道，並不包括辣味。辣是一種燒熱 (hot) 特別感覺，科學家還沒找到能與辣味結合的味蕾和受體。
每個人的味覺靈敏度都不同，譬如曾經有人報導過，如果讓 10 個人嘗試最有苦味的苯硫胺基物，只有 7 個人會說那是他生平所嘗到最苦的東西，另外 3 人卻沒什麼特別感覺。人的味蕾數量會隨著年齡的增長而逐漸下降，因此到老年時，常會有「食之無味，棄之可惜」的感覺。常抽菸者的味蕾也會失去靈敏度。
新的味道調劑
經由近年來的研究，人造甜劑分子能和味蕾的「甜」受體結合，才使我們覺得有甜的味道，而這些味蕾的受體結構已經逐漸被找了出來。有了受體的結構，就能進一步「合成」可以和各種味蕾受體結合的化學分子，這是利用有科學數據和研究基礎的步驟去合成所要的化學分子。
從健康的觀點來看，如果想吃得健康，最好是避免能使人發胖的「糖」分，或會提高血壓的「鹽」分，但又會覺得無糖、低鹽食物太「乏味」。利用這些新的嗅覺和味覺的研究成果，可以在食品中加進味道調劑品，就能騙過味覺，產生各種甜、酸、苦、鹹的感受。
美國加州大學聖地牙哥 (San Diego) 校區生物系的楚克 (Charles Zuker) 教授，對味蕾受體有 20 年的深入研究，目前已經找到許多化學成分，能和各種味蕾受體結合而產生預期的味感。一些有「甜」味的味道調劑品不是醣類化合物，因此熱量很低，不會帶來健康威脅，且只需要微量的這些味道調劑就可以達到相當高的甜度。
楚克教授的研究團隊還研發出「苦味」的封鎖劑 (blocker)。因為許多人造甜劑或食品 (如苦藥) 會留下食後的苦味，這封鎖劑能降低有益健康食物的苦味。另外對有特別味覺敏感的人，也能使他們接受吃有苦味的食品，估計每 4 名成人就有 1 人是「超級味感者」。
最近有其他的生技公司採取不同的調劑步驟，從離子管道的控制著手，研究出一些味道調劑品，能改變味覺細胞信息的傳遞路線，目前主要的應用是改善無糖飲料的口味。
深度閱讀
M. Wenner (2008) Magnifying Taste. Scientific American, August, 96-99.
C. Zuker et al. (2006) The receptors and cells for mammalian taste. Nature, 444, 288-294.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/index.html |
探索海洋生物:穿著盔甲的海武士–龍蝦的生態奧祕 | 臺灣寶島四面環海且是黑潮必經區域，在臺東、花蓮、宜蘭、基隆，恆春及澎湖沿海產多種龍蝦。龍蝦是高經濟價值水產品，肉質美味可口，價格昂貴，龍蝦沙拉更是喜慶婚宴少不了的佳餚，且其外殼美麗，可製成標本收藏。
近年來受氣候變遷、棲地破壞及過度捕撈的影響，全球龍蝦產量逐年減少。隨著大陸消費水準提高，對龍蝦需求大增，導致國內的本土或來自東南亞、澳洲、紐西蘭及南非進口的龍蝦價格年年上漲，從 2000 年的每公斤 800 元至目前的每公斤 1,500 元。本文引領讀者一探龍蝦的生態奧祕，期提升國內資源保育觀念，讓本土產龍蝦的寶貴資源可以合理利用，延續繁生。
分類及形態
龍蝦通常指龍蝦科內的種類，在分類學上屬於節肢動物門，甲殼上綱，十足目。明確來說，國人所指的龍蝦通常是體表具棘刺，無一對大螯，且外殼色彩美麗的棘龍蝦，而不是常造成混淆的美國龍蝦。龍蝦科種類全世界總共約有 45 種，本土產龍蝦科種類以龍蝦屬最為常見，主要漁獲種類是密毛龍蝦、長足龍蝦、錦繡龍蝦、波紋龍蝦、雜色龍蝦及日本龍蝦。
龍蝦體表覆蓋著堅硬的甲殼，甲殼上布滿大大小小無數的棘刺。龍蝦的身體主要可分成頭胸部及腹部，頭胸部呈圓筒狀，其長度即頭胸甲長常做為體型大小的標準。頭胸部腹側有 5 對有節的步足，各步足的腕節部位生有細毛。頭胸部前端有一對眼向前凸出及兩對觸角，第一觸角自中央處分叉成 2 條鞭鬚，第二觸角大約是體長的三分之二，表面也生有許多小棘刺。腹部由 6 個環狀的節所構成，有 4 對槳狀的泳足，腹部最末端是 5 片扇形的葉片所組成的尾扇。
龍蝦的體色隨年齡及棲息的環境而定，棲息於沙底質或淺水中的顏色較淺，深水域的龍蝦顏色則較深。
根據龍蝦頭胸部及腹部的特徵可分辨其性別，雄蝦第五對步足基部有一對生殖孔，外觀是一較大的肉質凸起，中央是孔，在生殖季節時排精孔會擴大；雌蝦生殖孔則在第三對步足基部，大小遠較雄蝦生殖孔小。
此外，雄性成蝦的第二對步足通常比其他步足來得長，雌蝦則沒有這個特徵；雄蝦第五對步足末端呈鉤狀，雌蝦則分成 3 個尖端；雄蝦腹部泳足呈單葉槳狀，雌蝦則是雙葉，其中一葉呈槳狀，另一葉較小，末端有抱卵剛毛。此外，雌蝦也可以依據其腹部有無抱卵或胸板上精莢特徵來辨識。
年齡與成長
龍蝦的生活史可分為 5 個主要的階段：卵、葉狀幼體、透明蝦苗、幼蝦及成蝦。以加勒比海眼斑龍蝦為例，葉狀幼體在沉降後頭胸甲長約 6~10 公釐，沉降 3 個月後頭胸甲長約 25~30 公釐。龍蝦體表有堅硬外殼保護身體，卻因此而妨礙成長，須不斷蛻脫 (脫殼) 才能一直長大。達性成熟前每次蛻脫約成長 4~6 公釐，每年蛻脫約 2~3 次，蛻脫季節通常在 3~7 月或 12~2 月，因此龍蝦從沉降後成長至成熟大小 (頭胸甲長約 50 公釐) 需約 2 年的時間，之後龍蝦蛻脫次數及蛻脫後成長量隨年齡增加而減少。
龍蝦成熟後，雌雄成長速率有明顯差異，雄蝦每年成長約 20~25 公釐，而雌蝦必須消耗能量於產卵及保護行為，每年成長約 10~15 公釐。有關龍蝦的壽命並不清楚，推測可長達 20 歲。估計龍蝦年齡很困難，通常以標識放流再捕抓試驗及實驗室飼養觀察來估計，然而龍蝦個體間成長差異通常很大。在台灣捕獲的龍蝦平均全長在 25 公分以內，偶爾有超過 35 公分的。以體長組成變化來推估台灣東部海域產密毛龍蝦的成長，發現頭胸甲長 45 公釐的密毛龍蝦約 2 歲，頭胸甲長 60 公釐的約 3 歲。
龍蝦的成長需要經歷無數次的蛻脫，蛻脫前龍蝦會尋覓隱藏處所，停止覓食活動，這時新殼已形成於舊殼之內。蛻脫時頭胸甲邊緣會形成裂縫，舊殼慢慢翻起，龍蝦從頭部先脫出，之後尾部抽動，脫出柔軟且顏色較淺的軀體。
剛蛻脫後的龍蝦會快速吸收水分並增大身體，新的殼也慢慢變硬，約 3 天至 1 周外殼始能完全硬化。斷失的步足在蛻脫後會重新長出，長度較原本短。食物的品質及數量、棲地海水溫度及龍蝦是否受傷 (例如斷失步足或觸鬚), 都會影響龍蝦的成長速度。在幼蝦階段，雌雄的成長速度並無明顯差異，然而龍蝦達性成熟後，雌蝦成長速度較雄蝦慢，最大體長也較雄蝦小。
繁殖及生活史
龍蝦屬龍蝦是溫帶、亞熱帶及熱帶地區物種，主要產卵季節是春末及夏季。產卵季節受水溫影響，在水溫達攝氏 24 度時會有產卵活動，體型較大的雌蝦一年可產卵 2 或 3 次，體型較小的一年僅產卵 1 次。
交配前會有簡短求偶行為，交配時雄蝦胸骨緊貼雌蝦胸骨，並把精液射黏在雌蝦第四與第五對步足間的基部上，精液表面迅速硬化形成灰黑色物質，即精莢。精莢內的精子可保存一段時間，直到雌蝦產卵時用。產卵時雌蝦腹部向內彎，尾扇及泳足張開形成一抱卵腔，以步足末端搔抓精莢把精子擠出，卵排出受精後黏繫於腹部的抱卵剛毛上，直到孵化為止。
龍蝦的抱卵數隨體型而變化，以台灣東部海域產密毛龍蝦為例，頭胸甲長 70 公釐的龍蝦一次產卵約可抱 12 萬粒卵，頭胸甲長大於 100 公釐的約可抱超過 50 萬粒卵。卵粒外觀有如成串的葡萄，剛排出的卵呈鮮橙紅色，直徑約 0.5 公釐，卵的顏色隨其發育轉為暗棕色，最後在孵化前呈極淡色，整個抱卵期約 3~5 周，抱卵天數隨水溫升高而縮短。
多數雌蝦在產卵時會遷徙至深水棲地，卵孵化時，雌蝦擺動腹部把孵出的龍蝦送出。剛孵化的龍蝦外觀呈扁平狀，顏色透明，具大而凸起的眼，稱為「葉狀幼體」。葉狀幼體具有些微游泳能力，對光線敏感，晚上會遷徙到較淺的水層，白天則沉降到較深的水層，浮游期間隨海流漂散，移動距離可達好幾百公里。龍蝦在這階段是許多魚類的食物，死亡率很高。葉狀幼體在浮游期間約蛻脫 10~12 次，每一次蛻脫外形都有些變化，經過約 6~12 個月浮游期後會變成外形略似龍蝦的透明蝦苗。
透明蝦苗並沒有攝食行為，牠們配合潮汐從近海游泳至沿岸礁石海藻棲地而沉降，這階段的龍蝦外觀仍呈透明，且無鈣化的甲殼。一年四季都有透明蝦苗加入到沿岸，然而主要的加入季節是春季。
透明蝦苗在沉降後會開始變成褐色，以配合棲地顏色做為保護，之後在一周內會蛻脫成長為幼蝦，開始過著底棲生活。幼蝦為避免敵害會有成群的行為，牠們躲在海綿、礁石下，裂縫或藻類密集的地方，之後隨著成長需要較大的躲避處，則聚集在較大岩礁裂縫中。龍蝦生長成熟後會從沿岸向外移動到離岸較遠的棲地，生殖行為也隨之展開。在台灣沿海所捕抓到的龍蝦，可能是菲律賓或南洋諸島國的龍蝦生殖產卵所貢獻，孵化的幼生隨洋流漂至台灣沿海並長大成熟。
幼蝦及成蝦在夜間覓食時非常活躍，是雜食性，主要的食物是小型甲殼類及軟體動物，其強有力的顎可用以攝食小的貝類動物，白天則藏匿於硬底質的海綿及珊瑚縫隙。龍蝦有同類互相殘食的現象，這行為與食物及躲避空間不足有關，正在蛻脫的龍蝦也容易被同類所殘食。
龍蝦是憑藉步足作各方向的移動，並利用腹部泳足及尾扇維持平衡，當龍蝦遇敵害時，尾部會迅速收縮彈向後方以避開危險。幼蝦及次成蝦夜間在外爬行時，常被多種珊瑚礁魚類、章魚及海龜所捕食，至於體型較大的龍蝦，也可能被體型較大的石斑魚或鯊魚所捕食。在岩礁洞穴中，體型較大的龍蝦群常利用擺動觸角及突刺觸角來抵禦捕食者的攻擊。
移動及遷徙
國外高經濟價值的龍蝦種類，例如加勒比海眼斑龍蝦或澳洲托雷斯海峽的錦繡龍蝦，已經有很多關於牠們移動及遷徙的研究。龍蝦在黃昏時離開岩礁洞穴，並在臨近礁岩及海草棲地尋覓食物，在接近天亮時回到原本洞穴，白天則躲避在洞穴中，這類的晝伏夜出移動稱為「領域性返巢行為」。
此外，龍蝦也會進行一種多方向性的移動，稱為「漫遊」, 漫遊通常隨個體發育的棲地轉移有關。例如美國佛羅里達灣眼斑龍蝦的幼蝦或次成蝦，會隨其個體發育而逐漸從沿岸棲地移動至外海棲地，目的是增加幼生隨海流擴散的範圍。在移動過程中，龍蝦會選擇食物豐沛的地點暫時居住，並在這些相距好幾百公尺遠的地點間移動。
另一種單一方向兩地間長距離的移動稱為「遷徙」, 很多種龍蝦有季節性的遷徙行為，例如夏季時棲息在溫暖較淺的水域，冬季時則遷徙至較深且平穩的水域。科學家也發現巴哈馬比迷尼島的眼斑龍蝦有季節性大規模的遷徙行為，推測與秋季冷峰所導致的海水溫度下降及濁度上升有關。
龍蝦在遷徙時會以排列有序的長列來進行，遷徙隊伍會日夜不停地快速移動，直到找到適合休息的地方。這樣排列有序的移動，可以利用群體移動的拖曳效應來減少維持高速移動所需的能量消耗，並減少被捕食的機會。科學家也發現龍蝦不僅在長距離遷徙時會以隊伍方式移動，有時會以 3~5 隻所組成的小隊伍，在棲地附近作簡單的索餌移動行為。
資源永續利用
台灣周邊海域有這麼多種的龍蝦，可說是大自然賜給我們的珍貴資產。龍蝦幼苗目前無法人工大量繁殖，而野生龍蝦幼苗來源取得困難且成長緩慢，因此養殖龍蝦需高成本及長期投資。國內業者在無法大量養殖以供應市場需求的情況下，無利可圖而陸續放棄，因此應對野生龍蝦資源加以保護。
本土產龍蝦是沿岸不配戴潛水器材的浮潛者 (俗稱為「哈達卡」) 利用底刺網、陷阱網及徒手捕抓，漁獲季節主要受限於天候及海況，因此龍蝦每年有各約半年的漁期 (春夏) 及生養期 (秋冬)。以近 10 年台灣東部的龍蝦產量來看，推測漁獲努力量 (在一段時間內，投入的漁撈活動工作量) 無明顯變化。然而近年來國內市場本土產龍蝦價格隨進口龍蝦價格上漲，因此實需要對這寶貴資源進一步地了解與掌握。
目前國內龍蝦管理法規方面，有海洋保育區依各縣市政府規定禁止使用潛水器材捕抓、捕抓體長限制或禁止捕抓龍蝦。然而龍蝦大多捕抓上岸就直接送至餐廳或由業者收購，不會經過漁會拍賣，且台灣沿海海岸線狹長，因此管理措施難以實際嚴格執行。
政府應建立一套完整的沿近海漁業統計監測系統，落實台灣沿近海漁業資源的管理與保護，並進行長期的生物研究及生態調查，了解龍蝦的成長、移動、死亡率、幼生加入等生活史資訊，做為資源評估及漁業管理的依據。此外，應積極維護沿近海域的生態環境，構成水生生物良好生活場所，使其安然棲息，迅速繁生。為了人類，也為了整個自然界，我們應珍惜寶貴的龍蝦資源，永續地留傳給我們的後代子孫。
誌謝
東海龍蝦社陳俊成先生提供龍蝦標本、水產試驗所陳郁凱先生協助照片拍攝，以及大同大學媒體設計系謝采瀅同學協助圖片編修，在這裡一併致上謝意。
深度閱讀
張以杰 (民 100) 台灣東部海域密毛龍蝦資源評估研究，國立臺灣大學海洋研究所博士論文。
Phillips, B.F. (2006) Lobsters: Biology, Management, Aquaculture and Fisheries, Blackwell Publishing, Oxford, UK. |
藍色珍寶:海綿天然藥物 | 生活在地球上的你，或許自認對陸地生物很了解，但是對於占地球面積百分之七十的海洋的生態，你又知道多少？提到海洋生物，你會先想到什麼？是那些常成為桌上佳餚的鮪魚、鮭魚、秋刀魚，還是電影中兇猛的大白鯊，神鬼奇航裡的深海閻王，或是海底總動員裡那些可愛的海葵魚呢？其實今天要討論的並非大家普遍印象中的生物，而是長相醜陋還帶有些許惡臭味的古老原始生物 — 海綿 (sponge)。
什麼是海綿
海綿是動物還是植物呢？其實牠屬於多孔動物門。雖號稱是動物，卻不能移動，因牠沒有真正的身體組織，結構和其他無脊椎動物也不一樣，不能自由行動，看來既無生命也沒有固定的形狀。牠的生存範圍很廣，世界各地都看得見，上至潮間帶下至 8,000 米深的深海，都可以發現牠的蹤跡，也有少部分族群生長在淡水中。
海綿是一種多孔動物的統稱，大約在兩億年前就出現在地球上，至今已發現的有一萬多種，占海洋生物種類的十五分之一。海綿沒有中樞神經系統與消化腔，也沒有嘴，是非常原始的動物。沒有嘴巴的牠身體上面布滿小孔，小孔上面充滿纖毛，以及一個類似嘴巴的環狀物，藉由海水的流動來攝取水中的氧氣、藻類和有機物，並排出體內的廢物。
海綿動物的組織相當原始，繁殖方式也相當簡單。曾有學者發現把某些種類的海綿磨碎過篩，經數小時後，散落的海綿細胞竟然開始聚集重組，形成數個不同的小群體，等到細胞分化後就長成新的海綿個體。
海綿的外觀千變萬化，有片狀、塊狀、圓球狀、壺狀、樹枝狀。維持海綿形態的骨骼分成兩種：一類是針狀的鈣質骨骼，稱為「骨針」; 另一類是由有機質組成的絲狀結構物，稱為「骨絲」。骨絲較柔軟且有彈性，因比較容易腐爛而難以形成化石。
海綿的身體有許多小孔 (入水孔), 在身體的上方有一個圓形的開口 (出水孔), 體壁由兩層細胞組成，且以富含膠質的中膠層隔開。中膠層的變形細胞能把吸取進來的海水，分解後形成可以吸收的養分。此外，有些變形細胞可以分泌骨質纖維形成骨針或骨絲。
海綿因為所處環境不同，附著的位置也有差異，而且與許多海中的藻類及微生物共生，因此形成多采多姿的形態。
海綿都是群聚生長，在外觀上沒有特別堅硬的骨骼，也沒有特化出像水母或海葵的刺絲胞以形成物理防禦。但對於許多的海洋獵食者而言，海綿是一種宜敬而遠之的獵物，因為牠會利用與藻類和微生物的共生關係，或自力產生特殊的毒素，構成了特別的化學防禦機制。
這種特殊的防禦機制也被其他動物學習，像是寄居蟹殼上的皮海綿，因為可以產生皮海綿毒素而與寄主互利共生。另有部分海蛞蝓不畏劇毒以海綿為食，並利用海綿的毒素做為自家的防禦措施。這些特殊的化學物質引起了科學家廣大的興趣，各國的海洋天然物化學家也因此分離出不少頗具潛力的活性化合物。
有益的物質
海洋覆蓋地球表層的面積大於百分之七十，其中生態系統龐大，生物多樣性非常豐富，因此可做為多樣性天然化學產物的充裕來源。現今已有許多海洋天然物經實驗證實具有很高的生物活性，諸如抗菌、抗發炎、抗癌等，其中更不乏有潛力成為新穎的候選藥物。
近三、四十年來，越來越多的研究發現，海洋植物、動物及微生物中所產生的二次代謝產物，超過 15,000 種具有臨床藥物潛力。許多具有活性的海洋天然物屬於萜類化合物，而自海綿分離出的則以倍半萜類屬及三萜類屬最為常見。目前東華大學海洋生物科技研究所天然物團隊正積極探索其抗癌活性機轉，希望能發現可發展成抗癌藥物的海洋天然物。
在新藥開發的過程中，海綿所提供的天然物及其化學成分的穩定性已成為發展的最大瓶頸。2010 年《海洋藥物》雜誌回顧近年來從海綿中分離得到的一系列倍半萜類天然物，manoalide 是 1980 年首次在 Luffariella variabiilis 這種海綿中發現可做為抗生素的專利化合物，雖已授權給藥廠，並進入第二期治療局部性牛皮癬臨床試驗，但由於化合物供應不足及穩定性不高，導致臨床試驗終止。
天然物來源是化合物供應問題之所在，這也是目前所有海洋天然物研究亟需解決的一大課題。目前海綿取得來源有:
從自然資源中取得 Lissodendoryx sp. 是一種深水海綿，分布在紐西蘭南島外海。1993 年利用遙控潛水器與水下照相方式進行生態環境調查，發現這種海綿可能的資源總量約有 300 公噸。經環境評估後，政府部門只允許採取約 1 公噸的重量，但進入臨床測試需要將近 15 公噸的海綿，由於過量開採會造成生態浩劫，因此這一途徑變成不可行。
化學合成海綿所含的化合物 化學人工合成可以使原本具有良好活性的化合物有穩定的供應，但並非每個化合物都可以輕易地以人工合成。有一些化合物就需要很多反應步驟才可以合成出來，像是軟海綿素就要一百多個步驟，因此成本較高。但學者發現並不是非得有完整的化合物才能有生物活性，只須合成具有活性的官能基，就可達到原有活性而使成本下降。
海水養殖 很多魚類都可用養殖的方式來增加數量，但是海綿的養殖仍處於研究階段。美國國家癌症研究中心與紐西蘭坎特伯雷大學特別長期研究 Lissodendoryx sp. 海綿的養殖，並確立了其生長溫度及條件，但從養殖型海綿上所取得的軟海綿素並沒有野生海綿高，每公斤產量僅約為野生的 30~50%。因此這方法目前還無法擴大到商業規模。
利用組織細胞培養 以人工培養液使海綿組織細胞成長，但是有人指出長期培養的「海綿細胞」可能不是真的海綿細胞，而只是海洋中的真菌類，因此目前並不看好這個方法。
「基因克隆」與表達或共生微生物製造 也就是把產生化合物的特定基因複製並在其他「宿主」上表現。有些學者指出海綿的天然物可能來自於共生的微生物，因此也有實驗室在釐清化合物是否來自海綿，並進行共生微生物的篩選。
目前海洋天然藥物的開發能如此迅速，有賴於水肺潛水的發展，以及遙控潛水器的運用，使人類對於海洋的了解從潮間帶到水下數十米，更進一步進展到千米之深，也因此發現更多的海洋生物。
再加上各式分析儀器的研發，像是高效能液相層析儀、核磁共振儀、質譜儀等，增快了這些天然化合物結構鑑定的速度，也帶動了生物醫學相關領域的研究。目前已有數種海洋天然化合物或其化學合成衍生物即將成為上市藥物，像是來自「加勒比海海鞘」的抗癌藥物 Yondelis®、來自「僧袍芋螺毒素」的止痛藥 Prialt®, 以及來自於海綿的抗病毒藥物 Acyclovir®(Ara-A) 與 Cytosar-U®(Ara-C)。
近年來，海洋天然物的來源以珊瑚、海綿、海洋微生物等為主，其中又以海綿天然物的活性最佳，不管是抗癌、抗病毒、抗發炎等作用，都有良好的表現，因此已有相當多來自海綿的化合物或其衍生物進展到臨床研究測試階段。例如「軟海綿素」就是從軟海綿及 Lissodendoryx sp. 中所分離出的「大環內酯化合物」, 對於癌細胞有很強的毒殺活性，有開發成抗腫瘤藥物的潛力。
就發展天然物的新藥開發研究而言，首推陸地中草藥，而且大部分天然物也多源自中草藥分離。不過近年來由於大量地以中草藥為新藥研究題材，一再重複分離出已知的化合物，因此不論是學術界或是藥廠的研究學者，都轉向以海洋資源「先導化學結構」為研發標的。
台灣是四面環海的美麗島國，周圍珊瑚礁生態豐富，也孕育出許多海洋專長的科學家。在海洋天然物領域，以台灣大學藥學系對海綿天然物純化分離貢獻最多。另由於天然物產量稀少，台灣鮮有人可針對海綿天然物的生物活性做更深入的探討。國立海洋生物博物館內的「臨海水族研究中心」長期以來，則已建立了多項海洋生物及各類珊瑚海綿等無脊椎動物的繁養殖系統。
東華大學「海洋生物科技研究所」及「海洋生物多樣性及演化研究所」也於民國 93 年設置於屏東海生館，藉由海生館海洋研究的環境優勢，進行海綿養殖條件測試，並結合化學成分及抗癌活性分析，由核磁共振儀的化學測定比對及癌細胞毒殺試驗結果，希望能確保及監控具活性化合物的海綿長期繁養殖的基礎條件，減少野外海綿的開採，降低對海洋環境的破壞。在可大量培養以穩定天然物來源的前提下，冀能找出真正指標活性成分，利於後續抗癌活性機轉研究，以及進行人類癌細胞於植動物模式之前的臨床抗癌試驗。 |
藍色珍寶:養殖型海洋生物的藥用資源 | 21 世紀的人類仍受癌症、新型急性病毒、心腦血管病變等重大疾病的威脅和困擾，亟需更有效的藥物來治療。從生物體中尋找有用化學物質當做藥劑使用，是以前科學家就在努力的目標，例如目前醫藥界較常用的 150 種處方藥中，就有 57% 的藥物源自於天然化合物，而其中屬於抗癌和抗傳染性疾病用藥的比率超過 60%。
很多海洋生物在長期的進化過程中，為適應高鹽、高壓、缺氧等艱難而苛刻的環境，以利其生存和競爭，使得所含有的二次代謝物質常在結構上有相當程度的奇特性，且常和陸源性的天然化合物有所差異，於是許多學者便把尋找新藥的目標逐漸轉移至海洋。
依據美國國家癌症研究中心的統計資料，海洋動物是在目前臨床試驗的篩選過程中，表現出具有顯著細胞毒性比率最高的測試物種 (共分為海洋動物、海洋植物、陸生動物、陸生植物及微生物五大測試物種)。在這些海洋動物中，又以屬於無脊椎動物的苔蘚蟲、海綿、尾索動物的海鞘和刺絲胞動物 (腔腸動物) 中所含有的天然化合物最有潛力。
以海洋抗癌藥物的發展為例，目前從海洋苔蘚蟲中所獲得的 bryostatin 1 和海綿中所獲得的 halichondrins 系列化合物，已進入前臨床試驗的準備階段。而從海鞘中所獲得的 ecteinascidin 743 二個化合物，都已完成了第二階段的臨床試驗 (phase II), 目前正進行第三階段的臨床試驗 (phase III)。這些海洋藥物都可能成為實際應用的天然抗癌藥物。
但上述的天然抗癌藥物都有藥源供給的問題，科學家曾試著利用全化學合成途徑，來生產這些藥物供商業使用，結果並不成功。並不是所有化合物都可以大量全化學合成，由於這些化合物的分子結構複雜，或需要專一的立體構形，甚至兩者要兼顧而造成合成上很大的限制。若利用生物發酵技術來生產呢？研究發現從經濟和商業化的考慮上仍無法達到生產的目標。唯有採集自然資源和海水養殖是可能的兩種選擇，然而前者會對海洋生物資源和生態造成衝擊，因此後者是目前擴大海洋藥物來源的主要途徑。
本文就針對苔蘚蟲、海綿、海鞘的繁養殖現況，還有另一個台灣具繁養殖潛力的藥用海洋生物 — 刺絲胞動物珊瑚 — 的研究發展，為您一一道來。
苔蘚蟲
從苔蘚蟲中分離出的 bryostatin 1, 對白血病、乳腺癌、皮膚癌、肺癌、結腸癌、子宮頸癌、卵巢癌和淋巴癌都有明顯的療效。美國國家癌症研究中心啟動了苔蘚蟲養殖的可行性探索，曾試著在實驗室養殖槽中進行養殖試驗。為了滿足不斷成長的苔蘚蟲種群的攝食需要，浮游植物的培養成了苔蘚蟲養殖的主要工作。
儘管把人工餌料混合到浮游植物中以降低浮游植物的培養壓力，但 6~8 個月後，還是不能滿足苔蘚蟲正常生長的需求。在收穫期，培養槽中的苔蘚蟲族群沒有健康的外觀和自然的顏色，且只含有相當少的 bryostatin 1 (2~14 μg/g 乾重，而野生族群平均是 13~15 μg/g 乾重)。
由於實驗室養殖的結果不理想，於是又設計了在海洋中養殖苔蘚蟲的系統。在實驗室孵化槽中經過 3~4 週的預培養後，把聚滿的苔蘚蟲轉移到海中的模型內，開始大量繁殖。四個半月後的結果令人高興，獲得的生物量超過預期的目標 (平均生物密度是溼重 2.88 kg/m2), 而 bryostatin 1 的含量是 3~14 μg/g 乾重，相當於野生族群的一般水準。這實驗顯示，在海洋自然環境中進行大規模商業化的苔蘚蟲養殖以獲取化合物 bryostatin 1, 基本上是可行的。
海綿
從海綿中所獲得的 halichondrin 化合物，可用來治療晚期乳腺癌。紐西蘭海洋與大氣國家研究所和美國國家癌症研究中心一直在進行海綿的養殖。Lissodendoryx sp. 是一種產在紐西蘭的深海海綿，這種海綿也含有 halichondrin。由於 halichondrin 的需求量級是公克，甚至是公斤，而不是毫克，因此透過養殖方式獲取大量的 halichondrin, 必須考慮到這一點。早期研究表明，小規模的養殖試驗非常成功，海綿能持續產生一定量的 halichondrin。
1997 年，啟動了模擬商業生產條件的養殖計畫，嘗試了一系列的培養方式。結果發現海洋網袋養殖的海綿生長情況最好，這種養殖方式也可進行機械化的操作，易於構建大規模的養殖系統。這些早期的研究首次檢驗了海綿代謝產物商業生產的可能性，證明了海綿養殖獲得藥源也是可靠的選擇之一。
海鞘
Ecteinascidin 743 化合物的族群是另一類進入第二階段臨床試驗的優秀藥物，這類化合物取自加勒比海海鞘，用於治療肺癌和皮膚癌，並可用於綜合治療乳腺癌和淋巴系統腫瘤。在美國佛羅里達暗礁進行的養殖研究顯示，在可控制環境的養殖槽中和海洋中，確實可進行海鞘 E. turbinata 的養殖。第一步採集受精的野生親本，待排卵孵化成幼蟲後，把海鞘幼蟲 (約五萬多個) 轉移到孵化室的養殖槽中，再以不同的支撐材料固定，然後在實驗室和海洋中繁殖。
在實驗室和海洋中，海鞘幼蟲能夠固定在各種材料上，並繁殖含有 ecteinascidin 743 化合物的族群，兩種方式的養殖都獲得了成功。儘管在養殖槽中海鞘的成熟期更長，但產量高，表示這方法也是擴大生產的可行選擇。分別對實驗室和海洋中培養的海鞘進行分析，發現 ecteinascidin 743 的含量及樣品間的差異和野生樣品相似。
珊瑚
台灣海域珊瑚礁生態系生長發達，物種繁多，非常適合針對珊瑚所產生的二次代謝物做進一步的研究，也是台灣海洋天然藥物發展的一大契機。可以運用台灣豐富的水產養殖經驗，選擇具有藥物開發潛力的珍貴且稀有的物種設法大量養殖，並從中萃取有用的活性天然藥物。如此不只可提供質、量都佳且可穩定供應的海洋生物，並可降低大量開發對海洋生物資源和生態所造成的衝擊。
國立海洋生物博物館 (海生館) 在具有醫藥開發價值的珊瑚養殖上已有成果，以星珊瑚的研究為例，從野生型星珊瑚中發現具有神經安定和抗發炎活性的雙萜類化合物 ExB (已獲國科會生技製藥國家型計畫補助進行臨床前試驗)。不過這化合物因結構複雜而難以用合成的方式大量獲得，但星珊瑚在養殖槽中可大量生成 (每公斤星珊瑚可獲得約 5~10 g ExB), 因此以人工方式在海生館繁殖。
珊瑚養殖在海水缸 (0.6 公噸) 中，以瓷磚做為附著的基底，並用輪蟲和豐年蝦為動物餌料。為了估計生長速度，一個月測量一次珊瑚的溼重量，持續 8 個月。根據初步的結果，不同區塊間珊瑚的重量成長率每個月平均在 1.0~6.8% 之間。
海洋生物是海洋藥物研究和開發的基礎，其所含先導化合物可通過化學結構修飾或人工半合成、全合成等途徑，研發成高效、低毒的海洋生物藥物。目前，海洋生物的來源和量產是藥物研發的兩個重要限制性因素，所以一方面，科學家需要發現和認識更多的藥源海洋生物；另一方面，需要從研究、開發、生產等方面保障藥用生物的供應。
海洋面積廣泛，且棲息著種類豐富的生物物種，加上生長環境特殊，因此有很大機會成為新一代藥物的來源。近 40 年來的研究顯示，海洋微生物、海藻、軟珊瑚、海綿、海鞘、苔蘚動物等都可能含有活性的天然化合物，各國也已經積極進行大規模的海洋生物活性篩選，期望能更有效地找到有用的海洋天然藥物。
許多種海洋藥用生物已養殖成功，有的已實現了大面積的人工生產和工業化生產，改變了完全依附於自然資源的限制。這些關鍵性的突破，將帶動藥用海洋生物產業未來的發展。 |
能輕易分離油與水的奈米材料 | 19 年前，1989 年 3 月 24 日，一艘油輪在美國阿拉斯加海岸擱淺，漏出原油超過 4000 萬公升，估計殺死了 25 萬隻海鳥，3,000 頭海獺，以及其他動物。造成那麼大的生命損失，是因為沒有有效清除原油的工具。
現在，美國 MIT 的一個團隊發明了一種以奈米纖維製造的「紙」, 不吸水，只吸收水中的油，也許是應付類似環境災難的利器。那種奈米纖維是以錳酸鉀製造的，直徑只有 20 奈米。纖維聚合成束，長可達幾百微米。纖維束彼此交錯，就成為厚達 50 微米的薄膜，或者說「紙」了。(按，1,000 微米 = 1 毫米；1,000 毫米 = 1 米。)
MIT 團隊製造的這種紙，最重要的性質有兩個，一個是：其中有許多網眼，直徑平均只有 10 奈米，透過毛細作用就能吸收液體。另一個性質是表面潤濕性 (wetting)。所謂表面潤濕性，簡單地說，就是表面親水或疏水的特性。所有介紹奈米材料的書，都會討論的蓮葉效應，指的是蓮葉表面水滴不沾的現象，那是一種特殊的潤濕性表現，叫做疏水性。
以錳酸鉀奈米纖維製造的紙，極為疏水又親油，因此可用來吸收水中的油。它即使浸在水裡一個月，撈出來仍然是乾的。但是，如果水裡有油，就很容易吸收油，而且吸收力強，吸收量可達本身重量的 20 倍。此外，這種奈米纖維紙耐高溫，比原油沸點還高。因此，吸飽了油的紙，只要加熱使油汽化，油與紙都能回收再利用。
MIT 團隊強調，製造這種特殊的紙並不需要動用昂貴的技術。其實這種特殊的「紙」, 製程與平常的紙非常類似。 |
仿生槐葉蘋化身高效石油清道夫 | 石油勘探、運輸、儲存、加工和使用都有溢油風險，尤其海上運輸漏油事件常造成嚴重的環境污染和生態浩劫。2016 年 8 月，德國卡爾斯魯厄理工學院 (Karlsruhe Institute of Technology) 霍爾舍 (Hendrik Hölscher) 副教授和波昂大學 (University of Bonn) 巴斯洛特 (Wilhelm Barthlott) 教授共同在《生物靈感與仿生學》(Bioinspiration & Biomimetics) 期刊發表仿生槐葉蘋屬 (Salvinia spp.) 葉片微結構能改良奈米纖維毛「Nanofur」, 具有超級疏水性和高吸油性，可只吸石油不吸水，不但能應用於處理與清潔溢油，吸油後還能回收溢油再利用，是經濟、環保、高效的人工除油和吸油劑，取代現有清除溢油材料，解決海上漏油的污染問題，未來還能利用空氣阻隔特性發展新的絕熱介面，或應用於需在水中儲存空氣的結構，例如製造低摩擦阻力的船殼塗料等。
石油或燃油漏到海洋變成溢油時，會在海面形成油膜，降低光的通透性及產氧量，使海洋生物窒息死亡；若隨風浪吹向岸邊，經過的海洋生物、蝦蟹、浮游或附著生物等都可能沾染黏附而立即死亡，部分暫時存活者的體表皮毛可能喪失保暖和呼吸功能，或因沾黏無法游泳與覓食而難以存活。例如 2010 年 4 月美國墨西哥灣鑽油平臺爆炸、和 7 月中國大連新港油罐區爆炸兩起事件，共洩漏 320 萬桶石油污染海域，還有 2016 年 3 月德翔貨輪在臺灣石門外海擱淺斷裂的嚴重漏油，都造成巨大經濟損失和生態破壞。
溢油污染後，通常先對可能或已造成的生態損害進行預防和處理，著重海洋生物的搶救保育與生態環境的清理復原；同時控制和回收溢油減輕污染，主要分成物理、化學、和生物等三類處理法，或用助燃劑燒光漏油。但除耗費人力外，吸油材料會吸收海水而影響處理效率、殘留的油膜層和化學藥劑造成二次污染、燃燒法無法回收石油、還會產生有毒物質，造成的副作用甚至大於直接經濟損失。因此研究團隊選擇六種水生植物研發仿生吸油材料，觀察葉片表面微結構和測試吸油能力，包括水龍骨目 (Polypodiales) 槐葉蘋科 (Salviniaceae) 的人厭槐葉蘋 (Salvinia molesta)、小槐葉蘋 (S. minuma)、僧帽葉槐葉蘋 (S. cucullata)、長圓葉槐葉蘋 (S. oblongifolia)、天南星目 (Arales) 天南星科 (Araceae) 的大萍 (Pistia stratiotes) 和睡蓮目 (Nymphaeales) 蓮科 (Nelumbonaceae) 的蓮花 (Nelumbo nucifera)。
槐葉蘋是漂浮性水生蕨類，葉片分為水面的綠色卵狀浮葉、和近似根可協助平衡植株的棕色變態葉，浮葉表面密佈由頂部長著細毛，由圓錐狀小突起組成的毛狀體 (trichomes), 由於能填滿空氣，構成浮葉的超疏水性 (superhydrophobic); 細毛末端能抓住水分、並將內部空氣膜封住，為親水性 (hydrophilic) 微結構，可有效保留空氣層，減少葉片表面與水的接觸面積、剪應力及摩擦阻力，達到降低表面自由能 (surface free energy) 的效果，特稱為「槐葉蘋效應」(Salvinia effect)。此外，蓮花葉具有奈米級蠟晶體，覆蓋由乳突形成的微晶，是兩級分層表面結構；槐葉蘋和大萍葉則具有更複雜的三級分層表面架構，毛狀體或毛高約數百微米，含有用奈米級蠟晶體疊加的微小凸起細胞，可確保其浮力和存活，表面覆蓋的疏水性蠟還能避免水分過度蒸發、微生物和機械損傷、或水的降解作用 (degradation)。
科學家測量四種槐葉蘋浮葉表面，人厭槐葉蘋的葉面積 256mm2 (=10-6m2, 平方毫米), 毛狀體結構是圓錐狀小突起，上接末端連結的四根細毛，形似打蛋器，高 2,629μm (=10-6m, 微米); 小槐葉蘋的葉面積 23mm2, 具有類似形狀的毛狀體，但四根細毛的末端散開，高 919μm; 僧帽葉槐葉蘋的葉面積 156mm2, 毛狀體是略彎的單一細長錐狀，高 558μm; 長圓葉槐葉蘋的葉面積 543mm2, 有圓錐狀小突起，上接末端連結的兩根細毛，朝相同方向彎曲，高 310μm。
測試這四種植物每平方公分葉片吸附能力的公克量依序為 650.0、319.3、313.5、441.1 gm-2, 證實人厭槐葉蘋的吸油效果最好，其葉片放入油水混合物中數秒內即可吸油，30 秒內可達最大吸附量，油可持續保留至數天後葉片代謝分解；而針對人造原油 Grüssing Roherdölersatz PAE15805、液壓油 Total Azolla ZS 10、和兩種原油 MiRO OK 679 及 MiRO EK 651 試驗也得知，當油密度和黏度愈高，人厭槐葉蘋的吸油能力愈大。並確定人厭槐葉蘋和大萍的吸油能力，均高於奈米纖維毛及市售兩種吸油劑 OI-EX Allwetter Typ III R 及 Deurex Pure。
槐葉蘋的毛狀體的高度、體積、獨特結構、和細毛剛性都會影響油的吸附力，尤其細毛末端形狀能決定油和空氣的接觸面積，細毛間的空間可用於存油，長毛吸油能力又比短毛高，具有適度彈性或剛性的細毛有適當彎曲度 (末端連接且向下彎曲), 能確保油和空氣界面被支撐，擁有較高的吸油能力、並能長期保留。若細毛彈性太高，反而發生極端變形彎曲；或末端未連接的單根毛狀體是無彈性細毛，無法支持油和空氣界面，均導致吸油能力降低。
研究團隊因此建立 Nanofur 原型的改善基準，先將鋼板噴砂產生微奈米尺寸的小坑洞，然後加熱粗糙噴砂鋼板，壓製到聚碳酸酯薄膜中熔化表面，當鋼板回縮時，從表面拉出仿生毛狀體結構細毛，仿製長且彎曲的連結末端，經測試 Nanofur 改良版具有類似槐葉蘋葉片的複雜三級分層表面結構，雖然尚未能完全仿製人厭槐葉蘋打蛋器形狀的毛狀體，但已可支撐油和水界面，細毛間空間能完全填充吸收的油，實現高效吸油容量且能油水分離，可用於環境清潔並化身高效石油清道夫，解決海上漏油的污染問題。
(以上新聞編譯自 2016 年 8 月 16 日發行之 Bioinspiration & Biomimetics 期刊)
(本文由科技部補助「向大自然借鏡：生物行為的科學解密」執行團隊撰稿)
責任編輯：歐陽盛芝 / 國立臺灣博物館
審校：歐陽盛芝 / 國立臺灣博物館 |
蛛/蠶混紡絲 | 美國杜邦公司的科學家 1965 年意外發現了克維拉纖維 (Kevlar), 成為第一代防彈纖維。它的成分是芳香族聚醯胺，與尼龍 (脂肪族聚醯胺) 不同，特性以抗張強度最出色，約為鋼鐵的 5 倍。可是蜘蛛的曳絲比克維拉纖維還要堅強，彈性是尼龍的兩倍，不透水，又有延展性。2010 年，臺中一中高二同學陳永康利用高速攝影機發現，跳蛛會利用曳絲的性質提升跳躍降落時的安全性，獲得臺灣國際科學展覽會動物學一等獎。
曳絲蛋白質的主成分是甘氨酸與丙氨酸。科學家已發現生產蜘蛛絲蛋白質的基因，並在那些基因中找出特定胺基酸序列與蛛絲機械特性 (如強度、彈性) 的關聯，因此可能以基因工程技術「訂製」蜘蛛絲，滿足特定用途的需求。
但是收集蜘蛛生產的蜘蛛絲很困難。首先，蜘蛛無法大量養殖，因為牠們是獨處、堅守地盤，又會同類相食的動物。其次，蜘蛛吐絲是為了結網或特定目的，而為了不同目的，吐的絲就不一樣，養殖者無法控制蜘蛛的吐絲行為。利用其他生物平臺以轉殖基因製造蛛絲蛋白質，又有無法「紡絲」的問題，能製造蛋白質不等於會利用那些蛋白質製造絲。養蠶取絲就沒有這些問題。
最近美中學者合作，以基因工程技術把兩個蛛絲蛋白質基因轉殖到蠶寶寶體內，使牠們生產「混紡絲」— 蠶絲蛋白質與蛛絲蛋白質糾合交纏的絲。令人興奮的是，混紡絲極為穩定，強度超過蠶絲，與蛛絲不相上下，甚至更好。 |
未來造紙不用砍樹!? | 同學：哇！搭了這麼久的飛機，終於抵達的目的地！......
博士，我們來「索羅門群島了」要找什麼東西啊？博士：我們這次要找的是，一個將來可以讓我們造紙不用再大量砍樹的植物–「索羅門昂天蓮」!
同學:「索羅門昂天蓮」!?
導言
你知道嗎？未來造紙可望不用再大量砍樹！國立自然科學博物館副研究員楊宗愈去年在索羅門群島進行植物研究，發現新物種，暫時命名為「索羅門昂天蓮」; 未來可望在臺灣荒廢的土地上栽種，成為造紙的好材料。今天科學了沒？馬上就帶您了解，這個生長在臺灣邦交國之一的索羅門群島上的新物種「索羅門昂天蓮」。
正文
根據統計，全球一年紙張用量達到 5 億噸，必須砍伐上百億棵樹，嚴重破壞了珍貴的自然資源。而位在南太平洋的索羅門群島，當地百分之 90 以上為熱帶雨林所覆蓋，是臺灣邦交國，擁有豐富生態，原生植物多達 7 千多種，是地球植物基因寶藏庫。國立自然科學博物館副研究員楊宗愈，去年在索羅門群島進行植物研究時發現，當地新物種「索羅門昂天蓮」是個很好的纖維材料，可以製造紙張、衣服，生長時間短，適合臺灣栽種，播種大約 1 個半個月以後就可以長到 70 公分，未來可以廣泛用於造紙，將可以減少森林砍伐，極具生態意義。
屬於速生樹種的「昂天蓮」分布於亞洲熱帶到大洋洲等範圍，為常綠性小喬木。根據文獻資料顯示，民國 69 年林業試驗所早就從德國引進「昂天蓮」, 希望藉由引進「昂天蓮」這類迅速生長的樹種中，發掘出製造紙漿的新材料，來彌補日後製造紙漿原料的不足。使用的方法是割取昂天蓮根部上部的枝條，直徑大約 2 到 4 公分，而根部部分則是留在土壤中可以萌芽更新，不用透過播種來繼續繁殖。楊宗愈副研究員說:「所以臺灣把它引進來種了以後，種了四、五年，大概就是從它的根部以上剝取它的，砍掉或剪它的 2 到 4 公分的枝條，來做紙漿的試驗，意思就是不要太老也不要太嫩，那從根部以上呢，它的目的就是說，我砍掉以後它其實還從基部繼續長出新的出來，所以可以繼續不斷地使用。」
您知道為什麼叫「昂天蓮」嗎？其實很有趣的！是因為「昂天蓮」它的花原本是下垂的，不過隨著果實成熟時便會慢慢地由原先的向下，最後 180 度地轉為向上和地面垂直，而它的果實大概有 5 到 6 個花瓣，看起來就像我們認識的蓮花，抬起頭的蓮花，所以中文就叫做「昂天蓮」, 而且它有一個很大的特色是它的花色非常的暗紫紅，也就是臺灣話裡的「黑豆紅」, 是個滿特別的特徵。
根據文獻顯示，過去世界上只有 1 種昂天蓮，也就是我們剛剛講的，不過這次發現的新品種，外觀和昂天蓮相似度極高，但是在花色上卻不同，而且雄蕊絨毛、花萼翻轉的狀況也不一樣，一看就知道是昂天蓮的「堂兄弟」, 因此確認為新品種，楊宗愈副研究員說:「在植物學上面或是生物學上面，我們在作鑑定，或者分類的時候，我們稱所謂的生殖器官，就是花啊、果實啊這些東西，是最重要、最重要的，因為它比較不受環境的影響。那當你看那花你就知道，這花非常奇特，顏色完全跟我認知的是不同的；第二個，那它上面的那個毛絨是很容易用肉眼就看出來的，就大概是我當時對它的認知跟認識，我就說這一定是那一類的東西，不是那一種，可是一定是他堂兄弟。所以這「索羅門昂天蓮」發現，後來我看了以後在聯想到以前，查了一下資料，就發現它真的是可以做造紙的原料。」
看來科學家不僅常常為我們發掘新奇事物，同時也解決替代資源的問題，這就是科學好玩又實用的地方。以上就是本集的今天科學了沒？下次再跟著阿玫用科學，聽世界用不一樣的視野，下回見。 |
藍色珍寶:海洋微生物天然物 | 自古以來人類就從植物、動物與礦物尋找藥物，期望裡面所含的成分能夠治療或減緩疾病的痛苦。自從 1928 年英國醫師弗來明 (Alexander Fleming, 1881-1955) 由青黴菌發現抗生素以來，使用微生物所生產的天然物做為藥物的來源，特別是抗生素，就日益受到重視。這裡所謂的「天然物」, 是指由生物產生的天然化學成分，這些化學成分常常具有生物活性，可以做為藥物或應用在生物技術上。
隨著陸地微生物資源被充分開發，產出的活性天然物也逐漸減少，海洋微生物資源便受到重視。海洋微生物因需適應和陸地不同的物理與化學環境，選擇與陸源微生物不同的生化代謝途徑，可產生新結構的化合物，而有潛力做為藥物使用。
抗生素不斷的濫用，導致許多對人類有害的微生物產生了抗藥性，要使用其他較強效或新穎的抗生素，才能對抗已有抗藥性的致病微生物。再加上由於文明日漸進步，人類壽命逐漸延長，各式的文明病 (如癌症、心臟病、高血壓等) 對健康的威脅日益嚴重，使得新藥開發日趨迫切，海洋微生物活性天然物的篩選與開發就成為藥物研究的重點。
海洋微生物的多樣性
所謂「微生物」, 是指體型很小無法以肉眼看到，而需借助顯微鏡才能看到的微小生物，通常長度小於 0.01 公分。常見的微生物種類有：古菌、細菌、真菌 (如黴菌、酵母菌)、原生動物 (如草履蟲與變形蟲)、單細胞藻類、病毒，其中以細菌與真菌較為人所知。
地球的表面有 70% 被海洋所覆蓋，海洋隨著地理位置、洋流與深度有著各種不同的環境。海洋微生物經由長久以來的演化，有些已適應高壓 (最大可達 1,100 大氣壓)、低溫 (低於攝氏 0 度) 與厭氧的深海海底或低 pH 值 (強酸) 環境 (最低可達 pH 值 2.8)。另外，在大洋中溫度超過攝氏 135 度的海底火山口，也發現了許多海洋細菌的蹤跡。
一般來說，在不同海洋環境下微生物種類與族群數也不相同。外海微生物族群數以海面最高，平均約 107 個 / 毫升，隨著深度的增加，微生物的數量逐漸減少。而海底因為有由海面或陸地沉降的有機與無機沉澱物，微生物的數量與海底沉積物的性質有關，其中所含的微生物約 105~1012 個 / 毫升。科學家估計，海洋中所含的微生物總數約 3.67×1030 個，種類則約 100 萬種，因此海洋可說是一個幾乎尚未開發的新型微生物和其活性代謝物的來源。
既然存在於海洋中的微生物種類是如此的複雜，許多菌種之間可能有著難解的相互營養需求與生存條件的共生及競爭關係。文獻指出，以目前傳統的純菌分離培養技術，有高達 95~99% 環境中的海洋微生物無法在實驗室中培養，增加了對海洋微生物研究的困難。
海洋微生物天然物
佐貝爾 (Zobell) 與羅森斐 (Rosenfeld) 是研究海洋細菌的先驅，於 1947 年首度從海洋分離出可抑制陸源細菌生長的海洋細菌，顯示海洋微生物可做為新的活性天然物的來源。從 1997 年開始，科學家才大量地從海洋微生物篩選新天然物，且進展相當快速，到 2009 年為止，已發現了三千多種新海洋微生物天然物。
以 2009 年為例，從海洋微生物發現的新化合物就有 273 種之多。這些新發現的化合物不乏具有抗生素潛力的藥物，例如從海洋放線菌 Marinispora sp. 分離的天然物 marinisporolide A1, 可以抑制白色念珠菌的生長。此外，也發現許多可以抑制抗藥性菌株的化合物，例如篩選自海洋的短小芽孢桿菌可以產生化合物 amicoumacin A, 可抑制具有甲氧西林 (一種抗生素) 抗藥性的金黃色葡萄球菌。這樣的結果顯示，海洋細菌可能以不同機制或化學結構來抑制陸地細菌的活性，與陸地產生的抗生素有相當程度的差異。
微生物學家拉薩瑞尼 (Lazzarini) 等人歸納目前已知具有活性的微生物天然物，發現其中有 42% 來自放線菌，42% 來自真菌，剩下的 16% 才由其他細菌產生。因此，放線菌與真菌是最重要的活性天然物生產者，而放線菌中的鏈黴菌屬，生產 45~55% 目前已知的抗生素 (約 10,000 種), 是最重要的活性天然物生產菌。放線菌所產生的二次代謝產物含有廣泛的生物活性，如抗真菌、抗細菌、抗病毒、抗腫瘤、細胞毒殺、增強免疫抑制能力、殺蟲、抗發炎、抗氧化、酵素活性抑制等。
近年來對於海洋天然物的研究發現，從海洋無脊椎動物 (如海綿、苔蘚蟲類、被囊動物與海鞘) 所分離的天然物，有相當高的比率具有顯著的藥物活性。例如 2004 年從芋螺所得到的芋螺毒素，成為第一個被美國食品藥物管理局核准的海洋天然藥物 ziconotide (商品名是 Prialt), 可做為強力止痛劑用。
一些研究也顯示，許多存在於海洋無脊椎動物中的活性物質，事實上是共生微生物 (包括細菌、真菌、藻類等) 所生產的。例如由草苔蟲 (一種苔蘚蟲) 所分離出來的抗腫瘤天然物 bryostatin, 可能源自於其共生細菌 Candidatus Endobugula sertula。另外，皮耶 (Piel) 等人研究由斯文豪蒂殼海綿所分離出來可合成抗腫瘤天然物 onnamide 的基因，是源自於原核生物，推測這抗腫瘤天然物可能產自一株無法培養的海綿共生細菌。
由於人工培養海洋動物往往相當困難，當需要這些海洋動物所產生的天然物時，可以先借助海洋微生物的幫忙來生產化學結構相近的化合物，再利用化學合成的方法修飾成所需要的天然物。例如從紅樹海鞘可分離出抗癌藥物 Ecteinascidin 743 (ET-743),1 公克 ET-743 要從 1 公噸的紅樹海鞘萃取才能得到，目前 ET-743 的生產則是由來自海洋的螢光假單胞桿菌先生產前驅天然物 safracin B, 再以化學修飾的方式合成具有活性的 ET-743。
海洋微生物天然物的開發
開發新的海洋微生物天然物的 3 個主要步驟:
培養 海洋微生物由於肉眼看不到，須先在培養皿上培養至菌落能被肉眼看到後才方便操作。培養皿裡的培養基一般除了會加入一些營養物質外，還會加入洋菜使培養基呈固體狀態。此外，還可視培養的微生物種類加入適當的抑制劑，以抑制其他非目標微生物的生長。例如培養海洋真菌時，加入可以抑制細菌生長的抗生素，以抑制細菌生長。
天然物活性分析 雖然活性分析的方法很多，從簡單到複雜的都有，但由於篩選時需要進行大量的活性分析，因此常利用較簡單且可以大量進行的方法先做初步的活性篩選。抑菌活性測試是目前較常做為初步活性分析的方法，這個方法的原理與當初弗來明由青黴菌發現抗生素的方法類似，在培養基上觀察抑菌圈的大小而決定抗菌活性的強弱。初步篩選活性較好的菌株，可視需要進行進一步較複雜的人類疾病或癌細胞毒性測試等，以找出最有潛力的菌株。
活性菌株大量培養 針對活性最好的菌株的大量培養，以得到所生產的活性天然物。通常使用發酵槽進行大量培養，發酵槽可以控制培養液的溫度、pH、溶氧等參數，使微生物得到較好的生長環境。目前發酵槽培養的技術已經相當成熟。
分子生物技術的應用
隨著生物科技的發展，新的分子生物學技術也應用於海洋微生物天然物的開發上。
在微生物的物種鑑定上，除了傳統的形態及生理上的觀察外，目前常運用的核醣體 RNA 基因具有高度保守性的特點，利用核醣體 RNA 基因序列鑑定菌種，是分子生物技術的一大應用。
此外，利用基因體學技術分析單一微生物的全部基因序列，可以知道微生物體內所有的基因，再分析已知與生成代謝產物相關的基因，甚至不用培養就可推測微生物產生天然物的能力與化學結構。例如藉由分析天藍色鏈黴菌的基因體，發現這株菌有超過 20 個基因群與天然物生產相關，實際上在實驗室培養所產生的天然物數目遠小於此，如果能改變這株菌的培養條件，或許就會產生新的天然物。
新的多源基因體學技術可直接由環境 (如海水或底泥) 直接把所有微生物的基因體萃取後隨機定序，來分析環境中微生物群落的基因。這種方法可以不經過培養，直接分析較完整的環境中微生物群落的生成代謝產物相關的基因，可估計出微生物群落產生的天然物。例如泰塔等人分析海綿共生微生物群落的多源基因體，推測出海綿所產生的天然物是源自於海綿共生微生物。
臺灣是一個四面環海的海島國家，地處熱帶與亞熱帶交界處，不但擁有約 1,100 公里的海岸線，更有被喻為海洋生態系統中富生產力的各類海洋生態與環境系統，如珊瑚礁、紅樹林、海濱沼澤溼地等，使得面積占不到全世界面積的 0.3%, 海域中的海洋生物種類竟占全球的十分之一。如此得天獨厚的環境，讓臺灣在尋找新穎海洋微生物天然物方面有無窮的潛力。 |
博物館與現代科學的興起 | 今天在臺灣談到博物館和科學的關係時，大多數人第一個聯想到的可能是它的科普教育功能。博物館的主要訴求似乎就是以模型、影像乃至電腦裝置，用聲光效果和趣味化手法吸引參觀者，設法把艱深的科學知識以淺顯的方式傳播給一般民眾。一般人大概很難從博物館聯想到最先進的科學研究，然而博物館其實在現代科學興起的過程中扮演關鍵的角色。
現代博物館起源於大革命之後的法國，原本屬於皇家的收藏被革命政府充公，其功能也被重新定位。博物館不再用來炫耀皇家的權威榮耀，而是具有公共性質和教育功能的機構；政府聘任專業研究者負責管理，並運用博物館的收藏教育未來的專業人員。例如法國政府希望羅浮宮具有美術學校的功能，利用它的收藏來教育藝術家熟悉各種藝術風格。
1793 年，革命政府決議把過去的皇家植物園改組為自然史博物館，由頂尖學者擔任博物館教授，如居維業 (Georges Cuvier, 1769-1832)、拉馬克、聖夷雷 (Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, 1772-1844) 等人，創造了一個科學研究重鎮。
歷史學者匹克史東 (John Pickstone) 指出，植物園、動物園甚至大型教學醫院，大革命後都經歷和自然史博物館類似的體制改革，它們的管理權由業餘者轉移到專業的科學家與醫師手上，營運與專業研究者的薪資由國家提供。自然史博物館聘請的教授可以使用館內、園內豐富的收藏進行比較與分類，甚至對它們加以解剖，用各種方法分析標本。
在博物館如此重新定位之後，以博物館及類似的相關機構 (動物園、植物園，以及有著大批病理標本的教學醫院) 為中心，產生了一種以分析 / 比較 / 組合為主要特色的研究進路。在 1780 年至 1840 年之間，這種「博物館式科學」(museological sciences) 是當時最核心且先進的科學研究形式。
英國的博物館在 19 世紀的改變則較為漸進，但同樣重大。歷史學者魯克 (Nicolaas Rupke) 指出，當時英國出現一股博物館興建風潮。若說革命帶來法國博物館的巨變，殖民則是英國博物館擴張的重要動力。
探勘活動是殖民者認識當地環境，探尋自然與人文資源，進而加以控制與利用的重要手段。眾多殖民地提供了豐富的自然史標本與歷史文物，數量龐大、種類繁多的資料、標本與物件，最後還必須編目整理與研究。除了靠個人努力之外，更需要各種收藏機構提供資源、收藏空間與研究場所，博物館、動物園、植物園等都是這樣的機構。
在新設立的博物館中，具有科學史指標意義的是 1873 年至 1880 年間建立的自然史博物館 (Natural History Museum), 該館創建的最大功臣是比較解剖學家歐文 (Richard Owen, 1804-1892)。歐文的學說調和居維業的功能論與聖夷雷的形態學，加上他對恐龍與恐鳥 (moa) 等史前巨獸化石的研究轟動一時，使他成為 19 世紀英國最著名的科學家之一。
魯克所寫的傳記強調，歐文的科學事業和博物館是分不開的。他從 1827 年到 1856 年任職於皇家外科醫師院的漢特博物館，皇家外科醫師院掌管倫敦地區外科醫師的執照考試，院士代表外科界的權威菁英。漢特博物館奠基於 18 世紀英國著名外科醫師約翰 ̇漢特 (John Hunter, 1728-1793) 的收藏，然而先前管理不善，標本沒有編目，且發生館員抄襲漢特未出版手稿再予以銷毀滅跡的醜聞，外科醫師院就聘請歐文來編目收藏、改革該館，並提升其學術地位。
歐文卻和博物館的管理委員會相處不睦。歐文認為委員會提供的經費資源不足、苛扣薪水，又貶低他的工作成果。委員會則批評歐文的標本編目工作進行太慢，要求太多經費從事與醫學無關的研究。魯克分析這些衝突，指出歐文科學名聲高漲引起部分委員妒意是原因之一，但更重要的是結構性因素：漢特博物館經費來自外科醫師繳交的會費，並非政府預算，但歐文的研究興趣是廣義的動物學，不僅限於醫學。
另一方面，由於當時的大英博物館收藏許多自然史標本，但研究與展出的空間都有限，因此歐文主張把大英博物館的自然史收藏轉移到漢特博物館。他的構想基本上是受到法國做法的啟發，然而皇家醫師院內部有反對聲浪，認為該館標本收藏主要是用來訓練外科醫師，而非從事專門的生物學研究。於是歐文後來放棄把大英博物館相關收藏品轉到漢特博物館的想法，改為主張用這批收藏品另外成立一個專門的自然史博物館。
魯克詳細討論這事件引發的許多爭議，指出在政治上，執政的自由黨與女王王夫亞伯親王支持歐文興建新博物館的提議，保守黨則以耗資過巨的理由反對。有趣但並不令人意外的是，等保守黨執政之後，其立場改為贊成。另一個更重要的爭議是，如果獨立設置自然史博物館，大英博物館的收藏就會被拆散。
反對最力的保守黨國會議員葛里哥利 (William H. Gregory) 宣稱，自然史研究並沒有重要到需要花大錢設立一專門博物館。葛里哥利本人是藝術愛好者與收藏家，對國家藝廊非常支持。他認為對大英博物館中歷史文物感興趣者，都是有相當學識教養的上流人士；至於那些會有興趣參觀自然史收藏的民眾，多半是粗鄙不文的工人階級，無法欣賞文物之美，只會抱著獵奇心態觀賞奇禽異獸的標本。
對於在南坎辛頓 (South Kensington) 興建自然史博物館的提議，葛里哥利認為位於布倫斯伯利區 (Bloomsbury) 的大英博物館，現址較靠近工人住宅區，只要在館內劃出一小專區滿足那些對古怪化石有好奇心的民眾即可。事實上，興建自然史博物館的支持者中，也有人認為應該把文物遷往交通較不便、工人階級不易前往，但擁有自備交通工具的上流階層可輕易到達的南坎辛頓區，自然史收藏則留在大英博物館舊址。
上述關於自然史博物館的辯論其實反映出，在許多英國政治與文化菁英眼中，自然史較接近「動物奇觀」之類的獵奇收藏，難登學問修養的大雅之堂。生物科學研究的地位遠不如古典人文教養。
在漫長拉鋸之後，建築宏偉的自然史博物館終於在南坎辛頓區開幕，歐文出任第一任館長。在上述爭議脈絡下，自然史博物館的設立可說是英國科學地位提升的一個里程碑。該館一改過去英國博物館由社會名流政界人物組成委員會掌管經營大權的做法，改由研究專家出任館長主導館務，更是科學專業的勝利。
深度閱讀
Pickston, J. V. (1994) Museological science? The place of the analytical comparative in nineteenth-century science, technology and medicine. History of Science, 32, 111-138.
Rupke, N. (1994) Richard Owen: Victorian Naturalists. Yale Univ. Press, New Haven, CT. |
設計的知識與技能:符號理論與應用 | 奇妙的符號
一個符號的產生，可能是偶發的，也可能歷經漫長時間的演進。某些單一符號具有強大的力量，而這個力量來自於歷史的演進和意義的傳承。例如基督教的十字架、中國的太極圖、佛教的卍字等，就擁有獨特的力量，人們很容易受到這些單一符號的力量所感染，產生一種極大的向心力和宗教情感。一個符號尚且擁有這麼大的力量，更不用說一套符號系統的產生，它可能造就一個驚天動地的事件，漢字系統就有這樣的作用。
《淮南子 ' 本經》中記載:「昔者倉頡作書，而天雨粟，鬼夜哭。」意思是，自從倉頡造字後，所有的知識都能藉由文字的記載而留傳給後世，大自然從此藏不住祕密，神靈鬼怪因為無處可逃而夜半哭泣！這則古代文獻的記載十分有趣，其中的真偽無法辨別，但是，符號的創造，不管是結繩紀事、倉頡造字、楔形文字、埃及象形文等符號的發明，的確帶領人類從口耳相傳且蒙昧無知的漫長歲月，進入知識傳承，一日千里的境界。對於人類文明的進步，符號真是功不可沒！這或許是倉頡造字傳說給我們最大的啟發。
許多古代文明留下非常多神祕的遺跡和符號，出現在岩畫、建築、圖像、文字中，例如法國拉斯科洞窟壁畫、英國索斯貝利巨石陣、馬雅金字塔、北非岩畫、古老神祕北歐文字盧恩符文、中國四川三星堆遺址、埃及羅賽塔石碑等。這些古代遺留下來的遺址到底告訴現代人類什麼事？有不少現今已被破解，而這些神祕遺跡和符號的解讀過程，通常都藉由符號學的觀念進行分析和推測。
當代文學、電影、藝術和設計創作上，只要融入符號學的遺緒或殘影，必然吸引人們的注目，而作品會更富於神祕感和趣味性。丹。布朗的《達文西密碼》、安伯托。艾柯的《玫瑰的名字》都是運用符號理論寫成的著名文學作品，甚至已經拍攝成電影，廣受大眾歡迎。符號真是奇妙！符號理論的發展
符號學，這個專門研究符號傳達意義的學問，是一門神祕又引人好奇的學問，既古老又現代，屬於人文科學領域。人類是心思細膩而擅長使用符號的動物，若想表達事物時，便藉由語言、聲音、動作、姿勢、文字、圖像、表情、情緒等許許多多的形式呈現，而這些形式就是符號。因此，符號學除了研究符號本身的形式之外，更是一門研究符號所衍生意義的學問。
符號也傳承了文化延續的重責大任。由英國著名歷史學家湯恩比 (1889-1975) 為文化所下的定義，可以窺見符號對於文化的重要性，他認為:「文化是社會成員中內在及外在的規律。」一個文化的產生和延續最重要的標準之一，就是這個文化是否產生足夠的「內在及外在的規律」, 足以支撐整個文化的傳承。而「內在及外在的規律」的有形 (如造形風格) 與無形 (如風俗習慣) 事物的具體表現，就是符號。
符號學的發展源自於哲學家柏拉圖 (前 427 - 前 347) 對語言結構和理念的關注。柏拉圖在《理想國》中指出，當我們說到「馬」時，是指任何一種馬，它不存在於特定空間和時間中，它是一種「理念」; 但是，若指某一匹特定的、有形的、存在於感官世界的馬，那麼它是具有生命，且會死亡、腐爛的，它是一種「表象」。因此，柏拉圖的一種「馬」, 同時擁有「理念」和「表象」兩種意義，非常有趣，似乎和現代符號學之父索緒爾提出的「符號具」、「符號義」兩種符號層次遙相呼應。
發展符號理論的尚有幾位代表人物，每位學者的理論都有一套詳盡的論述，以下僅是重點精簡說明:
希臘哲學家亞里斯多德 (前 384 - 前 322)— 著重在語法學，主要探索詞彙在使用上的邏輯。
德國哲學家黑格爾 (1770-1831)— 現代符號學思想的濫觴，把不同藝術種類看成不同性質的符號，例如詩是用聲音造成的符號，建築是用建材造成的符號。
瑞士語言學家索緒爾 (1857-1913)— 把符號劃分為符號具、符號義兩種層次。
美國哲學家皮爾斯 (1839-1914)— 主要探討符號和對象物之間的關係，並把它劃分為 3 種性質：肖像性、指示性、象徵性。
法國思想家、文學家、符號學家羅蘭。巴特 (1915-1980)— 把索緒爾的理論提升為符號意義的第 1 層次，稱為「明示義」, 就是符號明顯的意義；自己則提出第 2 層次，分別是隱含義、迷思及象徵。
德國卡西爾 (1874-1945) 和美國朗格 (1896-1985)— 從美學和哲學的角度，建立文藝符號學。
美國哲學家莫里斯 (1901-1979)— 把符號學分成語法學、語意學和語用學 3 部分。
符號理論
筆者從事平面設計教育工作十餘年，發現符號理論是一個非常好用的設計方法，可以引導學生在設計創作上更準確地表現所要傳達的意義和目的。但是，前面談到的幾位符號學大師的理論，並非每一個都適合當作設計創作的方法。其中，筆者比較常把索緒爾與皮爾斯的符號理論運用在平面設計上，而索緒爾與皮爾斯的分類典型，也有部分重疊和雷同。因此，以下針對索緒爾與皮爾斯的符號理論簡要說明。
被譽為「符號學之父」的瑞士語言學家索緒爾是現代符號學的肇始者之一，他把語言學研究範圍發展成為符號學領域，他認為「符號是語言的基礎單位，語言是符號的集合體」, 並把符號劃分為「符號具」、「符號義」兩種層次。
索緒爾所稱的「符號具」和「符號義」又是什麼意思？「符號具」是指符號的外在具體形象，而這個形象是直觀的，你看到什麼，它就是什麼，沒有多餘的延伸意義。「符號義」則是指符號所延伸出來的意義，你所看到的外在形象並不足以說明它是什麼意思，它可能存在另外一個意義。
舉個例子，當我們看到一幅一個男子被釘在十字架上的畫面，就「符號具」的解釋觀點，可以說這名男子是被釘在十字架上的受刑人，在古羅馬廢除十字架刑罰之前，這樣的形象經常出現；就「符號義」的解釋觀點，我們知道這名被釘在十字架上的男子，不是普通人，祂是耶穌基督，是救世主，祂為了救贖人類，而讓自己在為義而受迫害下，體驗了人類所受到的極端痛苦。由上述案例可以知道，要了解符號的延伸意義是必須經過學習的，若無相關經驗，無法了解「符號」所能代表的延伸意義。
美國哲學家皮爾斯曾發現邏輯運算可以藉由電子開關電路完成，因此我們也可以說皮爾斯預見到電腦的原理。皮爾斯的符號學是在探討意識和經驗的學問，認為人類的一切思想和經驗都是符號活動。他所提出的符號理論擁有「三個三分法」, 非常地複雜。一般探討皮爾斯符號學較常引述他的「第二個三分法」, 而所謂「第二個三分法」主要在探討符號和對象物之間的關係，並把它劃分為 3 種性質：肖像性、指示性、象徵性。
所謂「肖像性」, 就是透過感覺器官就能感知的符號。「指示性」是指與符號本身有一定程度的關聯性，而這個關聯性可以輕易地就讓我們聯想到符號本身。所謂「象徵性」, 是指符號本身已不代表它本身，而是轉化為另一種約定俗成的意義。
仍以「十字架」為例子來解釋皮爾斯符號學的 3 種性質。當我們看到一幅一個男子被釘在十字架上的畫面，就「肖像性」的解釋觀點，可以說這名男子是被釘在十字架上的受刑人；就「指示性」的解釋觀點，就算十字架上沒有釘一個男子，這個十字架也代表釘耶穌基督的十字架；就「象徵性」的解釋觀點，十字架就是象徵救世主。
索緒爾的「符號具」、「符號義」似乎可分別對照皮爾斯的「肖像性」、「象徵性」。其中皮爾斯的「指示性」的分類，是索緒爾的分類中所缺乏的，但是相當程度上也可以把皮爾斯的「指示性」和索緒爾的「符號具」類比。因此，或許可以說，皮爾斯的「指示性」、「肖像性」很類似索緒爾的「符號具」概念。
符號理論應用於設計
符號理論如何應用於設計上？首先，以筆者在芬蘭赫爾辛基自然史博物館生物標本區所拍攝的馴鹿標本做說明。在這裡所看到的馴鹿的形體，只代表馴鹿自己或馴鹿族群。在索緒爾的觀點，它就是「符號具」; 在皮爾斯的分類，它屬於「肖像」。
筆者又在赫爾辛基商店櫥窗發現了幾項有趣的紀念品 — 由「馴鹿」造形設計的布偶紀念品。在這櫥窗裡的馴鹿布偶，已經不代表馴鹿自身，而是象徵「芬蘭」。馴鹿之所以象徵芬蘭，肇因於芬蘭原住民薩米人以豢養馴鹿為業，馴鹿既是芬蘭的大宗畜產，更是聖誕老人的座騎 (芬蘭自詡聖誕老人的故鄉就在該國北方的拉普蘭)。在皮爾斯的分類中，它屬於「象徵」; 根據索緒爾的觀點，它就是「符號義」。事實上，所謂「符號義」就是符號延伸出來的意義，也就是「象徵」。
由上述案例可知，設計必須善用「象徵」, 找尋適當的象徵物，藉以傳達想要傳達的意義。進一步，再藉 3 幅海報設計加以說明。第一幅的創作主題是「求救」, 仍以馴鹿為主視覺，主要訴求是:「動物被獵殺過度，導致生態不平衡，也因而影響到人類，動物的求救聲音就好比人類呼救的雙手。」作品中的創作要素有：馴鹿、雙手、紅外線熱像。「馴鹿」象徵一切野生動物；「雙手」和鹿角造形結合，象徵野生動物的求救；「紅外線熱像」象徵獵人手上裝設紅外線儀的獵槍。
第二幅海報的設計主題是「關懷日本」, 主要訴求是:「日本遭受地震海嘯破壞後，希望全世界能為受到災難的國家投入更多關懷。」作品中的創作要素有：震動的紅日、手、鴿子。藉由「震動的紅日」象徵受震災的日本、「手」象徵關懷、「鴿子」象徵希望，3 種圖像結合，能以簡潔、準確的視覺圖像喚起人們對受到天災摧殘的國家投以援助和關懷。
第三幅海報設計主題是「在破壞中追求享受」, 主要訴求是:「人類過度耗費資源，不知道自己是在破壞與毀滅中享受能源。」作品中的設計要素有：石油、紅酒杯。「石油」象徵被過度耗費的能源，品嘗紅酒被視為一種享受。「紅酒杯」中不是盛著紅酒，而是盛著石油，依照皮爾斯的「指示性」的觀點，未盛著紅酒的紅酒杯仍可視為「享受」, 只是人們享受的並非紅酒，而是裝在裡面的石油，也就是被過度消耗的能源。這幅設計作品運用隱喻性，希望人們對於過度浪費資源能夠有所覺醒。
綜觀上述作品的分析，或許可以說，善用符號理論進行創作，可使設計作品充滿象徵意義，不會過於直接和膚淺，進而增加訴求的說服力和作品深度。 |
找尋臺灣瀕危植物 | 臺灣植物的研究，在歷經十九世紀西方博物學家的採集、日治時期的調查、以及數十年來的資料整理累積，目前已知的種類有四千多種以上。在這座自臺灣日治時期就已經創建的植物 標本館裡面，就收藏了很多植物學家為了判別種類，所封藏的植物模式標本。武威山烏皮茶，是臺灣一千多種特有種植物中的一種，最早由英國人亨利於 1892 年採集於臺灣南部；之後，日本植物學家佐佐木舜一在 1918 年再度採集，並且命名為屬於山 茶科山茶屬的武威山茶。但是，因為當時所採集的模式標本遺失，因此使得許多植物學家，對於它的了解，僅能夠依據佐佐木舜一的文字描述，憑空想像，甚至懷疑它的存在。在近八 十年的歲月裡，並沒有人見過佐佐木舜一所發現的武威山茶，直到 2005 年，在南臺灣屏東的山區中，才又再度被發現並確認。對於失去蹤影逾 80 年的臺灣特有種植物「武威山茶」重現蹤影，植物學家雖然欣喜於分類學上的新斬穫，且重行認証了武威山茶，應屬於在臺灣少見的烏皮茶屬，而將其更名為武威 山烏皮茶，但是，卻同時對這個富有傳奇色彩的臺灣特有種，能否存續感到憂心。國科會「臺灣科普傳播事業催生計畫 — 媒體製作」補助慈濟大愛電視臺製作，2010 年 9 月 11 日首播本系列節目每週六晚 09:00 ~ 10:00 於大愛電視臺 (CH09) 播出部分已播畢內容可在本園及《發現》節目 YouTube 頻道重溫 |
人類與環境的浩劫–來自昆蟲標本的警訊 | 為什麼昆蟲標本可以傳達警訊？因為昆蟲本身對環境非常敏感，它們的生活史短，容易看到變化，而且比其他動物容易蒐集，讓我們容易觀察昆蟲與環境的互動。詹博士舉了個例子：夏威夷可愛島上蟋蟀的快速演化，原來能鳴叫的公蟋蟀在爭奪伴侶時是有優勢的，但在寄生蠅侵入後，會鳴叫的蟋蟀反而是受危害的主要目標，因此幾代演化下來，不會叫的公蟋蟀反而能夠得以存活。究竟人類是如何影響環境的？詹博士以臺灣梨為例，談到人們為了追求梨的口感與多樣性，發明梨穗嫁接法，又因梨穗從日本引進成本較高，致使部份業者走私梨穗，讓「梨木蝨」因此被引進臺灣，造成水果的大量損害。
另外，人類不喜歡某些「害蟲」, 但又不斷提供它存活的養分，「小黑蚊」就是一個明顯的例子。中部地區包含科博館，在夏天有許多小黑蚊在戶外活動，有時多到成為媒體寵兒。小黑蚊原先在中部山區最多，但現在幾乎已經蔓延全臺，小黑蚊靠藍綠藻為食，所以只要潮濕的地方就有可能繁殖。雌蟲會吸人血，如果吸飽了人血，一隻雌蟲可以產下 40 個卵。如果一個人被小黑蚊叮上 10 個包，15 天後，就會有 400 多隻小黑蚊產生。科博館一直不希望用噴藥的方式做防治，因為噴藥會危害環境中其他生物，只能不斷宣導大家應該穿長袖長褲，減少小黑蚊的食物來源，但是言者諄諄，聽者藐藐，所以在人類不斷提供血液的供給下，小黑蚊成長繁殖的養分無缺，所以到今天造成小黑蚊的大量繁殖。
櫻花開滿枝頭壯觀美麗，所以人們大量種植成林，這卻使得原先被列為保育稀有動物的霧色血斑天牛成了害蟲，人們陷入兩難，想要保留櫻花，就要撲滅害蟲，但這卻成為觸法的行為！東陞蘇鐵小灰蝶則是另一個類似的故事，這些小灰蝶原本只吃臺東蘇鐵，是稀有的蝴蝶，但後來卻因為蘇鐵大量引進作為行道樹，對小灰蝶而言食物大增，致使它們大量繁殖；不僅如此，隨著蘇鐵的引進，蘇鐵白輪盾介殼蟲也大量出現，造成臺東蘇鐵岌岌可危。平心而論，蟲蟲應該生而平等，但是如果昆蟲危害到人類或人喜歡的物種，就成為「害蟲」, 成了被撲滅的對象。
水果上最常見的是「果實蠅」, 果實蠅種類繁多，至今仍有許多種類尚未進入臺灣，所以各地機場對水果的檢疫都要嚴密把關，以免讓這些果實蠅入侵後，造成重大危害。果實蠅和其他害蟲難以根絕的原因，是因為環境之間的密切互動，縱使某區域完成清除，但是鄰近的地區沒有處理完善，昆蟲仍會在各區域之間往來。人們雖希望以物理防治為主，化學防治為輔，但在對昆蟲生物學不了解情況下，仍只能以化學藥劑來除蟲。蜜蜂是另外一個環境指標，西方蜂的採蜜策略是在於一次可以採很多蜜並儲存起來，因此它們採蜜的能力較東方蜂強，而成了蜂農主要養殖的種類。但是蜜蜂也面臨危機，農藥的氾濫對蜜蜂的影響很大，氣候的改變也使得蜜蜂疾病增加，生存壓力變大，因此疾病、殺蟲劑、環境和氣候間的強烈交互作用使得蜜蜂的生態系崩解失調。
紅火蟻是另一個令人類大傷腦筋的問題，為了監測紅火蟻的入侵，臺灣成立了國家紅火蟻防治中心。紅火蟻的攻擊性強，有時讓農民無法進入農地耕作。它們的生命力極強，又有毒蛋白，可能造成人類休克。科學家為了瞭解臺灣紅火蟻的來源，從分子生物學的角度分析標本，發現紅火蟻是多次入侵臺灣，中國的紅火蟻，也和臺灣一樣是多次由美國直接入侵。一般而言，入侵種生物的特點，就是生態適應能力強，繁殖能力強，傳播能力強。因此面對紅火蟻的戰爭，「只要有一刻懈怠，就會回到原點」, 也因此有人稱之為「昆蟲界的越戰」。
解開昆蟲謎題的關鍵，在於研究昆蟲標本，沒有研究就不會有答案。以「螳虫脩目」為例，從保存於博物館的標本，經由形態和內部構造的研究，發現是新的「目」, 目前已經發現了 4 科 10 種。人們接下來想探討這些物種是否已滅絕，又從新進標本的線索發現活體的存在。這些研究，都是以博物館的標本為基礎。動物和植物的分類學是重要的溝通語言，倘若不能明確指出物種的名稱，將會造成研究上的困難和溝通上的誤解。科學家為豐富博物館的昆蟲資訊，現在正致力於建立全球生命條碼資料庫，希望不僅生物學家能夠辨識昆蟲，也能普及讓一般民眾能夠辨識昆蟲。以這些分類研究為基礎，利用現代科技，進行數位典藏與資料庫的建立，以促進研究的發展，也同時進行科學推廣教育。
我們面對的環境無比複雜，究竟人類希望環境充滿毒害？還是蟲害？我們是希望保育昆蟲，還是保育花樹？我們所看到的昆蟲，是本土種？是外來種？是益蟲？是害蟲？是天使？還是惡魔呢？詹美鈴博士表示：自然界仍有許多未知，我們仍需努力研究瞭解！ |
高科技材料專題(一):石墨烯的新功能 | 說到「碳」, 大家會想到什麼？烤肉用的木炭？還是閃亮的鑽石？其實直到 1980 年代，傳統上認為碳就只有 2 種理想有序的型態：石墨和鑽石。之後，這張碳清單逐漸成長，現在已經有巴克球、奈米碳管、平面石墨烯片和其他等各種型態。
大家熟悉的石墨，是由碳所組成的六邊形結構形成的平面，平面間以微弱的凡德瓦力連繫著彼此；鑽石則是正八面體晶體。
巴克球 (C60) 是由五邊形和六邊形組成的球體，長得很像足球；奈米碳管大部分是由六邊形、少數五邊形及七邊形所組成的直徑，為奈米級的多重管狀結構。至於本篇主角，石墨烯則是由六邊形組成的平面結構，簡單的說就是單層石墨，也是目前所知最堅硬以及最薄的材料之一。
這些發現說明了碳可以具有形成多種型態的能力，而這些不同型態的碳，更顯示出許多不同於以往石墨或是鑽石的神奇性質。石墨稀具有高導熱性及高導電性，更是目前電阻最小的材料，而且兼具金屬與半導體的性質，再加上石墨烯實質上是一種透明的材料，因此研究人員競相研究想將原子厚度的碳片應用於透明觸控面板、光板、甚至是太陽能電池或其他商業用途上。
2013 年，日本名古屋大學的伊丹健一郎教授、美國波士頓學院的史考特教授 (Lawrence T. Scott) 和其他共同研究人員，又發現了一種未曾報導過的型態的碳─高度纏繞的奈米級石墨烯片。研究團隊利用碳 - 氫活化反應從聚環芳香碳氫碗烯製備出奈米級纏繞型態的結晶。利用 X 光結晶學和其他分析方法，研究團隊發現 26 環 C80H30 的產物呈現出具手性的結構，由 5 個 7 - 成員環和 1 個 5 - 成員環組成，並且包覆在相對的六角型碳晶格中。獨特的結構也顯示出其不同以往碳的性質。研究團隊目前正在努力，希望最終能夠利用這型態獨特石墨烯的電子和光學特性，應用並引領光電發展。
然而除了顯示出類似金屬的性質之外，石墨稀似乎還有應用到光電以外的用途。另外一組研究團隊，美國布朗大學的凱恩教授 (Agnes B. Kane)、赫特教授 (Robert H. Hurt) 和高教授 (Huajian Gao) 等人的研究團隊，發現了石墨烯另一種嶄新的功用。研究人員觀察到，石墨烯片的尖銳角和邊緣突出，可以刺穿皮膚、肺和免疫細胞的細胞膜。
研究人員更指出，當奈米刀尖穿刺過細胞膜時，石墨烯片會被完整吸進細胞，並且引發免疫反應或干擾細胞的功能和結構。這代表著石墨烯做成的點狀刀片或許可以當成載體將藥物送進細胞裡。利用螢光和電子顯微鏡觀察石墨烯片的行為，研究人員將實驗數據輸入電腦，建立出一套模型。然而如同許多奈米材料，石墨烯對人體的毒性尚未確定。凱恩教授期望以實驗、配合電腦模擬的方法，可以使石墨烯類材料的應用「在對人類健康及環境影響最小的情況下」蓬勃發展。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿 / 2013 年 11 月)
責任編輯：王名儒 | 國立臺灣大學物理學系 |
人造甜劑 | 化學家常常要做很多實驗才能找到所要的產物，把 A 加上 B, 在不同條件下 (如溫度、壓力、pH 值、溶劑等) 可能產生不同的產物。但在化學史上，有許多產物是無意中發現的，現在就讓我們來看 3 個人造甜劑：糖精 (Saccharin)、Sucaryl 及 NutraSweet (也稱 Equal) 的發明經過。
小百科
天然的甜劑以蔗糖為主，是葡萄糖和果糖結合形成的。人體藉由胰島素把葡萄糖帶進細胞當作養分，但有糖尿病的人缺乏胰島素，無法代謝葡萄糖，糖分就滯留在血液中，最後以尿液的形式排泄，因此有糖尿之稱。人造甜劑的發明，使得患糖尿病的人也能嘗到甜頭。第 1 個人造甜劑是糖精，化學學名是苯甲醯正 — 磺胺；其次是 Sucaryl, 學名是六環烷磺胺鈉；最後的 NutraSweet 是阿斯巴甜，學名是 N- (L-α-aspartyl)-L-phenylalanine,1-methylester。
發明者
這 3 種人造甜劑都是在美國發明的。糖精的發明專利是由法堡 (Constantin Fahlberg) 於 1885 年獨得，法堡是約翰霍普金斯大學的化學研究生。Sucaryl 的發明專利是由史偉達 (Michael Sveda) 於 1937 年申請得到的，當時史瓦達是在伊利諾大學化學系攻讀博士學位的研究生。NutraSweet 是由謝拉特 (James Schlatter) 於 1965 年申請發明專利，謝拉特是瑟爾藥廠 (Searle) 的研究員，擁有博士學位。
靈機一動
這 3 種人造甜劑都是無意中發現的，再進一步測定、精製、合成而申請到專利。先來看法堡是如何發現糖精的甜味。有一天晚上，法堡在家裡用晚餐，他發現手裡拿著的麵包有甜甜的味道。他就隨口問老婆是否加了糖或用特別方法做的，老婆說還是用和往日一樣的麵粉，也沒有加什麼特別成分。他的老婆抓了一塊麵包嘗嘗，卻沒有什麼味道，她說大概法堡在實驗室忙壞了吧。
法堡覺得奇怪，就用肥皂把手洗乾凈，再抓另外一塊麵包嘗嘗，這次沒有甜味了。因此法堡斷定甜味是來自他的手，猜想是下午在實驗室沾到什麼藥品得來的。吃完晚餐後，甜點也沒吃，他就跑回實驗室尋找甜味的來源。
他把那天下午碰過的藥品和產物一個個找出來，然後用手指沾一點嘗嘗味道，發現甜味是來自他正在合成的化合物苯甲醯正 — 磺胺。他就把它命名為 Saccharin, 取自拉丁文 saccharum, 是蔗糖的意思。後來發現糖精的甜度比天然蔗糖要高三百多倍，是世界上最甜的化合物。當時法堡的博士論文指導教授是雷姆先 (Ira Remsen), 雖然師生曾經共同發表過糖精的合成論文，法堡卻獨自申請專利。
再來看 Sucaryl 的發明。當時史偉達是在伊利諾大學化學系攻讀博士學位的研究生，他的研究工作是藥物合成，尋找可以殺死細菌的磺胺藥品。史偉達是個抽煙斗的人，但 1936 年俄亥俄州患水災，煙草都泡了湯，因此有一陣子煙斗用的煙草都有霉味，史偉達只好改抽香煙。但他不喜歡香煙，因為抽煙斗可以咬煙管過癮，抽香煙只能咬煙頭，很不過癮，常常煙頭煙紙都是濕濕的。
1937 年的一個下午，在做實驗時，他把抽了一半的香煙放在實驗檯上，做了幾個步驟的實驗後，又拿起香煙再抽，卻發現有甜味道。他就開始找甜味的來源，把那天下午動用過的藥品都找出來，然後一一試味道，結果發現是來自他剛合成的一些六環烷磺胺鈉結晶體，是屬於 cyclamate 族的化合物，史偉達把它命名為 Sucaryl。
Sucaryl 的甜度比天然蔗糖高三十多倍，但比起糖精的甜度還差十倍，因此當時沒有人問津。不過食用糖精後會有苦味，而且糖精的甜度在加高溫後會大降，後來就有公司把糖精和 Sucaryl 混合當甜劑，風水輪流轉，Sucaryl 也變得很普遍。但是到了 1970 年代，動物實驗發現糖精和 Sucaryl 會引起膀胱癌，美國食品藥物管理局就開始禁止製造。
最後來看 NutraSweet 的發明。發明者謝拉特是瑟爾藥廠的研究員，他的工作是抗癌藥物的合成。1965 年他在實驗室做一個加熱反應實驗，不小心碰到反應瓶，把一些溶液潑到瓶外。後來他把反應瓶拿到別的櫃檯上，剛好有一張紙掉到地上。他想去撿那紙張，因此先用口水舔一下手指再彎腰去撿，但發現手指有甜味。謝拉特注意到剛才潑到反應瓶外的一些溶液已經產生結晶粉末，他的手指曾經沾到那溶液，他推測一定是那反應產物帶來的甜味。進一步地嘗試，果然不出所料。他就把它命名為 NutraSweet。
NutraSweet 的化學結構是由二個胺基酸 (aspartic acid 與 phenylalanine) 組成的，目前還沒發現會對人體造成任何危害，是最常用的人造甜劑。
擊掌回響
雖然這 3 種人造甜劑的「發明」都是意外的「發現」, 但發明者能有「準備的心」, 當意外嘗到甜味時，能進一步追查、精煉、用心再合成，這些都符合科學家的研究精神：在有甜味的前提下，重複求證，最後得到一致的答案。但是這 3 種人造甜劑的化學結構完全不同，為什麼會有甜味是一個謎。後續的突破的故事會報導，近年來科學家如何利用基礎科學去探討甜劑的結構。
深度閱讀
Flatow, I. (1993) They All Laughed... From Light Bulbs to Lasers: The Fascinating Stories Behind the Great Inventions That Have Changed Our Lives, Harper Paperbacks, New York, USA.
http://en.wikipedia.org/wiki/Saccharin
http://en.wikipedia.org/wiki/Sugar_substitute#Cyclamate
http://en.wikipedia.org/wiki/Equal_(sweetener) |
水族館科學:海水觀賞魚永續發展,水產養殖培育 | 珊瑚礁。(圖 / 種子發)
珊瑚礁海域面臨威脅
台灣地處亞熱帶，有黑潮流過，南北兩端都有珊瑚礁的分布，海洋生物的歧異度非常高。台灣的珊瑚礁魚類至少有 2,000 種，占海水魚類的三分之二以上。然而，台灣珊瑚礁魚類的數量也正不斷銳減中，主要是因為社會經濟迅速發展，忽略了生態保育與平衡，導致今天沿岸環境的嚴重汙染與破壞。再加上台灣民眾喜食海鮮，以及毒魚、炸魚等趕盡殺絕的劣習，使得原本生活在珊瑚礁區的魚類逐漸消失。
海水觀賞魚絕大部分屬於珊瑚礁魚類，主要集中在三大洋接近赤道兩側的珊瑚礁環境中，以野外採捕為主。但不肖的貿易商持續支持破壞性漁法，使得全球珊瑚礁海域日益面臨威脅。
水產養殖，海水觀賞魚永續經營
有 80% 以上的海水觀賞魚在從野外採捕到居家水族箱飼養的過程中，死於毒害，低劣的採捕、搬運與蓄養的手法，以及疾病。由於這些被採捕的魚類在整個產業供應鏈中存活率很低，加上現今水族產業對於這些魚類的需求，促使人們亟需找出一個可以永續經營海水觀賞魚貿易的方法。
現今海水觀賞魚的交易量每年約 1,400 萬～3,000 萬尾，因應持續攀升的需求量，須藉由改善珊瑚礁魚類繁養殖的技術與開發新的水族生物，減輕對珊瑚礁的威脅，而這也是當前最能保護珊瑚礁棲地的方法。儘管淡水觀賞魚類約 90% 來自人工繁殖培育，只有 1~10% 的海水觀賞魚繁殖成功並商業化。
水產養殖是目前最具有潛力的途徑，不只讓海水觀賞魚類在供應上可與野外採捕輪流交替，也促使我們蒐集這些魚類的生活史，以增加自然環境中的生物資源，讓我們了解這些魚類如何回應人類活動所造成的衝擊。大部分珊瑚礁魚類的生活史可分為胚胎、仔稚魚及成魚 3 個階段，要完全養殖海洋魚類勢必要從受精卵培育到成魚。
親魚培育與繁殖
新進養殖場的珊瑚礁魚類親魚必須先經過檢疫、馴餌、配對才可移至產卵池培育，以增加成功產卵的機會。若生病，則需要施藥治療。
首先，必須謹慎選用繁殖培育的親魚，因為質量好、優良的親魚是日後成功培育仔稚魚的基本要件。當以上條件都達成後，人工繁殖的個體應該取代野外採捕的個體。因為牠們較強健、較適應人為飼養環境，而且從幼魚開始飼養，可以長久存活在水族箱中，也不必經歷運輸過程中的緊迫。
每種魚類使用的繁殖策略各有不同，了解牠們的生活史是成功繁殖的關鍵。繁殖能力的發展仰賴內部與外部多種訊息的整合，而這些訊息提供我們了解生物在繁殖上的關鍵資訊。例如，牠們是否達到足夠生殖體型或能量狀態、是否處在最佳繁殖條件下、是否有適當的配偶可供繁殖。要在人為環境下繁殖特定的魚種，能夠分辨生物的性別是一大重點，形成繁殖配對通常是透過試誤法或鑑別特定性徵、性器官。
在魚類的性別決定之後，下視丘的腦下垂體性別中樞會啟動，而光照周期、溫度、食物對於性別成熟都是非常重要的。可以用定時的照明和熱泵系統調整光照周期和溫度，透過模仿野外自然產卵的環境條件，如季節變化中的日照長短、溫度來誘導魚類產卵。
海水魚產卵類型有沉性卵與浮性卵兩種。產沉性卵的魚類通常把成團的受精卵產在固體的表面或洞穴中，這種方式需要親魚護卵，照顧受精卵直到魚苗孵化。在產卵期間，雌魚需要足夠的攝食以維持卵巢質量。在魚缸中飼養時，需要製造適當的水流讓受精卵獲得充足的溶氧，水流製造越多，則雄魚用胸鰭煽動水流的頻度就可以越少。雄魚也會用口去清理受精卵，去除死卵和雜質。
產浮性卵的魚類則把精卵排放在水層中，並展現出複雜的求偶模式。和產沉性卵的魚類相比，卵徑一般較小、卵數較多。產卵行為通常發生在黃昏，因為這時掠食者開始找尋藏身處，而夜行性掠食者在這時的活動力還很低，被掠食的壓力較小。
胚胎發育與孵化
基於不同的繁殖策略，浮性卵在數小時到 1 天就會孵化，沉性卵則在數天以上。雖然在胚胎發育過程中受到絨毛膜的保護，但還是有許多不同的生物性過程需要為這些獨立的生命準備。
在種內專一性的發育過程中，胚胎改變從外界攝取營養，產沉性卵的種類在這個階段完成絨毛膜的分解 (孵化)。孵化過程是酵素和機械作用同時發生，包括胚胎的扭動、孵化酵素、卵膜層構造，親魚護卵等。在幾種產沉性卵的魚類中，成功孵化可能受到周圍環境光照的影響，因為牠們的卵大部分在夜晚孵化，這種孵化策略讓仔魚受到掠食的機會大為降低。
在孵化過程中，仔魚和前期仔魚對於任何劇烈的物理、化學性的環境變異非常敏感。沉性卵的仔魚在卵中發育直到出現具有色素的眼睛及鰭膜、卵黃囊幾乎耗盡、口部及消化道開啟。然而，浮性卵的仔魚非常微小，孵化時仍是前期仔魚，缺乏具有色素的眼睛、消化系統或口部，仍然留存一個大的卵黃囊，在水層中需經過 48 小時的發育階段。之後，前期仔魚會繼續發育成活動力強且具有色素眼睛及消化系統的仔魚。
仔魚培育，適宜環境與餌料生物
仔魚和前期仔魚在魚類初期生活史中都非常脆弱。在不同的仔魚培育系統中，現今已可營造一個餌料豐足且少有掠食者的環境。這個培養空間可以聚集仔魚和牠們的餌料，增加餌料的被攝食率，提供隱蔽及減少潛在的物理傷害。此外，控溫和打氣是在外面的大水槽中，在小型培養空間裡面的水是非常乾淨、溫暖的，且鹽度與天然海水相似，所有的條件都符合仔魚的天然生存條件。
珊瑚礁魚類仔魚培育的主要瓶頸是在從內因性營養到外因性營養的轉變階段，以及這些仔魚生活在大海中，需要模擬這樣的環境。熱帶的海洋環境是溫暖、水流平靜的，具有適當的餌料生物密度讓仔魚攝食。
橈足類的無節幼生因有大小合適、富含高度不飽和脂肪酸等優點，是相當理想的海水魚苗初期餌料生物。
海洋中的仔魚主要攝食橈足類、原生動物及底棲生物的幼生。不幸的是，橈足類很難連續培養，因而大部分的海水魚類都是用輪蟲和豐年蝦飼養。儘管輪蟲和豐年蝦有生產上明顯的優勢，然而牠們並不是仔魚最適合的餌料生物，因為不是仔魚的天然食物。對於一些很微小的仔魚如蝴蝶魚、海水神仙魚及石斑魚而言，這些餌料生物實在太大，牠們緩慢繞圈的游動方式也不足以誘引仔魚攝食，而且牠們的脂肪酸營養組成也無法符合海水魚苗的需求。
因此，找出適合的餌料生物替代輪蟲、豐年蝦的不足，以增加飼養仔魚的多樣性、成長及存活率，是繁殖上迫切需要的。橈足類的成蟲、橈足幼蟲及無節幼蟲是仔魚在自然環境中的餌料，在使用上可以單獨投餵，或與輪蟲和豐年蝦混合投餵。橈足類富含高度不飽和脂肪酸，特別是二十碳五烯酸 (EPA) 與二十二碳六烯酸 (DHA) 對於仔魚的存活和成長非常重要，缺乏這些脂肪酸會造成仔魚的低成長率、低攝食率、貧血及高死亡率。
海水觀賞魚研發的發展空間
農委會和台經院的調查顯示，目前台灣已能成功繁殖並具穩定供應國內外市場的海水觀賞魚超過 30 種，以 15 種海葵魚及 11 種雀鯛為大宗，但僅占國內觀賞魚整體產量的 2%, 占整體產值的 3%。整體而言，海水觀賞魚的研發還有很大的發展空間。
為了挽救目前正逐漸凋零的珊瑚礁魚類，海生館除了加強台灣珊瑚礁魚類的生態保育研究外，並自 2003 年開始，成立珊瑚礁生物繁養殖研究團隊，積極研究開發數種台灣高產值或稀有的珊瑚礁魚類的種魚培育及繁養殖技術。至今已先後完成十多種珊瑚礁魚類在人為環境下自然產卵，並把魚苗養成至成魚，創下全球首次人工繁殖成功的紀錄。這些技術的創新與突破有助於未來研究者了解珊瑚礁魚類的生殖、成熟、產卵、胚胎及仔稚魚生理生態，作為台灣發展海水魚繁養殖產業及建立水產資源永續利用的參考。 |
溪流河川:臺灣河川洄游生物的習性 | 臺灣河川洄游生物的保育問題
臺灣淡水魚類的基礎研究，雖然已經有百餘年的歷史，但是早期主要著重於分類研究，直到近年來才逐漸重視分布與生態研究。不過，這些基礎資料，似乎趕不上實際應用的需求，例如目前各地河川工程所急迫需要的基本河川生態資料，幾乎不容易由坊間的任何出版品或研究報告中獲得。因此，我們根本無法苛責哪裡的河川工程沒有做好生態保育的工作。
在所有河川生態資料之中，分類和分布資料基本上還算完整，尤其近幾年在農委會特有生物研究保育中心的普查之下，累積的資料相當可觀。但是在整體淡水魚類的生態研究上，仍有許多亟待探索的問題，其中之一就是各河川生物的洄游生態。
例如，新店溪碧潭攔河堰是整個淡水河水系最接近下游河段的一個人工障礙，過去因為大家不知道新店溪有什麼重要的水產生物需要保護 (其實日據時代的人早已經知道了，只是光復以後大家都忘記了), 因此在興建之初和幾次的修築，都未曾想過該做什麼生態保育的設施，如附設魚梯之類的構造。但是最近因為大家對於河川生態保育的重視，逐漸意識到攔河堰嚴重阻礙洄游生態，應該積極加以改善。然而我們是否知道應該怎麼樣去改善呢？這裡有哪些魚類或其他的生物呢？它們在那個季節會來呢？它們來的時候身體大小如何？游泳的速度又如何？有沒有不游泳的洄游生物呢？如果我們對於上面的幾個問題都回答不出來，那麼我們怎樣去設計一個好的魚梯來改善碧潭攔河堰呢？或許大家知道臺灣許多攔河堰都應該設有魚梯卻沒有做，但是大家也許不知道即使攔河堰設了魚梯，卻未必能發揮應有的功能，因為設計上缺乏生態上的考慮。在臺灣各地所設計的魚梯，有的造價可以高達上億元，但只要有一個環節設計不當，則血汗錢就等於白費了。因此，看起來不怎麼重要的基本生態資料，卻經常扮演非常關鍵的角色。
為什麼臺灣會有這麼多我們過去所不會注意到的洄游生物？主要是臺灣島位於黑潮流經的大陸棚，山高水急而少平原湖泊，原生性的純淡水魚類只有 70 餘種，然而海洋性起源的淡水魚卻有 100 餘種之多，尤其以黑潮所帶來的熱帶型淡水生物最多。其中蝦虎魚科和鰻鱺科魚類在臺灣淡水生態系中占有非常重要的地位。除了魚類之外，臺灣島上所產的淡水蝦蟹類，更是以洄游性的種類居多。
然而，過去我們的調查著重在內陸山區，對於河口或是河川下游地區的生態，通常都以為該地污染嚴重而不太加以重視。當然，如果真正要在這些地區調查的時候，所需要的設備和人力，往往超過山區溪流，所以可能沒有幾個實驗室有能力執行這種研究計畫。更何況許多洄游性的生物來去飄忽不定，經常需要夜以繼日地觀察，否則以一個月調查一次 (或者更少) 的頻率就想要碰到真正的洄游高峰群，簡直比買彩券中獎還困難。因此，以過去的經驗而言，除了許多助理和研究生不厭其煩輪班工作之外，還需要大量的經費僱請當地有經驗同時又有意願的民眾，長期協助各項調查工作，否則我們只有聽漁民講神話故事的份了。
臺灣的每一條河川中，生物種類的組成都有其特異之處。沒有兩條河川有相同的魚類分布，甚至是同一條水系的兩條支流都有不同的魚類組成。雖然我們至今仍未能清楚地了解到每條河川的魚類相，但是天然環境變化和人為改變環境等因素，會將一些特別的生物組成改變，甚至是徹底摧毀。為了讓這些原本就棲息在自然河川中的生物得到應有的尊重和照顧，就必須注意經營和保育問題。
因人類的行為而導致臺灣淡水河川的改變，可以分為三大類：物理性、化學性和生物性。巨大的物理性改變係指人為建造攔河堰或水庫，改變了水流，影響了水溫–通常是降低了上游的水溫而提升了下游的水溫 (但如果是水庫放水的話就不一樣), 阻斷了魚類找尋適當水域產卵覓食的生理需求。這時就必須有類似魚梯的保育措施，才能讓許多洄游性的魚類越過各種人工障礙物。
雖然近年來各地有一些魚道、魚梯的設計，逐漸改善了這種阻隔，但是因為基本資料的不足，設計和施工仍未能完全發揮其功能。何況臺灣每一條河川或是同一條河川的不同河段，都有不同的魚類，需要不一樣的魚道。整體而言，本省現有魚道的生態問題包括:
魚道設計的適用對象不恰當：大部分的魚道是以溫帶性的洄游性生物為對象，完全忽略亞熱帶洄游性魚類的不同需求。例如，雙溪貢寮取水堰與知本攔河堰的魚道，最主要的使用魚種都是小型洄游性蝦虎魚和鰻苗，坪林攔河堰魚道最主要的使用對象是小型香魚和鯉科魚類幼苗。但是，這些魚道的落差和水理條件都是以大型魚類的標準來設計的，因此使用上極為不便。
同一魚道缺乏可供不同魚類使用的多重考量：大部分魚道都只是單一規格，幾乎都是給跳躍性或是游泳能力極強的種類使用，對於那些攀爬性或是黏貼性的生物種類較不適用。例如，平鰭鰍類、鰍類、蝦虎魚、鰻魚和蝦蟹類等，運動的方式不同於一般的鯉科魚類，應當有特殊的魚道模式。
這些問題的發生，乃在於以往沒有任何洄游性生物的生態資料，所以無法設計出優良的魚道。以下簡略介紹臺灣的一些洄游性生物，供大家參考。
河川內洄游性的魚類
像我們所熟知的臺灣鱒 (櫻花鉤吻鮭) 和最普遍的臺灣鏟頜魚 (苦花), 都是會在河川內洄游的種類，它們必須在產卵的季節裡，由平常分散在水溫較高的河段，溯河到水溫較低的上游產卵。例如，臺灣鱒平常分布在水溫攝氏 16 度左右的水域，但是產卵地區的水溫必須低於攝氏 12 度，否則所產的卵就會孵不出來。像七家灣溪的河川被幾個攔砂壩切成好幾段，又沒有魚梯的設施，因此幾年來的調查都發現有許多魚沒有辦法上溯到適當低水溫的上游，只好將就地擠在一些根本不適合產卵的攔砂壩下方產卵，其結果大家一定猜得到，當然是全軍覆沒了！另一種大家常見的臺灣鏟頜魚，也是分布在平均水溫攝氏 20 度左右的溪流中，然而在產卵季節裡，成魚就會千方百計地上溯到水溫低於攝氏 15 度以下的河段產卵，因此每年在春、秋兩季裡，都可以發現許多臺灣鏟頜魚的成魚在溯河。
目前臺灣北部地區幾個水庫 (翡翠水庫和石門水庫) 裡的香魚，和一些溪哥 (粗首和平頜) 的幼苗，大都在水庫區域裡繁殖成長，但到了梅雨季節，就會成群地往河川上游溯河，主要是尋求更好的覓食場所。
這些河川內的生物在不同的季節裡，會在河川中上上下下游動，主要的運動模式都是以跳躍為主。但是每個地方洄游的種類為何？洄游時速度有多快？能夠跳多高？這些基本資料目前仍然不夠，還需要更多的人參與研究。
河海洄游性的生物
臺灣有許多河海洄游性生物，大約有 100 種左右的魚類，30 餘種的蝦蟹類。其中，有些是降海產卵的，例如鱸鰻、白鰻、東西兩岸的兩種毛蟹、大部分的沼蝦和米蝦。另外，有許多蝦虎魚科的魚類 (俗稱狗甘仔), 則是成魚會在河川產卵，孵化後的魚苗則必須到海洋中生活幾個月之後才又溯河回到河川中上游繼續成長。
以秀姑巒溪為例，目前記錄到的洄游性魚類約有 15 種，其中以大吻蝦虎魚數量最多，日本禿頭鯊次之，其餘尚包括一些珍貴稀有的蝦虎魚科魚類、湯鯉科、塘鱧科、鯔科和富經濟價值的鰻魚等。從分析魚類頭部耳石，可以清楚地知道，這些魚種的仔稚魚，在太平洋沿海生活一段時間之後，便會進入河川進行另一階段的生活。
以大吻蝦虎魚和日本禿頭鯊為例，在海洋中各自大約生活一個月和七個月才進入秀姑巒溪，其後依各種物種的游泳能力、攀爬能力以及生活環境條件要求的不同而分布於不同的河段。根據最近的調查，已經知道大吻蝦虎魚和日本禿頭鯊可以洄游至玉山國家公園境內的拉庫拉庫溪中游，距河口約 80 公里之遠，尤其日本禿頭鯊竟能爬過十幾公尺高的瀑布進入支流黃麻溪，其溯河能力實在令人驚嘆。
洄游性蝦虎魚的溯河活動從早上開始，中午是溯河的高峰期，直到天黑才結束。由於這些蝦虎魚都是集體行動，因此短短幾個小時便可捕獲超過十萬隻以上，其中大部分是大吻蝦虎魚和日本禿頭鯊。而尾隨這些遷徙性蝦虎魚之後的是一些較大型的掠食性魚類如棕塘鱧，也會一同被捕捉。鰻苗和蝦苗則在夜間遷徙，捕捉到的鰻苗以鱸鰻居多，白鰻在河川內較少而在冬季河口的撈捕則較多。蝦蟹苗在數量多的時候，可見到成群結隊地上溯。
以往大家最熟悉的洄游性魚類是溫帶地區的鮭魚，其不但經濟價值高，更因歷經各種艱辛的洄游過程而廣受矚目。但在屬於亞熱帶氣候的臺灣，卻有與洄游性鮭魚同等地位的洄游性生物–蝦虎魚科魚類。蝦虎魚因其經濟價值低且體型小，常被忽略，但此科魚類卻是亞熱帶地區的代表性河海兩側洄游性魚類。它的洄游行為所造成的生物奇觀和在生物學上所具有的意義，絕不亞於溫帶地區的鮭科魚類。
臺灣河川中洄游性的蝦虎魚類可能有十餘種，大部分的蝦虎魚都是在淡水河川中上游的石頭底部產卵。親魚會選擇適當的扁平石頭為產卵場，並將石頭底部的沙清除，用嘴巴挖出一個小洞穴，再將卵塊黏附在石頭底部。幼魚在數天之後孵化，並於 1 至 2 天之內隨水流入海，在海中度過一段浮游時期。這段海洋生活期的長短因魚種的不同而異，例如日本禿頭鯊約生活 6 至 7 個月，而大吻蝦虎魚則只生活一個月。經過一段海洋浮游期之後，這些幼魚便集體從海洋上溯到淡水河川內。進入河口之後的蝦虎魚便進入了一個截然不同的生命階段，這些魚苗通常是成群活動，因為物種間的生存競爭和外在環境的壓力，使得大部分的魚苗繼續往上游河段遷徙，這和鮭魚為了產卵而上溯是不同的，但卻同樣造成了洄游的生物奇觀。
大吻蝦虎魚開始大量溯河的時間主要從農曆 3 月底開始，一直持續至 6 月底。上溯魚苗大部分是在農曆月底的大潮附近數天和月中，並且只利用漲潮的時機進入秀姑巒溪。魚苗皆是利用潮水從低潮回漲到高潮的時候溯河，約是當天第二次潮的最高潮前後約五個小時中。就在這短短的幾個小時內，溯河的魚苗數量約在數萬尾到百餘萬尾不等，其壯觀的程度便可想而知了。
進入河口之後的大吻蝦虎魚會在河口區域，也就是長虹橋以下到入海口的廣大流域，滯留一段時間。以 2000 年取大吻蝦虎魚耳石觀察輪數的結果得知，其停留時間長短分為兩種。在大量族群溯河發生之前，也有少數魚苗先行進入河口，也就是在 2、3 月時溯入秀姑巒溪，這些族群會停留在河口約一個月。在主要族群大量集體溯河時，也就是在 4、5、6 月時，這些魚苗停留在河口的時間較短，大約十天左右。至於為何有這種停留時間的差異，可能是由於水溫和溯河數量多寡的緣故。2、3 月時水溫尚低，魚苗的活動力較弱，且溯河的數量極少，魚苗間生存競爭的壓力較小，故造成遷移的動力也較弱。4、5、6 月時水溫回升，而上溯魚苗的數量每次可能從數萬到十幾萬尾，所造成的生存壓力，已大到迫使魚苗必須早日繼續溯河。
經過在河口區域的停留之後，透明的大吻蝦虎魚苗也從全長 1.8 公分成長到 2.3 公分左右，隨後便集體往上游遷徙，其上溯行為皆發生在白天，夜間則是在岸邊緩流或淺流處休息。魚苗上溯時，若數量極多，便排成約 20 公分寬的帶狀，若數量較少時，便成一群一群分散的群體，沿岸邊約一公尺以內的距離往上游游去，游泳速度約 0.2~0.25 公尺 / 秒。如果水流速度過快，則會以腹部吸盤吸附在急流邊的淺水區或是溼潤壁上，慢慢地攀爬上去。
秀姑巒溪中另一種主要的洄游性蝦虎魚是日本禿頭鯊，也是當地居民最喜愛的吻仔魚。其在海洋中約度過 6 至 7 個月的浮游期之後，便分批集體溯入秀姑巒溪。第一次大規模集體溯河是在農曆春節左右，一直到颱風季節之前都還持續著，數量最多的季節在 2 至 5 月之間。來到河口處時全長約 3.5 公分，不但體型約為大吻蝦虎魚的兩倍，其游泳能力也比大吻蝦虎魚強。日本禿頭鯊在出海口處以及長虹橋上游的溯河行為和大吻蝦虎魚類似，就連前進的路徑都一樣，但是在河口區域的停留時間較短，約 1 至 2 天之後便繼續集體上溯。
除了以上所述的蝦虎魚科魚類之外，鱸鰻和白鰻可說是本省最珍貴的洄游性魚類，然而在河川中則以鱸鰻的數量較多。白鰻主要是棲息於本省北部河川下游和河口地區，南部地區和河川中上游河段則較少。鰻魚的洄游行為至今只約略知道。以白鰻為例，成鰻大多在秋冬之際下海，在本省東南方數千公里的馬里亞納群島附近，北緯 14~16 度，東經 134~143 度的太平洋中產卵。每尾成鰻可以產出約 700~800 萬粒的卵。卵孵化後會先經過一段扁平狀的柳葉型期，約經半年以上的漂流，到體長約 6~7 公分左右時開始變態，體型略微縮小，在每年冬季游至海岸河口附近時體長約 5~6 公分，身體變態呈細長的透明狀。這些鰻苗大都先棲息於河口感潮河段的泥地中，直到初夏時才逆流而上，在河川中、上游成長，可長至數公斤重，經濟價值極高。
鱸鰻的鰻苗終年在各地溪口都可以發現，但是以 5 至 6 月間最多。透明的鰻苗雖然目前仍舊不清楚它的出生地，但是由日輪的分析可以看出已經出生 6 個月左右了。這些鰻苗會毫不停留地繼續往河川上游溯河，但是因為環境的關係，只有極少數的鰻苗可以長成大型鱸鰻。這些鰻苗溯河的時候，如果水流速度超過 0.4 公尺 / 秒，就會改以蛇行狀的擺動和黏貼的方式鑽行於淺水邊，因此在設計魚道的時候，必須有特別的鰻魚道，或是在一般的魚道內附設可供鰻魚攀爬的繩索，才能夠讓它順利上溯。
根據經年在秀姑巒溪畔活動的居民們表示，當地夏季，偶而會看到許多小螃蟹成千上萬地在急流的水邊爬，或是乾脆就爬到石頭上，企圖越過湍急的河段，這種小螃蟹是字紋弓蟹的大眼幼蟲。這種相當驚人的集體洄游現象，以往僅在印度和斐濟有過報導，在臺灣尚未有人提到這種壯觀的生態景象。
字紋弓蟹在秀姑巒溪上溯的季節似乎相當長，甚至在 11 或是 12 月間仍然有相當數量的大眼幼蟲自海中溯入河川內。這些冬季溯河的大眼幼蟲，會先在河口棲息一段相當長的時間，變態成為幼蟹之後數月，才於隔年四月間再繼續上溯河川中游。相反的，在夏季裡溯河的大眼幼蟲，很可能直接進入河川，且不做停留就又直接往上游溯河。因此，在許多魚苗陷阱的地方，可以看到數量頗多的大眼幼蟲和剛變態的幼蟹。
秀姑巒溪以往以盛產大螃蟹著稱，目前也有少數捕捉毛蟹與溪蝦維生的漁民，以及不少以捕捉蝦蟹為樂的村民。他們所捕捉的對象以臺灣絨螯蟹為主，貪食沼蝦和臺灣沼蝦為輔。目前臺灣絨螯蟹的數量雖然已經不如以往豐富，但是在許多急流區附近的礁石灘，仍然有相當多的數量。
臺灣絨螯蟹是一種僅分布於臺灣東部的本省特有種洄游性生物。幼蟹在河川中約兩年即可成熟，生殖季節的降海洄游期為 1 至 5 月間 (相反的，在臺灣西部的日本絨螯蟹是在 9 至 12 月間)。此時成蟹會順流而下，在河口或內灣的海域產卵，抱卵數有 89,000~289,000 粒之多。產卵期在 3 至 7 月之間，而以 6 至 7 月為盛產期。親蟹在繁殖過後就會死亡，並不會再回到河川中生長，因此壽命僅約二至三年而已。受精卵在海水中孵化後經過數度的變態，大約 16 天就成為甲寬約為 1.55 公釐的大眼幼蟲，隨即成群地上溯至淡水河川繼續成長。此時也會有許多字紋弓蟹的大眼幼蟲一併上溯，而後者的體型較大，甲寬約為 3.87 公釐。
雖然每年 6 月至 8 月間可在河口附近採集到臺灣絨螯蟹的大眼幼蟲，但是比較不容易看到成群大眼幼蟲上溯的情形，只有在某些特定的日子 (可能只有幾天) 才可能看到，目前初步的了解是，毛蟹毫無疑問地會上溯到數十公里之遙的中央山脈小山澗之中成長，而字紋弓蟹則僅分布在下游泛舟河段的各主、支流地區而已。
這兩種蟹類都是雜食性而且成長快速的淡水蟹，係河川中的清道夫。臺灣絨螯蟹的體型頗大，可長至 8~10 公分，約重 200~600 公克以上，一直是人們喜好的食物。字紋弓蟹雖然數量也相當多，但是較兇猛而且體型比毛蟹稍小，一般人較不喜歡捕捉，但是仍然可以食用。近年來，由於天然環境的改變，以及人為的大量捕捉，這些珍貴的蟹類有減少的情形。
至於在臺灣西部地區的另一種日本絨螯蟹洄游的情形，在這幾年因持續在頭前溪觀察，稍微知道它們的上溯季節是在 6 至 8 月間和大洪水之後，以夜間活動為主，數量最多的時候每小時可以看到數千隻，如果水流小於 7.4 立方公尺 / 秒流量時，小毛蟹就停止上溯。因此對未來河川需要有多少的基礎生態維護放水量應該有更多的認識。
除了蟹類之外，臺灣洄游性淡水蝦類資源也相當可觀，這些蝦類的洄游習性非常特別，可能有許多前人所未知的生態習性。以往的野外觀察發現，東部的淡水蝦類在冬季 (農曆春節之前) 會成群結隊地降海，主要是剛交配過後的母蝦，都是趁大白天的時候順流而下。蝦苗在海洋中成長一段時間之後，會在夜間漲潮時成群結隊地上溯，在每年 5、6 月之間在河邊可以看到密密麻麻的溯河蝦苗，蔚為奇觀。然而目前都沒有詳細的資源調查報告，實在有必要加強研究。 |
放流魚苗與放生有何不同? | 你聽見海底傳來的聲音了嗎？噓！讓我們打開耳朵，細細聆聽！來自海洋的聲音。 潛水夫：Wow~ 今天好像很熱鬧ㄝ！我是魚類的好朋友–潛水夫「水哥」! 今天這一帶聚集了好多人，而且好像還有更多更多的魚類朋友呢！讓我過去看看到底是怎麼一回事。 潛水夫：喂！哈囉，這位應該是...... 鯉魚先生吧！你好，我是潛水夫「水哥」, 請問你們一大群要去哪裡呢？鯉魚：嗨，水哥，我們今天剛好搬新家，這裡就是我們以後住的地方。 潛水夫：搬新家？啊，我還以為你們這裡舉行魚類世界的國際電腦展呢！鯉魚：沒有啦，我們是被放流到這裡的魚苗，那邊還有一大群鯽魚朋友呢！潛水夫：喔～原來你們是被放生的喔，那你們可真幸運，放生是一件善事，你們以後可以在這裡組成一個超級大的家庭，大家一起好好生活下去了！鯉魚：啊？！並不是的，我們是被放流，不是放生的啦！潛水夫：放流...... 放生？這，不都一樣嗎？鯉魚：哪有？之前有好多人也是說要做功德，所以就放生了很多魚類或是其他的海洋生物，可是...... 牠們本來不是跟我們住在一起的，從他們進來以後，我們的環境就被破壞了...... 潛水夫：等等，我不太懂ㄝ...... 你們都是水裡面的生物，怎麼可能會完全破壞彼此的環境呢？你說的「牠們」, 是誰呢？鯉魚：唉，水哥，你真的不知道，那些被放生的魚類，很多都是外來物種，像是琵琶鼠、魔鬼魚、泰國鱧魚、還有肉食性的魚虎，牠們在這裡沒有天敵，就把很多生物都吃掉了！還好我們鯉魚跟鯽魚適應力強，才可以勉強跟牠們抗衡...... 潛水夫：天哪，那就表示，放生的時候不能隨便亂放魚嘛！對不對？那...... 你說你們是被放流的，跟放生又有甚麼不一樣呢？博士 OS: 放流跟放生的不同，一般來說，是在於「放生」比較屬於宗教活動，人們為了行功德，過去都任意進行放生，但是被放生的魚種有很多是外來魚種，牠們在新的環境當中幾乎沒有天敵，於是快速繁殖，結果造成部分河川、湖泊的原生魚種幾乎消失。另一方面，有的放生魚類會因為無法適該環境而暴斃，所以後來就有一種重視魚資源保育的活動，叫做放流，這是有計劃的「放生」, 進行放流的單位會評估環境，然後一次一次的、有計劃性的，把適合的魚類放流，希望能夠恢復河川、湖泊原有的生態。又大又深的海洋裡，蘊藏了許多新奇的知識，歡迎您也一起加入城市廣播與科技部的行列，探索更多海洋的奧秘喔！「來自海洋的聲音」第 39 則城市廣播網製作播出科技部補助 |
南海明珠–東沙環礁國家公園的秘辛 | 東沙群島位置約在北緯 20 度，東經 116 度；座落於高雄市西南方約 440 公里的南海中，總面積約為 3,535 平方公里 (約是臺灣本島的十分之一)。除了約 1.74 平方公里的東沙島常年裸露外，其餘地區大多數時間都隱沒於海下。鑑於它獨特的珊瑚礁特性及豐富的生物多樣性，2007 年設立了「東沙環礁國家公園」。環礁的形成大致要經歷裙礁、堡礁，最後才會形成環礁。東沙環礁約在距今 12,000 年前的第四紀冰河期後逐漸形成，自清雍正以來即被納入中國版圖，有漁民暫時居住，也曾被英國及日本人佔領。本演講介紹東沙環礁形成的機制、人文風貌、陸上動植物的分布，以及環礁海底的生物，並將以其保育實例，討論如何保育臺灣沿岸海域日益惡化的環境。
講演大綱
在 12 月 5 日的展望演講中，由嚴宏洋教授為我們主講，主題為「南海明珠 — 東沙環礁國家公園的秘辛與啟示」。嚴教授一開始就以自身的經驗告訴大家東沙環礁治癒人心的神奇能力，佐以大量碧海藍天的照片與影片，導領大家進入這塊一週僅一班飛機前往，少有機會接觸的淨土。
東沙環礁的面積約臺灣的十分之一，島上包括駐守的國軍等約有一百多人，居民的活動區域僅約 1.74 平方公里左右。其環礁的形成始於隆起出海面的火山被珊瑚蟲聚集圍起，形成裙礁；在裙礁與火山之間出現潟湖後，形成堡礁；而後火山消失後的地形，即稱環礁。當地的地理條件貧乏，土壤無法保水而不能種植，使得食物限量；蔣公銅像附近也有蓄水庫處理海水淡化，不過淡化成本高，僅能淡化到一定程度仍有鹹味，飲用水還是由臺灣本島供應。此外，島上沒有網路，也有限電措施，在都市人無事可做、冷氣不能開的夜晚，卻抬頭就能看到閃爍的滿天星斗，而如此美麗的夜空在孫維新教授的輔助講解下，感覺與我們更加親近。
陸地上多為馬鞍藤、林投，及日據時期帶來的白水木等，耐鹽分並可在沙地生長的植物。這裡也經常是候鳥的中繼站，往南方避寒的戴勝鳥就經常在此稍作歇息。而海域內的營養鹽少、基礎生長率低，使得藻類不易生長，海水大多偏藍。水面下的物種非常豐富，不論是魚類、甲殼類、珊瑚的類別相比於東沙環礁區域的面積有著驚人的數量，其中的大理石芋螺，更是身上帶有全世界第一個由海洋生物提煉的天然止痛劑 (zinconotide), 可供給無法使用嗎啡的癌末病人。
在介紹東沙環礁的影片中，分為北探外與東探外環礁兩個地形不同的區域。北探外多軟珊瑚，為往北緩降的珊瑚礁斜坡，以雀鯛科魚類為主，也有裸胸鯙及清潔蝦在洞穴附近，上方水層則多群游性魚類，如金梭魚。東探外則營養鹽較為貧瘠，珊瑚與軟珊瑚交疊生長，珊瑚覆蓋率高達 95%, 有多種與不同珊瑚礁共生的魚類在其中。此處外側為垂直岩壁，海流強勁，使海扇珊瑚可捕捉順流經過的蜉蝣生物，也還有海岬、藍洞等特殊地形。此外，嚴教授也播放了關於陸蟹往返洞穴、展現領域性的短片，介紹目前正要著手的其中一項研究，即是探討凶狠圓軸蟹、四角招潮蟹等當地不同品種陸蟹的生活習性。
最後嚴教授針對南海的經濟問題稍作講解。由於南海地區目前發現不少蘊藏的石油、天然氣、甲烷、水生生物等自然資源，臨近國家都想從每年 5.3 兆的經濟總值分一杯羹，也就有中國甚至不惜大幅增加國防支出設置人工島的狀況，而臺灣在整個南海中僅有三個島區，該如何守住資源、在國際上維護主權，將會是一門長遠而嚴肅的課題。 |
福至山林-福山植物園 | 位於新北市與宜蘭縣交界處，海拔高度 400 ~ 1,400 公尺的福山植物園，年平均氣溫 約 18 度左右，地處雪山支脈環抱而成的盆地中，因為承接大量東北季風及颱風所挾帶的 雨量，是臺灣最珍貴的亞熱帶雨林之一，也因煙霧濃密的雨霧美景，因而有「雨霧森林」的 美稱。臺灣現有的植物園大多位於低海拔地區，所收集展示的植物亦以熱帶及亞熱帶植物為主，唯 有福山植物園是位於海拔五百公尺以上，以收集、研究、展示臺灣中、低海拔植物為目標的 植物園。植物園中的林相展現中低海拔的闊葉林之美，樟科、殼斗科等台灣原生植物隨處可見，此外 臺灣原生的杜鵑花科也有 17 種，幾乎蒐集展示了臺灣杜鵑花科植物，目前開闢的 30 公 頃展示區，有七百多種植物，是認識臺灣重要原生植物的好去處。除臺灣原生植樹的展示、教育，福山植物園的另一功能則是種原保存，園內種植了包括臺灣 油杉、東亞黑三稜、烏來杜鵑等瀕危植物，而園區內的森林動態樣區則進行著長期的森林觀 測，期待了解氣候變遷對森林環境帶來的影響。緊臨植物園，有「臺灣亞馬遜」之稱的哈盆 自然保留區，則是臺灣少數仍保有低海拔原始闊葉林林相的區域之一。除植物外，福山植物園區內還不時可見鳥類、哺乳類、爬蟲類、兩棲類及昆蟲類等，而藍腹鷴、鴛鴦等稀有鳥類，山羌、臺灣獼猴則是隨處可見，更有食蟹獴棲息其中。因遊客總量管制及嚴禁遊客餵食的措施，福山植物園是臺灣少數能近距離觀察野生動物的自 然場域，既保有植物園設立時保育、研究的初衷，又能兼顧開放遊客參觀，進行自然環境教 育。本系列節目由慈濟大愛電視臺製作每週六晚 09:00 ~ 10:00 於大愛電視頻道 (CH09) 播出本系列部分已播畢內容可在本園及大愛電視 YouTube 頻道重溫 |
公民科學與生物多樣性:數鳥也能愛地球——台灣繁殖鳥類大調查 | 不知您是否對彰化的國光石化開發案或台東的美麗灣度假村等開發爭議有印象？近幾十年來，除了享受便利和舒適的生活之外，越來越多的人對自然生態、環境保育等議題更加關注。
<我們可以很直覺地想到，開發會破壞當地原有的自然生態資源。然而，如果能夠有基礎背景資料的數據支持，在辯論和抗爭時將能減少僅流於理念的爭論或情感的訴求。目前推動的台灣繁殖鳥類大調查 (BBS Taiwan), 正是為了蒐集這類型的監測資料，並期待長期累積的資料經過轉化與分析之後能夠讓這些數字說話，成為更具有說服力的資訊。
三大團隊的公民科學計畫：監測鳥類分布與數量變動
台灣繁殖鳥類大調查 (BBS Taiwan) 是由特有生物研究保育中心 (特生中心) 結合中華民國野鳥學會 (中華鳥會)、臺灣大學生態學與演化生物學研究所 (臺大生演所), 以及台灣各地對鳥類有興趣的民間組織，共同推動的公民科學計畫。希望長期性地監測在台灣這片土地上生活、繁衍下一代的留鳥與夏候鳥的分布，以及族群數量變動的趨勢。
為了達到上述目的，首先特生中心和台大生演所依照監測目的，研商、設計出參與的公民科學家能夠操作的調查方法。其後，到台灣各地對鳥類調查有興趣的民間組織，招募志同道合的公民科學家參與，在每年 3~6 月瀰漫著戀愛氛圍的鳥類主要繁殖季節，同步在台灣本島的各個角落依循標準化的調查方法數鳥，蒐集台灣野外繁殖鳥類族群數量的第一手資料。
這些資料經過分析和轉化之後，可以建立即時的鳥類族群監測指標，不但能了解每年鳥類的族群變化，更能做為評估生物多樣性指標的重要依據，告訴我們在生物多樣性的保育上有哪些警示出現？以及評估保育事務是否有需要調整的地方？<
BBS Taiwan 主要調查的對象是台灣普遍常見的日行性繁殖鳥類，包括留鳥與夏候鳥。也許，您會好奇為什麼是繁殖鳥類？其他鳥類不重要嗎？主要是因為繁殖鳥類要想辦法在這塊土地上傳宗接代，在繁殖季除了需要養活自己之外，還要供養幼鳥，對環境的要求度比只需要考量自身的其他鳥類來得嚴格。因此，繁殖鳥類的族群狀態與台灣環境之間的關係明確且直接，普遍常見的物種也可降低參與者的門檻，較適合需要集結眾人之力的大尺度監測計畫。
然而，單一的監測計畫無法涵蓋各種鳥類的狀況，特生中心也推動其他的監測計畫。其中，冬季留鳥與候鳥的部分，是由中華鳥會與特生中心合作，於每年元旦前後舉辦的鳥類計數活動「台灣新年數鳥嘉年華」(Taiwan New Year Bird Count, NYBC Taiwan) 來補足，至於過境鳥類、稀有鳥類以及夜行性鳥類，由於其出現時間或調查方法的特殊性，仍仰賴其他計畫進行有效的監測。
調查方式：定點調查法
要如何調查台灣的繁殖鳥呢？以下介紹 BBS Taiwan 的調查方法。BBS Taiwan 採用定點調查法，也就是在劃設好的樣區中設置 6~10 個樣點，每個樣點的直線距離間隔 200 公尺以上，有效調查半徑是 100 公尺，整個樣區涵蓋大約 1 × 1 公里的範圍。在每年 3 月到 6 月台灣鳥類主要的繁殖季節時，調查者於每個樣區重複 2 次調查，每次調查都在日出後 4 小時內完成。每個樣點的停留時間是 6 分鐘，並依據時段與距離段，記錄樣點周圍的鳥種與數量。每年 2 個早上，就可以幫台灣的繁殖鳥類留下重要的數量紀錄。
2009∼2014 年 BBS Taiwan 的調查樣區數。
調查樣區有預選樣區和自設樣區 2 種。預選樣區是依據分層取樣的概念，在台灣本島預先抽選獲得。也就是以 1 × 1 公里網格系統為依據，先選出各調查樣區的核心網格。核心網格的選定可分為兩種層級，首先以棲地環境狀況較佳，鳥類比較完整的各級保護區做為優先調查區域，包含國家公園、重要野鳥棲地 (IBAs)、自然保留區、野生動物保護區、野生動物重要棲息環境，考慮道路可及性之後隨機選取優先核心網格。
其次，為補足各生態環境的代表性，針對非保護區範圍則以空間資料 GIS 圖層輔助，包括生態分區、海拔高度、植被分布、道路分布，以及部分地區正射化影像的空間資料蒐集，利用分層隨機抽樣的方式選擇核心網格，規劃選出 428 個。然而，由於需透過志工長期監測，偏遠深山的樣區將增加調查的困難度，因此特別著重調查樣區的道路可及性，即調查樣區的位置選擇儘量是汽機車等交通工具能到達的地方。
此外，為了擴大公民科學家的參與程度，同時開放自設樣區的選項，由調查者在沒有預選樣區的地方，依循 BBS Taiwan 的規範，自行在想長期專注的地方設置樣區和樣點，目的是鼓勵志工在自家周圍進行長期的在地記錄，建立自身與這片土地的連結。不管是預選樣區和自設樣區，樣區和樣點的設置原則是不特意挑選環境，以讓 BBS Taiwan 能涵蓋所有可能的棲地環境。
2014 年 BBS Taiwan 調查樣區分布圖。
號召各路好漢：50 場調查訓練班與線上課程
為了號召各路好漢參與 BBS Taiwan 的監測活動，特生中心在 2011 年接手計畫後 (計畫初期由林務局計畫支持，臺灣大學生態學與演化生物學研究所設計規劃), 截至目前在全台灣舉辦大約 50 場的調查訓練班，面對面地向志工說明和練習這套標準化的調查方法。此外，把課程數位化，上傳到網站讓有興趣的志工可以突破空間和時間的限制，隨時隨地學習或複習調查方法。而官方網站與 Facebook 社團也是傳遞、交流相關訊息，以及分享調查成果的平台。
BBS Taiwan 官網。
2009~2015 年間，參與 BBS Taiwan 監測計畫的調查志工已達到 1,695 人次，累積了近 30 萬筆台灣野生鳥類的分布和數量資料。依據目前累積的資料，可以建立 99 種常見繁殖鳥類的族群指標，以及代表整體繁殖鳥類族群狀態的綜合指標。
調查資料發揮價值
也許您會問，累積了 30 萬筆資料又如何？有什麼用呢？以下就舉幾個應用 BBS Taiwan 資料轉化成推動保育政策制定的資訊案例，與大家分享。其一，BBS Taiwan 的資料已經應用在台灣永續發展指標系統中。行政院永續會擬定的永續指標系統，目的是希望藉由各項觀察或調查數據做為「指標」, 以反映台灣是否朝向「永續發展」邁進 (包括社會、經濟以及生態的永續)。因此，正確的指標選擇相當重要，才能正確反映台灣的環境現況。
生物多樣性是永續發展的其中一個面向，而鳥類的族群變動不僅能反映生態環境的優劣，其分類明確、受社會大眾關注等特性，向來是很好的指標物種。
高海拔生物對氣候變遷比較敏感，受威脅程度較高，淺山森林則因人為開發導致野生生物棲地嚴重流失，因此特生中心在 2014 年便設計「高海拔鳥類相對族群量」和「淺山森林鳥類相對族群量」這兩項指標。透過鳥類族群的監測，期能提早反映高山生態系以及淺山生態系的環境品質是否正在改變，並進一步推動有效的保育與經營管理措施。至於形成上述兩項指標的資料，便是從 BBS Taiwan 的調查資料中得到的。
從 BBS Taiwan 調查資料獲得的兩個綜合指標，已納入國家永續發展指標。
台灣的保育類鳥類名錄最大的變化發生在 2009 年 4 月 1 日的修正公告之後。名錄中新增了 16 種鳥類，但也有 15 種鳥類自原來的保育類名單移除。再者，野生動物保育法自 1989 年公布以來，一向僅能管制保育類野鳥的捕捉與販賣，一般類野鳥則無法有效管理。因此在 2013 年 1 月決定修法，規範以營利為目的的「買賣與加工」, 同年 10 月更預告修正「營利性野生動物飼養繁殖管理辦法」, 讓野生動物保育法除了管制原有飼養及繁殖事項外，也把買賣及加工一併納入法規管理！恰巧，自 2009 年啟動的 BBS Taiwan 已記錄了「新保育類名錄時代」下的鳥類族群狀態。中華鳥會在 2014 年 2 月 24 日會同田秋堇立法委員、台灣動物社會研究會與台北市野鳥學會共同召開記者會，運用當時分析到 2012 年的年報資料，發現移除保育類名錄的冠羽畫眉 (Yuhina brunneiceps, 減少了 38%)、黃胸藪眉 (Liocichla steerii, 減少了 19%)、台灣噪眉 (Trochalopteron morrisonianum, 減少了 45%) 3 種特有種鳥類的族群量都顯著下降。
台灣噪眉族群與冠羽畫眉族群的趨勢圖 (X 軸：年分，Y 軸：族群指標值，2009 年是起始年，定為 100)。
而當時最新的 2013 年分析成果也顯示，保育類名錄變化前後都列為非保育類的物種，也有 14 種的族群量呈現減少的趨勢，這表示僅關注保育類野鳥是不夠的！上述的記者會便運用了 BBS Taiwan 所提供的分析資料，做為支持「營利性野生動物飼養繁殖買賣加工管理辦法」修正草案的數據，並呼籲強化野外物種的保育工作，以及譴責捉鳥業者違法張網濫捕危害生態平衡。
以上僅舉兩個案例跟大家分享 BBS Taiwan 資料的運用成果，走到今年，BBS Taiwan 邁入第 8 個年頭了，持續累積的資料能夠被應用的範圍也漸漸增加。雖然相較於英國與美國上百數十年的長期監測，BBS Taiwan 還只是上小學的年紀，但是在眾多公民科學家的支持下，目前台灣可是亞洲第一個能年年執行繁殖鳥類調查的國家。期望未來 BBS Taiwan 能夠繼續成長茁壯，累積的資料能夠發揮更多的影響力。
在全球生物多樣性快速流失的今日，許多生物族群及棲地大量地減少與劣化。鳥類族群是人類生存環境健康與否的重要指標之一，我們關注鳥類不僅僅是因為牠們的稀有與美麗，也是因為鳥類族群的存續預言著人類的未來。因此，「常見的鳥，要讓牠常見」, 一直是 BBS Taiwan 的中心目標。好比說，我們生活周遭最常見的麻雀就是反映環境的重要指標，如果連麻雀都沒辦法生存，我們的生活環境究竟糟到什麼程度呢？期待您一起加入我們的行列，「數鳥也能愛地球」, 一起來 BBS 吧！深度閱讀
柯智仁、范孟雯、江郁宣、游婉如、顏了凡、楊昌諺、羅英元、林瑞興、蔡世鵬、李培芬 (2016) 台灣繁殖鳥類大調查 2014 年報，行政院農業委員會特有生物研究保育中心，南投。
五色鳥，拍攝於宜蘭縣。(圖 / Max Hsieh (雁子),iNaturalist) 冠羽畫眉，拍攝於台中大雪山。(圖 / Ben Tsai 蔡維哲，iNaturalist) |
氣候變遷對生態的影響 | 近年來筆者在多次的大型演講與研習活動中推出 「出色名片卡」活動，主要的理念是希望藉由科普教育的學習和推廣，不只要達到科學教育的普及化，更須融合生活與生命教育的內涵。
去年 3 月 11 日，日本東北地區發生超級大地震，二十餘公尺高的海嘯破壞力驚人，近海四、五公里內的城鎮無一倖免。此外，還引發了福島核電廠爐心熔毀，其災難與俄羅斯車諾堡事件同被歸類為人類史上最嚴重的七級核災，不但使日本遭到非常嚴重的傷害，對於亞洲和太平洋沿岸環境安危的影響更是深遠。
去年 1 月，澳洲布里斯班也因為海水升溫，引發連續颶風和洪水，造成慘重的損失，甚至牽動了全球原物料供給的緊張和糧食安全的驚慌。可見氣候變遷不但攸關民眾生計，而且已提升到國家安全的層次了。
讓我們思考一下，所謂「永續發展」的基本觀念究竟是什麼？它是來自西方的文化嗎？其實，這是我國的固有文化！因此我們更有責任來落實。
追求文明必須利用資源
資源的利用在經濟開發過程中是必須的，也就是說，這是社會繁榮所必須承擔的代價。由於一般人對資源利用與經濟開發的關係並不很清楚，因此當我們注意到經濟繁榮和生活品質彼此有衝突時，才警覺這個問題的嚴重性。
人類在生物世界裡僅是食物鏈的一環，經由長期的演化及適應，逐漸和其他生物建立了和諧的關係。然而近年來借助高度的科學技術，人類對天然資源的利用超乎了生物界生態關係間應有的界線，因而對整體生物圈的不良影響日益嚴重。人類利用資源以追求文明是必須的，但資源有限也是事實，這真是個兩難的選擇。
人類的科技一方面在開發現有的自然資源，另一方面在創造生活所需的民生物品，以滿足食、衣、住、行的需要，當然也包括育樂，即休閒活動。尤其是當經濟條件許可時，對這種精神活動的需求就愈加殷切。
保育的使命
人類在追求經濟開發及享用自然界的富藏時，必須考量生態系的負荷能力，並顧及後代子孫的需要，這就是資源保育的使命。如果說開發的目標是為了提供社會與經濟福祉，則資源保育的目標就是確保地球容載量，以求永續性的發展和保障一切生命體系。
我們所處的時代具有兩大特點。其一是人口增加所產生的龐大需求，促使人們在開採天然資源時採取短視的做法，但付出的代價早已罄竹難書，包括土壤沖蝕、沙漠化、耕地的消失、土石流、汙染、森林濫伐、生態系的惡化與破壞、物種的滅絕等。這些慘痛的後果在在說明了保育資源的必要性，保育工作是依據生態準則的健全經營，以及對生產體系的生命力與生物多樣性的尊重與維護。
第二項特點則是人類行動會引起全球間的交互影響，因而須負擔全球性的責任。對於自然資源的開發與保育，更需要各種全球觀的策略。
周朝已有保育觀念
保育的道理早在周朝就已有明述。《周禮》有載，當時有兩名官吏負責山林，一是「山虞」管理山地，另一是「林衡」管理森林。山虞監督並維護山地森林特定的種屬，並強制實施水土保持工作。百姓只能在一定的時節才准入山砍伐，冬季時在南方，夏季時則在北方。其他時節須是急需方准入山，但這特例仍有限制的地區，不得踰越砍伐。
林衡 (或森林督察) 管理山地以外的森林。四書的〈孟子見梁惠王篇〉中寫道:「不違農時，穀不可勝食也；數罟不入洿池，魚蝦不可勝食也；斧斤以時入山林，材木不可勝用也；穀與魚不可勝食，材木不可勝用，是使民養生喪死無憾也；養生喪死無憾，王道之始也。」
這段話有若在談論現代化的經濟。所謂整體經濟，就是在計算成本時不僅是廚房、人力或投注資金有多少？還要考慮到這個經濟活動帶給社會什麼樣的利益和繁榮。同時要顧慮是否會產生負面的結果。綜合這些考量後，若結果仍然是正面的才能去做，不能只因為少數人有盈餘就認為正當可行，仍必須考慮社會成本。
治標治本齊頭並進
講環境保護與生態保育，一方面是求取生活環境品質的改善，另一方面是希望對環境資源的利用度能達到最高，甚至使資源存續到下一代。對於非生物資源，如礦產，因為無法持續利用，只能在不得已的情況下為之。至於生物資源，則應該以科學方法探討其利用量及不破壞其成長環境的利用方法。另一方面也要注意是否會汙染環境。其實這些都是消極之道，尋找能實現永續利用目標的方法才是積極之道。
生物資源的特性表現在它是「生物」, 具有生命可以成長。它的存在代表了它是在各種不同環境下適應過來的，它最主要的任務是繁衍下一代。不管是人或是其他生物經過了長期的適應後，自然會知道如何繁衍下一代。然而人要如何繼續生存繁衍下去？需要怎樣的成長環境？人似乎比其他生物更容易忽略這一點。
其次，近年來人類所扮演的角色往往超越了其他生物，甚至主宰其生殺大權，因而使部分生物瀕臨絕滅的危險。造成這個問題的原因不單是過度利用，而是因為使用了物理、化學等高科技方式，造成了過度的捕殺。事實上，也應該考慮到人類所食用的生物，會因為其食物來源的物種生物消失而無法存在的問題，這些關係相當複雜且環環相扣。
環境汙染與生態保育實際上是互為表裡的，人人有正確的生態保育觀念，就不會產生環境汙染。如果產生了環境汙染，才談生態保育，那將需要付出很多倍的時間和金錢才得以改善！很遺憾的，人類常常在追求物質生活的同時，不但汙染了環境，也損害了精神的生活，屆時才警覺到生活品質的維護與提升的重要！因此，環境保護的工作，不能光談治本也不能只從事治標，而須以「治標要急、治本要早」的做法齊頭並進。
展望未來，為了確保野生動物的繁衍，以及自然環境的保全與保育，仍有很多工作急待推展，其重點不外是教育、宣導和基本及應用研究的加強，環境品質的維護與改善，以及全民愛護野生動植物觀念的建立等。唯有如此才能達到「生物資源永續利用」的終極目標，使全人類得以永生不息。
精神生活重於物質生活
有時候會聽說某人「為富不仁」, 也就是某人雖然很有錢，但欠缺一種對大我的共識，因此就精神層面來說，他是貧窮的。古聖賢告訴我們「仁者人也」, 也就是人之為人就是在互為支柱，也就是相互尊重，進而達到親民愛物。這些不正是前面所說的「對環境的共識」嗎？人們為了方便而有「你」、「我」、「他」之分，事實上這「你」、「我」、「他」也存在於大我的「我」之中。這大我的「我」也就是環境，甚至可擴大至家庭、社會、國家乃至全人類。
今天我們社會的經濟飛躍地進步。但相對的，社會文化和精神文明卻未能趕上這個步調，致使人們對大我的共識，不是欠缺就是薄弱，導致許多人「我行我素」、「為所欲為」、「淺見短視」, 而且製造了許多汙染、噪音、髒亂等社會問題，糟蹋了更多的資源。
全民共識
我國於民國 61 年實施臺灣地區全面禁獵，制定了「國家公園法」、「文化資產保存法」、「臺灣地區自然生態保育方案」、「臺灣沿海地區自然保護計畫」、「臺灣地區大型哺乳類站型保護措施」等保護法規，並自民國 71 年起陸續設置墾丁、玉山、陽明山、太魯閣等國家公園和自然保護區。民國 75 年更依據「文化資產保存法」, 指定稀有和瀕臨絕種動植物，由行政院農業委員會負責管理，充分表現了對自然資源保護的重視與實踐的決心。
近年來，民間對工業汙染、濫採、濫捕、濫砍等危害自然與破壞的行為，反對聲浪日高，顯示民眾對提升生活及環境品質的期望，加強自然資源保育已成為全民的共識。事實上，生態保育、開發資源與發展經濟三者根本不相衝突，甚至可說目標是一致的，都是希望能達到永續利用。乍看每個人似是獨立存在的個體，但從生態的觀念來看，卻是彼此密切依存的，因此必須有大我的共識，很多的問題才能解決。 |
拆除攔沙壩–再現溪流生機 | 1999 至 2001 年間，雪霸國家公園為了保育瀕臨絕種的臺灣櫻花鉤吻鮭，拆除了武陵地區高山溪的 4 座攔沙壩，這是國內生態工程一個重要的里程碑。它提供了人類活動和自然環境資源使用的一種新思維，也讓我們見證了人為的阻隔被移除後溪流生態再現的生機。
臺灣櫻花鉤吻鮭
臺灣櫻花鉤吻鮭是世界上分布最南端的冷水性鮭鱒魚類之一。牠們在氣候寒冷的更新世冰河時期拓殖到中臺灣的溪流，並成功地適應了溪流環境，整個生活史可以在海拔 1,700 公尺以上的溪流完成。
大約 50 年前，臺灣櫻花鉤吻鮭廣泛分布於大甲溪上游的 6 條支流。然而歷經人為的獵捕、農業的發展和攔沙壩的建造，櫻花鉤吻鮭的生存嚴重受到威脅。在 1984 年，族群的數量一度降到只約 200 尾，因此被列為瀕危物種加以保護。由於族群數量的稀少和僅存棲地分布的狹小，1996 年世界保育聯盟更把臺灣櫻花鉤吻鮭列為保育紅皮書中嚴重瀕危的物種之一。
鮭科魚類屬於靜待一處的捕食者，以水生昆蟲為主要食物，也會捕食靠近或落到水面的陸生昆蟲。臺灣櫻花鉤吻鮭的生殖季節大約是每年的 10 月初到 11 月底，其繁殖行為類似日本地區的陸封型鮭魚：雌鮭魚有搧巢的行為，雄鮭魚則會驅逐入侵者。台灣櫻花鉤吻鮭一般可活到 4 歲，體長達 40 公分，雌鮭魚一次可產 200 ~ 500 顆卵，產卵後並以砂石和小碎石覆蓋產卵場。
食物和生存空間是鮭魚選擇棲地的重要考量。研究發現，水溫是影響臺灣櫻花鉤吻鮭的重要限制因子，夏季時高水溫限制是攝氏 17 度，繁殖季節則是攝氏 12 度。鮭魚的卵和胚胎發育時需要高溶氧，因此泥沙太多會導致鮭卵的高死亡率。剛出生的鮭魚苗會聚集在河岸水流較緩的區域，長成幼鮭後，再慢慢往岸邊淺水區移動。在亞成鮭時期，偏好較深和流速較快的區域，成鮭則會選擇高流速的水域和深潭棲息。
為了保育這瀕危的物種，政府當局陸續推動臺灣櫻花鉤吻鮭保育計畫，這是臺灣最重要的、也是最完整野生動物保育計畫之一。
在 1938 年保育初期，當時統治臺灣的日本政府通過法律，禁止在繁殖季節獵捕櫻花鉤吻鮭，同時明訂鮭魚分布的溪流濱岸 300 公尺內為緩衝區，並且禁止引進臺灣櫻花鉤吻鮭的相近物種，以防止遺傳基因改變。1984 年，政府又把臺灣櫻花鉤吻鮭定為瀕臨絕種的物種，明訂野生動物保護法加以保護，並展開保育與研究工作。
1993 年雪霸國家公園成立後，鮭魚的保育更成為國家公園主要的工作之一。隸屬退除役官兵輔導委員會的武陵農場，也逐漸由農業轉型為生態旅遊。1994 年更成立臺灣櫻花鉤吻鮭保護區，規定區內禁止任何開發和改變。近年來，武陵農場也藉由逐年減少武陵地區的農業活動，以及釋出農場土地復育濱岸植被，加入臺灣櫻花鉤吻鮭保育工作的行列。
早期的保育研究留下了許多寶貴的資料，但大多是個別研究，缺乏有系統的整合和分析，因此實際影響臺灣櫻花鉤吻鮭族群數量的原因仍未能確切掌握。近年來由中興大學生命科學系負責推動的「武陵地區長期生態監測與模式建構」整合計畫，跨學門整合了包括水文、河相、水質、藻類、沿岸植被、陸棲與水生昆蟲、兩生類、爬蟲類、哺乳類、魚類、鳥類等的研究，並由 9 個不同單位共同執行，參與的研究人員超過 100 人，對於國內保育人才的培育貢獻卓著。
整合計畫的目標，是希望藉由建立包含臺灣櫻花鉤吻鮭在內的武陵溪流生態系數學模式，尋找影響其族群數量的控制機制，並建立武陵地區溪流的生態資料庫。為什麼要利用數學模式進行生態研究與保育管理呢？因為藉由模式可以整合野外調查數據，讓我們更清楚溪流生態的內涵，理解櫻花鉤吻鮭族群數量變動的原因，並預測將來可能的影響，以達到生態系管理的目標。因此數學模式在當今的生態學研究中已經占有一席之地。
攔沙壩的歷史背景
過去臺灣因為經濟快速發展，過度利用自然資源，使得環境遭到大規模的破壞。在過去 60 年間，山區農業積極發展，人為活動，特別是原生植被的砍除，以及攔沙壩的建造，無疑地已經嚴重影響到臺灣溪流的生態。臺灣南北狹長、東西狹窄、多高山，發源自高山的溪流多短促且坡度陡峭，流量非常不穩定，夏天氾濫，冬天又乾枯。因此防止崩坍的砂石向下游淤積，最常用的方法就是興建攔沙壩以穩定河床，目前全臺灣約有 3,000 座攔沙壩。
1960 年代末期，林務局基於水土保持的目的，在德基水庫集水區內的大甲溪上游建構了許多高度達 4 公尺以上的攔沙壩。臺灣櫻花鉤吻鮭分布的七家灣溪流域內，短短 7 公里就蓋了 11 座攔沙壩，造成鮭魚棲地的減少和破碎化，並把臺灣櫻花鉤吻鮭族群分割成十幾個終身無法相會的小族群，也阻礙了下游的鮭魚族群回溯到上游，嚴重影響基因組成的異質性發展。
保育觀念與生態工程
以往興建攔沙壩常為水利工程所需，至於是否影響溪流生態及水生生物的需求，則不值掛齒，因此攔沙壩對魚類資源影響程度的相關研究非常稀少。在 1980 年代，生態環境保育的觀念興起，臺灣櫻花鉤吻鮭面臨的困境才逐漸受到重視。對臺灣櫻花鉤吻鮭而言，棲地環境的改變主要來自於水溫與族群的阻隔，而攔沙壩除了會造成水溫升高，導致七家灣溪中下游河段臺灣櫻花鉤吻鮭繁殖期受精卵的高死亡率外，造成的洄游障礙也是導致鮭魚族群阻隔和遺傳多樣性貧乏的可能原因。
於是雪霸國家公園管理處邀請相關專家學者研討，透過水工模型試驗及現場資料觀測，進行河道水流、泥沙及水工結構物，以及水理特性的了解，並考量臺灣櫻花鉤吻鮭的生活習性。終於在 1999 至 2001 年進行高山溪 4 座攔沙壩的拆除作業，藉以改善河床棲地，重塑適合臺灣櫻花鉤吻鮭生活的棲地環境，使臺灣的生態保育層次往前跨了一大步。
棲地的改變
自然環境的干擾和人類活動的加成作用，是臺灣櫻花鉤吻鮭棲地變動最主要的原因。長久以來，攔沙壩飽受保育界的批評，認為對溪流生態與魚類資源構成嚴重的危害，但一直缺乏實測與量化證據的支持，雪霸國家公園高山溪攔沙壩的改善計畫正好提供一個絕佳的實驗機會。
「武陵地區長期生態監測與模式建構」整合計畫的研究發現，高山溪攔沙壩拆除後，河床上大石頭的比率升高，反而形成較穩定的底質。深潭棲地的比率也變高了，壩體上游的河床坡度逐漸平緩，鮭魚也能順利迴游至壩體的上游水域。河川的深潭常在岩盤、巨石和倒木的後方形成，是魚類在洪水來臨時避免被沖走的最佳避難所，而拆除攔沙壩後對溪流底質的安定及泥砂的輸移，並未產生重大的衝擊。
整合計畫更發現攔沙壩拆除後，遇到颱風季節的洪水時，櫻花鉤吻鮭族群數量雖然仍會受到影響，但回復的速度相對較快，因為泥砂和淤泥較容易被帶走，大石頭的比率明顯提升，反而形成更多的水生生物避難所。因此對於溪流魚類而言，拆除攔沙壩一方面可降低流速，減緩洪水的衝擊，另一方面減少混濁度，增加溶氧量，鮭魚卵孵化的成功率也會提高。
颱風帶來的洪水對臺灣櫻花鉤吻鮭的族群數量有重大的影響。分析 20 年來七家灣溪流量和櫻花鉤吻鮭族群數量的關係，發現有兩個時間點最為關鍵。其一是櫻花鉤吻鮭的繁殖季節，大約在 10 月底至 12 月初；其次是幼鮭的成長季節，大約是 1 月初至 4 月底。因此臺灣櫻花鉤吻鮭的保育工作，必須密切注意這兩個時段時武陵地區的雨量和溪流的流量，建立預警系統。雖然尚無法控制和準確掌握颱風和洪水的發生，但仍可廣植濱溪植被，設計溪流人工避洪道，或增加更多魚類避難所，執行更積極與全面的生態保育工作。
水溫是鮭魚重要的限制因子之一。整合計畫發現 1994 至 1999 年間，七家灣溪的均溫有逐年上升的趨勢，這對櫻花鉤吻鮭族群的成長顯然是一大威脅。但停止農業活動且復育濱岸植被後，農業營養源因而減少，水溫暖化趨勢就可以稍被控制，再加上攔沙壩改善也可讓水溫下降，對臺灣櫻花鉤吻鮭的保育有正面的助益。
整合計畫也比較了 2002 至 2004 年拆壩後的水溫資料，發現整個七家灣溪流域的水溫確實有下降的趨勢。惟在農業轉型為生態旅遊的同時，仍需特別注意民生用水和廢水處理的解決，以避免因遊客乘載量超過負荷而造成另一種污染。
鮭魚族群的成長
環境因子常常直接影響到生物族群。生物族群為因應環境的改變，也會透過族群自我調節而動態地改變其生活史，例如出生、成長、成熟、繁殖、甚至死亡等，並反映在其生活史參數的改變上。透過發展臺灣櫻花鉤吻鮭族群矩陣模式，可以估算鮭魚於不同時期在七家灣溪和高山溪的生活史參數值。
整合計畫的研究結果發現，目前整個七家灣溪臺灣櫻花鉤吻鮭的族群數量，仍大致處於平衡狀態，但有略為減少的趨勢。然而在高山溪自 2001 年拆除攔沙壩後，臺灣櫻花鉤吻鮭的族群數量竟然轉為正成長，顯示鮭魚族群有穩定成長的趨勢。雖然繁殖季節遇到洪水時，族群數量還是會下降，但回復的時間比以前快，顯示拆除攔沙壩對櫻花鉤吻鮭族群成長確實有所助益。
生物在面對惡劣環境時的因應策略之一是提早生殖。過去攔沙壩未拆除前，一齡亞成魚的繁殖率會影響隔年幼鮭魚的入添量。檢視 1999 至 2001 年高山溪 4 座攔沙壩拆除後，櫻花鉤吻鮭生活史的參數變動的趨勢，顯示棲地環境變好後，幼魚的成長率增加且變得更穩定。雖然一齡亞成魚的淨生殖率是下降的，但二齡以上成魚的淨生殖率是增加的，顯示生殖延後了，這一趨勢更符合自然環境中鮭魚成長的模式。
整合計畫也發現一齡亞成魚和二齡以上成魚的淨生殖率，較易受到環境擾動的影響，而成長率和生存率較不會，幼魚的成長率也比成魚的淨生殖率更為穩定。根據這些估算出來的族群參數值，研究人員發現只要善用生態的方法，些微增加幼魚的成長率，並提高從卵到幼魚的存活率，就可以使臺灣櫻花鉤吻鮭的族群數量維持正成長。
攔沙壩改善的啟示
臺灣櫻花鉤吻鮭的保育牽涉到許多相關的主管機關，例如內政部營建署雪霸國家公園、農委會林務局、退輔會武陵農場、經濟部德基水庫管理局、臺中縣政府農業局、臺灣電力公司等單位，因此亟需積極整合。至於整個武陵集水區的生態環境保育，則需要以宏觀的角度還決定權於自然，減少人為干擾。只要給生物時間，牠們自有辦法適應，並找出自己的出路。
生態保育的難題並不在於科學原理或生態方法，而是在取得「人」之間的共識。如何搭起友誼的橋梁，建立理性溝通的平台，共創多贏，才是問題的所在。生態保育並非完成式，而是需要持續進行的。只有勇敢面對過去的失誤，才有機會正確地走向未來。只要跨出第一步，永遠不會嫌太遲。 |
水族館科學:水族館是生物墳場或諾亞方舟? | 珊瑚礁魚類色彩繽紛，廣為民眾喜愛。(圖 / 種子發)
海洋生物的生存威脅
全球大型水族館的數量與日俱增，展示的大型水族缸動輒百萬加侖水量，所展示的生物近千種，生物數量更是從數萬至數十萬隻。無論水族館是座落在熱帶、溫帶或寒帶，珊瑚礁魚類通常都是其中重要的展示項目，因為珊瑚礁魚類色彩繽紛，廣為民眾喜愛。但除了熱帶海域有珊瑚礁生態系及珊瑚礁魚隻外，溫帶及寒帶海域並沒有這些生物棲息。
目前，全球販售的珊瑚礁觀賞魚能在人工環境中繁殖的種類聊聊可數，而這些水族館內的魚隻卻是從何而來呢？答案是野外捕捉！捕撈的方法眾多，如施放流刺網、毒魚等。在捕撈過程中，很多魚隻就已死亡，少數存活的就運送到全球各地。而在運送過程中，缺氧、溫度太高、氨氮的累積等因素，造成魚隻死亡的情況屢見不鮮。因此，我們看到展示缸中的魚，其實背後有更多的個體在捕撈及運送過程中殞沒。
除了人為的捕撈外，珊瑚礁魚類面臨的更大威脅其實是海水酸化、棲地破壞、營養鹽大量注入等。人類自工業革命以來，大氣中的二氧化碳濃度由工業革命時的 280 ppm 上升至現今的 400 ppm。海洋與大氣持續不斷進行氣體交換，因此二氧化碳最終也溶入海水中形成碳酸，使得海水 pH 值下降，也就是所謂的酸化。海水本是弱鹼性，大洋表層水的 pH 約為 8.2。如果大氣中的二氧化碳增量持續下去，預估到 2100 年海水表層 pH 會下降到 7.8。
酸化到底有什麼影響呢？針對珊瑚礁魚類代表 —— 小丑魚的研究顯示，酸化會影響小丑魚幼生的嗅覺，使其對臭味沒有反應。酸化也會影響小丑魚幼生的聽覺，對珊瑚礁附近的吵雜聲沒有反應。推測這些會影響珊瑚礁魚類幼生的棲地選擇及躲避天敵的能力，減低其存活率，進而使整個族群數量下降。
酸化也會直接影響珊瑚礁魚類的家 —— 珊瑚蟲所堆積的碳酸鈣骨骼，造礁珊瑚在低 pH 的環境下，堆積碳酸鈣的速率會降低，而已成型的碳酸鈣骨骼溶解速率會加快。蓋房子的速度變慢，房子消失的速度變快，如此一來，原本住在這珊瑚礁房子的魚類會暴露在捕食者的狩獵範圍而無處躲藏，族群會因被天敵捕食而銳減。
諸如二氧化碳上升、海洋酸化等全球性的衝擊，通常都是物種大滅絕的開始。大型水族館在大滅絕的過程中，是扮演助紂為虐的角色，還是諾亞的方舟呢？種源庫與仔魚培育
海生館大洋池。
現今一間大型水族館展示的生物就可能近千種，館內生物數量更是從數萬至數十萬隻。這些生物在經歷了從自然環境中被捕捉及運送至世界各地的人為環境後，倖存者一般都會受到良好的對待。在大型水族缸中非但食物不缺，通常也不會有敵人在附近虎視耽耽，生病了更馬上有獸醫醫治。因此，這些生物到達成熟體型及年齡後，一般也會在展示缸中配對生殖。
以海生館的大洋池展缸為例，其水量排名是世界前幾大，內有魚類四十餘種，且多是已長大成熟具生殖能力的種魚。池中的不同魚種會在不同的生殖季節產卵，依據過去的紀錄，平均每天約可收集到十多克的魚卵 (隨季節而變，4~5 月通常較多，可達 20 克以上，冬天則不到 1 克), 每克約含 1,000~1,500 粒魚卵。也就是說，大洋池中幾乎每天都有魚在產卵，而且可能是不同的魚種。這麼多的魚卵有什麼用處呢？答案是：全球大部分水族館中的這些魚卵就隨著溢流水流至戶外不知所蹤。
目前絕大多數的水族館所出生的魚卵，常隨著溢流水流至戶外不知所蹤。(圖 / 種子發)
有鑑於展示魚類會對野生族群構成一些壓力，海生館的繁養殖團隊開始嘗試在水族館中自行繁殖珊瑚礁魚類的魚苗，減少捕撈野外族群的壓力，達到生物永續展示的目的，水族缸內展示的成熟親魚便成為種源庫。然而，若是繁養殖這麼簡單，為什麼目前全球販售及展示的海水觀賞魚幾乎都是野外捕撈的呢？原因就是魚類繁殖能否成功最重要的因素，在於親魚的保種、幼魚的生長水質條件，以及魚苗的適口性食物等。
既然大型水族缸已成為種源庫，親魚的生存、營養等不成問題，面對的就是如何讓魚卵孵化後，小魚能成功長大。魚卵在孵化後，通常在腹部有卵黃囊作為初生仔魚的營養來源。在出生 2~3 天後，卵黃囊就會用盡，這時仔魚就需開始捕捉食物。
目前傳統的海水魚繁養殖是以輪蟲、橈足類無節幼生、橈足類等浮游動物作為仔稚魚的食物。雖然這些浮游動物已經很小，很難用肉眼看到，但對於大部分珊瑚礁魚類的仔稚魚來說還是太大，無法成為其孵化後開口攝食的餌料。也因此通常在孵化 5~7 天後，小魚就都活活餓死。為了突破這個「小」問題，海生館的繁養殖團隊發展了一套生態養殖法。
生態養殖法，控制氮鹽磷鹽仔魚各取所需
生態養殖法的養殖桶。
有別於傳統養殖法提供仔魚單一培養的餌料如輪蟲、橈足類無節幼生，生態養殖法並不提供餌料，而是以精準的檢測方法測量並添加養殖桶中水體的氮鹽及磷鹽濃度。這兩者是浮游植物生長所需，而不同的濃度及比例會讓不同大小的浮游植物生長。研究人員所要操控的是最佳的氮鹽及磷鹽比例，以讓較多的微型浮游植物生長，同時抑制較大型浮游植物。
以陸地上的觀點來說，控制氮及磷是讓水中多長出小草並抑制椰子樹的生長 (水體看起來同樣是綠色), 這樣剛出生的小鹿才有草吃。而水中有較多的微型浮游植物，較小型 (比輪蟲更小) 的浮游動物就有食物吃而可以存活及繁殖，剛開口的仔魚就能找到牠吃得下的食物而不至於餓死。且因為所收集到的是不同魚種的卵，生態養殖法可以讓不同種的仔魚選擇自己所喜好的食物，而不是傳統養殖法中提供的單一種輪蟲。
海生館的繁養殖團隊近年來以這方法陸續養成十多種魚種。若全球大型水族館都能利用這生態養殖法培養出各式魚苗並養成成魚，這些大型水族缸就不再是這些千里而來的生物的墳場，而是自然生態浩劫下這些水生生物的方舟。 |
水族館科學:魚兒也看病吃藥? | 水族箱一景。(圖 / 種子發)
魚病診療，完整流程缺一不可
踏入水族館後，映入眼簾的是許許多多千奇百怪，具有特色的水中生物。看著牠們悠然自得的模樣，除了讓人感到新奇之外，也帶來不少舒壓感覺。然而在這些生物展示的背後，其實需要付出相當的人力與資源來維持。
水生動物的疾病發生除了和環境、宿主與病原有關外，飼養管理也是重要的因素。
對於如何照護這些生物的健康是門大學問，畢竟這些生物可能遠離牠們的原生環境來到陌生的人工環境中，這當中如環境水質、宿主、病原微生物與飼養管理過程任何一個環節出現問題，都可能對生物健康造成威脅。而具傳染性的病原微生物包含病毒、細菌、真菌、寄生蟲等都是生物安全上須注意的風險，如何及早發現問題與正確診斷疾病成為維護這些水族生物健康安全的重要關鍵。
早期魚病診療在專業人才與技術設備較為不足的環境下，靠著口耳相傳的經驗處理現場養殖魚類的問題是十分常見的情形，這也造成盲目用藥和藥不對症所導致的惡果。隨著魚病研究的累積、人才的投入與病原檢測技術的發展，越來越多的工具與技術可以幫助我們進行魚病的診斷，以達到迅速確診、有效用藥的目的。
魚病的檢查流程示意圖。
一般而言，魚病診療過程包含病歷問診、水質檢驗、溼壓片檢查、病理解剖、臟器抹片檢查等。如同偵探辦案一般，有越多線索，破案的機率就越高，而靠現場勘查與相關飼育人員問診建立的完整病歷資料，有助於回推相關的風險因子。
水質檢驗有助於了解環境狀況 (如溫度、溶氧、氨、亞硝酸、pH 值、金屬離子等) 是否發生異常而造成影響。溼壓片檢查通常取鰓、體表黏液或鱗片置於載玻片上，加適量的生理食鹽水後覆蓋上蓋玻片，就可在光學顯微鏡下觀察鰓組織的結構是否正常，以及有無病原的存在。病理解剖可對各器官組織直接進行肉眼病變檢視，而某些病原會造成典型的病變特徵，如奴卡氏菌因會造成組織肉芽腫病變，常可見組織器官有密發結節的病徵，因此可作為初步診斷的參考。
取病魚鱗片進行溼壓片檢查可見到鐘形蟲 (綠色箭頭)。
此外，剖檢過程中可為後續的相關檢查項目進行微生物或組織採樣。臟器塗抹片檢查是把臟器組織直接塗抹在載玻片上，經染色後在光學顯微鏡下觀察有無病原存在，而作為疾病初步診斷的指標之一。依據上述檢查結果，初步進行診斷並先行給予處置，為的就是能及時控制病情使不致惡化。往後較為詳細耗時的實驗室檢查項目，則有助於釐清與驗證真正的病因。
經病理剖檢可見到感染奴卡氏菌症的魚隻脾臟有密發性大小不一的白色結節病徵 (綠色箭頭)。
組織病理學檢查，病原檢查
採取新鮮病變組織以 10% 中性福馬林固定，之後經一連串脫水、石蠟包埋、切片、染色、封片等步驟完成切片。透過這些組織病變的檢查結果，可告訴我們動物受到何種程度的傷害，甚至肉眼無法觀察到的病變也能在組織病理切片下一覽無遺。而除了常用的蘇木素 —— 伊紅染色外，也能根據需求選擇其他的染色方法 (如革蘭氏染色、抗酸染色或免疫組織化學染色等) 達到病原觀察的目的。
鏈球菌感染的魚脾臟組織經臟器塗抹後行經劉氏染色，在光學顯微鏡下可看到多量鏈球菌 (紅色箭頭) 與吞噬鏈球菌的白血球細胞 (黃色箭頭)。
鏈球菌感染的魚心臟經組織病理切片檢查，呈現心包膜炎，間皮組織增生並可見細菌團塊 (黃色箭頭) 在其中。
細菌生化性狀鑑定，初步篩選與參考價值
早期分子生物技術尚未普及時，魚類細菌病原的診斷可利用傳統生化學及血清學作為初步依據，由革蘭氏染色性與菌體形態及依靠各類特殊培養基對細菌進行培養與篩選，如弧菌常透過硫代硫酸鹽─檸檬酸鹽─膽鹽─蔗糖培養基。以這種選擇性培養基作為初步篩選，其中膽鹽成分可抑制大多數細菌生長，生長發育的菌落顏色則可反映出細菌本身是否有利用蔗糖的能力 (綠色菌落是不利用蔗糖，黃色是利用蔗糖後產酸)。
利用硫代硫酸鹽─檸檬酸鹽─膽鹽─蔗糖培養基作為弧菌的初步篩選。
爾後就有利用這些微生物龐大的生理生化性狀數據建立的菌種資料庫，發展出商品化的鑑定系統如 API 微生物鑑定套組，應用於某些革蘭氏陰性菌、陽性菌或酵母菌的鑑定。但是由於各水生動物所分離的細菌其生存的自然環境變異較大，水域細菌的分歧度也遠較人體分離菌株高，因此利用商業套裝產品鑑定系統鑑定水產病原菌的正確性，遠低於醫學人體分離菌的鑑定。此外，受限於菌種資料庫缺少某些水生動物細菌種類的資料而有其局限性，但其結果在水生動物病原鑑定上仍有一定的參考價值。
分子生物學檢查，病原檢測更快速精準
近年來分子生物技術發展快速且應用普及，可彌補其他水生動物疾病診斷方法上的不足，特別是在病原檢測與鑑定上有其優勢。這類方法大致是以病原核酸檢測為目的，透過擴增特定基因片段進行檢視或分析比對，作為病原檢測或鑑定用途。較具代表性的方法是聚合酶鏈鎖反應 (polymerase chain reaction, PCR), 其原理簡單來說是在試管外利用去氧核醣核酸聚合酶對基因片段進行專一性的鏈鎖反應，進而快速複製放大特定基因片段，廣泛應用於臨床檢測、分生技術、生物科技等。
此外，更有許多以 PCR 為基礎所發展出的分生技術，如單管多引子聚合酶鏈鎖反應、恆溫式圈環形核酸增幅法 (loop-mediated isothermal amplification, LAMP) 反轉錄聚合酶鏈鎖反應、即時聚合酶鏈鎖反應都為病原檢測與疾病診斷提供有效的利器。其中 LAMP 是在 2000 年由日本 Notomi 等人所發展出操作簡易、反應快速的技術，其反應在 1 小時以內就可完成。
由於利用特殊 Bst DNA 聚合酶的特性，因此可在恆溫下 (攝氏 60~65 度) 完成反應，也省去較為昂貴的設備，相較於 PCR 更適合用來檢測田間樣本，且靈敏度普遍優於 PCR。除了可在電泳膠片上檢視呈現梯形連續片段的反應產物外，由於 LAMP 反應過程會有大量副產物焦磷酸形成，可與鎂離子反應後產生白色的焦磷酸鎂沉澱，因此能依反應產物的濁度進行肉眼判讀，或直接加入螢光染劑如 SYBR Green I 於產物中，依其螢光呈色以肉眼判斷陰、陽性，省去電泳分析所需的設備與時間。
綜觀近來水生動物病原應用 LAMP 的研究報告，不難發現這技術已逐漸成熟，且廣泛應用於各種病原檢測，甚至已有水生動物病原 LAMP 相關商品化套組可供臨床檢測。上述技術多是在有「懷疑對象」的情況下會採取的方法，當遇到不知名的菌種或病原時，核酸定序分析不失為另一個解決途徑。透過微生物的核酸序列保守區域 (如細菌的 16S rDNA) 進行擴增及定序，與基因資料庫如美國國家生物技術資訊中心 (National Center for Biotechnology Information, NCBI) 的基因銀行比對出最符合的微生物種類。
相較於養殖魚類背景資料與相關研究的完整性，水族館生物由於物種多樣性及稀有性致使相關疾病或研究資料更顯匱乏。因此對於水族館魚類問題的檢診，除了參考有限的報告或其他養殖魚種資料外，更需仰賴現場飼育管理人員提供的資訊、檢驗人員的專業經驗，以及相關的檢驗診斷方法找出真正的問題所在。而其他診斷工具與技術，如以免疫學為基礎發展的病原免疫檢驗試劑、電子顯微鏡技術或病毒培養等，也可用以作為疾病診斷的輔助。
魚病處理，投藥因「魚」制宜
當找出問題或病因後，就要針對問題加以處理，如飼養管理或環境的改善、病魚的隔離或營養補充等，而傳染性疾病處理通常需要搭配藥物的使用。養殖食用魚類由於考量到食安問題，因此目前僅有 14 種抗菌劑與 1 種殺蟲劑可供合法使用。相較之下，觀賞魚的用藥較有彈性與選擇，因此有較多的「武器」可用來對抗病原。
雖是如此，仍應針對診斷的結果選擇正確的藥物，並遵循正確的用藥劑量、投藥方式與時間才能達到有效的治療效果。而抗菌劑感受性試驗 —— 瓊膠紙錠擴散法可用來幫助獸醫師選擇臨床治療有效的藥物，以用於治療細菌性感染疾病。這方法是在培養基塗上定量的細菌後貼上各種抗菌劑紙錠，若這細菌對某種抗菌劑敏感，就不會在這種抗菌劑周圍生長，進而形成空白的抑制圈。而有效抑制圈大小的標準，會依據抗菌劑的種類、濃度與目標細菌有所不同。
相較於細菌與寄生蟲性疾病的發生可依賴藥物治療，水生動物病毒性疾病則鮮少有藥物可供使用。因此在飼養管理的操作上，如及時隔離病魚及移除死魚、人員器具與環境池水的消毒、暫時性的禁食，以及投與免疫促進劑增強動物本身的免疫能力，都可以作為病毒感染時的處理。
另外，某些病毒性疾病可藉由暫時性改變環境溫度來緩解發病機率與死亡情形。如神經壞死症病毒在高溫下會加快魚體內病毒的複製速度，容易導致魚隻發病，而錦鯉泡疹病毒好發溫度在攝氏 18~28 度間。有些病例在水溫超過攝氏 30 度罹病魚隻死亡情形會降低，這對某些病毒性疾病而言，不失為另一種處理的手段。
針對寄生蟲疾病，除了使用藥物控制外，對於某些寄生蟲 (如異形吸蟲) 因其生活史需靠中間宿主 (如螺貝類等) 完成，移除中間宿主以阻斷其生活史，能間接達到控制疫情傳播的目的。生物防治方式也可應用於某些外寄生蟲的控制，如混養俗稱魚醫生的裂唇魚對於魚隻貝尼登吸蟲 (又稱白肌蟲) 的侵擾問題有一定程度的幫助。
雖然透過上述種種的處置方法對魚類疾病發生可能有所改善，但最理想的目標應該是防範於未然。通過良好的飼養管理、新進魚隻落實的檢疫與穩定合適的水質環境，更能減少魚兒生病的機率，也能讓這些水族館生物向大眾呈現牠們健康活力的一面。 |
大型水族館背後的科學:引言 | 水族箱 (種子發提供)
人心是複雜的，可趨向好逸惡勞、自私虛偽、貪財愛利；但在適當引導下，它也可以同情博愛、分享施予、公益正義。水族館的發展史正好是一面鏡子，映照出這種轉變的縮影。
19 世紀西方開始的水族館 (其實更早的是動物園), 無疑是為了滿足人類追求新奇、收集異物、娛樂消遣的目的，再加上可以賺大錢。經過了五、六十年的發展，20 世紀中期已變成了先進國家高階休閒和娛樂的象徵，美國、歐洲、加拿大、日本、澳洲等無一沒有大型又極受歡迎的水族館。
1989 年我受命籌建海洋生物博物館時，中國大陸一座水族館都沒有，日本則已經有 66 座了。那個時候教育部一度想建造國家水族館，就像美國巴爾第摩水族館是叫「National Aquarium」一樣。但是因為我的科學家背景，和長期從事自然環境調查研究的經驗，在教育部長官和全體籌備小組委員的同意下，把水族館和從事教育研究的博物館結合為一體，成為全世界第一座設有實驗站和研究所的「海洋生物博物館」, 試圖改變社會歷來對水族館的認知、形象、功能和任務的既定印象，也因此海生館的名稱是「National Museum of Marine Biology and Aquarium」。
這不但引導了更多的水族館開始從事科學研究與教育工作，也使得台灣的海生館多年來在世界科學網 (Web of Science) 的全球研究成果評比上，高居世界水族館及海洋博物館界國際論文發表數量的第一名。由於有前面這段機緣，開館 18 年後的今天，在陳啟祥館長的協助下得以邀請館中資深的研究人員為「大型水族館背後的科學」專題報導撰稿，揭開它運作的面紗，未來可能很難找到比這個更好的機會、機構和組合了。
在這次的專題報導中，除了介紹水族館傳統的各項水族維生、飼養及魚病處理外，還有幾項是非常特別而值得說明的。首先，幾乎每一位作者都是水族館領域中的專業博士，不但有一般學者書本上的理論，還有真正參與過大型水族館營運的實務經驗，因此寫出來的內容既有學理又確實可行。
第二是它介紹了海生館在全世界水族館界都幾乎是獨一無二的節能取水系統。絕大部分的水族館取水都是用電力及長長的海底管線從海洋中抽取海水，海生館卻是經由我對海洋學的了解而建議採用連通管原理，從選取的乾淨海水深層中自然進水和沉澱，幾十年來為館方省下了大量能源及水處理費用。
第三是珊瑚及特殊魚種繁、養殖技術的開發，不但大幅減少野外捕捉的需求，更讓這些在館中的生物可以成為種源，提供外界的需求，直接減少野外捕撈的壓力，甚至能成為生態復育的尖兵。
第四是「諾亞方舟」的概念，水族館若能建立足夠完整的多樣性 (如後文中所言) 及良好的環境，就可以讓海洋生物在急速惡化的環境和全球變遷中有一個受到保護和研究的場所，留下一線生機，等待重新野放復育的機會。這些更是科學、長遠及節能減碳、環境友善的上位策略性思考，或許在一般以大眾觀光休閒、個人怡情養性為主的水族館介紹文章中，就不太可能出現了。
從 2000 年 2 月海生館對外營運至今已有 18 個年頭，進館參觀過的人數早已超過 2,300 萬的台灣總人口數，其間縱或有褒有貶，但對台灣民眾海洋生物、海洋環境與海洋意識的整體影響，至今無出其右者。不過除了一般的歡樂形象外，或許直到今天由於《科學發展》這個專題報導的出現，人們才有機會真正看到它背後科學與用心的一面。 |
動物園的大象壽命短? | 大象是動物園裡最吸引人的動物之一。但是最新的研究報告顯示，動物園裡的母象壽命只有保護區野放母象的一半。在亞洲，獸園裡出生的象壽命最短，最可能夭折。研究人員呼籲動物園不要再購入大象，也不希望動物園彼此交換大象。
歐美的動物園已經注意到這個事實，而且採取了必要措施，例如建更大、更為自然的獸欄，甚至不再讓園裡的大象公開亮相。
野外研究早已發現，大象自由自在地移動、遷徙，以及家庭關係，對牠們的健康非常重要。而動物園由於空間有限，無法提供同樣的生活條件。
研究人員蒐集了歐洲動物園裡 800 頭象的資料，與非洲肯亞國家公園裡的象，以及一家緬甸伐木公司裡的象，進行比較。他們發現:
動物園裡的非洲象，可以活 17 年；肯亞的象，可以活 56 年；動物園裡的亞洲象，可以活 19 年；緬甸的象，可以活 42 年；動物園裡亞洲象的嬰兒死亡率特別高。
動物園裡的象壽命不長，部分原因是：管理人員不讓嬰兒與母親在一起；動物園為了繁殖象，會彼此互通有無，結果大象的家庭關係破碎，造成心理壓力。在野外，雌性幾乎不會離開自己出生的社群，與媽媽形影不離。動物園缺乏空間，大象缺乏運動，容易體重過重，也影響健康。
不過，這個研究使一些保育人士擔心，研究人員把野生象的生活描寫得太過美好。事實上，野生大象最主要的死亡原因仍然是人為因素，例如偷獵。此外，保育大象需要錢，而動物園展示大象，是吸引大眾對大象產生興趣的重要手段。要是動物園不再展示大象，保育經費就不容易募集了。 |
河魨毒及麻痺性貝毒:河魨毒的分布及來源 | 食用河魨常會致死，因此其體內所含毒素是人們最熟知的海洋生物毒之一。早在兩千年前，中國的《山海經》就提到肺魚 (河魨) 會毒死人，而在《臺灣通史》的〈虞衡誌〉中也說:「河魨的肝臟有毒，食之致死。」日本戰國時代豐臣秀吉出兵朝鮮，在下關集結的武士們因食用河魨而大量中毒死亡，是歷史上有記載的。
河魨肉質鮮美中外皆知，中國江浙一帶曾流傳一句話:「不吃河魨，焉知魚味；吃了河魨，百魚無味。」而日本人特別喜歡吃河魨生魚片，視其為人間美味。江戶時代，讚美的詩詞流傳民間，食用河魨的盛行及其鮮美可見一斑。也因為如此，在日本因食用河魨而中毒死亡的事件層出不窮。1981 年以前，每年中毒死亡人數始終維持在百人以上，直到 1982 年以後，才下降到 10 人左右。每一年因河魨毒而死亡的人數幾乎占所有食物中毒死亡人數的一半以上，也因此與河魨毒有關的研究自然成為日本人研究的重心。
在臺灣，有關河魨毒所引起的中毒事件雖不若日本多，但自 1988 年至今發生案例不斷，中毒人數超過 100 人，其中死亡率近 1 成。中毒事件發生地區包括臺北、桃園、苗栗、新竹、臺中、彰化、臺南、高雄、屏東、宜蘭、花蓮和臺東，其中以中部和高屏地區發生的頻率較高。食物來源則包括河魨、織紋螺 (俗稱苦螺)、玉螺、榧螺、蝦虎魚和香魚片，而發生中毒的季節以冬春交替之際和五、六月最頻繁。
河魨毒是神經毒素，進入體內組織後會與神經或細胞膜上的鈉通道接合端結合，而阻止鈉離子進入細胞內，阻斷了神經訊息的傳導，造成末梢神經、中樞神經、知覺神經和運動神經的麻痺。當毒量高時，常會因迷走神經麻痺，接著血管運動神經中樞橫隔膜和呼吸神經麻痺而死。河魨毒的毒性是氰化鈉的 1,000 倍以上，目前河魨毒中毒並無特殊的藥物可直接治療，主要是維持患者呼吸的進行，並催吐、洗胃。另外可給予稀釋的活性碳和輕瀉劑，以利毒素的排出。
河魨毒除了毒性可懼，會造成食品安全問題之外，也因為能阻斷神經訊息的傳導，在醫療上可望成為不會成癮的新止痛和麻醉藥劑。
河魨毒的分布
河魨毒除了存在於河魨體內之外，也廣泛分布在自然界中，現在已知脊椎動物中的河魨、淡水河魨、蝦虎魚、蠑螈和青蛙，無脊椎動物中的頭足類、腹足類、扁蟲類、蟹類、海星、海洋細菌等都含有河魨毒。毒素存在部位主要包括卵巢、肝臟、皮膚、卵、中腸腺等，而這些生物存在的地域則以溫、熱帶海域和半鹹水地帶為主。
河魨 河魨的毒性，有種別、部位、個體、地域和季節的差異。以日本產河魨為例，日本河魨、蟲紋圓魨有很強的毒性，在卵巢部位毒性最強。一般而言，臺灣產的毒鯖河魨的卵巢和肝臟的毒性較高，腸道和皮膚次之。就毒性的季節性變化來看，在春季產卵時期卵巢的毒性最高，這可能與其為了繁衍後代，讓卵不被其他生物所攝食的演化有關。
蝦虎魚 琉球產的雲紋蝦虎魚最早檢驗出具有河魨毒，其毒性因地域、魚體部位和季節而有所差異，其中精巢和皮膚含有較高的毒量。其後美國加州產的 3 種蝦虎魚也相繼驗出含有河魨毒，主要存在於卵巢和肝臟中。而產在臺灣的雲紋蝦虎魚，1967 年曾造成高屏地區的食物中毒個案；1995 年 6 月，也在竹苗地區引發了 1 件食物中毒案例，所含毒量相當高，最毒部位是頭部和內臟。另外，1999~2002 年在澎湖採集到的雲紋蝦虎魚檢體，毒性也很高。
蠑螈和青蛙 早在 19 世紀就發現蠑螈具有致命的毒素，早期命名為塔里加毒素，1964 年經鑑定後才發現原來是河魨毒，存在於蠑螈的皮膚、血液和肌肉中。中南美洲哥斯大黎加產小型有毒青蛙 (又稱為箭毒蛙) 的皮膚分泌物毒素十分複雜，可以塗布在箭頭上來狩獵鳥獸，也發現含有約 30% 的河魨毒，主要分布在皮膚和卵巢。
藍紋章魚 藍紋章魚是無脊椎動物中首先發現含有河魨毒的。藍紋章魚身長約 10~20 公分，一般具褐色或黃褐色的帶狀斑紋，模樣十分可愛。當牠瞬間受到刺激時，身體會變黑，斑點會變為鮮豔的藍綠色，並從其後部唾液腺釋放出毒液，成分主要是河魨毒。其後也發現牠的卵巢中也含有河魨毒的類似物。
腹足類 屬於中大型螺類的白法螺曾在 1979、1982 和 1987 年，在日本造成數件食物中毒案例，並在其中腸腺中檢測出河魨毒。另外在日本鳳螺和蛙螺的中腸腺中也相繼分離出河魨毒，其中蛙螺的中腸腺毒性極高，屬強毒性的貝類。在臺灣的玉螺科、織紋螺科和榧螺科中數種螺類，以及白法螺、蛙螺、岩螺、象牙貝 (鳳凰螺科) 和二枚貝中，也陸續檢測出含有河魨毒，毒素主要存在於中腸腺中，細紋玉螺的毒素則主要存在於肌肉中。
蟹類 有毒蟹類含有的毒成分會因地域的不同而有所改變。以河魨毒占有的比率來看，日本靜岡縣三浦半島產的有毒蟹花紋愛潔蟹，毒成分主要是河魨毒和少量的麻痺性貝毒。而從石垣島濱海珊瑚礁區所採集的，毒成分主要是麻痺性貝毒和少量的河魨毒。然而在珊瑚礁區 100 公尺外的小島上所採得的同種蟹類的毒成分，卻以河魨毒為主。
另外，菲律賓產的有毒蟹類銅鑄熟若蟹也含有微量的河魨毒，臺灣產的同種蟹類則含有 80% 河魨毒。除此之外，臺灣產的繡花脊熟若蟹、花紋愛潔蟹、雷諾氏鱗斑蟹等有毒蟹類都含有高比率的河魨毒。然而在基隆採集到的蕾近愛潔蟹，則僅含有 3% 的河魨毒。推測有毒蟹棲息地域的環境餌料生態應和蟹毒成分有關，但仍需進一步探討。
海星 1982 年，日本研究河魨毒的知名學者野口玉雄教授等人，從造成食物中毒的白法螺消化道中發現海星 Astropecten polyacanthus 的殘體，並進一步收集這種海星的檢體進行毒性分析，發現其毒成分是河魨毒。之後在同屬於槭海星科的海星 A. latespinosus 和 A. scoparius 中，也檢測出河魨毒的存在。
在臺灣，產毒螺的海域也發現槭型海星 A. scoparius 的蹤跡，這種海星與部分有毒螺貝同樣棲息在沿海或深海砂質底，屬於雜食性或腐生性動物。臺灣槭海星科海星 A. scoparius 有高毒性，牠可從水體中、底層表面或底泥中攝食，是臺灣目前有記錄的 8 科 15 屬 18 種海星中首先發現的有毒種。毒量最高的個體可毒死 4 人，幸好無人以海星為食，不過透過食物鏈的影響，還是有其危險性的。就海星毒性的季節變化而言，趨勢和其他含有河魨毒的生物十分相似，在生殖季節時比較毒！扁蟲 扁蟲具有河魨毒是在進行一系列海洋生物的毒性監測過程中發現的。扁蟲可能是其他河魨毒保有生物 (尤其是河魨) 的毒化 (餌料) 來源，日本的研究人員在河魨活動的海域發現數種扁蟲含有較高毒量的河魨毒，牠們極可能是毒化河魨的元兇。而在臺灣臺北縣東北角臨海曾養殖虎河魨，其養殖場也發現池底的扁蟲具有毒性，毒性雖不高，卻足以在冬季毒化河魨。
紐蟲動物 1988 年，日本學者自幾種紐蟲動物分離出河魨毒。這類動物呈彩帶狀，性喜棲息在鹹海沙泥中和岩石下，毒素主要存在於身體的先端吻哨，可能做為捕食餌料生物和防禦外敵生物之用。
矢蟲 1988 年，日本東京大學一位外籍教授自毛顎動物矢蟲分離出河魨毒。由於矢蟲是一種動物性浮游生物，屬於肉食性，當牠攝食餌料生物時會將其麻痺，因此猜想矢蟲頭部會分泌一種麻痺性物質，經研究後發現太平洋產的二種矢蟲都含有河魨毒。
細菌 河魨毒也有可能來自產毒細菌。哪些種類的細菌可能產生河魨毒呢？1986 年日本學者自扇蟹花紋愛潔蟹的消化道中分離出優勢生長的弧菌，經分析發現細菌及培養基都含有微量的河魨毒，表示扇蟹腸道中的弧菌不但有毒也會釋放河魨毒！接著又有人發現河魨 T. poecilonotus 皮膚黏液上的假單胞菌也能生產河魨毒。
隔年在探討白法螺的毒化中物質來源時，發現其消化道中有海星 A. polyacanthus 的殘體，進而分析海星消化管內容物中的細菌相及產毒能力，發現在 18 株優勢菌中，有 13 株含有或能生產河魨毒。接著野口教授解析河魨 T. vermicularis 毒化的機制，發現河魨消化道內的弧菌屬細菌以壓倒性的優勢存在，且弧菌家族中的 Vibrio alginolyticus 產毒能力最高。
菲律賓產藍紋章魚的後部唾液腺、消化管、觸手和其他部位也有河魨毒生產菌存在，其中有較明顯產毒能力的 6 株，經生化鑑定是 2 株 Alteromonas spp.、2 株桿菌 Bacillus spp.、1 株假單胞菌和 1 株弧菌。
臺灣也自細紋玉螺和球織紋螺的消化道和肌肉分離出 10 株河魨毒生產菌，並鑑定出它們的種名，多數屬於海洋弧菌屬。棲息在澎湖馬公市西衛里沿海的雲紋蝦虎魚的腸內細菌，和其棲息地底泥中也發現以弧菌為主的產毒菌。進一步研究這些菌的產毒能力，發現這些菌株在空氣供應不甚充足的環境下，產毒量較高，似乎表示它們在空氣量較少的底泥中和腸道內部成長較好。這也顯示河魨毒保有生物的毒素來源除腸內細菌外，與環境中的細菌也有密切的關係。
淡水河魨 近年來臺灣觀賞魚業者大量引進淡水性的觀賞河魨，俗稱娃娃魚。淡水河魨在國外已有中毒案件發生，國內雖多做為觀賞用，但國人有棄養寵物的習性，若棄入河川，一旦適應生態成為族群而遭捕獲食用，難保不會引發中毒事件。在臺灣河魨中，綠娃娃魚、巧克力娃娃魚、八字娃娃魚、金娃娃魚和 T. turgidus 等 5 種淡水河魨都檢測出有河魨毒，毒性最高的是八字娃娃魚的外皮。
河魨毒的來源
為什麼某些生物體中含有河魨毒？大致上有兩種不同的說法。一是由生物本身體內生化合成的內因說，一是經由攝食或寄生 / 共生細菌的生長而蓄積在體內的外因說。
內因說
在早年，以為只有河魨才有河魨毒，因此推測河魨毒是體內合成的。但在發現其他物種也具有河魨毒之後，這種說法便行不通了，因為血源不同的物種卻具有產生河魨毒的共同遺傳因子，似乎不易理解。近一、二十年來，開始有養殖的河魨，這些養殖的河魨無毒，而野生種的河魨有毒，因此使內因說較難被接受。
不過有幾個有關不同物種的河魨毒刺激與分泌實驗，卻提供內因說的間接可能證據。例如研究人員從藍紋章魚的後部唾液腺分離出河魨毒，加州蠑螈經通入電流可由皮膚釋放出河魨毒。而在臺灣腹足類的刺激實驗中，也發現細紋玉螺和球織紋螺經電擊刺激都會釋放河魨毒。其中細紋玉螺在每小時刺激 1 次，連續刺激 4 次以後，不再分泌釋放河魨毒，5 天之後則恢復泌毒能力，顯示細紋玉螺或許能合成河魨毒！在河魨方面，含有較強毒性的器官，除肝臟之外，卵巢也含有高量的毒性，且在春季產卵期毒性最高。為什麼大量的毒素出現在攸關種族生存的繁殖器官與繁殖期？虎河魨和蟲紋圓魨經觸摸或電擊刺激，皮膚會釋放出高量的河魨毒。把有毒河魨的皮膚切下，以電擊方式刺激後，從組織切片中觀察到具有分泌河魨毒能力的分泌腺體。這些實驗結果多少說明了河魨毒也有可能是由體內合成的。
外因說
至於外因說，即河魨毒是經由攝食或寄生 / 共生細菌的生長而蓄積在體內的說法，可用以下的研究結果加以說明。1979 年在日本靜岡縣發生食用白法螺的中毒事件，並在其中腸腺檢驗出河魨毒。接著在日本的象牙貝 (日本鳳螺)、蛙螺等多種的腹足類動物的中腸腺中也檢驗出河魨毒。
而在臺灣，球織紋螺、花織紋螺、皺岩螺、白法螺、臺灣鳳螺等螺貝類的中腸腺中也都檢驗出河魨毒。這些實驗結果初步為外因說提供了間接的證據，認為河魨毒是吃進來的。
為了進一步證明餌料與河魨毒來源之間的關係，研究人員以含河魨毒的餌料餵食無毒的白法螺和日本鳳螺，結果這兩種螺類都檢驗出具有河魨毒，證實了來自餌料的河魨毒會蓄積在肉食性螺類中。
在河魨方面，也有人以無毒的餌料飼養無毒的養殖河魨，則其各部分都無毒性。但若以含河魨毒的餌料飼育數日，則河魨毒會蓄積在各組織器官中，其中以肝、脾和膽的毒性最高。由此可推斷，河魨之所以會保有河魨毒，食物鏈是主要的途徑之一。
另外，產毒細菌也可能是毒素的來源。日本學者在螃蟹的消化管內分離出產毒弧菌，從河魨和海星的腸管則分離出具有河魨毒生產性的腸炎弧菌。臺灣的研究團隊從織紋螺、海星、蝦虎魚等含有河魨毒的生物的中腸腺，分離出有明顯產毒能力的菌種。除此之外，更有人從沿海和深海泥沙底中檢測出河魨毒，並從底泥中分離出具有河魨毒生產性的菌株，間接說明了底泥和河魨毒生產菌在含有河魨毒動物毒化機構中所扮演的角色。
綜合上面所述，就外因性理論而言，大型的含河魨毒生物，其河魨毒可能來自海星、小型卷貝、扁蟲等餌料，或直接來自有河魨毒生產能力的寄生、共生細菌。由於食物鏈具有濃縮毒性的效應，因此含有河魨毒生物的毒性應大多來自食物，而極少部分直接來自細菌。另外小型含有河魨毒的生物，其中部分可能來自底泥，另一部分則直接來自河魨毒生產細菌。
然而大自然現象的解析並不是那麼單純地可一分為二，有些物種毒素來源傾向於內生，有些則透過食物鏈，甚至兼具兩者。這其中有什麼規律或祕密存在，都值得再深入探討。 |
有毒的海洋生物:魚類刺毒 | 斑馬紋多臂簑鮋 (圖 / 中央研究院臺灣魚類資料庫)
海洋生物具有各種的特殊方式，以適應生活環境、自我防禦、捕食等，如體內毒素、體表黏液毒素、魚刺毒等。這些毒素都有可能因攝食有毒魚類或被魚刺刺傷，而造成中毒現象。
具有刺毒可使人刺傷中毒的海洋生物很多，常見的有水母、芋螺、海膽、魟魚、象魚、鰻鯰、石頭公等。所謂的刺毒魚，就是在背鰭或胸鰭上有毒腺的魚類，全世界約有 200 種以上，從日本本土沿岸、琉球至臺灣海域至少有 150 種。
常見的魚類有的牙齒銳利，有的魚鰓利如刀鋒，有的帶有毒刺，對於這些魚類必須特別小心。在臺灣俚語中有句「一魟，二虎，三沙毛，四臭肚」, 指的就是魚類刺毒毒性強烈的順序。所謂的魟就是魟魚，虎又名獅子魚，沙毛是鰻鯰的俗稱，臭肚又名象魚。如果不幸被這些魚的魚刺刺中，輕者腫痛，重則休克送命。
魟魚
魟魚俗稱魴仔魚，屬魟目，全世界有 6 屬約 50 種，臺灣產 1 屬 10 種，常見的有黃土魟、古氏土魟等，其體盤呈菱形扁平狀，尾纖細，尾部上方大多有一枚毒棘。魟魚大部分屬於海洋性魚類，有時見於河口，少部分是淡水種。世界各大洋都有牠們的蹤影，主要生長在溫暖的海域中，臺灣各地均產。
黃土魟 (上) 及古氏土魟 (下) 體盤呈菱形扁平狀，尾纖細，尾部上方大多具有一枚毒棘。(圖 / 中央研究院臺灣魚類資料庫)
魟魚活動力不強，活動深度在 5~100 公尺間，常把身體隱藏在沙泥中，部分種類體色鮮麗，多以小魚及沙泥地的甲殼類和底棲動物為食。只有少數種類具食用價值，但毒刺前端有倒鉤，極難拔除，因此漁民在捕獲後就把魚尾毒刺部分切斷。
魟魚的毒棘主要由象牙質的軟骨組織所組成，一般成魚的棘長約 5~10 公分，在毒棘的兩側有小鋸齒狀的突出，棘的外層是外皮鞘，內含有腺上皮細胞而形成毒腺。魟魚毒素的分泌是全分泌型，也就是說當毒棘刺入敵人體內時，外皮鞘會破壞而把毒液釋放到敵人體內。魟魚毒素是分子量超過 10 萬以上的中性不安定蛋白質，在室溫下放置 4~18 小時或冷凍乾燥後，毒性幾乎會消失。
被魟魚的毒棘刺傷後，毒素會釋放到人體內而引起一連串的症狀。首先傷口會劇烈疼痛，約 1 小時後轉變為間歇性的抽痛，且患部會腫大，伴隨有噁心、嘔吐、腹痛、頭暈、痙攣、呼吸困難、血壓下降、麻痺等現象，有些嚴重的如毒棘刺到胸部或腹部則易致死。刺傷後，若傷口未做及時處理，極易受細菌二次感染而導致潰爛壞死。
獅子魚
獅子魚屬於鮋科中的簑鮋亞科，全世界有 5 屬 17 種，臺灣記錄有 7 種。牠們多分布在珊瑚礁地區，棲息在岩礁洞穴或岩壁的陰暗面，伸張各鰭來保護自己，屬夜間活動的物種，以甲殼動物及幼魚為食。背鰭和胸鰭紅白及黑白相間，不但有毒而且銳利，背鰭連續，始於眼的後方，常有 11~17 支硬棘及 8~18 條軟條。
獅子魚毒素大多是中性蛋白質，毒素的組成因魚種不同而有差異。毒素對熱不安定，以攝氏 50 度加熱 30 分鐘或以攝氏 60 度加熱 2 分鐘就可破壞，也可被酸鹼破壞。毒素分子量因魚種而異，約在 10 萬左右。
被獅子魚毒棘刺傷後患部馬上疼痛，5 分鐘內疼痛感逐漸擴散至四肢並廣布全身。最初傷口呈青色，周圍紅腫、發熱、麻痺並起水泡，全身性症狀包括嘔吐、頭痛、發冷汗、發燒、關節痛、麻痺、虛脫、休克、心臟衰弱等。中毒較輕的在 2~3 小時後疼痛會減輕，中毒嚴重的疼痛會持續數日，完全恢復則需數日之久。
鰻鯰魚
鰻鯰魚，俗稱沙毛，英文名是 striped eel catfish。牠的外型類似土虱，體延長，頭部略平扁，腹部圓，後半部側扁，尾尖如鰻尾，頭中大，吻部略尖。口開於吻端略下方，口部附近有 4 對鬚，鼻鬚 1 對，上頜鬚 1 對，頦鬚 2 對，體表無鱗。第一背鰭短，前有堅強硬棘。第二背鰭及臀鰭與尾鰭連續相接，都是軟條。胸鰭位於頭部正後方，上緣具數枚銳利的硬棘，背鰭及胸鰭的第 1 根硬棘具有毒腺。體背側棕灰色，體側中央有兩條黃色縱帶，奇鰭的外緣黑色，體長可達 20~30 公分。
鰻鯰魚 (圖 / 中央研究院臺灣魚類資料庫)
有少數鯰魚生活在珊瑚礁區，也常發現於潮池、河口域或開放性的沿岸海域。鰻鯰魚屬於群集性魚類，平常大多成群結隊活動，白天棲息在岩礁或珊瑚礁洞隙中，晚上才出來覓食，以小蝦或小魚為食，屬夜行性魚類。分布於臺灣南北岩礁區、日本、韓國、東印度群島、印度洋、紅海等地。
鰻鯰魚刺毒的化學性質並不清楚，根據研究至少有 2 種以上成分，一是神經毒性的 polotospasmin, 分子量約 1 萬，另一是溶血性的 polotolysin, 分子量約 18 萬。以鰻鯰魚刺毒素進行動物試驗，會發生肌肉痙攣收縮、呼吸困難、局部紅腫、壞死等現象。鰻鯰魚刺毒的中毒症狀，包括劇痛、麻痺、虛脫、休克等。此外，鰻鯰魚的皮膚也會分泌毒素，分子量大約 1 萬 1 千，在動物試驗中發現皮膚分泌的毒素具有溶血性及浮腫作用。但鰻鯰魚刺毒與皮膚分泌的毒素是否有關聯性，至今尚未明瞭。
臭肚魚
臭肚魚又名象魚或褐籃子魚，臺灣近海出產的共有 13 種。牠的身體呈長卵圓形，側扁，外形酷似粗皮鯛，體表披滿埋沒於皮內微小而延長的圓鱗，尾鰭後緣截平、凹入或分叉，是近海棲息的藻食性魚類。
臭肚魚 (上) 又名象魚或褐籃子魚，腫瘤毒鮋 (下) 俗稱虎魚或石頭魚，擬態技巧很高超。(圖 / 中央研究院臺灣魚類資料庫)
臭肚魚體長可達 40 公分，是北海岸冬季磯釣的主要魚種之一，屬東北海岸及澎湖沿海的經濟性魚類。棲息於岩礁或珊瑚礁區，主要以藻類為食。因含強烈海藻氣味，處理時不可把腸管弄破，以免魚肉有藻腥味。背，腹，胸，臀鰭都有刺，鰭棘有側溝，由此分泌毒液，被刺到會產生劇痛。
金錢魚
金錢魚俗稱變身苦，英文名是 common spodefish、spotted scat, 屬於金錢魚科，全世界本科共有 2 屬 4 種，臺灣地區產 1 種。金錢魚是近海雜食性魚類，主要分布在印度西太平洋地區，臺灣沿海及河口都可發現。
金錢魚俗稱變身苦，其毒素是蛋白質。(圖 / 中央研究院臺灣魚類資料庫)
金錢魚體略呈橢圓形，側扁而高，體表呈褐色，腹緣銀白色，體側具橢圓形黑斑，背鰭硬鰭與軟條間具有深切刻。毒鰭位於背鰭及臀鰭上，背鰭有 12 根毒棘，臀鰭有 4 根毒棘。毒腺位於毒棘的厚表皮中，內含許多毒腺細胞。已知其毒素是蛋白質，但尚未明瞭其化學性質。遭金錢魚刺傷後會引起劇烈疼痛，且會擴散至四肢與全身，但不會引起嚴重症狀及併發症。
腫瘤毒鮋
腫瘤毒鮋俗稱虎魚或石頭魚，英文名 reef stonefish, 生長在琉球以南珊瑚礁海域，主要棲息在水深 50 公分的礁砂或礁岩中，是一種擬態技巧很高明的魚類。腫瘤毒鮋的毒鰭位於背鰭、腹鰭及臀鰭上，背鰭有 12 根毒棘，腹鰭有 2 根毒棘，臀鰭有 4 根毒棘，每根約含 5~10 毫克的毒素，平均每尾腫瘤毒鮋所含的毒素，約可殺死 13,000~26,000 隻 20 公克的小白鼠。假設人及小白鼠對這毒素的感受性相同，則 3 隻毒棘的毒素進入人體就有可能致死。
毒素是由蛋白質構成，但化學性質尚未明瞭。若被腫瘤毒 A 刺傷，會引起腫脹、傷口周圍變為紫色、甚至引起壞死現象。此外，也會引起疼痛、意識障礙，嚴重的會呼吸困難、痙攣、死亡。
魚刺毒的特性
綜合上述幾種魚刺毒，多半毒性很強，即使魚類死亡多時毒性依舊存在。縱使致死率不高，但毒素引起的劇烈疼痛，常讓患者痛苦難堪。此外，若傷口受到細菌感染，極易造成肌肉壞死或敗血症。特別是海水中有一種創傷弧菌，當患者本身有肝臟疾病或免疫能力低下時，會經由傷口感染進入人體引起敗血症，死亡率達 40~50% 以上。
雖然世界各國的海洋生物學者專家一直致力於研究魚刺毒的化學性質，但對於大部分魚刺毒素的性狀到目前為止都不甚了解。原因是魚刺毒蛋白質極不安定，例如使用凍結乾燥法 (把溶液凍結後以真空狀態使水分蒸發的方法) 處理時毒性會消失，另外在攝氏 4 度或凍結狀態下毒性也會漸漸消失，因此必須採集活體魚才能進行實驗。此外，每尾毒魚分泌的毒素很少，必須以大量的活體魚才能進行毒素純化。加上有些刺毒魚類大量採集困難，以及採集後飼養不易等因素，更增加了研究的困難性。
雖然非常困難，但世界各國學者專家仍積極從事魚刺毒的研究。近幾年，比較被具體研究及了解的魚刺毒素，有腫瘤毒鮋的 stonustoxin (分子量 14.8 萬) 和另外兩種 verrucotoxin 毒素 (分子量分別是 9 萬及 32.2 萬的醣蛋白質), 以及大龍騰 (Trachinus draco)(非臺灣魚種) 的 dracotoxin (分子量是 10.5 萬) 等。
魚刺毒素種類很多，各魚種所含毒素也不盡相同，但根據各國學者專家研究的結果，顯示魚刺毒具有以下共同點：對小老鼠具有致死毒性；對哺乳類動物的紅血球具有特異的溶血性；毒素具有類似免疫的性狀；都是蛋白質毒素，分子量大多在 10 萬左右或更大。
以上分別介紹各種刺毒魚類及毒素的共同特性，期待國人能對魚刺毒有進一步的認識，也希望漁民或從事海上休閒活動的民眾免於受魚刺毒素的傷害。更期待將來有更多的研究成果，使我們更能了解魚刺毒素的特性。 |
有毒的海洋生物:臺灣沿海的毒蟹 | 銅鑄熟若蟹。銅鑄熟若蟹引起的食物中毒，常發生在日本琉球群島，菲律賓、南太平洋群島等地，所含毒量以琉球石垣島產的含毒量最高。
蟹類肉質鮮美，蛋白質含量高，是廣受國人喜愛的海鮮之一。很多人與蟹類實際接觸的印象，可能只是來自市面上販售或已上餐桌的少數經濟性食用種類而已。然而，自古以來不論中外，在印度與太平洋地區的沿海居民，因食用有毒蟹類而中毒的案例時有所聞，常常造成死亡事件。
尤其在距離臺灣僅 80 海里的日本琉球石垣島所產，種名是銅鑄熟若蟹的毒蟹，每克含有高達 2,000 老鼠單位 (MU) 的麻痺性貝毒。一老鼠單位表示在 15 分鐘內可使一隻 20 克的小白鼠致死的毒素量，而 2,000 MU/g 即表示 1 克蟹肉內所含毒素足以殺死 2,000 隻 20 克重的小白鼠。當人們攝食 2 克以上這種蟹肉時，就可使一個成年人致死 (麻痺性貝毒對人的最低致死劑量是 3,000 MU)。
至於臺灣產毒蟹的毒量是否與石垣島的相當，有毒蟹類的種類與毒性如何，以及由於地域性的差異，國外有毒蟹類在臺灣是否依然有毒，仍需進一步探討。本文把最近幾年從事臺灣產有毒蟹類的毒性研究資料加以整理，期盼能獲得學者專家們的指正，並提供國內民眾加以辨識，以避免誤食而導致中毒。
蟹毒的種類
自古以來，因食用有毒蟹類而中毒的事件層出不窮，地點主要集中在東南亞各國、印度、非洲、南太平洋群島等地。這些毒蟹的毒性，經日本、澳洲、新加坡等地的學者近四十多年來的調查研究，已陸續揭開其神祕的面紗。
由目前國外毒蟹研究資料得知，蟹類科別中以扇蟹科的有毒種類較多，毒性較強，所含的毒性成分可分為：麻痺性貝毒 (paralytic shellfish poisons,PSP), 包括蛤蚌毒素 (saxitoxin,STX)、新蛤蚌毒素 (neosaxitoxin,neoSTX)、膝溝藻毒素 (gonyautoxin,GTX) 等的衍生物；河魨毒 (tetrodotoxin,TTX), 包括脫水河魨毒衍生物 (anhydro-TTX); 菟葵毒等。
其中，第 1 類的麻痺性貝毒，就是民國 75 年東港西施舌貝中毒的原因，這種毒素是由有毒渦鞭毛藻所產生，再經由貝類的濾食作用把毒素蓄積在貝體內，毒性甚強，屬於猛烈的神經性毒素，目前已知有 20 餘種的麻痺性貝毒衍生物。
第 2 類的河魨毒，即河魨體內所含的毒素，毒性與麻痺性貝毒相當，作用機轉也類似。二者雖都不及肉毒桿菌的細菌毒素和腔腸動物菟海葵產生的菟葵毒強，但在低分子量毒素中，都僅次於南美洲的青蛙毒，毒性是氰化鈉的 1 千倍以上。
第 3 類的菟葵毒，是由一種海葵身上分泌出來的毒素，毒性在非蛋白質類生物毒中是最強的，毒性強度遠高於前二者。
毒蟹的毒性強度取決於上述毒素的種類及含量，每種毒蟹含毒的成分常不只一種，只是各成分的比例不同而已。在國外有毒蟹類中，以銅鑄熟若蟹、花紋愛潔蟹、繡花脊熟若蟹及鱗斑蟹 4 種所含的毒性最強，是常引起食物中毒的蟹種，臺灣海域也可見到牠們的蹤跡。
以銅鑄熟若蟹為例，在澳洲、菲律賓、斐濟、帛琉等地已被學者檢驗出含有河魨毒及麻痺性貝毒的成分，且毒性甚為強烈。尤其在距離臺灣僅 80 海里的琉球石垣島，所捕獲的銅鑄熟若蟹就含有高達 2,000 MU/g 的麻痺性貝毒，值得加以注意。
臺灣沿海的毒蟹
為了了解臺灣產蟹類的毒性，筆者們近 10 年來，從基隆、澎湖、屏東 (東港、墾丁、小琉球)、蘭嶼等地共採集 9 科 57 種 500 個個體，分析後發現有 10 種扇蟹科蟹類與 1 種蜘蛛蟹科蟹類含有毒性，包括銅鑄熟若蟹、花紋愛潔蟹、繡花脊熟若蟹、雷諾氏鱗斑蟹、蕾近愛潔蟹、楊氏近扇蟹、毒鱗斑蟹、鋒足鱗斑蟹、絨毛仿銀杏蟹、切脊熟若蟹及鈍額曲毛蟹。把上述發現的 11 種有毒蟹類的毒性加以整理，依毒蟹的形態、分布及毒性介紹如下。
銅鑄熟若蟹
在東帝汶阿陶羅島的銅鑄熟若蟹，Kate Dixon / 攝
俗名：笨蟳。形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈橫卵圓形，背部隆起分區明顯，表面光滑。全身背面呈青綠至紫褐色，其間有白色、褐色與黃橙色的不規則花紋，形成特殊的斑駁色彩，甲長約 5 公分，甲寬約 10 公分。
分布：分布在印度洋、西太平洋等熱帶與亞熱帶海域的岩礁或珊瑚礁地區，臺灣南部恆春、小琉球和蘭嶼都有。
毒性：這種蟹類引起的食物中毒，常發生在日本琉球群島、菲律賓、南太平洋群島等地。所含毒量經調查，以琉球石垣島產的含毒量最高，約為 2,000 MU/g, 毒性成分是麻痺性貝毒 STX 與 neoSTX。澳洲產的銅鑄熟若蟹含有麻痺性貝毒 STX、neoSTX、 GTXs 等毒成分。菲律賓產的主要含有麻痺性貝毒 STX、neoSTX、少量 GTXs 和微量河魨毒。
至於帛琉與斐濟產的則含有低毒量的麻痺性貝毒。臺灣產的毒量也不高，平均約為 10 MU/g (以河魨毒計算)。這種毒蟹分布在屏東小琉球，恆春萬里桐、墾丁、臺東蘭嶼等地，毒素成分主要是 80% 河魨毒 (含脫水河魨毒) 和 20% 麻痺性貝毒 GTXs。
花紋愛潔蟹
花紋愛潔蟹。花紋愛潔蟹屬於扇蟹科，分布在印度洋、西太平洋等熱帶與亞熱帶海域的岩礁或珊瑚礁地區，臺灣南部沿海岩礁水域常見其蹤跡。
俗名：Shawl crab,Green egg crab, 花饅頭蟹。形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈橫卵圓形，背部甚為隆起，表面光滑。全身呈茶褐色至紫色帶綠，頭胸甲背面具有淡褐色或黃銅色雲彩斑紋，甲長約 3 公分，甲寬約 5 公分。
分布：分布在印度洋、西太平洋等熱帶與亞熱帶海域的岩礁或珊瑚礁地區，臺灣南部沿海岩礁水域常見其蹤跡。
毒性：1983 年日人野口等人調查日本靜岡縣三浦半島、琉球群島與臺灣澎湖等地的花紋愛潔蟹，得知琉球群島產的含毒量最高，約為 1,400 MU/g, 毒成分是麻痺性貝毒 STX 和 neoSTX。稍後他們進一步指出，日本靜岡縣三浦半島產的花紋愛潔蟹，蟹毒成分主要是河魨毒及少量的麻痺性貝毒 STX。
至於從日本琉球石垣島海濱珊瑚礁採集的花紋愛潔蟹，含毒成分主要以麻痺性貝毒為主，另含少量河魨毒和脫水河魨毒衍生物。但距珊瑚礁 100 米外鄰近小島所採的同種蟹類，卻以河魨毒和其關聯物質為主，麻痺性貝毒量較少。
另外，南太平洋島國斐濟所產的主要含有麻痺性貝毒，澳洲產的則含有低毒量的河魨毒。而臺灣小琉球產的毒量不高，平均約 5 MU/g (以河魨毒計算), 成分是 85% 河魨毒 (含脫水河魨毒) 及 15% GTX 麻痺性貝毒。
繡花脊熟若蟹
繡花脊熟若蟹。繡肝脊熟若蟹屬於扇蟹科，分布在東南亞各國、南太平洋群島、日本等沿海地區，在臺灣北部沿岸終年可捕獲。這種蟹類在新加坡和菲律賓曾有誤食中毒而導致死亡的報告。
俗名：Mosaic crab,Red and white reef crab, 雷公蟳。形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈橫橢圓形，表面光滑。螯腳指節是黑色，腳足寬扁各節具成束剛毛，全身呈紅白相間的網狀花紋，甲長約 5 公分，甲寬約 9 公分。
分布：分布在東南亞各國、南太平洋群島、日本等沿海地區，在臺灣北部沿岸終年可捕獲。
毒性：這種蟹類在新加坡和菲律賓曾有誤食中毒而導致死亡的報告。菲律賓產繡花脊熟若蟹的毒素經純化鑑定，毒成分是菟葵毒。但澳洲產的蟹毒成分，主要是麻痺性貝毒的 GTX。近年來，新加坡產的毒成分鑑定是菟葵毒的異構物。臺灣基隆產的這種蟹類，毒量並不高，平均約為 5 MU/g (以河魨毒計算), 成分是 90% 河魨毒及 10% GTX 麻痺性貝毒。此外，自東港外海捕獲的繡花脊熟若蟹，檢測得知毒量較基隆產的低，約僅 3 MU/g (以河魨毒計算), 成分則是河魨毒。
雷諾氏鱗斑蟹
雷諾氏鱗斑蟹。在菲律賓曾引起食物中毒而造成死亡的雷諾氏鱗斑蟹，體內有類似菟葵毒的成分。臺灣基隆產的這種蟹類，毒成分是河魨毒及麻痺性貝毒。東港外海捕獲的雷諾氏鱗斑蟹，毒成分則僅含河魨毒。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈五角形，額分兩葉，具反三角形缺刻，螯腳與頭甲的表面有鱗斑狀或鈍圓狀顆粒。整體背面底色是米黃或淡橙色，並有栗色大小不規則斑塊，螯腳指節是白色，甲長約 4 公分，甲寬約 6 公分。
分布：分布在東南亞各國、南太平洋群島、日本等沿海地區，臺灣近岸珊瑚礁和岩礁也有。
毒性：產於菲律賓的 3 種鱗斑蟹都證實是有毒種。在菲律賓曾引起食物中毒而造成死亡的雷諾氏鱗斑蟹，體內有類似菟葵毒的成分。臺灣基隆產的這種蟹類，毒量平均是 4 MU/g (以河魨毒計算), 成分是河魨毒 (88%) 及麻痺性貝毒 (12%)。東港外海捕獲的雷諾氏鱗斑蟹，檢測得知毒量與基隆產的相同，成分則僅含河魨毒。
蕾近愛潔蟹
蕾近愛潔蟹。這種蟹類在以往國外的研究報告中，並未報導有毒，也無食物中毒案例。然而從基隆採集的 37 個個體，經檢測後都含有毒性。因此臺灣產的蕾近愛潔蟹是世界上首次被報導的有毒種。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈卵圓形，殼表面密布顆粒與短剛毛，背面是紅橙色至暗紅色。螯足指部呈黑色，甲長約 6 公分，甲寬約 9 公分。
分布：分布在越南、菲律賓、新幾內亞、日本、臺灣等地沿海，棲息在低潮線以下至水深 30 公尺的岩礁或珊瑚礁中，在臺灣北部與南部沿岸終年可捕獲。
毒性：這種蟹類在以往國外的研究報告中，並未報導有毒，也無食物中毒案例。然而從基隆採集的 37 個個體，檢測後都含有毒性，因此臺灣產的蕾近愛潔蟹是世界上首次被報導的有毒種。這種蟹類的平均毒量是 28 MU/g (以麻痺性貝毒計算), 是臺灣產 11 種毒蟹中毒量最高的，主要成分是麻痺性貝毒 (97%) 與河魨毒 (3%)。捕自東港外海的蕾近愛潔蟹，其毒量較基隆產的低，約 8 MU/g (以河魨毒計算), 成分則以河魨毒為主。
楊氏近扇蟹
楊氏近扇蟹。楊氏近扇蟹在以往國外的研究報告中，並未報導有毒疋，無食物中毒案例。臺灣產的楊氏近扇蟹是世界上首次被報導的有毒種。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲、螯足及步足表面光滑。頭胸甲殼呈橫橢圓形，前三分之二表面較隆起。頭胸甲、螯足及步足背面底色米黃，雜有深淺不一的咖啡色花紋或斑塊，螯足指部呈黑色，步足剛毛金黃色。甲長約 3 公分，甲寬約 5 公分。
分布：分布在日本、臺灣、馬紹爾群島、蘇門達臘、查哥斯群島、模里西斯、留尼旺等地沿海，棲息於潮間帶珊瑚礁中。
毒性：這種蟹類在以往國外的研究報告中，並未報導有毒，也無食物中毒案例。然而從蘭嶼、小琉球、墾丁等地採集到的這種蟹類都是有毒個體，因此臺灣產的楊氏近扇蟹是世界上首次被報導的有毒種。所含平均毒量是 3~5 MU/g (以河魨毒計算), 主要成分是河魨毒，另含少量的麻痺性貝毒。
毒鱗斑蟹
毒鱗斑蟹。這種蟹僅分布在菲律賓與臺灣沿海，棲息於水深 20 疋 50 公尺的岩穡或砂區中。檢測自東港外海砂穡底海域捕獲的毒鱗斑蟹，得知其毒量較低，約為 2 MU /g (以河魨毒計算), 成分是河魨毒。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈五角形，表面分布著不等大鱗狀顆粒。螯足背面的顆粒呈咖啡色，螯足指節棕色，棕色步足間夾雜著咖啡色斑塊，整體腹面是淡灰至黃棕色。甲長約 4 公分，甲寬約 6 公分。
分布：這種蟹僅分布在菲律賓與臺灣沿海，棲息在水深 20~50 公尺的岩石或砂區中。
毒性：1969 年菲律賓人誤食這種蟹類，造成 1 人中毒死亡的事件，因而把牠取名為 toxica, 是有毒的意思。檢測自東港外海砂石底海域捕獲的毒鱗斑蟹，得知其毒量較低，約為 2 MU/g (以河魨毒計算), 成分是河魨毒。
鋒足鱗斑蟹
鋒足鱗斑蟹。鋒疋鱗斑蟹曾於 1971 年在菲律賓造成 1 人中毒死亡事件。毒素是猛烈的菟葵毒。自東港外海捕獲的鋒足鱗斑蟹毒素則是河魨毒。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈五角形，額頭甚突出，螯足對稱，外側面覆著低平顆粒，頭胸甲各區大部分是深咖啡色，胸足面是深咖啡色至淡咖啡色，螯足指部白色，腹面淡咖啡色。甲長約 6 公分，甲寬約 8 公分。
分布：分布在臺灣、南中國海、新加坡、菲律賓、新喀多尼亞等地沿海，棲息於 1 至 30 公尺深的珊瑚礁或岩礁海底。
毒性：這種蟹類曾於 1971 年在菲律賓造成 1 人中毒死亡的事件，毒素是猛烈的菟葵毒。自東港外海捕獲的鋒足鱗斑蟹，經檢測得知毒量約 3 MU/g (以河魨毒計算), 成分則是河魨毒。
絨毛仿銀杏蟹
絨毛仿銀杏蟹。絨毛仿銀杏蟹是珊瑚潮間帶常見種，個體小，甲寬以小於 3 公分的居多。自墾丁珊瑚礁海域捕獲的 15 隻絨毛仿銀杏蟹，其中 7 隻有毒，成分是河魨毒。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈卵圓形，螯足對稱，除內側面較光滑外，表面密布顆粒與短絨毛。全身背面顆粒成紅褐色，剛毛灰褐色，螯足指節棕褐色，螯足內側面及胸板呈乳黃色。這種蟹類是珊瑚潮間帶常見種，個體小，甲寬以小於 3 公分的居多。
分布：分布在臺灣、海南島、福建、日本南部、夏威夷、新喀里多尼亞、澳洲、菲律賓、新加坡、印尼等地沿海，棲息在珊瑚礁潮間帶海域。
毒性：1983 年日本學者發現，產於琉球群島的蟹體含有中等強度麻痺性貝毒。自墾丁珊瑚礁海域捕獲的 15 隻絨毛仿銀杏蟹，其中 7 隻有毒，檢測得知毒量約為 2 MU/g (以河魨毒計算), 成分則是河魨毒。
切脊熟若蟹
切脊熟若蟹。切脊熟若蟹分布在東南亞各國、南太平洋群島、日本等地沿海，在臺灣南部沿岸偶可捕獲。
形態特徵：這種蟹類屬於扇蟹科，頭胸甲殼呈橫橢圓形，表面光滑。螯腳指節是黑色，腳足寬扁各節具成束剛毛，全身呈黃色至紅褐色。甲長約 7 公分，甲寬約 10 公分。
分布：分布在東南亞各國、南太平洋群島、日本等地沿海，臺灣南部沿岸偶可捕獲。
毒性：這種蟹類在以往國外的研究報告中，並未報導有毒，也無食後中毒案例出現。最近從東港外海海域捕獲的切脊熟若蟹都具毒性，可知臺灣產的切脊熟若蟹也是世界上首次被報導的有毒種，平均毒量是 3 MU/g (以河魨毒計算), 成分是河魨毒。
鈍額曲毛蟹
鈍額曲毛蟹。表面具濃密的捲曲剛毛可把物體牢牢地鉤附，因此體表常附著許多海藻、海棉等物，善於擬態偽裝，是直行的蟹類，因而有「蜘蛛蟹」的俗稱。在臺灣全島淺海都有分布。
俗名：蜘蛛蟹。形態特徵：這種蟹類屬於蜘蛛蟹科，頭胸甲殼呈梨形，各區分區明顯但隆起不明顯，額角鈍而短且平，眼柄長，眼窩淺。螯足掌節略膨大，步足細長，甲寬約 3 公分。鈍額曲毛蟹表面具濃密的捲曲剛毛可把物體牢牢地鉤附，因此體表常附著許多海藻、海綿等物，善於擬態偽裝，是直行的蟹類，因而有「蜘蛛蟹」的俗稱。
分布：廣泛分布在南非、紅海、澳大利亞、日本等地沿海，棲息於潮間帶至水深 30 公尺以內較淺的礁岩及珊瑚礁海域，臺灣全島淺海處都有。
毒性：這種蟹類在以往國外的研究報告中並未報導有毒，也無食物中毒案例出現。最近自墾丁珊瑚礁海域捕獲的 6 隻鈍額曲毛蟹，其中 4 隻有毒，可知臺灣產的鈍額曲毛蟹也是世界上首次被報導的有毒種，檢測得知毒量約為 2 MU/g (以河魨毒計算), 成分是河魨毒。
避免誤食，毒蟹特徵辨別
綜合上述，臺灣產蟹類有毒的共有 11 種，包括銅鑄熟若蟹、花紋愛潔蟹、繡花脊熟若蟹、雷諾氏鱗斑蟹、蕾近愛潔蟹、楊氏近扇蟹、毒鱗斑蟹、鋒足鱗斑蟹、絨毛仿銀杏蟹、切脊熟若蟹、鈍額曲毛蟹等，所含的毒素是河魨毒與麻痺性貝毒。其中蕾近愛潔蟹、楊氏近扇蟹、切脊熟若蟹及鈍額曲毛蟹 4 種，是世界上首次被報導的有毒種，而以蕾近愛潔蟹的毒量最高，平均達 28 MU/g, 也就是說攝食這種蟹肉 110 克以上，相當於食用 1 隻毒蟹就可奪人性命。
當前我國食品衛生單位對水產品中麻痺性貝毒的含量標準並無規定，至於日本、美國、加拿大等國則規定含量超過 400 MU/100g, 就禁止採收、捕獲、運輸和販售。蕾近愛潔蟹所含毒量已超過國外食品衛生標準的 7 倍以上，有關單位實應加以禁止販賣食用。其他 10 種有毒蟹類的毒性雖不是很高，在傳統市場與魚市場上也較少陳列販賣，但漁民及沿岸居民仍有可能自行捕捉誤食，在食品安全的考量下，仍宜廣為宣導禁止食用。
以上這些毒蟹是否有些共同特徵，可供人們加以辨識而避免誤食呢？答案是肯定的，以下就把有毒蟹類的共同特徵做一歸納。
以其分布棲所來看，毒蟹都棲息在沿岸的岩礁或珊瑚礁區域，與一般市售無毒蟹類如三點仔、紅蟳 (梭子蟹科) 等，以沙泥底質為棲所的不同，因此首先應避免捕食岩礁或珊瑚礁海域的蟹類。
有毒蟹類的體色特殊，有鮮艷的體色或凹凸顆粒的體表，如繡花脊熟若蟹有紅白相間的網狀花紋，蕾近愛潔蟹有鮮紅的外表，都給人與眾不同的感覺，即有所謂「警戒色」的作用。此外，雷諾氏鱗班蟹體表布滿鱗狀般的顆粒，可做為辨別毒蟹的指標之一。
毒蟹的螯足指節為棕黑色是最大的共同特色之一，雖然少數無毒扇蟹科蟹類的螯足也有棕黑色的，但這方法仍可做為辨識毒蟹的重要依據。另根據日本民間傳說，毒蟹的螯足指節愈黑表示其毒性愈高，這說法雖未經科學研究加以證實，但可確定這是毒蟹的共同特徵。此外，毒蟹通常行動緩慢而遲鈍。 |
海洋生物多樣性:海蟲的世界 | 海蟲才是地球上真正的原住民
我們生長的土地──地球約在四十六億年前誕生，大約經歷了二十億多年的演化，生命才以最原始的細胞──單細胞細菌或藻類的形式，出現於海洋。及至約五到六億年前，也就是寒武紀時，海洋中已有各式各樣的海蟲存在了。這時，地球已經不再是個「物理的地球」、「化學的地球」, 而是個多采多姿的「生命的地球」, 也可以說是個生命多樣性大爆發的地球。
生物學家稱這個海洋無脊椎動物突然都出現的現象為寒武紀大爆發事件。為什麼這麼說呢？因為，化石顯示，幾乎所有現生的動物門，亦即我們熟悉的海綿、水母、螺、三葉蟲 (節肢動物), 甚至人類所屬的脊索動物門 (類似文昌魚的動物), 在當時都已經出現了。至於人類文明的興起，才不過是最近一次冰河期結束，地球回暖以後，距今一萬年光景所發生的事。
看到地球上屬於後生晚輩的人類，經常為了先來後到爭得臉紅耳赤，早在六億年前就住在地球上的海蟲們，一定會大聲吶喊，我們才是這裡的原住民！海蟲的長相
海蟲是什麼動物呢？我的一位海洋生物學家朋友──小方，喜歡戲稱牠們為蠕蟲，因為小方是以動物的運動方式來歸類，他看到海蟲的運動方式之一確是蠕行；我則以動物的形態特徵來稱呼牠們為多毛環節蟲，或簡稱海蟲。顧名思義，這類動物身體分成許多節，配備有剛毛。這麼一說，牠們是否與蚯蚓有關係呢？正是！海蟲與蚯蚓所屬的貧毛類，水蛭所屬的蛭類同為環節動物門的三大支系。
在形態上，三大支系最主要的差別是海蟲身體上的附件比貧毛類及蛭類要來得多。這些附件，裝配在頭部的成為感覺器官觸角，或成為攝食器官觸鬚，或成為呼吸器官鰓冠；裝載在身體兩側的成為運動器官疣足，或呼吸器官鰓絲等。這些構造把原本蠕蟲狀的基本構型做了相當程度的變化，有的種類乍看像是一株小聖誕樹，有的像是一把拂塵撢子，有的像一朵花，有的當然也還是比較像蚯蚓。海蟲幾丁質的剛毛在形態上比貧毛類的豐富許多，數量上也多很多，而蛭類則無剛毛。體色也不再僅僅是貧毛類的紅色，或蛭類的黑色，而是五顏六色，色彩繽紛。體型上，有小於一公分的，也有大到二公尺長的，體寬從數毫米到一公分左右。
海蟲的分布與物種多樣性
海蟲在動物的演化上屬於相當古老的一群，牠們是在寒武紀 (約五億至六億年前) 大爆發時就已出現在海洋中的無脊椎動物，分布極廣，從數千公尺的深海、到河口、到高山溪流，從赤道海域到極地海域，從泥地到沙灘，從岩礁到珊瑚礁，從清澈的水域到污染的水域。從棲息環境的寬廣性，就可以知道這是一群適應力強的動物。
專門研究海蟲的生物學家估計世界上可能有多達二萬五千到三萬種的海蟲。目前已鑑定、描述、記錄到的海蟲約有八千種，分別屬於八十一個科。一般沙泥棲地裡，河口地區的物種多樣性較低，但族群數量較大；而外海地區的物種多樣性較高，族群數量卻較小。由於珊瑚礁區不易取樣，珊瑚礁區的海蟲多樣性至今仍鮮為人知。海蟲物種多樣性形成的機制，是國際研究海蟲學者探討的主題之一。
臺灣位於南中國海的北端，包含在由馬來西亞、印尼、菲律賓、越南等東南亞國家所圍繞的印度 — 太平洋水域之內，這個三角形區域是世界最有名的海洋生物歧異度中心，是全世界海洋生物多樣性最高的地方。臺灣的海洋生物 (包括海蟲) 多樣性形成機制與這個歧異度中心有關嗎？而在這個歧異度中心又扮演何種角色呢？這些有意義又有趣的課題，正由國內一群海洋生物學家進行國際合作研究當中。
海蟲的生態角色
海蟲是生態系的一環，雖對人類沒有直接的經濟效益，但休閒海釣所用的餌，卻以牠們為上品。沙蠶、歐努菲蟲、磯沙蠶等海蟲是魚兒所喜愛的食物，在國內及歐美國家的野生族群已不敷所需，因此，東南亞及中國大陸有人工養殖海蟲的行業。
由於海蟲已演化了相當久的一段時間，適應力也就變得多樣化了。有的種類對環境的變化相當敏感，有的則對環境的變化有相當的忍耐力。又由於牠們移動能力低，或因穴居性或管棲性根本不移動，因此，最能反映其棲息地的環境變化。這樣的生物習性，是最佳的環境指標，生物學家就利用某些特定的海蟲或類群的出現，了解該地環境是不是健康。舉個例子，有一群海蟲叫做小頭蟲，牠們在有機質營養豐富的地方，繁殖快速，族群密度很高，往往一平方公尺的密度可以高達上萬隻。當這些海蟲異於尋常地以每平方公尺超過上萬隻至十數萬隻的高密度出現時，我們就應當警覺到，這個水域已經受到有機物質的污染了，應做後續的棲地改善及復育的措施。
海蟲是建構濕地食物網一個不可缺少的環節。多數海蟲的食物是碎屑、微小藻類、微生物，牠們把這些物質轉換成自身的組織，再提供給更高階的鳥或魚利用。鳥或魚無法利用的物質，經由海蟲的啟承轉合，而使得濕地成為魚蝦滿地，水鳥安心育雛的美好境地。
臺灣的幾個國際級的重要濕地，例如彰化大肚溪口、嘉義朴子溪口、布袋濕地、臺南七股濕地、曾文溪溪口等蘊蘊水鄉，都滋養了海蟲。牠們或直接被水鳥啄食，或被魚、蝦、蟹捕食，間接地成為水鳥的食物來源。成千上萬的水鳥與牠們棲息的濕地生態，提供我們一個千金難買的心靈饗宴場所。在觀賞如詩如畫的水鄉濕地之餘，人類更應該向濕地生態系學習共生共榮相互依存的哲理，唯有心存悲憫，尊重萬物，我們才會長久保有一個美麗的地球。 |
水產養殖:魚病萬花筒 | 細菌性疾病
所謂細菌性疾病，簡單地說就是細菌所引起的疾病。微生物學家把細菌區分為自營菌及異營菌兩種。自營菌包括光合自營菌及化學自營菌兩大類，光合自營菌是利用太陽光當能量來源，吸收環境中的碳、氮、磷及其他微量元素，合成身體中的成分，不需要利用環境或生物體的有機物質，是平常就已經大量存在於環境中的常態菌。化學自營菌如硫桿菌屬，絕大多數都能進行硝化作用，合成有機物質。一般而言，自營性的細菌是初級生產者，卻不是致病菌。
異營菌需要吸收、利用環境中或生物體中的有機物，並轉換成自己身體的成分，這一類型的細菌大量存在於自然環境中，具有消耗水中污染物質及淨化水質的能力，病原菌大都屬於這一類型的微生物。水產養殖池如養蝦池、養鰻池、或其他經濟魚蝦類養殖池，都可以利用生態菌去除池中大量堆積的有機物，以防止池塘老化，維持養殖池水質及藻類的優良化等。此外，有益生態菌會跟致病性細菌競爭有限的營養物質及空間，直接或間接抑制致病菌的增殖，藉以降低病害發生率。
魚蝦等水產生物生活在水生環境中，水生環境十分複雜，影響因素很多。池塘水域環境優良時，環境中的藻類、微小動物、微生物等相對形成穩定的生態平衡，但如水域生態環境失去平衡，會造成環境及水質惡化，直接或間接導致水中溶氧量嚴重減少，使池塘中微生物相失衡，並引起種種不良反應。
當寄生性微小動物大量增殖時，會寄生在魚類體表或鰓部，引發魚類寄生蟲病。如致病性細菌突然大量增殖，並侵入魚蝦的組織器官，則會造成魚蝦類嚴重的細菌性疾病。其他如病毒性疾病及黴菌性疾病，都是因為病原大量侵入體內，在體內繁殖並破壞組織器官所導致。
細菌性疾病的類別
基本上細菌可以區分為革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌兩種 (革蘭氏是一種染色方法，革蘭氏陽性菌是因為細菌外圍具有一層厚重的細胞壁月太聚醣，染色後細菌呈現藍色；革蘭氏陰性菌則因細菌外圍主要成分是脂多醣，染色後細菌呈現紅色), 根據菌體形狀又可區分為球菌和桿菌兩種，所以細菌主要包括革蘭氏陽性球菌、革蘭氏陽性桿菌、革蘭氏陰性球菌及革蘭氏陰性桿菌四大類。
魚蝦類主要的細菌性傳染疾病的致病原因中，以革蘭氏陰性桿菌類為主，這類細菌具有內毒素及外毒素，嚴重罹病的池中會發生大量死亡，所以應特別注意。在臺灣地區，養殖魚蝦類的細菌性病害，由革蘭氏陽性球菌引起的疾病，主要是葡萄球菌感染症及鏈球菌感染症，由革蘭氏陽性桿菌引起的疾病，則以糞土分枝桿菌感染症為首。
本文中敘述的病害，屬於革蘭氏陽性球菌的，以葡萄球菌感染症為代表，屬於革蘭氏陰性桿菌的，則以弧菌屬細菌為代表。
葡萄球菌屬於革蘭氏陽性球菌，對環境的適應性非常強，鹽度的適應範圍是 0~15%, 溫度的適應範圍是攝氏 10~45 度。葡萄球菌廣泛存在於地球上，可以找到的地方包括土壤、岩石、地表、淡水、海水、植物外表 (樹皮及樹葉)、動物毛髮、生物體軀外表等。致病性葡萄球菌會侵害水產動物，導致水產動物生病。以吳郭魚為例，牠可以養殖在淡水水域、半淡鹹水域或海水水域中，但無論養殖在那一種水域中，都可能遭受表皮葡萄球菌的感染，並且曾發生嚴重的病害和大量死亡的病例。
弧菌廣泛地存在於水域中，不論淡水魚蝦類或海水魚蝦類都有可能遭受攻擊，魚蝦類罹患此病可能出現嚴重病害。歷年來臺灣地區水產養殖業發生過的重要弧菌病，有鰻魚弧菌病、虱目魚紅斑病、以及近幾年來導致草蝦大量死亡的弧菌病等。
弧菌的分布範圍很廣，生態上則依不同種類的弧菌而有不同的環境適應性，大多數的弧菌都需要鹽分，所以生存在海水及半淡鹹水區域的種類較多，因此海水養殖魚蝦類及半淡鹹水養殖魚蝦類等較易遭受感染。每年弧菌病的疫情包含兩次病害流行期，分別在三～五月及八～十月。
魚類寄生蟲病
水域中微小動物或動物性浮游生物，是正常生態系統中生態鏈上不可或缺的一環，在生態地位上同時扮演捕食者和被捕食者的角色，也是穩定水質及水相平衡不可缺少的一環。
此外，這一類型的生物與其他生物間有特殊的相互關係，包括寄生和共生，鐘形蟲即是共生蟲，常見於蝦類或蟹類的甲殼外表。寄生又可區分為終生寄生和只在生活史的某一階段屬於寄生性生物，大部分魚類常見的寄生蟲都屬於終生寄生。至於田貝幼小時生有一對鉗狀前肢，可以寄生在其他魚類身上，此一階段屬於寄生性，變態完成後，鉗狀前肢消失，這時牠以濾食方式取得食物，即變成濾食性。
寄生蟲的寄生方式，可區分為內部寄生蟲及外部寄生蟲二大類。一般所謂的魚類寄生蟲主要是外部寄生蟲，外部寄生蟲有傳染性快及容易蔓延等特性，被侵害的部位會發生潰爛並引發其他病原入侵造成二次性感染，嚴重感染病例會發生大量死亡。內部寄生蟲主要寄生在體內組織器官中，如絛蟲、肝吸蟲、鰾線蟲及土壤線蟲等，內部寄生蟲較少發生因嚴重感染而導致大量死亡的病例。 |
危險空氣 | 空氣中懸浮微粒的成分，主要來自人類的商業行為，如工廠、汽車所產生的廢氣，以及在自然界中，以生物性方式存在，花粉、真菌孢子等過敏源，這些懸浮粒子極其微小，能長驅直入，侵入肺泡，甚至進入血液系統，影響人類健康！第五集綱要
空氣中懸浮微粒的成分，主要來自人類的工商業行為裡面，透過車輛、工廠、焚化爐等等，所燃燒產生的廢氣，其他例如說燒香，或者是拜拜燒金紙，田野當中燃燒稻草的時候，所產生的煙霧，也是非常主要的成分來源。至於在自然界裡面懸浮微粒，以生物性的方式存在像花粉和真菌孢子等過敏源。在日常生活中影響著人類呼吸的空氣品質，其中最嚴重的就是細懸浮微粒 PM2.5。PM2.5 也就是粒徑 2.5 微米的微粒，大多來自人為汙染，像是工業區或汽機車排放的廢氣。目前臺灣都會區 PM2.5 的年平均濃度，約為每立方公尺 30 ~ 40 微克，比世界衛生組織的建議值要高出許多。研究指出 PM2.5 會增加心血管疾病、肺病及肺癌的罹患率，每立方公尺空氣中增加一微克，總體死亡率將上升 0.6%。若想要保命只要 PM2.5 的濃度，每下降十個單位，平均壽命將增加約 0.61 歲，生活中的各種選擇，正是影響身體健康的關鍵因素。
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民視 (53 臺) 2016 年 07 月 30 日 (周六) 08:00【科學再發現】全集播出 (重播)
2015 年 11 月 07 日 (周六) 08:00【科學再發現】全集播出 (重播)
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河魨毒及麻痺性貝毒:河魨毒的中毒與治療 | 一般所謂的魚類食物中毒，絕大部分是因食用不新鮮魚貝類所引起的細菌性中毒或魚肉腐敗而造成的中毒案例。然而，有時吃極新鮮的水產品也會中毒，因為這些水產品本身就含有毒素。這些毒素統稱為海洋生物毒，在海洋生物毒中，最為人所熟悉的應屬河魨毒。
臺灣曾在 1977 年外銷義大利的香魚片中，因混入有毒的河魨魚肉，造成一名義大利人和一名比利時觀光客中毒死亡。其後，偶爾有類似的食物中毒事件發生，且死亡率頗高。在臺灣、日本、香港、中國大陸、泰國、新加坡、美國等都發生過中毒案例。
在日本，河魨是當做傳統食品食用的。河魨肉的價值甚高，餐廳把河魨肌肉部分以生魚片的方式做成美味的高級料理。
1909 年日本學者田原首先把河魨毒命名為 tetrodotoxin (TTX), 但直到 1964 年，幾個不同研究小組才同時提出河魨毒的分子式是 C11H17O8N3。河魨毒主要是阻斷神經衝動的傳導，具抑制呼吸的作用，會引起呼吸肌麻痺，對胃腸道也有局部刺激作用，並可使血管神經麻痺，引起血壓下降。河魨毒的檢測方法，目前常使用的是小白鼠的生物毒性檢定法。河魨毒劑量表示法是老鼠單位，1 老鼠單位代表使 20 克的小鼠在 30 分鐘死亡的毒劑量。
河魨毒也是極其珍貴的生物藥品原料，經萃取純化後價值更高。河魨毒目前正開發用來替代現行通用的麻醉藥品，且無任何副作用，經高度稀釋後的河魨毒素滴液也可應用於戒毒。
臺灣的中毒案例
1994 年 1 月，在彰化地區發生的食物中毒事件，有 5 個人共食不明魚種的魚卵，其中 4 人中毒。那批魚卵是從彰化沿海捕獲的不明魚種取得。有 2 人於食後 1 小時發生頭暈、口唇及四肢麻痺的現象，接著呼吸困難、嘔吐及喪失意識。另 1 人由於進食較少，症狀較輕微，於食後 2 小時僅唇舌麻痺，最後全身麻木。把這 3 位患者送往彰化基督教醫院以度巴明 (dopamine, 或稱多巴胺) 及氧氣治療 6 天後康復回家，另 2 人資料不可考。
上述有紀錄的 3 位患者，就醫時經血液學和一般生化檢查都屬正常。把患者食用的殘餘魚卵依河魨毒的生物檢定法測其毒性，得知魚卵每公克含有 150 老鼠單位的河魨毒。
1995 年 6 月，新竹地區發生一件食物中毒事件，有一對夫婦煮食雲紋蝦虎中毒。這批魚是從竹南中港溪捕獲的。二人在食後 1 小時發生頭暈、口唇及四肢麻痺的現象，並有呼吸困難、嘔吐和全身麻木的症狀。其中婦人因攝食較多，症狀較嚴重，經新竹省立醫院治療數日後才康復回家。把患者食用剩餘的 3 尾魚體依河魨毒的生物檢定法測其毒性，得知毒性值範圍是肌肉 4~24 老鼠單位 / 克，頭部 5~120 老鼠單位 / 克，內臟 7~84 老鼠單位 / 克。
1999 年 11 月，行政院衛生署疾病管制局接獲成功大學附設醫院通報 4 名罹患急性無力肢體麻痺病例。這 4 名學生在吃完午餐約 1 小時後，陸續發生口唇、舌、顏面等部位麻痺現象，並逐漸擴散至頸部及四肢，且呈現運動失調、身體飄浮、嘔吐等症狀。其中一名症狀較嚴重，送院時已呈半昏迷狀態，轉入加護病房，經血液透析及支持治療後病情才轉穩定。由這幾位學生的症狀、治療情形及學校所提供午餐的菜單，研判這次事件應是午餐中的香魚排含有河魨毒所引起的中毒事件。
2000 年 7 月，在嘉義東石有一位民眾在當地餐廳用餐後，就出現嘔吐、頭暈、嘴麻、手麻等症狀，經就醫診所向衛生單位通報後的調查，發現當天曾食用炒螺肉，其中毒極可能與螺肉有關。經檢驗剩餘螺肉，測得檢體中含有 118 老鼠單位 / 克的河魨毒，中毒的螺類經鑑定是大玉螺。
2001 年 4 月，在金山鄉外海作業的漁船，因食用自行捕獲的不知名螺類，導致 5 名大陸漁工中毒，送醫急救。所吃的螺類經鑑定是素面織紋螺與球織紋螺，河魨毒毒量分別高達 730 老鼠單位 / 克及 490 老鼠單位 / 克。
2002 年 2 月，屏東新鄉鹽埔仔一位漁民，因食用自行捕獲的海螺後，感到唇、舌、面及頸部有刺痛感，並有暈眩症狀而送醫急救。這次中毒事件的毒螺經分析後有 3 種，分別是橙口榧螺、臺灣榧螺和平瀨榧螺，河魨毒毒量分別是 149、35 與 58 老鼠單位 / 克，毒素主要蓄積在肌肉中。
2002 年 5 月，高雄市一對夫妻食用親友從澎湖海域撈獲的不知名螺類，2 小時後，發生嘴巴與手腳麻痺、上吐下瀉、頭暈神智不清、呼吸困難等不適症狀，其中一名患者不幸死亡。剩餘的螺類轉送至行政院衛生署藥物檢驗局檢驗，檢測出長約 4~5 公分的疣織紋螺具有河魨毒 320 老鼠單位 / 克，以及粗果織紋螺具有河魨毒 386 老鼠單位 / 克。
2004 年 4 月，晁欣號 6 名船員在東沙島海域捕獲不知名的螺類，燙熟食用後半小時出現麻痺、昏迷、噁心、嘔吐、運動失調、語言障礙等嚴重中毒症狀，其中兩人不幸身亡。中毒螺類經鑑定是織紋螺科的橡子織紋螺，螺體和病人的血液、尿液檢體經檢驗，發現造成這次中毒事件的物質是河魨毒，且螺類樣品的消化腺與肌肉平均毒量分別高達 2,048 和 2,992 老鼠單位 / 克，總平均毒量是 5,188 老鼠單位 / 個體。
2005 年 10 月，小硫球群島發生一起因食用疣織紋螺而引發的食物中毒事件，67 歲的患者在食用後出現麻痺、昏迷、語言障礙等典型中毒症狀。剩餘螺類樣品經送驗，發現造成這次中毒事件的物質是河魨毒和少量麻痺性貝毒，個體毒性範圍介於 63 到 474 老鼠單位 / 個體，螺類樣品的中腸腺與其他部位平均毒量分別是 296 和 382 老鼠單位 / 克。
其他國家的中毒案例
除了臺灣，許多國家都曾發生河魨毒中毒的案例，包括日本、中國大陸、泰國、孟加拉等國家，其中以日本統計的案例較完整。因日本把河魨生魚片當做餐廳的高級料理，管理較嚴格，統計也最精確。在最近 10 年，日本因食用河魨而中毒的死亡率約 8.3%, 案例大部分是漁民自行捕獲的河魨類魚種，由漁民自己宰殺烹飪後食用而中毒，鮮少在餐廳因廚師的料理不當而造成。
日本人生食河魨肝臟，而肝臟一般是有毒河魨最毒部位之一，因而易造成食物中毒而死亡。做為河魨生魚片的魚種虎河魨，目前大都是養殖提供，這些養殖的虎河魨通常已不具毒性。因此，日本衛生單位厚生省自 1983 年推行食用河魨管制以來，死亡率就降至個位數。
孟加拉在 1998 年發生食物中毒案例，有 8 人食用橫紋多紀魨，造成 5 人死亡，他們的中毒症狀包括呼吸困難、嘴唇麻痺、胃痛伴隨著嘔吐。在食用 2 小時後，症狀就出現，且隨時間增加症狀也更加嚴重。有 2 人在送醫途中就已死亡，剩下 6 人送至醫院後有 3 人陸續死亡，最後僅有 3 人痊癒離開醫院。
在中國，自古代就有食用河魨而發生中毒的事件，但中毒事件的紀錄並不完全。2002 年 6 月文昌市發生河魨中毒事件，進食人數 3 人，中毒 3 人，死亡 1 人。漁民自漁船上捕獲河魨，自認懂得這魚種的毒性及料理，經處理後和西仔魚混在一起煮熟與家人共享。食用 1 小時後，開始有人出現中毒症狀：口唇、舌、四肢發麻，手無力，噁心、嘔吐等現象。該漁民在進食的同時飲酒，病情最嚴重，經過約 3 小時後死亡。
另外，浙江省舟山市人民喜食織紋螺，但 25 年來不斷發生食物中毒事件，已有 16 人死亡，其中以 1978~1979 年中毒頻率最高。在泰國，曾有人因食用馬蹄蟹而中毒的案例。患者的中毒特徵很像河魨毒或麻痺性貝毒的症狀，經長時間研究發現馬蹄蟹體內同時含有河魨毒及麻痺性貝毒。此外，美國在 2000 年記載有 10 人因食用河魨而死亡，其中 4 人在夏威夷。另有記錄 2 位荷蘭水手食用南美產河魨肝臟而死亡。
河魨毒的中毒症狀
對體重 50 公斤左右的人而言，河魨毒的半致死劑量約為 10,000 老鼠單位，換算成精製的河魨毒素則相當於 2 毫克，毒性相當於氰化鈉的 1,000 倍以上。
河魨毒的中毒症狀，依中毒患者所攝食的劑量、年齡及健康狀況而有所不同。根據日本學者從輕症狀到重症狀約可分為 4 級。
第 1 級，依據患者攝食的河魨毒總量，初期症狀約在 10~45 分鐘出現，且可能持續 3~6 個小時。其中毒症狀分神經症狀及消化道症狀。神經症狀包括嘴唇、舌頭及咽頭感覺異常，味覺錯亂、頭昏眼花、頭痛、發汗、瞳孔收縮，同時伴隨消化道症狀如流涎、噁心、嘔吐、腹瀉和腹痛。
第 2 級，神經肌肉症狀，包括更明顯的皮膚感覺異常、四肢末端麻痺、瞳孔擴張、瞳孔和角膜喪失反射能力及呼吸困難。
第 3 級，神經肌肉症狀，包括咽喉麻痺造成吞嚥困難和痛苦、昏睡、肌肉運動能力失調、飄浮的感覺、中樞神經和肌肉神經癱瘓。呼吸和心臟血管方面，包括低血壓、極低血壓、血管舒縮被阻塞，心臟的跳動症狀包括竇性緩脈、無收縮心律、心跳過速、房室結傳導異常、發紺、臉色蒼白和呼吸困難。皮膚症狀有鱗狀皮膚炎、瘀斑現象出現。
第 4 級，包括呼吸衰竭、極度低血壓、喪失肌腱反射能力。儘管有些病人表現精神能力受損或變成昏睡，但大部分病人在死亡前都保持神志清醒。通常包括呼吸肌肉的進一步麻痺現象，出現在中毒後 6~24 小時內。若病人可以支撐超過 24 小時，通常預後良好。
除了上述症狀，有些病例報告含有不平常的特徵，如高血壓、腦神經性尿崩症。這些會產生高血壓的患者，經實驗發現其本身就帶有高血壓和副交感神經較敏感的特徵。
河魨毒的治療方法
截至目前為止，河魨毒尚無有效的抗體或解毒劑可供使用，因此河魨毒中毒患者的治療目前以支持性療法為主。臨床症狀如未有嘔吐現象，則可施予催吐處理，以減低毒量的吸收。必要時提供洗胃處理，洗胃時可添加 2% 的碳酸鈉和活性碳以中和及吸附毒素。若患者未發生呼吸衰竭現象，應不會造成死亡。但患者若已產生明顯的肌肉無力現象，則應隨時準備放置氣管，插管提供氧氣，並以人工呼吸器幫助呼吸。
對於嘔吐嚴重的患者，則須補充足夠的體液及電解質。而對血壓降低的患者，除了給予靜脈輸液外，必要時應給予升壓劑如阿托品的藥物。另外曾有人建議使用具乙醯膽鹼作用的藥物，但其效果仍未確定，因此現今仍以支持性療法為主。若患者能度過中毒後的 24 小時，且無併發症產生，通常會順利復原。
河魨毒的預防
到目前為止，河魨毒的檢測須在有特定設備的實驗室中才能完成。通常採用生物檢定法，尤其是利用小鼠的檢定法，因小鼠價廉且易於得到，一般是以腹腔注射的方式測出毒量和致死時間的關係。
國內以往發生的河魨毒素中毒案件，都是因為不明瞭自己吃的是河魨 (河魨種類有數十種之多), 或是吃到其他非河魨但含有河魨毒素的食物 (如織紋螺、蝦虎魚、螃蟹) 而中毒的。因此為預防中毒，應避免食用來路不明或不知名的魚類、螺類。
在一般的烹飪條件下，河魨毒具熱穩定性且不易分解，因此在食用時千萬不要以為加熱後食用就不會中毒。同時更應避免食用毒性較大的內臟部位，必要時應禁止出售和食用河魨魚。
在河魨毒的預防上至少要做到下列 3 點。首先是避免攝食河魨，如欲攝食河魨，應先確定魚種，並經「有效地去除其內臟組織及皮膚」等適當調理，否則應避免攝食。其次是不食用來源不明或非平常食用的水產物，以免誤食有毒的魚貝類。當不幸中毒時，應先使患者嘔吐，把胃內容物排出，並緊急送醫急救。
另外，如果因食用未知魚類產生中毒症狀，應儘速就醫，以免因中毒嚴重，產生呼吸衰竭而死亡。目前衛生署和漁業署已把有毒的生物製成圖檔，公布在網站上或已印製成圖冊，提醒一般民眾在食用上注意安全，歡迎查看。 |
魚貝類潛藏的毒素 | 世界名著《小王子》一書中，有這樣的描述:「小王子居住的行星，有好的及壞的種子。好的植物來自好種子，壞的植物來自壞種子，在地面上看不到種子的存在，因為被埋在黝黑的地下。有一天，其中一顆種子突然萌生甦醒的念頭，於是探頭出來，將嫩綠新芽朝向太陽明亮處成長。如果這是蘿蔔幼芽，或是玫瑰嫩苗，就會讓它隨意生長；如果被認定是有害植物，便立刻將它鏟除殆盡。」
在小王子居住的星球中，有一種阿爾巴巨樹，幼苗和玫瑰花很類似，一旦被認出來，分秒都不得耽誤，要趕緊拔掉，否則一定會釀成大禍，因為樹根會貫穿整個行星，讓星球四分五裂。
《小王子》畢竟是杜撰著作，但回歸到現實層面，地球上的各個物種為了生存及繁衍，不也是如此嗎？牠們會利用偽裝、擬態、假死術，甚至會使用生化武器 (有毒物質、液體的分泌) 防禦或攻擊敵人。
美麗燈蛾本身並不會製造毒素，但為了減少被其他生物吃掉的危險，所以在還是毛毛蟲的時候，就會攝食一種內含吡喀啶毒生物鹼的豬屎豆子，即使長大成蛾，體內毒素並不會消失，反而會留在雄蛾體內合成一種化合物，做為交配時的誘因，並傳遞給下一代的幼蟲，做為防禦及攻擊武器，避免淪為螞蟻、螟蟲等物種的食物。
占地球三分之二的海洋生物，為了延續生命的戰鬥，也從來不曾留下任何休止符。不要以為色彩繽紛的魚貝類是很友善的，一旦被僧帽水母或是箱形水母給螫到，絕不是疼痛了事，極有可能陷入休克狀態，甚至瀕臨死亡。水母就是利用觸手的刺細胞進行捕食及防禦工作，以維繫生命的延續，絕不容許敵人侵犯自己一步。
海洋蘊藏著地球最豐富的生物資源，為了適應海底世界的生存條件，海洋生物都具有一些特徵及特殊維生方法，在體內蓄積或是自行合成毒素，就是牠們生存的方式之一。
並不是所有海洋生物都是如此，但在食物供應鏈作用下，人類受到海洋生物毒侵害的機會相對提高，尤其在食用魚貝類的數量大幅上揚之後，吃到有毒的魚貝類，或是腐敗不新鮮的海鮮食物比率自然增加，所以研究海洋生物毒便成為全世界生物、化學、藥理、食品學者關心的課題之一。
食物供應鏈下的產物
麻痺性貝毒是一種神經性毒，自古以來，就是人類避之唯恐不及的毒素。目前研究產生的原因發現，它主要是來自有毒的渦鞭毛藻及具麻痺性貝毒的細菌，再經過食物鏈的網路轉換與流動，造成毒害。現存的海洋藻類有 19,000~25,000 種，其中有三百種會引起藻華 (在水中滋生大量的浮游植物，而使水變色) 現象，而當中又有 30~40 種經證實含有毒性成分，渦鞭毛藻就占了最大宗。
藻類是海洋生物初級生產者的食物來源，草食性魚類及濾食性貝類 (如西施舌貝、牡蠣、文蛤、海瓜子、淡菜) 都以藻類為主食，濾食性貝類在攝食毒藻後，毒素不會排出體外，卻蓄積在體內。
然後在食物鏈供應下，一級肉食動物吃草食性動物、濾食性貝類；大型魚類和無脊椎動物等二級肉食動物吃一級肉食動物；三級凶猛和哺乳動物吃二級肉食動物。有些抵抗力弱的海洋生物 (如魚類), 不小心吃進了有毒生物，很容易中毒死亡。
但是像西施舌貝、銅鑄熟若蟹這類抵抗力較強的生物，會蓄積毒素在體內，更進而轉化成貝毒，只是物種、發生地不同，所含的毒素也不盡相同。截至目前，已被證實的毒素包括麻痺性貝毒、下痢性貝毒、神經性貝毒及失憶性貝毒。
因為毒藻之害所引起的貝毒案例相當多，分布於全球各地。日本的長崎、三重、岩手，美國的華盛頓、麻塞諸塞、阿拉斯加，加拿大，南太平洋洲的紐西蘭布蘭堤灣、澳洲瑞納港，歐洲的法國莫內港，智利，以及臺灣都發生過麻痺性貝毒。
麻痺性貝毒有多毒？從民國七十五年及八十年發生在高屏及嘉義地區的西施舌貝毒事件，便可一窺其嚴重性。二起事件的民眾在食用養殖的西施舌貝約 30 分鐘後，嘴唇、舌頭、臉頰便開始發麻，並伴隨著灼熱感。緊接著，頸部、手腕、雙手及雙腳的末稍有麻痺現象，甚至有嘔吐症狀。更不幸的是，不到一天的時間，就有二人因毒性太強而死亡。
從出現症狀到發病死亡，不超過一天時間，比 SARS 病毒還要來得強，問題是養殖的西施舌貝本身不含毒性成分，食客怎麼會中毒？經解剖貝體分析毒性成分得知，是西施舌貝所含有的麻痺性貝毒在作怪，而主要的毒害來自毒性很強的膝溝藻毒素。
研究人員進一步分析，原來是養殖地區水質遭到污染，如耗氧性污染物質導致水體溶氧量減少，於是渦鞭毛藻開始大量繁殖，即使西施舌貝不含有毒成分，但在攝取毒藻之後蓄積體內，便成為有毒的西施舌貝，在食物鏈供應下，倒楣的民眾便成為西施舌貝毒的受害者。
有一些蟹類，如銅鑄熟若蟹、花紋愛潔蟹、鏽花脊熟若蟹、雷諾鱗斑蟹的身上，也都含有高量的麻痺性貝毒，另外，玉螺、織蚊螺等螺類也都含有少量的麻痺性貝毒。就目前研究毒蟹及毒螺的文獻發現，牠們所含的毒素和食物鏈脫離不了關係。螃蟹及螺類皆屬雜食性生物，管它毒藻、有毒貝類，全部都吃進肚子裡去，毒素因而蓄積在體內，成為含毒的海洋生物。
海洋生物蓄積麻痺性貝毒的主要形成原因，經過學者研究推論，和具麻痺性貝毒生產性的有毒渦鞭毛藻及細菌有相當大的關聯。就算渦鞭毛藻沒有毒，一旦與具麻痺性貝毒生產性的渦鞭毛藻或細菌發生了轉化作用，就會成為麻痺性貝毒的來源。再經由海洋環境及營養素的供給，渦鞭毛藻會大量生長並做為濾食性及草食性動物的食物來源，然後在食物鏈的環環相扣下，濾食性及肉食性動物就會很容易蓄積麻痺性貝毒毒素。
至於麻痺性貝毒的毒害來源是來自渦鞭毛藻，還是含毒細菌，或是兩者結合造成的，研究學者的意見仍有分歧，不能做出最確切的認定，但對於食物鏈在蓄積毒素的這一個環節扮演相當重要角色的觀點上，卻趨於一致。
躲在魚貝類臟器的一級殺手
和麻痺性貝毒一樣可怕的海洋生物毒是河魨毒，屬於猛烈性神經毒性，會干擾中樞神經、末稍神經、知覺神經、運動神經，使之麻痺而喪失功能。河魨毒的毒性相當於氰化鈉的一千倍以上，是最危險的海洋生物毒。
有哪些海洋生物具有河魨毒？最早知道的是河魨身上含有這種毒素，尤其以四齒河魨的肝臟、卵巢、膽囊、皮膚、肌肉都有猛、強、弱不等的神經劇毒──四齒魨毒素，或稱為河魨毒。
河魨肉質鮮美，是老饕最愛，日本人甚至近乎癡迷，為了品嘗這種細緻、嫩滑的「要命美味」, 一定要由領有特殊執照的廚師專門料理，快、狠、準的操刀技術令人讚歎，其目的即在確保每一片河魨生魚片都是安全無虞，絕不會碰到任何一個臟器。
只要吃到一丁點的河魨毒，都足以讓人窒息。十八世紀末，庫克船長在一次旅途中，第一次見到河魨，晚餐進食吃進了稍微過量的河魨毒，就已經感受到河魨毒的威力。他在一七七四年的日記中描述如下:「凌晨三、四點，我們四肢無力，沒有知覺，彷彿是手腳在受到霜凍之後，又被大火烹烤一樣，慢慢地我們喪失了知覺，接著開始嘔吐。」
十八世紀的庫克船長並不了解河魨究竟含有什麼毒素，到了一九○九年，日本學者已經運用純化方式確定河魨含有巨毒，並命名為「河魨毒」。
科學界界定毒性強弱的單位叫做「老鼠單位 (Mu)」, 一老鼠單位係指能在 15 分鐘毒死一隻 20 公克實驗用小白鼠的毒物劑量，按照河魨毒強度的劃分標準則為：10 Mu/g 以下，屬無毒；10~99 Mu/g, 屬弱毒；100~999 Mu/g, 屬強毒；1,000~9,999 Mu/g, 屬猛毒。10 Mu/g 以下指每公克的河魨魚肉或內臟等檢體所含的毒量在 10 老鼠單位以下，依此類推。
如果吃了某種含有 5,000 Mu/g 猛毒的河魨肉，哪怕是兩公克的量 (等於一萬 Mu/g), 都可讓人致命。在日本，河魨毒中毒事件大部分歸因於在自宅內處理內臟器官未盡得宜，於是造成中毒事件。在臺灣，河魨毒的中毒原因卻和食用「香魚片」有關。
香魚片是以魚肉為原料，再予以烘烤 (也可以不必烘烤)、壓扁的乾魚品。早期香魚片的原料是採用鮟鱇魚和剝皮魚，但在成本考量下，近年來，業者紛紛改採低價河魨為原料。河魨含有毒性，一直以來都被禁止在魚市場販售。一九八一年以後，政府放寬河魨禁令，可以採用無毒種克氏兔頭魨 (俗稱黑鯖河魨，其實腸道和肝臟有微毒) 做為香魚片的原料。
但是黑鯖河魨產量不敷市場需求時，有些業者遂將其他河魨做為原料，包括光兔頭魨 (俗稱滑背河魨)、黃鯖河魨、橫紋多紀魨 (俗稱瀧汶河魨) 及月尾兔頭魨 (俗稱栗色河魨或毒鯖河魨), 只是除了黑鯖河魨、滑背河魨、白鯖河魨 (肝臟有強毒) 的魚肉沒有毒之外，瀧汶河魨及栗色河魨的魚肉可是含有毒的，嚴禁用來做為香魚片的原料使用。有些業者對河魨魚種辨識能力不足，又加上對臟器處理技術不夠周延，所以從民國六十年代迄今，造成了幾起食用香魚片引起中毒的事件。
一旦吃進了河魨毒素，在 10~45 分鐘之內，身體就會有反應，最長可延至三個小時。首先會有嘔吐現象，口部、唇部及舌部會麻痺，然後會擴散到四肢，有時也會伴隨著頭痛、暈眩及腹痛。漸漸地，行動變得遲緩，然後出現發聲困難、肌肉無力、呼吸衰竭、血壓降低的症狀。如果患者在中毒後能夠活到 24 小時以上，又無併發症狀，大部分的人都可以存活下來。如果熬不過 24 小時，常常會因呼吸衰竭而亡。
除了河魨含有河魨毒素外，前文提及的毒蟹更是有備而來，見到人，連閃都不閃，一副「誰怕誰」的架勢。河魨毒素形成原因為何？在一九八○年以前所做的研究，都偏重在體內自行合成，認為是與生俱來的。一九八○年之後的研究，卻發現和攝取外在食物，並蓄積體內有很大的關係。日本研究發現，做為高檔食材的野生虎河魨，卵巢、肝臟、腸子均含強毒，但是養殖虎河魨卻沒有毒，最大的原因就是養殖環境與攝食種類不同的結果。
目前研究河魨毒素的來源和麻痺性貝毒一樣，已經朝向食物鏈方面進行，依據學者專家推論，河魨毒主要形成原因，和含有河魨毒的海洋細菌有很大的關聯。這些細菌會透過海水，或是利用寄生或共生的方式與不同種類的海洋生物接觸，並在食物鏈的供應下，讓扁形蟲、箭形蟲、海星、熱帶蝦虎魚等海洋生物蓄積河魨毒。雖然目前尚未有確切的定論，但學者認為值得研究。
海洋生物千萬種，海洋生物毒也多不勝數，上述兩種僅是最常見，而且會對其他物種造成嚴重傷害的毒素。但千萬不要以為經常食用的海魚 (如鮪魚、鰹魚、鯖魚) 是安全的，雖然牠們沒有海洋生物毒，如果冷藏不當，或是魚肉出現腐敗現象，可是會產生高量的組織胺。根據美國食品藥物管理局的規定，新鮮魚肉所含的組織胺，每公斤以 50 毫克為上限，如果吃進了一百公克的新鮮魚肉，就有可能因為組織胺過高而出現中毒現象，更何況是吃進不潔魚肉，後果更是不堪設想。
而淡水魚，如草魚、鰱魚、鯉魚亦沒有海洋生物毒，但有人誤認食用這些淡水魚的魚膽對明目有益，因而釀成嚴重的腎衰竭食物中毒，甚至造成死亡事件，顯示在這些淡水魚的魚膽中有毒性物質存在。
吃海鮮是要嘗鮮，但千萬不要逞一時之快，讓自己成為海洋生物毒的受害者。 |
保育類動物 : 椰子蟹 | 有一種動物，很擅長爬樹，更妙的是，牠還能用自己的大螯，剪開椰子堅硬的果皮，享用椰子的果肉！猜猜牠是什麼？牠就是在屏東小琉球發現的「椰子蟹」。請聽以下的科學三分鐘，為您分享保育類動物：椰子蟹
男:「喂！快過來看！這棵椰子樹上，怎麼爬著一隻這麼大的螃蟹？哇！牠的身體快要跟足球一樣大，把牠烤熟了一定很好吃！」
男:「唉呦！妳幹嘛？」
女:「我打你是為了你好，你要知道，這種生物可不是普通的螃蟹，牠是一種保育類動物，你要是吃了牠，就等著吃牢飯吧！」
男:「什麼！這麼嚴重！這到底是什麼樣的生物啊？」
提到蝦子與螃蟹，大家都看過、也吃過牠們。但是你可知道，牠們還有一群必須把脆弱的腹部藏在貝殼裡，以免遭受攻擊的親戚，說到這裡，相信大家都已經猜出牠們的身分了吧？沒錯！答案就是「寄居蟹」。不過這其中有一種很特別的陸生寄居蟹，居住在海岸上，牠們的個體已經發育得很強壯，因此再也不需要貝殼的保護；這種特化的寄居蟹，就是我們今天的主角–椰子蟹。
如果你親眼看過椰子蟹，一定會被牠們的體型所震撼。牠們是陸上最大的無脊椎動物，最大的椰子蟹體重可以達到六公斤以上，顯得虎虎生風；牠們身上那一對威武的大螯，則能剪開椰子堅硬的果皮，享用椰子果肉，這也是牠們名稱的由來。
其實，椰子蟹在小的時候，也跟寄居蟹一樣需要貝殼的保護。不過，當他們長大之後，就不再需要倚賴貝殼，能夠獨立生存！但牠們龐大的體型、緩慢的速度，卻也造成牠們被人類獵捕的命運。在大量濫捕之下，台灣本島的椰子蟹非常罕見，先前在離島，也只有綠島、蘭嶼還存在著少量的族群，因此，椰子蟹已經被列入保育類動物名單。
很幸運的是，日前高雄師範大學的地理系團隊，在屏東小琉球進行調查時，竟意外地發現了一隻成年的母椰子蟹，腹部抱著滿滿的卵，正準備前往海邊產下後代。這項發現，證明了離台灣本島很近的地方，仍有椰子蟹族群的存在，也讓椰子蟹的復育燃起了一線希望。
然而，椰子蟹的成長速度非常地緩慢，要長到跟椰子一樣的大小，往往需要耗費好幾年的時間。而另一方面，椰子蟹的棲地，屏東小琉球也正積極發展觀光，如何在建設觀光設施的同時，兼顧在地動物的棲息與生存，是一項值得深思的事情。
如果能夠以「非侵入式觀賞椰子蟹」作為旅遊號召，替旅客規劃一趟「生態旅遊」, 或許會是在開發與保育之間取得均衡、兩全其美的範例呢！今天的關鍵字，就是
椰子蟹 coconut crab
您可以透過關鍵字，進一步查詢或做延伸閱讀。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-07-28 16:55:00 播出 |
油條的秘密 | 發媽：橘子、柚子～明天早餐你們想吃三明治還是稀飯？橘子：(抱怨) 哎喲～每次都是吃這兩種，媽～你都沒有其他的花樣喔？發媽：對ㄋㄟ...(思考中) 嗯～要不然明天我來做燒餅油條給你們吃，好不好？柚子：好啊好啊～可是，媽～你會炸油條嗎？發媽：炸油條～那還不簡單，不就麵團撖一撖、搓一搓，丟下去炸就好了嗎？橘子：哪有這麼簡單！而且，媽～你知道炸油條的麵粉要買哪一種的嗎？高筋、中筋、還是低筋？發媽：蛤？什麼筋？麵粉不就是麵粉，還有分這麼多種喔？柚子：對阿！我記得早餐店老闆說過，油條要用高筋麵粉去做，而且，油條炸出來會膨膨的，好像是因為裡面加了...... 加了...... 什麼劑的，唉唷，我忘了啦！老爸～你知道嗎？發爸：咳！油條會膨脹是因為裡面有添加膨大劑，油條在炸的時候，膨大劑會發生化學反應，瞬間冒出大量的二氧化碳和氨氣，所以扁扁的麵糰，才會在短短幾秒鐘之內膨脹起來，油條裡面不是會有很多的洞嗎？那就是製作過程中產生氣體的最好證據啦！發媽：喔～老爸，你真的好有學問喔！我嫁給你，真的是嫁對了啦～哈哈哈
專家解說
炸油條真是一個神奇的過程，下油鍋之後緊實的麵團，迅速的膨脹。這是有幾個原因，首先！製作油條的麵粉是高筋麵粉，高筋麵粉裡面所含的蛋白質是比較高的，主要有兩種蛋白質，一種是小麥穀蛋白，一種是球狀的穀膠蛋白，當我們在進行麵團的搓揉之後，這兩種蛋白就會混合在一起，球狀的蛋白質就會襄嵌在長鍊的蛋白質之中，讓整個麵團具有彈性又有延展性，不容易被產生的氣體撐破，同時能夠拉長而不斷裂。
那麼之所以會膨脹，是在加熱的過程中產生氣體來達成，造成氣體瞬間形成的原因是加入了膨脹劑，膨脹劑有兩種一種叫做碳酸氫銨，一種叫碳酸氫鈉，碳酸氫鈉也就是俗稱的小蘇打，當溫度達到 45 度 C 的時候，碳酸氫銨會首先分解成二氧化碳、水跟氨氣，由於氨氣有一點怪怪的味道，所以碳酸氫氨不可以加太多，以免影響風味，在比較低溫的時候，碳酸氫鈉，也可以產生二氧化碳，這裡頭可以加入一點塔塔粉或是磷酸鈣產生中和反應，這個過程就會產生二氧化碳，而在高溫的時候，碳酸氫鈉還可以繼續跟明礬產生二氧化碳，所以麵塊在定型之前，不同的油溫，都會持續產生二氧化碳，讓整個油條麵團撐起來，就可以看到篷鬆的過程。
此外在炸油條的過程，兩個麵團擠壓在一起，主要在黏合處不容易膨脹，產生的氣體就會更快速，往外作膨脹的動作，我們看到整個麵塊在篷鬆的過程中也就更為明顯，篷鬆的效果也就更好了，麵粉所製作的點心裡面，人類用不同的方式，用拌打、搓揉或是用發酵的過程中所產生的氣體，讓他具有不同篷鬆的口感，而讓我們在食用的過程中產生不同的風味跟食用的感覺，這就是飲食文化跟化學變化結合在一起的神奇結果。 |
北京治理空汙矛頭對準燒烤攤 | 新聞報導
中國正式向空氣汙染宣戰。北京當局已拆除超過 500 個戶外燒烤攤，媒體拍下工人鋸掉那些燒烤器具時冒出火花的鏡頭，一旁還有北京城管人員隨時監控。
北京當局希望得以有效降低空氣中的懸浮微粒 (PM2.5)。空氣中的懸浮微粒會進入人體肺部，影響人體健康。
北京市西城區一位媒體工作者表示，好幾百組烤肉攤近 3 個月已被沒收銷毀。不過，北京市民在網路上卻諷刺這個舉動，認為政府當局應當將治理空氣汙染的心力，放在主要的汙染源上。
環境保護運動者、公眾環境研究中心 (Institute of Public and Environmental Affairs) 主任馬軍 表示，當地居民之前曾向環保單位抱怨燒烤攤製造的氣味與濃煙，「這個行動將幫助當地居民；不過，我認為更主要的空汙來源是汽機車排放的廢氣」。
他強調，管制的焦點應該放在改善燃料品質，以及重型柴油卡車的排放廢氣管制。同時，管制區域應擴大，不應只在北京執行這些行動。
北京的空氣汙染嚴重，幾已達到非常危險的等級。北京市府在 2013 年 10 月宣布，當空氣汙染特別嚴重的時候，將採取一些緊急措施，如關閉工廠與交通管制等。
新聞中的環境科學知識
細懸浮微粒 (Fine Particulate Matters, 簡稱 PM2.5), 是指懸浮在空氣中粒徑小於 2.5μm 以下的粒子。不同粒徑的微粒，通過人體呼吸道會在不同器官沈積，引發不同疾病。通常大於 10μm 的粒子會被鼻腔與咽部攔下，1~5μm 的粒子易沈積於氣管與支氣管，小於 0.5μm 的粒子則沈積於肺泡內。若懸浮微粒含有有害金屬元素，亦可能經由氣管、支氣管與肺泡干擾肺內的氣體交換。有毒物質進入人體也會產生病變。
為了有效管制 PM2.5,2012 年中國科學研究院執行《大氣灰霾溯源》研究，調查造成北京 PM2.5 空汙的主要來源。結果顯示，烹飪源佔 15~20%, 而汽車和工業則佔 40~50%, 來自外地污染佔 30%。
台灣近年來開始重視 PM2.5 空污問題。中研院氣膠觀測網 2002 年設置，從歷年監測數據，發現台灣 PM2.5 濃度居高不下，光化學反應產生的二次氣膠是主因。這項研究發現，要控制 PM2.5 空污問題，不僅要降低直接的懸浮微粒排放量，同時要關注半揮發性物質的轉化和大氣條件。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─環境科學傳播與新聞產製」執行團隊編譯 / 2013 年 11 月)
責任編輯：張春炎 | 卓越新聞獎基金會
校編：卓亞雄 | 聯合報
審校：胡元輝 | 國立中正大學傳播學系暨電訊傳播研究所 |
霾害會影響兒童的肺部發育嗎? | 近幾年臺灣地區飽受霾害影響，空氣品質嚴重下降，因此連例行的氣象預報也加入環境保護署所發布的空氣品質預報。空氣品質預報主要是針對五大類空氣汙染物，二氧化氮、二氧化硫、臭氧、一氧化碳、懸浮微粒 (PM10) 做偵測，依濃度換算，設定級距，並選個別汙染項目中最嚴重者的數值當作空氣汙染指數，給予等級評價從良好、普通、不良、非常不良到有害，使民眾在外出時有所依循。2014 年 10 月起，又從懸浮微粒 (PM10) 中細分出一項細懸浮微粒 (PM2.5) 指標。
霾害除了使天空灰濛濛外，這些懸浮在空氣中的汙染物，對人體健康亦造成嚴重的威脅。舉凡有呼吸系統相關疾病，如支氣管炎、氣喘的人，病情可能加重，甚至連有心血管疾病的人都會因此受到波及。絕大部分相關研究所觀察的對象是上述這些生病的老人，對於正常人，特別是發育中的兒童，長期或短期暴露在空氣污染物的環境之下會有甚麼影響，目前所知有限。Gauderman 等學者觀察到空氣汙染會造成兒童肺的發育受阻，整體肺功能會變差，肺功能常用指標如第一秒吐氣量 (FEV1)、用力肺活量 (FVC) 均會下降。但人們更想知道空氣汙染對人體的傷害是不是可逆的一旦空氣品質改善，兒童的肺功能會不會跟著變好？即肺會不會繼續長大？因為即便只是輕微的肺功能受損，雖談不上會直接致死，但也是用來預測一個人日後會不會得到呼吸道疾病、心血管疾病、甚至是壽命減少的重要指標。
二十世紀後半加州洛杉磯地區曾經是全美空氣污染最嚴重的地區，與當地交通繁忙，工廠林立又有港口，且受天然地形影響，汙染的空氣不易從洛杉磯盆地排出等因素有關。於是當地政府採取一連串的空氣汙染防制措施，改善當地的空氣品質，剛好成為觀察空氣品質改善與健康兩者間關聯的天然實驗場。
Gauderman 等學者有機會在不同的時間點 (1993、1997 及 2007 年), 進行三個持續 4 年的世代研究，每年對南加州某幾個社區十一歲的小五生，總共二千多人進行肺功能檢查，追蹤觀察這些兒童其肺的發育狀況，並記錄同時間的空氣汙染指標，包括二氧化氮、臭氧、PM2.5 、PM10 等等。結果發現，除臭氧外，不管在哪一個時間點，隨空氣污染改善，不分男女，無論是否有氣喘病史，這些兒童的肺會繼續發育，肺功能因此隨之變好。研究結束時，這些已經長成十五歲的國中生有肺功能問題 (第一秒吐氣量小於預估值八成) 的比率從 7.9%、6.3% 下滑至 3.6%。
因此，長期改善空氣品質的確可明顯有助於兒童肺部發育。在這個橫跨十幾年的研究中，雖然多數日子空氣污染狀況都未達不良等級，倘能有更好的空氣品質，仍能進一步提升身體健康狀況。因此，或許人們不該以現行的空氣污染標準為滿足。(本文由科技部補助「學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗」執行團隊撰稿)
責任編輯：盧妍竹
審校：張惠博空氣中的各種汙染物質，如：二氧化氮、二氧化硫、臭氧、一氧化碳及懸浮微粒等，會對人體的器官，尤其是肺，造成傷害。(圖片來源：撰稿團隊) |
馬路邊的PM2.5 | 今年入冬以來，PM2.5 的新聞不斷，但對於 PM2.5 的想像，總是來自於高空的煙囪、渡海而來的中國大陸塵霾。「空降危機」雖然可怕，但真正最危害人體的是近在身邊，隨著汽機車排放出來的細懸浮微粒，這些「地面部隊」顆粒更小，對人體危害更大，臺灣廣大的機車族及馬路旁的民宅，其實天天都身陷空污危害之中。
我們所處的空氣中充斥著各種顆粒狀物質，粒徑大於 10 微米的顆粒物質稱為落塵，粒徑較大且會沉降，故對於人體健康影響較小。粒徑小於 10 微米的顆粒物質便稱為懸浮微粒 (particulate matter, 簡稱 PM); 平均粒徑 2.5 微米的細懸浮微粒，則為今日常聽到的 PM2.5。另外，粒徑在 100 奈米以下的奈米微粒，換算成以微米為單位，則奈米級的懸浮微粒可以用 PM0.1 表示 (1 微米 = 1,000 奈米)。
懸浮微粒的主要來源包括揚塵、汽機車排放廢氣、工廠排放等，成分則包含硫酸鹽、氨、氯化鈉、粉塵、黑炭等二次汙染物。一般而言，細懸浮微粒 (PM2.5) 散佈於空氣中經人體吸入後，會進入呼吸系統並傳達至支氣管壁，沉積在支氣管中。若是更小的超細懸浮微粒甚至會穿透肺泡進入血液中，隨著血液輸送至全身，容易誘發氣喘、氣管炎等呼吸疾病，長期暴露甚至會有心血管疾病、肺癌的風險。
超細懸浮微粒主要來自道路車輛排放，輔英科技大學環境工程與科學系林清和教授指出，美國加州曾進行研究，鄰近公路 30 公尺內的超細懸浮微粒量最多，而距離拉至 60 公尺以後有明顯下降，到達 300 公尺以後就幾乎測不到；此外，為證明超細懸浮微粒與公路距離之關聯，該研究進一步觀測出超細懸浮微粒的量，雖說會隨著冬、夏季略有差異，但不論冬夏，在公路上風處皆無測出，顯示超細懸浮微粒主要來自道路車輛排放。
在台灣，鄰近馬路邊的住宅、建物往往視為黃金店面，機車族更佔台灣大宗，殊不知公路車輛排放的超細懸浮微粒，會因接觸距離而有所差異。美國在 2000-2004 年左右開始注意到 PM2.5 的問題，為求立法加嚴，因而進行上述研究，希望以數據佐證；日後台灣除持續進行懸浮微粒之監測，或許更迫切需要透過宣導、甚至是修法等方式，加強公路鄰近地區居民、機車族的健康保護。(本文由科技部補助「海洋與環境變遷」執行團隊撰稿)
責任編輯：王御風 | 國立高雄海洋科技大學 基礎教育中心
審校：林清和 | 輔英科技大學環境工程與科學系暨研究所
名詞解釋
懸浮微粒 (PM): 粒徑小於 10 微米的顆粒物質稱為懸浮微粒 (particulate matter)。
超細懸浮微粒：粒徑在 100 奈米以下的稱為奈米微粒，換算成以微米為單位，則奈米級的懸浮微粒可以用 PM0.1 表示 (1 微米 = 1,000 奈米)。 |
清潔劑 | 發媽：噢～快要過年了，我一想到大掃除要洗這麼多東西，又是浴室又是廚房的，好累喔...
柚子：我有好辦法！把鹽酸和漂白水加在一起用，這樣清潔力就會變很強，很快就能洗完啦！發媽：聽起來不錯耶～橘子：唉呦～不行啦，鹽酸和漂白水加在一起用，會產生化學變化的，之前新聞不就有說，有人就因為這樣亂加，結果氯氣中毒耶！發媽：這麼恐怖喔～柚子，你不知道不要亂教啦，你是想害我中毒喔？柚子：對不起嘛～發爸：其實，如果不想用清潔劑的話，像髒髒的鍋子，就可以用小蘇打粉來洗，既安全又省錢，還很環保呢！橘子：為什麼小蘇打粉這麼厲害啊？發爸：小蘇打學名是「碳酸氫鈉」, 能溶於水變成弱鹼性，鹼去油的原理來自本身的鈉離子，直接和汙染物起作用，轉變汙染物的分子結構，最後使汙染物容易飄散和洗掉！小蘇打還有很多妙用喔，像是去茶垢、美白牙齒、做運動飲料、泡澡、清除鏡子水漬、去除垃圾臭味...... 等等，是我們生活中的好幫手喔！專家的話:
又到了要過農曆年，家家戶戶要準備大掃除的時候了，這個時候小蘇打粉常常都會被人拿來建議成為我們做居家清潔的好幫手。什麼是小蘇打粉呢？小蘇打粉它的化學名稱叫做碳酸氫鈉，或者重碳酸鈉，是呈現弱鹼性的。除了用來做糕餅烘培的發粉之外，英文把它叫做 baking soda, 小蘇打粉也是胃灼熱時應急的制酸劑；在日常生活中有很多的功用，我們來舉幾個例子：小蘇打的效用第一個可以做研磨，因為它的粉粒比較細緻，可以當研磨劑，藉由摩擦就可以使污垢脫落，效果好比較不容易傷到物品的表面；第二個是除濕除臭，由於酸是臭味產生的主因，而小蘇打粉是弱鹼性的，可以中和酸性達到除臭的效果；這個效果可以維持一到兩個月以上。第三個是中和的效果，大多數的污垢具有酸性的油脂或是脂肪酸所形成的，所以利用微鹼性的小蘇打來中和，污垢就可以轉化為溶液溶到水裡面。第四個是發泡，小蘇打遇到酸，譬如說家裡用的醋或是檸檬酸，就會產生二氧化碳跟泡沫，增加接觸的表面積。最後是軟水，小蘇打可以降低水中的鎂、鈣、金屬負離子的含量，達到軟水的功能，對居家清潔，甚至皮膚的清潔都有溫和的效力。
太陽電台 FM89.1 製作、提供
國科會「台灣科普傳播事業催生計畫─媒體製作試辦方案」補助 |
檢測食物污染的快速方法 | 肉毒桿菌素是細菌分泌的化學物質。有些食物中毒的例子，就是食物受到這種細菌污染，食用了這種食物之後，6 小時後就可能發病 (通常是 12~36 小時內發病)。肉毒是肌肉的神經傳導阻斷劑，中毒的人身體肌肉由上而下漸次麻痺，首先是肩膀、上臂、下臂，接著是腿，然後腳。呼吸肌肉麻痺後，病人會呼吸困難，必須以人工呼吸器幫助維生。不過大部分病人在良好醫療照顧下，能恢復健康。此外，科學家早已發展出抗毒素，可以解毒。
由於食物污染是對公眾的健康威脅，而不只是對個人，越早確定病人的中毒原越好。可是，檢驗食物是否已遭到肉毒桿菌污染非常費時，通常是把受懷疑的食物餵給老鼠吃，看老鼠會不會中毒，這可能要花 3 天才有確定結果。中了肉毒桿菌的病人在現代醫學的照顧之下雖然沒有生命之憂，這種病例卻是公衛單位的夢魘。公衛人員必須儘快確定污染源，與時間賽跑。因此，發展快速的檢驗方式是當務之急。
至於霍亂，霍亂菌在腸道裡分泌的毒素，是造成霍亂症狀的主因。
美國國防病理研究所、榮民健康局的專家把兩種現有技術合併起來，發展出一種快速的檢驗法。這兩種技術是：對付細菌毒素的抗體，以及 PCR, 就是在《犯罪現場偵查》(CSI) 電視影集中經常看見的技術，專門檢測微量生物檢體，例如 DNA。
合併這兩種技術並不是新點子，過去就有人試過了，可是過去的方法出現偽陽性的機率不低。因為在實驗室中，檢體容易受到 DNA 污染。現在這個團隊發展出一種人工脂肪球，可以保護檢體中的 DNA, 因此檢體送到實驗室後，禁得起嚴格的清洗手續，不會受到 DNA 污染，這樣可以確保檢驗結果的可信程度，降低偽陽性。
這個技術有很大的應用價值，可以用來檢驗其他病原的標記分子，例如早期的癌。 |
油條和滅火器是異曲同工之妙! | 請您先去外頭買一副新鮮、熱騰騰的油條，再來聽我說一個油條裡的化學故事。當你這一副油條吃完時，我的化學故事也該說完了。
油條一向是我國傳統的大眾化早點，不但價格低廉，而且香脆可口，老少咸宜。大概在華人世界裡，很少人一輩子都沒吃過油條。
「老」油條？歷史悠久的油條
油條，臺灣話「油炸粿」, 也有人稱作「油炸鬼」。小時候聽外省籍老師說過，傳說是因為南宋時代，英雄岳飛被奸臣秦檜害死於「風波亭」後，老百姓對秦檜恨之入骨，為表達把秦檜夫婦下油鍋的心願，於是叫這種食物為「油炸檜」。
在《清稗類鈔》中就記載著:「油炸檜，長可一人，捶面使薄，以兩條絞之為一如繩，以油炸之，其初則肖人形，上二手，下二足...... 宋人惡秦檜之誤國，故象形似誅之也。」隨著流傳及時間的演變，很可能古代的「油炸檜」, 變成了今天我們常說的「油炸鬼」。
至於油條是何人在何時何地所發明的，大概已經不可考了。只知道中國人吃油條的歷史相當久遠，根據現存資料考證，油條做為大眾化的平民食品，大約在兩千多年前的春秋戰國時代就已經普遍存在了。這可以從後漢時桓譚所撰的《新論》中得到佐證:「孔子，匹夫耳，而卓然成名家，天下莫不以牛羊雞豕而祭之，下及酒脯寒具，致敬而去。」請注意，文中有一個名詞「寒具」, 就是古時候的油條。
唐代劉禹錫有一首〈寒具詩〉:「牽手搓來玉數尋，碧油煎出嫩黃深；夜來春睡無輕重，壓扁佳人纏臂金。」您瞧瞧這首唐詩中的「碧油煎出嫩黃深」, 生油條經過油炸，便膨脹成又黃、又香、又膨鬆的熟油條，把炸油條的意境描繪的何等生動啊！油條是傳統的大眾化早點，不過油條的歷史可以追溯回兩千年前喔！(圖 /wikipedia)
油條的製作方法很簡單，而且從古到今也沒什麼改變。在南北朝時期的科學家賈思勰所著的《齊民要術》中，就記載著類似油炸食品的製作方法。基本上，只要用鮮酵母或老麵 (酵麵) 與高筋麵粉一起加水揉和，發酵後再加入適量純鹼 (碳酸鈉)、食鹽和明礬進行揉和，然後切成條狀物，把每兩條上下疊好，旋轉後拉長放入熱油鍋裡炸，出來便是一條香脆爽口、口感細密的可人兒。
小小的一根油條，看起來製作似乎滿簡單的，但是仔細一分析，就會發現裡面蘊藏著不少的科學道理。等您看完這篇文章，就會忍不住為老祖宗的高等智慧喝采。
一個最簡單的問題，就拿生油條下油鍋變胖來說吧！您或許會問，那裡面所用的發酵粉是哪一種？事實上，油條並不是用發酵粉或是小蘇打粉之類的東西來發酵的，而是用一種經過一系列化學反應後能生成二氧化碳的發泡劑。由此可見，在兩千多年前，我們的老祖宗對化學已有一定的認識，雖然在那時候，還只是知其然，而不知其所以然。
油條的化學反應和滅火器驚人相似？首先，從製作油條的配料說起：麵粉 1 公斤，調入水 0.5 公斤，明礬 30 公克，碳酸鈉 (Na2CO3) 16 公克，食鹽 30 公克。從這些配料裡，不難了解真正使油條發胖膨脹的化學物質，主要是「碳酸鈉」(俗稱「蘇打」)。
因為碳酸鈉會和麵團中的水發生化學反應，生成碳酸氫鈉 (NaHCO3) 及氫氧化鈉 (NaOH), 並且可以達到「可逆平衡」。接著，碳酸氫鈉被加熱後，會產生碳酸鈉、水和二氧化碳。
顯而易見，正是這些二氧化碳氣體，使得麵團裡形成許多微小氣室，當炸油條時，氣體受熱膨脹，立即使油條迅速發胖脹大。這時，所生成的碳酸鈉又繼續與水產生碳酸氫鈉和氫氧化鈉。就這樣化學反應不斷循環發生，直到油條裡的碳酸鈉消耗殆盡為止。
從上述的化學反應，或許有人會擔心：那麼在油條裡豈不是留下不少氫氧化鈉嗎？氫氧化鈉是屬於強鹼的一種，如此的強鹼又怎麼能吃呢？然而，其巧妙之處也就在這裡。當油條裡出現游離的氫氧化鈉時，立即與原先配料裡的明礬 (化學式是 Al2 (SO4) 3・K2SO4・24H2O) 產生了複分解反應。
簡單地說，所加入的明礬可以中和鹼性的氫氧化鈉，複分解反應的結果是消除了大部分的氫氧化鈉，產生了含酸鹼兩性的氫氧化鋁 (Al (OH) 3)(註 1), 並剩下硫酸鈉 (Na2SO4) 和硫酸鉀 (K2SO4), 這二者都是中性鹽。其中，氫氧化鋁呈膠體狀態，能包裹二氧化碳使麵團更具伸縮性。
值得一提的是，從反應動力學的角度來看，加入明礬的另一個目的，是由於它會和氫氧化鈉作用而有助於生成碳酸氫鈉，增加二氧化碳的生成量。
事實上，在高中化學課本裡就曾提到現代鹼式泡沫滅火器 (主要成分是碳酸氫鈉和硫酸鋁) 所採用的化學反應，也是由碳酸氫鈉與硫酸鋁反應產生二氧化碳。顯然，炸油條的化學反應和鹼式泡沫滅火器的化學原理非常相似，有著異曲同工之妙。
炸油條的化學反應和鹼式泡沫滅火器的化學原理相似 (圖 / Unsplash)
怎麼炸油條才好吃？當然，油條的膨脹率會這麼大，除了與產生龐大體積的二氧化碳有關外，還和油條的製作過程有相當大的關聯性。也就是說，在按比例調配好油條原料後，接著揉成麵包糰，先切成約厚 1 公分、長 10 公分、寬 2 公分左右的帶狀物，然後在帶狀物表面抹上乾麵粉，再把每兩條帶狀物上下疊好，用細木條在中間壓一下，使得兩條合而為一束，接著一邊扭轉，一邊抓住兩邊拉長，放入熱油鍋去炸。
不信的話，在下次買油條時，您可以仔細觀看工作人員的製作過程。就這樣，在整個油炸過程中，兩根油條合併的地方會比較軟，使得不斷產生的二氧化碳有了充分的膨脹空間，因此油條可以炸得又鬆又脆。
假若是把單根生油條直接投入熱油鍋，您就會發現所炸的油條又瘦又硬，乾扁扁像四季豆一樣。這是因為當單根生油條在進入熱油時，雖然會因生成二氧化碳而引起膨脹作用，但在這同時，它所有的表面都被熱油給炸熟了，很快地結成了一層硬殼，限制了油條的充分膨脹。因此，在您吃油條時，想必早已注意到，一定是兩根連在一起，而非只有單根油條。前面說過，正因為油條都是以雙根形式出現，古人就把雙根油條聯想成秦檜夫婦，而叫油條為「油炸檜」(油炸鬼)。
油條都是兩跟連在一起，因為接合處比較軟，讓二氧化碳能有空間膨脹。(圖 / Jimmy Hsu,flickr)
吃油條健康嗎？少吃為妙
在炸油條的化學過程中會生成氫氧化鋁，事實上，就西藥而言，氫氧化鋁是胃藥的主要成分。因為它能中和過多的胃酸，具有保護胃壁黏膜的功效。因此有的中醫處方會提到：油條對胃酸有抑制作用，並且對某些胃病有一定的療效。
附帶一提的是，油條雖然味道鮮美，特別是剛出油鍋時，更是香脆可口。但是在製作時，免不了要放入一定量的明礬，而明礬的主要成分是硫酸鉀鋁，含有大量的鋁。因此要是吃多了油條，長年累月下來，除排泄一部分之外，積存在體內的鋁就可能相當可觀了。
根據研究指出，人體含鋁量過高，會造成種種傷害，尤其是對腦部組織和智力的損害更為明顯。主要表現是神經系統特有的神經纖維病變，引起老年癡呆症，精神與神經功能混亂，記憶力減退，智力退化和行動混亂。[編按] 食物中鋁的含量過多，還會降低飲食中磷的吸收，使糞便內磷的排泄量增加，更造成人體內的血磷及骨骼含鈣量減少，嚴重時甚至容易發生骨折。
不能多吃油條的另一個原因是：用高溫的油炸油條時，容易使油產生化學變化，而可能生成多種具有毒性的物質。尤其是國人一向節儉成性，喜歡把炸過食品的油留著，待下次使用，而捨不得丟掉。這種反覆長期使用過的回鍋油中，原先的不飽和脂肪酸會產生聚合現象，生成環狀二聚體、三聚體等有毒的物質。長期食用這種回鍋油，主要症狀是發育遲緩、肝功能不正常，嚴重的甚至會導致癌症及影響生殖能力。
雖然可能已無法考證是誰發明了油條，然而在當時尚無化學工業的時代，油條發泡劑的使用是何等神奇而巧妙啊！如果說使用至今的鹼式泡沫滅火器，在西方已發明了一百多年，那麼我國油條裡的無機發泡劑可要比它早上兩千多年呢！這一段油條裡的化學故事，就在這裡結束。您買的油條，也應該快吃完了吧！註 1: 氫氧化鋁是鋁的氫氧化物，為弱鹼。也可以寫作 H3AlO3 或 HAlO2・H2O, 表示一定的酸性。
2020/11/06 編按:
依據國民健康署「健康九九網站」, 鋁於消化道之吸收率極低，約為 0.07-0.35%, 因而鋁金屬口服攝入毒性極低。此外，目前科學界對於鋁是否會引起老年癡呆症尚無定論。 |
鈉的自述 | 我是化學周期表上第 11 號元素 -- 鈉，可說是地球的主要成員之一。整個地殼按重量而言，我占 2.4%, 在已知的 108 個元素中名列第 6。如果單算金屬元素，我的含量僅次於鋁、鐵、鈣，而坐第 4 把交椅。我在地殼中分布的廣泛，也是許多元素所不及的，我不但有自己的豐富礦床，而且在土壤、水、甚至在高層大氣中，都可以找到我的蹤跡。
雖然我含量豐富，分布廣泛，可是說來奇怪，直到 1807 年，人類才第 1 次見到我的盧山真面目。而在這以前，許多含量比我少很多的金屬元素，早已為人們所熟知了。
發現我的功勞，應屬於英國化學家戴維 (Humphry Davy, 1778 − 1829)。1807 年，年輕的戴維在利用電解的方法獲得鉀元素後，乘勝追擊，又電解氫氧化鈉，看看是不是也同樣能獲得金屬。戴維把一小塊氫氧化鈉放在一個鉑做的圓片上，並把鉑圓片連在電池的負極上。另外用一根白金絲，使它一端和電池的正極相聯，另一端和氫氧化鈉的表面接觸。通電以後，最初毫無動靜。可是當他加強電流後，氫氧化鈉就逐漸熔化，上層 (正極) 有氣體放出，下層 (負極) 則出現了和水銀一模一樣的「銀珠」。
這和他製得鉀的情況一模一樣，可是戴維很快就證實，這顆「銀珠」和幾天前獲得的鉀，絕不是同一種物質。因為鉀在生成時的氣溫下是液態的，把它投入水中立刻自燃，火焰是淡紫色。但是現在獲得的這顆「銀珠」, 卻只在最初生成時是液態，冷卻後就變硬，把它投入水中一般不會著火，點燃時火焰是鮮黃色，戴維就把這個金屬命名為「鈉」。
在許多人的腦海裡，金屬都是沉甸甸的。可是銀白色的我，卻比水還輕，密度只有 0.97 g/cm3。我的熔點 (攝氏 97.7 度) 和沸點 (攝氏 890 度) 都很低，使得我具有某些有趣的用途。
自然界裡的我只有一種，原子量約為 23, 叫做「鈉 23」。可是我卻有 2 個人造的「兄弟」, 都是放射性元素。其中，「鈉 22」的壽命長些，半衰期是 3 年，而「鈉 24」的壽命比較短，半衰期只有 14.8 小時。
鈉的同位素「鈉 24」具有放射性，是生物學研究中常用的放射性元素，它的化學性質與普通鈉相同，可形成與普通鈉相同的化合物。例如可用「鈉 24」替代氯化鈉中的普通鈉，這種情況下，科學家稱氯化鈉分子用「鈉 24」做了標記。當這種標記的氯化鈉被人體攝入後，在人體內的運動軌跡可以用檢測器記錄下來。由於「鈉 24」的半衰期較短，會很快衰變掉，降低了對人體的輻射損害。
發現我之所以比較遲，和我活潑異常的「脾氣」有關。如果說我是一個十分頑皮和淘氣的傢伙，是不冤枉的。
大家都知道，把一塊金屬鐵或銅放進水裡半天、一天，什麼事情也不會發生。可是把我投進水裡，事情就熱鬧了。只見我會浮在水面上飛快旋轉，四周劇烈地放出氣泡。
原來水是由氫離子和氫氧離子組成的，我一遇到水，就立刻蠻橫地把氫離子和氫氧離子拆開，放出一個電子後，我就和氫氧離子結合成氫氧化鈉。氫離子無可奈何，只好撿起我放出的那個電子，一對對結合起來，變成氫氣逃之夭夭，並在水面製造一聲爆鳴。這是因為我和水作用時會放出大量的熱，如果我比較多，放出的熱量有時足以把氫氣點燃，而氫氣在空氣中燃燒會爆鳴是大家都知道的。
我是一種極為活潑的明亮銀白色金屬，很輕可以在水面上漂浮，也很軟可以用小刀切割。我的化學反應性極強，以至於無法在自然界找到純態元素的我。因此如何儲存也是一件很複雜的事情。
若把我放在空氣裡，也絕不會安分守己。因為空氣中也含有少量水蒸氣，而且空氣中的氧氣和我也是「情投意合」的好朋友，只要一見到它，就會和它親密地接觸起來變成氧化鈉。因此一塊銀光閃閃的金屬態的我，只要在空氣中待上一會兒，便會失去光澤，全身披上一件灰白色由氧化鈉和氫氧化鈉做成的「外衣」。為了防止我淘氣，人們只好把金屬態的我整天禁閉在石油中。不過即使這樣，時間久了，我仍舊會和偷偷溜進來的空氣及水汽作用而失去光澤。
取用我時的動作應力求迅速，殘餘的碎屑不能隨意亂丟，更不能投入水槽，而應該用火燒掉，或用酒精銷毀，以免發生意外事故。也是由於同樣的原因，一旦我著了火，切忌使用二氧化碳、四氯化碳或酸鹼泡沫滅火器，更不能用水，而需用砂子來撲滅。
在空氣和水裡到處都有我，即使在地下深處，也有我的縱跡，但是在自然界中，我總是和各種各樣的「朋友」結合在一起，「單身」的、金屬狀態的我在自然界是不存在的。最傷腦筋的是我一旦和這些「朋友」混在一起後，除了用十分強硬的手段外，很難使我和我的「朋友」分手。這就是為什麼許多我的化合物人們早就熟知並加以應用，而認識我卻比較晚的緣故。
柔軟的「身體」和活潑異常的「脾氣」, 使得金屬態的我在機器製造業中沒有立足之地，我既不能製成各種零件，也無法充當導線。可是化學家對金屬態的我的「性格」卻十分賞識，每年生產出來的大量金屬鈉，多數用在化學工業界各部門為大家服務。
比如說利用金屬鈉很喜歡和水作用這個特點，化學工業上就把我當做脫水劑。當乙醚或者其他有機溶劑中含有的水分已經微乎其微時，一般的乾燥劑，如無水氯化鈣、無水硫酸銅等，都無能為力了。這時如果放進一些金屬鈉的薄片，立刻就會把躲在有機溶劑中的殘餘水分子一個個地「揪」出來與它化合，變成氫氧化鈉並放出氫氣。氫氧化鈉是非揮發性的，經過蒸餾後就可以獲得絕對無水的有機溶劑。
金屬鈉是一種很強的還原劑，在化學工業上廣泛應用且赫赫有名的還原劑鈉汞齊，就是由我和水銀做成的合金。水銀其實只是一個稀釋劑，目的是使我在還原別人時別過於「撒野」。
我的熔點是攝氏 97.7 度，比水的沸點還低，很容易液化。在運輸我時，通常直接把液體鈉泵入罐車，在罐車裡固化。到達目的地後，利用特殊的加熱盤管使我熔化並泵出。
金屬鈉本身以及由金屬鈉和乙醇 (酒精) 作用而成的乙醇鈉，經常以催化劑的角色出現在化學和製藥工業中。在這位「媒人」的熱情拉攏下，許多化學反應變得容易和加快了，有些原來要高溫高壓下才能作用的物質，在比較低的溫度和壓力下也可以進行了，我在這方面的功績是很大的。
金屬鈉也大量應用於合成橡膠工業，例如著名的丁鈉橡膠的生產，就非我不可。我在化學工業中的應用，真是多到一言難盡。
金屬鈉在科學研究單位的實驗室中，也有許多重要而有趣的應用。比如，當想知道一個有機化合物中是否含硫、氯、溴、碘、氮等元素時，不可能直接拿它們和一般的試劑作用，因為有機化合物中的各種元素並不是以離子狀態存在，而它們對無機試劑是不加理睬的。為了使它們以離子狀態存在，最方便的方法就是把它們和金屬鈉放在一起加熱，活潑透頂的金屬鈉立刻會把有機物破壞，並且分別和那些元素結合成相對應的鈉化合物，就可以很方便地用無機試劑檢驗它們是否存在了。
雖然金屬鈉主要在化學界「服務」, 可是在別的部門中，我也同樣有不少重要的用途。我在燃燒時或者對鈉蒸氣通以放電電流時，會發出具有特徵的黃色光。其波長很精確，是許多儀器特意採用的單色光源，在很多實驗室裡也用來校定光譜儀及其他測光儀。
我也用在某些路燈中，因為耗電少，發光強。但公路工程師選擇鈉光燈主要基於兩個原因：鈉光燈發出的光在霧中不像其他顏色的光那樣容易散射，以及人的眼睛對黃色光很敏感。出於同樣的考慮，很多廠商在豪華汽車上也採用鈉光燈。
難得的是，金屬鈉能夠跟上時代，在許多尖端科學事業中做出重大的貢獻。比如在原子能發電廠中原子能以熱的形式釋放出來後，必須借助導熱劑傳導出來，再使它變成電能。水是最常用的導熱劑，然而水有一個很大的缺點，就是沸點很低，在常壓下，攝氏 100 度就已經汽化，在高溫下，水蒸氣壓力會變得很大，會給設備帶來許多問題。如果採用金屬鈉做為導熱劑，事情就方便得多，因為我要到攝氏 890 度才沸騰汽化，而且蒸氣的壓力不大，設備要求可以減少很多，使成本大幅地降低。
液態鈉的用途之一是做某些核反應器的中子減速劑，鈉原子核的特性之一，就是能保證原子反應爐的鏈式反應可以正常進行。儘管使用反應活性強的我有一定的化學危險，但在潛艇的核反應堆中用液態鈉做中子減速劑是很安全的。
在潛水艇、太空船及未來的月球「住宅」中，我也有奇妙的用途。大家知道，當人和外界大氣完全隔絕的情況下，氧氣供應是最重要的事情，有人會覺得這個問題很簡單，只要帶幾筒氣態氧，不就可以了嗎？可是實際上問題很多，因為鋼筒氧氣只能暫時提供氧氣，它不能使空氣中的二氧化碳減少。即使空氣中的氧含量很豐富，如果人人呼出的二氧化碳變得越來越多，最後還是會中毒、甚至死亡。
有一些方案可解決這個問題，如利用小球藻這一類的生物，就可以達到一方面吸收二氧化碳，另一方面放出氧氧的目的。當然也可以用化學的方法，而化學方案中有一個就是利用我來完成的。
原來我在加熱的情況下導入不含二氧化碳的空氣，我就會和氧化合成一種叫「過氧化鈉」(Na2O3) 的固體物質，這是一個絕妙的「氧氣倉庫」。當需要使用氧氣時，只要把它暴露在空氣中就可以了。過氧化鈉一遇上空氣中的二氧化碳，就會反應生成碳酸鈉放出氧氣，空氣中二氧化碳越多，它就作用越快，放出的氧氣也越多。因此它是一種既方便又容易儲存的急救用的氧氣源，潛水員、礦工、太空飛行員只要戴上過氧化鈉面具，就可以得到充足的氧氣。
上面說的，只是金屬鈉的一些重要用途，至於鈉化合物的用途，更不能不提了。可以這麼說，含我的化合物是所有工業及家庭最常使用的物質。工業上直接、間接利用氫氧化鈉、碳酸鈉、氯化鈉 (食鹽) 等鈉化合物製成的產品，少說也有數千種以上，它們的用途絕不是三言兩語就能說完的。
做為鹼金屬的一員，我能進行很多化學反應，我的化合物已是地球上分布廣泛的眾多重要化合物的一部分。大家熟悉的鈉化合物為數不少，並具有很高的經濟價值。氯化鈉 (NaCl) 俗名「食鹽」, 它的一個來源是儲藏量很大的天然礦，另一個來源是海水，每升海水中食鹽含量達 25 克。做為一種營養劑和調味劑，食鹽在古羅馬時代已進入貿易領域進行易貨貿易。「salary」(工資) 這個詞由拉丁語「sal」衍生而出，意思是「鹽」, 在羅馬時代部隊經常發給士兵一些鹽做為服役的報酬。
氫氧化鈉 (NaOH) 是鈉的重要工業用化合物之一，可通過電解氯化鈉的水溶液而得到。它是一種強鹼，在多數店鋪都能見到，俗名苛性鈉，常做為排水設備或鍋爐的除垢劑。由於氫氧化鈉能與脂肪反應，把脂肪轉化為水溶性的物質，因此氫氧化鈉可溶解脂肪，肥皂就是脂肪和氫氧化鈉的反應生成物。在生產肥皂時，氫氧化鈉使脂肪皂化，形成溶於水的脂肪鹽。由於氫氧化鈉能與脂肪起化學反應，它對皮膚危害性很大，使用時要格外謹慎。
我的另一個重要化合物是碳酸鈉 (Na2CO3), 是一種常用的清洗劑。它的商品名是蘇打，與砂石、石灰混合可製造玻璃。大量的碳酸鈉可採用蘇爾維 (Solvay) 法用氯化鈉和石灰石來製取，這兩種原料都很便宜。
我的另一個廣泛應用的化合物是碳酸氫鈉 (NaHCO3), 俗稱「小蘇打」, 它可用做發泡劑，麵包、饅頭等常用小蘇打來發泡。碳酸氫鈉還能做為鹼幫助中和胃裡過多的胃酸，還可用於滅火器，與酸反應產生的二氧化碳泡沫能覆蓋火焰，起滅火作用。還有一種硫代硫酸鈉 (Na2S2O3), 又叫大蘇打，是攝影的定影劑。
我還是人體不可缺少的一種化學元素，在人體內，我的含量約為 80 公克，其中 80% 分布在細胞外的液體中。人的汗水、淚水帶有鹹味，就是與我有關。我對維持生命起著重要的作用，因為我能保持體內正常的滲透壓，調節體內的酸鹼度和神經、肌肉活動，維持心跳規律。
在正常情況下，人體攝入與排出的鈉總是能維持平衡，但在某些特殊情況下，會出現問題。比如，人患了急性腸胃炎，喝下去的水不能吸收，體內的水分卻仍然透過呼吸、汗液、尿液排出，結果造成脫水。這時，除了進行藥物治療外，還應喝些鹽水，嚴重的應該到醫院打點滴，補充鈉來維持水的代謝平衡。
又如在劇烈的體力勞動或高溫作業中，體內鹽分會隨汗液大量排出，人體長期處在這種狀況下，會出現心臟病，或噁心、暈眩、食欲不振、血壓下降、肌肉痙攣等症狀，因此應注意喝些含鹽飲料、吃些鹽冰棒維持體內的鈉平衡。
當然，人體內的鈉也不是越多越好。如果含鈉過多，人體就必須大量吸收水分，以維持滲透作用的平衡，整個血液的容量就要增多，形成高血壓，心臟負擔就會加重。血液循環系統如果長期處在這樣狀況下，就會不堪負重，從而引發心血管疾病。另外，水的大量攝入還會引起大量排尿，既加重腎的負擔，又會使腎對鈣、磷的吸收減少。為維持體液中鈣、磷的濃度，人體自身便會發生骨鹽的溶解，使骨鈣、骨磷進入血液，時間一長，就會發生骨骼的脫鈣、脫磷現象。「飲食過鹹會傷骨」說的就是這個道理。
可以想見，隨著科學技術的不斷發展，我為人類做出的貢獻也會越來越大。 |
神奇肉毒桿菌 | 女性愛美是天性，容不得臉上出現一絲皺紋。除了塗塗抹抹保養品化妝品，施打肉毒桿菌素也已經成為女性除皺保年輕的求救處方。但您知道嗎？這個保養聖品的發現，其實可以遠遠追朔到 500 年前的印地安時代。一開始印地安人事實上是利用這個東西來獵取獵物，因為肉毒桿菌素是可能一些腐敗的肉類裡面產生的毒素。他們利用箭頭來沾這個毒素，射到動物上的話，動物上被個毒素所感染，牠就不會動了。那後來大概在 100 年前的時候，人類反而吃到這個肉毒桿菌素。在一個罐頭裡面，因為封閉的厭氧情況之下，產生很多毒素，可是有些人不知道，還是吃了下去。那因為肉毒桿菌素吃進去之後，整個肌肉會放鬆，沒辦法呼吸就死亡了。百年前因誤食導致人類死亡後，科學家進而在實驗室裡，研發出肉毒桿菌素。在一開始治療斜視病患，醫生意外發現，病患在治癒之後，魚尾紋竟然也跟著奇蹟似的消失了，肉毒桿菌素於是進入了醫療美容用途領域。位於神經與肌肉交界處的突觸，就是神經傳遞命令給肌肉的場所。當神經衝動時，神經末梢會釋出乙醯膽鹼，肌肉細胞在收到乙醯膽鹼後，便會產生收縮。而肉毒桿菌素打入體內，被神經末梢吸收內化之後，阻止乙醯膽鹼的釋放，肌肉因缺乏來自神經的指令，不再收縮而放鬆。不過當新的突觸長出來後，乙醯膽鹼又會開始分泌，使肌肉恢復收縮的能力。所以在施打後大約個四到六個月，皺紋又會開始產生。包括了抬頭紋、笑久了眼角的魚尾紋、脖紋，以及習慣性皺眉產生的眉心紋，都敵不過肉毒桿菌素。甚至還可以瘦小腿，不過可不是任何的皺紋，都可以靠施打肉毒桿菌素來解決。有很多皺紋，其實它不是因為動作引起的。就像說年紀大一點的，我臉比較胖一點的，可能形成法令紋；這個其實你都不動作，就已經出現了。這些皺紋就不適合用肉毒桿菌素，這時候我們會建議說，可能局部打玻尿酸，或是做一個所謂提臉或拉臉的手術。除了消除皺紋，肉毒桿菌素還可以適量的施打在臉部發達的咀嚼部位，消除國字臉改變臉形。也可以利用同樣的原理，將人類汗腺的自律神經破壞，阻止乙醯膽鹼釋出，進而治療多汗症。原本致命的毒素不但變成了醫療用品，還成為女人美麗再生的保養聖品，科學家靈機一動，真可說是化腐朽為神奇。 2007 年東森電視台《科學大解碼》第一期 |
美容醫學:引言 | 目前社會流行微整形風潮，許多民眾為了愛美，常接受雷射、脈衝光、電波或肉毒桿菌素注射、填充物注射等治療，希望能有回春的效果，讓肌膚恢復白皙、彈性。但在選擇讓自己變美的過程中，仍需多考慮，除應諮詢合格的診所、專業的醫師外，並需多了解自己的膚質及術後的照護，才能降低對身體傷害的風險。而除了微創、更短修護期的雷射、脈衝光、電波等領域外，美容醫學也開始重視皮膚的屏障功能修復和化妝品的應用。
本期專題報導以美容醫學為主題，依領域規劃了 7 個子題，希望讓讀者更了解美容醫學的內容及一些常見的副作用。
〈是美容醫學還是醫學美容〉由臺灣大學外科醫師出走事件，提到引起社會大眾及政府開始正視醫美亂象雖是件好事，但政府好像看不清問題所在且提不出對策，唯一能想到的是「評鑑、認證」一途。這篇文章可以提醒政策制定單位深思，也提醒民眾認清目前美容醫學的亂象，需要步步為營，不要傷了荷包又把皮膚或身體搞壞。
〈藥妝品〉讓民眾對藥妝品有基本的認識，使消費者在選用產品時知道看標示，包括成分、製造日期等。
〈化妝品成分的管理趨勢〉提出目前在藥妝品效能認證和衛生機構管理制度上的缺乏，期待能加速台灣藥妝品管理制度的建立。這篇文章由維他命 C 及果酸來介紹藥妝品，讓民眾對其有基本的認識。
〈您選對雷射了嗎〉提到現在市面上醫美診所那麼多，雷射名稱也五花八門，什麼樣的雷射才適合自己呢？雷射非萬能，每種問題所需要使用的機種不同，有時須使用好幾種雷射配合，甚至要加上其他治療法才能減少副作用，以達到最大的治療效果。藉由這篇文章，期盼讀者能「停、看、聽」, 謹慎選擇適合的雷射治療。
〈醫美皮膚雷射常見的併發症〉的作者以其在美容醫學界的豐富經驗，指出雷射及脈衝光常見的副作用，可以提供社會大眾很好的教育。
〈打腫臉充美麗 — 注射美容的真相〉對可注射的填充物做一個完整的介紹，讓讀者對可注射的填充物有正確的認知，了解可注射的填充物到底適不適合自己的需求，並藉由清楚的圖示了解可注射的填充物的效果。
〈肉毒桿菌素的發展〉讓讀者清楚了解肉毒桿菌素注射發展的歷史和應用，以及肉毒桿菌素注射能提供哪些治療。
美容醫學有其專業性，長年以來是皮膚科與整形外科領域的一部分，所謂隔行如隔山，絕非他科隨意花幾個月就能熟悉的醫療行為。規範美容醫學行業，當務之急是加強監管，但關鍵是加強專業人才培養，美容醫學的醫師若要「登堂入室」, 則一定要經過科班訓練。期盼藉由本專題報導，讓民眾更了解美容醫學的範疇，選擇合法、專業的醫師及適合自己的治療，也希望引起主管機構的重視，訂定合宜、專業的規範與制度，提供民眾安全的就醫環境。 |
肉品添加物 | 網路上有許多傳言，聽起來都非常可怕，比如有一則傳言就說，千萬不要同時吃香腸配養樂多，否則你就會罹患癌症，這則傳言一出，真的嚇壞了不少人，問題是，這樣的傳言，有它的根據嗎？還是它又是一則信口雌黃的網路傳言呢？我們請專家說明真相。
第七集綱要
肉，是人類最常食用的蛋白質來源。為了保持肉質不易腐壞，現代人會在肉品裡添加適量的添加物，比如亞硝酸鹽，避免肉毒桿菌的產生。
但是你知道如果你一邊喝養樂多，一邊吃一大堆香腸，你發生癌症的風險可能會變高嗎？你知道你所吃下的豬隻，是合法屠宰還是私宰的病死豬嗎？你知道你吃的牛肉裡，到底又含有多少瘦肉精呢？你知道你所吃的動物內臟裡，又含有多少未清理乾淨的毒素呢？你所不知道，但卻必須知道的肉品知識，在本周的科學再發現裡，我們將請專家一次為你解答！愛吃肉的你，千萬不能錯過！科技部 102 年度「臺灣科普傳播事業發展計畫」補助
民視 (53 臺) 2015 年 05 月 23 日 (周六) 08:00【科學再發現】全集播出 (重播)
2014 年 05 月 24 日 (周六) 08:00 ~ 09:00【科學再發現】全集播出
原節目：看不見的殺手 (東玉環境科技有限公司) |
生醫材料(二):美容醫學的神祕武器 | 近年來，美容醫學蓬勃發展。醫療環境的變遷，迫使許多非專科相關醫生投入美容醫學的領域，如何讓民眾初步了解美容醫學材料的特性與作用方式，成為保障自費美容消費者不可或缺的重要課題。本文將簡述幾種市場上頗受歡迎的美容醫學材料。
肉毒桿菌素是由肉毒桿菌所製造的。顧名思義，這種細菌好發於未經處理的生腐肉。這種菌素於 1928 年被成功分離出來，並於 1949 年由倫敦的學者證實其作用機轉為阻止神經末梢釋放乙醯膽鹼素，進而抑制肌肉收縮。美國食品藥物管理局 (FDA) 在 1989 年核准 A 型肉毒桿菌素的第 1 個應用於人體的適應症，可治療顏面不自主痙攣、斜視與眼瞼痙攣，並於 2002 年核准治療皺眉紋，成為第 1 個美容醫學的適應症。
由於其抑制肌肉收縮和汗腺分泌的功能，肉毒桿菌素在目前的醫學美容市場被用於治療動態性皺紋 (如皺眉紋、抬頭紋、魚尾紋)、全臉拉提、肌肉肥大 (如國字臉、蘿蔔腿) 和局部多汗症。肉毒桿菌素目前可分成亞型 A 至 G 7 種，目前已應用於臨床醫學的主要是 A 型與 B 型肉毒桿菌素，雖然其效果只能持續 4 至 6 個月，因此必須重複注射，但其作用顯著，且在專業醫師施打情況下副作用少，因此非常受到歡迎。目前在台灣可上市的肉毒桿菌素為保妥適 (Botox;onabotulinumtoxinA) 與儷緻 (Dysport;abobotulinumtoxinA) 兩種。施打肉毒桿菌素是目前全球排名第一的美容醫學治療，預計至 2018 年將達到 29 億美金的全球市場。
玻尿酸或稱透明質酸，是人體組織中自然存在而不可缺的一種透明質酸鈉鹽，由雙糖單位組成的直鏈高分子多醣，是人體結締組織的重要成份之一。玻尿酸大量存在於皮膚真皮層中，是一種透明的膠狀物質，可說是皮膚的天然保濕因子，1 公克的玻尿酸可以吸收 500 毫升的水分。玻尿酸注射美容的興盛，一方面是由於其生物可代謝性、生物相容性，與非免疫原性，另一方面是利用基因工程由馬鏈球菌大量生產非動物來源的玻尿酸，被注射玻尿酸後產生過敏反應的機率是微乎其微。
注射類玻尿酸可依照其濃度、凝膠黏稠度與交聯成大分子的鍵結程度產生不同適應症的玻尿酸。交聯成大分子的鍵結可以讓玻尿酸降解的速度變慢，也會讓柔順度變好。注射類玻尿酸又可分為雙相與單相玻尿酸，雙相玻尿酸是把同樣顆粒大小的玻尿酸分布在均質的基質中；而單相玻尿酸是藉由其一次完成的鍵結技術產生凝膠式非顆粒的玻尿酸。大部份的注射類玻尿酸有效維持期介於 6 至 18 個月，隨著時間，玻尿酸會逐漸降解。
一般來說，大分子的玻尿酸可以注射於深部真皮或皮下，達成流失回填與支撐的效果，降解時間較長，最長可大於一年；小分子的玻尿酸則可注射於淺真皮，達成表面撫紋的效果，失效時間較短，大約半年。根據近五年的醫學論文顯示，注射到皮膚的玻尿酸推測還能藉由對組織纖維母細胞的張力刺激，產生自體膠原蛋白新生的促進作用。再加上麻醉劑和玻尿酸混合的劑型於 2010 年引進市場，讓施打的疼痛感更為降低，目前注射美容已經成為美容醫學的最受矚目的一個領域。
羥基磷灰石鈣可能是個很陌生的名詞，但若說「微晶瓷」或「晶亮瓷」, 大家應該就會會心一笑。羥基磷灰石鈣是一種合成的鈣磷化合物，臨床上已被牙科、整形外科與耳鼻喉科作為生物醫材長達二十幾年之久，而同成分的微晶瓷則是 2006 年研發出來的皮膚注射物，其中 30% 的羥基磷灰石鈣為直徑 25 至 45 微米的生物陶瓷晶球體，70% 則是以纖維素為基質的膠體。微晶瓷注射到皮膚後，隨著時間膠體基質會被吸收，而微晶瓷顆粒則提供組織支架，讓膠原蛋白新生包覆，再加上其最佳的黏滯性和彈性，可以雕塑出具有接近皮膚質感與硬度的輪廓，因此微晶瓷迅速成為臉部皮膚塑型劑的新寵兒。微晶瓷晶球體大約一年至一年半逐漸分解為鈣離子與磷酸鹽排出體外。
台灣注射美容的新星，就是「舒顏萃」, 它是一種聚左旋乳酸，有些人稱它為童顏針。它原是外科可吸收縫線的成份之一，但有位皮膚科醫師發現當它被吸收之後會產生周邊組織新生的情況，便想到可利用來改善臉部膠原蛋白流失的問題。聚左旋乳酸於 1999 年起廣泛運用於歐洲醫學美容界，2009 年美國 FDA 通過臉部因老化產生的深部組織流失的適應症。它可以改善面部的大量流失體積與肌膚彈性紋理，主要是藉由刺激纖維母細胞產生作用，因此皮膚底層的纖維化反應是它的必要過程，也是副作用可能產生的原因。早期因過度纖維化反應產生皮下肉芽組織球現象，經過進階稀釋注射、分段漸進式的填補，與術後注射部位按摩的落實之後，都可以讓注射的聚左旋乳酸均勻分布，不產生過度聚集性的刺激，大大減低了皮下組織結節產生的現象。
不知不覺變美麗，是聚左旋乳酸的主要訴求，也切中了許多美容醫學消費者的心，再加上其長達兩年的改善效果，使它成為臉部輪廓調整與肌膚回春詢問度極高的注射美容項目。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：林永昇 | 弘光科技大學化妝品應用系暨化妝品科技研究所 |
闇黑嗜血族 | 天氣漸漸熱起來，蚊蟲也跟著變多。除了我們常見的登革熱病媒蚊之外，中南部的觀眾朋友一定還忙著打一種俗稱黑金鋼的小黑蚊。上個月南投縣政府宣誓滅蚊作戰，臺中縣市也開始防制宣導。到底這種小黑蚊到底是何方神聖，在這場人蟲大戰中，我們到底有沒有勝算呢？請看我們的科學大解碼。內容大綱研究人員伸出毫無遮蔽的小腿，不到幾分鐘，只見小黑蚊如餓虎撲羊一般一擁而上。這可不是二十四孝裡恣蚊飽血的橋段，而是昆蟲學家為了研究打倒小黑蚊的方法，使用的誘敵策略。抓到最多的數量，大概才前幾個禮拜，大概二十分鐘一千隻以上，一千隻以上，其實應該更多，因為抓不完 。每到夏天，這些小黑蚊就成了中南部民眾揮之不去的惡夢。而牠雖然被稱為小黑蚊，但牠其實並不是蚊子，而是另一種會吸血的昆蟲，臺灣鋏蠓 (蛺蠓)。臺灣鋏蠓的體長只有 1.4 毫米，除了觸角和口器呈深褐色之外，頭部、胸部、腹部都是黑壓壓的。雌蟲的體型較大，也是突襲人類的元兇。吸飽了血的雌蟲，二到三天之後就可以產卵，繁殖力超強。像這樣一隻小小的，牠可以生產大概五十顆，甚至我們有做過，可以產到八十顆卵那麼多。到底臺灣鋏蠓是怎麼鎖定獵物的呢，科學家希望從氣味開始下手。首先可以確定的是，小黑蚊可以偵測得到我們呼出的二氧化碳。但這並不代表，我們只要像電影裡停止呼吸，就能騙過吸血小黑蚊。牠們也可以感測我們人體的溫度，那另外一個的話，就是特殊的氣味。我們體表會產生一些脂類，這些脂類被我們體表的細菌分解了以後，會產生一些脂肪酸。這些脂肪酸，他們就會偵測到這些信號，來做叮咬的動作。從溫度、從氣味，臺灣鋏蠓有如配備精良的偵察機，怎麼樣就是找得到人類。除了針對成蟲的研究之外，科學家還從源頭著手，希望藉由阻斷幼蟲的食物─藍綠藻，來達到抑制小黑蚊的數量。八十五年前，日本學者首次發現臺灣鋏蠓，八十五年後，臺灣鋏蠓仍然威脅著人類。國內學者正從習性、基因、環境等各方面著手，正式向臺灣鋏蠓宣戰。 影片勘誤: 1:46 「蚊子」更正為「小黑蚊」 |
食品與生活:菇類食品的免疫調節能力 | 從武俠神話、傳統中醫藥到現代免疫學
事實上，靈芝與其他真菌菇類如茯苓、豬苓、香菇、馬勃、雷丸、木耳、槐耳、柳耳等一樣都是明代李時珍《本草綱目》中所記述的常用藥食用菇類。自古以來的古醫書對於醫食用菇類 —— 靈芝，便有極度推崇的描述。例如早在禮記中便有超乎常理般地記述著:「王者仁慈，即生芝草，故曰靈始。」只有在昇平盛世時才找得到的；那可是值得「舉宴祝慶」的好兆頭呢！真是近乎神話化般地推崇。
古老中國醫藥專書–東漢，雍仲淳的《神農本草經》記述著:「山川雲雨，四時五行，陰陽晝夜之精，以生五色神芝為聖王體祥，瑞應圖云。」並把它歸為上品藥。上品藥的定義是無毒而沒有副作用，實在是因為靈芝在古代並不容易採得，即使發現了也只有王公貴族才可能享用。
在「醫食同源，藥食同根」的中醫藥理論中，許多醫食用菇類具有「補中、益氣」之效。經典古醫書《本草綱目》則較客觀地說明靈芝，可「久服輕身不老，延年神仙」並且「無毒」。另外《本草綱目》也曾記載對木耳的描述:「益氣、輕身強志之效。」《本經》記載對茯苓的描述:「久服安魂、養神、不饑、延年。」
中醫乃數千年來中草藥實證醫學的累積，必有其科學根據，只是欠缺精密科學數據的記錄佐證而已。經由現代生物醫學的科學數據的證實：雖然沒有如「神話」般地神效，但是卻確定了菇類的免疫調節功能。
《素問遺篇。刺法論》中黃帝曰:「五疫之至，皆相染易，無問大小，病狀相似，不施救療，如何可得不相移易者？」岐伯曰:「不相染者，正氣存內，邪不可干。」在古老中醫理論中雖然無現代醫學具體微觀描述的免疫系統理論，然而確實已有整體免疫系統的提升可抗病的觀察 —「扶正以怯邪」。「扶正」意謂把體內體質調養強固 (免疫系統的提升);「怯邪」即以去除病因。如前所提的「正氣存內」— 身體內自身的免疫系統強固，則「邪不可干」— 致病源無法干擾身體健康。
另外常見於古醫書中的理論「補中、益氣」其意思也就是調正體質以彌補及調理氣血之強。氣血則正是有體內循環免疫系統的含意，也是中醫治病的原則是提升體內對抗病因的能力，而不是以藥物直接消滅病因。
什麼是免疫系統呢？簡單地說，人類免疫系統是由許多各式各樣不同功能的免疫細胞 (包括 T 細胞、B 細胞、淋巴活化殺手細胞、自然殺手細胞、巨噬細胞...... 等) 經由繁雜精細的各式細胞激素 (包括干擾素 -α、-β、-γ、介白素 1 和腫瘤壞死因子 -α...... 等) 訊息的傳遞活化，而共同構成對入侵身體內病因的防護網路，有如國家的國防系統中各軍種的軍隊，經由巡防偵察得知敵軍入侵，並回報指揮系統，再由指揮系統以軍令訊息的傳達而啟動各路軍種以協同進行對抗入侵敵軍的聯合軍事行動。
對於腫瘤細胞而言，則因細胞的不正常分化，導致不但無法行使其應有的正常功能，而且還一味無限制地增殖出更多同樣無用的細胞，而使器官衰竭。這有如身體內叛變的細胞！免疫系統的免疫細胞便有如禁衛軍般地執行弭平內亂的軍事行動。
在近代免疫學的發展過程中，科學家逐漸了解到在健康身體中的免疫系統，可迅速地針對入侵體內的病因作出免疫系統活化的反應，引發各種不同功能的免疫細胞協同作用，進而以毒殺、吞噬和結合等方式來去除病因，恢復健康。作用期間各種不同免疫細胞間的協同作用，則是靠不同細胞激素的傳遞。人體便是靠這樣的網路系統，精密準確地負起捍衛的重責大任，並排除自然界中無數伺機而動，想入侵身體的病因。
約在一九八○年代，研究人類免疫系統的科學家開始了解免疫系統可經由特定物質的刺激而活化，增加抗病及抗癌的能力；並把它定義為「生化反應修飾物質」也有人稱它為「免疫調節物質」。現代免疫學中「生化反應修飾物質」或「免疫調節物質」的觀念就是提升免疫作用以對抗腫瘤細胞或是其他病因，這不正與中國傳統醫學治病原則中的「扶正以袪邪」觀念不謀而合！食用菇類的免疫調節作用
科學家以各種不同體內或體外實驗模式研究菇類如靈芝時，發現主要的作用便是免疫系統活化，及其導致的抗腫瘤功效。而菇類具有此功效的原因便是所謂的「高分子多醣體」, 已知其作用來自於 β(1→3) 鍵結的葡萄糖聚醣。這種聚醣由於無法被人體消化系統所消化、分解，因而這種高分子多醣體的作用方式已經確定不是直接殺死或抑制腫瘤細胞，而是調節免疫系統所得到的抵抗能力。
日本科學家曾把靈芝萃取物餵食一大群果蠅後，發現那一群果蠅的平均壽命及最高壽命皆高於一般果蠅平均壽命及最高壽命的三倍，間接地證實了古籍所言。從近代的實驗研究結果中了解到靈芝中的抗氧化成分具有減緩老化的效能。而在調節免疫系統方面的研究就更多了，靈芝高分子多醣體能有效地刺激活化 T 細胞並促進增生且能刺激活化專一性免疫細胞 (如淋巴活化殺手細胞) 及非專一性免疫細胞 (如自然殺手細胞)。以上的免疫細胞都與毒殺不正常腫瘤細胞有關；也即其所引發的免疫調節反應可促進自身免疫系統毒殺腫瘤細胞的活性。
茯苓是中醫藥處方中最常用的藥材，但也常出現在餐桌上如四神湯、茯苓糕及其他食補藥膳中。把茯苓中的中性多醣體或冬蟲夏草中的多醣體，與人體血液中的免疫細胞一起培養後所得的培養液，可以有效地抑制白血病細胞 (癌化的不成熟白血球細胞) 的增殖，同時兼具調節成為分化成熟、具吞噬作用的白血球細胞。
正常免疫細胞接受了茯苓多醣體的刺激 (由此茯苓多醣體作為免疫調節角色) 後，會分泌出多種細胞激素 (如干擾素 -γ、介白素 1 和腫瘤壞死因子 -α), 而這些細胞激素居中調節，使白血病的癌化細胞受到增殖抑制並分化為正常的白血球細胞。許多研究報告也指出干擾素 -γ, 和腫瘤壞死因子 -α, 都有造成腫瘤細胞或是感染病毒的人體細胞分解或凋亡的能力，甚至在提升免疫系統能力後也可以抑制 B 型肝炎病毒的增殖活動。
柳松菇、杏鮑菇和鴻禧菇分別原產於日本、歐洲和中國等地，其營養成分不錯，蛋白質含量較一般蔬菜高 2~12 倍，含有極少量的脂肪、多種維生素、高量纖維質，更重要的是這三種美味的食用菇類所含的多醣體及蛋白質，皆可刺激人體血液中的免疫細胞分泌細胞激素，以抑制白血病的癌化細胞增殖；在餵食菇類萃取物的老鼠動物試驗中，也明顯地抑制植入老鼠體內癌細胞腫塊的成長。實驗室中有關食用菇類包括茯苓、柳松菇、杏鮑菇和鴻禧菇等的研究，不論是在細胞模式或動物模式中都具有明顯抗腫瘤作用。
香菇也是家常菜中不可或缺的食材！它濃厚香味及鮮美往往是許多佳餚令人垂涎的主因。日本人胃癌發生率高於其他國家，研究者曾對胃癌病人施予香菇多醣體，再測試病人血液中殺手細胞 (存在於人體免疫系統中，可殺死腫瘤細胞或是已感染病毒的細胞) 的活性，發現比未施予香菇多醣體的病人有明顯的增高，證明了香菇多醣體具有抗癌能力。
臨床試驗中，日本醫學研究以同樣是第三期胃癌病人的分組臨床人體試驗中，發現香菇多醣體治療組的病人，其平均存活期較無治療組的病人長，且在試驗期間無毒性的副作用，對於腸癌和乳癌病人的臨床試驗，也都有相似的觀察結果。
冬天吃火鍋時一般免不了有金針菇，是我們日常生活飲食中很常見的菇類食物，在臺灣幾乎是一年四季都可吃到，它的平價與口感相當吸引人。在日本長達數十年的流行病學調查研究及觀察，比較不同地區罹患同一種癌症的農民時，發現栽植金針菇的農民 (也是每日飲食中攝取金針菇的機會較多者) 的死亡率明顯地低於其他地區的農民。實際上，在許多不論是動物試驗或細胞試驗的研究中，也證實了金針菇中所含的多醣體和蛋白質 (免疫調節蛋白) 都有提升免疫能力、抑制腫瘤細胞生長的功效。
價廉的木耳是一種不起眼到令人幾乎無視於它存在的菇類食品，在家常菜中也只是扮演配菜成分的角色，殊不知也有抗腫瘤細胞的潛力。一般而言，肉瘤細胞在體內外實驗都會無限制地增殖，但研究證實，老鼠體內所轉殖肉瘤細胞的增殖及增生，卻受所注射木耳高分子多醣體的抑制，腫瘤塊明顯地小於未注射木耳高分子多醣體的老鼠的腫瘤塊。
巴西蘑菇的美味不輸香菇，味更香濃，在原產地是居民的日常佳餚。經過長期的流行疫學調查，發現盛產巴西蘑菇地區居民的疾病發生率 (包括癌症、病毒及細菌等病因) 皆低於其他非產地地區。在日本，由巴西蘑菇中所抽取純化的高分子多醣體的臨床試驗中，也獲得極佳的抑制腫瘤細胞增生的結果。
如上所述的茯苓、柳松菇、杏鮑菇、鴻禧菇、香菇、木耳、金針菇及巴西蘑菇等都是日常生活中隨手可得的菇類食品，不但兼具美味、營養，而且還有提升人體免疫系統抗腫瘤、抗病因的潛力。其功效不比昂貴的靈芝或臺灣特有種的樟芝來得低，多食用菇類食品除了有助提升免疫能力之外又具降血壓、降膽固醇、降血糖的功效。
其實，除了上述的食用菇類以外；大約有六百多種分布於世界各地的食用菇類可能都具有生物活性。正如《本草綱目》所認為「蘑菇蕈、味甘、寒、無毒、主益腸胃、化痰、理氣」; 理氣亦即調理氣血，也就是說，調節人體循環免疫系統的抗病能力。它們取得便宜、容易，雖然沒有昂貴的身價，卻有不輸高貴靈芝的效用，在日常生活中的攝取有保護身體免疫機能之效；在臨床醫療中經過萃取純化的也極具免疫調節功能且可抵抗腫瘤細胞的進展及惡化。這更印證了中醫學中「醫食同源，藥食同根」的基本觀念。
食用菇類可治癒絕症？雖然菇類在古中醫學裡肯定了其補中益氣之功，加上現代免疫學對菇類的免疫提升有許多科學數據佐證。但是現今商業社會中，販賣健康食品業者往往在其商業宣傳中加入了許多誇大療效的宣稱，使得一般的民眾誤以為菇類多醣體真能治癒癌症。其宣稱的誇大與「武俠神話」的描述相比不遑多讓，不幸的是，造成許多罹癌病患誤以為放棄正規醫學療程，而尋求此類產品便能治癒病情。
殊不知在許多臨床試驗中，雖然菇類有提升免疫能力、抗腫瘤細胞增殖的證據，但是僅止於抑制增殖，卻尚未見可完全有效地殺滅腫瘤細胞的證據。甚至於也曾有研究報告指出，目前這些菇類多醣體的臨床輔助療效也只在胃癌、前位癌及肺癌較具明顯作用。所以在臨床上有許多學者把它定義成「輔助療法」, 也就是說，作為癌症療法中手術切除、化學治療、放射治療等治療處理後的輔助治療，以增加病患的存活率或是延長存活時期，因此，捨棄正規醫學療程無疑是本末倒置的做法。
雖然事實如此，但無損於菇類對於提升免疫力，抵抗癌症細胞或其他病因的保健功能。食用菇類多醣體因幾乎無毒性副作用的特性，加上優異的免疫提升作用，很適合作為健康食品。事實上，國內通過認證且符合「健康食品管理法」規範的產品中，食用菇類多醣體的比率不低。
目前研究成果尚未完全了解這些菇類多醣體的作用機制，必須等科學家們進一步了解菇類多醣體如何作用在免疫細胞膜上，進而對如何啟動免疫細胞分泌出免疫活性的細胞激素有了較深入的了解後，才能有較具臨床治療的意義。
我們應該以何種態度來看待這些具免疫調節活性的菇類食品？具免疫調節活性的菇類食品確實有提升免疫細胞活性，並使之具有抵抗癌症細胞或其他病因的潛力。但是，我們必須摒棄那些菇類多醣體能「治百病」的觀念，至少現今臨床醫學研究顯示其並非絕對有效的靈丹妙藥，因為目前並無絕對可以完全殺滅腫瘤細胞的方法 - 包括菇類多醣體。另外，免疫系統的提升作用是在人體本身營養狀況良好，且免疫系統完整的情況下才能有的功效。
附錄
巴西蘑菇 又稱姬松茸，含有豐富的多醣體化合物，分別是 β-1,3 D 葡聚醣及 β-1,6 D 葡聚醣。巴西蘑菇中的多醣體可以提升抵抗癌症的淋巴 T 細胞、輔助 T 細胞、干擾素和白細胞介素的生產能力，使得身體中的癌細胞相對地減少。
椎茸 就是我們日常所稱的香菇。幾世紀以來，東方人一直用椎茸用來治療傷風、感冒、血液循環不良、腸胃不適及疲勞。香菇有許多增強免疫的特性，包括強化自然殺手細胞及增加 gamma 干擾素的產量。研究人員宣稱在放射治療之前先使用香菇多醣體治療，可以防止白血球細胞數量的減少。
舞茸 含有非常高價值的多醣類，不僅具有增強免疫系統的功能，同時可以抑制腫瘤的生長。由舞茸所含的多醣體中可萃取出一種強力抗腫瘤成分 - 多醣體 D 餾分，研究顯示，單獨使用多醣體 D 餾分來抑制腫瘤成長，其效果從只用化療物 MMC (mitomycin) 療法的 45% 提高為 80%, 如果舞茸和 MMC 並用，那麼抑制腫瘤的效果接近 98%。何謂多醣體？多醣體是由多個單醣體連接在一起組合而成，而單醣是由五或六個碳原子組合而成的碳水化合物。自一九六○年代開始，科學家們即發現多醣體具有良好的抗癌效果，然而每種多醣體的效用都不盡相同，它們各自擁有獨特的功效及對某種癌症的療效。經研究發現，菇類中就含有豐富的多醣體，臨床實驗也證實，經濃縮萃取的多醣體，比單純磨成粉末狀的菇類粉末更有效，且多醣體使用量的多寡更是產生效果的關鍵，唯有適當的劑量才能產生最佳的效果。
毛木耳 木頭上怎會生了一隻淺紫色的耳朵呢？它就是毛木耳，和我們一向慣常用來食用的木耳，是同一科的。它的背後長有一層淺褐色的絨毛。毛木耳新鮮時是軟的，但乾燥後卻變得十分硬。它多數在石栗等枯樹幹上叢生著，可見於烏蛟騰、沙田、大埔、大嶼山、西貢和香港島。它可作為食用，也有藥用價值，對某些癌症有抑制作用。所以，不要小看菌類，它的用途可能比我們想像的還要多。
靈芝 素有「仙草」、「瑞草」、「吉祥茸」之稱的靈芝，屬於真菌門下的靈芝屬，中國藥典古籍《神農本草經》把靈芝列為上品，視其為滋補強壯、扶正固本、延年益壽及鬆弛身心的珍貴藥材；明朝醫學家李時珍所著的《本草綱目》稱「久食輕身不老，延年神仙。」靈芝含有各類碳水化合物、氨基酸、室白質、三帖、無機離子、生物鹼、糖甘、香豆素糖甘、揮發油、核黃素及抗壞血酸，營養素齊全。近年來，許多的科學研究證實，靈芝具有多樣的功效。在韓國，研究者證實靈芝對實驗鼠具有顯著的免疫增強作用。他們把這些提升免疫力的作用歸因於巨噬細胞及多形核白血球的刺激。另一組日本研究人員更進一步證實，由 Ganoderma lucidum 靈芝中分離出的多醣類具有顯著的抗腫瘤作用。科學家曾針對靈芝抑制血小板凝集 (可能造成壞死性的血液凝固) 的功效展開過研究。一項研究顯示，靈芝的水溶性成分確實能抑制活體外的血小板凝集。實驗中並進行了離析研究，以判定靈芝的何種成分導致抑制作用的發生，結果找出腺苷 (adenosine)。在第二份靈芝實驗中，研究者針對各種由靈芝的水性及鹼性萃取液中離析出的 β-D - 葡聚糖研究其抗腫瘤效用。他們發現，以熱水由靈芝菌中萃取出的葡聚糖，以及由生長中的培養基中取得的細胞外葡聚糖，分別以 96% 及 91% 的比例有效抑制了腫瘤的生成。
香菇 香菇富含維生素 B 群、鐵、鉀、維生素 D 原 (經日曬後可轉成維生素 D), 加上香菇本身的美味，讓人禁不住食指大動。香菇生長所需與一般植物的養分來源不同，它主要以木材的「木質素」為營養來源，雖然香菇在植物學上分類屬於不含葉綠素的「低等植物」, 但所含的養分維生素 B 群、維生素 D 原、多量鐵鉀等無機質可是十分的豐富呢！年長女性最常見的骨質疏鬆的問題，就要靠香菇等食物來「強化」女人。香菇含有多種礦物質及多量纖維質，對於預防骨質疏鬆有不錯的幫助，特別是對缺乏肉類營養素的素食者而言，香菇所含的營養成分更可彌補一般葉菜類所無法提供的維生素。若要充分吸收到香菇的營養，在烹調時就要特別注意，香菇所含的「維生素 D 原」需要接受日照，才能轉化成人體能吸收的維生素 D; 因此，在買香菇時，就要特別注意是人工乾燥還是日曬乾燥加工，如果買到人工乾燥的香菇，那只等於享受到香菇的一半價值了！根據日本科學家的研究，證明香菇對降低膽固醇、抗癌 (含干擾素)、改善肝機能都有不錯的效果。一般買回來的香菇都是乾燥過的，料理前需要先用溫水泡過；但要注意：泡香菇的水可千萬不要倒掉喔！這些水可以拿來調理，也可以拿來飲用 (比健康食品還健康)。「菇菇」的好，現在你總算知道了吧！木耳 植物名。真正擔子菌類木耳族。生在朽腐的樹幹上，也可用木屑進行人工栽培。可食用，也可供藥用。木耳適合生長在潮溼的環境裡。木耳在食用菌中，被譽為「菌中之冠」, 因為具豐富營養，加上木耳含有多醣類物質，能增強人體的免疫力，與調節淋巴細胞、加強白血球的吞噬能力，是非常好的養生食材。
鮑魚菇 植物名，松茸科。是一種常食用的蕈苔類蔬菜。菇正面灰白色，反面乳白色或淡褐色。因形似鮑魚，故稱為「鮑魚菇」。鮑魚菇食性溫和，熱量低，多食有益健康。根據國外醫學研究，經常食用富含特殊「平菇素」的鮑魚菇，可以強化體質，並減少血液中的膽固醇，降血壓及防癌。
茯苓 茯苓在古代原稱為「茯靈」, 指的是松樹神靈之氣存在於根部，茯苓和靈芝、冬蟲夏草一樣，都是屬於真菌類，性平淡，微甜，可以製成糕餅點心，在小說紅樓夢和坊間化妝品與中藥補湯裡，都常見到這樣的藥材。由於身體的百分之七十是水分，水氣的運作失調，會引起消化、泌尿、睡眠和女性經期不順等問題。在中醫的角度而言，濕性體質對於水分的積聚特別敏感，有些人不是真的發福發胖，而是因為濕性體質所造成的虛胖水腫。另外，水分囤積在其他位置，也會產生身體上的毛病，例如嘔吐、下痢和風濕痛等，茯苓和其他中藥材比較起來，最大的功用在把多餘的水分疏導到血管，再從血管運到腎臟，幫助水分代謝到體外，維持身體正常的新陳代謝。茯苓在中藥材裡面屬於上品藥，兼具食品和藥材的功能，但是如果把茯苓用來養生，也不能因為效果好就吃太多，一天服用原藥材 5~10 克就已經足夠。如果要利用茯苓治病，千萬不要自行到中藥店買來吃，還是要經過專業中醫師的調配！柳松菇 故鄉在日本，因為常叢生在松樹幹上而得名，又稱為柳松茸、柱狀田頭菇。以瓶子培養法栽培的柳松菇，算是新興食用菇。主要產地在臺中縣石岡鄉金星區段，是民國七十五年自日本引進臺灣培育的新興食用菇類。柳松菇含維生素、礦物質、高纖維、低脂肪、高蛋白...... 等，提供人體所不能自製的八種必須胺基酸，包括一般穀類常缺乏的離胺酸及白胺酸，並有降低血液中膽固醇含量，及強化肝臟等功能。含大量纖維質久煮也不失其脆度，可剌激腸胃的蠕動消除便秘，熟調後不會失去咬勁，可用於烤、油炸、煮湯等料理。
杏鮑菇 又名鳳尾菇，學名：Pleurotus eryngii。屬於蠔菇家族的一員，產於南歐、北美地區及臺灣中部一帶，以太空包栽培法、塑膠瓶栽培法培製，有厚實而白的傘肉，具杏仁味，口感似鮑魚，所以有「杏仁鮑魚菇」的雅號。質地細膩滑 Q, 口感絕佳。 |
美容醫學:打腫臉充美麗–注射美容的真相 | 「玻尿酸注射美容」、「微晶瓷隆鼻」、「聚左旋乳酸液態拉皮」等，不管是走在路上看到的診所招牌或跑馬燈，還是坐在家裡看報紙雜誌的行銷廣告，甚至是電視台購物頻道的節目，都充斥著類似的語彙。在短短幾年之間，我們似乎就被滿滿的醫學美容廣告淹沒了！雖然說填充物的注射其實是現代美容醫學發展的潮流，但是在過度商業化的行銷與包裝之下，一般消費者甚至執行注射的醫師本身，對可注射的填充物的認知其實是不足的。本文希望以深入淺出的方式，對可注射填充物做一個完整的介紹，更希望大家對可注射填充物有正確的認知，了解適不適合自己的需求，而不要被他人或廣告所左右。
什麼是可注射填充物
目前在臺灣已獲得衛生署許可的可注射填充物，主要有膠原蛋白、玻尿酸、微晶瓷、聚左旋乳酸等，當然各有其優缺點，不過根據文獻與醫師的使用經驗，目前最受歡迎的填充物應該是後三者。
玻尿酸 玻尿酸又稱為透明質酸或醣醛酸，是人體皮膚組織中本身就有的成分之一，因此是目前最受歡迎，市場占有率最高的組織填充劑。現在玻尿酸多半以基因工程方法，透過植物性的草酸菌發酵製成，生物相容性極佳。
由於每個廠牌所使用的玻尿酸平均分子量不同，交聯成大分子的鍵結方式與百分比不同，甚至形成鍵結的物質也不相同，因此玻尿酸可以製成各種大小與硬度不同的製劑以適用於各種場合。一般而言，分子量越大、越硬的玻尿酸，越需要注射到皮膚的深層組織，對醫師技術的要求也較高，注射後存留在人體的時間也越長。
聚左旋乳酸 聚左旋乳酸是一種由玉米或蔗渣等經過提煉與聚合過程所形成的高分子聚合物，是一種與生物相容且能被生物降解 (體內自行分解代謝) 的物質，被醫學界使用已超過 30 年。
早期以聚左旋乳酸製成體內可吸收的縫線、外科用骨板、心臟血管支架等。後來發現它具有良好的膠原蛋白刺激作用，注射後能刺激自體膠原蛋白的增生，逐漸修復流失的體積，使鬆弛下垂部位撐起，輕鬆達到除皺紋、豐頰、全臉拉提及輪廓重塑的效果。
微晶瓷 微晶瓷的主成分是鈣、磷，外觀如細微的珍珠顆粒，外層有黏稠狀的凝膠物質包覆著，是一種類似人體組織中「生物軟陶瓷」的填充物。它的主要用途是改善臉部皺紋和皺摺，施打後可刺激膠原蛋白增生，補回已流失的膠原蛋白質。微晶瓷注射可讓鼻形立體，支撐力強、不易位移、有生物活性的特徵和相容性，安全性高。
可注射填充物的分類
目前醫學界把可注射填充物分成 3 類，一是體積填充式，二是刺激生長式，三是兼具雙重作用的。很巧合的，上述 3 種最常用的填充物，正好各是這 3 類的代表，即玻尿酸是體積填充式的代表，聚左旋乳酸是刺激生長式的代表，微晶瓷則是兼有雙重作用的代表性產品。
第一類的填充物其實是符合傳統定義的產品，其目的是補充流失的軟組織體積，注射後因人體會慢慢吸收，所以效果最佳。惟一段時間後，通常是幾個月到一兩年，效果就會完全消失。
第二類刺激生長式的填充物是比較新的產品，注射後並沒有立即的效果，不過它會引起組織反應，刺激皮膚產生新生的膠原蛋白，達到治療的目的。效果通常持續較長，可以達到兩年以上。
第三類的填充物則兼具雙重作用，有立即體積填充的效果，也有刺激膠原蛋白生長的作用，效果一般可以持續一到兩年。
可注射填充物的作用
臉部皮膚的老化當然有許多原因，不過最終結果就是體積的流失，包含骨骼與軟組織的萎縮。反映於外觀，便是產生皺紋與皮膚的下垂，因此如果能找到可以安全填充於軟組織中的物質來補償流失的體積，就可以有效地達到抗老化或整形美容的效果了。
除皺美容 臉部的皺紋可以粗略分為動態紋與靜態紋，如魚尾紋、皺眉紋等，是肌肉收縮所造成的動態紋路，因此大多以肉毒桿菌素來治療；靜態紋者如淚溝、法令紋、木偶紋等，在臉部肌肉放鬆，沒有肌肉收縮，不做任何表情的臉部就會存在，其治療則多以填充物來改善。
拉提回春 隨著美容醫學界對可注射填充物物理性質的了解越來越透徹，發現只要注射具有高彈性與高黏滯性的填充物，就可以對因為年齡老化、軟組織體積流失、外觀下垂而沒有彈性的皮膚，產生飽滿與拉提的作用，達到整體抗老化的目的。
曲線雕塑 人有美醜，每個人的審美觀都不一致，有人嫌自己的鼻子不夠挺，有人嫌自己的下巴不夠尖，也有人嫌自己的嘴唇線條不夠立體。無論如何，若對自己某部分的線條不滿意，只要簡單地注射一些填充物，就可以獲得明顯的改變，達到畫龍點睛的效果。
副作用 有作用就可能產生副作用，雖然發生率很低，但還是有可能。不幸的是，無論是廠商或醫師，對填充物的副作用常隱而不談，而消費者也以為注射美容是萬無一失的治療，因而造成許多醫療紛爭。因此不管是醫師或患者，都應該對填充物的副作用有相當的認識與了解。
可注射填充物最常見的副作用是發生於注射後，由於這種侵入性治療所造成的立即性反應，例如出血、淤青、腫脹、痛感等。就醫學觀點而言，這種副作用是不可能百分之百避免的，因此有必要在治療前就與患者溝通清楚。此外，少數患者會有局部感染的問題，由於填充物會存在人體內相當長的時間，使得局部的細菌感染治療變得更為困難，因此治療前治療部位的清潔消毒也不容忽視。
最可怕的副作用是發生在血管內注射或血液循環系統受到壓迫時，造成局部組織的缺氧壞死，在臉部動脈血液供應比較脆弱的位置，如鼻子、眉間或中央額頭部位是最可能產生這種副作用的部位。醫師在治療這些部位時，不論是注射材質的選擇、注射的技巧，以及注射的量，都要特別小心。
另有報告指出，可注射填充物可能順著血流流到其他重要組織或器官，由於填充物本質上都是黏稠的膠狀顆粒，在狹窄的血管裡等於是血栓，因此造成眼睛失明或腦部中風等嚴重的副作用。綜觀這些報告，無論是醫生或患者在進行注射時都須更謹慎小心。
另外可能出現的副作用跟填充物的物理性質有關，不論填充物的成分是多麼與人體相容，對人體而言，它仍然是一種外來異物，人體一定會產生外來異物反應對付它。由於每個人免疫反應的強度不同，有極少數人會轉變成肉芽腫，在注射一段時間以後，會慢慢形成可觸摸到，甚至是肉眼可見到的丘疹或結節，這也是醫師在治療前應該跟患者提及的可能副作用之一。
在可注射填充物的副作用中，最難處理也是最難以滿足的其實是病患本身的期待。由於個別審美觀的不同，與注射美容先天效果的限制，常常發生注射治療本身是成功的，術後也沒有任何副作用發生，可是病患依舊不滿意。因此治療前醫病雙方的解說與溝通，是不可或缺的一個步驟。
可注射填充物的新進展
可注射填充物最近的發展方向有兩個，一是麻醉藥物的添加，二是鈍針注射法的出現。
可注射填充物添加適量的麻醉藥物之後，可使注射過程的痛感減到最低，使病人的恐懼感降低，實現想打哪就可以打哪的夢想，提升了注射美容的效果。而使用鈍針來注射，基本上避免了針尖穿透血管，造成血管內注射的失誤，同時減少了用尖針注射時，可能出現出血或淤青的問題，對於不想讓他人知道自己接受注射美容的患者，不啻是一大福音。
需求決定供給，期盼青春永駐是人性。二次大戰後的嬰兒潮世代現在都已到了中年，由於科技的進步，讓害怕年華老去的人們，在簡單地注射填充物之後，得以繼續抓住青春的尾巴。只不過在追求青春美麗的同時，一定要仔細地停、看、聽，做一個聰明的消費者，不要花了大錢，其實只是被打腫了臉，還以為這就是美麗。 |
橘色科技:橘色科技與老人科技 | 橘色科技的精神是探討如何運用科技促進人類健康、幸福，並提升人文與人道關懷。橘色科技應用於老人，則在於探討老人化問題，包括人口老化、社會結構、老人醫療照顧、生活、臨終關懷等。本文先具體闡述老人科技的研發精要和價值，再說明老人科技就是橘色科技。
「Everything is ageing!」萬物都會老化，當然包括你我。等到筆者完成本篇稿件也許已經過了數時、數日；當你讀完本篇文章，也許時間已經過了數分鐘、數十分鐘。有首歌詞大家應該都能琅琅上口:「太陽下山明朝依就爬上來，花兒謝了明年還是一樣地開，我的青春小鳥一去無影蹤，我的青春小鳥一去不回來。」正是時光流逝的最佳寫照。也許現在你還年輕，沒有感覺，但是一過不惑之年，眼睛開始老花，若還有近視，真是看遠也不行，看近也不行，就更能感受衰老了。
近十多年來臺灣地區老年人的十大死因順序 (資料來源：行政院衛生署公共衛生統計)
大家都知道，生老病死是人生的基本寫照，誰也無法改變，其中以衰老最難以了解，「為什麼人會老化」、「有沒有辦法停止老化」、「人體老化又有哪些徵兆」等問題常常困擾我們。
人一旦上了年紀，我們常說「坐著就打瞌睡，躺著又睡不著，剛說就忘記，常說著過去。」真是簡單又明確地反映老化的情境。但是所有生物為何會變老，又是如何變老？同樣地，人為什麼會老，又是如何變老？這些問題看似簡單卻難以回答，而背後答案關係著醫學、社會學等多種學問。過去很多研究學者從生物學、流行病學、人口統計學等資料可以推論幾種老化理論，嘗試解讀衰老，甚至死亡。
美國加州大學柏克萊分校分子與細胞生物學系 Weinert 和 Timiras 兩位學者，在 2003 年發表在《應用生理學雜誌》(Journal of Applied Physiology) 上有關老化理論的回顧論文中，把老化理論分為進化、分子、細胞、系統等類別。進化理論認為老化是起源於自然篩選力量，分子理論認為由於基因調控造成基因表現改變而衰老，細胞理論認為細胞老化是由於正常細胞的分裂、生殖受到限制所導致，系統理論則把生物體的衰退歸因於體內系統彼此控制與維持機制，和生物訊息溝通與調變機制。
在衰老的過程中，生理與心理方面都會變化。簡單來說，在生理方面，容貌會逐漸改變，各種生理功能也會逐漸退化。至於心理方面，有記憶力衰退，注意力不集中、較容易產生焦慮等。
根據行政院衛生署公共衛生統計資料，近幾十年來，老年人的十大死因沒有很大差異，不過其中值得注意的是蓄意自我傷害比率的增加。美國國家衛生統計中心資料顯示，經常伴隨老年人的病變主要有高血壓、心臟病、糖尿病、腦中風、癌症、關節炎、白內障等。
身體的老化也許以愛因斯坦相對論而言，時空可以扭曲，只要破除光障，似乎仍有一絲機會回到過去。不過以目前科技看來，誠然是一種不可逆的必然過程，因此如何讓我們健康老化、在宅老化，是老人科技領域重要的研究課題。
老年人常見的慢性疾病 (資料來源：美國國家衛生統計中心)
促使各國重視老年科技主要有幾個重要因素，第一是人口結構老化，而且相當快速。根據聯合國的定義，一個國家 65 歲以上人口若占總人口數 7% 以上，就是高齡化國家，若達到 14% 則是高齡國家；從 7% 到 14% 所需要的時間就是高齡化速度。Micera 等學者在 2008 年所發表的一份論文顯示，世界人口預期在 2050 年就會達到全球高齡化的狀態，其中已開發國家更是超過三分之一的人口的年齡超過 65 歲。
內政部統計我國自 1993 年起就邁入高齡化社會，65 歲以上老人所占比率持續快速攀升，在 2008 年底已達 10.4%, 老化指數是 61.5%, 雖然仍較歐美、日本等已開發國家低，但是較其他亞洲國家高。加上 2008 年底我國總人口是 2,304 萬人，總增加率僅 3.4% 的少子化現象，長期而言，我國人口總增加率續呈遞減趨勢，2010 年出生率再創新低，已不及十年前的半數。
從人口結構變化預估我國大約在 2018 年將成為高齡國家，因此老化所需時間大約是 26 年，和日本、大陸差不多，但是比起已開發國家如英國、法國、美國等，顯得非常快速；其他開發中國家如巴西和智利，預估會更快速，這是一全球性的問題。
第二是長期照護制度政策和長期照護機構的人力與專業已不敷需求。目前長期照護已列為行政院經濟建設委員會「跨世紀國家建設計畫」和衛生署「建立醫療網第三期計畫」工作重點之一。以健全發展長期醫療照護體系為重點，方針是以「居家及社區式照護服務為主，機構式照護服務為輔」為依準，朝「居家式照護服務占百分之七十，機構式照護服務占百分之三十」的目標努力。
其次，政府有鑒於人口老化所帶來的長期照護需求，近年來已積極推動長期照護相關方案，致力於建構完善的長期照顧制度，以滿足高齡社會所需。為建立穩健且可長可久的長期照護制度，2008 年 12 月起積極進行長期照護保險的規畫。
第三是相關科技成熟，從電腦網路的資通訊技術，到整合的生物醫學工程技術，隨著時代進步逐漸成熟達到產業應用階段。第四就是經濟發展趨勢、市場產業價值等優勢來臨，全世界主要資通訊和電子產業都注意到，如此龐大商機不需要高科技技術，而是需要技術整合和應用創意。綜合以上因素，老人科技已是世界各國目前最被看好的經濟產業發展的重要項目。
何謂老人科技？其英文原字 gerontechnology 其實是因應社會發展所需而新產生的複合字，從老人學 (gerontology) 和技術 (technology) 連結形成。根據老人科技領域先驅研究學者 Herman Bouma 對老人科技所下的定義是 —The study of technology and ageing for ensuring an optimal technological environment for ageing people up to a high age, 意思就是了解科技和老化，並確保最佳科技環境，以讓我們能夠安養天年。
從定義看來，這是一跨領域整合的科技應用，不僅需要生物醫學學者和工程技術學者的參與，同時需要社會科學、人文科學和規劃設計學者專業，才能開創出兼具實用和產業效益的老人科技產品。目前市面上已有多項營運服務模式和多樣居家照護應用產品，如智慧藥罐、跌倒偵測器、心理慰藉機械海豹、室內外通用輕型電動載具的概念設計等。
老人科技應用需要從老年人需求的觀點出發，一般科技產品的研發往往只從技術成熟面去看，而忽略了使用者的需求，這在老人科技的研發與應用上是行不通的。
因為只有正確了解老年人的生活習性，才能體會老年人的生理、心理、居住等方面的需求，進而透過科技整合以實現功能雛型，再經由老年人社群的使用回饋，進一步改進才能落實老人科技。把這科技融入生活於無形，不要讓科技帶來困擾和恐懼，甚至排斥；而是讓科技創造舒適和安全，以至於信任，減少社會對老人照護的支出成本，縮短時空距離，增進老年人與子女、親友的互動與情感。
以過去針對南部某醫學中心神經內科門診的獨居老年問卷調查為例，一般獨居老年人在身體照護需求方面，最需要的是身體健康檢查和醫療照護；在社會興趣需求方面是子女和親友陪伴；而在社會服務需求方面，最需要解決的問題是防範詐騙電話、緊急醫療救助和健康保險服務。從調查結果發現，南部地區獨居老年人對詐騙電話的防範需求列為首要，真是難以想像。
談到此處，好像都沒有任何橘色科技的字眼出現，只有老人科技，我們需要加以說明橘色科技和老人科技，甚至輔助科技的關聯性。2010 年 2 月，成功大學電機系王駿發講座教授籌辦了一場橘色科技論壇，筆者之一鄭國順教授榮幸受邀擔任其中一場專題演講的演講人，主題是關於老人科技的現狀與未來產業發展。鄭教授認為老人科技就是橘色科技。以色彩學而言，橘色 (orange, 橙色) 是屬於暖色系，具體象徵晚霞和秋葉，正好代表人生晚年階段，符合老人科技的意象。
其次，橙色的抽象意義有溫情、快樂、積極、明朗，也正好顯現社會關懷和人文關懷的老人科技價值與蘊涵，這是理由之一。再者，從英文縮寫來看，ORANGED technology (橘色的科技) 可以解讀為 Open Research and Applications of Novel Gerontechnology for the Elderly and Disabled 的字首縮寫，不正是老人科技研發和應用的最佳說明，這是理由之二。這就是本篇標題橘色科技與老人科技的由來。
近年來全球各大學和資通訊企業都投入大量人力、資源，廣泛研發和應用智慧住宅相關技術，甚至建置了各種展示住宅，以讓人體驗和分享「科文並裕」的理念。我國國科會也不例外，過去 3 年投入相關經費，分別在台灣大學建置 INSIGHT Center, 交通大學建置 Eco-city, 以及成功大學建置 Touch Center, 期盼帶動智慧住宅相關的各種產業發展。智慧住宅中若沒有落實橘色科技 (也就是老人科技) 到銀髮族的居家照護和獨立生活，讓銀髮族能夠快樂老化、在宅老化，就不能稱為智慧住宅。 |
武陵地區庫蠓不喜人血? | 2010 年 6 月的黃昏，在七家灣溪各測站進行武陵地區長期生態監測研究 (WLTER) 調查的研究人員，被一群庫蠓襲擊叮咬。翌年，於兆豐橋附近休憩的遊客，疑似被庫蠓叮咬。2012 年研究人員為進一步了解武陵地區的庫蠓是否喜歡叮咬人類，以人體誘集法 (human bait method) 並沒有紀錄到庫蠓；另以燈光誘集法，四、六、八和十月誘集到庫蠓，其中以六月採集到最多庫蠓。但二月和十二月皆未採到庫蠓，推測可能是溫度太低的關係。由此可知，在武陵地區海拔約 1800 公尺處確實存在著庫蠓族群。庫蠓的體形比小黑蚊略大，雙翅具翅痣，是和小黑蚊等其他蠓類昆蟲之間最明顯的差異。蠓類昆蟲喜歡在潮濕的土壤上產卵，幼蟲為水棲或半水棲性。武陵地區的各測站皆沿著七家灣溪的濱水帶，正好是符合蠓類幼蟲生存的環境 (楊正澤、葉文斌，2007)。蠓類昆蟲蠓 (midges), 中國俗稱「小咬」或「墨蚊」, 為體長 1~3mm 的雙翅目蠓科 (Ceratopogonidae) 昆蟲。喜歡吸血的蠓類害蟲，主要是庫蠓屬 (糠蚊，Culicoides)、鋏蠓屬 (Forcipomyia 的蠛蠓亞屬 Lasiohelea))、和勒蠓屬 (細蠓，Leptoconops) 等 3 個屬。而現在讓全台各縣市政府、專家學者和民眾最頭疼的吸血騷擾性昆蟲 - 台灣鋏蠓 (Forcipomyia taiwana) 俗稱小黑蚊、烏微仔，則為鋏蠓屬的昆蟲。庫蠓屬是目前蠓科中已知種類最多的屬，全世界已知有 1,210 種庫蠓，中國有 305 種。而東海大學董事，前長榮大學校長陳錦生博士於 1984 年在博士論文研究中，記錄 60 種台灣產庫蠓，包括本島和離島地區，如澎湖、蘭嶼、綠島和小琉球等地。在台灣的紀錄中，庫蠓多危害禽畜，例如：偏好吸食禽鳥血液的荒川氏庫蠓 (Culicoides arakawae), 傳播卡氏白胞蟲 (Leucocytozoon caulleryi) 引發雞住血原蟲性白冠病 (leucocytozoonosis)。2014 年 4 月，南部地區酪農場爆發牛流行熱 (bovine ephemeral fever) 疫情，其傳播的主要病媒即為庫蠓 (Culicoides spp.), 好發在 3、4 月和 9、10 月，雖然牛流行熱不會傳染給人類，但造成乳牛泌乳量減少，所生產的牛乳也無法使用，甚至牛隻死亡。庫蠓為什要吸血？原來庫蠓和蚊子一樣，雌蟲為了產卵才會叮咬動物吸血。庫蠓偏好在鳥類、兩生類，以及其他哺乳類動物上吸血。但在中國大陸有灰黑庫蠓嗜吸人血。非洲的格氏庫蠓、中南美的奧氏庫蠓可傳播蓋頭絲蟲。格氏庫蠓又可傳播鏈尾蓋頭絲蟲，中南美的毛庫蠓可傳播歐氏曼森絲蟲 (Servis, 2012)。雖然在台灣很少聽說庫蠓叮咬人，然武陵地區的庫蠓為何在 2010 年叮咬調查的研究人員，但在 2012 年調查時並未發生叮咬人類的情形？推測因為武陵地區的野生動物保育成效良好，物種或族群多樣性得以增加，庫蠓有足夠的血源，再加上庫蠓偏好吸食其他動物血而較不喜人血。我們也推論之前發生叮咬事件，也可能是野外工作者、研究人員和遊客等在接近七家灣溪濱水帶的蠓類昆蟲重要棲地時，恰巧遭遇到正想吸血的雌庫蠓而被叮咬。庫蠓雖然對人而言，並非造成人類重要疾病的病媒。但人被雌蠓叮咬的地方奇癢無比，搔抓可能破皮、細菌感染、傷口惡化，導致皮膚炎甚至過敏性休克，使得蠓類昆蟲除了是騷擾性害蟲，也成了嚴重的衛生害蟲。武陵地區庫蠓防治由於武陵調查區屬於雪霸國家公園管轄範圍，應兼顧永續經營和長期生態調查的觀點，不宜使用化學或物理等長效且大量捕殺害蟲的防治方法。針對研究人員及遊客等被叮咬問題，建議可宣導人員穿著淺色長袖、長褲，或採用提供防蚊液，以做好個人防護措施。因為雌蠓的口器短小，無法刺穿衣服叮人，多襲擊頭、手、臂及腿 (穿短褲時) 等外露部分，一般長袖衣物即足以保護人體不被蠓所叮咬。至於防蚊液，應注意其提供防護的時間長短，而增加使用的次數。(本文由科技部補助「百變昆蟲族」執行團隊撰稿) 責任編輯：楊正澤審校：楊正澤知識格子舖衛生昆蟲 (sanitary insect): 諸如蚊、蠅、蚤、蝨和蟑螂等危害人類的昆蟲，當其媒介引起人類疾病的病原體時，便稱為病媒 (vector); 但當其病原體不存在時，其叮咬人類的危害，與其他造成人們生活和環境問題之害蟲，皆被稱為騷擾性昆蟲 (nuisance pest), 包括庫蠓、小黑蚊、螞蟻、白蟻和蛾蚋等。(資料來源：台灣大學昆蟲學系暨研究所網站) |
藥王孫思邈–中國古代的醫學家與發明家 | 中醫學百科全書《千金要方》
孫思邈，世稱孫真人，京兆華原 (今陝西省耀縣) 人，是隋唐時代著名的醫學家。他編著的《千金要方》詳盡記載並整理唐代以前的重要醫學文獻及醫學經驗，是中醫學史上第一部醫學百科全書。書中並闡述醫德倫理的概念與規範，即〈大醫精誠〉與〈大醫習業〉。宋徽宗崇寧二年 (約西元 1103 年), 孫思邈被追封為妙應真人，世人則尊稱為「藥王」。
孫思邈畫像 (攝於高雄義守大學學士後中醫學系《中國古代名醫》)
考量到醫藥書浩如煙海，臨床診病時查閱不易，於是孫思邈著手整理，去蕪存菁，進而完成中醫學百科全書《千金要方》。書中的醫方共有六千五百多首，同時記載醫學理論、診法治法、食療導引等多種內容。書中又包含了民間驗方、少數民族醫方，以及西域、印度等國外傳入的醫方等，使得大量驗方、效方得以流傳後世。為了使《千金要方》更為完善，孫思邈補充書中的「藥錄」、「本草」、道家「導養」並解釋與整理《傷寒論》的內容。
孫思邈遍遊中國名山峻嶺，實地考察採集藥物，自行種植與炮製貯藏，掌握藥物的特性。由於他認為藥物的功效與產地密不可分，於是在書中記載了藥物採集時節、加工炮製法等，也因此累積了深厚的藥物學知識。孫思邈對中醫藥物學的卓越貢獻與成就，與《本草綱目》作者 – 明朝醫學家李時珍 – 相比毫不遜色。由於他對醫藥的巨大貢獻，被後人尊稱為「藥王」。
中醫臨床技術的發明家
以蔥做為導尿管 相傳一位罹患尿閉症的病患來到孫思邈診間，訴說因小便嚴重瀦留導致下腹部腫脹隆起，十分痛苦。孫思邈當時並無治療這疾病的經驗，古醫書上也無治療這症狀的相關記載。正當他苦無對策之際，看見門前鄰家孩子拿著一根枯萎的蔥管把玩，乾癟的蔥管一吹就鼓直脹起。這名孩童玩耍的舉動給了孫思邈一個靈感，於是他找了一根細細的蔥葉，去除蔥葉的尖端後把中空的蔥管輕輕插入尿道三寸多 (約 9 公分), 並用口輕輕吹蔥葉管的另一端使蔥葉管張大，讓瀦留的小便從膀胱經由蔥葉管導出，解除病患小便瀦留的痛苦。
針灸學「阿是穴」療法的發明 據傳，孫思邈約 70 歲那年，一位患者因左腿疼痛難忍來請他治病，他先開了幾劑湯藥給病人服用，但病人服藥後不見緩解。於是改用針刺法，剛開始選用幾個止痛穴位扎針治療，但沒有見效。孫思邈心想:「除古書中寫的這些穴位外，人體上的穴位難道再也沒有別的嗎？」思索後，決定放膽一試，選中病人患腿上的一個部位，用拇指輕輕按了下去，問:「是不是這痛？」病人搖搖頭，接著掐按其他部位，病人還是搖頭。
但當他按到膝關節左上方的一個部位時，病人忽然說:「阿... 是... 就是這兒！」孫思邈於是取出銀針在這痛處扎了一針，病人痛苦的面容就此舒展，腿也不痛了。病人說:「醫生，您這一針下去，我渾身一麻就不疼啦，這叫甚麼穴呢？」孫思邈皺眉沉思，這處古醫書上沒有記載的穴位應該怎麼稱呼呢？孫思邈思索診療過程，突然豁然開朗，笑呵呵地說:「您剛才不是說... 阿... 是... 嗎？那就叫『阿是穴』呀！」孫思邈提出創新的針灸療法，哪痛就往哪扎針，被後世醫學家們廣泛使用，稱它作「以痛為俞法」。
煉丹伏火法 若談到中國古代科學技術發展，廣為人知的就是四大發明：指南針、造紙術、活字印刷術、火藥。中國四大發明的說法最早由英國漢學家約瑟夫。倪罕 (Joseph Needham) 提出，象徵當時中國古代科學發展蓬勃與文明繁榮。中國古代煉丹家、醫藥家為了研發長生不老藥，在製作過程中偶然發現把硝石和某些物質一起放入丹爐提煉時會劇烈燃燒。到了唐代煉丹風氣盛行，煉丹家為了尋找煉丹藥時預防發生大火或爆炸的藥方配製，間接促成火藥配方的發明。
鮮為人知的是，孫思邈是火藥配方發明人之一。《丹經內伏硫黃法》一書記載他發明「伏火法」, 利用硝石與硫黃各二兩研磨成粉末，加入炭化皂角子一起燃燒，燃燒完畢時取三斤木炭來炒。等退火並冷卻取出煉丹產物，這個混合藥物不會再爆炸燃燒，表示火已經蟄伏了，因此稱為「伏火法」。
談到孫思邈，一般會立刻聯想到《千金要方》與〈大醫精誠〉在醫學上的貢獻，本文特別敘述孫思邈在科學技術上較少為人注意的重要發明。筆者認為，透過閱覽《千金要方》這部中醫百科全書，可以發現孫思邈是一位精益求精的中醫藥學專家，也是一位勇於創新，追求進步的偉大發明家，而這樣的科學探索精神值得我們學習。 |
中醫兒科先驅 –錢乙 | 中醫兒科之聖
中醫師看病，主要以「望聞問切」4 種方式診斷:「望」病人的神色形態，「聞」患者氣味與聽語音氣息，「問」病情的變化及發病特性，「切」診則是用指尖把脈感受血管搏動和觸壓病人體表進行觸診。藉由以上資訊診斷病患的疾病，再配合體質差異決定用藥。
兒科在中醫稱為「啞科」, 因為兒童大多無法清楚描述自己的病況，因此疾病須經醫師藉由觀察和經驗判斷，或由照顧者告知身體的異常，才能了解症狀。兒科診斷另有許多困難的地方，例如嬰幼兒發育尚未完成，骨架未定，聲音未成熟，情緒多變化，造成中醫師難以藉由「望」與「聞」診完全掌握病情。
嬰幼兒口語表達能力有限 (通常兒童須達 4 歲以上才能說出完整句子), 言語表達的正確性較低，因此中醫師「問」診時難以正確掌握病況。此外，兒童血管較細小，「脈」比較弱，診脈時因需配合中醫師觸診，容易受驚嚇哭泣，也造成「切」診的準確度偏差。甚且，嬰幼兒對疾病抵抗力差，體質轉變快，病情變化較複雜，因此中醫兒科的發展常受到限制。
雖然隋朝 (約西元 581 年) 以前就有中醫師為兒童治療的醫案，但是第一個詳細記載小兒的疾病及用方，則是唐代 (約西元 652 年) 藥王孫思邈在《備急千金藥方》醫書上特別記載的兩卷文章。至於最早的兒科專著醫書，則屬唐末宋初 (約西元 950 年) 數位中醫學家共同編寫的《顱囟經》。
「顱囟」指的是小兒初生時頭蓋骨未閉合的地方，這種小兒特有的生理特徵相當於現代醫學的囟門，須待嬰幼兒一歲以後，囟門才會慢慢閉合。因此「顱囟」泛指兒科，《顱囟經》就是為兒科專著的醫書。
臺灣醫學教育通常是在高中畢業進入大學後才攻讀醫學科系。另外也有特別針對大學畢業後對中醫有興趣的人，提供攻讀中醫學科的大學，例如義守大學學士後中醫學系。宋代的醫學教育體制與現代不同，錢乙從小就開始學醫，他勤勉好學，對於中醫醫書古籍《內經》、《傷寒論》等學有專精，對記載藥物的經典古籍《神農本草經》也融會貫通，特別熟稔。許多病患拿中藥草向錢乙請教，他從藥物來源、分類、外觀及功效詳細解答，顯見他的中草藥知識相當豐富。
錢乙診治兒科時多遵循醫書《顱囟經》, 宋神宗時 (約西元 1078~1085 年), 皇帝的侄女也就是祁國長公主年幼的大女兒生病了，皇帝聽聞錢乙具有診治兒科專長，因此下詔書邀請錢乙幫忙醫病。因診斷和用藥精確，藥到病除，因此被皇帝封為翰林醫官。
另外，錢乙還醫治了皇帝一個幼兒的小兒驚風症狀 (古名是「瘈瘲」(ㄑㄧˋ ㄗㄨㄥˋ)。皇帝因此把錢乙拔擢為太醫丞，這是錢乙家族莫大的榮耀，也是對錢乙醫術的肯定。錢乙行醫生涯中，讀書、著作不輟，一生鑽研兒科，後代就尊稱他為「兒科之聖」。
錢乙在論述兒科生理、病理、診察、治療及方藥方面都有其獨特的見解，建立了兒科學獨立的體系。他根據嬰幼兒生理及病理特徵，首次把臟腑辨證運用於小兒科，因此提出「肝主風、心主驚、脾主因、肺主喘、腎主虛」的概念。把嬰幼兒常見症狀與五臟對應，歸納出中醫學重要的理論。
錢乙認為兒科治療應由五臟補虛瀉實處理，另外因小兒嬌弱，用藥應輕靈柔潤，補運兼施，因此發明了以五臟色命名的瀉青丸、導赤散、瀉黃散、瀉白散等中藥方。錢乙所提出的兒科中醫學是中醫發展史上的經典，他所發明的方藥迄今仍廣為中醫臨床使用。
雖然錢乙的中醫學著作《傷寒指微》、《嬰孺論》等書籍已經失傳，但由錢乙的學生閻孝忠先生整理的醫學理論、臨床治療經驗等所編輯而成的《小兒藥證直訣》, 是中醫史上第一本有系統且完整的兒科中醫學專著，也是世界上最早的兒科專著之一。西方的第一本兒科醫學專書 Bagallarder's Little Book on Disease in Children 完成於西元 1472 年，以義大利文寫成。
清乾隆年間 (約西元 1773 年) 由乾隆第六子永瑢負責編撰的《四庫全書目錄提要》中，把《小兒藥證直訣》醫書譽為「幼科之鼻祖，後人得其緒論，往往有回生之功」, 顯示中醫界肯定《小兒藥證直訣》中醫書籍的價值和錢乙的貢獻。
六味地黃丸的古與今
錢乙初任翰林醫官時，太醫們都懷疑這位鄉下來的中醫師是江湖郎中，有何能耐治疑難雜症，並推測他可能是湊巧治好公主的病。
有一次，有位太醫突然拿著錢乙開的小兒藥方前來請教，不懷好意地說:「錢先生，你這是用張仲景《金匱要略》八味腎氣丸的方吧，共有地黃、薯蕷、山茱萸、澤瀉、茯苓、丹皮、附子、桂枝。你可能少用了兩味藥品 (意指附子和桂枝), 是疏忽了嗎？」
錢乙說:「太醫大人，我的藥方沒錯啊，您說的腎氣丸是給成人用的，小兒乃純陽之體，因此附子、桂枝這兩種易上火的藥，我把它們刪除了。且方劑應製成蜜丸，讓藥力穩定釋放，並增進孩子服用的意願。刪除附子、桂枝可以避免小孩吃了體質過熱，因此我把八味腎氣丸修成六種藥品。」太醫聽了非常讚許錢乙用藥的靈活變通，因人施治。
「六味地黃丸」是錢乙把八味腎氣丸經過改良成 6 種藥品因而得名，把藥物做成丸劑與現代藥劑學中運用藥物控制釋放、增加安定性等概念接近，是相當重要的發明。
六味地黃丸中的熟地黃滋腎陰，山茱萸善補肝血而生腎精，薯蕷 (山藥) 滋腎補脾，三味藥合用，補腎、肝、脾，稱為「三補」。澤瀉泄腎濁，丹皮瀉虛火，茯苓滲脾溼，合稱為「三瀉」。六味藥共同產生三補三瀉的作用，就像人體的新陳代謝。因為六味地黃丸的藥物組成與作用相當的和諧、平衡，因此常被中醫藥師用作調養身體的基本方。
如果以這六項藥品為基礎再添加不同藥品，可衍生出許多新的中藥方，達到新的藥效，例如八仙長壽丸、杞菊地黃丸、七味都氣丸、知柏地黃丸，耳聾左慈丸等。
由於六味地黃丸治療效果明確，因此目前在臺灣中醫藥門診有很高的使用率，歷年統計都是常用中藥的前十名。中醫師使用量大也反映在製藥方面，在衛生福利部中醫藥司登記製作六味地黃丸的許可證數目接近 200 張，也是各大 GMP 藥廠、生技廠的重要中藥產品。
錢乙創製的六味地黃丸雖然歷史悠久，但隨著歷代的改良與變方，擴大了臨床的適應症，即使到了現代，六味地黃丸依然歷久彌新。 |
腸胃春秋-中醫扭轉乾坤,平衡陰陽 | 消化系統是人體藉由攝食食物透過消化過程吸收需要的養分，提供給人體的生理與生長發育過程中所需能量。中醫乃是藉著觀察人體與天地之間的動態變化，加入了陰陽及五行學說形成的理論體系。中醫源於《內經》整體觀念，並提出了 臟腑，經絡、氣血等獨特的生理系統及理論；六淫，七情，飲食，勞倦等病因病機學說；望、聞、問、切四診合參的診斷方法；論述治療與組方用藥的基本原則；強調無病先防、有病早治的預防思想。從而形成了較系統的醫學理論，成為中醫理論發展的淵源。故中醫對疾病的治療模式是：(1) 天地人合參 (2) 調節身體陰陽平衡 (3) 觀察氣血寒熱虛實變化 (4) 調暢人體氣機 (5) 祛除身體的病理產物：如水飲、濕、痰、血瘀。其次，中醫脾胃系約為現代醫學消化系統，而中醫的肝臟系則約為現代醫學中的神經精神系統及部分循環系統。中醫裡，胃的功能是腐熟所吃下的穀物及水分，它的胃氣功能須和降，胃喜潤而惡燥，而脾的功能是運化胃所腐熟後的穀物及水分，它其他的功能則有主統攝血液，讓身體的清氣升舉，是氣血生化的來源，脾喜燥而惡溼。依據中醫幾千年來治療人體的經驗及特點，提倡【中醫生活化，生活中醫化】, 從日常生活中依據中醫的理論及實踐，無病則幫助人體的健康，預防疾病纏身，有病則及早治療。 |
華佗的故事 | 華佗是真實的歷史人物，正史《後漢書》、《三國志》皆有傳。大眾對華佗的印象主要來自《三國演義》, 不過《三國演義》的素材也來自那兩部正史。華佗事蹟中，大家最津津樂道的，就是「開腹手術」, 出自正史，絕非「小說家言」。正史為什麼會記載華佗有這種本領？華佗的神醫形象，向來深植在人們心中，然而他那些神乎其技的手術技法，經得起現代外科醫學的檢驗嗎？本講次請到鑽研醫學史頗有心得的王道還老師，為大家解析華佗「斷腸湔洗」絕技的奧秘。
講演綱要 (撰文 | 高英哲)
華佗是一個生活在東漢末年的真實人物，在《後漢書》跟《三國志》裡都有記載。這個時間之所以很值得注意，是因為東西方的醫學都是在這個時期，有了一個相當程度的突破。在中國這時出現了張仲景跟華佗兩個人，集中醫之大成，為後世兩千年的中醫發展奠定了基礎。
在《三國志。魏書。方技傳》記載華佗的內容裡，我們看到幾個重點：他通曉養生之術，精通方藥，也會針灸。不過最重要的一點，是「若病結積在內，針藥所不能及，當須刳割者」這一段–也就是內科解決不了的，就要用外科解決。在《三國演義》中，華佗為關公刮骨療毒的橋段，就是借用了《三國志》中的記載；只是這段為的是塑造關公的神威形象，華佗的「絕技」反而成了造勢的道具。
華佗這套「斷腸湔洗」的外科技術，其實也不是他獨創，早在《史記。扁鵲倉公列傳》裡，就有提到上古之時，有位名叫俞跗的神醫，就會這套開刀技術。俞跗固然是神話人物，如果我們對華佗「斷腸湔洗」的絕技認真檢驗，就會發現它也有屬於神話的部分。要進行外科手術，最重要的是止痛、止血、以及預防感染這三件事；現代外科醫學到了 1846 年才發展出全身麻醉術，滅菌手術是在 1867 年的事，預防術後感染的抗菌藥物更是二十世紀以後的產物。至於我們的華佗呢？在《三國志》的記載中，他術前有麻沸散可以止痛，術後也有神膏可以預防感染，我們就當成是確有其物好了；但我們實在不知道他有什麼方法，可以解決術中的止血問題。
外科醫生如果對於人體的血管分佈，以至於人體的肌理神經，沒有相當程度的了解，他很難下刀而不傷到其他部位；然而你一下刀，血液就會彌漫創傷口，看都看不清楚了，又要怎樣從實作中累積經驗去學習呢？西方的人體解剖學，是一直到十九世紀初，有了很多外在條件輔助之後，才開始真正發展出體腔內的外科手術。將近兩千年前的華佗，並沒有這些條件，他又要怎麼樣幫人開腸剖肚，而不會讓病人失血致死呢？「斷腸湔洗」的絕技，畢竟還是一則神話。不過我們也不必因為它有難以驗證的成分，就去否定這個故事的價值，因為它為我們後人傳下了中國古早的醫理：人吃五穀雜糧，哪有不生病的，到最後沒辦法了，還有開刀處理這一招。
臺灣大學科學教育發展中心 (NTU CASE) 主辦
本講演蒙臺大科教中心慨允轉載，謹此致謝。 |
皇甫謐–針灸學的奠基者 | 歷久彌新的「針灸學」
「針灸學」是一門由中華民族獨立發展出來的獨特醫學，即使在現代醫學領域上，仍然占有重要的地位。西方人士常說上帝賜給猶太人《摩西五經》, 即舊約聖經，卻賜給中國人「針灸」, 可見針灸學的重要性了。中華民族在漫長的歷史發展過程中，不免受到各種疾病甚至瘟疫的威脅，但是至今仍然繁衍昌盛，生生不息，「針灸學」有著不可磨滅的貢獻。
針灸有「不必吃藥、針到病除」的功效，一向重視實驗科學的西方人士也逐漸對針灸治病的神奇功效嘖嘖稱奇，而紛紛投入研究。在醫學先進的美國，許多州都正式核准針灸為一種醫學治療方法，並設有針灸考試制度，核發針灸師執照。「針灸學」是中華民族對全世界的貢獻，在緬懷先人的成就之際，繼續發陽光大，以造福更多的人類，確是我們責無旁貸的重任。
針灸的起源與發展
針灸技術的起源已難以確切考證，相傳可追溯到黃帝時代。《內經》記載黃帝曾命歧伯制定九針，成為針灸的濫觴。古代所謂的九針，是根據針的形狀、長短、粗細的不同，而區分為鑱針 (針的頭端彭大，尖端銳利，似箭頭；常用於淺刺瀉血)、圓針 (針身呈圓柱狀，頭端稍鈍呈卵圓形；用於按摩穴位，不傷肌肉)、鍉針 (針身粗大而長，針尖稍鈍；用於按壓穴位，不能深入)、鋒針 (針身圓，針尖呈三菱形且有鋒刃；用於刺血)、鈹針 (呈劍形，兩面有刃；用於切開排膿割治用)、圓利針 (針身稍粗，針尖圓而利；用於急刺與深刺)、毫針 (針身細如毫毛，應用最廣)、長針 (針身細而長，約七吋，是九針中最長的；用於針刺肉肥厚處的穴位) 以及大針 (針身粗而長，用於瀉水)。
但是歷經夏、商與西周三代，古籍上卻很少記載針灸之事。一直到春秋、戰國、秦漢、三國時代，才又有大量使用針灸治病的紀錄。例如著名的醫家如扁鵲 (西元前四○一至三一○年)、倉公 (即淳于意，西元前二一五至一五○年)、華陀 (西元一一○至二○七年)、張仲景 (西元一五○至二一九年) 等人的事蹟中，都有使用針灸治病的紀錄，可見當時針灸之術已廣泛流傳於民間。
在文獻紀錄方面，也有《素問》、《靈樞》(以上二部書又常被合稱為《內經》)、《難經》和《明堂孔穴針灸治要》等古籍正式記載針灸之術；可惜這些書籍版本大多已經佚失，現代人實難以一窺究竟。
我國古時學習針灸之術的醫家、學生，大多是「各承家技」、「祕不外傳」; 所以針灸學雖然廣泛存在且極有價值，但是各家的療法與療效，也難有一致的見解。因此在三國、魏晉之前，針灸之學仍待有系統地整理與發揚。就在此時，一位出生在魏國的皇甫謐 (西元二一五至二八二年), 博覽群籍彙整先人的經驗，將前人對針灸之術的理論、見解加以整理，並加上自己的臨床經驗，撰述了一部《黃帝三部針灸甲乙經》(以下簡稱《針灸甲乙經》)。此書對人體臟腑、經絡、穴道以及各科疾病針灸的治療方法都做了具體的說明，是我國現存最早的針灸學專書。
《針灸甲乙經》將我國早期散亂在各處的針灸之術做了一番整理與總結，使後世的醫家學者在研究針灸時有脈絡可循，同時也保存了許多珍貴的前輩醫家經驗和理論。因此稱皇甫謐為針灸學的奠基者，實不為過。
生平與求學經過
皇甫謐，字士安，號玄晏，生於漢獻帝建安二十年 (西元二一五年), 是三國時代的魏國人，出生地是當時的安定郡朝那鎮 (今甘肅省平涼縣)。他從小便過繼給叔父，由叔母任氏撫養長大。養母對他的教育非常重視，自幼便送他去讀書。然而，皇甫謐自幼便很頑皮，不愛讀書，對於養母任氏的管教也不予理睬，到了 20 歲，仍然過著遊蕩的日子。
有一天，皇甫謐想討好他的養母，弄來了一籃蔬果孝敬養母。不料任氏看都不看，反而還正色的教訓他:「孝經上說『三牲之養，猶為不孝』, 你不求上進，自暴自棄，卻拿這些東西來安慰我，你以為這就是盡孝了嗎？」又說:「孟母三遷，曾參殺豬，他們的苦心，都是希望兒子成為才德兼備、有用的人。你呀！已經 20 歲了，仍然成天偷雞摸狗的，是我的教育無方呢？還是你惡性難改？你要明白，學好做人，勤讀詩書，將來才會對你有好處！」
經過了這一番教訓，皇甫謐突然大澈大悟，決心痛改前非。他終於了解到孝敬父母，並不是只用蔬果來討好，或是用什麼物質來供養，而是要做個才德兼備、有用之人。於是他立志向學，虛心求進，拜同鄉的先賢席坦為師，用功讀書。經過二十多年的苦讀與進修，他已成為一位飽讀詩書，通百家之言，並受到各方敬重的大儒了。
他的志節高尚，沉靜寡言，只喜歡做學問，而不喜歡做官，與年少時的輕狂，判若二人。他曾被地方推舉為「孝廉」(此為漢朝時獎勵地方賢德之士的一種榮耀，每年每郡只能推舉一人); 相國司馬昭也曾徵召他出來做官，但他並沒有接受。由於他的學識淵博，名滿朝野，許多朝廷大臣經常來向他求教，甚至當朝的著名大臣，如張軌、摯虞等人還拜他為師。
立志鑽研針灸
在甘露年間，他約 42 歲，正當學問大進，人生奮發有為的時候，晴天霹靂竟中風患了半身不遂的疾病 (風痺症)。他的半個身體癱瘓、麻痺而沒有知覺，每日只能躺在床上，肉體與精神上的痛苦可想而知。可是他並沒有被疾病所打倒，反而激發出極大的毅力，發憤圖強，全心鑽研針灸之學，期待有一天能自行治癒自身的疾病。
他請人蒐集有關針灸的書籍，手不釋卷，詳細研讀；並以自己的身體為對象，一次又一次地做實驗，體驗各種針刺穴道經絡的反應。他精研各家針灸的理論，仔細推敲各種穴位、經絡與療效之間的關係。他閱讀之廣，鑽研之精深，被當時人稱做「書淫」, 可見用功之深。
皇甫謐奮發用功的精神，也可從他所著的《釋勸》一書略窺其概貌。他說:「黃帝創制於九經，歧伯剖腹以蠲腸，扁鵲造虢而屍起，文摯徇命於齊王，醫和顯術於秦晉，倉公發祕於漢皇，華陀存精於獨識，仲景垂妙於安定，徒恨生不逢乎若人。」意思是說，黃帝制定九經，開啟醫學的大門；歧伯替病人剖腹清洗腸子；扁鵲有起死回生的醫術；文摯治癒齊王的疾病，卻因而獲罪喪命；醫和的醫術名揚於秦晉；淳于意名揚於漢代；華陀、張仲景各有專精。恨我生不逢時，無法親自向這些先賢大師們請益。他這種求知若渴，恨不得能學盡天下知識的精神，真是值得我們敬佩與效法。
經過許多努力，皇甫謐終於融會貫通各家之言，並且創立了一套針灸的原則和療法，為當時的針灸之術建立理論基礎。他不僅以此逐漸治癒自己半身不遂之疾，同時也將這套理論與療法寫成了影響後世深遠的《針灸甲乙經》, 成為中華文化的瑰寶之一。《針灸甲乙經》貫通了《素問》、《靈樞》、和《明堂孔穴針灸治要》(已失傳) 三部前人的精要，將一切不切實際、涉及玄學且不易理解的部分刪除，並詳細論述臟腑經絡穴道與各種疾病的關係，以及用針之法。全書共 12 卷，因為是以天干來命名各卷，因此便稱作《甲乙經》, 是我國古代第一部針灸學鉅著。
博大精深的《針灸甲乙經》
《針灸甲乙經》全書共 12 卷，118 篇，其中包括臟腑、經絡、腧穴、病機、診斷、治療、禁忌等內容。書中有 70 篇是談人體經穴的，記載的穴名達 349 個，共六百四十多個穴位。書中也詳述了穴位尺寸、取穴法、以及針灸分寸、壯 (灸炙時所取用的一搓艾草份量單位) 數、留針時間等。舉凡與針灸相關的事物，幾乎都涵括了，可說是集我國古人針灸知識的大全。
皇甫謐非常重視預防保健，所以書首卷便是集《靈樞》和《素問》的精華來談如何保護情志和調節平衡，以及古人攝生的方法；並提出預防勝於治病的道理，也就是古人所謂的「聖人不治已病，治未病」。其次又說明人體臟腑的功能與各器官間的關係，如果一旦失去平衡，就會引起疾病。因此過度的喜怒哀樂，會影響健康。
在生理學方面，他認為人體血中的「氣」會運行營養周身，肺臟則是氣血循環的重要臟器 (〈五官與五臟篇〉), 而營養的成分則是生化的根本 (〈津液血脈篇〉)。在〈形氣盛衰篇〉中，他敘述了人體發育的生理情形；〈骨度陽度篇〉是談一般的人體解剖；〈經脈根結篇〉談針灸時所必須了解的取穴標準，包括刺激點的所流、所注、所入。
在病理方面，皇甫謐認為如果六經受病，則取穴刺針也要根據六經。他在〈筋經篇〉中說明了十二經脈分布巡行的情形，並審查其病變。例如熱病的治療有 59 穴，而以三椎下、四椎下、五椎下、六椎下為去內臟熱病的主穴，同時也說明了熱病不宜採用灸炙的道理。
其他學術上的貢獻
皇甫謐學識淵博，不僅對針灸學有著重大的貢獻，他對歷史、文學、詩賦、天文、和曆法也有很深的造詣，著有《帝王世紀》、《年曆》、《高士傳》、《逸士傳》、《烈女傳》、和《玄晏春秋》等書。此外，他在詩、賦、誄、頌、難 (六種文體的詩文) 的作品也很多。
三國魏晉時的貴族士人多相信仙丹妙藥，喜歡吃食「寒食散」來保養身體。「寒食散」就是「五石散」, 是以多種礦石為主配方而成。服用之後，藥性發作，煩熱難當，需要吃食冰雪或沖冷水浴來散發其熱，因此稱為「寒食散」。皇甫謐也曾經吃過寒食散，而深受其荼毒之苦。因此他著有一本《寒食散論》來宣導其害，呼籲世人不要食用。可惜此書已經失傳，不得窺其精要，僅在隋朝吳景所著的《諸病源候論》中尚保留部分的內容。
皇甫謐因為學識淵博，屢受朝廷的徵召。司馬炎篡魏之後，改國號為晉，常常下召逼皇甫謐入朝為官。皇甫謐則以身體有病為由，屢次推辭。他作〈玄宋論〉以明志，說明為什麼不出來做官的原因。他說:「貧者士之常，賤者道之實。處常得實，沒齒不憂，孰與富貴擾神耗精乎？」意即貧賤乃是讀書人追求真理時常遇到的事，安於貧賤，終身沒有憂煩；為什麼要耗費精神來追求富貴呢？這種為追求學問真裡而安於貧賤的超然精神，實在是我輩讀書人的表率。
《針灸甲乙經》對後世的影響
《針灸甲乙經》是我國針灸學得以發揚的重要基礎。後世如唐代孫思邈著的《千金方》(西元六八二年) 中有關針灸的部分、宋代王惟一著的《銅人腧穴針灸圖》(西元一○二九年)、明代揚繼洲著的《針灸大全》(西元一六○一年)、及清代出版的《針灸集成》都是以《針灸甲乙經》為本，加以發揚光大而成的著作。
《針灸甲乙經》也外傳到韓國與日本，成為他們朝廷指定的醫學教材。現在針灸學更風行於世界各地，成為醫學上一門獨特的學科。針灸不僅可以治療各種疾病如減肥、戒煙，也可以作為外科手術時的麻醉之用；許多醫學先進國家的科學家紛紛投入針灸的研究。
皇甫謐死於西晉武帝太康三年 (西元二八二年), 享年 67 歲。綜觀皇甫謐的一生，真可謂是一位君子學者；堅守書生本分，安貧樂道，不貪求官爵富貴，一生以著述為樂。尤其是他所著的《針灸甲乙經》更成為我中華民族醫學上的瑰寶；他的貢獻讓我們景仰，他的人品更值得我們追思與效法！ |
古典醫學的特質 | 一位研究醫學史的前輩學者告訴我:「中醫的文獻具有兩重性，它既是歷史文獻，也是應用文獻。」絕大部分有關中國科技史的文獻屬於前者，而在當中，中醫是唯一的例外。對我來說，中醫的文獻也具有兩重性，不過在應用方面，由於我不是醫者，所以更關心尋求在中國醫學命運中所起的隱形作用，但仍沒有解釋清楚的歷史動力。
一般都說:「中醫是一門經驗醫學。」人云亦云。試問：有哪一種傳統醫學沒有臨床的經驗做基礎呢？而中醫所謂的「經驗」, 歷來又是如何代代傳遞？也就是說，中醫看病「得之於手應之於心」的技藝，數千年來主要是透過何種形式流傳？我特別留意到古代醫學「正典」的形成史。所謂的正典，就是一門學科的範例性文本。傳統中國醫籍數量龐大，就已經是值得研究的歷史現象。但是在數以萬計的醫書中，做為醫學社群規範與權威必讀的書，也只不過數種而已。而這些醫書在生產、維繫和變遷的過程中，在涉及書籍在學科成員專業身分的確立、學科邊界的劃定、與學術傳統的建立等幾方面，也扮演一些重要的角色。
其實，並不是所有的醫療傳統都依賴文本。例如巫術、儀式性的醫療，在操作上，不更是依恃象徵的語言和動作嗎？「巫」這一系的醫術也沒有留下系統性的典籍。而依賴文本的醫療傳統，也未必產生正典，例如與《內經》時代相近的神仙、房中的養生典籍，在日後也多散佚殆盡。但是，中國醫學不僅有範例性文本，而且所有基要典籍都在西元前 300 年至西元 300 年當中形成，也就是以漢魏之間作為分水嶺。
這段醫學形成的關鍵時期，有一個顯著的特色，就是有關醫家的記載極少，醫家彼此知識授受的系譜不明、學無家法。除了扁鵲、倉公、華佗、張仲景幾位名醫之外，大多數是依託傳說的人物。這個時期最值得注意的是，出現了「禁方」或「禁方書」等書籍的概念。
中國醫學的起源包圍在傳說的層層迷霧之中。司馬遷的《史記》把扁鵲推為「醫學之祖」, 尊為「方者之宗」, 在《史記》中載錄三則有關扁鵲的特技。但是，這些特技據聞都來自長桑君這個奇人。長桑君觀察扁鵲長達十幾年，一次和他私底下談到:「我有禁方，欲傳與公，公毋泄。」扁鵲回答:「敬諾。」長桑君並沒有親自傳授他的方術經驗，只是把他所收藏的祕笈 (禁方書) 給了扁鵲，從此以後便消失不見。就醫學知識的傳授來說，特別值得注意的是，書籍在師徒授受過程的核心角色，以及受書儀式中「毋泄」的禁令。
傳授「禁方書」的知識型態，也見於比扁鵲稍晚的醫家淳于意師徒之間。淳于意習醫，主要是受業於公孫光和陽慶二人。公孫光保有「古傳方」, 淳于意「受方，化陰陽，及傳語法」(即接受公孫光的醫方、講述陰陽變化的理論以及古代醫家口述心傳的方法)。淳于意除接受公孫光的醫方書以外，可能還親自體會他口傳的經驗方術。公孫光告誡淳于意:「是吾年少所受妙方，悉與公，毋以教人。」淳于意回答:「得見事侍公前，悉得禁方，幸甚。意死不敢妄傳人。」淳于意獲得祕笈，並同時承諾不會妄傳、洩漏。
淳于意後經公孫光的推薦，拜陽慶為師，與陽慶習醫前後長達三年。陽慶傳授淳于意醫術，但也要求他遵守一個條件，就是淳于意必須把以前所學習的醫書都丟棄，「盡去其故方，更悉以禁方予之，傳黃帝、扁鵲之脈書」。
師徒關係的第一步便是透過受書而建立，而典籍的擁有者，同時也扮演文本的詮釋、經驗傳授者的角色。在此，書籍並非經由買賣而得到，而類似像威納 (Annette B. Weiner) 所說的是一種「無法割離的物」。這些醫學祕笈具有建立師徒中間的認同、區別我群與他群的功能。
淳于意所留下的臨床診病的醫案，也顯示了對古代舊有典籍的依賴。如齊王侍醫遂病案，「此謂論之大體也，必有經紀。拙工有一不習，文理陰陽失矣」(古代的醫論只能得其大體情況，醫者把握其原則、要領。平庸的醫者有一處未察，即使其條理紊亂、陰陽不清)。又如齊王故為陽虛候病案裡，「診之時不能識其經解，大識其病所在」(我為病人診斷時，不懂用經脈理論來解釋這種病症，只能大略領會疾病的所在部位)。換句話說，淳于意的病案紀錄，都是根據舊有的「論」或「經解」來診斷疾病。
淳于意自述習醫的四個步驟：受書、誦讀、理解與臨床驗證。從他日後臨診看病所留下的紀錄中，的確與他緊密引用醫學文本分不開。醫學固然以經驗為主，實作的體驗尤其不可以少，但典籍本身也是醫術的呈現。而誦讀古人的文本心得，則是習醫的必經過程。
在《靈樞。禁服》中所敘述的受書儀式，可以和上述扁鵲、淳于意的習醫程序互相呼應。所謂「禁服」的「禁」即同於「禁方」中的「禁」, 也就是祕密的意思；服者，就是服從、服膺師說。
在這一篇中，黃帝以師資出現，雷公受業於黃帝，兩人經過割臂歃血的儀式之後，傳授醫書，「黃帝親祝曰：今日正陽，歃血傳方，有敢背此言者，反受其殃。雷公再拜曰：細子受之。黃帝乃左握其手，右授之書，曰：慎之慎之！吾為子言之。」隱藏文本，經過儀式而得以傳授。黃帝授書並為雷公解說、傳授心法，掌握典籍者，同時也是詮解、經驗的傳授者。換句話說，書籍、師資、經驗三者合一。
對於書籍本身所包含的力量為何，至今仍然是個奧祕。什麼是「書」? 古代人的書籍觀念又是什麼呢？戰國秦漢的葬俗，書籍做為隨葬品無疑是個新興現象。而做為隨葬品的書籍中，技術書 (數術、方技) 的數量也多到令人印象深刻。書籍所具有的神聖特質，有待我們進一步挖掘。
著名的醫學史家謝觀稱兩漢的醫學是「專門傳授之期」。先秦醫學知識主要保存在官府中，具有世襲、隱密的色彩。戰國以後，民間走方醫學興起，透過受書儀式來傳遞醫學知識。如果用《內經》的話來說，就是「循經受業」或「受術誦書」, 也就是通過親炙受書，並藉由誦讀經文，而對醫術的實作演練有所傳授。《素問。解精微論篇》說的好:「臣授業，傳之行教以經論」(我接受你傳給我的醫術，再教給別人也是根據典籍的內容)。
相對於神仙、房中術偏重明師，祝由等儀式性的醫療偏重語言、動作的演出，中國醫學逐漸正典化而形成了「以文本為核心」的醫學。《內經》、《難經》等「經」在漢代或許稱不上所謂「經典」, 但無疑具有「正典」概念下的「規範」或「標準」的意義。典籍在這裡，也有著「社群規範性的功能」。
古代醫學知識傳授的權威不是建立在老師本身的經驗，而是依託於傳說中的「聖人」上。也就是《靈樞。禁服》所說「此先師之所禁」中的師資。淳于意也將脈法歸功於「古聖人」。換言之，古代醫學典籍不僅是臨床的實錄，也是聖人的名言錄。
古醫經的「依託」形式源於《世本。作篇》。所謂「世」是指世系，講的是血緣傳承、族氏的追溯。其中，〈作篇〉敘述古代技術的發明創作，如醫學依託於巫彭、藥術依託於神農。不過，戰國秦漢方技書所依託的主要聖人卻是黃帝，這與當時一整批「黃帝書」出現有著相同的文化情境。
《內經》中做為養生家的聖人形象，其實就是黃老思潮下的聖人典型:「聖人為無為之事，樂恬淡之能，從欲快志于虛無之守，故壽命無窮，與天地終，此聖人之治身也。」聖人的「無為之術」一體兩面：治國與治身。在這一點，方技書和道家書的內容相互表裏，處世的道理和衛生的技理相通。
不過，特別值得注意的是，秦漢時代聖人的概念有二。一是指天子、君主本身，也就是《大戴禮記》所說「古之治天下者必聖人」。另外，聖人指的是「王者之師」, 也就是《老子》以道佐人主者的君師。而《內經》解釋的「聖」, 是指一種可以把握天地陰陽變化的超凡能力。「陰陽不測謂之神，神用無方謂之聖。」聖人能體察天地四時莫測的內在機理，隨機應變。整部《內經》呈現國家、人體、自然秩序的感應關係。
不過，更令人好奇的是醫書為何採取黃帝和諸臣問對的形式進行教學？《內經》問答體近似奏疏的文體，也就是《春秋繁露》〈對江都王〉、〈郊事對〉的「對」。如〈對江都王〉首曰「命令相曰」, 末云「臣仲舒伏地再拜以聞」, 與醫經的體例一致。醫家假借著上書的文體，又借聖人的口出偶文韻語，無疑加強它在論理的說服力。
而聖人之間的問對，也反映了醫學傳授過程中「得人乃傳、非其人勿教」的要求。這裡的「其人」指的就是聖人。《素問。氣穴論篇》提到「聖人易語」的概念，強調醫道深遠，「其非聖帝，熟能窮其道焉」。醫書是透露生命祕密的書，闡述天道與人體感應的道理，只有聖人擁有別人所聽不到的訊息的特殊稟賦。所以，禁方不能泄漏，不得妄傳的禁令，不是不傳、不教，而是得人乃傳。
醫理透過聖人的問對而流傳祕笈，《內經》通篇是對典籍非經齋戒「不敢復出」、「不敢發」、「不敢示」的重重禁令。祕藏經書只提供具有特別洞見的人學習所使用，不向公眾開放，這一點和儒家對典籍的態度也相當地不一樣。後者甚至立有石經，公開供人觀視、摹寫。
《漢書。藝文志》著錄黃帝、扁鵲、白氏內外經，一共有七家這麼多，卷帙可觀。但有趣的是，這些書除了見於官方目錄以外，從來看不見有任何人引用，也不出現在同時代其他的著述當中。如果從醫家祕密受書的作風來看，上述書籍流傳的過程無法詳考，技術晻昧，應該是可以理解的。
不過，依託的體例除了說明醫學技術授受有本以外，正進一步有建立學脈譜系的功能。例如，唐代王勃所寫的《難經》一書的源流:「《黃帝八十一難經》是醫經之祕錄也。昔者岐伯以授黃帝，黃帝歷九師以授伊尹，伊尹以授湯，湯歷六師以授太公，太公以授文王，文王歷九師以授醫和，醫和歷六師以授秦越人，秦越人始定立章句，歷九師以授華佗，華佗歷六師以授黃公，黃公以授曹夫子。夫子諱元，字真道。自云京兆人也。蓋授黃公之術，洞明醫道，至能遙望氣色，徹視臟腑，洗腸刳胸之術，往往行焉。」
這個《難經》的傳授譜系無疑是編造的，其中所提到年代如歷六師、九師與實際的歷史年代無關。但放在醫學依託心態的脈絡則有其意義，即強調這位曹夫子透視臟腑、洗腸剖胸等奇技的來源，恰與扁鵲、華佗一脈相承。
在依託的文化中浸淫日久，誠如余嘉錫所說:「百家之言數術、方技書者，亦皆自以為真黃、農。」不像在現代的文獻中，辨偽專家所批評的「他們僅僅只是借聖人的名號來欺世」, 而是真信有聖人，他們的書也真的是黃帝、神農的書。
明代醫者張介賓打散《內經》原文，重新分類編次，著《類經》, 並說:「而或者謂《素問》、《針經》、《明堂》三書，非黃帝書，似出于戰國。夫戰國之文能是乎？宋臣高保衡等敘，業已辟之。此其臆度無稽，固不足深辨。」其實，這些醫家並不關心上述醫典的成書年代，只是一心一意地案往舊造說，執迷不悟。
正如前面所說的，在古典醫學知識傳授過程當中，「典籍」所扮演的核心角色，透過授書的儀式，典籍的擁有者同時也是詮釋者。但這種授書的儀式在漢魏交替時期，有衰微的傾向。也就是說，醫學典籍經歷著世俗化的過程。而導致授書儀式的式微，主要有兩項歷史結構性的因素：一是世醫，也就是范行準所說「門閥醫學」的興起；另一個是道教醫療的形成。這兩股新起的醫學對「醫學」本身的定義、地位以及知識傳授的方式，都有各自的成見。
戰國秦漢的醫學傳授譜系不明，扁鵲、倉公以下可以說是一片空白，而漢末華佗、張仲景的出現也是史料有限。但門閥醫學的形成，逐漸有比較清楚的「家法」, 例如東晉的范汪、殷仲堪、王王民諸人，南北朝的東海徐氏八代世澤，北朝則有館陶李氏等。這類的醫學綿延世澤，重視家傳的經驗、祖方，也就如《傷寒論》序文所說的:「觀今之醫，不念思求經旨，以演其所知，各承家技，終始順舊。」所謂「家技」, 相對於「思求經旨」的醫家來說，有著更多的封閉與保守的傳授性格。
其次，原始的道教團體與醫藥知識的關係相當密切。葛洪在《抱朴子。雜應》說:「古之初為道者，莫不兼修醫術，以救近禍焉。」但是，道士養生講究的卻是神仙大藥。葛洪批評當時的醫者，「醫多承世業，有名無實，但養虛聲，以圖財利。」道教中人看不起醫術世襲者流，醫學在道教養生系統的位置並不高。
而在知識傳授形式上，道教講究「明師」親授，《抱朴子》中有不少地方在嘲笑只讀道書、不勤求明師，而只冀望成仙的人。葛洪說:「或頗有好事者，誠欲為道，而不能勤求明師，合作異藥，而但晝夜誦講不要之書數千百卷，詣老無益，便謂天下果無仙法。」而神仙之書，多是不立文字之教，明師又遠比不要的書來的重要，書籍只不過是聖人的糟粕而已。《列仙傳》與《神仙傳》收錄各種靈驗故事，其中也提到不少書籍，但這些典籍大多只是徒有其名，嗣後卻不可考者，談不上有所謂範例文本可供遵循。
古典醫學授書儀式衰微於漢魏之際，早先典籍、師資、經驗不可分離的知識特質，從此以後有所分化。道教醫學可以說是「明師」類型的知識型態，門閥世醫以血緣相傳、祕方經驗為標示。而魏晉醫家整理舊有的醫經，重新劃定「醫學」的邊界，並塑造醫學知識的正統。
中國醫學史上，「醫經」一系曾經有幾次關鍵性的整理時期，除了北宋政府的醫籍校正工作以外，第一次是西漢李柱國 (西元前 33 年 - 西元前 29 年) 的工作，第二次是皇甫謐 (215-282) 的工作。在漢魏時期，醫經正典化的意義，正如馬爾克斯 (George E. Marcus) 所指出的:「正典」的出現，總是和自身學科的危機有密切相關，即來自對既有權威性論述崩解的焦慮感，也是對其他學科挑戰的回應。如前面所說的，授書儀式的式微，新興醫療分支的勃興，就是皇甫謐重編醫經的時代背景。
相對於古代的祕密授書，不欲示人的傳授方式，皇甫謐的重整醫經工作的意義，就是把隱密性的文本公開化。他所著的《甲乙經》主要是根據三種醫經傳本，這三種傳本內容重複，甚至有不編次的經文。皇甫謐把經文重新分類，給予篇目名稱。《甲乙經》可以說是第一部具有醫經目錄的醫典。而皇甫謐考訂舊有典籍，並予以重新分類的工作具有示範性的效果，啟發在這以後的醫經「類編」、「類鈔」、「合類」體裁的作品。作品雖然很多，其實都是根據同一批經文改編而成的。
醫經正典化的歷史進程，並不是像滾雪球式的越來越多的累積歷程，反而是以排除為原則。醫書大多是手冊類型的方書，數量愈來愈多，但留下來的屬於秦漢醫家與後人續增理論、規範性的「經」典。李柱國、皇甫謐或者後來的楊上善、王冰、宋臣等人的工作，並不是賦予任何經書的正典地位與權威，而是不斷地把既有的醫經的正典性挖掘出來。也就是經由重新編輯、命名、注解舊有經文，來重建該學科的秩序與權威。
謝觀曾經說過，中國醫學有「儒學比例」的特質，從對典籍的態度來看，醫學的確逐漸向儒家靠攏，而與道家 (或道教) 日漸疏遠。宋代開始出現儒醫，宋代醫家何大任把醫經與六藝並列，「醫之學以七經為本，猶儒家之六藝也」, 都是明證。
中國醫學正典化愈加凝固的時代，類似像扁鵲、華佗等傳奇色彩的醫家就愈少，而道教的靈驗醫療傳統恰好就形成明顯的對比。而「正典」醫學的發展，一方面是以《內經》系為主流，根據同一批文本反覆改編的歷史，另一方面則是注解這些醫經的傳統的形成。
直到現在，中醫走向現代化和科學化的同時，仍然不斷強調閱讀「四大經典」與「八大經典」, 可說取今復古，別立新宗。相對來說，現今的西方醫學早已經把蓋倫 (Galen of Pergamum,129-216) 的經典視為古董，而且隨著科學的最新發現，不斷地重寫教科書。令人費解的是，現代化的中醫訓練過程，還有「醫古文」這樣的課程，還有大量文獻學、版本學甚至訓詁學等的著作。毫無疑問，相對於 19 世紀以降西方所發展的醫學知識，中國醫學可以算是一種「古代類型」的知識型態。 |
中醫體質研究新發現 | 高雄天主教聖功醫院中醫部自民國 92 年成立『中醫體質診斷研究室』, 先後引進脈波儀，經絡能量檢測儀以及心律變異儀，再結合中醫體質問卷，透過中醫師的問診、舌診分析出受檢者的中醫體質，進而提供受檢者正確的調理體質的方法，以期達到養生保健的目的。
2013 年 8 月報導指出臨床上有案例為不易受孕體質者，透過經絡能量檢測儀找出病灶，再針對加以治療調養，4 個月後成功受孕。
所謂『體質』指的是在遺傳的基礎上，長期環境因素的作用下，在生長、發育和衰老過程中逐漸形成的個體特殊性。因體質的不同，對疾病會有不同的抵抗力及傾向性，例如痰濕型體質容易罹患糖尿病、中風等；高血壓患者則以陰虛型體質及動風型體質為多見。
現代體質分類研究，一般將人的體質分成 16 型。常見證型舉例如下..『氣虛型』, 平常身體乏力，面白無華，語聲低怯，常自汗出，動則尤甚，心悸食少。『氣滯型』, 平常性情急躁易怒，易於激動，或憂鬱寡歡，胸悶不舒，善太息。調理體質有預防疾病、抗衰老及增強體力的功效，主要調理體質的方法有：藥物治療、飲食宜忌與食療及自然療法。
首先是藥物治療，即是以中醫『辨證論治』的原則，配合西醫的檢查，給以藥物，以達到『治未病』的效果。其次是飲食宜忌與食療，即根據中醫體質檢查結果，決定該吃或不該吃那些食物，甚至以藥膳或藥茶的方式，來改善體質。第三是自然療法，包括針灸、按摩、推拿、氣功及運動導引鍛鍊等方式，使身體機能健旺、氣血通暢，而達到袪病延年的效果。
筆者開設體質檢測門診近十年時間，將檢測資料分析結果發現，檢測報告的中醫體質以『肝鬱氣滯』發生率最高，其次是『心氣虛』。而往往『肝鬱氣滯』與『心氣虛』體質常常一起出現。筆者分析會尋求中醫體質檢測進而調理體質的族群多數進入一種稱為『亞健康』的狀態。
是介於健康和疾病之間的連續過程中的一個特殊階段，如過度勞累體力日漸衰退，或者西醫檢查無特殊異常但身體呈現不適，影響生活品質者。而這個族群往往會尋求中醫治療，或另類治療，或嘗試各類養生保健。
由於尋求中醫體質受檢者以『肝鬱氣滯』體質最多見，筆者配合該體質的調理，研發出『玫瑰佛手茶飲』, 頗受好評。茶飲的中藥組成有有機玫瑰花、佛手柑、麥門冬等，針對『肝鬱氣滯』體質，如緊張焦慮、胸悶胃脹、肩膀脖子緊、不易入睡、口乾口苦者，可以藉由服用茶飲來改善體質。
王啟安研究團隊相信，未來透過體質檢測報告的分析，可以針對不同體質再研發出更新的體質調理模式，這一套體質檢測的分析研究創新模式，最終可帶領我們遠離疾病朝向健康。(本文由國科會補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿 / 2013 年 11 月)
責任編輯：陳思維 | 義守大學 數位多媒體設計學系 |
他不是晚上不睡覺-小兒夢遊症 | 夢遊症是一種睡眠障礙，較容易發生在 5 至 12 歲的兒童。
夢遊症 (somnambulism) 又稱為睡行症 (sleepwalking), 在醫學上屬於睡眠障礙的一種，較易發生於 5 至 12 歲之兒童。本病的常見症狀，包括在睡眠時起身、走動、穿脫衣服、講話、遊戲，或進行其他活動等。而且，患者常伴隨有學習障礙、情緒調節障礙、人際溝通障礙等問題。Gabor Barabas 研究團隊指出，夢遊症患者發作頻率愈高者，偏頭痛的機率愈高；此外，患者也常出現焦慮、恐慌、攻擊行為等症狀。
在夢遊症的盛行率上，勒姆拉透露 (Remulla) 等人的研究顯示，大約 2~14% 的兒童曾出現夢遊現象，而成年人約 1.6 到 2.4% 有夢遊症狀。研究統計顯示，隨著年齡的增長，夢遊情形大多會漸漸消失，因此推測本病可能與大腦皮質的發育延遲有關。
造成夢遊症的因素，一般認為與遺傳及心理因素有關。胡里奧 (Julio) 等人團隊研究發現，HLA-DQB1 基因在夢遊患者中有 35% 為陽性，而普通人只有 13% 為陽性，因此推論 HLA-DQB1 基因可能與夢遊行為有關。此外，睡眠不足者出現夢遊比例，明顯較睡眠充足者為高。少部分人服用安眠藥後，可能會增加夢遊的發生率。
夢遊症的治療，一般必須心理治療與藥物治療同時進行。給予的藥物多為鎮靜藥物，沒有按時服藥可能會影響患者的睡眠品質，而且停藥後有些患者會出現夢遊症狀與頻率加劇的反彈效果。夏洛特 (Charlotte) 等人團隊研究發現，患有原發性遺尿症 (俗稱尿床) 的孩童使用 Desmopressin 類藥物，可有效降低尿床與夢遊症狀的發生，但若停止服用則會導致復發。
在傳統醫學上，目前中醫對於夢遊症之治療報告及研究甚少，有文獻認為應採用滋陰潛陽、寧心安神等方法治療。義大醫院中醫部王隆碩主治醫師認為，根據中醫學理論，夢遊症發病的原因主要是肝氣疏泄過度，將氣快速地自腎經由肝上傳至心，導致心氣過旺、上盛下虛的陰陽失調現象。
因此王醫師提出新的治療概念，採用陰陽五行辨證，調整水火木線的氣機下行，讓上下陰陽恢復平衡。他指出，夢遊乃心火過旺所致，因此須從水木火線之上端加壓，給予清心熱藥物，同時配合平肝、柔肝藥物以減少肝之疏泄，再添加養腎陰、清腎熱之藥物將氣向下導引，藉以降低腦部之火，便能對夢遊症產生療效。在臨床上，王醫師於 2013 年 7 月發表對罹患夢遊症已兩年的 10 歲男童以本法治療，獲得顯著的療效，且停藥後未再復發。 |
現代把脈–淺談脈波分析 | 中國醫學源遠流長，其中把脈更是中醫師賴以診斷處方的重要依據，到底「脈象亅背後隱藏著多少健康資訊？確實是西方醫學也期待瞭解的問題，早在診斷儀器尚未發達的 1966 年，Freis 等學者已發現老年人與高血壓患者的頸動脈搏動和正常人有著明顯差別，1975 年電腦科技萌芽，即有學者比較以類比及電子方法所測得脈波訊號，發現兩者無顯著差異，正式把脈波分析帶入電子化時代，一年後 Watt 等學者提倡以非侵入方法取得動脈波形作血管彈性分析，但未獲學界迴響，因當時西方的觀念普遍認為脈波僅能反映收縮及舒張壓，再來十年學者們多投入研究杜卜勒超音波血流波形變化與病程的關係，及至 Kelly 等學者於 1989 年從 1005 位 2 至 91 歲健康受試者以非侵入方式於各主要動脈取得脈波訊號作分析，明確記錄波型變化與年齡的相關性，動脈波形分析始受重視，現在脈波分析已被視為評估血管彈性的重要工具。
發展現況:
典型的動脈波形包含收縮波及舒張波，收縮波乃左心室打出血液往指尖流動時產生，屬順向波；舒張波則代表心室舒張時主動脈瓣關閉所產生的逆向波；動脈硬化時因血管缺乏彈性而使血液流速增加，可反映在波形分析的各項評估指標上；其中「硬化指數」(stiffness index, SI) 及「反射指數」(reflection index, RI) 需靠舒張波峰位置計算取得；然而，因動脈硬化及高齡往往使舒張波不易判讀，可用一次微分定位波峰，但若於動脈硬化嚴重者舒張波峰無法透過運算得知，則動脈硬化程度可利用「正常化波峰時間」(normalized crest time, NCT) 與「波峰時間比」(crest time ratio, CTR) 評量。
現代動脈訊號取得已不需使用侵入性的方式，其中最簡便的方法是以紅外線讀取指尖的動脈血液容積訊號，即所謂的「光電容積描記法」 (photoplethysmography, PPG), 藉以取得「手指容積脈波」(digital volume pulse, DVP), 最近研究顯示其所得結果不受平均動脈壓影響；此外，因屬非侵入性及訊號取得容易，亦適用於評估懷孕時期的血流變化 [。
未來展望:
世界衛生組織 (WHO) 報告指出血管疾病高居全球死亡原因前兩名，分別為缺血性心臟疾病及腦中風；在高血糖、高血脂、高血壓「三高」等慢性疾病盛行及預防醫學日趨重要的今天，不論是老年、疾病族群或是運動一族，除了現在普遍使用的心跳、血壓、心電圖外，快速精確且具方便性的非侵入式血管健康評量指標有其必要，配合將來可攜式生理偵測儀的普及化，可預見其將具「把脈」功能。
綜合結論:
總括而言，隨著電子科技及資訊處理速度日益精進，多項以往被視為醫術標竿的身體診查技術如心臟聽診及腹部觸診已漸被超音波及電腦斷層檢查所取代，但畢竟醫學是人的科學，而不只是冰冷的機器，病程判斷需結合客觀數據及臨床經驗，脈波分析無論如何精確，亦無法取代中醫師的經驗。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
責任編輯：孫灼均 | 義大醫院急診醫學部 |
以毒攻毒!神奇的蛇毒 | 對許多人來說，蛇還是一種可怕的生物，主要原因就是牠有毒。但您知道嗎，其實從科學的角度，臺灣是全世界蛇毒研究的重鎮，有輝煌的成果。所謂蛇毒，更可能有正面、對人有益的應用。請聽今天的科學三分鐘，與您分享：蛇毒傳奇。
蛇毒為什麼有毒，甚至可能讓人死亡呢？蛇毒分成兩大類，神經性毒與出血性毒。神經性毒的毒蛋白，顧名思義，它會作用在我們的神經系統，跟神經系統的「乙醯 (音「西」) 膽鹼受體」結合，讓神經的傳導物質，沒有辦法把訊息傳給下一個神經細胞，造成生物麻痺，甚至死亡。
出血性毒的毒蛋白，則會作用在我們的血小板上，讓我們的血液不能凝固，就會出血不止，血壓降低而死亡。
臺灣的蛇毒研究，是由臺灣第一位醫學博士杜聰明發起的。也因為神經性蛇毒的研究，使臺灣在蛇毒研究的領域，首先在國際上嶄露頭角，那麼，為什麼神經性蛇毒的研究這麼重要呢？您可以想像一下，我們的心跳、動作、甚至大腦的思想，都是靠神經傳導來進行的。但是在過去，科學界對神經傳導的了解非常有限，只知道「乙醯膽鹼」可以在神經系統中傳遞訊息，卻不清楚細節。臺灣對於神經性蛇毒的研究，正好可以作為工具，解開「乙醯膽鹼受體」的結構，了解這個受體如何接受「乙醯膽鹼」, 完成訊息的傳遞。這方面的研究，幫助我們理解了神經傳導的機制。對於神經科學的貢獻，可以說非常深遠。
至於出血性蛇毒，延續杜聰明先生早期的想法，配合許多科學家的研究，也讓它成為了「以毒攻毒」的藥物。《臺灣蛇毒傳奇》一書的作者，長庚大學生物醫學系教授羅時成說:
這個想法其實最開始的時候，是杜聰明先生提倡做蛇毒研究呢，他就有一個概念，我們能不能「以毒攻毒」, 把「毒」反變成為「藥」的這種想法。抗凝血的毒蛋白如果作用在血小板上面，讓它不能凝血的話，這個血液就出血不止，然後也會致死。
讓人不能凝血，出血不止，當然是一種毒。那它又怎麼能成為藥物呢？羅教授也解釋了其中的關鍵:
所以相對的，比如說我們做手術的時候，它馬上就活化很多的血小板，產生血塊。如果這個血塊，不小心流進我們的血流裡面，很可能就在某部分的組織裡面造成血栓。所以呢，在手術的時候，我們就必須要有一些抗凝血的藥物，阻止這個血小板活化。這個時候，毒蛋白就可以發揮作用，所以手術的時候，很可能就會放一些這些抗凝血的毒蛋白，讓這個血小板不能凝集，產生血塊而產生血栓。
用在不同的地方，毒也可以成為藥，科學有趣的地方，就在這裡。
今天的科學關鍵字，就是
蛇毒 Snake Venom
您可以透過關鍵字進一步查詢，或做延伸閱讀。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-02-24 16:55:00 播出 |
臺灣史上第一位醫學博士——杜聰明 | 杜聰明先生於 1893 年在淡水出生，兩年後臺灣由日本政府統治，於是杜先生在日本殖民環境中成長。杜先生上有兄姊三人，家裡書香風氣鼎盛，小時候進入滬尾公學校 (現在的淡水國小) 就讀，對於科學的求知慾強烈，勤奮而認真地學習，以第一名的成績畢業。隨後他參加臺灣總督府醫學校考試，以榜首錄取入學，然而因他身體瘦小，體格檢查時竟被評為「丙下」等級，本應淘汰，幸好當時的校長力排眾議，才得以進入醫學校就讀，幾年後以最優異的成績畢業，開始他那不平凡的人生歲月。
杜聰明早年因體格弱小而差點無法進醫學院就讀，在校長獨排眾議下，才踏上學醫之路，並成為開台以為第一位醫學博士 (圖 /wikipedia)。
當時臺灣子弟學業表現佼佼者，多被期望負笈東瀛深造，杜先生也不例外，他於 1915 年赴日本京都帝國大學醫學部留學，1922 年獲頒該校醫學博士，是開臺以來第一位醫學博士，後來更是破天荒地成為臺北帝國大學 (現在的國立臺灣大學) 醫學部的臺灣籍教授。杜先生在藥理學教室打造本土最早期的科學研究團隊，主要攻研阿片 (opium, 即鴉片)、蛇毒及漢藥 (中藥) 等領域，發表為數可觀的學術論文，栽培不少在地醫學博士人才，奠定後來臺灣醫學界的研究基礎，杜先生在這方面具有開創性的貢獻。第二次世界大戰結束後，臺灣社會漸趨穩定復甦，此時杜先生的人生角色也有重大的轉變，從科學學者搖身一變，成為集思想家、教育家、實業家和公眾意見領袖等身分於一身的活躍人物，在不同的舞台發光發熱，尤其杜先生在科學上的顯耀成就，大大鼓舞臺灣人民的自信心。
研發漸禁斷療法 成功矯治鴉片上癮者
杜先生早年醉心於鴉片藥癮的研究，累積的成果不僅具有學術價值，也對於鴉片成癮者的戒除行為有相當的影響。他研發的漸禁斷療方法，以及對於孕婦成癮者和新生兒的健康調查報告，直接觸動臨床治療的成效。更重要的創見是他從患者的尿液中查驗鴉片的用量，讓檢測工作更快速明確，這項「禁藥尿液檢驗法」堪稱現代禁藥檢驗法的起頭。杜先生對鴉片中嗎啡的萃取與成分定性定量的分析，可說是他年輕時在日本京都大學藥理實驗室接受嚴格訓練的結果。此外，杜先生走出實驗室，在臺灣總督府的大力支持下，創辦「鴉片除癮醫院更生院」, 協助鴉片患者重新回歸正常生活，而此機構也成為鴉片成癮相關研究的大本營。期間他提倡並應用自己在海外留學時所學的「實驗治療學」方法，以嗎啡類藥物供給患者，取代吸食的鴉片，並逐漸減少用量，再抑止患者的毒癮症狀，同時給予營養補充品，促使他們恢復健康作息。在如此嚴謹的控制下，杜先生的團隊取得對於鴉片成癮和戒除等突破性的研究發現。在後來的十多年間，有一萬多名鴉片上癮者被矯治，而杜先生發明的毒癮尿液篩檢方法，至今仍為世界許多機構所採用。
杜聰明博士 (右) 在臺北更生醫院為鴉片癮患者注射鹽酸嗎啡進行矯正。(圖 /《臺灣日日新報》,1930.01.23, 第二版。)
兼容中西醫研究 集醫學之大成
此外，杜先生自蛇毒中提取要素製成麻醉劑，讓人不至因嗎啡過量而上癮；他且自木瓜葉的成分中煉製專治痢疾的藥物，嘉惠許多病患，也發表多篇論文，在藥理及毒物學的領域上，成績斐然，可謂國際知名的「毒蛇專家」。在漢藥方面，因種種原因的限制，未能順利發展，卻是杜先生畢生鍥而不捨的使命。當時人們質疑他堂堂留學歸國博士竟然青睞水準落後的漢藥，杜先生不以為忤，反而展露胸襟和抱負。由於漢醫在民間分布廣泛，遠超過西醫，並且早為市井民眾所接納，已經根深蒂固的民情，杜先生明白不能全盤推翻，宜截長而補短、中西合璧，才是百姓之福。例如，日治時代臺灣人民最大的健康威脅是鼠疫和霍亂等各種傳染病，杜先生仔細觀察，發現對於上述的疾病，漢醫的處方可以適用男女老少，反而西醫束手無策；一味地追捧西方醫學，反而可能錯失改良傳統中醫的良機。
杜先生所主張的中醫研究方向，與他 1926 年起遊歷歐美各國見識的「實驗治療學」息息相關。他大膽主張設立特別的醫院，專門收治研究上所需要的病患，他們住院時只接受中醫的診斷，只服用漢藥，一段療程之後，利用西醫檢查的方法和工具，檢測記錄各項相關數據，以察知該病患是否因中醫漢藥而病得痊癒。在收集若干個案後，推斷治療方法和投放藥物的效果。杜先生憐憫病患和關懷弱勢的同時，發現漢醫的價值，不畏譏嘲，毅然決定利用本土的優勢，主張以系統性的方法研究傳統醫學，引進「實驗治療學」的創新觀念和作法，試圖開闢一條蹊徑，調和中西醫學的差異。當時，杜先生知道實驗治療學與一般西醫研究法格格不入，他卻不氣餒，在仔細研判客觀條件後，勇敢嘗試突破。批評他的人指責他迎合保守窠臼思維，枉費留學先進國度的寶貴資產，未能拯救蒼生。事實上，經過時間的淬煉，杜先生所主張採用的實驗治療學觀念已逐漸被接受，許多學者均認為那是合理的研究方法。
杜先生發現亞洲醫學先驅的日本偏重德國的強項藥理學，卻忽視法國提倡的實驗治療學，他認為對藥物熱心鑽研和對醫療的細心驗證應當兼顧並重，才能得到準確的結論，使疾病可望被控制，同時發展新的醫學知識。杜先生大膽捨棄藥理研究應採行的順向操作程序，採用逆向作法，就是先進行臨床藥物試用，認定有效之後再著手動物實驗，最後才從事化學分析工作。如此作法看似與科學研究原則背道而馳，卻能省時省力，有可能快速獲得解藥，投入治療，當時曾經以漢藥治癒瘧疾，即是一例。
杜先生終其一生鼓吹和投入中醫及漢藥的研究，他曾經一度要求自己的藥理學徒弟們，每人應先完成一篇漢藥的學術論文後，才能進行鴉片或蛇毒的研究。當時臺灣民間鼠疫和霍亂等傳染病流行，民眾大多仰賴中醫，杜先生大聲疾呼：破除迷信謬論，不應盡棄藥材。他認為中醫科學性不足是事實，加以科學化是必然之途。他主張醫藥合一，研究者應同時明瞭醫療手段和藥物作用，比較能夠掌握疾病治療的全貌。如果單獨研究某一味漢藥的成分，將始終無法全盤明白中醫的原理和療效，就無法真正提升中醫的水準。杜先生曾經兩度建議總督府設立中醫醫院，希望藉此扭轉中醫的形象，邁向現代化。國民政府來臺之後，他繼續主張在臺大醫院成立中醫治療科，同時也鼓勵西醫的臨床學者研究中醫的治療經驗，由此可見，杜先生十分重視中醫的價值。
不只醫人更育才 建制地方醫療系統
此外，杜先生是一位富有人文理念的醫學教育家，他以其崇隆的學術地位，肩負培育下一代的使命，常引用臺灣總督府醫學校前任校長高木友枝的名言:「做醫生之前，先懂得做人。」, 期勉學生後輩重視自我品格。臺灣光復後，杜先生受聘為國立臺灣大學首位醫學院院長，卸任後與高雄地方要人陳啟川先生合作，創辦臺灣第一所私立高等醫科學府 - 高雄醫學院 (現在的高雄醫學大學), 讓南臺灣終於誕生第一家醫學院。杜先生在擔任 12 年院長期間，孜孜經營，使高醫成為培育新時代醫療人才的搖籃，對於地方醫療事業發展有不可抺滅的影響。杜先生為實踐心中懷抱多年的夢想，成立山地醫師醫學專門科，培養 65 名原住民醫師，使他們回歸故鄉，服務偏遠地區和離島的同胞，因此終結所謂「無醫村」, 也就是原先許多鄉鎮毫無醫師進駐的情形，此後山地就醫獲得改善，臺灣政府對原住民地區的醫療保健措施於焉展開。
杜聰明是臺灣光復後國立臺灣大學首位醫學院院長，卸任後並與陳啟川合作，創辦臺灣第一所私立高等醫科學府 - 高雄醫學院 (現在的高雄醫學大學), 治人也育才。圖為台大醫院舊址 (圖 / Zengtuoying,wikipedia)。
根據高雄醫學大學前任校長余幸司教授演講中提到，杜先生在高醫除學術之外，曾經經歷一起重要的事件：民國 43 年間，杜先生在高雄市議會對議員演講時表示，得自德國漢堡大學熱帶醫學研究所的啟發，使他在高醫繼續投注在蛇毒、熱帶醫學和天然藥物醫學的研究。影響所及，對於高雄市登革熱的防治的工作裨益甚大。余教授指出以杜先生的思維加上現代科技的觀念，突破當年面臨的困境，終能帶來巨大的改變。
總結而論，杜先生經歷滿清、日治時期至國民政府等不同時代，一生多采多姿，雖未親身擔任臨床醫師工作，但對臺灣的貢獻主要涵蓋醫學基礎研究、醫學教育、公共衛生以及醫療政策等領域，影響既深又廣。杜先生關懷社會，以其擅長的科學知識，主張「實驗治療學」的創新作法，結合中西醫學的長處，實際參與臨床治療的任務。杜先生嘗試挑戰的研究精神和悲天憫人的博愛心腸，使他成為臺灣學術界的瑰寶和所有莘莘學子的典範。
責任編輯：郭啟東 / 國立中山大學 |
藥用及保健植物:傳統與科技結合–藥用及保健植物新發展 | 天然的藥用及保健植物
《黃帝內經》是中國現存最早的一部醫學經典，它主要闡述陰陽五行、臟腑經絡、病因病機、養生保健等理論，為中醫發展奠定寶貴的理論基礎。《黃帝內經》的〈上古天真論篇〉認為，若能「法於陰陽，和以術數，食飲有節，起居有常，不妄作勞」, 便能「形與神俱，而盡終其天年，度百歲乃去」。在類似這樣的「藥食同源」理念下，自古以來，華人不僅把食物視為生長所需的營養來源，也常把食物當作養生或醫療的主要部分。
事實上，人類對生活的要求，已不只是壽命的延長，更要求生活品質的提升。然而，隨著文明的進展，人類的生命品質，從某些方面來看，卻未見明顯提升，主要是因為環境污染及取用食物質量的下降。環境的改善需要長期的努力，且往往非一己的力量可以達成。但是，藉由適時、適量地補充優良的食物或保健食品，卻是絕大多數人可以自己獨力做到的，這也就是近年來，天然保健食品風行全球的主要原因。
何謂保健食品？根據民國九十一年修訂的健康食品管理法規定:「所謂健康食品，係指提供特殊營養素或具特定的保健功效，特別加以標示或廣告，而非以治療、矯正人類疾病為目的的食品。」這類保健食品可來自於植物、動物或礦物，其中尤以植物為最主要且被我們重視的藥用及保健資源，如能在保育及永續利用的條件下經營，藥用及保健植物或可成為「取之不盡、用之不竭」的天然保健資源。
具功效成分的分析與提煉
從原料的角度來看，每一種藥用植物均可將其視為一個「特殊天然化學品」工廠，它們善於製造使自身能適應生長環境的生物化合物，以應付逆境或對抗外來的侵襲。換言之，能夠存活至今的植物，均是經過嚴格的天擇或人擇篩選，許多植物體內的代謝產物，除與其生化、生理系統有關外，亦與外在環境的互動有密不可分的關係。
我們常聽說，不少的民俗偏方是利用民間祖傳草藥方劑來治療疾病。在過去，由於受到儀器設備的限制，無法對具有醫療或保健效果的植物成分，進行系統性的分離、鑑定，以逐步了解其作用機制。但隨著分離技術與分析儀器的進步，這些具有生物活性的植物成分，目前大都可以被分離、純化、收集以鑑定其結構，並驗證其生物活性或藥用作用機制。
近年來，科學家已從各類植物中找到不少抗病及防癌的天然物質，這些物質統稱為植物化學藥品，目前較著名的，是由太平洋紫杉中分離出來的紫杉醇。此外，已在臨床治療上使用的抗癌藥物依托泊草，則是由圓柏屬的沙地柏的葉和果實中分離出來的木酚素 - 鬼臼毒素加以半合成而得，具有抗腫瘤和抗細胞有絲分裂等藥理作用。
漸漸地，從天然物尋求新藥來防治人類的疾病，已成為現今醫藥界的研究主流之一。保守估計，地球上約有二十五萬到四十萬種開花植物，然而到目前為止，僅有五千種植物的可能藥用活性被研究過。另一方面，許多國家至今仍是以藥用植物作為主要的醫療資源，特別是在開發中國家。此外，德國與中國一樣，都有系統性使用藥用植物的傳統。根據世界衛生組織的資料指出，地球上約有三十四億的人口以植物為主要的藥物來源，由此可見研究天然藥用植物的重要性與迫切性。
研發團隊的合作
無論是植物性新藥或保健食品的研發，都應具備效用、品質、安全性等三大前提。因此，在產品研發初期即需結合植物分類學家、植物生理學家、天然物化學家 (有機化學家)、藥理學家的專長；又由於近來生物科技的發達，更應結合分子生物學、生物化學領域的知識；當進入藥效活性的再確立時期，則更需要借助近代臨床醫學、統計學的專業知識；到了產品的製程期，尚需要化工或食品加工學方面的人才加入；為了產品的銷售，最後還需要將產品行銷管理的人才納入。由此可見在整個研發生產過程中，所涵蓋的專業非常的深廣，這也更凸顯出，未來以團隊合作進行整合型研發計畫來共同達成目標的重要性。
銀杏傳奇
如果以一個代表性的藥用及保健植物來說明產品的研發及應用，銀杏 (白果) 可說是最為人所熟知，與看來算是成功的例子。銀杏存活於地球上的時間已超過二億年，它見證了遠古至今地球物種及景物滄海桑田的變化，是當今世上最古老的樹種之一，是不折不扣的活化石。
銀杏原產於中國大陸，由於果實及葉子富有高度經濟及藥用價值，目前中國大陸正以嫁接或扦插方式加速銀杏的繁殖及生長，並提高果、葉的產量，產值已相當可觀，而歐美各國也正大量生產各式的產品。在《本草綱目》中李時珍曾提及:「銀杏原生江南......, 葉似鴨掌，因名鴨腳。宋初始入貢，改呼銀杏。因其形似小杏而核色白也，今名白果。」為其得名由來。銀杏很早就被用做中藥，其種子、根、葉均可入藥，《本草綱目》中記載銀杏「其性味甘苦而澀，入肺、腎二經，有定喘止咳、止帶濁、縮小便之功效」。《本草品匯精要》中記載銀杏葉「味甘苦、澀、性平，歸肺經，能斂肺平喘、益心止痛、化濕止泄」。
然而，現今引起醫學界莫大興趣的，則是銀杏葉抽取物製劑，似乎對於心、腦、血管病變方面有一定的效用。在已知的藥理作用方面，銀杏葉可促進血流循環、防止血液凝集、增進神經細胞代謝功能及防止自由基所導致的細胞膜傷害；它在德、法等國，名列最常用草藥處方。
銀杏葉的主要成分為：內脂類，為強效血小板活性因數的拮抗劑；黃酮類化合物 35 種，其中雙黃酮有六種，但至今未見與其生物活性相關的報導；黃酮草元及黃酮草等共 24 種，此類化合物雖具有抗氧化及清除氧自由基的能力，但卻普遍存在於其他植物中，似乎並不是銀杏葉獨特功能或療效的關鍵成分；桂皮醯衍生物五種，有報導指出，其中一些成分對心血管系統有調節作用，但尚未經廣泛證實；多種有機酸，其中尿 酸類可能是廣泛的中樞神經胺基酸的拮抗劑，被認為能增強腦細胞耐缺氧能力與改善腦代謝，但也未經最後嚴謹證實。至於它含有的烷基酚和烷基酚酸類則被視為有害成分，可能有導致過敏、畸變等負面作用。
目前，仍有一些研究人員，特別是臨床醫師，對銀杏製品做為保健食品或其醫療效果抱持高度保留態度，但社會，尤其在西方國家，一般民眾卻對銀杏製品越用越多，如今銀杏的相關產品，每年已締造出上億美元的產值，堪稱為最成功的「草藥產品」。
在西方創造「銀杏傳奇」的過程中，值得我們觀察與學習的是，他們科學化的團隊合作研發精神；經由結合各專長領域的專家，從品系的收集、植物組織的萃取純化、活性及指標成分的解析與確認，再加上不同角度切入的藥理活性研究等，才創造出今日的明星保健植物產品。而我們也可以發現，就銀杏而言，歐洲的發展似乎居於先導地位，其主要的原因之一，是政府法規及政策的鼓勵，這一點也值得我們注意。
臺灣是天然藥用植物的寶庫
得天獨厚的氣候與多樣化的地理環境，使得臺灣孕育了豐富且多樣化的植物資源。根據中央研究院植物研究所彭鏡毅教授於一九九六年編著的《臺灣維管束植物編碼索引》統計，生長於臺灣地區的維管束植物多達 6,868 種。在這些植物中，已被研究初步證實或於民間流傳，具藥用或保健功能的，保守估計超過二千種，因此臺灣很可能是天然藥用植物的寶庫。
事實上，過去五年來行政院生物技術產業策略會議及生物科技產業發展策進會，對臺灣生物技術研發前景的評估也指出：許多中、西學者普遍認為，藥用及保健植物或中草藥是臺灣最具國際競爭力的生技產業之一。這除了是因為在文化、生活習慣上，華人社會對中草藥的依賴及使用習慣使然外，另一原因則是臺灣的寶貴地理環境，孕育了多樣性的藥用植物種原。但是，目前我國在藥用植物科學化的過程中，成績還是有限。我們雖有豐富的藥用植物資源，卻沒有現代化科學的研究數據支持這些具醫療潛力的藥用植物，顯然國內仍有相當大的努力空間，將它們推上國際舞臺。
金線連及山藥的研究
針對藥草進行系統性的研發，可考慮從本土植物做起，以下即以金線連及山藥為例做一說明。在過去的五年中，中研院生物農業科學研究所的研究團隊，參加了由前農試所蔡新聲教授 (目前服務於朝陽科技大學) 所召集、主持的農業生技國家型計畫「藥用及保健植物」研究組，針對臺灣有「藥王」之稱的–臺灣金線連及在中國醫藥古籍中被普遍認同的「補身上品」–山藥，開始進行系統化的研究，期能說明或佐證它們的某些功用。
經這幾年研究後，一共完成了四個階段性的任務，包括：建立並標準化了一套萃取、分離不同藥用植物的方法，更針對其主要成分或可能的活性成分，進行系統性純化及鑑定的工作，藉此建立了金線連指標成分的分析圖譜；建立了幾種在體內及體外的評估系統，以分析臺灣金線連可能的抗癌及防癌活性；建立了分離及培養人類抗原表達細胞，亦即樹突狀細胞的系統，並利用流式細胞儀偵測細胞表面特定的抗原分子，以探討它對樹突狀細胞分化及成熟生化過程的影響，同時以吞噬外來抗原的能力及刺激 T 細胞的生長程度，來觀測成熟或未成熟細胞，於加入山藥萃取物時的反應及功能變化；進行山藥萃取物對老鼠脾細胞、血球幹細胞及白血球激素效應的活性分析。希望此一系列的研究，可提供未來類似平臺系統的研發，有效評估及研發中草藥的防癌及調節免疫等生物活性，並進一步發展為新型中、西植物藥物或「另類醫藥」的研發系統。
藥用及保健植物產業的研發
臺灣藥用及保健植物產業的發展，的確具有某些特殊的利基，再加上產、官、學、研對積極發展中草藥產業具有高度共識下，如能結合不同專長的科研專家，在正確的方向指引下，相信必有機會把臺灣藥用及保健植物的研發成果推向國際舞臺。在這些背景與前提下，我們要發展藥用及保健植物產業之前，必先建立對藥用及保健植物產業研發的共識與認知。
保健及藥用植物的開發，是生技產業中受人注目的明星之一，但是我們觀察發現，目前國內許多生技產業，似乎不敢大規模投入中、長期的研發規畫；也有不少投資生技產業者，希望能在極短的時間內就能看到獲利。這些極端性的期望似乎像「博弈」。因此，我們的第一個呼籲，即是投入生技產業絕不應靠賭博或運氣，應是一種靠規畫、延攬多方人才、運用高度智慧，按部就班，辛勤耕耘，才得以發展的知識型和創意型的科技、經濟產業。
在可預見的未來，多樣性的生技技術平臺，以及五花八門的生技應用商品，會在醫、藥、農、工、商、環保、食品、生物等各領域出現，著實令臺灣的業界心動不已，並且後悔現在投入已經遲了二、三年。其實，正確的方向與遠見才是最重要的。當務之急是要思考「我們要做什麼東西？」、「產學研中有那些人正在做？」及「如何具體地去做創新性的研發？」等問題，再將這些問題的答案，整合規劃出可行的藥用植物科研計畫，並在專業團隊的推動下執行。
在過去的十多年裡，歐、美、日已經取得不少生技專利，從產品概念–變成了使用權及應用程式的專利，顯然這是未來產學界努力的大方向。光靠去氧核醣核酸 (DNA) 或蛋白質序列的結構性研究，已不易發展新產品及專利了，但在「功能性基因組、蛋白組及代謝組」的研發方面，目前正風靡了無數的科學家、資訊家、統計學家、醫生、農學家及投資者。因此需要高度重視這一大批專家、學者所熱中的新型醫藥基因組學及營養基因組學等技術系統的發展潛能，並且逐步建立研究技術平臺，以便與其他基礎研發相互結合。
無可諱言，臺灣本地消費市場小，如同積體電路 (IC) 產業一樣，須以國際及大陸市場的廣大需求為考量；至於小型代工，如 IC 代工，在生物技術領域來說，目前極少或幾乎沒有，因此「代工」的模式並不適宜，仍應以發展中、長程國際產品為主。小型本土性產業也有相當的市場需求，這類商品可以靠下游的研發技術來開發，以及透過小型產學研短期的個別研究主題加以解決，不宜定位成「國家級」研發計畫，但政府仍應大量投資這類以研發本土性商品為主的生技公司，藉以建立研發基礎及機制。
透過開放式討論，訂定中、長程的國家級研究計畫，以國內生技公司略具雛形的生技研發團隊為基礎，綜合國內相關領域的專業人才，在制度化的監督、考評、修正等管理機制下，依規畫時程，逐步完成技術平臺的開發、產品的測試、量產及專利的取得。
藥用及保健植物開發的方向
在前述共識下，發展藥用及保健植物產業應把握三個方向。
首先，應開發國際性或亞洲區常用及愛用的藥用植物系統；發展結合中、西醫學與生技技術，合乎衛生、具公信力的新型草藥 (如中西藥草在局部萃取後混方), 及健康、保養食品或補品，推入國際市場。
其次，應以如何促進針對如肝功能保健、協助化療、增強免疫體質、防 (抗) 癌、調整血壓等世界性疾病的需求或保健為目標，發展出幾種中草藥的特殊方劑，成為世界型防癌及抗癌的健康食品或抗老化補品。
最後，應開創多種生物技術專利及中型生技系統平臺，再結合蛋白質組、草藥代謝物組進行長期且系統性的研發，生產新型單一植物提煉或複方藥物，以通過西方醫學及營養學界的認證或許可為目標；綜合中、西藥的優點，研發「創新型的通用保健植物產品」, 進而將中草藥推向臨床用藥，發展新型中、西草藥，為全民健康作出貢獻。 |
請歷史學幫幫科技史! | 這幾年經常聽到「理工醫」教育界人文關懷的呼籲。在各種課程改革中，廣義的科技史往往被視為具有跨越所謂「兩種文化」鴻溝，緩衝知識高度分化造成見樹不見林缺憾的潛力。
相較於自然學科對科技史的想像與實踐，我們很少看到一般歷史學與科技史關係的討論。不過，若大家都認為科技史可能在不同專業之間扮演溝通的角色，那麼比字面意義更進一步掌握科技史的特質，或許有助思考以下問題。例如，科技醫療專業究竟需要什麼樣的科技史？或者，歷史學能夠如何幫助科技史？又或者，科技史可以從哪些「兩種文化」都能接受的議題切入？雖然醫學、技術與科學性質互異，但整體而言，具有類似特質。因此本文並不特別區分科學、技術與醫學的差異。
科技史發展的歷史
現今科技史研究採用歷史方法，被視為歷史學的範疇。不過，科技史的發展卻異於其他史學次領域。例如，社會史或政治史都是從通史中獨立出來的。科技史最初並非歷史學家研究的興趣，而是科技陣營由於自我需求而主動整理的。
以德國技術史的發展為例。18 世紀，技術史關心技術發展如何影響社會、經濟與政治制度。當時，技術史是公務人員養成教育的科目之一。19 世紀，技術史一度成為政治經濟學領域，探討工業化之後，機械應用、勞工與資本家之間的關係。馬克思的《資本論》(1867) 或許最負盛名。20 世紀，技術史成為工程師爭取社會認同的工具。由具有興趣與文采的工程師撰寫專業歷史，以凝聚同業共識，進而向政府爭取設立工業技術高等學校，並要求與普通大學一般，具有授予工程博士與碩士學位的權利。
醫學史也有類似的發展歷程。在 19 世紀的德國，醫學史屬於醫學專業教育的一環。例如，希波克拉底全集與羅馬醫師蓋侖的醫學著作仍是醫學教材。這種情形與中醫相似。中醫到目前還是得熟讀《黃帝內經》等文獻。19 世紀末期，醫學或實驗科學家開始整理專業的歷史文獻，目的同樣是為了提升醫學專業的自我認同，並彰顯科學醫學的重要性。那時，醫學史成為醫學的文化教養素材。
到了 20 世紀初期，德國大學紛紛在醫學院內成立醫學史研究所，醫學史成為學術專業。時至今日，德國大學的醫學院仍擁有大小規模不一的醫學史研究所 (目前醫學史有與醫學倫理及醫理學整合的傾向), 主要教學內容是醫學史 (少數也提供牙醫史、藥學史或護理史的課程)、醫學拉丁文與醫學英文。二戰期間，許多德國醫學史家前往美國，促成美國醫學史專業的發展。目前，「醫學史、醫學倫理與醫理學」(history, ethics and theory of medicine) 仍是德國醫師考試的必考科目。
從廣義科技史專業發展的類似過程來看，廣義科技史具有多種特性與目的。因此，我們必須考慮今天的社會到底希望科技史發揮什麼作用？或者反過來問，想要達到我們預設的目標需要什麼樣子的科技史？為何要研究或研讀科技史
當然每一世代都有自己不同的任務，我們今天身處的世界，科學、技術、經濟、社會、文化等物質與非物質因素交纏的複雜情況更勝以往，研究科技史至少能讓我們了解文化中重要知識體系的特色與影響力。我們可以清楚看到，科學論證與駁斥習慣已逐漸成為決策過程的重要理性基礎。在民主的社會中，科學家、技術工作者、學者早就以專業人員的身分涉入許許多多的政策決定。
因此，有學者建議把科技史應用在以下三領域，即：通識教育、科學教育與科學政策。
科技史在通識教育中可發揮之處至少有二。首先，科技史著重科學知識生產的過程，科技史中的案例能夠提供學生了解現代科學實際操作的方法，讓讀者「感受到」科學發展是偶然與必然的結合。其次，教師可以把科技史放在文化史或通史的架構下講授。例如，美國現代史若談到交通發展，可以從引擎、車輛、經濟、貿易、政治談到軍事發展。如此一來，主修科技的學生便能透過科技產品形塑社會的過程，掌握到什麼是歷史與科技的關係。
其實，筆者認為透過自然組學生熟悉的議題，學習把單一的科技概念歷史化、脈絡化，這種做法更容易傳達歷史學想傳達給自然組學生的歷史觀。另一方面，對非科技專業的學生來說，從歷史脈絡掌握科技與其他因素的互動關係，也能有效減少因害怕科技知識細節而排斥接觸科技相關知識的可能性。
歷史學能扮演的角色
在臺灣，不是自然組的朋友，往往對科技兩字敬謝不敏。1985 年，清華大學成立歷史研究所，設一般史與科技史兩組。25 年來編制雖有變化，科技史組目前仍舊是臺灣大專院校中唯一標舉科技史研究的正式單位。藝術史系也在 80 年代設立，現在至少在臺灣大學、臺灣師範大學，以及幾所藝術大學中可見藝術史系所。從這點來看，或許我們可以推測，說服大眾科技史是自主的一門學科是相當不容易的事情。
是否成為獨立系所是一回事，頂多代表某個學科的發展瓶頸。但是，筆者擔心的是，相較於「自然組」對科技史的重視，歷史學家似乎還未積極參與對話，以提供各領域更具歷史觀點的科技史。歷史學家如果不把握「自然組」這次因呼籲科技人文對話而伸出的友誼之手，只怕下次再找機會說服科技專家歷史學的重要性得更費力。當然，這並不意味所有歷史研究者或學生都必須涉入這樣的「應用」領域。
對歷史學來說，研究科技史的利基究竟在哪裡？筆者常聽到歷史系的學生問:「要懂多少科技才能研究科技史？」其實，歷史學與科學歷史並非只能「相敬如冰」。許多議題相當適合搭起兩方友誼的橋梁。以臺灣來說，目前出現許多有趣的研究取向。例如，社會天文學史、道教科學技術史、醫療，疾病史與性別研究、學術機構發展史、科技政策發展史、科技產業與經濟史、科學的文化史，以及以當代概念撰寫的科技專家傳記等。這些研究取向與議題，歷史學家並不陌生。
為了進一步說明歷史學可以討論的方式，筆者舉科技史研究科技政策為例。這方面的研究重點通常放在大型國家科研計畫上，例如，二戰時期研發原子彈的「曼哈頓計畫」、冷戰時期的登陸月球計畫、諸多癌症研究計畫、人類基因體計畫等。國內也有類似的研究，例如林崇熙的〈臺灣科學用人造衛星計畫早期大辯論〉、〈AIDS, 省府虛級化，與 B 型肝炎疫苗：科學知識在臺灣的一種社會建構歷程〉與〈免洗餐具的誕生──醫學知識在臺灣的社會性格分析〉。
透過科技史分析科技政策形成的過程，科學理性的地位將不是政策形成的充分與必要條件。因此，科技史在這方面的研究應與政治經濟學、經濟史、社會史等學科合作，勾勒決定政策的運作軌跡。
總之，目前各界似乎對科技史提升科技人文抱持審慎樂觀的態度。這是難得的機會，如果是這樣，筆者認為歷史學家應在這友善環境中創造對話機會。能讓少部分歷史人多一點科技，理工醫才有更好的環境多一點人文。 |
藥用及保健植物:是蟲?是草?——冬蟲夏草 | 冬蟲夏草是中國獨有的名貴藥材，一直都是以宮廷補品而著名。「冬蟲」和「夏草」是否為同一種東西？或是兩個獨立的個體？如果是兩個獨立的個體，那麼它們之間的關係為何？為何中國的宮廷補品傳到歐洲，也成了皇室的補品？中醫師會告訴您，冬蟲夏草的三大療效是壯陽、治療氣喘及補腎，它的名氣響徹中西，絕非偶然。國內研究單位如何將它發展為藥用保健植物，甚至更進一步成為治療用的藥品？本文就冬蟲夏草的生態、生物活性、分離、培養等研究發展做一概述。
冬蟲夏草的歷史
冬蟲夏草又名天然蟲草、冬蟲草、夏草冬蟲等。正式有冬蟲夏草的記載，首見於西元八六三年《段成式隨筆》, 其中提到「菌生于峰」的自然生態。
一七五七年吳儀洛所著的《本草從新》, 及一七九五年趙學敏所著的《本草綱目拾遺》〈柳崖外篇〉中寫到:「冬蟲夏草，一物也，冬則為蟲，夏則為草......。」
一七二三年，法國人巴拉南自中國採集了冬蟲夏草標本帶回巴黎，之後又有英國人利維將其帶回倫敦。直到一八四二年，經真菌學專家伯克利的研究才知道「冬蟲夏草」是一種蟲草菌的子囊菌，寄生在蝙蝠蛾的幼蟲上所形成。在此之前，人們並不知道「冬蟲」和「夏草」是兩個不同的東西。
因此冬蟲和夏草的關係，類似《天龍八部》中的「虛竹」和他師父「吳崖子」的關係。當「虛竹」解開玲瓏棋局後，他的師父「吳崖子」就將 70 年的功力轉移到「虛竹」的體內。夏草是一種真菌，如同「虛竹」, 真菌一旦進入「冬蟲」體內，就將「冬蟲」體內的營養轉成「夏草」的東西。比較「夏草」和「香菇」的差異性，其實兩者都是真菌，只是「夏草」是吃葷的，而「香菇」是吃素的，因為「夏草」是靠「冬蟲」,「香菇」是靠「朽木」來完成世代交替。
冬蟲夏草的生態
各位請猜猜看，「冬蟲」和「夏草」的關係，是「冬蟲」召蜂引蝶引來夏草，或是「夏草」拈花惹草去惹冬蟲呢？答案是「夏草」去招惹「冬蟲」。
冬蟲夏草的單體與其天然生態狀況
冬蟲夏草的形成是「夏草」侵入蝙蝠蛾的幼蟲體內，並占據其體腔，以幼蟲的內臟為養料，滋生出無數新菌絲。菌絲交集在一起形成菌絲體，稱為子座。在秋末冰封前，子座由蟲體頭部長出，高約一公分，然後停止生長，在凍土中過冬；到了春天，氣溫逐漸升高，隨著雪溶，夏草的子座逐漸長出地面，時至九月下旬子座漸漸肥大，地下「冬蟲」已被啃食殆盡而死亡。
利用掃描式電子顯微鏡觀察「蟲草」的各個成長階段特徵，在生長初期，子座由乳頭狀子囊殼緊密鑲嵌排列而成，每個子囊殼直徑約 100~120 微米 (一微米等於一百萬分之一米), 橫切面為橢圓形。成熟蟲草的子座中心則因生長拉大而成空腔，內有疏鬆網狀菌絲，直徑約 150~180 微米。在子囊孢子階段，每一子囊孢子可萌發出 1~3 條分生孢子梗。最後，在僵蟲內可以發現許多蟲菌體，長約 22 微米，呈梭形。
因此在《本草從新》內敘述：冬蟲夏草囊子菌的子座出自寄生幼蟲的頭部，單生，細長如棒球棍狀，長 4~11 釐米；不育柄部長 3~8 釐米，直徑 1.5~4 毫米；上部為子座頭部，稍膨大，呈圓柱形，長 1.5~4 釐米，褐色，除先端小部分外，密生多數子囊殼；子囊殼大部陷入子座中，先端突出於子座之外，呈卵形或橢圓形，長 250~500 微米，直徑 80~200 微米，每一子囊殼內有多數長條狀線形的子囊；每一子囊內有八個具有隔膜的子囊孢子。寄主為鱗翅目、鞘翅目等昆蟲的幼蟲，冬季菌絲侵入蟄居於土中的幼蟲體內，使蟲體充滿菌絲而死亡，夏季長出子座。
寄主及生長條件：寄主為蝙蝠蛾幼蟲，營地下生活，在地表下 10~30 釐米土中過冬，其中以地表下 10 釐米分布最多，地溫攝氏 3~9 度，過冬期間不食；蟲草產地平均溫度為攝氏 0.2~8 度，地表平均溫度攝氏 4~9 度，年降雨量 556.7~651.3 釐米，年日照 2076.6~2541.2 小時，年積雪 46~86 米。蟲草產量在五至十月占 75~93%, 與蟲草菌、寄主、氣溫、陽光等因素密切相關：一般分布在 3,500~5,000 米的高山區，且海拔越高，密度越大，質量越好。蟲草產地主要分布在西藏、四川、青海、雲南、甘肅、貴州一帶。市面上的冬蟲夏草菌種據說有四百多種，由於蟲草的有性繁殖培育尚未完全成功，因此，哪一種菌種才是真正的冬蟲夏草菌種，有待進一步研究。
冬蟲夏草是一種蟲生真菌，現今仍依其形態為分類基礎，其分類地位如下：真菌界、真菌群 、子囊菌亞群、核菌綱、球殼菌目、麥角菌科、冬蟲夏草屬。
中醫書上的功效
《本草綱目》中未有記載，直到《本草從新》才開始有相關的內容，分別是《本草從新》中描述，冬蟲夏草有保肺益腎、止血化痰、治癆嗽功效；《本草綱目拾遺》指出它能益肺腎、補精髓、止血化痰；以及《中藥大辭典》中提到，其味甘酸、性平、氣香、入肺腎二經，可強壯、益肺腎、補虛損、益精氣、解毒、止血化痰。
改用今日的生命科學用語是：壯陽、治療氣喘及慢性肺部疾病、增強心臟功能、調節免疫、延緩或阻止腎臟病的惡化、性腺功能的調節、降血壓、抗病毒、抗癌及促進造血等。
近代醫學上的療效
對細胞免疫與體液免疫具雙向調節功能。其水抽提物可促進胸腺細胞有絲分裂，直接刺激 T 淋巴細胞增殖，與桃仁併用治療肝炎後肝硬化，可以增加淋巴細胞轉換率及自然殺手細胞功能；另一方面冬蟲夏草菌絲粉可抑制鼷鼠周邊白血球吞噬能力及脾淋巴細胞增殖，由冬蟲夏草抽出的成分及其衍生物，可以抑制淋巴細胞的增生，延長接受皮膚移植的大鼠生存時間。
冬蟲夏草甲醇萃取物更可抑制自然殺手細胞的細胞毒殺能力。可直接誘發胸腺上的抗原細胞增殖，並提高免疫球蛋白 G、免疫球蛋白 M 的含量；對肝炎後肝硬化治療，具有抑制體液免疫的作用，降低免疫球蛋白 G、免疫球蛋白 A 等的功能。
具抗腫瘤作用。在腹腔中注射冬蟲夏草抽提物 CS-2, 可有效降低鼷鼠肺臟上 B16 黑色素癌 (melanoma) 細胞聚落的形成，從冬蟲夏草或其同屬的近親中分離出多種多醣體，可抑制由體外植入小鼠腹部的腫瘤細胞生長；除了小鼠動物模式的體內實驗外，組織培養的體外模式也證明了，分離自冬蟲夏草的多醣體成分，可抑制 U937 血癌腫瘤細胞的生長，並促使其分化成具有巨噬細胞的特性。這些現象均顯示，冬蟲夏草的某些成分，具有抑制由體外植入之腫瘤細胞生長的作用。
在小鼠動物實驗模式中將路易氏肺臟腫瘤細胞，轉移至肝臟進行實驗，發現冬蟲夏草水層萃取液可以抑制路易氏肺臟腫瘤細胞轉移至肝臟的現象，這顯示冬蟲夏草除了抑制腫瘤生長外，尚可抑制腫瘤轉移。
冬蟲夏草的酒精抽提物，有調節心律不整、增強心臟收縮力、抑制人類血小板凝集、預防血栓發生的功效。至於它對肝、腎方面的作用，除冬蟲夏草可改善肝功能、使乙型肝炎表面抗原轉陰、提高血漿白蛋白、抑制丙種球蛋白產生，並調整免疫功能。將其與桃仁併用具抗纖維化的作用，近年來多用於治療肝炎後肝硬化；將健牠黴素 (gentamycin) 藥物與冬蟲夏草併用，可避免此藥對近端腎小管的損傷。此外，能對由康納黴素 (kanamycin) 藥物所誘發的腎毒性急性腎衰竭的大白鼠，提早恢復其腎功能，由冬蟲夏草所萃取出的 H1-A 化合物，可減緩血尿和蛋白尿的症狀。
此外，冬蟲夏草也可用於鎮咳止喘，治療慢性支氣管炎，過敏性鼻炎，抗衰老，調節固醇類賀爾蒙的生成及壯陽等方面。
了解了上述冬蟲夏草的藥理功能後，要如何吃才能得到療效？是否到餐廳裡吃各式的冬蟲夏草料理，就可以得到前述的各種功效呢？實際上每個藥理功能是由蟲草中各個不同的成分來擔任，而各個成分對水和油的溶解度不同；因此，如果我們使用油和醇 (如甲醇或乙醇，甲醇有毒，抽取後必須除淨方可服用，乙醇就是酒精，換言之就是酒) 來抽取，則蟲草的有效成分會隨油和醇不同的混合比例而有所差異。
在實驗室，通常是用醇和乙酸乙酯，依不同的濃度去取得蟲草中的各個成分。傳統中國醫學往往會教導人們要用幾分油幾分酒慢慢去燉，其目的就是要將具有治療效果的成分抽取出來。古人不知上述的化學原理，但是他們經由經驗和歸納得知抽取有效成分的方法。
冬蟲夏草菌的人工培養
冬蟲夏草菌是一種較嗜低溫的真菌，高溫會抑制其生長。由於自然生產的資源有限，年產量明顯逐年減少，目前已不敷市場的需求。因此，如何發展人工培養技術，以滿足市場的需求，事實上存在著一個極大的商機。冬蟲夏草，左方叫「子座」, 也就是「夏草」, 右方叫「蟲體」, 也就是「冬蟲」, 蟲體是蝙蝠蛾的幼蟲。
人工固態培養的冬蟲夏草菌絲體 (瓶內白色部分)
近年來，由於各方積極的研究，上述具藥理療效的化學成分或單純化合物已一一找出，可以作為人工培養的目標。談到人工培養，第一件事就是菌株的選擇，雖然冬蟲夏草菌有四百多種，但是具有療效的只有十多種，此方面未來要靠分子生物學的技術來作分類，選擇種株。其次則是深層培養技術的開發，天然菌株有效成分的抽取率極低，產值很差，完全不符合商業開發的價值。既然有效成分已經知道，我們可以利用培養的技術進行改良，使菌株大量產出我們需要的有效成分。
由於冬蟲夏草菌株是吃葷的，因此培養基中要加入酵母水解物及碳源、氮源 (例如魚粉、蛋白凍)。早期實驗室的培養方法為液態培養，但是為了增加工業產值，必須改成大型生物培養槽發酵培養。未來，一方面要找出冬蟲夏草菌絲體大量成長的最佳條件，另一方面要找出有效成分含量最高的理想培養條件，兩者的交集，就是可以提供增加商業產值的最佳狀態。
冬蟲夏草菌是一群古老而著名的昆蟲寄生菌，其中某些菌株為傳統名貴的中藥材，具有多種特殊的生物及藥理活性，市場需求甚大，極具開發潛力。如何成功地將其開發為功能性健康食品，以及更進一步開發成為藥品，是今後要努力的方向。罐內為人工液態培養的冬蟲夏草菌絲體。 |
蛇毒抗癌 | 你覺得要是得了癌症要怎麼治療呢？A: 去驗啊。
B: 現在是有放射治療和化學治療。
C: 藥物、雷射、意志力。
D: 早期發現早期治療，真的到最後面那就只好聽天由命了。
E: 像是開刀啊、用栓塞啊、用化療啊。
專家解說:
這癌症到底用什麼方法來治療最有效？用化療、用氣功，還是求神拜佛？許多奇奇怪怪的方法你可能都聽過，但是你應該沒有聽過用蛇毒也可以治療癌症吧！這可不是偏方，而是有科學根據的哦～癌症最可怕的地方就是癌細胞的擴散，所以治療癌症最重要的工作，就是要抑制癌細胞的擴散。科學家就發現某些蛇毒，剛好就可以抑制癌細胞附近血管的生長，讓癌細胞因為得不到養分而停止擴散。科學家曾經用老鼠做實驗，證明蛇毒果然能夠抑制癌細胞的生長。
雖然這項研究還停留在實驗階段，市面上也還沒有用蛇毒製造的抗癌藥物，但是無論從科學理論或者是臨床實驗上面來看，這項研究都已經有了突破性的進展，相信蛇毒抗癌新藥的發明，也應該是指日可待。
當然，既然蛇毒能夠以毒攻毒，抑制癌細胞的擴散，那麼咱們政治人物的口水這麼毒，說不定對抗癌新藥的發明也能夠有所貢獻哦！以上單元由國科會製作提供，國科會邀請您共同加入全民科學有氧運動 |
蛇毒大師李鎮源院士 | 成長與求學
李鎮源院士於一九一五年十二月四日出生在高雄縣橋子頭，十歲時父親即已過世，由母親莊絮女士獨力撫養成人，中學就讀當時的臺南二中 (現在的臺南一中), 後來因成績優異而被保送至臺北高等學校。從該校畢業時，適逢臺北帝國大學 (臺灣大學前身) 醫學部成立，在經過激烈的競爭之後，被錄取成為該校首屆的學生。
因創辦人三田定則部長十分重視學校的師資水準，當時除了杜聰明教授是唯一的臺籍教授外，其餘被延聘至該校任教的老師均為日本各大學優秀的教授。此外，三田部長亦十分重視學生的研究，故大部分的學生在暑假期間，均會參與學校實驗室的研究工作。李院士發表的第一篇學術論文「胎兒骨骼生長過程研究」, 即是第一年暑假在實驗室所完成的研究成果。二年級時在修讀過杜聰明教授的藥理學之後，李院士就未曾間斷地持續參與各項藥理學的討論會和實驗，從此之後就和基礎醫學結下了不解之緣。
典型的本土科學家
李鎮源院士治學嚴謹，實事求是，有一分證據說一分話，在實驗過程中如有疑問，必定追根究柢，設法找出答案，充分具備科學家創新及研究的精神。從臺北帝大醫學部畢業後，李院士即在藥理學科擔任杜聰明教授的助手，並接受杜教授的指導，他的博士論文是有關蛇毒的研究。
臺灣的毒蛇依毒性作用可分成神經毒 (主要是溝牙科如雨傘節、眼鏡蛇等及海蛇科的蛇毒) 和出血毒 (蝮蛇科的鎖鏈蛇及響尾蛇科的百步蛇和龜殼花等) 兩大類，兩者的毒理作用有許多的不同。
當時日本學者在臺灣已進行許多蛇毒的研究，他們認為印度產的鎖鏈蛇蛇毒有出血作用，而臺灣產的鎖鏈蛇蛇毒不具有出血作用，因此應該是一種神經毒。杜聰明教授要他進一步研究臺灣的鎖鏈蛇蛇毒，於是他用兔子、天竺鼠進行動物試驗，最後以「鎖鏈蛇蛇毒的毒物學研究」揭開鎖鏈蛇蛇毒中毒致死的原因，並於一九四五年獲得帝大醫學博士學位。
該項研究主要是將取出的鎖鏈蛇蛇毒注入動物體後，發現動物的心臟會停止跳動，但若將毒液注入血管，則動物死得更快，在一、二分鐘後就會死亡。為什麼從血管注入，動物會死得更快？是不是有什麼成分會讓血液在血管中凝固而造成死亡？在經過解剖之後，李院士發現靜脈內有凝血，為了進一步了解是因為血管內血液凝固致死？或者是死後血液才凝固？於是李院士預先注入一種抗血液凝固的藥劑 heparin, 再注射達到致死量的毒液，結果發現實驗動物並不會死亡；如果將毒液量增加十倍，動物也不會馬上死亡，要二、三小時後才死亡。
後來證實這種蛇的毒有兩個主要成分，一個會讓血液凝固，結果被咬的人會產生血栓，另一個成分則是會造成血管擴張，被咬的人血壓會下降，因前者發生速度較快是主要的致死原因。此外，百步蛇蛇毒也會使血液不凝固，因此若先注射未達到致死量的百步蛇毒液，再注入鎖鏈蛇蛇毒，證明也不會致死。但是為何在二、三小時後會致死？則是因為含有另一種抗熱性的「酵素」產生血壓下降的結果。
除了出血性蛇毒的研究外，李鎮源院士後來亦對神經蛇毒的毒理作用產生興趣，研究的範疇逐漸延伸至神經毒方面。根據文獻紀載，如果一般人被雨傘節咬到，會出現呼吸停止的症狀，為了證實是否是因為這種毒會使中樞神經麻痺而造成呼吸麻痺，他主動去找臺大生理學科的彭明聰教授共同合作，利用電氣生理學的技術，記錄動物橫膈膜神經的活性及橫膈膜肌的動作電位。結果發現動物在注射了雨傘節的蛇毒之後，其橫膈膜神經活性仍然存在，但橫膈膜肌的動作電位會先消失，顯示蛇毒的作用是使神經末梢的肌肉麻痺，而非使中樞神經麻痺。
成功致勝的要件
李鎮源院士研究成果豐碩，學術成就卓著，探究得以成功致勝的原因，主要歸因於一貫的堅持和執著，及永不妥協的研究態度；在實驗過程中如有疑問，必定設法找出答案。另一重要因素是能慎選研究題目；當初會選擇雨傘節是因為雨傘節分泌的神經毒素比較安定，在純化的過程中不會破壞掉，有利於實驗的進行。李院士常說研究題目的選擇是非常重要的，如果沒有選對題目，就無法做出好的結果。此外，李院士最大的優點是從不畫地自限，尊重專業並善於利用他人的知識與經驗，結合研究團隊的力量，共同分工，彼此合作，是他成功致勝的另一項重要因素。
學術榮譽及成就
李鎮源院士的毒蛇研究，有許多重要的發現及貢獻，對日後從事醫學研究者有相當深遠的影響：(一) 以電泳法分離出三種雨傘節神經毒素 α、β 及 γ-Bungarotoxin, 其關於神經傳遞作用及接受體分子構造的研究，為神經生物學的一大突破；(二) 發表〈蛇毒毒素的化學與藥理〉論文，「毒素可以做為研究接受體」是最常被學者引用的觀念；(三) 推翻「神經性蛇毒致死機轉在於使中樞神經麻痺」的說法；(四) 與法國巴斯德研究所姜吉爾證明「乙醯膽鹼接受體和乙醯膽鹼分解酵素並非是同一個分子」。
由於學術上卓越的研究成就及表現，李鎮源院士因而贏得國內、外多許重要的獎項和榮譽。例如榮獲國家長期發展科學委員會「研究講座教授」、教育部「醫科學術獎」、聯合醫學基金會第一屆「醫學貢獻獎」、行政院七十五年度傑出「科技人才獎」、及當選為中央研究院院士等殊榮。一九七六年應邀擔任美國國家衛生研究院 Fogarty 國際中心訪問學人，並榮獲國際毒素研究的最高榮譽–雷迪獎 (Redi Award), 次年並獲頒為美國藥理學會榮譽會員，是少數非美國人的會員，聲名蜚揚國際。
一九七九年更應德國史賓格出版社的邀請，負責主編一本有關毒蛇研究的書籍，李院士共邀集了三十幾位從事相關研究的學者專家，分別由化學、藥理、生化、免疫及臨床醫學等不同層面切入探討，整理彙編成長達一千多頁的巨著《蛇毒》, 從此為李鎮源院士贏得「蛇毒大師」的美譽，並確立他在國內、外崇高不朽的學術地位。
社會正義與責任
李鎮源院士擔任臺大醫學院院長任內，全力推行醫師專勤制度。他認為醫師是救人的行業，當醫師不應該只是為了賺錢，應秉持職業道德與良知服務病患，醫學院的臨床醫師更肩負國家的期許及教學、研究與醫療服務的社會責任。當時的改革雖然遭受到不少的阻力，但李院士仍堅持自己的理想，絕不妥協與放棄，全力推動院內各項改革。
此外，李院士專心致力學術研究，雖然成果卓著，但仍時時不忘提攜晚學後進，為提升國內的學術研究水準而努力。李院士先後在國內發起成立「中華藥理學會」, 並聯合「中國生理學會」、「生化學會」、「臨床生化學會」共同組成「生物醫學聯合學術年會」, 成為國內最大的基礎醫學學術會議。
一九九二年更結合民間的力量，組織成立臺灣醫界聯盟基金會，期許醫界人士發揮濟世濟民的精神，醫人醫國，關懷社會。除提供專業的醫學諮詢服務外，並對政府醫療、衛生、教育及環保等相關議題提供建言，協助政策的制定。更以「健康促進與疾病防治，不分人種與國界」為訴求，積極推動臺灣參與世界衛生組織 (WHO)。
人生到處知何似
恰似飛鴻踏雪泥
泥上偶然留指爪
鴻飛那復計東西
~ 蘇軾～有感於人生無常，世事多變，李鎮源院士期望能貢獻所學，發揮個人的力量及影響力，留下生命的腳印。回顧李鎮源院士的一生，畢生奉獻臺灣醫學教育，作育英才，培育出無以數計的社會菁英。在臺大醫學院退休後及至晚年，更跨出學術研究的天地，積極投入社會運動，除提倡言論自由，主張廢除刑法第 100 條，成立臺灣醫界聯盟及創辦《醫望》雜誌外，並協助推動政府加入世界衛生組織 (WHO) 及爭取臺灣加入聯合國參與國際事務。
綜觀李鎮源院士多采多姿，充滿傳奇的一生，不論在學術成就或人文關懷方面，均堪為吾輩典範，值得學習與效法，而他為臺灣本土付出的努力與貢獻將留名青史，值得我們緬懷與推崇。 |
藥用及保健植物:臺灣珍稀藥用植物 | 珍稀藥用植物的保護
世界各國文明的發展過程，幾乎都有使用藥用植物的記載，現今開發中國家仍有約 80% 的人民依賴傳統藥物維繫身心健康，這些藥物約有 85% 取自植物界。然而，由於耕地不當開發利用、都市發展及人為過度的採擷，近年來有許多藥用植物正以驚人的速率消失。利用離體培養繁殖配合冷凍保存技術，可以確保傳統藥用植物資源的生物多樣性，況且冷凍技術更是一種可以長期保存珍稀物種原生質體的可靠方法，目前已藉由此一方式成功地保存一些藥用植物的種原。
對於製藥工業的長期發展而言，當許多具有生物活性的藥效成分，難以利用人工合成技術進行大量且低成本的生產時，藥用植物恰可提供重要及可靠的製藥來源。據統計，全世界已有 119 種被純化的藥用化學物質，是由高等植物萃取而來，這些藥用成分可以利用生物技術，如組織培養、細胞懸浮培養或生物轉化作用等方法，生產或合成二次代謝物。
臺灣中央山脈地區蘊藏著豐富的生物資源，其中不乏珍貴稀有的草藥，為供應市場日益增加的藥用需求，這些藥材長期以來從原生地被大量且恣意地採擷，正在快速減少中。為免珍貴的植物資源遭到濫採滅絕，政府已明令在劃定為國家公園的保護區內，禁止非法採摘藥用植物。
此外，為兼顧珍稀植物的保護與永續利用，行政院國家科學委員會自一九八八年起，即積極推動傳統藥用植物的研究，這些研究項目包括收集臺灣原生珍稀藥用植物的種原；發展鑑定藥用植物的簡易方法；開發利用組織培養大量繁殖藥用植物種苗的技術；分析其藥效及藥理作用，確保使用的安全；以及促進傳統中草藥的商業栽培與輸出。目前業已獲致相當成效。
近年來，農業試驗所及朝陽科技大學配合上述各項研究方針，已成功利用組織培養技術繁殖重要的傳統藥用植物種苗，其中有些藥草已開始商業化栽培，例如藉由誘導莖節再生可以繁殖海芙蓉、臺灣龍膽、輪葉沙參和臺灣金線連種苗；利用組織培養誘導當歸及延胡索體胚發生與分化。此外，也建立臺灣紅豆杉、臺灣白芷和恆春山藥的細胞懸浮培養技術，並分別生產紅豆杉醇、白芷素和山藥皂素等藥效成分。
芽體萌生繁殖
海芙蓉 屬於藍雪科多年生草本植物，主要分布於日本琉球群島、臺灣南部以及蘭嶼、綠島等沿海地區。據臺東縣境廣泛的田園調查顯示，此植物為該區域八種重要且稀有的名貴藥材之一，生長在海岸線邊緣的岩石上，綠島地區則有農民進行少量栽培。海芙蓉在原生地多以種子播種繁殖，然而，由於每年只在秋季開花且種子萌芽率甚低，因此無法在短時間內育成大量健康種苗。
臺灣民間常取葉片已脫落的乾品入藥，用來治療氣喘、肺結核、高血壓及背脊酸痛。由於市售價格每公斤可達 175 美元，加上民眾大肆濫採，目前在原生地已難發現野生族群。為保護此一珍貴植物免於滅絕，並將此具有高經濟價值的藥材進行商業栽培，利用海芙蓉不同來源培植體誘導不定芽再生，可以達到種苗快速增殖的目的。
研究顯示，將海芙蓉側芽、頂芽的莖頂組織或是葉片及花梗節等培植體，接種於含 8.87 微體積莫耳濃度 (μM) 卞基腺嘌呤 (BA) 和 1.07 μM 草乙酸 (NAA) 的培養基中，可獲得大量的芽體萌生。依此栽培模式，經 15 個月以上的持續繁殖，其芽體繁殖力仍極為旺盛。如將誘導出的芽體繼代，培養於含 4.92 μM 草乙酸的培養基中，可令其發根並經馴化後移植至土壤栽培，其存活率可達 80% 以上。
輪葉沙參 多分布於中國大陸、日本、琉球群島和臺灣，其新鮮地下根含有豐富的皂草成分，可用於治療慢性支氣管炎和百日咳，對減緩心血管疾病也有效果，並兼具殺菌作用。由於臺灣山坡地的過度開發，以及缺乏有計畫的推廣商業栽培，因此，本島所產的沙參鮮品日益減少且不敷市場需求，目前使用的藥材大部分從中國大陸轉運進口。為保護本土的輪葉沙參種原，加強探討其生育習性，並建立一套標準化快速大量繁殖種苗的流程，實為刻不容緩的工作。
據多年來的研究結果顯示，將輪葉沙參莖段芽體培養於含 8.88 μM 卞基腺嘌呤和 0.54 μM 草乙酸的培養基中，可獲得眾多的不定芽萌生；不同生長時期的培植體和植物生長調節劑，會影響其再生作用。如將誘導出的不定芽繼代，培養於含 17.75 μM 卞基腺嘌呤的培養基中，能使其持續發育形成新莖節；若再將此種培植體置於含四分之一濃度的穆拉許給─史酷格 (Murashige & Skoog) 基本鹽類並添加 5.37 μM 草乙酸的培養基中，則可誘導其發根。
穆拉許給─史酷格基本鹽類，是一種由某些無機與有機鹽類依一定比例配方配製而成的培養基，此配方在一九六二年由穆拉許給 (T. Murashige) 與史酷格 (F. Skoog) 提出。經由上述各項操作與培養技術，能在短期內獲得大量生長，且品質劃一的輪葉沙參健康種苗，而此一技術也讓種原保護、推廣商業栽培以及皂草藥用成分的分析研究，得以持續進行。
臺灣龍膽 臺灣所產原生種龍膽屬植物約有 11 個不同品種，臺灣龍膽即為其中之一，是多年生草本植物，株高僅約 12 公分左右，大多分布於中央山脈較高海拔地區。一般取其乾燥全草入藥，民間視為治療肝、膽方面疾病的要藥。由於此一重要的傳統藥材應用廣泛且為臺灣特有種植物，因此，開發離體培養技術大量增殖種苗，不但可充分供應國人藥用所需，並可兼具種原保護的效果。
將臺灣龍膽莖段芽體培養於含 4.44 μM 卞基腺嘌呤的培養基中，可使培植體萌生許多不定芽；再將此種萌發的不定芽繼代，培養於含 8.88 μM 卞基腺嘌呤和 1.07 μM 草乙酸的培養基中，可獲得大量增生的莖節。新莖節只需培養於不含植物生長調節劑的穆拉許給─史酷格培養基，即可使其發根。取根系發育健壯的苗株，移植於水苔、泥炭土和蛭石混合的栽培介質中，並置於高濕度環境的植物生長箱中進行馴化栽培後，即可獲得健康種苗。經五年多持續的繁殖研究發現，此一栽培模式對臺灣龍膽誘導出不定芽的生長活力並無弱化之虞。
近期的研究發現，由龍膽植株萃取出的藥用成分對於因肝損傷引起的免疫反應，具有抑制作用。
臺灣金線連 為蘭科多年生草本植物，屬地生蘭類，主要分布於中央山脈海拔一千五百公尺以下的原始林區，民間常取全草加水煮沸後飲用以治療胸腹痛。臺灣金線連在自然原生地雖曾普遍生長，但因人為大量採擷，導致族群迅速減少，近年來已難覓其蹤跡。
利用組織培養技術大量繁殖此一珍貴藥用植物種苗並回種於自然原生地，可使其免於遭受種原滅絕的命運，並可進行商業栽培增進農民收益。繁殖方法是將臺灣金線連莖頂培植體，接種於含 5 毫克∕公升卞基腺嘌呤和 0.3% 活性碳的穆拉許給─史酷格基本鹽類培養基中，可獲得許多增生的不定芽；如將此種培植體接種於液體培養基並置於迴轉式振盪器中振盪培養，更可在短期內獲得大量苗株。
體胚分化繁殖
延胡索 屬罌粟科紫菫屬植物，本屬約有 320 種植物，廣泛分布於北半球，其中約有 70 種為大陸、日本及韓國等國的傳統草藥。利用乾燥或磨成粉末的延胡索地下塊莖可治療胃與十二指腸潰瘍、心律不整及其他疾病。延胡索地下塊莖含有許多具有藥理活性的植物鹼。
延胡索為多年生草本植物，株高約 20 公分；中國大陸業者常在栽培一年後，掘取其地下塊莖以供利用。塊莖往往易遭真菌類疾病的侵襲，霜霉病為其主要的病害。若使用已受感染的塊莖做為種苗，或將健康塊莖與已受感染的塊莖一起種植於田間，則不只產量會減少 30~50%, 且會影響到藥材的品質。
藉由體胚發生的途徑，可有效地自延胡索塊莖來源的癒合組織再生完整的植株。利用延胡索成熟塊莖的切片做為培植體，接種於含有 2 毫克 / 公升卞基腺嘌呤與 0.5 毫克 / 公升草乙酸的穆拉許給─史酷格培養基，於暗培養下可誘得塊莖來源的癒合組織。利用上述的癒合組織，於含有不同濃度細胞分裂素 (cytokinins) 的穆拉許給─史酷格液態培養基中，光照培養二星期後可誘得體胚。
將發育良好的體胚繼代，置於添加 1 毫克 / 公升玉米素 (zeatin) 的穆拉許給─史酷格液態培養基中，以誘使其根系的生長及發育。此外，將體胚培養於含有 6% 蔗糖的穆拉許給─史酷格固態培養基，可誘導延胡索幼苗的發育及塊莖的形成。在培養的過程中，於子葉基部與塊莖處可發現二次體胚的產生。這種延胡索大量繁殖系統的建立，可應用於無菌塊莖種苗的生產，以及轉基因植物的研究。
當歸 眾所熟知，當歸的根部是具有補血功能的傳統中藥，通常用於貧血症、經期失調及風濕病。農試所組織培養研究室利用來自當歸未成熟胚的癒合組織以誘導體胚的發生，發展出穩定且具再現性的優良系統。
取當歸未成熟胚的癒合組織，培養於含有 0.5 或 1.0 毫克∕公升二氯苯氧乙酸 (2,4-D) 的穆拉許給─史酷格液態培養基中，可維持體胚發生的能力。大約有 40% 的體胚可長成小植株，此小植株移植於土壤栽培時，能夠存活下來，並且生長良好。過去十年來，具有體胚發生能力的當歸懸浮細胞，一直在本培養系統下維持良好的狀態，並未喪失其體胚發生的能力。此當歸再生系統的建立，可應用於種苗的全年生產，不再受季節變化的限制。
細胞懸浮培養技術
細胞懸浮培養技術可用於培養大量的植物細胞，以萃取重要的植物二次代謝物，並可減輕由野外棲地採集野生植物的壓力。
臺灣紅豆杉 (紫杉) 紫杉醇為威尼 (Wani) 博士與其研究人員，於一九六九年從太平洋紫杉的樹皮中萃取而來，是一種雙草烯胺類的化合物，同時發現此化合物具有抗腫瘤效果。最近，美國食品藥物管理局 (FDA) 已允許利用紫杉醇治療卵巢癌及乳癌，且對於黑色素腫瘤、肺癌與其他固體腫瘤亦具有療效。
如果，自紫杉樹皮萃取紫杉醇是商業上的唯一來源，大約三公釐厚的太平洋紫杉樹皮只含 0.001% 的紫杉醇，一棵百年老樹大約有三公斤的樹皮，約含有 30 毫克的紫杉醇，此量僅為治療一位癌症病人一次療程的劑量。若以一個全程治療需要二公克紫杉醇來計算，則需要七棵百年紫杉老樹的樹皮才足夠一個癌症病人的需要，因此紫杉醇臨床的供應上仍然存在著許多限制。
對一棵樹進行剝皮處理，無疑將殺死這一棵樹，因此大規模採集紫杉樹皮以生產紫杉醇，將導致太平洋紫杉在短短數年內即自地球上消失。基於上述理由，研究癌症化學治療藥劑紫杉醇的另一種生產方式，是目前最熱門的課題。
世界上大約有 11 種紫杉屬植物，且都生長於北半球。目前為止已有 10 種紫杉屬植物建立組織與細胞培養系統，其中包括體胚及體胚相似物的培養。而且大部分均含有抗癌的植物鹼–紫杉醇，以及與紫杉醇相似的化合物。
臺灣紅豆杉是生長於海拔約二千公尺左右的臺灣特有珍貴樹種，已被列為瀕危且急需保護的稀有高級樹種。為了開發紫杉醇的新來源，針對臺灣紅豆杉的樹皮與葉片等不同組織的萃取液，利用高效液相層析儀，進行紫杉醇與紫杉醇相關化合物定性與定量分析，結果顯示臺灣紅豆杉葉片萃取液中具有較高的紫杉醇與其類同物含量。
利用紅豆杉的針葉與莖部做為培植體，培養在含有 2 毫克 / 公升二氯苯氧乙酸或草乙酸的 B5 配方的培養基中，於暗培養下誘導癒合組織的形成。利用針葉與莖部來源的癒合組織可建立不同的細胞系，以生產紫杉醇與其類同物。
白芷 常利用於治療頭痛與牛皮癬，是一種極有價值的中草藥，而其白芷素為治療皮膚病的主要有效成分。臺灣白芷為一多年生、且為本土特有種的植物。農試所組織培養研究室已成功利用細胞懸浮培養生產臺灣白芷的主要藥用成分–白芷素。
臺灣白芷植物體，係採自其自然棲地–陽明山國家公園。利用葉柄做為培植體，培養在含有 1 毫克 / 公升二氯苯氧乙酸及 0.5 毫克 / 公升凱因庭 (Kinetin)(是細胞生長激素的一種) 的穆拉許給─史酷格培養基中，可誘導癒合組織形成，所得癒合組織則可用於建立細胞懸浮培養。藉由在培養基中增加磷酸濃度至二毫體積莫耳濃度 (mM), 並改變氨態氮與硝酸態氮的比例為 2:1 等處理，可有效增加懸浮細胞的白芷素的含量。利用葡萄糖做為碳源，其效果較蔗糖或果糖好。在培養基中添加 0.5~1 毫克 / 公升卞基腺嘌呤有助於白芷素的形成，但添加草乙酸則不利於白芷素的形成。
山藥 為薯蕷屬、薯蕷科植物，在傳統中藥中常用為滋補強壯劑。臺灣土產恆春山藥的塊根含有高品質與高產量的活性化合物，已被農民廣泛繁殖與栽培。山藥塊根在市場上常供不應求，主要因為塊根不僅具有藥用的功效，亦可做為食物的來源，而塊根中最重要的活性化合物–山藥皂素，是合成多種重要類固醇藥物的前驅物。
為增加山藥皂素的產量，以及熟練其純化的過程，農試所及朝陽科技大學已成功建立恆春山藥的細胞懸浮培養。利用來自恆春山藥的零餘子或莖節的癒合組織，培養於含有 0.1 毫克 / 公升二氯苯氧乙酸與 3% 蔗糖的液態穆拉許給─史酷格培養基中，以轉速為每分鐘 120 轉的震盪器培養，可得細緻且分散均勻的懸浮細胞。雖然 6% 蔗糖的處理可獲得較大的細胞生產量，但山藥皂素的產量仍以 3% 蔗糖的處理較高。
利用高效液相層析儀，分析不同培植體來源的懸浮細胞中山藥皂素含量，結果發現零餘子來源的懸浮細胞每克乾重含有 3.3% 的山藥皂素，明顯高於莖節來源的 0.3%。比較組織培養品與栽培的塊根，發現零餘子來源懸浮細胞中山藥皂素的含量幾乎和塊根一致，因此利用細胞懸浮培養技術生產山藥的活性化合物–山藥皂素，應是相當可行的方法。
將傳統藥用植物的種原，以無菌培養的方式加以保存，對於提供化學上分析與醫藥上研究是相當重要的課題。利用組織培養繁殖技術，除了可大量生產無感病的本土藥用植物，使它們在自然棲地上重現外，更可在國際研究機構間進行種原的安全交換。此外，根據研究結果指出，利用植物細胞懸浮培養的方式，可生產紫杉醇、山藥皂素與白芷素等重要的醫藥用化合物，值得業界投入進行量產。 |
森林產業與保育:台灣紅豆杉傳奇 | 受法律保護的貴重樹種
台灣針五木是指代表台灣針葉樹種中最優良的 5 個木材樹種。最早於 1912 年英國學士院艾維斯 (H. J. Elwis) 建議針五木為紅檜、台灣杉、香杉、台灣油杉、台灣肖楠。1976 年林務局廖大牛先生提出新的看法，認為台灣針五木的含意有二種：一種是分布廣及全島，木材蓄積又豐富，植物學上有特殊意義的五個樹種，即台灣扁柏、紅檜、台灣杉、台灣肖楠、香杉；另一種是因台灣光復後，木材需求甚殷，因此以林木砍伐後商業價值高的樹種來代表，即台灣扁柏、紅檜、台灣肖楠、香杉、台灣紅豆杉。
後來臺灣大學森林系郭寶章教授在 1995 年整合這二種含意，他認為台灣扁柏與紅檜習稱檜木，可視為同一類，於是台灣針五木就成為檜木、台灣肖楠、香杉、台灣杉、台灣紅豆杉。
台灣紅豆杉是喬木，高達 20 公尺以上，在胸高處的直徑可達 1 公尺以上。紅豆杉的名稱來自它的果實有紅色假果皮，又稱紫杉。台灣紅豆杉稀疏散布在台灣中高海拔高山，最低在北橫 1,200 公尺，最高在南投高達 2,900 公尺的治茆山上，呈不連續分布，過去遭盜採嚴重，在保育等級列入瀕臨絕滅。
國際自然保護聯盟 (ICUN) 在 1975 年於美國首府華盛頓簽署一份國際公約，為確保野生動物與植物的國際交易行為不會危害到物種本身的延續，對瀕臨絕滅的物種限制進出口。台灣紅豆杉是名列第二類保護的樹種，無論植物體或原料在進出口時，都要政府證明是來自栽培而非採自野生的植物，因此目前台灣紅豆杉受到國際嚴密的保護。
2015 年政府也為保護具高經濟或生態價值，並經中央主管機關公告的貴重木樹種而修訂森林法，對竊取的森林主產物是貴重木者，加重其刑至二分之一，併科贓額十倍以上二十倍以下罰金。同年農委會公告台灣紅豆杉是 12 種貴重樹種之一，要用重法來保護台灣的貴重木。
物種起源
紅豆杉是孓遺植物，孓遺是殘留的意思，指在遠古時代就已經存在，而現今仍有殘存族群的生物。由紅豆杉的化石紀錄，可推至 2 億年前的侏羅紀，與恐龍同時代，分布在歐亞大陸。
台灣島形成於 5 百萬年前，約在 1.1 百萬年前的冰河時期，中國的南方紅豆杉 (Taxus mairei) 靠種子傳播由冰天雪地的大陸環境南遷到較溫暖的台灣。當時冰河期時因海平面下降，台灣與大陸相連，因此可順利到台灣避難。但當地球回暖，冰河融化，海平面上升，來台灣避難的紅豆杉就在台灣的高山定居，並開始分化，與中國的南方紅豆杉在植物分類上仍屬同種，但 DNA 已有些許差異。
在台灣生長的紅豆杉最早稱為台灣紅豆杉，後來台灣植物誌把從南洋半島至中國華南、台灣、菲律賓分布的紅豆杉都稱為南洋紅豆杉 (T. sumatrana)。接著分類學家又把本種做為西藏紅豆杉 (T. wallichiana) 的變種，學名是 T. wallichiana var. mairei。不過最近從葉綠體 DNA 與細胞核 DNA 的研究顯示，認為應該是以早期用的台灣紅豆杉的學名 (T. mairei) 較為正確。
台灣紅豆杉不同於其他針五木樹種，是屬於雌雄異株。不同於被子植物的葉綠體 DNA 是母系遺傳，它的葉綠體 DNA 是父系遺傳，因此檢定葉綠體 DNA 就可以知道父系的遺傳歧異度及花粉傳播的途徑。而從細胞核 DNA 的研究，可以知道母系遺傳及種子傳播的距離，以及紅豆杉種間的親緣關係。葉綠體 DNA 比核 DNA 的突變率低 (演化率低), 且不會發生遺傳質的交換，適合用來研究親緣關係與物種遷移的足跡。
2007 年，中國中科院昆明植物所與英國愛丁堡皇家植物園合作，在中國大陸、北越與台灣共取了 1,235 株紅豆杉群的葉片樣本，進行葉綠體 DNA 分析。依據葉綠體 DNA 條碼 trnL-F 的 1 個突變約相當於 0.55 ± 0.32 百萬年來計算，台灣紅豆杉源起於約 6.58±3.8 百萬年的西藏紅豆杉，經 3.29 ± 1.9 百萬年分化成南方紅豆杉，再經 1.1 ± 0.6 百萬年遷移到台灣。
但在 2011 年時，同一研究團隊利用 5 個葉綠體 DNA 條碼與 1 個細胞核 ITS 的 DNA 條碼，判定西藏紅豆杉與南方紅豆杉是不同的紅豆杉群。南洋紅豆杉、中國紅豆杉與南方紅豆杉同屬南洋紅豆杉群，但這 3 種仍可用 DNA 條碼辨別種間差異。因此根據最新的研究，台灣紅豆杉的學名應該是 T. mairei。
抗癌功效
紫杉醇最早從美國的太平洋紅豆杉樹皮中發現，在 1992 年核准用於治療卵巢癌。從樹皮萃取紫杉醇造成原生的太平洋紅豆杉與雲南紅豆杉被大量伐採，使得紅豆杉天然族群備受壓力，因此全世界開始尋找枝葉中紫杉醇含量高的品種，以栽培生產紫杉醇。曼地亞紅豆杉 (T. x media) 的枝葉含有 200 ppm (每公斤乾枝葉約可生產 200 毫克) 的紫杉醇，因而被選拔出來並大面積栽培。
另外也發展人工合成紫杉醇的方法，其中最有效的方法就是從歐洲紅豆杉 (T. baccata) 的枝葉提煉紫杉醇的前驅物–10-DAB (10 - 去乙醯巴卡亭 III), 經人工半合成製成紫杉醇或溶水性較高的多西紫杉醇 (docetaxel), 又稱歐洲紫杉醇。歐洲紅豆杉枝葉含有濃度 2,000 ppm 的 10-DAB,1 公斤的 10-DAB 可以合成 1 公斤的多西紫杉醇，生產效率高於天然紫杉醇。目前紫杉醇的全球市場約 10 億美元，而多西紫杉醇的市場高達 31 億美元。
近幾年紫杉醇的二、三代藥陸續被核准，2005 至 2013 年間，紫杉醇和人體的白蛋白結合所形成新的抗癌藥，可使紫杉醇較容易進到腫瘤裡，能治療轉移性的乳癌、非小細胞肺腺癌、轉移性胰臟癌等 3 種癌症。2010 年由 10-DAB 合成的新藥也經核准治療轉移性攝護腺癌。紫杉醇類原料的需求越來越大，估計全球需求量約 3,000 公斤。在生產抗癌原料藥上，台灣生技業並未缺席，台灣製造的太平洋紫杉醇與多西紫杉醇的原料藥，分別占全球的 21% 及 38%, 不過所有的原料都仰賴進口。
育種栽培
台灣紅豆杉可做為生產紫杉醇或 10-DAB 的來源嗎？1993 年曾採集散布在高山的天然台灣紅豆杉母樹，利用扦插、嫁接、組織培養等無性繁殖方式使母樹繁殖保存下來。這些天然母樹的年齡估計已達數百年至千年，無性繁殖出來的苗木都保留原母樹的生理年齡，生長緩慢。但經由連續嫁接於種子苗及組織培養方式，可以使這些苗木返幼年化，恢復年輕。
另外從台灣各山區採集種子培育種子苗，選拔生長佳的優勢苗木各 10 株，與原生母樹無性苗在烏來、南投、高雄、台東建立栽培區，長期監測這些品種的生長以及紫杉醇的含量穩定性，並從中選拔出 3 個品系，分別命名為紅豆杉台紅 1、2 及 3 號。這 3 個品種都已建立採穗園，每年可生產數萬支插穗，大量繁殖扦插苗。培養 1.5 年苗高約 25 公分的扦插苗，就可以栽植到農場以茶園經營方式栽培。3 年之後苗高約 1 公尺，利用採茶機採收樹高 50 公分以上的枝條。
目前台紅 1 號栽培面積最大，生產的紫杉醇產量是曼地亞紅豆杉的 2 倍，因此已經建立在台灣栽培台灣紅豆杉生產紫杉醇的產業。由於受到台灣山地可栽培面積的限制，無法如歐美印中等大陸型國家可大面積栽培，同時為因應台灣常面臨的颱風、豪雨、乾旱等頻率越來越高的極端氣候，因此發展混農林體系，也就是把紅豆杉栽培在林下。經過 10 年的栽培，歷經十數次的颱風，包括八八水災、反常的乾旱，枝葉與紫杉醇都可維持穩定生產。
生物反應器培養
紫杉醇也可利用生物反應器來生產。跟育種一樣，都是先篩選優良的細胞株，在三角瓶中培養找到最佳培養基與誘導劑，再放大到各類型的生物反應器培養。
一般商業化的生物反應器培養基，需包含建立細胞生長所需要的營養液與最適合刺激細胞生產紫杉醇的誘導劑。常用的生物反應器是攪拌式反應器，其優點是容易使細胞與營養液混合均勻，缺點是攪拌葉片容易對細胞造成物理傷害。另外細胞經長期培養，其 DNA 會突變或甲基化，使合成紫杉醇的基因無法表現，導致紫杉醇產量銳減。因此毛狀根培養比細胞培養更為穩定。
毛狀根的誘導是利用一種土壤微生物農桿根群菌感染植物體，這種微生物會把發根的基因插入植物細胞的 DNA 上，促使植物體發根，同時生產這微生物所需的養分。利用這種微生物提供的發根基因，誘導出的毛狀根可在營養液中不斷地生長，也可在生物反應器中快速生長。許多植物的根所含的藥效成分往往高於地上部的枝葉，像曼地亞紅豆杉枝葉紫杉醇含量 200 ppm, 但根部的含量可達 900 ppm, 因此利用毛狀根長期培養生產紫杉醇的潛力很大。
目前利用生物反應器培養紅豆杉細胞生產紫杉醇已經產業化，2014 年美國的 Phyton Biotech 公布利用生物反應器年生產的紫杉醇是 500 公斤，生產的原料藥也得到歐美的認證。這在生物技術上是件偉大的成就，代表著利用細胞工廠生產能取代傳統的農場生產。
不過到目前為止，工業生產仍未能取代農場經營，主要是成本效益及農業育種改良。例如人參毛狀根的生物反應器培養成本是 47 美元 / 公斤，而農場成本是 35 美元 / 公斤。另外生物反應器投資成本高，建立一個 50 噸以上的生物反應器生產線，估計超過 10 億元新台幣。以目前生物反應器的產量，仍不足以供應全球所需的紫杉醇。
展望
台灣紅豆杉與中國同種的南方紅豆杉經過百萬年的隔離，基因的突變已形成分化的品系，台灣紅豆杉具有較高的耐熱性與在亞熱帶地區的適應性。目前已選育出具有競爭力的品種來生產紫杉醇，配合台灣生產原料藥的市場占有率，可建構從農場栽培到抗癌藥物的紫杉醇生產線。雖然台灣受到栽培林地的限制，無法像大陸型國家大面積企業化經營，但結合農村社區的發展，利用林木與林下栽植，能建立一個生產、生活與生態兼具的三生農業，提供產業穩定生產紫杉醇的植物原料。
另外，利用細胞與毛狀根培養生產紫杉醇的模式，雖然國外大企業已經商品化，但細胞株與毛狀根株的品系仍然是生產技術的關鍵。同時，符合藥品生產認證的一次性培養塑膠袋產品的開發，使得利用生物反應器投資生產變得快速易行，對於耗時與高成本建立的傳統大型不銹鋼生物反應器的工廠，變得更有競爭力。 |
從反式脂肪認識脂肪 | 近年來在新聞媒體、食品廣告或電子信件中經常見到有關「反式脂肪」的警語，上網鍵入這個名詞，也可以立即查到一大籮筐的相關資訊。但是身為化學專業者，卻很少看到在化學方面有比較深入的介紹。平常給文法商科同學上通識化學課時，發現大多數同學都不知道「脂肪」是什麼樣的分子結構？健康檢查表上常有一項「三酸甘油酯」的數據，它與「脂肪」又有什麼關係呢？一般人對「脂肪」的認識，就是覺得它油膩膩、不溶於水，而烹調最常用的油脂是液態的沙拉油，或是固態的豬油、牛油。讀到這裡，會立即想到一連串疑問 — 為什麼有的油是液態？有的是固態？還有「沙拉油」究竟是什麼油？從哪裡提煉出來的？沙拉油是什麼油
非常明顯地，豬油、牛油來自動物。相對地，任何提煉自植物的油都可以稱為「沙拉油」, 換句話說，都可以用來拌沙拉。不過一般市場賣的沙拉油多取自黃豆，或標示為「大豆沙拉油」, 或是幾種植物油的混合物。
植物或動物油的組成確有顯著的差別，植物油含的脂肪酸主要是不飽和的，飽和脂肪酸的比率多在 20% 以下，但是椰子油和棕櫚油除外。豬油、牛油含的飽和脂肪酸則至少在 40% 以上。任何提煉自植物蔬菜的油都可以稱為「沙拉油」(圖片來源：李金駿)
上為棕櫚酸 (左) 及油酸 (右) 的化學結構及分子模型，下為各種食用油脂肪酸比率 (%) 表列。
為什麼油會有不同的狀態
為什麼飽和脂肪酸含量高的油在室溫就會呈固態呢？這與分子的排列有關。分子排列得越整齊，分子和分子之間的作用力就越強，要想打散這種整齊的排列，就需要費更大的力氣，或者說較高的能量或熱量。固態就是分子排列得很整齊、很緊密的狀態，所占的體積較小。如果整齊的分子被打散，分子與分子間的距離拉大了，但是彼此之間仍然具有一定吸引力時，呈現的狀態就是液態。
由此推理，氣態分子自然是更自由自在，分子間距離很大，幾乎不再具有任何的吸引力或約束力。室溫下成固態的豬油、牛油，受熱融解成液態的溫度就是它們的「融點」。反之，從液態凝固成固態的溫度稱為「凝固點」, 而融點與凝固點其實就是同一個溫度。那麼飽和脂肪酸分子究竟長什麼樣子？為什麼可以排列整齊呢？自然界中最常見的脂肪酸大多含有 16、18 或 20 個碳。通常根據實際「飽和」脂肪酸的分子模型，以鋸齒狀表示長鏈。如果是「不飽和」脂肪酸，則長鏈部分有一個或數個「雙鍵」, 以二條線來代表雙鍵。
雙鍵上的二個氫原子 (H) 在同一邊，就稱為「順式雙鍵」, 自然界的不飽和脂肪酸所含的「雙鍵」都是順式的，因此稱為順式脂肪酸，有時簡稱為「順式脂肪」。若雙鍵上的二個氫原子在雙鍵的異邊，就稱為「反式雙鍵」, 自然界的「反式脂肪酸」只有在反芻動物的牛油或牛奶裡面以極低量 (約 2 ~ 5%) 存在，是由反芻動物胃部的某些細菌合成的。
比較飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的分子結構，你一定同意近似直線型的飽和脂肪酸分子應該較容易整齊排列。不飽和脂肪酸分子的結構轉了一個大彎，要讓它們整齊排列，就必須把溫度降得很低，因此像不飽和的油酸，凝固點 (融點) 是攝氏 13 度，飽和的棕櫚酸融點則在攝氏 63 度。所有的分子只有在絕對零度 (攝氏零下 273 度) 時才一動也不動，溫度越高，分子運動的幅度越大。
在融點時，表示分子動亂得已經無法維持整齊排列，而從整齊排列的固態散亂成液體狀態。不飽和脂肪酸分子不容易排列整齊，也就容易形成液體狀態，因此不飽和脂肪酸含量較高的植物油常以液態存在。
反式脂肪的來源
自然界的不飽和脂肪酸大多是順式的，那麼反式脂肪從何而來呢？原來這與融點有關。我們要塗麵包時，總不便用液體的沙拉油吧？如果用牛油，剛從冰箱拿出來時又嫌太硬，不容易塗抹，在室溫放置一段時間後，軟硬才恰好適用。可是多數時間我們都不耐煩等待，最好從冰箱一取出，軟硬就剛好方便塗抹，「人造奶油」因此有了市場。
植物油進行部分氫化處理就能製造出植物奶油
「人造」奶油並非完全人工合成，只是把天然的植物油加工而成。前面說過植物油含不飽和的脂肪酸較多，在室溫下呈液態；動物油含飽和的脂肪酸較多，在室溫下呈固態。如果可以把兩者所含的脂肪酸成分調整一下，譬如把植物油中的飽和脂肪酸比率調高一點，讓它的融點略微升高；或者把動物油中的不飽和比率調高一點，讓它的融點略為下降，不就可以滿足需求了嗎？在化學應用上前者很容易做到，就是使植物油進行「部分氫化」處理，把部分不飽和脂肪酸在加入氫氣氫化後轉化成飽和的脂肪酸，只要適當地調整氫化程度，就可以製造出軟硬恰好的固態「植物奶油」了。賣場上所稱的「乳瑪琳」, 就是一種植物奶油，是從英文名「Margarine」而來。另外食品業者烘培油炸時用的軟軟的固態酥油 (shortening), 也是屬於這種氫化植物油。事實上，沙拉油也多經由輕度的氫化以延長其保存期限。
飽和或不飽和脂肪酸的「飽和」兩字，其實就是針對「氫原子」的數目而言。當「碳 — 碳」化學鍵上鍵結的氫原子數目完全滿足的時候，就稱為「飽和」的單鍵，尚缺 2 個氫原子時，就稱為「不飽和」的雙鍵。因此含有不飽和雙鍵的脂肪酸，在適當的條件下，會與提供氫原子的氫氣進行化學反應，吸收了 2 個氫原子後，就從雙鍵變成飽和的單鍵。如果提供的氫原子數目不足以讓所有的雙鍵都變成單鍵，就稱為「部分氫化」。
反式脂肪的負面影響
「反式脂肪」的來源實與「氫化」過程有關，是氫化過程的中間副產物。在進行這個化學反應時，因為反式雙鍵的分子能量較低、較穩定，部分的天然順式雙鍵會轉變成反式雙鍵。氫化後的「植物奶油」像乳瑪琳，所含的反式脂肪約占其重量的 10 ~ 15%。這種植物奶油的使用，至少已有百年的歷史，直到近一、二十年才被醫學上懷疑其中所含的「反式脂肪」可能與心血管類疾病有關。
多篇研究報告都指出，反式脂肪不僅會增加血液中低密度膽固醇 (LDL, 所謂的壞膽固醇) 的濃度，更會降低高密度膽固醇 (HDL, 好膽固醇) 的濃度。換句話說，就是大大增加了冠狀心血管疾病的發生。
為什麼反式脂肪會引起這些健康上的問題呢？目前最被大家接受的理論是人體的脂肪酶具有高度的選擇性，只會分解具順式脂肪酸的脂肪，無法分解反式脂肪。因此反式脂肪長期滯留在血液中亂竄，容易在血管壁上沉積，導致血管的窄化。
脂肪究竟何所指
一般泛稱的人體脂肪，主要包含兩種成分 —— 三酸甘油酯和膽固醇。那麼前面介紹了大半篇幅的「脂肪酸」, 難道不是人體脂肪的主要成分嗎？它是的，只是很少單獨存在，絕大多數的脂肪酸都是與甘油結合成中性的甘油酯，也就是說，脂肪是以甘油酯的形式存在於人體內。
甘油有 3 個醇基，非常容易溶於水，是很多皮膚保養劑的主要成分。這 3 個醇基可以和 3 個相同或不同的脂肪酸作用，生成不再溶於水的「三酸甘油酯」, 酯就是脂肪酸與醇作用產生的產物。其實各種動植物油的脂肪酸也都是以這種甘油酯的狀態存在，被吃入身體後，小腸的脂肪酶會把甘油酯水解成自由狀態的脂肪酸加以利用，如有多餘未被利用的，再組合成甘油酯儲存在皮下脂肪組織中。
好壞膽固醇
膽固醇分子的化學結構與脂肪酸完全不同，它是類固醇一類的分子，不溶於水，溶於油脂。人體血液 80 ~ 90% 是水分子，因此膽固醇在血液中無法溶解。那要如何運送膽固醇呢？只好借助血液中的脂蛋白，這種蛋白分子很大，外圈具有一些可溶於水的官能基，內圈則是脂溶性的，可把膽固醇包在裡面。
一般所謂好的膽固醇是指高密度的脂蛋白 (high density lipoprotein, HDL), 可把體內周邊組織中多餘的膽固醇運回肝臟分解，還會順便攜回血液中游離的膽固醇，這種脂蛋白約含 50% 的脂質及 50% 的蛋白質。壞的膽固醇則是指低密度的脂蛋白 (LDL), 負責把肝臟中的膽固醇運送至身體各周邊組織，所含的脂質約占 80%, 極易在血管壁上沉積，生成斑塊，導致血管的狹窄。
膽固醇主要由飽和脂肪酸合成
膽固醇濃度過高易引發心血管疾病，難道它對身體沒有好處嗎？有，有很多重要的功能。膽固醇是細胞膜的重要組成，體內約半量的膽固醇都在這裡。膽固醇是很多類固醇譬如男女性荷爾蒙、膽酸、甚至維他命 D 的前驅物，因此絕對不可缺少膽固醇。
膽固醇的來源除了部分直接來自食物中的動物脂肪外，約 70% 是由體內合成。合成的原料是什麼呢？就是飽和脂肪酸！不飽和的脂肪酸不會合成膽固醇。由各種動植物油的組成可看出，奶油、牛油及椰子油的飽和脂肪酸比率特別高，豬油也不低，也就是說比較容易在人體內產生膽固醇。相對地，各種植物油的不飽和脂肪酸比率則較高，因此不易產生膽固醇。這也是為什麼從健康的觀點植物油受到推崇的原因。
單元與多元
近年看到很多健康食品的廣告，鼓勵大家補充魚油，諸如 DHA、EPA、ω-3 酸、ω-6 酸等。一般魚油所含的「多元不飽和脂肪酸」可能高達 60%, 那「單元」、「多元」又代表什麼意思呢？原來「單元」是指脂肪酸化學結構中只含有一個雙鍵，「多元」當然就是指結構中含有多個雙鍵。我們身體也會自行合成脂肪酸，但是只會合成飽和的及單元不飽和的脂肪酸。不幸的是，身體又非常需要多元不飽和脂肪酸，因此只好自食物中攝取，同時也把多元不飽和脂肪酸稱為「必需脂肪酸」, 像維他命一樣不可或缺。多元不飽和脂肪酸的另一化學特性是較不安定，比較容易在空氣中氧化成有異味的小分子。膽固醇的化學結構 (所有類固醇都具有 A–D 四個環的基本骨架)
瓶裝植物油，示意圖
多元不飽和脂肪酸
DHA 的原文全名是「二十二碳六元不飽和脂肪酸」(或稱二十二碳六烯酸),EPA 則是「二十碳五元不飽和脂肪酸」(或稱二十碳五烯酸)。植物油中最常見的多元不飽和脂肪酸，是 18 個碳含 2 個雙鍵的亞油酸 (linoleic acid) 和 18 個碳含 3 個雙鍵的亞麻油酸 (linolenic acid), 我們需要這些不飽和脂肪酸去合成 20 個碳的各種前列腺素 (作用類似荷爾蒙)。
那麼廣告中常出現的 ω-3、ω-6 酸，又是什麼酸呢？要解釋「ω-3、ω-6」, 最好藉由化學結構來說明。「ω」(omega) 是希臘字母的最後一個字母，用來代表尾端，「ω-3 酸」表示從尾端算來第 3 個碳上有雙鍵的酸。同樣地，「ω-6 酸」代表從尾端算來第 6 個碳上有雙鍵的酸。因此立即可以看出亞油酸和花生四烯酸都屬於 ω-6 酸，EPA、DHA 和亞麻油酸則屬於 ω-3 酸。
由於人類缺少某些酵素，無法合成自尾端數來 7 個碳以內的雙鍵，但是這些多元不飽和酸又是身體必需的酸，只好設法自食物中攝取。植物油中含 ω-6 酸較多，ω-3 酸很少，海產類如深海魚油含 ω-3 酸特別豐富。但是專家建議各種飽和、不飽和脂肪酸的食用，應維持接近某一比例，過量補充 ω-3 酸絕非明智之舉。
零反式脂肪
最後再回到反式脂肪的課題。自從反式脂肪的負面效應越來越明確後，很多國家都開始限制它在人造奶油中的含量，美國甚至規定從 2008 年 7 月起，食品中不得含有反式脂肪。臺灣則自 2008 年元月起，所有市售包裝食品營養標示的脂肪項下，須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。由於這些嚴格的限制，各國也競相研發出數種改良的氫化反應條件，諸如高壓、低溫、改用較貴重的金屬觸媒等，以降低或避免反式脂肪的產生。
市售包裝食品的營養標示自 2008 年元月起，須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。
認識了這些與脂肪、健康相關的專有名詞後，希望大家不再被一些誇大的廣告用語矇騙，不必草木皆兵，而學習做一個聰明的消費者，並更加知道如何維護自己和家人的健康！ |
食用油怎麼挑? | 橘子：天啊～怎麼才過個年，我就胖 2 公斤啊！媽～都是妳啦，年菜煮怎麼多，而且有些都好油喔！發媽：唉呦～不油怎麼會好吃？怎麼會香？而且我有選電視上說的那種「不飽和脂肪酸」比較高的油啊，很健康的啦！但是... 孩子的爸，脂肪酸飽不飽和是什麼意思蛤？發爸：油的成分是脂肪酸，脂肪酸有分三種，分別是單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸，飽和脂肪酸如果含量高，就比較耐高溫，可以拿來油炸，比較不會起油煙，但是容易造成動脈硬化，比較不健康，像牛油、奶油、豬油、雞油這些都是屬於飽和脂肪酸比較高的油。
發媽：是喔！我以為不會起油煙的油就是好油耶～原來我搞錯了喔！柚子：那是不是用植物油就比較健康？發爸：這也不一定，像椰子油和棕櫚油所含的飽和脂肪酸也很高，很多糕餅甜點都是用這種植物油做的，吃多了也很不健康的喔！專家的話 :
油的主要成份是三酸甘油酯，它是由三個脂肪酸分子與一個甘油分子結合而成的化合物，甘油為三個碳的短鏈分子，脂肪酸含有碳的數一般是 4 到 22 個碳之間，比較常見的脂肪酸通常含有 16 個碳以及 18 個碳的長度。
油的主要成份雖然都是三酸甘油酯，但是當中的脂肪酸還分飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸含量越多，油越不安定。所謂的飽和脂肪酸是碳與碳的聯接都是單鍵，沒有雙鍵；而所謂的不飽和脂肪酸指的是某些碳與碳之間是以雙鍵的方式鍵結。不飽和脂肪酸又依據不飽和雙鍵的數目，而分為單元不飽和與多元不飽和脂肪酸。含飽和脂肪酸較多的脂質，如動物性油脂、黃油 (butter)、在室溫下為固態，而椰子油、棕櫚油等則為液態；飽和脂肪酸比較穩定，比較不容易氧化。相對的植物性油脂則大都含有較高比率的單元不飽和脂肪酸，如橄欖油、芥花子油，或多元不飽和脂肪酸，如大豆油、葵花油、玉米油等，在室溫下呈現液態。
從預防心血管疾病的角度來看，不建議攝取過多飽和脂肪酸，相對的，不飽和脂肪酸含量多的油脂較有益於健康，但由於加熱後容易發生氧化反應而產生自由基且帶來氧化傷害，故含多元不飽和脂肪酸高的油脂是不適合高溫油炸的，所以烹煮食物愈到需要高溫油炸的時候，營養學家會建議選擇含飽和脂肪酸較多、不飽和脂肪酸較少的油脂。因為不飽和脂肪酸不穩定，所以食品加工業者則利用「氫化作用」來增加其飽和度、穩定性及可塑性。自然界中的不飽和脂肪酸大都為「順式雙鍵」, 但加工過程中所產生的「反式脂肪酸」, 所謂的順式和反式是依照脂肪酸裡雙鍵的幾何型態做區分的。根據研究報告發現，反式脂肪酸不但會使血液中的低密度脂蛋白 (Low Density Lipoprotein, LDL, 俗稱「壞」膽固醇) 濃度升高，還會降低血液中高密度脂蛋白 (High Density Lipoprotein, HDL, 俗稱「好」膽固醇) 的濃度；因此，飲食中若攝取過量的反式脂肪酸，可能會增加罹患心血管疾病的風險。美國藥物食品檢驗局 (FDA), 從 2006 年起就要求境內及進口食品業者，在包裝食品的營養標示上，必須列出反式脂肪酸含量。美國紐約市衛生局更於 2007 年 7 月 1 日開始，要求全市的餐館以及糕餅業者，禁用反式脂肪。
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奧妙無窮的微生物世界 | 微生物與人類生活
「媽媽 -」, 正在廚房裡忙著用隔壁陳太太送給她的菌種處理廚餘的張太太，忽然聽到院子裡五歲的兒子小明傳來的驚叫聲。張太太丟下手邊的工作，急忙地奔往院子，發現小明坐在地上，雙手握著被生銹的鐵釘扎到的左腳大哭。原先在客廳裡邊看晚報邊享受飯後一杯酒的爸爸，聽到屋外的動靜，也匆匆地趕到。夫妻倆趕緊抱起小明，將他送往附近的一家綜合醫院求診。醫師為小明的傷口消毒敷藥後，又給他打了一劑破傷風類毒素，並且開了一些敷料和三天份的抗生素，囑咐小明的父母按時給他換敷料和服藥。
在以上這一段小小的插曲中，顯露出我們與自然界的各類微生物之間長久以來密切且亦敵亦友的關係。也許你不曾注意或仔細想過，但是從我們每個人出生的那一刻起，微生物就透過種種方式與我們打交道，並從不同的層面影響著我們的生活。試著找找看在上面這一段故事裡有哪些和微生物有關？處理廚餘的菌種和生銹鐵釘上可以造成傷口感染的細菌，所牽涉的是活的微生物；而酒、破傷風類毒素、抗生素所含的則是微生物的產物。
微生物是什麼？微生物的世界主要是由一群肉眼看不見的單細胞生物所構成的，其種類之繁多，數目之龐大，超乎我們的想像。目前，微生物大致分類為細菌、真菌 (包含酵母菌和黴菌)、藻類和俗稱為寄生蟲的原蟲和蠕蟲。病毒是一種只能在活的生物細胞中複製的簡單有機體，嚴格說來並不能視為一種生物，不過，也被歸屬於微生物，其在醫學上的重要性並不亞於其他種類的微生物。
後來，科學家們發現甚至有比病毒更簡單的物體，如只含有核酸的類病毒，可以在活細胞內複製，而只含有蛋白質的病原性蛋白質顆粒，竟然也能在人體內造成可怕的慢性神經退化性疾病，真是不可思議。
微生物的發現
人類雖然自遠古時期就和微生物在地球上共處，並且不斷地遭遇微生物所引起的各種疫病，而且數千年前就會製造酒和麵包這類由微生物發酵後所產生的食物，但是卻至十七世紀中葉才由一位荷蘭布商李文虎 (Antony van Leeuwenhoek) 用自製的簡單顯微鏡，在從自己的蛀牙所取出的檢體中看到它們的形體。
十九世紀中葉，被後代尊稱為「微生物學之父」的巴斯德 (Louis Pasteur), 更進一步以科學實驗證明空氣中充斥著可以使得肉湯變濁酸敗，而藉著煮沸就可以使其失去活性的微小生物。這個發現改變了人們長久以來認為像「肉腐生蛆」一樣，生物可以從沒有生命的物質生出的錯誤想法，並且第一次顯示了微生物的發酵作用。由這個實驗所延伸出來微生物或許可以造成活體組織感染的觀念，透過如德國的柯霍 (Robert Koch) 和英國的李斯特 (Joseph Lister) 等人所進行的研究，終於在十九世紀末葉證實了微生物和疾病的關係。
人類與微生物間的戰爭
近代醫學一個重要的里程碑，就是對微生物與疾病之間關係的了解。知道微生物是許多疾病的元凶後，科學家們便著手發展各種殺菌和抗菌的方法，以避免或治療微生物感染的問題。由李斯特首先倡導的外科手術消毒步驟，經過大力推動以後，明顯減低了手術或婦女生產後因為感染而造成的嚴重死亡率。
英國的佛萊明 (Alexander Fleming) 偶然發現青黴菌可以生產一種殺死金黃色葡萄球菌的物質，這個物質經過科學家們的努力，終於以「青黴素」為名問世，並且及時在二次大戰中大量使用，挽救了數以萬計士兵的生命。這以後，有許許多多各類的抗生素相繼問世，用以治療各種細菌或真菌所造成的感染症。不過，抗生素對病毒或病原性蛋白質顆粒感染所造成的疾病是沒有效果的。
可怕的是，沒幾年人們便發現有些細菌很快就產生了抗藥性，造成醫療上極大的困擾。原來，細菌不但可以藉著突變產生抗藥性，也具有其他的抗藥機制，例如可以透過質體的傳遞，獲得破壞抗生素的酵素或者把抗生素打出細胞外等抗藥機制。
質體是一種細菌特有的染色體外遺傳物質，可以攜帶不同來源或性質的基因，在同類或不同類的細菌間傳遞。當抗藥性是藉著質體來傳遞的時候，它傳播的速度和廣泛程度是非常驚人的。這也是人們濫用抗生素以後，發生嚴重細菌抗藥性問題的主要原因。透過幾十年來的細菌遺傳學和近來蓬勃發展的微生物全基因體 DNA 序列的定序等方面的研究，讓我們了解群居一處的細菌能非常活躍地用不同的方式，交換彼此間的遺傳訊息。這樣的功能明顯增加了細菌適應環境的能力；因此，它們從不用擔心遭遇瀕臨絕種的問題。微小的單細胞生物–細菌–可真不能小看哪！微生物與生物科技的發展
構造簡單、在培養基裡每二、三十分鐘就分裂一次藉以繁殖的細菌，在顯微鏡下被發現以後，很快地就引起科學家們的興趣。細菌，尤其是大腸桿菌，易培養且生長快速的特性，使它們成為極佳的研究材料。因此，有關細菌生理和遺傳功能方面的研究，從上一個世紀中葉起，便如雨後春筍般地大量冒出來。
這當中許多重要的研究結果，如華生 (James Watson) 和克力克 (Francis Crick) 解開了 DNA 的螺旋形結構、雅各 (Francois Jacob) 等人發現細菌內基因的調控機制、和岱爾布魯克 (Max Delbruck) 等人發現噬菌體 (寄生在細菌內的病毒) 的遺傳物質及其複製方法等，分別在一九六二年、一九六五年及一九六九年獲得諾貝爾獎，為後來發展出的分子生物學打下了極佳的基礎。
透過對細菌各樣細胞功能的了解，以及在研究過程當中所發展的各種技術，後來的學者得以進一步對動物和植物等高等生物的細胞功能進行研究，並發現動、植物雖然在構造和功能上比微生物複雜許多，但很多基本的細胞功能，其實是與微生物非常相似的。
一九八○年獲得諾貝爾獎的研究，也就是伯格 (Paul Berg) 等人所發展的基因重組技術和吉爾伯特 (Walter Gilbert) 等人所建立的 DNA 定序技術，更開啟了遺傳工程技術的大門，以至於今日有所謂的基因改造食品、重組蛋白質藥物、疫苗和賀爾蒙，及基因轉殖動植物等產品，以及分子生物學診斷技術和基因治療等醫學方法。如果謹慎地應用這些新的生物科技，它們是可以大幅地提升全人類健康和生活品質的。
人體內共生的微生物
微生物可以造成疾病及用來製造各樣食物的印象，會讓我們誤以為微生物和動植物一樣，是生活在我們周遭的另一群生物。其實不然，由於形體微小，又充斥在環境裡的每一個角落，從我們出生的那一刻，各種微生物就藉著食物和空氣不斷地進入人體任何一個與外界相通的管道，如呼吸道、胃腸道、和生殖泌尿道的前端等，更不要說體表的肌膚了，直到占滿每一寸地盤為止。
這些和我們緊密生活在一起的微生物通常對人體無害，甚至可以幫助我們消化食物和產生人體所需的物質，如維生素等。更重要的是，當有致病性微生物入侵的時候，人體往往還得靠這些共生菌一起將它們驅逐出去。只是當人體的免疫力因先天或後天的種種因素而變差時，有些共生菌就會立刻翻臉，露出猙獰的面目，進一步侵入宿主體內的組織和器官，造成致命的感染。因此，保持身體健康有一部分也意味著維持人體和共生菌之間的微妙平衡，而達到一種互利的關係。
環境中的微生物
微生物對人類的好處，除了製造食物和生產有用的物質外，環境中的微生物，其實是地球上所有生物所構成的食物鏈中極重要的一環。若不是微生物所扮演的分解者，忠心地把死亡的生物體不斷分解成活生物體成長所需的營養物質，地球上的生物很快就會面臨食物短缺而停止繁衍。此外，人類所製造的垃圾和各類毒性物質對環境造成的污染，如果不是靠著微生物的分解，對人類的危害將不只是現今的千百倍而已。
繼續探索奧妙的微生物世界
雖然經過約一個世紀和無數科學家的投入，上千種的微生物已經被發現和研究過。然而，據估計目前我們所知的微生物種類，尚不及自然界中存在的微生物種類的百分、甚至千分之一，而且多數屬於致病性的微生物。我們對於在各類環境中生存的微生物，特別是那些生活在極端嚴峻的環境 (如冰河、熱泉、深海、地底和火山口)、人跡罕至的地帶上的微生物–大多屬於古生菌–所知甚少。而這些微生物往往能生產工業上有用的酵素或化學物質，甚至新的抗菌或抗癌藥物。
由於體認到微生物世界中所蘊藏無限的知識和寶藏，美國能源署今年初率先在一個稱為「從基因體研究了解生命」(genome to life, GTL) 的計畫當中，發動以新的技術探討未知的微生物及了解微生物的多樣性。的確，人們在向外探索浩瀚宇宙中的奧秘的同時，實在應該回頭來探索和我們一起生活在地球上，同樣浩瀚、奧秘的微生物世界。
在寶島臺灣，目前也有數十個實驗室在進行各類微生物的研究，並且有一些針對具本土性的感染性疾病，如病毒性肝炎、登革熱和各種細菌所引起的感染症，以及生物科技有關微生物等的研究團隊已經形成。這些實驗室和國外無數的微生物實驗室同步利用最新的知識和研究方法，一起探索微生物世界中所進行的各樣活動。期待透過這些研究，能夠幫助我們早日認識所有親愛的微生物朋友們！名詞解釋
弧菌 弧菌屬細菌的菌體呈弧形，具有一根端鞭毛，而有極強的運動性；大多生存在海水環境中，可感染人類或魚、蝦類，造成疾病。屬於人類致病菌的有霍亂弧菌、腸炎弧菌、創傷弧菌，引起的疾病型態卻各不相同。
病毒 感染人類和動物的病毒種類繁多，其型態、構造、和複製方式各異，所造成的疾病也各不相同。乳頭瘤病毒具二十面體形的外套，在人類可藉著性接觸而傳染生殖器官的乳頭狀瘤，並且與子宮頸癌的形成密切相關。狂犬病毒外形像子彈，透過患病動物帶病毒的唾液，經由咬傷傳播疾病給人類。病毒在患者腦部複製導致腦炎，造成發燒、流涎、吞嚥困難，並有喝水或甚至見到水，喉嚨就強烈抽筋的症狀，故又稱為恐水病，死亡率極高。伊波拉病毒呈絲狀外形，是一種神秘且可怕的病毒，曾於一九七六年和一九九五年在蘇丹和薩伊造成數百人死亡的非洲出血熱流行病，所幸均立刻被控制下來。有關這個疾病曾被拍成一部膾炙人口的電影–「危機總動員 (The Outbreak)」。(Modified from Nester, E. W., et al., Microbiology: a Human Perspective, 2001)
真菌 屬於真菌類的微生物有小如單細胞的酵母菌，要在顯微鏡下才看得清它的形體；也有大如多細胞 的靈芝和毒蕈者。會讓麵包發霉，或者讓人患香港腳和其他皮癬的黴菌，也屬於真菌類。(Modified from Nester, E. W., et al., Microbiology: a Human Perspective, 2001)
噬菌體 寄生在細菌細胞內的病毒又稱為噬菌體，其外形各異。圖示之噬菌體具有二十面體型的頭部和尾部。感染細菌的時候，這種噬菌體藉著尾端的絲狀結構附著在細菌表面，宛如登月小艇停駐在月球表面一般。接著緊縮頭部，將其內所含的核酸注射入細菌細胞內，並開始其子代的複製過程。待複製完成後，便將其宿主細菌溶解，以釋放出上百個子噬菌體。每一個子噬菌體又找到一個新的宿主細菌，重複上述的複製過程，以產生更多的噬菌體。(From Nester, E. W., et al., Microbiology: a Human Perspective, 2001) |
森林資源:那些億來億去的高檔食用真菌 | 蕈類的型態特徵
世界三大美食：松露菌、鵝肝、魚子醬，後二者屬肉類食品，唯有前者屬蕈類食品。蕈類一般是指能產生明顯子實體的真菌，高經濟價值的食用真菌，很多是與林木形成外生菌根的真菌，其中以義大利中北部生產的白松露真菌最珍貴，商品以廚房的白色金剛鑽名之。
2003 年秋季美國紐約一家餐館，便以相當 200 萬元新臺幣的價格購得 1 公斤鮮重的白松露真菌子實體，一般大小的，每公斤鮮重也需 18 ~ 19 萬元。此外，法國生產的黑孢松露菌及亞洲生產的松茸，近年來每公斤鮮重售價也達 3 ~ 5 萬元新臺幣。其他如英國稱作真菌之王的美味牛肝菌及世界各溫帶林所生產的雞油菌，雖然價格不像前者那麼高，但是總產值卻相當驚人，僅雞油菌在 2000 年的產值就高達 10 億美元。
上述的真菌在形成子實體前，必須與外生菌根林木的根系形成共生的器官，也就是所謂的外生菌根，才能形成子實體，因此，營造一外生菌根的森林環境就顯得格外重要。
各種共生真菌所形成外生菌根的形態，因菌種不同而呈現不同的形態特徵，同種者有時不易由形態區分，這時可用分子生物、血清反應或複製去氧核醣核酸來鑑定。近世紀以來，由於可供這些真菌共生的林木日漸減少，加上空氣污染與不當的採收及破壞，導致產量逐年下降。目前在歐洲、紐西蘭、美國、韓國與日本採用人為接種方式栽培，但並非短期可成，所以價格常居高不下。若能掌握這些真菌的生物特性，便可在理想環境下，用集約經營或園藝的栽培方式，創造一嶄新的林業經營模式。
高經濟價值外生菌根菇
外生菌根是真菌與根所形成的共生器官，它具有兩個明顯特徵，第一是根表皮細胞外面被一厚約 5 ~ 40 微米 (μm) 的菌毯所包圍，第二是根皮層細胞間的細胞壁被菌絲穿入，形成細胞間的哈替氏網。外生菌根菇則是外生菌根形成一段時間後所產生的子實體，外生菌根菇因本身無法合成碳水化合物，而必須靠林木供應，不過外生菌根的延伸菌絲能幫助林木吸收土壤中的養分與水分，所以二者是互利共生的。
有些真菌子實體是長在地上的，例如松茸、牛肝菌及雞油菌等，有些則是長在地下的，例如白松露菌與黑松露菌，必須靠母豬、母狗或特製工具去尋找挖取。有記載的可食用菇超過 2,500 種，其中有 200 種以上經由純合成試驗確定是外生菌根菇。以下介紹幾種高價值外生菌根菇的外觀特徵。
義大利白松露菌 子囊果直徑 2 ~ 10 厘米，圓形、不規則球形或不規則塊狀，淡黃褐至灰褐色，表面平坦稍有片狀的絨毛。果肉黃褐、灰褐至暗灰色，被白色或黃灰色、有時呈紅色暈的菌脈所穿透，具蒜香味。孢子蛋形、脊–網狀，黃褐至褐色，大小約 32 ~ 45 × 30 ~ 40 微米。夏、秋、冬季生長在含鈣質土壤的不同闊葉樹林中，如白楊、櫟、白柳及義大利赤楊。
法國黑孢松露菌 子囊果直徑 3~6 厘米，圓形或不規則塊狀，暗褐至黑褐色，表皮被金字塔形的疣所被覆。果肉最初是白色，很快變成暗褐至褐黑色，被白色、稍後變成褐至紫色的菌脈穿透，具芳香味，孢子大小約 29 ~ 55 × 22 ~ 35 微米，長橢圓形，具刺，暗褐色。冬季在鈣質土壤的殼斗科樹種 (主要是毛櫟)、榛木及松樹下生長。
外孔黑松露菌 子囊果塊狀、不規則圓形，表面有疣，銹褐色，在基部有凹孔，往內深入。果皮硬，乾燥，木質的，淡銹褐色，具白色菌脈匯入孔洞，有芳味。孢子橢圓，黃褐色，網狀，大小約 30 ~ 40 × 20 ~ 30 微米。7~12 月發生於闊葉林 (櫟、水青岡), 尤其適合在疏鬆的黏質土及含鈣土壤中生長。
中國產的印度松露菌 子囊果直徑 2 ~ 9 厘米，不規則球形或橢圓形，粉褐色、咖啡色、暗褐至暗黑色，表面具桑椹狀凸起，由網狀的溝縫分隔，凸起多圓鈍、少尖銳，凸起的錐基 0.2 ~ 2 毫米。產孢組織是灰褐色、紫褐色或粉褐色，具粉白至黃褐色分枝的菌脈。子囊近圓形、長圓形或卵圓形，大小約 160 ~ 175 × 150 ~ 600 微米，不具子囊柄，內含 1 ~ 4 個孢子，最多可達 6 個。孢子初期呈微透明、後呈深褐色，卵圓形或長橢圓形，少呈圓形，大小約 14.3 ~ 45 × 12 ~ 40 微米，表面具細長疣狀凸起。凸起脊基呈斑點狀、條紋狀、單一或偶有分叉，疣凸高 0.5 ~ 3 微米，粗細變異較大。9~12 月在鈣質土壤的殼斗科及雲南松林中生長。
臺灣黑松露菌 子囊果直徑 2 ~ 10 厘米，不規則球形或不規則橢圓形，暗褐至棕黑色，表面具 4 ~ 7 脊的金字塔形凸起，中間略呈凹陷。產孢組織暗褐～棕黑色，具白色～黃褐至紫色的菌脈。子囊球形或長橢圓形，大小約 22 ~ 50 × 33 ~ 55 微米，子囊柄基短，內具 2 ~ 4 個孢子。孢子暗褐色，橢圓形，大小約 12.5 ~ 25 × 10 ~ 18 微米，表面具網狀的刺，刺高 3 微米左右。8 月底至 2 月生長於石灰質的青剛櫟林。義大利白松露菌子實體的完整個體及具白色菌脈的橫切面
松茸 菌傘直徑 5 ~ 20 (~30) 厘米，初呈半球形，後漸平展，具黃褐色至栗褐色平伏的纖毛狀鱗片，邊緣內捲。菌肉白色，菌褶彎生，菌柄中生，菌環以上是污白色並有粉粒，菌環以下具栗褐色、纖毛狀鱗片，菌環生於柄的中部，絲膜狀。擔孢子無色，光滑，寬橢圓形至近球形，大小約 6.5 ~ 7.5 × 4.5 ~ 6.2 微米。夏秋季生長於松樹 (主要是日本赤松、韓國松、台灣二葉松) 的林分中。臺灣黑松露菌的子囊果形態與法國黑松露菌十分類似，難以區分。
美味牛肝菌 菌傘直徑 6 ~ 25 厘米，中凸，少平展，鮮時菌傘表面有濕潤感、平滑，傘緣很少內捲，顏色多樣，淡灰褐、麵包黃、紅褐色、有時呈橄欖褐、或近朱褐色。菌肉白色，近菌傘外圍呈淡污紅色。菌管貼生，最短可達 3 厘米，管徑小而圓，每毫米約 2 ~ 3 枚，初呈淡乳白色，後轉成污綠黃色，老時呈污紅色，管孔口成熟後多呈現綠色斑點。菌柄厚實，高 10 ~ 16 厘米，粗 2 ~ 4 毫米，棒狀，基部近土處常變粗，在中上端的柄表面具明顯的網絡凸起，淺灰色、肉桂色。孢子印呈深橄欖褐色，孢子狹紡錘形，大小約 14 ~ 17 × 4 ~ 6.5 微米。夏秋季與水青岡、松樹共生。松茸
雞油菌 菌傘寬 2.5 ~ 10 厘米，幼時扁平，後下凹呈喇叭形，杏黃色至淡黃色，光滑，邊緣波狀或瓣裂。菌肉與菌蓋同色、較厚，菌褶與菌蓋同色，較稀疏、狹窄，有橫脈和分叉，近似網狀交織，向下延伸至柄部。菌柄圓柱形，色與菌蓋同或稍淺，高 7 ~ 12 厘米，粗 5 ~ 18 毫米，上下大小一致或基部稍細、或有稍大的，光滑、內實。孢子印乳酪白色、略帶微黃。孢子無色，平滑、橢圓或卵圓形，大小約 7 ~ 10 × 5 ~ 6.5 微米，有尖凸，內含一至數個油滴。美味牛肝菌
松乳菇 菌傘直徑 3 ~ 11 厘米，初呈扁半球形，中央臍狀，逐漸平展，後凹陷，完全展開後呈漏斗狀，表面濕時稍黏，光滑無毛，黃褐色至磚紅色、橘紅色或淺紅褐色，有或無深色斑點，有相連形成的同形環紋。菌蓋邊緣初時強烈內捲，後平展。乳汁橘紅色，後變為綠色。菌褶直生或稍延生，較密。菌柄長 2 ~ 5 厘米，粗 0.7 ~ 2 厘米，近似圓柱形或向基部漸細，色同菌褶或更淺，傷後變綠色，肉部鬆軟後彎中空，菌柄切面先變橙紅色，後變暗紅色。孢子印近米黃色，孢子無色，有疣或網紋，廣橢圓形，大小約 8 ~ 10 × 7 ~ 8 微米。
外生菌根菇的經濟價值，目前，受到人們喜食的偏好及產量多寡的影響，也就是受供需原則所決定。2000 年雞油菌在國際上的商業價值，便超過 10 億美元。單單中國外銷的乾燥松露菌就達 5,399 萬美元，鮮或冷藏松茸達 4,174 萬美元。美國、加拿大及墨西哥的白松露，價值 5 千至 6 千萬美元。南韓及北韓每年販售松茸的收入，平均在 2 千至 8 千萬美元。
現列舉已有良好世界市場的 8 種外生菌根菇，2003 年每公斤以美元計鮮重的零售價格：義大利白松露菌 1,500 ~ 30,000, 法國黑孢松露菌 500 ~ 1,750, 外孔松露菌 100 ~ 400, 中國產的印度松露菌 100, 松茸 375 ~ 1,250, 雞油菌 10 ~ 70, 美味牛肝菌 20 ~ 100, 松乳菇 15 ~ 30。
黑松露及白松露菌子實體是歐美老饕們趨之若鶩的桌上珍饈，雖其貌不揚，但經大廚精心調製後，不僅風味獨特，讓吃過的人難以忘懷，並且因其富含人體所需的各種胺基酸與蛋白質，是補充精力的泉源。中世紀時路易六世國王每次打獵回宮後，第一件要做的事就是叫僕人速速尋找松露菌給他吃。黑松露菌據說可治療痛風，並可產生類似公豬發情時分泌的荷爾蒙。
雞油菌、松茸、牛肝菌及松露菌，都含有人類所需的胺基酸。雞油菌含有二環胡蘿蔔素，可做為抗氧化劑也有預防紫外線的功能，由 β 胡蘿蔔素所合成的維生素 A, 可治療夜盲症。此外，雞油菌也含有豐富的維生素 D、蛋白質、胺基酸、醣類、脂質及礦物質，有清目、利肺、益腸胃等作用，經常食用可防止因缺乏維生素 A 所引起的皮膚乾燥或粗糙症、角膜軟化症、乾眼症、夜盲症、視力失常、眼炎等疾病，並可預防某些呼吸道及消化道感染的疾病，對癌細胞也有一定的抑制作用。
松茸具有強食，益腸胃、止痛、理氣化痰等功效，對糖尿病、癌症等也具效應。美味牛肝菌營養豐富，除食用外，也有清熱解煩、追風散寒、疏筋活血、補虛提神，以及治腰腿疼痛、手足麻木、婦女白帶等功效。
據法國的記載，法國黑孢松露菌最高收穫量是 1982 年的 1,000 公噸，平常每年約 80 ~ 90 公噸，1984 年因逢夏季乾旱，收成只有 10 公噸。近 20 年來，法國黑孢松露菌產量每年也只能維持在二十至數十公噸。同樣地，在亞洲的松茸及歐洲的雞油菌產量也明顯下降，這些可歸因於樹齡增加所導致菌根質的退化及量的減少、人為不當踐踏、過度收穫及不當的採收、氣候反常，尤其是生產期受乾旱危害、空氣污染及酸雨危害、以及森林被大量伐採。
良好的經營管理是維持及提高生產量的基本措施，這包括外生菌根林的建造，成熟木的接種，集約經營的措施，如除草、施肥、撫育及灌溉等。
人工栽培的方式
生產菌根苗 不同菌根菌的寄主林木有些相同，有些則異，也就是有親和性的差異。就目前生產松露菌、松茸、牛肝菌與雞油菌等子實體的寄主林木而言，主要限於松科 (如白松與紅松類)、殼斗科 (如櫟與青剛櫟)、榛木科 (如榛木) 及楊柳科 (如白楊) 等。在決定生產何種外生菌根菇前，必須先對寄主林木做正確選擇。目前商業化菌根苗的接種，主要是用孢子懸浮液進行，此外也能用分離培養的純菌絲體，以固體或液體培養的菌絲進行接種。
建造人工外生菌根林 生產出的優良菌根苗，可提供建造人工林的材料，以便數年後能在人工建造的森林中，生產出所期望的高價值共生菇類。如要成功建造這類的人工林，必須考慮適合的氣候及土壤因子，氣候因子中以雨量、溫度及光照量最為重要，土壤因子中則以酸鹼度、土壤質地及土壤水分最為重要。另外，選擇沒有或競爭性低的外生菌根菌林地也甚為重要。最後則是維護林分的良好生長並使土壤的條件適合出菇的狀態，就可樂觀地期待外生菌根菇在森林中出現，並做好收穫的準備以供享用。
高經濟價值可食用外生菌根菇的人工栽培，除了法國黑松露菌及松茸分別於近 10 年及 20 年有驚人進展外，其餘外生菌根菇在已建造的森林下，至今雖仍無子實體產生，但相信不出幾年必有成功的例子。最近的研究已對上述外生菌根菇的遺傳、分子生物及生態習性，有更深入的分析與了解，因此欲成功建造新林來增產這類食用菇，應指日可待。臺灣林地資源有限，如何在兼顧森林多目標功能下，把林地做最佳的運用，以創造出另一個林業的春天，則有賴林業決策者的智慧與能力。雞油菌 |
落山風與洋蔥田 | 一位在恆春旅遊醫院服醫療替代役的年輕朋友，不辭路途遙遠，帶給我一大袋車城特產的洋蔥。
「洋」蔥，顧名思義並不是本土的產物。原產於中亞或西亞的洋蔥，栽培歷史悠久，在五千多年前的古埃及紀念碑上，就有洋蔥種植與採收的圖繪，16 世紀傳入美國，17 世紀傳到日本。
根據車城鄉公所的資料，最早把洋蔥引進臺灣的，是 1912 年一位在淡水任教的日本小學老師。臺灣總督府農業試驗所從 1918 年起，在臺灣北部和中南部試驗栽植，但是成效不佳。直到戰後，臺灣省農業試驗所在省農林廳和農復會的贊助下，繼續引進及試種不同品種的洋蔥，種植地區也逐漸從雲林、嘉義、臺南南移到屏東，單位面積和產量逐年增加。
目前恆春、楓港、車城等地是臺灣最主要的洋蔥種植區。這些地區適合種植洋蔥，最主要的原因是，洋蔥在結球之前，雖能耐潮溼，但是進入結球期後，乾燥的氣候可以減少病蟲害。更特別的是，每年 10 月到次年 4 月，恆春半島的西海岸因為地形的緣故，常會出現七級以上的陣風，短則 2 至 3 小時，長則 10 天、半個月，強風由山上往海面吹，當地人稱為「落山風」。落山風「風行草偃」的季節，正好也是洋蔥生長的季節。強勁的落山風吹倒蔥株，抑制莖葉的生長，卻使結球更為碩大，並且因為水分蒸發，也減少了病蟲害。
短日照品種的洋蔥在車城只要 4 個月就能收成，碩大肥美，廣受國內外消費者的歡迎。在 1950 年代，臺灣的洋蔥不僅自給自足，也成為重要的外銷蔬菜，讓臺灣成為「洋蔥王國」。
不過落山風與洋蔥田，也為恆春半島的農夫與農婦帶來十分特殊的職業病。最早通報「洋蔥作業人員角膜感染」的眼科醫師陳雲址，原本在臺北開業，一場大病之後，決定效法馬偕博士「寧願燒盡，不願銹毀」的精神，「到一個沒有眼科醫生的地方」服務。他與妻子凌淑蓮女士花 1 年的時間走遍偏鄉，進行醫療巡禮，最後落腳恆春，接下恆春基督教醫院院長的職務，成為第一位常駐臺灣尾的眼科醫師。
陳醫師從就診的病例中很快發現，恆春地區眼角膜潰瘍病人的比率很高。他發現採收洋蔥的農夫與農婦，常會被強風吹來的洋蔥皮屑或細砂刮傷眼角膜，眼角膜受黴菌感染導致角膜發炎、潰瘍，甚至失明。陳醫師主動通報衛生署，並且參與勞委會勞工安全衛生研究所的計畫，協助尋找致病的黴菌。
1999 年任教於高雄醫學大學的何啟功醫師等人，在《職業與環境醫學》國際學術期刊中報告這起來自南臺灣特殊的職業病案例。這篇研究報告指出，由屏東轉來介於 44 到 69 歲的兩男三女的角膜潰瘍、黴菌感染病人，其中 3 人的角膜上有洋蔥皮，另外 1 名有葉片。幾年之後勞委會也在國際學術期刊中發表研究報告，進一步釐清臺灣南部洋蔥農作地區空氣中的真菌暴露評估與真菌性角膜炎的關聯。
至於在地的陳雲址醫師，除了積極治療南臺灣的各種眼科疾病外，為了預防農夫、農婦以及每年春天協助洋蔥採收的軍人的眼角膜潰瘍及感染，自行研發再請美國工廠製造類似潛水蛙鏡的護目鏡，並於每年 3、4 月認真到恆春農會與軍營宣導。每年洋蔥收成前，在講臺上講到聲音沙啞的陳雲址醫師，於 2003 年得到財團法人厚生基金會第十屆醫療奉獻獎的肯定。
可惜的是，南臺灣的洋蔥黃金期已成過去。近年來因為臺灣的工資成本高漲，在日本洋蔥市場飽受美國、澳洲以及中國的競爭，外銷量日益減少。再加上臺灣加入世界貿易組織後，洋蔥是開放進口的項目，「洋洋蔥」進口量增加，也壓低了國產洋蔥的價格。
不過最近有消費者團體披露，進口洋蔥「即使過了春分也不會發芽」, 最主要的原因是，這些進口洋蔥經過輻射照射處理，可以抑制發芽、滅菌、除蟲，方便長期儲存。雖然以輻射取代藥物滅菌除蟲，長久以來被視為保障食品安全的合法、有效方法，但是手中握著大小不一，皮薄又有缺陷，隨時會發芽、發爛，賣相不佳的臺灣本土洋蔥，卻更感安全！切開來自國境之南的洋蔥，過程雖然催淚，但是無論涼拌或慢火炒熟，我嘗到洋溢著滿滿陽光的甜美好滋味，也看到臺灣洋蔥的農業發展史，以及預防在地疾病發生的感人故事！ |
制約性免疫反應 | 情境的再現
也許是醉人的旋律，或者是茉莉的花香，掀起你心中早已沉澱的溫柔，讓你想起在過往時空裡足跡曾親吻過的小徑，一彎彎的真情，甚至是那段抨然心動的甜蜜，在你心中千迴百轉、餘波盪漾。剎那間，這股難以捉摸的情感，彷彿是千年的等待。你甚至希望「血腦障壁」瞬間成為銅牆鐵壁，緊緊地鎖住這千載難逢的一刻，讓它在你心中多逗留一會兒。
這是因為當時的情境，隨著感覺的聯結而凝聚在一起，放在你心裡一個陽光照不進的角落。你會以為它已經氣息裊裊，甚至認為它已經枯萎了。但是，當相似的情境再度降臨，觸動了你那根敏感的心弦時，不知不覺地，你乘著音符的節奏，著迷在一息溫馨的氣味中。在這個時候，那曾經消逝的感動依然魅力不減，在你的泱泱心園中風華再現。這不僅是「原味覺醒」, 也是一種本能性學習後的反應。在日常生活中，我們不知不覺地就被這樣子的學習給制約了。
制約性反應的起源
制約性反應 (conditioned response) 是由俄國的生理學家巴夫洛夫 (Ivan Petrovich Pavlov, 1849 ~ 1936) 在 1904 年提出的，目的是探討學習、記憶與情境反應之間的關聯性。巴夫洛夫以研究心臟搏動、神經生理、大腦功能與消化系統聞名於世，是 1904 年諾貝爾醫學獎的得主。他苦心鑽研制約性反應，確立了行為反射的機制，且對於學習、記憶跟生理反應的聯繫，提供了一個良好的研究模式。
當他在研究動物的消化液分泌反應時，發現他的實驗動物 —— 狗，除了對食物的刺激會分泌唾液以外，一些與食物共同出現的刺激元，像是裝食物的盤子，餵食人員的身影，實驗場所的開門聲，也會使牠產生唾液分泌的反應。為了了解這樣的機制與其中的奧妙，他依據這個結果設計下列的實驗進行更深入的探討。
首先，他在餵食前先以鈴聲提示，之後再給狗食物，牠便會流口水。但是當鈴聲與食物配對出現多次以後，雖然僅僅出現鈴聲而不餵食，也能引起狗的唾液分泌反應。
根據這樣的現象，巴夫洛夫認為，由於食物本身就有誘導唾液分泌的功能，可以視作是一種非制約性刺激元，引發的唾液分泌反應是非制約性反應 (unconditioned response)。鈴聲本身不會刺激唾液的分泌，必須與食物配對多次以後，才能獨自地誘發唾液分泌的反應。因此，鈴聲可以視作是一種制約性刺激元，鈴聲引起的反應則稱作制約性反應。
學習與記憶
制約性反應必須仰賴學習及記憶的形成，才能把兩種完全沒有關係的經驗結合在一起。這類的學習可以充分地顯示不同刺激元之間的關聯性，以及這一個關聯引發的慣性生理反應。
學習的定義指的是「新的歷程使行為漸漸發生改變，而建立了新的行為。」經過學習的過程，生物體才能把各式各樣的訊息變成記憶。也就是說，記憶的產生是由學習的過程而來的，並且建立在過去學習的經驗上。學習包括訊息的貯存，以及在個體所處的情境下，能回憶或喚起這些訊息，並對當下的狀況做出適當的反應。
制約性反應的應用
在制約性的訓練過程中，可以分成兩個階段。第一階段必須先給予實驗動物一種制約性刺激元，也就是一種感官性的刺激，但是本身無法引起預期的反應，例如前面提起的鈴聲。之後，隨即給予一種非制約性刺激元，它是一種非感官性的刺激元，本身有能力引起預期的反應，像是食物。在這個時候，制約性刺激元 / 非制約性刺激元的前後相關性，與動物體內所引發的生理反應，有了第一階段的初步聯繫。這一個聯繫在動物腦中會形成短暫的記憶，也就是記憶形成階段。
第二階段則是在間隔數日後，再給予原來的實驗動物制約性刺激元，來進一步刺激實驗動物。動物腦中的記憶便會被喚起，進而產生相同的生理反應，也就是記憶喚起階段。因此，制約反應並不僅限於巴夫洛夫研究的唾液反應，它可以是各種的生理反應。
制約反應牽涉到的是利用學習與記憶喚起的方式，以制約性刺激元取代非制約性刺激元的使用，並且能同樣達到非制約性刺激元引發的生理反應的期望值。因此，在實驗或環境中，可以設計不同種類的非制約性刺激元，並搭配適當的制約性刺激元，便可以達到預期的非制約性反應。例如，在制約性刺激元的利用上，可以是聲音的聽覺刺激，氣味的嗅覺刺激，或影像的視覺刺激。
視實驗的需要，非制約性刺激元有各種不同的變化，因此在選擇上就有較大的彈性空間。它可以是引發興奮、痛苦，或增強免疫反應的藥物，也可以是引發渴望反應的食物，或者是引發恐懼反應的人為動作或天然災害。
在充滿天敵的自然環境中，野生動物對於制約性恐懼反應的學習效果尤其明顯。因為在逃脫生死存亡的關卡後，環境中的個別刺激，例如攻擊者的樣子、聲音、氣味會融合成一個情境，這一個情境與被獵殺的壓力會形成一種恐懼的經驗。當下次再身歷其境時，這些相關的線索會使動物產生危機意識與預備動作，以應付曾經遇過且即將來臨的危險，並利用這樣的經驗逃過一劫。反之，如果不能受一次教訓學一次乖，一旦面臨「餓虎撲羊」的生死存亡時，就只能乖乖地束手就擒。
在生物藥學的研究上，如果選擇治療藥物當非制約性刺激元，這時候制約反應的目的，往往是要減少藥物的投予次數，進而降低藥物代謝對身體產生的副作用，但仍然維持治療的有效性。也就是說，只要制約性刺激元與非制約性刺激元配對成功，並建立起反應關聯性，日後即使在制約性刺激元的單獨存在下，也能誘導出相同的強度，以及與原先非制約性刺激元產生的相同反應。
制約性免疫反應的意義
制約性反應的應用範圍極廣，許多免疫反應在藥物的輔助下，也可以經由制約性訓練的方式予以調控。制約性反應本身須仰賴學習記憶的形成，而神經系統與學習、記憶及認知的形成有密切的關聯，並且對免疫細胞具有調控的能力。早期的研究也證明神經細胞的軸突能延伸到免疫系統，而免疫細胞也會存在於中樞神經系統內。因此，制約性免疫反應的研究模式，除了用來做為探討學習與記憶的研究工具外，也常用在研究中樞神經系統與免疫系統的互相調控機轉上。
從過去的研究中得知，免疫細胞中的毒殺性 T 淋巴細胞與自然殺手細胞的活性，確實可以經由制約性的訓練而增強，並且具有毒殺淋巴癌細胞的能力。而且，這種訓練僅需要一次的制約性刺激元∕非制約性刺激元的配對便可以完成。但是，毒殺性 T 淋巴細胞與自然殺手細胞活性的提升，卻有著大不相同的意義。
毒殺性 T 淋巴細胞具有抗原特異性的 T 細胞接受器，以及組織相容性的抗原限制，它的毒殺作用需要抗原之前刺激來誘導，或者必須有抗原呈現細胞的輔助才可以進行。這樣的過程使得毒殺性 T 淋巴細胞的活化過程比較慢，但是在對抗病毒、感染細胞或腫瘤細胞的免疫反應上，具有較高的專一性。
相對地，自然殺手細胞的活化就不必如此大費周章。在生物體剛剛受到感染時，它便可以快速地緊急動員。也因為如此，它就成為對抗病毒、腫瘤細胞的第一道防線。因此，在免疫反應的初期，往往需要仰賴較不具專一性的自然殺手細胞的活性保護，立即做快速的初步防禦。
雖然自然殺手細胞活性的活化過程沒有記憶細胞的生成，不會因再次的感染而增強它們對該抗原的抗性，但是它們毒殺標的細胞的致死機轉，和毒殺性 T 淋巴細胞的機轉頗為相似。穿孔素 (perforin) 與顆粒溶解 (granzyme) 正是兩者共有的攻擊武器。
在防禦病毒的感染和對付癌細胞時，這兩種細胞會製造並釋放穿孔素，使標的細胞產生孔洞，同時釋出顆粒溶解進入標的細胞中，最終導致標的細胞步入自戕的結局。此外，自然殺手細胞上具有免疫球蛋白 G 這類抗體的 γ- 免疫球蛋白接受器，因此它也可以經由免疫球蛋白 G 的抗體依賴型細胞的媒介毒性作用，直接接近標的細胞進行毒殺。
研究結果也顯示，比較容易受到水痘帶狀皰疹病毒、巨細胞病毒或皰疹病毒感染的病人，他們體內相當缺乏自然殺手細胞。因此，對於這一類疾病的治療來說，如果能以制約性訓練來增強自然殺手細胞的活性，在第一道防線上直接捍衛病原菌的入侵，便能降低組織及器官所受到的傷害。
制約性自然殺手細胞活性反應
在制約性自然殺手細胞的訓練過程中，樟腦的氣味通常被用作制約性刺激元，而聚肌苷酸 — 聚胞苷酸則用來當作非制約性刺激元。其中，聚肌苷酸 — 聚胞苷酸是人工合成的雙股核醣核酸 (RNA), 它會誘發自然殺手細胞的活性。這個活性會在注射聚肌苷酸 — 聚胞苷酸的 24 小時後達到最高峰，之後會隨時間增加而遞減。
在實驗的第 1 天，先讓老鼠暴露在樟腦氣味下 1 個小時，隨即注射聚肌苷酸 — 聚胞苷酸。第 3 天，再以樟腦氣味刺激老鼠 1 小時，但不給予聚肌苷酸 — 聚胞苷酸。經過這一個制約訓練的老鼠的記憶會被喚起，體內原已降低的自然殺手細胞活性也會因此而再次增強。而且這個活性不僅高於未經制約訓練的老鼠，還可以有效地抑制老鼠體內腫瘤細胞的生長。
由上述的研究發現，制約性自然殺手細胞活性反應需要中樞神經系統的參與及調控。這一個調控的路徑可以區分成輸入及輸出兩者。參與輸入途徑的調控因子在制約性聯繫階段，即記憶的形成過程中，扮演重要的角色，輸出途徑的調控因子則與記憶的喚起相關。因此，兩個路徑的相關因子是制約性自然殺手細胞活性反應的必要條件。
在記憶形成的階段，免疫系統釋放的 β- 干擾素把制約性刺激元 / 非制約性刺激元的前後相關性，與動物體內所引發的自然殺手細胞的增強反應，在中樞神經系統中建立聯繫，進而在動物腦中形成短暫的記憶。在喚起階段，類鴉片系統、下視丘 - 腦下腺 - 腎上腺皮質軸系、兒茶酚氨、麩胺酸及乙醯膽鹼系統都會被活化，導致自然殺手細胞的活性增強。
這樣的現象更顯示出在制約性自然殺手細胞的活性反應裡，並非只由單一的神經元及單一的神經傳導素來處理所有的訊息，而是由彼此間銜接的神經系統做聯繫，使訊息的溝通更有效率，快速媒介出所期望的生理反應。因此，在腦中不見得可以找到某一個特定區域掌管所有的學習。往往是不同的神經結構或神經系統在不同的區域活化，以操控不同的學習過程。
例如，在制約性味覺厭惡反應的過程中，阿控搏核處的乙醯膽鹼濃度的增加，對動物停止攝食的行為具有調控功能。另外，在制約性恐懼反應裡，杏仁核中的側核是以聽力刺激做為制約性刺激元輸入的地方，而中央核是引發恐懼行為出現的介面，兩者的活化是達成壓力反應的必要區域。由此可見，追蹤不同神經傳導素的活化，以及相關神經區域的參與，更有助於了解不同模式的制約反應機制。
因此，制約性自然殺手細胞活性反應的意義，不但顯示出中樞神經系統與免疫系統能互相影響，兩系統間能透過細胞激素與神經傳導素，以及所屬的專一性受體分子來進行調控。甚至，免疫系統也能經由學習、記憶的方式來提升活性。由於自然殺手細胞的活性在生物體的抗癌、抗病毒及抗菌功能上，扮演著重要的角色。因此，如果能以制約性訓練的方式，對它們的活性做長期而有效的調控，也就能降低我們對提升自然殺手細胞活性藥物的依賴，並且在臨床醫學發展上提供免疫性治療的參考依據。
制約性調控免疫功能的最終目的，在於能夠更有效地對抗外來病原或癌細胞的生長，同時取代傳統的純粹化學治療或放射性治療的功能。然而，因為所使用的樟腦氣味具有刺激性，且味道並不能被大多數人接受，因此尋找合適的制約性刺激元，也是一個重要的工作。
在現代的醫學科技裡，除了講求藥效外，也注重心情的舒適及愉悅。因此，未來可以對制約的配對條件做適當的修飾，重新選擇更適當的制約性刺激元做為聚肌苷酸 - 聚胞苷酸 (非制約性刺激元) 配對的考量，例如咖啡、薰衣草、迷迭香、天竹葵、玫瑰等香味，或者改以聽覺刺激，例如以大悲咒、搖滾樂、舞曲當作制約性刺激元。以這個學習記憶模式來調控免疫系統，並達到心理生理平衡的境界。
深度閱讀
邵郊 (民 82) 生理心理學，頁 435-445, 五南圖書出版有限公司，台北市。
郭朝禎 (民 90) 膽鹼性神經系統在制 約性自然殺手細胞反應所扮演的角色，國立中興大學生物科技學研究所碩士論文。
Thompson, R.F. (1986) The neurobiology of learning and memory. Science, 233, 941-947。
Abrams, T.W. and E.R. Kandel (1988) Is contiguity detection in classical conditioning a system or a cellular property? Learning in Aplysia suggests a possible molecular site. Trends in Neurosciences, 11, 128-135。 |
養鴨人家:好吃的鴨肉有哪些? | 世界各國對禽肉消費量逐年增加，有關禽肉加工品的研發是重要的經濟課題，開發有特色的鴨肉和鴨蛋產品，有助於養鴨產業的永續經營。
富含不飽和脂肪酸的鴨肉
國內養鴨技術進步，飼養的白色羽毛肉鴨，屠體豐碩，肉質良好，是主要的外銷禽肉。目前外銷鴨肉以冷凍肉為主，內銷的鴨肉加工品則以傳統式製品為主，如板鴨、鹽水鴨、烤鴨等。近年來已有多項新研發的產品問市，如煙燻鴨排、重組鴨排、鴨肉棒等。但如何更進一步提高鴨肉加工利用，促進鴨肉消費，進而拓展外銷市場，以提高養鴨產業的收益，實為刻不容緩的課題。
由於生活水準提升，消費者要求產品衛生安全及健康的標準日益提高。因此，許多功能性產品應運而生，例如富含二十碳五烯酸 (EPA) 及二十二碳六烯酸 (DHA) 的禽肉蛋品。
EPA 及 DHA 是多元不飽和脂肪酸，一般認為有防止心臟血管疾病發生，以及降低血漿中三酸甘油酯和膽固醇濃度的功用。此外，尚有降血壓、減少血小板凝固、抑制癌細胞生長、抑制風濕性關節炎、抗腫脹等效果。因此積極研發富含 EPA 及 DHA 的鴨肉產品，應是大勢所趨。
研究發現，若在土番鴨 4 周齡時以含 1.5% 魚油的飼糧餵飼 6 周，可有效提高鴨胸肉及胸皮中 DHA 含量，但不會增加胸肉脂肪的氧化，也無魚腥味的問題。開發美味的鴨肉產品是養鴨產業的重要課題 (圖 / Pixabay)
鴨肉食品有哪些？煙燻鴨排
煙燻鴨排除了可有效解決鴨肉於盛產期滯銷的問題外，也可提供外銷產品除生鮮肉外的另一選擇。研究人員應用肉品加工技術，以鴨胸肉製成煙燻鴨排，並把加工技術轉移給廠商。至今已有多家肉品加工廠生產上市，並外銷日本，頗受消費者喜愛。這項製品外觀美麗，肉質鮮嫩多汁，風味佳美，有異於傳統的即食鴨肉製品，不但提高了鴨肉的利用及其附加價值，更開拓了鴨肉內外銷市場的另一片天空。
烤鴨
北京鴨是由原生於中國北方的原種白鴨，經過數百年的馴化、飼養及選種培育而成。根據記載，1873 年美國人詹姆斯把北京鴨種蛋帶至北美，這是北京鴨初次放洋美國。同年英國人凱爾也自北京把北京鴨種蛋輸入英國。
1875 年，英國人把一批填肥的北京鴨海運至美國，立刻引起美國市場的轟動，因為歐美原有鴨種肉質粗劣，且味膻酸，不堪烹食。北京鴨的美味則顛覆了這個味蕾印象，因此在美國社會搏得了「鴨即金磚」的美稱。北京鴨因來自中國北京而得名，而以北京鴨烤製成的鴨子，就稱為北京烤鴨。
鴨賞北京鴨長肉快、飼料效率佳，因皮厚、脂肪多且肉質細嫩，適合製成烤鴨。
雨量充沛的蘭陽平原，溪澗和池塘特別多，因此養鴨業十分興盛，所產的鴨隻肉質鮮美。為了長久保存鴨肉的新鮮，聰明的宜蘭人想出了把鴨肉醃製、煙燻的好方法，成就了今日揚名全臺的「鴨賞」。正統鴨賞的吃法是把鴨肉剁成細絲，摻上白醋、酒、蔥、蒜、香油等調味料攪拌後食用。
鴨滷味
滷味是中華飲食文化特有的食品，起源於廣東。滷味通常是指以大量調味醬料醃漬後，再經滷煮的食品或以熱滷汁滷製而成的食品。滷味可立即食用且攜帶方便，因此深受國內消費者喜愛。
冬令進補「薑母鴨」
薑母鴨可以說是臺灣民間最受歡迎的冬季食補之一，特別是在嚴寒的冬季。所謂薑母鴨並非用母鴨，而是指以薑母熬煮的鴨品，主角通常是番鴨。而所謂的薑母，指的是 3 年以上的老薑。
所謂的薑母鴨，通常是指用薑母煮的紅面番鴨。
在中華飲食中，一般認為薑有驅寒的效果，因此在寒冷的冬季裡品味薑母鴨最是過癮，若再加上當歸、黃耆，則更有暖身、促進健康的效果。此外，也兼具整腸、增進食欲、促進消化與吸收的功效。
薑母鴨其實是屬於藥膳類的食物，其功效是疏肝潤肺、養胃健脾、舒筋活血及祛寒化痰。薑母鴨的湯頭，薑、麻油、米酒、中藥等缺一不可，這也是薑母鴨餐廳勝負的關鍵。俗話說薑是老的辣，用在薑母鴨料理上最是合適。老薑纖維粗長，薑皮辛辣，因此老薑若不去皮，改以拍開並與各料快炒，最能呈現薑獨特的香氣與辛辣。
黑麻油與米酒能提出薑的香與辛辣。一般使用紅標料理米酒，再佐以多種中藥，以增添湯頭香氣與食補療效，但各家配方不一。沾醬也各有特色，最常選用豆瓣醬與辣椒調味。
鴨蛋產品
蛋品可提供完整的營養成分，有益人體健康，但有段時間消費者顧慮到它含有大量的膽固醇，而持懷疑的態度。其實脂質是維持生命不可欠缺的物質，而膽固醇又是血液中脂質的主要成分。人體約由 60 兆個細胞構成，膽固醇是細胞膜的重要成分，如果沒有膽固醇，細胞膜就會崩潰。另外，膽固醇也是性荷爾蒙、副腎上腺皮質荷爾蒙的主要成分，因此膽固醇對人體是很重要的。
人體每天的膽固醇需要量約為 700 毫克，一部分是身體自行產生的，一部分則須從食物攝取。根據美國食品藥物管理局 (FDA) 的建議，每人每日約需補充 300 毫克的膽固醇，蛋品當然是最佳來源，鴨蛋的重要性不言可喻。
研究人員發現以含 4% 魚油的飼糧餵飼菜鴨 6 周，可有效提高鴨蛋中的 DHA 及 EPA 含量，且不會造成鴨蛋有魚腥味。研究也顯示在餵飼魚油 3 周後，無論 EPA 或 DHA 含量都幾達穩定值，蛋黃中的 EPA 及 DHA 分別是不添加魚油組的 20 及 5 ~ 6 倍。
富含 DHA 及 EPA 的鴨蛋在室溫下可儲藏 3 周，仍不會改變蛋黃中的 DHA 及 EPA 含量，且在製造皮蛋及鹹蛋的過程中，蛋黃中的 DHA 及 EPA 極為穩定。
皮蛋
皮蛋是特有的鴨蛋加工品，是一種傳統的食品，為國人所嗜食，可料理成皮蛋豆腐、三色蛋、皮蛋瘦肉粥等美味菜餚。皮蛋是以鹼性物質滲入蛋內使蛋白凝膠化所製成，鹼性蛋白呈淡黃至茶褐色，且富彈性，略帶鹼味，不溶於水。製造皮蛋時，一般使用生石灰或氫氧化鈉等鹼性物質，以及食鹽、紅茶汁等可促進凝膠化的物質，調成浸漬液，再把蛋投入或調成泥漿塗敷於蛋殼上，而使它熟成。
鹹蛋
鹹蛋是國人喜好的傳統佐膳佳餚，平時就不乏食用機會。而當民俗三大節慶的端午、中秋及春節時，由於需製作粽子或月餅等應景食品，鹹蛋的消費更是大增。
鹹蛋浸漬液濃度約 30%, 所以生鮮鴨蛋放入水中後會浮在水面，因此須在水面上方放置物品，以使每個鴨蛋都繼浸漬液中，浸漬時間約 20∼30 天。 |
你猜猜:羅馬帝國軍隊和漢代軍隊交手會怎樣? | 主要利用羅馬和漢代傳世文獻及考古出土材料，介紹羅馬帝國和同時期漢代中國軍隊在性質、組成、裝備和戰術上的特色，並討論過去二、三十年盛傳「羅馬軍隊曾到漢代邊疆代為防守匈奴」是真的嗎？如果羅馬和漢代軍隊交手，會如何呢？講演綱要 (撰文 | 高英哲)
羅馬帝國跟漢朝，是西元前 200 年到西元 200 年這段時間，並存於東西方世界的兩大超級帝國。這兩大帝國有沒有可能各自派遣遠征軍，在某個地方曾經交手過？倘若真的交手了，戰況又會如何？羅馬帝國跟漢朝交手，這樣的假想並非空穴來風，而是始自英國牛津大學漢學教授德效騫 (Homer Hasenpflug Dubs) 提出的「古羅馬第一軍團失蹤之謎」。德效騫認為在西元前 53 年，於卡萊戰役 (Battle of Carrhae) 慘敗給安息帝國的羅馬軍團，有部分士兵突圍而出，輾轉東行，最後落腳於中國甘肅省永昌縣驪靬村。驪靬村居民大多長著棕色或黃色頭髮，甚至還有藍色或灰色眼睛，似乎可為這個假說提供佐證。成龍受到這個說法啟發，前兩年還拍攝了一部類似題材的電影《天降雄獅》, 讓漢朝軍隊跟羅馬軍隊結結實實打上一仗。雖然這個假說疑點頗多，不過倒是讓人對於當世兩大帝國交手，產生了一些想像空間。
邢老師為我們各別分析羅馬軍隊跟漢朝軍隊的戰鬥力。羅馬帝國的軍隊分成兩類：一是由羅馬公民組成的軍團，以重裝步兵為主，主要駐紮在北方日耳曼民族的前線，以及各個重要行省；另一則是由羅馬征服的各行省非公民組成的協防軍，以輕裝騎兵為主。羅馬軍隊最大的特色是常備職業化，組織固定，定期發餉，軍人一幹就是二十幾年，可進行長期訓練；平日沒有戰事時，也完全不從事生產，就是一個勁地進行軍事訓練。有猶太史家在猶太戰爭之後，觀察羅馬軍隊，甚至認為羅馬軍隊不只是戰技精妙，甚至連心智都經過千錘百鍊，完全就是犀利的戰爭機器。這樣的職業化軍隊，搭配上精良的配備、先進的防禦工事，在古歐洲自然是所向披靡，戰鬥力極強。
漢朝的軍隊跟中國歷代一樣，奉行「兵農合一制」, 三時務農，一時講武，不打仗的時候就種田；為了解決農業社會，戰爭後勤補給不易的問題，漢朝採用「屯田制」, 部隊開拔所到之處，就分出一部份人力開始種田，盡量自給自足。步兵的來源主要是農民，配備刀矛弓弩等基本兵器；漢代徭役只有一年，服役期間跟現在的徵兵制一樣，相當短暫，訓練有限。騎兵的訓練稍微好一點，以戍守北疆的在地騎士，以及歸化胡人構成的胡騎為主。這種平日在農閒時稍加訓練，有戰事時臨時徵召的部隊，戰鬥力自然有限。
所以這當世兩大帝國倘若發生軍事衝突，結果究竟會是誰勝誰敗呢？就純軍事的觀點來看，很難想像高度職業化的羅馬軍隊，對上一批僅接受基本訓練的農民兵，會在戰陣上落於下風；不過羅馬軍隊也不是沒有打過敗仗，像是補給線長短之類的其他戰略因素，都有可能左右勝敗。由於這個情境在歷史上從未發生過，我們也只能把它當成一個有趣的題目，紙上談兵，開心就好。
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原來病毒也會生病! | <人類會因為病毒寄生而生病，但科學家發現，有比細菌體積還大的巨型病毒體內，也有其他病毒寄生。(圖 / Alchetron)
病毒又叫濾過性病毒，因為牠們比細菌還小，能通過過濾細菌的篩眼。然而這幾年，法國科學家陸續發現了巨大的病毒，不但比一些細菌大，甚至還有其他病毒寄生。
2003 年，法國馬賽的一個團隊宣布發現了一種巨型病毒。事實上，那一種巨病毒早在 1990 年代，就由英國科學家在冷卻塔採集的變形蟲體內分離出來了。但是由於牠太大，研究人員誤以為是細菌，把牠存在冷凍庫裡就算了，沒做任何研究。法國人仔細檢驗才發現牠是病毒。後來把牠的基因組 DNA 定序，發現有 300 個以上製造蛋白質的基因，是已知最大病毒的 3 倍以上，甚至比一些細菌都多。
最近，法國科學家在巴黎的一座冷卻塔中採集到的變形蟲體內分離出一個更大的病毒，暱稱媽媽病毒 (於是 2003 年發現的那一個，暱稱迷你病毒)。更教人驚訝的是，科學家利用電子顯微鏡發現了媽媽病毒有個「旅伴」(Sputnik, 史上第 1 顆人造衛星的名字，蘇聯於 1957 年 10 月 4 日發射)。
「旅伴」是個微小的病毒，基因組只有 21 個基因；雖然小，卻很陰險。媽媽病毒進入變形蟲後，會組成一個複製自己的工廠。可是，要是變形蟲同時感染了「旅伴」, 媽媽病毒複製工廠的效率就會打折扣：一、製造的病毒顆粒減少；二、那些病毒顆粒往往有缺陷，不易感染新的變形蟲宿主。也就是說，「旅伴」無異於使媽媽病毒生病的病原。
「旅伴」的基因組有 13 個基因與已知的基因毫無相似性，但有 3 個與媽媽病毒、迷你病毒的基因似乎同源。這也許表示，「旅伴」可以「蒐集」宿主基因，並在不同病毒之間「搬弄」基因。寄生細菌的病毒 (噬菌體) 也會做同樣的事。 |
石油及天然氣的誕生、漫遊與定居 | 石油是油，大概不會有人懷疑，事實上它也確確實實是油。因此，儘管它不能食用，但我們卻很容易把它和豬油與植物油的來源聯想在一起。石油來自地底而數量又多，於是六千萬到一億多年前之間大量出現在地球上的龐大恐龍便成為石油來源的最合理推測，因為恐龍是那麼地有份量，恐龍屍體腐爛後產生的液體滲入地下後，油會浮在距地表很近的地下水表面上，而被地下水帶著往下游流去，再匯聚在某一個地方。如果這個過程沒有錯，那麼墓園附近應可找到油，特別是老墓園附近。遺憾的是，答案卻是否定的。如果您再想想幾年前口蹄疫埋入地下的那一堆豬隻，是否有人發現過一窪子的豬油？答案也是否定的。為什麼呢？因為這些動物的油脂很容易會被細菌分解，它在地表很快就消失得無影無蹤 (全下了微生物的肚子)。如果油脂類這麼容易被分解消化，那麼石油是不是就特別耐菌蝕呢？否則怎麼仍會有這麼多石油被發現，難道微生物吃了會拉肚子？其實在高濃度的石油裡細菌是難以存活的，但石油儲集於封存構造中總有幾百萬年到一億年歷史，在這漫長歲月裡，菌類只要一天吃一點總有一天可以吃完。按目前已知的常識，深達地下一千多公尺的石油都會受到菌蝕作用，其實菌類是無所不在而且數量多得嚇人，在您的腸道裡是如此，在您的口腔裡、皮膚表面上也是如此，即使在深海的火山熱液噴出口 (高溫、高壓且高毒性的環境) 都有細菌存在。現代的基因工程中生物的基因能被人工快速複製，靠的還是在溫泉中存活的細菌。
石油通常來自較深的地層 (2,000~5,000 公尺), 超過此深度的地層因地層間的孔隙受壓力消失而接近緻密，缺乏儲存油氣的空間，而且因過高的地下溫度 (正常情況下每公里增加攝氏 30 度) 會將石油裂解成天然氣。因此，太深的地底下較不容易找到石油；而在較淺的地底下 (通常小於 1500 公尺) 的石油，除容易被菌蝕外，由於地下水沖刷與低分子成分透過地層的逸散而導致石油多呈濃稠狀，開採較不易。在一般的情況下，石油的比重是由地下深部往地表逐漸增大。
既然恐龍不是石油的來源，那麼石油的可能來源是什麼？當我們的眼光被侏儸紀的恐龍所吸引時，卻忘了比恐龍更多的是藻菌類，這些東西無處不在，數目繁多，增殖速率更快。不要忘了一個黃金葡萄球菌可在四小時繁殖到百萬個，而導致食物中毒。也不要忘了路邊的小池塘總是綠色的，因那裡面有無數的藻類活動著。小池塘如此、湖裡如此，海裡就更不用說了，它是食物鏈的最基層供應者，同時也是石油的重要基本來源。
石油的真正來源是藻菌類，它在地球上已悠然地存在了幾十億年。而陸生植物雖然出現較晚，但也比恐龍早幾億年就已披覆在地表上，只要水份夠，這些盎然的綠意何處不在？何時不在？即使在解凍後的北極凍原也如此，幾億年來滄海桑田，何曾讓其容顏憔悴？這些東西死亡後和動物一樣，很快會被微生物分解消化，但因為數量繁多，即使是萬分之一的機率，或多或少仍會有一些保留在沉積物中。
就陸生植物而言，花粉、孢子、葉片上的角皮及樹脂等都可以轉化成石油。而樹幹的木質部，則因為化學組成的限制，在受地球內部大烤爐細火慢燉時，只能生成天然氣，就像瘦肉是熬不出油來的。這些陸生植物被分解後的殘餘與還未經分解的部分，歷經大雨沖刷，帶離原地，進入湖泊或海洋，而被保留在水底下的沉積物中，特別是高等植物具有抗氧化及抗菌蝕性質的木質部分。
若您在大雨之後到海邊走一趟，會發現那裡堆滿了漂木，但除此之外少有其他東西，畢竟海濱是能量最高 (破壞能力最大)、氧化最強的環境。因此，有機物在海洋沉積的頁岩中，高等植物的木質部分占約 70~80%, 其餘的才是花粉、孢子及少量的樹脂、角皮，而藻類則相當少。其實不論是在湖水及海水中，藻類均是最活躍，也是最繁多的生物，按理它在水底下所沉積下來的沉積物中應較陸生植物的殘骸為多，但因為它含較多易為微生物分解的脂類，也是食物鏈中的基礎供應者，因此一般的沉積中它的含量甚少。
但是自然界總存在著偶然與意外，當特殊或突發的狀況下出現特別有利的生存條件時，藻類就會快速而大量地繁殖，其死亡殘骸墜落水底後，如果氧的供應不足導致生物分解不及時，這些殘骸便會被後續落下的沉積物覆蓋而保留下來。當沉積物中的含量較高時，便會形成一個好的產油層，在漫長的地質史上，這類特異事件發生了不計其數。但徒有好的生油岩，未必能生成大量的石油，有機物要轉化成石油需靠兩大因素：即時間與溫度，而後者比前者的影響更大。
一般而言，生油岩要在攝氏 100 度左右的溫度 (即埋深在 3 公里左右), 臺灣因地層沉積速率較快，要埋深 3.5 公里才能開始生成石油，而當溫度達攝氏 190 度左右，長鏈的油分子會開始被裂解成低分子的氣。也就是說較高的溫度，只能生成天然氣，這些生成的油或氣會從由泥巴形成的頁岩移出，跑到由砂子形成的砂岩中。砂岩的孔隙較多，油與氣則順著連通的孔隙漸漸往較高的地方移動，直至遇到讓移動產生障礙的處所 (也就是一個好的封閉構造，它包含了好的蓋層與儲集層), 就會積聚在該處。但這並不是它的永久歸宿，經歷過地震的人都知道，地殼其實是會變動的。
同理，封儲油氣的條件也會不斷地改變，故油氣的聚集也就不會恆久不變地待在同一個地方，而是隨著條件的改變不斷地移動。大部分的情況是油氣如同滾水中的泡泡，冒出地表。百年前苗栗的出磺坑就是因為有油溢出而得名。至於臺灣的地質受先天條件限制，只能產氣 (地層中所含的有機物以陸生植物碎屑為主), 因為斷層多且地層破碎，所以由南到北雖有許多的氣苗分布，卻少有原油溢出，也因此原油都得靠進口。
石油的來源
雖然石油和我們的食衣住行都有相當密切的關係，但我們大多數人可能都只看過汽油與機油，少有機會看到真正的石油。究竟它長得什麼樣子？其實什麼樣子都有，從墨黑濃稠到清淡如水，從烏漆嘛黑到五光十色，但大部分是棕黑色，不同的產地、不同的深度，所採出的石油都有不同的成分，而成分的差異是由許多原因造成的，如溫度、水沖、菌蝕、移聚、擴散等等。不同的來源物所生成的石油會有不同的組成。
石油的來源物有那些呢？石油的來源是有機物質，是來自曾經有生命的東西。而同為生物的人可不可能是石油的來源？儘管現今人是地球的主宰，而且數目有幾十億之多，但確定為人類祖宗的非洲原始人類，其出現年代最早也才三百多萬年，對地質史而言，這是剛才發生的事，何況幾十億的人口數量也是近幾十年來才有的。
會形成石油來源有如恆河沙數的生物，人與恐龍的數量固然也是多得難以盡數，但能供應人與恐龍作為食物的生物，植物數量必然更為龐大。而植物所生成的花粉、孢子及葉片的角皮數目自然更多，水中的藻類也一樣。這些存在數目超級龐大的東西，能躲過食物鏈的消化及自然界微生物的分解而保存在地層中，即使機率只有萬分之一，數目也非常可觀。所以一般的岩層中都可以發現這些東西，但數量不會太多，如果以重量計算，多半只有千分之幾的含量而已。而在特殊的情況下，含量會到達百分之幾，那就會是個很好的生油地層。
但我們在一般地層中，很少看到動物的大形遺骸，所以石油的來源雖然是有機物，卻不是來自大型動物。舉例來說，如果你家前面的那座山含有千分之五的有機物 (生油物質──油母質), 而這些有機物有一半可以轉化成石油，那麼所生成石油的數量會是那座山的千分之二點五，或許你家前面望得到的那座山只有一千公尺，但是地底下能生成石油的地層厚度範圍，卻可高達五千公尺到六千公尺，另外，山多半只是單薄的一片，但形成一個油氣儲聚點的成油範圍卻往往有幾十到幾百平方公里，所以一個值得開發的構造都會有幾億桶或幾十億桶的油可供開採。臺灣因先天條件的關係，只產氣不產油，但幾個主要的生產構造 (天然的儲氣窖) 有數量龐大的天然氣儲藏在裡頭，這些天然氣曾讓臺灣人煎煮炒炸了幾十年之久。
前面提過，能形成石油的大都是難以數盡的東西，其中花粉、孢子、樹葉的角皮等對形成石油的能力都不如藻類。在三十多億年前的地層中，曾發現有像藻類的球體及像細菌的桿狀體，早期的藻類是藍綠藻，這表示那時候已經是陽光普照，它已發展出光合作用的能力。但是地球在二十億年以前，大氣中並沒有氧氣存在，而只是以氮及氧化碳為主，因此，在十多億年的漫長歲月中，只有簡單的單細胞生命體存在。而這些生命體的細胞核中，遺傳的物質極為紊亂，並且行無性生殖而無法變異，以類似的形態存活了無數的歲月。
直到那麼一天，地球大氣中，氧出現了，比前核生物更進一步演化的真核生物也就在十～十六億年前開始生成；這些具有染色體與細胞核的生物開始出現，但仍舊是行無性生殖，且也不能產生變異。再經過幾億年的漫長演化，直到八到十億年前，有性生殖的真核生物才出現，而多細胞有機體則隨著大氣中氧的增加，在七到十億年前出現，由此可知，多樣性的生命體是後來才有的。
多樣性的生命體固然使石油有更寬廣的來源，能形成石油的地層卻不一定非得要多樣的來源不可，所以在西伯利亞、安曼、澳洲及美國的密西根州都可找到這類由六億年以上的古老地層所生成的石油。地球的年齡約有 47 億年之久，藻類的出現則有三十多億年，如果按等比例分，老的地層對石油的貢獻應該占有非常高的比例。但實際上被發現的石油有一半是在恐龍時代的地層 (侏儸紀與白堊紀), 其次是恐龍消失的年代 (六千五百萬年內的地層), 恐龍出現前的地層對石油形成的貢獻已不多，十億年以前形成石油的地層更是少見。
這中間似乎有些矛盾存在，問題在於石油形成的機制及地質構造。有機物要形成石油有兩個要素，就是溫度與時間，愈老的地層需要的溫度愈低，換句話說，只要埋深即可形成石油。在古生代 (2 億 4 千 5 百萬年至 5 億 7 千萬年前) 或更老的地層中，除了在穩定的大陸地塊 (地盾) 裡能維持較淺的深度外，大部分若不是埋藏過深便是消失了。在地質史裡，它們雖曾生成石油並蘊育成藏，但事實上，地殼是不斷地被拼湊或拆解，每次拼湊、拆解出來的圖樣都不同，而它的移動 (推、拉、擠、撞) 會產生隱沒、融溶與岩漿噴出並冷凝固化；它不斷地生成，也不斷地被消化，換句話說，它有新陳代謝的作用。
石油含有無數不同的化合物，但主要組成可以就所含數量的多寡依序為正烷烴、支鏈烷烴、環烷烴與芳香烴等。若以元素組成來說，碳占全部含量的 84.5%, 其次為氫 13%。換句話說，石油就是碳與氫的化合物，與瀝青的碳 84%、氫 10%, 油母質的碳 79%, 氫 6% 相近；而瀝青為油的前驅物，瀝青裂解後就形成石油。
在貧氧環境沉積的岩層中夾含黑色的有機物 (B. Kartz, 1980)
前面提過，石油是有機來源，主要來自數量極大的生物；與石油最接近的是脂肪，脂肪在動物中主要儲藏在皮下、腹部及肌肉組織中；但在植物中，主要儲藏在種子、果實和孢粉中。對海洋生物而言，脂肪類的功能是為了食物的儲存、隔熱以及浮游的需要，而以短鏈的液態烴 (液態脂肪) 為主，陸生植物則因外部的保護作用而需要長鏈烴 (蠟)。
一般感覺上好像動物的脂肪比較多，如豬的腦滿腸肥，人的大肚皮...... 等。但比較植物與動物的差異，則植物的脂肪含量變化極大。含量最多的是孢子，占 50%, 高的可達 90%; 其次為藻類 20~30%; 細菌則稍少於藻類，是 5~20%; 樹木的樹皮可達 25~30%。相對於動物的 10% 左右 (浮游動物 18%, 浮游植物僅 11%), 植物顯然有較高的脂肪含量。動物的組成是以蛋白質為主，碳水化合物為次；而植物的組成以碳水化合物為主，次要成分則不一定。
在海洋中，浮游植物和浮游動物占了海洋生命組成的 95% 以上，比例極高，而浮游植物的年產量是浮游動物及底棲生物的十幾倍到幾十倍，從這樣的數量及其組成，我們不難理解到浮游植物在石油的形成上所具有的意義。當這些生物死亡之後，不論是海底或土壤表層數公分深的地方都充滿了微生物，每立方公尺的沉積物裡，細菌可達到 500 公克，也就是每毫升沉積物會有幾百萬個細菌。
這些生物會用破壞死去的組織，但這僅止於沉積物的表層，當沉積物埋入較深，氧的供應減少，細菌的數量會迅速減少，到了地下三公尺深處，就只存在了幾百個。所以，較快的沉積，可使這些死去殘骸降低被微生物分解的機會，而可以保留在沉積物中。
微生物分解及使用有機物的過程，可利用將高分子的蛋白質、碳水化合物和脂肪分解成簡單的分子以利吸收，再合成一部分進入細胞質。在氧化的環境下，分解的破壞作用相當快，蛋白質被分解成水、二氧化碳、硝酸根離子及氨基酸等。而碳水化合物則水解成葡萄糖等單糖，接著進一步分解成二氧化碳及水；木質素則因部分產物不能被生物利用所以分解速度慢。但真菌等微生物能將其轉變成較簡單的酚類、脂肪類化合物，或更進一步的分解成水及二氧化碳。在植物組織中，較能扺抗生物破壞的是角質、孢粉、樹蠟及樹脂；但在沉積物中，木質素是被保留下來最多的有機物。
但這些都僅止於沉積物表面氧化環境，當沉積物進一步掩埋時，氧因被消耗且無法由水體及空氣供應，而且有機物殘骸分解過程產生的物質及細菌代謝物會使酸度增加，而抑制了喜氧細菌及真菌的繁殖。大部分的細菌在中到弱鹼性環境中 (酸鹼值為 7~7.5) 繁殖最盛，在酸鹼值為 5 時已大大減弱，當酸性增強到酸鹼值為 2~3 時，多數細菌便無法存活。由於沉積物埋入地表以下時，環境就變成還原環境，在這樣的環境下，水解及厭氧菌的分解是主要作用，脂肪轉變成脂肪酸、蛋白質則斷裂變成氨基酸，而木質素就分解成苯環類的衍生物及大量的活性基團。
這些有機物除了受上述生物的分解作用外，在低溫及埋深較淺的狀態下會因化學反應而造成改變，特別是在攝氏 50~60 度的溫度下，如氫原子的重新分配，有的化合物變成缺乏氫，有的則含有很多氫。脫水作用會使醇類轉化成烷類，脫羧及還原作用則會使脂肪酸變成烷類...... 等。
當埋深漸增加時，溫度也跟著增高，地溫的增高原因有許多，如岩漿的化學反應、放射性元素蛻變、重物質位移、物質分子壓縮變化時的晶格熱、構造變動與潮汐所造成的摩擦熱、以及原始的地球殘餘熱等來源，使得地球愈往內部溫度愈高，通常每 1 公里的深度會增加攝氏 30~35 度，換句話說，當深度達到地底下三千公尺時，溫度會超過攝氏 100 度。
同樣的原理，當有機物埋深大於 1 公里也就是溫度大於攝氏 50 度時，開始進行熱分解作用，這時候，時間對有機物的變化開始有了意義，如同炒菜或煮炸東西，時間愈久則愈老或愈焦；在地層中有機物的變化與此相似，如果我們把不同深度的花粉或孢子放在透射光顯微鏡下，便可看到，隨著埋深增大，花粉與孢子逐漸由淡黃色，轉深黃色再變成棕色，最後則成為黑色。
石油的形成既受溫度也受時間的影響，就溫度而言，太低的溫度石油不能形成，太高的溫度則石油會被破壞，所以石油大多形成於攝氏 50~200 度的範圍內，生成石油的高峰則出現在 100 度左右；而溫度的範圍則與時間的長短有關，愈久則可形成石油的溫度愈低。攝氏 50~200 度的埋深，用正常的溫梯度換算大約是地下 1 公里至 6 公里，太深，油會被裂解成氣，而且，如果埋藏太深，地層中的孔隙幾乎消失，也不利於油氣從地層中移出，形成具經濟價值的油氣藏。所以，太深的地下，石油不會存在。另外，太深的地下鑽油，費用非常高，並不經濟，所以探油的深度多半在五、六千公尺的範圍內進行。
一般油的比重大多比水輕，會隨著浮力而往上移動，往淺處跑。因此，雖然石油的形成有一定的溫度門檻，但比此溫度門檻淺的深度並不難找到石油，在地下較淺處形成的石油通常較粘稠，越往深處則越輕越稀，這是因為溫度的增大，使大的分子裂解成較小的分子。換句話說，溫度會使分子趨向於在該溫度能維持穩定的結構，如重油逐漸變為輕油，再變成氣，最後只有結構穩定的甲烷存在。另外則是芳香環的聚合，芳香烴分子越變越大，使石油成熟為焦瀝青，在更高的溫度 (如高於攝氏 250 度) 進一步成為石墨。
石油的遷移和聚集
水在石油的形成與遷移上扮演很重要的角色，形成石油的有機物主要是散布在由泥巴形成的頁岩或鈣質含量較多的泥岩之中，當泥巴與砂子沈積時，都含有接近一半的水，在海中沈積的含了海水，在淡水中形成的則是含淡水。
但不論海水或淡水，水分子在有機物轉化成石油或石油裂解成較輕成分 (較小分子) 時，提供了氫離子，否則會因缺乏氫而形成二氧化碳。這些水會因岩層埋深受壓而逐漸排出，就像用手去擠浸溼的海綿。要把水從海綿擠出並不難，但如果想把它完全擠乾，卻不是一件容易的事。
岩石在沈積時不論是砂子或泥巴，都像海綿一樣，空隙間全是水。不同的是，砂子的孔隙很大，泥巴的空隙卻很小，在後者中的流動卻不是那麼容易。但地層累計的壓力，溫度；所造成的膨脹力與油氣生成所增加的壓力、都會迫使水從泥巴形成的頁岩中排移出去。不過地層受壓而排水，主要是發生在淺層，愈往深處愈少，而粘土礦物的脫水作用則發生在攝氏 80~120 度，即較深處。
前面曾提過石油生成的高峰是攝氏 100 度，粘土礦物脫去的水占沉積物體積的 5~10%, 對石油從頁岩層中移出是有幫助的。因為從石油生成到結束，孔隙的損失也只是 5~20%, 當油與氣的數量不多時，都必須藉由水來帶出頁岩層。如甲烷氣在 1,000 公尺的深度下，溶解於水的體積是水的兩倍，到了深度 6,000 公尺時就是 10 倍。溶解氣體隨著水而移出，但當氣體量大於溶解度時，不需要藉助於水，也能以氣相方式移出生油岩層。這時候氣體可溶解部分的油，也把油帶出生油岩層。
至於油平常是不溶於水的，但當水的溫度超過攝氏 100 度時，水會從高極性變成低極性，而變成可溶解不具極性的油，因此，此油也會藉水而移出生油岩層。但是油的數量多時，不需要藉助水也能移出生油岩層。有時候雖然數量不多，但也能藉由有機物的分布當作途徑而移出。不過，在地底相當於攝氏 100 度的深度時，油與氣成為單相，所以，是以單相方式移出生油岩層。
油與氣從細顆粒的生油層移到粗粒的運載層時，是藉由上述不同方式進行，而在粗粒的運載層中也同樣可以氣相、油相或分散相進行。分散相是 0.5~1.5 微米的小油滴，它們帶負電，會互相排斥，而不會凝聚，可以進行長程的遷移。至於油相與氣相的遷移會像狗狗走路，一路走一路留下紀念品，如果不是數量夠，還未達終點站，就己消耗怠盡，無法儲集成具經濟價值的油氣藏。所以油與氣要做長途旅行，除了本錢要夠，還得要有好的環境，例如載層的延續性要好，途中也不能有太多的斷層構造導致漏失，所以油與氣的長程移居不是常態。
油與氣在載層的運動是朝低勢能的方向運動，簡單的說，就是朝向較低的壓力與溫度的方向移動。岩層埋得愈深，孔隙愈小，孔隙壓力愈大，地溫也愈高，但油氣卻是愈往深部的分子愈小，比重也愈低。在比重較小的情況下，它是會朝上運動，但是地層沈積時，多半呈水平方向分布。垂直方向的岩性變化通常很大，褶皺固然會使岩層呈相當程度的傾斜，但油氣仍然不容易垂直往上移動。側向或斜角的移動是較容易進行的，除非有斷層破壞了地層的延續性，才會有機會往上移動。
油氣在孔隙較大的載層 (大多為砂層) 中游移，當移動受到障礙時，例如水流由上往下、壓力變大、或孔隙與滲透率降低時，導致移動速度很慢或停止，就會積聚成油氣藏。如果障礙大到阻擋大量的油氣時，就會形成具經濟價值的油氣藏，這多半是背斜構造的軸部或是斷層所形成的封閉。油氣的遷移通常是走走停停的，而且歇止的地方也不會永久，因為地殼是動態的。 |
石油探採及處理:如何挖掘黑金 | 鑽井這門工藝在中國古代可以說相當先進，可遠溯至 3 世紀初的蜀漢時代，在現在的四川省已經採用原始的機具 (或鑽具) 鑽鑿水井以汲取鹽水；同時發現了原油和天然氣，做為燃料來熬煮食鹽。明朝時，宋應星編寫的《天工開物》一書中，對當時四川鑽井的施工情況有詳盡的說明。
近代油井的鑽鑿肇始於 1859 年，美國賓州提塔維爾附近德瑞克油井的鑽鑿成功，開啟油氣鑽井的新紀元。該井井深 69 英尺半 (21 公尺), 以頓鑽法 (利用鑽具重量反覆衝擊地層來鑽井) 施工，日產原油不超過 10 桶，卻從此在美國興起了探油的熱潮。
無獨有偶，清咸豐 11 年 (1861 年), 臺灣通事邱茍在苗栗出磺坑後龍溪畔見有石油流出，原先不知為何物，以火試引，居然燃燒起來，始知可做為燃料。於是就在原處以人工開挖油井一口，深約 3 公尺，每日產出的石油四十餘斤，供燈火及醫藥使用，是臺灣石油探勘的開端。十餘年後，福建巡撫丁日昌奏請朝廷官辦開發石油，引用外國技術，向美國購買一套頓鑽機，並聘請美國鑽井技師 3 人，來臺在出磺坑鑽井。1878 年鑽得石油，每日產量有千餘斤，與德瑞克井的成功相距不過 20 年，可說東西相互輝映。
鑽井原理
簡單地說，鑽井就是在地下鑽鑿一個孔洞至預期的深度，以發現可能蘊藏的油氣，並下套管以保護孔洞避免崩塌，使成為一個有用的油氣井。早期以頓鑽法鑽井，利用鑽繩底端所連接鑽具的上下衝擊力量，用鑽頭擊碎岩層產生碎屑。每衝擊進入幾十公分就要起出鑽頭，因為井底鑽屑多了就打不下去，必須改用汲筒去撈淨鑽屑，然後再放下鑽具 (即下鑽) 頓擊；如此反覆進行，直到達到目標深度為止。
頓鑽速度很慢，相當費時。1860 年代法國人設計出旋轉鑽井法，管串及鑽頭可以透過轉盤帶動旋轉。鑽頭上的齒牙設計，可針對軟硬不同的地層，對岩石產生刮、鏟、削、磨的作用，再搭配泥漿循環 (稍後有解釋), 把鑽屑立即帶離井底，直到鑽頭上的齒牙磨損無法使用，才由井底起出 (即起鑽)。更換新鑽頭之後，再放入井內 (即下鑽) 繼續鑽進，直到達預定深度為止。旋轉鑽法使鑽井作業突飛猛進，因而取代頓鑽法並沿用至今。
鑽井作業是以鑽頭進行挖掘地層岩石的工作，又稱為鑽進作業。鑽頭上裝接由鑽鋌、重鑽桿及鑽桿組成的所謂鑽井管串 (鑽串)。鑽鋌是粗壯的厚壁鋼管，供增加鑽頭重量用。在鑽進過程中，鑽頭加重絕不可超過鑽鋌的重量，以免鑽串彎曲而影響井程 (即鑽井軌跡) 及上部鑽桿的壽命。另為了增加井底鑽串的垂直性，控制井程，有時也會在鑽鋌串的適當位置加入穩定器。
鑽鋌上面再接上重鑽桿，一般是 15 單根，用來緩衝鑽鋌與鑽桿轉接時的應力轉變。重鑽桿上面接鑽桿，隨著鑽進深度增加，每鑽進 9 公尺就在鑽串中追加一根鑽桿。
鑽井設備
一套鑽井設備所包含的項目相當多，依它們的功能及特性，大致歸類如下:
動力系統 鑽井動力早期都採用柴油機，直接帶動鑽機、泥漿泵，以及其他大型設備。近年來，重型鑽井設備已改為柴油電機組合，先由柴油電機發出交流電，經整流成直流電後，直接帶動鑽機、泥漿泵和轉盤的直流馬達進行各項作業。直流馬達的出力可調整大小，靈活度較高，適於鑽井的起鑽及下鑽操作，因優於交流馬達的固定出力而廣被採用。至於井上的其他小型設備如泥漿攪拌機、空壓機等，仍採用交流馬達帶動。
捲揚系統 包括捲揚機 (俗稱鑽機)、井架、井架底座、天車 (定滑輪), 遊車 (動滑輪)、大鉤、水龍頭、吊卡、鑽繩等，主要是用來升降鑽井管串及下套管串。井架分標準型及桅式型兩種：標準型類似電塔；桅式型則呈ㄇ字形，可自地面逐段安裝各桁架後平放在專用臺架上，利用鑽機本身的動力把整套井架豎立起來，不像標準型要一節一節往上裝，危險性較高。
井架高度自鑽井工作臺面算起，一般約 43 公尺。這種高度是因為每根鑽桿約 9 公尺，若一根一根地裝上或剝開，相當費時，為節省起、下鑽時間，常以單根鑽桿為一單位，三單根鑽桿稱為一立根，起揚後就豎立倚靠在井架上。井架除了需承受可能垂直荷重的 5 倍外，尚要能承受橫向的風力吹襲。現代製造的井架都有每小時 160 到 200 公里風速，約為中度颱風等級的耐風能力。
泥漿循環系統 內含泥漿泵、高低壓循環管閥、水龍帶、水龍頭、泥漿機械處理設備等，相當於人體的血液循環系統，而泥漿泵相當於心臟。泥漿的功能除清淨井孔、排除鑽屑外，尚可冷卻及潤滑鑽頭、支撐井壁不致崩塌、壓制地層壓力防止井噴，且因具有懸浮力可減輕井內管串的吊重等，是鑽井工程中很重要的一環。
泥漿是由搬土 (一種黏土) 加上水及專用的化學藥品摻配而成的黏性液體。泥漿經由泥漿泵抽汲後加壓，經地面高壓管線、立管、水龍帶、水龍頭進入井內鑽串，再從鑽串末端的鑽頭噴嘴射出。然後攜帶鑽屑沿著鑽串與井壁間的環孔上升回到地面，通過防噴裝置 (防止噴井，噴井在稍後有解釋) 及井口回流管，流到泥漿篩分離鑽屑 (如果泥漿內有氣體混雜在內，則要啟動真空除氣機予以抽除), 再經過泥漿機械處理設備濾除小粒徑或微細的固粒。
泥漿性質諸如黏度、比重、pH 值等經駐井泥漿技術員於現場測試，如不符需求，則要添加藥品調整。
控制系統 鑽井儀表也是鑽井必須的設備之一，可用來了解鑽井時的井下狀況是否正常。其中有指重表指示鑽串重量，如果鑽串重量出現異常，則配合壓力表資訊，可研判鑽串是否發生破孔或斷掉。另外尚有轉速表、鑽井扭力表、大鉗上扣扭力表、鑽串壓力表 (或稱泥漿循環壓力表)、電流表等，可用來研判鑽進作業是否發生意外或預先顯示事故徵兆。
較新的發展是用泥漿測錄儀結合網路，把所有鑽井資訊都綜合顯現在電腦螢幕上，無論在現場或遠端的辦公室，都可隨時全盤了解鑽井深度、泥泵衝次、鑽頭加重、轉速、泥漿循環壓力等，對於事故預防及追蹤都有莫大助益。
其他雜項設備 如鐵製儲油罐、儲水罐、儲泥罐、壓力水罐、壓縮空氣罐等，分別依需求儲存適當的容量，讓後勤補給供應無缺，靈活調度。
目前臺灣中油公司的鑽機都已組配成套，以便調度、維護及保養，並賦予編號。例如 DE-60-2 號鑽機，第一段的英文字母表示動力型式，本例的 DE 是指柴電式動力；第二段表示鑽深能力，單位是 100 公尺，因此 60 是指可鑽 6,000 公尺的井；第三段表示在同型鑽機中的第幾套，本例 2 是指第 2 套的意思。根據這種方式，可從成套鑽機的編號了解它的概要。
以 DE-60-2 這套鑽機而言，總共的運搬重量約 1,200 公噸，井架是桅式型，所需井坪大小 (面積) 約為 95 公尺 ×55 公尺，泥罐坪是 24 公尺 × 16 公尺。從第一輛車搬運設備進入井場開始準備鑽井 (籌鑽) 起，至籌鑽完成可以開鑽為止，約需一個月。若成套設備較小，所需時間就會相對縮短。
鑽井設備籌組完成後，就可準備鑽井 (開鑽)。由於擔心表土層鬆軟，環孔循環泥漿到地表後會在鬆土層到處亂流，日久會影響鑽機井架基礎的穩固性，因此要先鑽一個大型導孔至堅固地盤處，放入鐵圈 (稱為導管), 鐵圈外面與地下土層的中間灌注水泥封固，以確保爾後鑽井作業的循環泥漿能正常回流。
如果在山區鑽井，有時會在籌鑽末期，以人力開挖 5~6 公尺深的孔洞到達硬地盤，然後下送入導管 (或稱下導管)。至於在海域鑽井，常需要設置 30 公尺深的導管，這時非鑽大井孔不可。初期的下導管的工作，依地區及地表情況不同而異。
導管設置好後，再焊接橫流管到泥漿篩上，完成泥漿循環系統。另外尚有供鑽桿接管用的小鼠洞，以及供帶動鑽串旋轉的方鑽鋌放置用的大鼠洞，也都要在導管設置前鎚打好。
籌備鑽井
整個鑽井過程包括：首先由石油公司的專業地質師根據各種地層探勘結果，綜合石油生態系統判斷石油 (含天然氣) 可能儲存的位置，定出井位及目標深度；鑽井工程師則依地層資料，設計鑽井施工計畫，再發包交由鑽井公司及油氣井服務公司執行。一般規畫是鑽直井，即油氣目標是在井位正下方，鑽井時，盡可能地垂直往下鑽挖，不用刻意控制井孔的傾斜角度。
有時因目標上方是城市、湖泊或海域，不適合開闢為井場，這時為增加產量及方便管理，就須考慮鑽鑿定向井，俗稱彎井。定向井位與目標油氣層 (有時不只一層) 相互間的方向及偏距在計畫上都要規劃，井程 (或鑽井軌跡) 可以是直線或弧形，但弧形井程有曲率半徑上的限制，不可隨意轉彎。由於定向井操作風險較高，需要更周延的設計及施工，因此費用也較垂直井高出約 3 倍。
由於科技進步，不斷研發出定向鑽井的新技術及新器材，目前已可在旋轉鑽進中同時偵測井程狀況，使定向井可精準鑽到距目標位置幾公尺內，井孔的傾斜角度也可從 0 度到 90 度以上 (0 度是垂直井；90 度是水平井)。若最後一段井程的角度達 89 度或更高，延伸距離達 300 公尺以上時，就可稱為水平井，主要用來增加單口井的產量。
井位選定後，就可著手開闢道路及井場，並設置工作人員的住宿設備及井場用水等。接著依井深選用合適的鑽機，配合鑽機大小的運輸及安裝設備，決定合適的道路及井場範圍大小。
鑽頭 鑽串 效率
鑽頭的設計製造因材料科學的發展而有長足進步，早期的岩石鑽頭基本上有齒牙，用以挖掘地層。配合地層軟硬不同，齒牙也分別有長短設計。淺部地層地質鬆軟，用長齒牙鑽頭挖掘較快；深部地層地質硬實，用短牙齒鑽頭挖掘較有效率，也比較能承受重量不易折斷。齒牙的材質現已大部分採用硬度高且耐磨的鎢碳鋼或聚晶鋼石，減少經常更換鑽頭的時間。
為了配合旋轉鑽進，鑽頭設計成三錐，每錐各自旋轉，讓鑽錐軸心與井心有一偏差，可提高鑽井效率。鑽錐內有軸承承受轉軸的重量，軸承的壽命是較弱的一環。在高速旋轉中，難免會跳動，軸承易損壞破裂，嚴重者會導致鑽錐脫落，因此近年來有朝向無軸承設計的趨勢，聚晶鋼石鑽頭即為此代表，這種鑽頭底部全面鑲嵌錢幣狀的人造鋼石，增加重量，並以中轉速切削岩石，除增加鑽速外，尚可減少事故發生。
另外，鑽頭上含有數個循環孔，孔端配置噴嘴，可在泥漿循環時高速噴射，除了可馬上把鑽屑自齒牙清除帶走外，在鬆軟地層鑽進時更有效率。
提高鑽進效率可節省時間，也就可節省金錢。一般石油公司租用鑽井公司的鑽機，是以日計算，而鑽井費用占成本的最大比率，如能節省幾天，不無小補。因此選用合適的鑽頭、良好的井底鑽串組配，採用最合適的鑽重、轉速及動力的最佳化施工，進而縮短工期、提高效率，以及節省鑽井成本，已成為現代鑽井工程人員不斷努力及改進的目標。
分期鑽進 設置套管保護井孔
由於淺層油氣構造幾乎都已開發及鑽探，目前的探勘井都是深約 3,000 公尺的中深井，甚至更深。中深井或深井的鑽鑿要鑽過許多不同岩性的地層，這些地層都屬於沉積岩，井孔浸泡暴露在泥漿中過久，泥漿中的水分會滲透到頁岩地層，產生物理及化學作用引起井壁崩坍、井孔擴大。
另外，也有因不同地層的壓力差距過大，而須隔離泥漿與頁岩地層才能鑽進的情況。因此，必須設計分期鑽進，設置套管，並在環孔注入水泥以保護井孔。至於要分幾期鑽進，則依井深、地層壓力、地層岩性、有無特殊需求來保護地層，以及是否為定向井等因素而定。
以臺灣中油公司 5,000 公尺的深井為例，可採五期鑽進，各期的井孔分別設置不同口徑的套管。在第四期以後，套管可暫時掛在前期套管的下端，這類套管稱為襯管。若該井有油氣生產時，可再接回地面。
最後一期鑽完井孔後，利用電測研判是否有油氣生產價值。若無油氣潛能，則不放入套管，直接進行廢井工作；若有油氣跡象，則放入套管進行試油氣工作，再看結果是否達經濟效益，來決定要不要完井生產。若要生產油氣，就把襯管接回到地面，底部用水泥封住，並裝置油管生產，這口井就稱為成功井，否則稱為乾井。
鑽井風險在哪裡
鑽井作業不能保證一帆風順，尤其是超過 5,000 公尺的深井，在高溫高壓下泥漿及水泥性質不易掌控，產生不少後遺症。鑽井中，若井壁在泥漿中浸泡太久，頁岩層易因吸水軟化而崩塌，很可能造成管串被卡住，無法動彈，叫做卡鑽。如經搶救甚至打撈都無效時，管串會被埋掉，導致井孔不能使用而被迫放棄。這時必須移動井位重新鑽進，或在原井孔上方側向鑽出，使得生產成本增加。若是定向井，風險更高，是鑽井人員的夢魘。
另外，在鑽進中，如管串扭斷、穩定器翼片損毀掉落、鑽錐失落、工具不小心掉落等情況不斷，嚴重的會演變成打撈事故。又如鑽入低壓地層發生泥漿洩漏，因壓差關係也會造成卡鑽。
風險最高的莫過於噴井。通常在從未鑽過井的地區鑽第一口探勘井時，若遇到高壓地層，井內因泥漿柱壓不足會造成井內高油氣衝噴而出。若未及時控制，等高壓氣上升到地面就可能引起噴井。萬一不小心井場又著火，損失可就大了！這些事故的發生，除了人為疏失外，大部分都有徵兆可尋。雖不能完全避免鑽井意外或井噴事故，但訓練有素警覺性高的鑽井人員，應可在最短時間把危險降到最低。
只要油氣還是民生及工業使用的主要能源，油氣井的鑽鑿就會繼續存在。經過百餘年的探勘開採，淺層、交通方便的油氣田早已鑽探開採殆盡，人類被迫往深處地層、深海海域、極地及蠻荒僻野鑽探新的油氣田。成本不但持續增加，而且也有枯竭的一天，但在可預見的未來，油氣鑽探仍尚有可為。為了降低鑽井成本，以及克服愈來愈困難的探勘環境，鑽井新技術及新器材會陸續創新發展。只要油氣未被新的能源所取代，油氣鑽鑿仍有它創新成長的一片天。 |
海藻燃油 | 海藻是單細胞浮游植物，大氣中的氧有一半都是牠們生產的。早在 1950 年代，美國加州大學就有學者打海藻的主意，想利用海藻生產甲烷、處理廢水。
1970 年代，石油危機激發了利用海藻生產燃油的動機。1978 年，美國能源部啟動了「水種計畫」(Aquatic Species Project, ASP), 從事以海藻生產燃油的研究。
1996 年，計畫結束，一共投資了 2,500 萬美元；1984 年的經費最多，280 萬美元。在這期間，研究人員收集的海藻超過 3,000 種，大部分是在淺海或陸地上鹹水棲境生活的物種。其中 300 種有開發的潛力，主要是綠藻與矽藻，有一半現在可隨時取得。不過，1998 年發表的研究報告，結論是：以海藻生產柴油，成本是以石油生產的兩倍。當然，那是以當時的油價估算的。
ASP 計畫結束後，研究重心轉移到以玉米生產生質柴油，現在大家都知道這並不是長久之計。風水輪流轉，現在對海藻的興趣捲土重來了。去年石油業巨人埃克森美孚公司 (ExxonMobil) 承諾投資 6 億美元給基因組科學的名人文特 (Craig Venter), 開發海藻燃油。估計 2009~2011 年各方投入海藻燃油的資金將達 20 億美元。今年 6 月，在德國柏林航空展中，就有噴射機完全以海藻燃油起降。埃克森美孚公司相信，未來他們不用改變設備，就能銷售由海藻生產的燃油。
以海藻生產燃油，比以陸生植物生產燃油效益高。同一面積的土地，海藻產量是陸生植物的 10 倍，因為海藻浮在水面，不需要製造支持組織。牠們可以不斷生殖，直到養分耗盡。牠們生產可供製造燃油的前驅物，只要簡單的化學步驟就能轉變成柴油，而且其中的硫、氮汙染物少多了，剩下的渣滓還可以當飼料供應家畜及魚類。這是健康的、對環境極為友善的生產燃油方式。
不過，海藻的生理並不是為人類的需求而演化出來的。牠們繁殖與製造燃油前驅物，分屬生命史的不同階段，並不同時。牠們先不斷分裂、繁殖，直到水中的氮養分用盡為止。但牠們會繼續分裂，不惜破壞自己的身體，分解體內的蛋白質以取得氮。牠們在停止分裂之後才開始光合作用，那時牠們體內進行光合作用的胞器有些已經破壞了。
只有矽藻不一樣。牠們以矽製造細胞壁，用光水裡可利用的矽之後，就開始光合作用，不會拚命生殖、傷害身體。
但是以海藻大規模地生產燃油，還有許多技術問題要克服，涉及生產規模、工序、時間等成本。現在美國一年花 50 億美元補貼玉米生質燃油，有人認為，每年撥 25 億美元，連續 15 年，一定可以解決利用海藻生產燃油的技術問題。到時候，全美國所有汽車行駛一年所需的燃油，只需要以 10 萬平方公里水塘養殖海藻就足以供應了。 |