酒精在身體裡,到底發生了什麼事?關於酒科學的十個問與答!

  • 本文與 GQ Taiwan 合作,同步刊載於 GQ 8月號 雜誌,及GQ網站;原文為《大丈夫醉後學問大》,此篇文章經泛科學編輯部微調並加上延伸閱讀。

關於人類飲酒文化,最早可追溯到埃及古文明,而中國也在公元前七千年就以穀物發酵製酒。這麼長的飲酒歷史,直到最近一百年,大家才開始想到喝酒必須節制,乃至於近期因為酒駕肇事頻繁,喝酒常被污名化。喝酒真的不好嗎?為什麼有那麼多人明知道可能有問題,卻還是想狂喝?今次就讓我們一起來談談那些關於酒的科學吧!

Q1  酒與人體的關係是?

當你的嘴碰到它的那一刻,酒精所觸發的化學機制邊已經開始啟動。身體會試圖將攝取到的乙醇,透過生理機制氧化、分解,並轉化為身體可以利用的型態。當你大口喝酒的時候,口腔和喉嚨會先吸收一小部分的酒精。接著透過食道流到了胃和腸道,一部分的乙醇會在這裡被直接吸收,而它的吸收速度取決於你胃裡有沒有食物;所以如果不想醉得太快,最好先吃一些下酒菜啊!

攝影:Adrian Storey

接著被吸收的酒精便會在血液裡流淌,進入肝臟的乙醇會被分解成乙醛,然後再分解成乙酸,剩下的一部分酒精會由肺和腎排出;這也是為什麼我們能從呼吸跟尿液中測得身體酒精含量的原因。

Q2  喝酒讓人放鬆的原因?

酒精被認為是能讓神經運作減緩的鎮定劑,但為什麼有些平時嚴肅冷靜的人喝醉後會不顧形象地大聲叫囂,或一喝醉後嚎啕大哭止不住呢?

這都跟人類大腦的結構與其掌管的功能有關係,當我們剛開始喝酒,大腦第一個被抑制的剛好是位於最外側,負責理性與思考的「大腦皮質」區域。當負責壓抑感情與衝動的大腦皮質功能被減弱後,大腦內側「邊緣系統」掌管的本能與情緒就會顯現出來,平時較為緊繃、刻意保持正經的人就可能會不同程度的放飛自我。

攝影:Adrian Storey

如果繼續喝下去,就可能讓邊緣系統的記憶功能與小腦掌管的運動功能紛紛停擺,導致走路歪歪扭扭,隔天一醒來什麼也不記得。而最嚴重的情況則是一口氣喝太多酒,連掌管生命系統的腦幹都麻痺掉,引發急性酒精中毒,無法維持正常呼吸和血液循環而產生生命危險。

Q3 為何喝酒後會特別想尿尿?

喝酒後為什麼會特別容易跑廁所呢?原來是乙醇會讓腎臟內一種名為「血管加壓素」(vasopressin)的神經傳導物質失去功能,這種物質又叫做抗利尿激素(antidiuretic hormone,簡稱 ADH),大致的作用是讓腎臟盡可能抓住體內的水分。

當乙醇對抗利尿激素形成抑制作用時,腎臟組織的細管壁面就從海綿狀變成導管,幫助液體順暢流入膀胱,進而讓人產生尿意。

要特別注意的是,你只喝下一杯酒(紅酒或是其他酒),身體卻能排出該杯酒類三到四倍的水分,這也是為什麼大口飲酒後可能會有一點口乾舌燥的感覺。如果不注意補充水分,身體其他缺水的器官會偷搶大腦的水分來用,進而產生頭痛的症狀。此外,頻繁排尿的後果會讓人體內的鹽和鉀大量流失,如果鹽和鉀不足,身體也可能出現頭痛、疲倦與嘔吐等不舒服的情況。

Q4 為何人會喝醉?什麼方式醉得更快?

酒精的代謝速度跟基因以及攝取酒精的人是否經常飲酒、最近的生理狀態等原因有關。

如果持續攝取酒精,但代謝速度跟不上的話,酒精就會在血液中累積,濃度逐漸提高。不同的濃度會讓人有不一樣的生理反應,依序為:頭暈目眩但心情愉快的「微醺狀態」,言行開始逐漸失控的「喝醉狀態」,身體逐漸母湯的「爛醉狀態」,以及最後如果酒精濃度再升高的話,會有死亡的風險。

對於身體來說,酒精並不是好東西,反而是為了降低其毒性而努力分解代謝的物質,而乙醛在體內累積便會造成頭痛以及令人噁心嘔吐。所以所以,飲酒適量這句話真的不是鬧著玩的啊!

Q5  混酒為什麼容易喝醉?

說了那麼多,讓我們來推導一下「混酒」真的會讓人比較容易醉嗎?理論上,若是相同的酒精濃度的話,混酒跟都是同樣濃度的酒精在吸收代謝上應該是沒有什麼不一樣的。

但有些舉動會讓我們比較容易醉,而這可能在行為上會讓你誤以為這個混酒是有關係的。哪些狀況比較容易醉呢?像是空腹,喝酒喝得太急讓身體沒有時間去反應和代謝酒精(沒錯,就是在說喝 Shot 這樣又急又快濃度又高的喝法很容易醉 XD),以及和會刺激胃部括約肌的氣泡混著喝的時候。

2001年,英國薩里大學由 Fran Ridout 教授進行了一項實驗。在考量體重對酒精吸收的變數後,分別給兩組人喝香檳,A組喝的是正常的香檳,B組則是喝氣泡消失的香檳。飲用五分鐘後,A組平均每人每毫升血液裡有0.54毫克酒精,B組平均0.39毫克酒精。當40分鐘的實驗結束,A組平均是每毫升已達到0.7毫克,B組則只有0.58毫克。目前還沒有進一步的科學理論能解釋這樣的現象,但普遍的說法是,氣泡會擴大酒精與消化器官的接觸面積,也會讓酒精更快進入腸道。所以下次喝香檳時,請慢慢品味就好。

Q6  為何有些人喝酒特別容易臉紅?

喝酒對身體來說就像中毒一樣,肝臟會先把乙醇分解成較毒的乙醛,再代謝成傷害力較小的乙酸,最後分解成二氧化碳與水,通過生理機制排出體外。乙醛這個物質就是造成一般人印象中「喝酒後會臉紅、頭痛、想吐」等酒精反應的原因。

肝臟內負責代謝乙醛的酵素叫做「乙醛脫氫酶」(ALDH),但有些人的乙醛脫氫酶天生有點缺陷、工作效率不佳。

科學家發現,台灣、韓國、日本、新加坡與中國東南地區等東亞人的乙醛脫氫酶多半帶有基因結構突變,導致這些人肝臟製造出來的解酒酵素無法完全發揮功能,因此和歐美白人相比,東亞人喝酒比較容易出現臉紅的狀況。

根據考古生物學,這種基因可以追溯到 2000 至 3000 年前住在中國東南方的百越部落身上,而台灣有高達 45% 的人就帶有古老百越部落這種容易臉紅的基因呢。

Q7  喝醉酒為何會吐真言或者讓人很想睡?

酒精能使人鎮定,除了讓人放鬆之外,其抑制大腦皮質的活動也會讓被理性所抑制的情感與本能行為顯示出來,也因此酒精能引起人的睡意。但若你以為這樣就可以睡前喝點小酒助眠的話,可能得再想一想了。雖然酒精的確能讓你比較容易入睡,不過卻會干擾整夜的睡眠品質,因為他會減少快速動眼期的睡眠時間,而且睡前喝越多酒這樣的情況就越明顯。

攝影:Adrian Storey

而快速動眼期被干擾的話,會讓人白天注意力容易不集中、還有更想睡覺。想喝就想喝,別再用助眠當作小酌的藉口了!

Q8  喝點小酒,外語能說得更流利?

由荷蘭馬斯垂克大學、英國倫敦國王學院與利物浦大學組成的研究團隊,找來母語為德語且正在學荷蘭語的五十位學生做實驗。他們給一半的人喝冰開水,然後給另一半的人按照身形比例特調的伏特加,好讓其血液中的酒精濃度達到千分之 0.4。

飲料全喝下肚後,團隊用荷蘭語和受試者們討論「動物試驗」問題,然後把交談過程的錄音檔提供給兩位母語為荷蘭語的人士(觀察者評分)以及受試者(受試者評分)依照詞彙、發音、文法、論述能力、流利程度等細項評分。

攝影:Adrian Storey

結果出爐,雖然喝酒組並沒有自認外語表現力提升,但在觀察者評分中,喝酒組的整體分數卻明顯高於喝水組,且在發音項目上特別突出。作者推測也許是喝酒減輕了說第二外語的焦慮,反而讓口說表現變好了。

雖然本研究有很多限制,但根據實驗結果,也許先喝點小酒,對你用新學習的語言和外國朋友聊天會有幫助喔。

Q9  宿醉頭痛是怎麼回事?

你喝下第一口酒後,身體會開始啟動將酒精階段性分解的機制。當酒精抵達胃部及上側腸道後會被直接吸收,大部分的乙醇將被引至肝門靜脈,進入肝臟。在這裡,名為「乙醇脫氫酶(ADH)」的酵素負責將乙醇氧化、分解成乙醛,這個毒性較高的成分就是人們喝完酒後頭痛、噁心以及宿醉的原因,它甚至會破壞大腦中產生神經傳導物質血清素與多巴胺的功能,讓我們可能對酒精上癮。

為了將乙醛代謝掉,肝臟會努力製造乙醛脫氫酶(ALDH),將乙醛再分解成毒性較低的乙酸。但每個人產生這類優質酵素的能力都不同,也就是說有人天生酒精代謝速度比較慢。

此外比起白葡萄酒,紅葡萄酒更容易誘使大腦釋出血清素,同時會抑制神經元突觸部位回收血清素,而當大腦中血清素濃度出現劇烈變化,就可能引發偏頭痛。

Q10  不同人喝醉會有不同的反應?

在暢飲幾輪之後,開始有些人顯示出一些不同於以往的行為了:本來害羞內向的人正在唱著歌、手無足蹈著,有些平常人很好的,但卻在喝做的時候露出了其混亂邪惡的一面。為什麼喝醉酒會經歷人格的轉變呢?又為何酒精能夠減緩神經活動呢?這些對於科學家們來說也還是個謎。

而曾在期刊上發表過與酒醉過後人格有關的研究,是2015年密蘇里大學的研究人員從美國中西部大學的大學生下手,要求他們回覆他們在喝酒前後的自身行為資料。這份研究共回收374份有效問卷,將喝酒後的性格以外向性、親和性、自律性、情緒穩定性和智力等程度,分為四種類型。

他們分別是:

  1. 海明威型:說到酒豪和文豪的交集,那其中必定有說過「它和吃飯一樣自然,而且在我看來和吃飯一樣不可缺少,因此我無法想像吃一頓飯而不喝葡萄酒或者連一杯蘋果汁或啤酒都不喝。」的海明威。
    而「海明威型」的人雖然喝醉了,但其前後卻不怎麼有人格上的變化,其組織能力也大多能夠保持。令人意外(?)的,這樣的人是在所有類型當中最廣泛的,佔了超過四成。
  2. 仙女保母型:這個名稱來自電影《歡樂滿人間》的女主角。喝完酒人變得更好的是溫和有愛心。
  3. 變身怪醫型:比例第二名的,是佔了兩成多的「海德先生型」。這組的人當酒精開始作用時,便會跟著轉變人格,不只組織能力變差,連脾氣都會變得很差。
  4. 夏曼‧可倫教授型:形容那些喝酒前人很害羞內向,卻會在喝醉之後變得外向奔放,彷彿平日帶了拘束器的他們,被酒精解開了束縛。

你和你的酒友們,又是屬於哪一種類型的呢?

 

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登月失敗者大會(誤):《阿波羅13號》觀影會+映後座談

在哪裡跌倒就在哪裡躺一下,然後站起來就好!(?

在地球是這樣,在月球也是如此。但如果不是跌倒,而是火箭發射後出了些狀況呢?只說了句「休士頓,我們有麻煩了」可是回不了地球的,
讓我們在登月50週年之際,不只談談成功的登月,更要一起重溫《阿波羅13號》,來看看勵志的登月失敗案例!(無誤)

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真相永遠只有一個,是蒼蠅告訴我的——《犯罪手法系列3:法醫昆蟲學》

編按:本文轉載自《犯罪手法系列3:法醫昆蟲學》,敘事內容類似影集《CSI:犯罪現場》,寫到犯罪與屍體相當直接,接近用餐時間請謹慎服用。

事件總是發生在平凡的早晨

1984 年檀香山,那天早上正適合去海邊釣魚和撒網捕螃蟹。陽光普照,空氣裡瀰漫著雞蛋花香,3 名釣客出發前往離家僅僅幾哩的珍珠港 (Pearl Harbor)。他們把車停在廢棄的頂級啤酒廠 (Primo Brewery) 廠區,走一小段路來到海邊 。正當他們沿著步道往前走去時,一股難聞的異味飄了過來,味道比他們拎著的一桶魚餌還重。其中一人朝發出惡臭的方向看過去,目光穿過圍籬,瞥見一具屍體躺在那裡。

這次珍珠港不是被轟炸,而是發生命案啦~ 圖/BY Alcyon68 @ Pixabay

命案調查人員抵達現場時,他們看到屍體橫在一條淺淺的排水溝上,排水溝裡滿是樹木的枝葉,屍體的頭部朝向大海,雙腳對著檀香山的內陸,手指甲和腳趾甲都塗成大紅色。左手肘微彎,左手臂舉過頭頂,像是試圖抵禦攻擊。左掌不見了,但右手掌完好無缺,雖然已經乾縮。下顎脫離顱骨,被遺留在離顱骨 16 吋遠的泥地上。左腿跨過右腿。左腳少了 3 根腳趾,但除此之外,整雙腳都好好的。屍體內外都有很多甲蟲及其他昆蟲爬來爬去。

本次案件的死者是……

屍體似乎符合一名女性失蹤人口的特徵。她在 1984 年 9 月 9 日被通報失蹤,也就是屍體被發現前 19 天。該名女子生前最後被人看到時,身旁有一名高大的白人男性,兩人一起離開珍珠城 (Pearl City) 的一家餐廳,她是那間餐廳的合夥人之一。她的車後來在 30 多哩外的懷厄奈 (Waianae) 地區被找到,車內有血跡。

經由牙齒 X 光比對,該名女性的身分確認無誤。被通報失蹤時,她穿著一件側邊有白色條紋的黑色緊身衣,下半身搭配一條印花裙。屍體送達停屍間時,所有衣物都已變成深褐色或黑色。她的頭部幾乎不剩一點皮肉。

甲蟲的幼蟲以脫水的組織為食,在幼蟲口器的啃咬之下,屍體暴露在外的顱骨顯得很光滑。肋骨也暴露出來,上頭仍殘留一些乾掉的皮膚碎屑,另有一塊塊羊皮紙般的皮膚附著於頸部和腿部。內臟沒了。

法醫只找到一個受創的證據,是她頸部的舌骨斷裂,此一特徵符合徒手勒斃的死法。現在,警方知道身分,也知道死亡原因是他殺。

調查開始:與「目擊證人」的對話

但受害者是什麼時候死的?幸好我們有目擊證人,亦即在屍體上的大量昆蟲。唯一的問題是如何讓牠們向調查人員揭露證據。法醫找我過去,於是在他們完成驗屍工作時,我來到檀香山的停屍間。有鑒於屍體的狀況,驗屍的流程沒花太多時間。

當時,我剛積極參與法醫昆蟲學相關事務一年多而已。不時就有個昆蟲學家騎著摩托車、帶著捕蟲網和一袋瓶罐出現在停屍間,檀香山警局還在適應這件事。但之前有兩次,我估算的死亡時間對破案有幫助,而這一次,他們說我可以帶一名研究生過去。我帶了瑪麗安妮.爾利 (Marianne Early) ,她在攻讀昆蟲學的碩士學位,課程已來到最後階段,她的研究主題是歐胡島各處豬屍和貓屍的分解作用。截至當時為止,我在法醫眼裡都是個獨來獨往的怪咖;這下子又多了一個。

瑪麗安妮和我採集了每一種我們在屍體上找到的昆蟲樣本,包括所有不同的種類及各個發育階段的昆蟲在內,然後拿回夏威夷大學馬諾阿分校 (University of Hawaii at Manoa) 的實驗室鑑定分析  。最明顯可見、數量最多的是鰹節蟲 (hide beetle) 和蛆蟲(亦即蒼蠅的幼蟲)。屍體上的蛆蟲有 3 個種類,分布在不同的部位,發育階段各不相同。我把每一種再細分成兩組,測量其中一組每隻蛆蟲的長度,並以平均長度為標準判斷牠們的發育階段。接下來,我用酒精保存這一組蛆蟲,並將另一組蛆蟲放進飼養箱,讓牠們完全發育到成蟲的階段。

鎧氏酪蠅 (Piophila casei) 幼蟲。圖/麥田出版提供

蒼蠅是無聲的證人,也是移動式墓碑

由於多數的蛆蟲看起來都很像,所以往往要到牠們羽化為成蠅才分得清種類,而成蠅彼此間的差異就滿明顯了。瑪麗安妮和我從屍體背部殘存的肉上採集了一些相對大隻的蛆蟲。從牠們的口器和呼吸孔(或稱「氣門」,位於蟲體的末端),我看得出來牠們是麻蠅 (sarcophagid; flesh fly) 的一種,屬於麻蠅科 (Sarcophagidae)1,但除非等到蛆蟲完全發育為成蠅,否則我無法判別種類。

屍體背部還有另一種稍微小一點的蛆蟲。接下來兩週,我們將蛆蟲養大,直到能分辨出牠們是麗蠅 (blow fly) 的一種,亦即麗蠅科 (Calliphoridae) 底下的銅綠蠅 (Phaenicia cuprina)2

第三種則是較小型的蒼蠅,屬於酪蠅科 (Piophilidae),這類蒼蠅普遍被稱之為酪蠅 (cheese skipper) ,乃因牠們愛吃貯存食品,尤其是乳酪。酪蠅在蟲蛹裡羽化為成蠅,而在進入蛹期之前,酪蠅的蛆蟲會用一種獨特的方式移動身體,離開牠們的食物來源。牠們會把身體往後弓起來,用口鉤抓住自己的肛突 (anal papillae)(亦即從肛門一帶突出來的肉球),接著身體肌肉收縮,口鉤放開肛突,把自己彈到半空中,這個動作稱之為騰空 (popping) 。一旦安全離開屍體或其他食物來源,蛆蟲就進入蛹期。

麗蠅(Calliphoridae sp.)。圖/BY stevepb @ Pixabay

除了蛆蟲之外,我們也採集了另一種食屍蒼蠅存在的證據:在暴露出來的肋骨上和裙褶間都有紅顏金蠅 (Chrysomya rufifacies) 的空蛹;紅顏金蠅亦是麗蠅的一種。我們也在屍體上找到兩種甲蟲。一是鰹節蟲科 (Dermestidae) 的鰹節蟲 (hide beetle),屍體上既有成蟲也有幼蟲。這些甲蟲通常以動物屍體上乾掉的皮膚為食,但牠們也吃其他乾燥、高蛋白質的貯存食品。第二種甲蟲是郭公蟲科 (Cleridae) 的赤足郭公蟲 (Necrobia rufipes),屍體上只有少許此一種類的成蟲。

蟲子告訴我們什麼?

本案於 1984 年進行調查,到了此時,我已開始嘗試用電腦計算死後間隔時間(postmortem interval,簡稱 PMI),亦即從死亡到屍體被發現之間過了多久的時間。我用我和一名研究生做的腐化研究得來的數據,研發出一套電腦程式。

這是我首次將這套程式用於實際的犯罪案件。輸入所有數據之後,我悻悻然地看著電腦跑出一個完全不合理的分析結果。結果顯示要嘛沒有這種屍體存在,要嘛就是我輸入了兩具不同屍體的數據。儘管這個結果令人無所適從,但這次測試卻算是一次成功的測試。電腦程式確實檢測出資料有問題,只不過它沒有能力解決。我只是拿現成的應用軟體做了一些修改,並且只允許非此即彼的選項。如此產生出來的電腦程式,無法解決這一具屍體上發現的昆蟲所呈現出來的問題:麻蠅的蛆和紅顏金蠅的空蛹不應該同時存在於同一具屍體上。在腐化過程的早期,兩種昆蟲通常皆以幼蟲的形式出現。在我所用的軟體程式中,既有的數據庫沒有麻蠅蛆蟲和紅顏金蠅空蛹同時存在的資料。

紅顏金蠅幼蟲(Chrysomya rufifacies)的發育程度可幫助判斷死後間隔時間(postmortem interval)。圖/BY Austinh37 @ Wikimedia Commons

由昆蟲而來的資訊有矛盾?再訪案發現場

傍晚我就和一名探員及法醫共乘一輛警車,前往頂級啤酒廠廠區的排水溝。在現場,我們發現受害者的朋友立了一個木頭十字架來紀念她。比對現場的照片,我找到屍體橫在排水溝上的確切位置。移開排水溝表面的枝葉以後,我發現底下的水大約有 5 吋深,水面有一些麻蠅的蛆在動來動去。這就是電腦解不開的謎底了。蛆蟲只以柔軟、濕潤的肉為食。隨著組織喪失水分,蛆蟲要吃這些肉就變得愈來愈困難,直到再也不能把屍體當成食物來源為止。由於受害者的背部有一部分泡在水裡,麻蠅的蛆就能繼續以屍體為食,比起在乾燥的情況下持續得更久。仔細檢查棄屍地點周遭的土壤之後,我發現一些麗蠅的蛹,跟驗屍過程中採集到的蛹是同一種。我也採集了一些螞蟻和掠食性的甲蟲,這些甲蟲屬於隱翅蟲科 (Staphylinidae) 和閻魔蟲科 (Histeridae)。

紅顏金蠅這種麗蠅的成蠅可以在短時間內找到曝屍,速度快得不得了。在夏威夷,用來測試用的屍體暴露在外不到 10 分鐘,我就發現牠們的蹤影了。一般通常是這種麗蠅的成蠅飛到屍體上,暫時以血液和來自屍體自然孔竅或傷口的分泌物為食。接下來,雌蠅在屍體的孔竅或屍體下方陰暗的區域產卵。法醫昆蟲學家就用從產卵開始的生物時鐘3估算死後間隔時間。以紅顏金蠅來說,成年雌蠅抵達屍體後很快就會開始產卵。而且,依夏威夷的情況,從人死亡後,牠們會持續產卵約 6 天之久。夏末至初秋,在歐胡島的低窪地區,從卵、蛆、蛹到最後的成蠅,完成整個發育過程通常需要 11 天。由於這種蒼蠅在屍體上留下的唯一證據是空蛹,亦即在蒼蠅成年後拋棄的蛹,所以我很確定在屍體被發現之前,所有在這具屍體上長大的紅顏金蠅蛆蟲都已發育完全。也因此,受害者死後至少過了 17 天:6 天下蛋,接著是 11 天的生長發育。

閻魔蟲(Margarinotus brunneus)。圖/BY AfroBrazilian @ Wikimedia Commons

酪蠅的蛆還在發育階段的初期,但在夏威夷,我發現這種蒼蠅一般要到人死亡幾天之後才會侵襲屍體。我從這具屍體上採集到的樣本,和我從實驗用的動物屍體在戶外腐化 19 天後採集到的樣本一樣。

鰹節蟲也為死亡時間的估算提供了寶貴的線索。這些經我鑑定為白腹鰹節蟲 (Dermestes maculatus) 的甲蟲不吃濕潤的組織,唯有在遺體開始脫水變乾時,牠們才會被吸引過來。在歐胡島的低窪棲地上,牠們會在屍體開始腐化後 8 到 11 天之間抵達。而我從這具屍體上採集到的白腹鰹節蟲幼蟲尺寸,相當於我在腐化實驗中第 19 天收集到的幼蟲。包括閻魔蟲科和隱翅蟲科的甲蟲在內,其餘我從土壤中採集到的種類符合死後間隔時間 19 至 20 天的現象,但並未提供更精確的資訊。

頭號目擊證人:蒼蠅!

考量所有數據,並對麻蠅蛆蟲存在之謎有了滿意的答案以後,我研判最有可能的死後間隔時間至少是 19 天。這就是我正式提報給法醫查爾斯.歐登 (Charles Odom) 的估算結果。警方及時找到犯罪嫌疑人,亦即受害者生前最後和她在一起的那名男性。1985 年 4 月,我首度在大陪審團程序4中為昆蟲證據出庭作證。1985 年 9 月下旬,我在檀香山第一巡迴上訴法院 (First Circuit Court) 的謀殺案審判中,為可能的死亡時間作證。犯罪嫌疑人獲判二級謀殺罪,而頭號目擊證人為蒼蠅。從那之後,我就成為檀香山腐屍調查案的固定班底了。

註解

  1. 譯注:麻蠅亦稱為肉蠅。
  2. 譯注:銅綠蠅學名舊稱 Phaenicia cuprina、現稱 Lucilia cuprina,本書所附學名仍按作者寫法。
  3. 審訂注:作者這裡所說的,是指昆蟲的發育時間(發育時鐘)。
  4. 譯注:大陪審團程序(grand jury proceeding)為美國現行刑事訴訟程序之一環,用以檢驗檢察官所提出之證據和證人,判斷嫌犯是否有足夠的罪嫌,並決定是否起訴嫌犯。

——本文摘自《犯罪手法系列3:法醫昆蟲學》,2019 年 6 月,麥田出版

 

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登月失敗者大會(誤):《阿波羅13號》觀影會+映後座談

在哪裡跌倒就在哪裡躺一下,然後站起來就好!(?

在地球是這樣,在月球也是如此。但如果不是跌倒,而是火箭發射後出了些狀況呢?只說了句「休士頓,我們有麻煩了」可是回不了地球的,
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上了太空還是要挑嘴!太空人與他們的食物 ——《重返阿波羅》

太空人吃的食物其實很豐富

月球上的第一餐有培根條、桃子、甜餅乾、咖啡,和一種鳳梨葡萄柚飲料。尼爾・阿姆斯壯和巴茲・艾德林在月球表面著陸之後、開始第一次月球漫步之前,就在吃東西。艾德林也利用任務程序之間的短暫休息,進行他的聖餐禮。

技術人員為任務的登月部分準備了四份餐。第二餐比較豐盛,內容有燉牛肉、奶油雞湯、椰棗果乾蛋糕、葡萄潘趣飲料,以及柳橙汁。

時間:1969 年 製造者:惠而浦公司(Whirlpool Corporation)維生部門(Life Support Division) 來源:美國密西根州聖約瑟(St. Joseph) 材料:塑膠、魔鬼氈、紙、保藏食品 尺寸:乾燥包裝:10 × 8.9 × 19 公分; 濕包裝:15 × 16.5 × 3.2 公分;飲料: 38 × 8.9 × 1.3 公分

在美國太空飛行的最初幾年,連人類是否可以在太空中飲食都沒有人敢確定。約翰・葛倫在友誼 7 號飛行中的餐點包括蘋果醬包、麥芽乳錠, 以及牛肉蔬菜泥。這不是為了他肚子餓時準備的,而是要了解人體在微重力環境下能不能吞嚥和吸收食物。

幸好沒有問題。葛倫開玩笑說,只要漂浮的麵包屑不至於無法控制,或許帶個火腿三明治還比較實際。

可以控制的食物都沒問題。圖/Giphy

幾年後,當約翰・楊和高斯・格里森在雙子星 3 號(Gemini 3)任務中偷偷帶著醃牛肉三明治時,媒體和美國國會要求 NASA 得更注意太空人在口袋裡攜帶什麼東西。雙子星計畫的正規餐點是要實驗食物的保存和還原, 而且要足夠可口,不至於讓太空人難以下嚥。但這種食物的設計要提供足夠的營養,且要能避免食物碎屑在太空艙中亂飄這類危險。

和水星計畫、雙子星計畫比起來,「咖啡很難喝,但至少是溫熱的,又是熟悉的味道,讓我隱約想起地球上的早晨。」麥可・柯林斯,阿波羅11號指揮艙駕駛

阿波羅任務的食物計畫帶來很大的進步和多樣性。最重要的進展,或許是能夠在太空船中使用熱水。太空人可以用一種水槍,讓密封塑膠包裝中的乾燥食物復水,再以湯匙或包裝上附的吸管來食用。這種新方法的確比較接近地球上的進食方式。

太空人的客製化菜單

飛行菜單的規劃都曾仔細徵詢太空人的意見。每位太空人要對菜單進行評估,從 NASA 的營養指南中挑選菜色。典型的每日餐飲包含 2500 到 2800 大卡的熱量、1 公克鈣、半公克磷,以及約 100 公克蛋白質。

約翰・楊在阿波羅16號任務中進行月球漫步時戴在袖口的檢核表。一名工程師在上面畫了太空人對太空裝內的食物條的反應, 那是給太空人在月球漫步時當零食吃的長條狀高密度食物。

為了在任務期間保有一些變化,餐點內容以四天為一個循環。餐點包裝上標示著 A、B、C,分別代表早餐、午餐和晚餐。上面也有不同顏色的魔鬼氈,用來標示哪一份餐屬於哪一名太空人:紅色是指揮官,白色是指揮艙駕駛,藍色是登月艙駕駛。

食品技師為阿波羅 11 號任務的菜單增加了幾樣東西:糖果棒和果凍; 火腿罐頭、雞肉罐頭和鮪魚沙拉;切達起司抹醬;法蘭克福香腸。他們也引入一種「配膳系統」,讓太空人依據喜好和胃口選擇自己的食物,例如甜點可以選擇香蕉布丁、白脫糖布丁或蘋果醬,還有多種口味的糖果。還有飲料、早餐食品,以及燉雞肉和慢烤牛肉等主菜。

圖/Wiki

太空人即將飛行之前,在前往發射臺的路上,每個人會把三明治、培根肉塊和一個可復水飲料放入太空衣的一個口袋中,預防他們在任務的最初八小時中肚子餓。

在太空中,食物不自覺會吃的少

許多太空食物沒被吃掉,而在任務之後回到地球,加入史密森尼學會將近 500 件太空食品的收藏中,告訴我們太空人在任務期間的餐飲偏好。

「剩下的很多是速食早餐。」史密森尼學會的策展人珍妮佛・萊維塞爾(Jennifer Levasseur) 評估這些收藏時,提出她的觀察,「我覺得這些太空人可能是那種一早起來只喝咖啡的人。」收藏中數量較少的食品,或許也是比較可能被吃掉的食品, 代表太空人最喜歡吃的東西:熱狗、義大利麵和肉丸,以及開胃鮮蝦。

阿波羅17號任務中,尤金・塞爾南(Eugene Cernan) 在微重力環境中吃甜點。濕軟有黏性的食品用湯匙吃起來並不困難。

一般而言,太空人在太空中傾向吃得比在家裡少。阿波羅 12 號和 13 號任務的太空人在任務期間只吃掉分配食物的 30% 到 40%,但並不是因為他們失去胃口。

無重力環境導致身體裡的液體循環比較平均,這讓太空人的味覺變得較遲鈍,也因而口味較重的食物比較受到歡迎。再者,糞便存放設備使用起來並不方便,如果能減少使用需求,也不是壞事。

所以,雖然從阿波羅太空船看到的景色或許既壯麗又特殊,但根據太空人的看法,上面的咖啡並沒有特別好喝。

本文摘自 大石國際文化重返阿波羅

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幫太空船寫程式的人:阿波羅計畫的工程師瑪格麗特・漢彌爾頓 ——《重返阿波羅》

解決問題是她最喜歡的事情

瑪格麗特・漢彌爾頓(Margaret Hamilton) 開始寫電腦程式時,還沒有「軟體工程師」一詞。漢彌爾頓 1936 年出生於美國印第安納州,1958 年畢業於厄爾罕學院(Earlham College),兩年後獲得在麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)寫電腦程式的工作。

在 MIT,漢彌爾頓開啟了後來延續整個職業生涯的興趣:修正程式設計錯誤。在程式設計初萌芽的時代,她和同儕從實作中學習工程和故障排除,用充滿創意的方法面對自己的工作。有時候他們可以透過大型電腦製造出來的背景噪音,分辨自己的軟體是否順暢運作。

瑪格麗特・漢彌爾頓。圖/Wiki

1963 年,漢彌爾頓正準備進入布倫戴斯大學(Brandeis University)的研究所攻讀抽象數學的學位時,MIT 取得 NASA 的合約,為阿波羅太空船設計導引和導航電腦(AGC)。

漢彌爾頓不想錯過這個機會, 聯繫計畫辦公室,分別和兩名計畫主持人進行面談。兩位主持人都當場決定雇用她,她建議兩人應該丟銅板決定她要去誰的團隊工作。

接下來幾年之內,漢彌爾頓成為 MIT 儀控實驗室(MIT Instrumentation Lab)軟體工程組(Software EngineeringDivision)的主持人,也是 AGC 背後的主要設計者之一。

為阿波羅導引電腦設計軟體時,漢彌爾頓和她的團隊必須創造新的軟體系統,以引導和控制阿波羅任務太空船前進月球。

「除了作為開路先鋒,別無選擇……找不到問題的答案時,我們只能創造答案。」

她後來回顧。

瑪格麗特・漢彌爾頓把她自己和麻省理工學院的工程師團隊為阿波羅任務的導引和導航軟體所寫的原始碼列表堆疊起來。圖/Wiki

團隊中充滿「天不怕地不怕的二十多歲年輕人」,他們有自由(也有壓力)來對付太空導航的挑戰。使用漢彌爾頓軟體的阿波羅計畫和太空實驗室(Skylab)計畫期間,從沒發生過嚴重故障。

然而漢彌爾頓的女兒蘿倫(Lauren)卻預示了一次最嚴重的錯誤。那時四歲的蘿倫在漢彌爾頓的辦公室玩著顯示器和鍵盤(DSKY),在模擬器的飛行途中,輸入了發射前使用的程式 P01,導致嚴重錯誤。

漢彌爾頓因此建議加入一行程式碼,以避免這種情況發生。但 NASA 告訴她,沒有任何太空人會犯下這種錯誤。

在阿波羅 8 號任務時,吉姆・洛維爾意外刪除了指揮和服務艙的導航數據,導致與漢彌爾頓女兒所造成的相同狀況。幸好電腦的設計很穩健,漢彌爾頓和她的團隊才能夠找到方法,在幾小時內從地面修正問題, 見證任務圓滿完成。

漢米爾頓後來為 NASA 發展太空梭使用的軟體。她也成立了兩間公司,專門設計可靠的軟體,並因為她為阿波羅計畫做出的貢獻,在 2016 年獲頒美國總統自由勳章(Presidential Medal of Freedom)。

她一直是工作場域裡少數的女性之一,在締造阿波羅計畫的成功、幫助推動電腦在外太空的運算上,她都是一位卓越的人物。

 

本文摘自 大石國際文化重返阿波羅

 

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鬼月談鬼火(下):鬼火等於磷火?分析鬼火的真正成因

文/楊海彥(小波)

上一集,我們回顧了臺灣的鬼火傳說,並歸納出鬼火的幾個特點,分別是:(1)通常在夜裡出沒,(2)在墓地、河畔或是海濱都可能見到,(3)顏色以淡藍色為主,但也有橘紅色的伯公火,(4)火焰的數量可能是一至多個,且(5)有會跟著人跑的紀錄。

可是這樣一來,「屍體骨頭中的磷因高溫自燃產生鬼火」這個說法,似乎就有些站不住腳了。

磷火的幾個疑點

磷質佔人體體重的 1%,一個大約 70 公斤的成年男子,體內大約會有 700 公克左右的磷。其中又以無機鹽類狀態與鈣結合者最多,佔 85%,形成骨骼,牙齒中不溶性的磷灰石。1

骨骼中的磷的確不少,但鬼火=磷這個解釋這樣就可靠了嗎?Image by Eliane Meyer from Pixabay

一個人能提供 700 公克左右的磷作為鬼火的燃料,這樣的量看來並不少。而磷源自屍體中的骨頭和牙齒,也足以解釋鬼火為何通常在墓地出現,河畔與海濱也可以視為富含水生動物的骸骨。再加上磷的自燃溫度大約攝氏 34 度,越潮濕自燃溫度越低,只要夏天氣溫夠高就可能引發自燃。

磷似乎完美解釋了鬼火如何產生,只是有個問題:磷燃燒的火焰不是淡藍色。

這是國外 Youtuber 拍攝的白磷燃燒的影片。影片中可以看見,白磷燃燒的反應相當激烈,焰色是橘黃色,並伴隨產生大量的濃煙(這也是為什麼白磷是煙霧彈的主要成分),這與目擊描述中幽幽飄盪的淡藍色鬼火一點也不相像。更重要的是,磷並不以純物質的狀態存在於自然界中,因此形成鬼火的不可能是純磷。

另一個自燃的可能人選是磷化氫(PH3)。這是一種無色、可燃、劇毒的氣體,是屍體分解後的產物之一。一般來說磷化氫沒有味道,但伴隨產生的聯膦(P2H2)具有魚腥或大蒜的臭味,兩者混合時,在空氣中極度容易自燃。

即便如此,磷化氫與聯膦的燃燒一樣既快速又猛烈,與鬼火相去甚遠:

這樣一來,鬼火到底是如何形成的?

鬼火到底是什麼?從古至今都有人在研究

中國早在南宋時期,就有人提出磷與鬼火之間的關係。陸遊《老學庵筆記˙卷四》中提到:「予年十餘歲時,見郊野間鬼火至多,麥苗稻穗之杪往往出火,色正青,俄復不見。蓋是時去兵亂未久,所謂人血為磷者,信不妄也。今則絕不復見,見者輒以為怪矣。」到了清代,紀曉嵐的《閱微草堂筆記˙第九卷》更直接寫道:「磷為鬼火。」

日治時期的臺灣,正處於日本明治維新後,破除迷信、科學至上的氛圍中,當時漢文臺灣日日新報上也出現了一篇〈捉燐辯惑〉,故事大概是這樣:作者在學校看見鬼火,日人校長便讓眾人一起抓鬼火,沒多久校長抓到了,眾人一看卻只是一片枯葉。正疑惑這怎麼會是鬼火,校長便要大家進到屋內,不一會,枯葉刷地一聲燃燒起來,就像有人摩擦燐石一樣,眾人非常詫異。校長於是趁機教育眾人,鬼火就是燐火,是磷素和水素和合而成。2

看到鬼火也要趁機教化學,這校長也不太容易。(誤)Image by HG-Fotografie from Pixabay

值得一提的是,即使早自宋朝,乃至清朝、日治時期,就已經有人知道鬼火與磷之間的關係,那也是少數知識分子的事,民間對於鬼火的忌諱並沒有減少多少,否則也不會有那麼多鬼火傳說了。

東方是如此,那西方又是如何呢?

西方解釋鬼火的思路:天然氣?

與東方認為鬼火與磷有關的思路不同,西方人最開始認為鬼火與天然氣有關。

西元 1596 年,一名叫 Ludwig Lavater 的神學家,在其著作《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》(對,書名就是這麼長),書中〈That many naturall things are taken to be ghoasts〉的章節中,便認為鬼火是由富含硫磺的礦脈燃燒導致。3, 4

到了 1776 年,亞歷山德羅˙伏打在讀完一篇由班傑明‧富蘭克林所著,關於「可燃空氣」的論文後研究並發現甲烷。在研究甲烷期間,他提出可能由於自然界中的電,比如閃電,與沼氣中的甲烷反應,才導致鬼火的產生。這個論點被當時的學界廣泛接受。(值得一提的是,亞歷山德羅‧伏打後來發明了世界第一個電池,並且成為今天電勢的單位,伏特。)

世界各地的鬼火焰色跟溫度都有所不同。Image by Waldkunst from Pixabay

目前為止都只是紙上談兵,要一直到1832年,Louis Blesson才算真正開始對自然界產生的鬼火進行研究。

他到世界各地發生鬼火的地方進行實驗,發覺不同地區的鬼火,焰色與溫度也會不同。此外當他第一次接觸鬼火,便意外發現鬼火會在他接近時後退,並且非常容易被他的呼吸吹動;他必須撇過頭、站定一會,鬼火才回到原位。不只如此,沼氣引發的鬼火在夜晚離地面比較高,越接近黎明就越低,最後消失無蹤3。這兩者很好地解釋了鬼火為何會移動,以及為何只有在夜晚才看得到鬼火。

與鬼火性質最接近的答案:冷焰

1980 年,英國的地理學家 Alan A. Mills,第一次嘗試在實驗室裡複製鬼火。

他混合了油狀的磷化氫與天然氣,成功產生了綠色的火光,然而大量刺鼻煙霧也伴隨產生,與自然界中看到的鬼火實在相差甚遠。但他持續進行研究,直到 2000 年時,重新提出鬼火可能是一種「冷焰」。4

所謂的冷焰是一種最高溫度低於攝氏 400 度的火焰,通常必須以特定的比例混合燃料與空氣才會產生。與一般火焰不同之處在於,冷焰的燃燒反應並不激烈,且只會釋放些許的光、熱和二氧化碳,這是因為一般的燃燒會將化合物完全分解與氧氣結合,但冷焰的燃燒互相反應的幾乎都是部份分解的化合物自身。冷焰在日常生活中不常見,但卻是引擎發生爆震的主要原因。5

冷焰不僅溫度低、燃燒不劇烈,導致必須在非常暗的地方才可看見,焰色光譜大多落在藍色與紫色之間,更重要的是,天然氣也符合產生冷焰的條件!屍體分解後不僅會產生磷化氫,更會產生大量甲烷,雖然沼氣與天然氣不盡相同,但成分接近的沼氣產生冷焰,是有可能的。

有興趣的話,上面影片就是在實驗室中製造了冷焰。

世界上的鬼火目擊事件眾多,我們無法確認每一起鬼火事件引發的真正原因。不過若是以臺灣來看,根據上一集蒐集的傳說,冷焰已經很好地解釋大部分鬼火的特性。

總結來說,整個鬼火產生的故事應該是這樣的:墳場或河畔、海濱的屍體腐壞,產生磷化氫聯膦甲烷,因為種種原因,這些氣體逸散出來,甲烷與空氣恰好混合成能夠形成冷焰的比例,磷化氫和聯膦再自燃形成火源,便能產生淡藍色的、幽幽飄盪的鬼火。若是混合的比例不對,單純燃燒甲烷,那便會成為橘紅色的伯公火。

除了冷焰之外,還有其它的解釋

除了冷焰之外,科學家也提出其它鬼火的可能成因。2008 年,義大利的化學家 Luigi Garlaschelli和Paolo Boschetti 提出了「化學發光」的假說;他們將磷化氫與空氣和氮氣混合,製造出一種黯淡的綠色冷光,雖然伴隨著煙霧和臭味,但根據他們的說法,只要調整環境中的溫度、溼度等條件,煙霧和異味都可以消除,而且人眼在黑暗中難以辨別顏色,把綠色看成淡藍色是有可能的。6

此外,還有地質學家提出因地殼變動的「壓電效應」產生的「地電」,以及森林中的生物──比如某些蜜環菌屬的菇類、微生物、昆蟲──所發出的「生物螢光」兩種假說,不過礙於篇幅便不多作介紹。

螢光蕈經過長時間曝光的攝影作品。圖/wiki commons

近代,鬼火的目擊事件越來越少,這不僅是在臺灣,全世界都是一樣。除了因為火葬逐漸取代了土葬,也是因為沼澤與森林被大肆開發,就像失去棲地的動物,鬼火也失去了生成的源頭。過往的神祕傳說,在文明與科技的發展中逐漸消失,彷彿是某種詩意又悲劇的比喻,卻是實在發生的過程。

過去我們常說的「鬼火即磷火」看似科學,實際上卻是過度簡化的解釋,偏偏我們大多數人對此深信不疑。部份的人認為傳統迷信又落後,擁有科學至上的想像,但若是對事物的成因不求甚解,科學和迷信又有什麼不同呢?

資料來源

  1. 維基百科-磷質
  2. 〈捉燐辯惑〉。1907年7月6日,漢文臺灣日日新報。
  3. 《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》,〈That many naturall things are taken to be ghoasts
  4. Wikipedia-Will-o’-the-wisp
  5. Wikipedia-Cool flame
  6. Wikipedia- Chemiluminescence


【作者簡介】楊海彥/
轉換多次跑道,最終決定與朋友們一起開妖怪工作室。目前專注於台灣怪談研究,擅長將台灣文史和民俗轉化為故事,也設計實境遊戲和桌遊。嗜讀奇幻文學,熱愛電影,喜歡咖啡也喜歡茶,養一隻以拿鐵為名的貓。

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蜜蜂與農藥的戰爭──歐盟禁用新菸鹼藥物的始末

  • 文/林宇軒│是個從學術象牙塔逃離的化學系所學生,比起做實驗,更愛分享科學故事,寫科普就是希望能和大家一起領略科學的力與美。

2018 年 4 月 27 日,歐盟認定新菸鹼類 (Neonicotinoid) 藥物對蜜蜂有害,決議禁止含有益達胺(imidacloprid)、賽速安 (thiamethoxam) 或可尼丁 (clothianidin0) 三種新菸鹼類農藥產品用於露天環境,一場持續超過 20 年的研究論戰才終於落幕。

bee pollination on sunflower

穿梭在花田中的蜜蜂/圖片來源:Unsplash

新藥有問題?!第一個「蜂」向球

要說起蜜蜂與農藥的戰爭,得把時間拉回到 1994 年的夏天。那時,風和日麗的法國田園,成片向日葵一如往常地隨風搖擺。在晴朗的天空下,綿延不絕的向日葵田間,偶有幾隻蜜蜂穿梭其中,牠們時而翩翩飛舞,時而駐足停留在向日葵上採蜜,並帶回自己所屬的巢穴供女王蜂與幼蟲食用。

不過仔細一看,這些蜜蜂似乎不太正常,他們只會在同一個定點飛來飛去,而沒有辦法朝下一朵花移動或飛回自己的蜂巢。不只野蜂不回自己的蜂窩,就連人類馴養的蜜蜂也出現這樣的現象,蜂農紛紛發現自家蜂窩裡工蜂的數量越來越少。

蜂農將矛頭指向這一株株的向日葵,他們認為都是因為蜜蜂從向日葵的花蕊上採粉、採蜜,才讓蜜蜂「迷航」、造成蜂農們損失慘重,並懷疑包裹葵花籽的披衣 (seed coating) 材料中含有一種會影響蜜蜂的物質。這項行之有年、為保護種子並供其營養的「種子披衣技術」,會在 1994 年才開始出現問題,是因為法國在這一年剛好核准了一種可添加在葵花籽披衣材料裡的新農藥,這個新核准的農藥正是屬於新菸鹼類分子的「益達胺」。

全世界最受歡迎的殺蟲劑──新菸鹼藥物

新菸鹼類分子並非 1990 年代才突然出現的,自 1970 年代起,就有不同的新菸鹼分子前驅物陸續被合成出來,而科學家們也發現了這些分子具有殺蟲的效果,如黃色貝殼商標的殼牌 (Shell) 公司,他們就在 1970 年代推出這類專利殺蟲劑,但是這個農藥的分子照光後卻會分解掉,使得英雄無用武之地、無法進行商業化產製賣給農夫使用。

一時的失意,並不代表尋找更高效殺蟲劑的旅程就此結束。1985 年,化學巨擘拜耳 (Bayer) 公司利用 10 年前殼牌公司的失敗產品做出第一個合成出來的新菸鹼類分子益達胺,比起之前各家廠商合成的各種前驅物分子穩定又有效。此後,拜耳公司將益達胺製成農藥,於 1991 年將產品推出上市,很快就在全球瘋狂熱賣。

其他公司當然不會讓拜耳專美於前,在益達胺上市幾年後,同為全球市佔率數一數二的農藥生產商先正達(Syngenta)也推出了新的新菸鹼農藥產品,這個新產品內含的新菸鹼分子是賽速安,也是一種殺蟲不手軟的分子。面對競爭對手的攻勢,拜耳公司繼續推出其他如可尼丁等產品,後來也相當熱銷。

這次歐盟所禁用的新菸鹼農藥正是這三者:拜耳的益達胺、可尼丁,以及先正達的賽速安。令人驚訝的是,由於它們殺死害蟲的效果實在太好,以至於在 2007 年,這三種分子和其他的新菸鹼分子農藥,在全球就有高達 25% 的市佔率總和。

探尋新菸鹼類農藥與蜂群減少的關係

讓我們回到 1994 年法國工蜂迷航的事件,當時蜂農發起的輿論持續得沸沸揚揚,這波民怨導致 1999 年法國禁止益達胺用於種子披衣技術中,不過當時並沒有任何科學證據可以佐證「益達胺是造成蜂群減少的元凶」,也就是說這項政策完全只是預防性措施。

為了解事情的真相,科學家著手研究益達胺與蜜蜂迷航之間的關聯。新菸鹼類農藥會殺死蜜蜂嗎?什麼樣的濃度會影響到蜜蜂正常的行為?而新菸鹼類的農藥影響蜜蜂行為的原理又是什麼?

科學家發現餵食高劑量新菸鹼藥物的蜜蜂 (Honeybee, Apis mellifera) 的確會死亡,但即使將劑量降低到不會讓蜜蜂死掉的程度,蜜蜂的行為仍然不正常,許多蜜蜂在接受該類藥物後會改變進食習慣,離巢覓食也變得較不頻繁,但只要每次出去、就會待上更長的時間。此外,也有研究發現該類藥物會影響蜜蜂的記憶和學習能力,使牠們辨識花朵的能力變差,甚至完全無法學會辨認他們所需要去覓食的花朵。

研究人員也找到了昆蟲會被新菸鹼類藥物影響的可能原因,由於新菸鹼類分子的高水溶性,因此能隨毛細現象散佈到植物體內各處,當昆蟲吃了植物的某個部位後,也一併吃進了新菸鹼類分子。當這些分子進到昆蟲體內後,便會和昆蟲神經系統的尼古丁乙醯膽鹼受體 (nicotinic acetylcholine receptor, nAChRs) 結合。一般來說,原本用來傳導神經電訊號的乙醯膽鹼分子和受體結合後,會刺激接收端的神經細胞繼續傳遞電訊號,直到乙醯膽鹼酯分解酶將它分解掉為止。然而新菸鹼類分子結合到昆蟲的受體上以後,卻無法被分解酶處理掉,反而一直卡在受體上,使得神經細胞不斷放電,造成昆蟲的神經系統過度興奮,最終導致昆蟲癱瘓、死亡。

這些對昆蟲來說相當致命的毒物,對我們人類卻沒有太大的影響。其實人體的神經細胞上也有這種接收神經傳導物質的受體,只不過昆蟲的受體和脊椎動物的蛋白質結構不同。新菸鹼藥物之所以不會對脊椎動物有太大的影響,是因為其與脊椎動物的受體結合力較弱,相對地容易從脊椎動物的受體上分離,當然也不會造成神經細胞過度興奮。

新菸鹼類藥物的作用模式/圖片來源:Bio Ninja

隨著新菸鹼類農藥造成危害的證據越來越多,歐洲食品安全管理局 (European Food Safety Authority, EFSA)統整諸多研究,並在 2013 年陸續公布幾項風險評估報告,報告指出這三種新菸鹼類農藥對蜜蜂的健康造成很高的風險。雖然當時沒有取得多數會員國的共識,但歐盟基於保護蜜蜂的立場,仍決定在 2013 年 12 月 1 日起「暫時限制」這三種農藥的使用範圍,只要是會吸引蜜蜂的植物、穀類以及其種子、土壤和葉面的處理等都不得使用。

不過,針對歐盟的暫時禁令,民間仍有許多不同的聲音。批評者認為此時為止的所有研究,沒有一個算是真正的野外調查,全都是實驗室裡的測試,只有少數幾項研究是「模擬」野外環境,但他們也質疑研究者怎麼知道餵了含有農藥的花粉,農藥的劑量就真的是跟野外環境相符合?

遺失的最後一塊拼圖──野外蜂群的大規模調查

一直到 2015 年 4 月,終於有了第一個確確實實的野外調查研究,。瑞典南部隆德大學的倫德洛芙(Maj Rundlöf)率領她的研究團隊親自種了 16 塊油菜花田,其中 8 塊種了含有可尼丁農藥的種子,另外 8 塊用的則不含農藥,每塊地彼此間隔 4 公里以上。他們統計了每塊地方圓 2 公里內區域的野蜂密度、獨居性壁蜂 (Mason Bee, Osmia bicornis) 的築巢活動性以及熊蜂 (Bumblebee,  Bombus terrestris)蜂巢的重量,發現有使用可尼丁農藥的田附近,野蜂密度較低、壁蜂築巢量下降,且熊蜂蜂巢重量成長得較為緩慢,也因此證實了新菸鹼藥物的確會干擾野生蜂群的活動。

File:Bombus terrestris queen - Tilia cordata - Keila.jpg

熊蜂/圖片來源:Wikipedia

File:Male red mason bee (Osmia bicornis), Sandy, Bedfordshire (8694209006).jpg

壁蜂/圖片來源:Wikipedia

論文發表後,多家大型企業的發言人發表聲明,認為這篇研究的證據並不足以支持倫德洛芙的論點。他們注意到論文中也發現一般蜜蜂的蜂群並沒有因為可尼丁而受到影響,並認為在「區域內野蜂密度」這個項目所統計到的野蜂數量過少,不具統計上意義,根本不能當作證據。

雖然這項研究有些微瑕疵,卻也讓質疑新菸鹼藥物的聲浪越來越大。為了解決這個證據支持性的問題,拜耳與先正達兩家公司決定挹注 300 萬美金(折合台幣 9 千萬),讓英國的生態與水文學中心(Center of Ecology & Hydrology, CEH)進行更大規模的野外研究。研究人員選定了英國 12 處、德國 9 處與匈牙利 12 處,共 33 塊油菜花田進行實驗,每塊油菜花田彼此距離 3.2 公里以上,在冬天的時候預先種下含有可尼丁、賽速安或是不含新菸鹼農藥的種子,並等到油菜花開花後,將一般蜜蜂與熊蜂的巢以及壁蜂搭配人為提供的築巢材料放到試驗田中央,等待 1~2 週後統計分析所受到的影響。

沒想到,最終實驗結果竟讓拜爾與先正達公司跌破眼鏡,根本可以說是自打臉。2017 年這項大規模研究發表在《Science》上,研究人員認為整體來說新菸鹼藥物對三種蜂類的確造成了負面影響,結果顯示英國與匈牙利農藥使用區的蜜蜂巢中的工蜂數量減少,在匈牙利更觀察到蜂卵數量降低,不過在德國農藥使用區的蜜蜂蜂巢卻匪夷所思地產生了更多蜂卵,而工蜂數量則沒有明顯變化。另一方面,野蜂的部分,發現農藥使用區的熊蜂女王蜂產卵量在三個國家都是呈現負相關,也就是農藥殘留量越高,產量越低;而農藥使用區的壁蜂製造的蜂房數量也不分國家都呈現負相關,農藥殘留量越高,壁蜂製作蜂房的數量與效率越差。

從播種到蜜蜂相繼迷航、死亡,這些殺蟲劑是如何對蜜蜂產生作用的?/圖片來源:科學月刊提供

不斷翻轉的結局

不過,拜耳和先正達兩家公司的發言人在論文發布記者會的當下,透過記者抨擊研究結論非常令人懷疑,他們緊咬著論文數據的的可信度不放,儘管如此,大量的統計分析結果的確受到許多科學家的認可,一位拜耳公司的科學家對此字斟句酌地表示:「我認為新菸鹼藥物的確是對蜜蜂有些本質上的影響,不過就實際情況而言,正確使用的話,我們還是沒看到任何有效證據可以說明這些藥物會傷害蜜蜂。」

2018 年 2 月,歐洲食品安全局再度統整近年研究,並正式宣告新菸鹼藥物危害蜂群證據明確,歐盟委員會最終在 2018 年 4 月 27 日決議,要在 2018 年底全面禁止戶外使用新菸鹼農藥,但居家環境仍可使用,以免繼續傷害蜂群。

持續了超過 20 年的研究論戰到此暫告一段落,不過仍有科學家對禁令表示憂心,因為禁用可能造成害蟲增加、導致農業產量下滑,甚至可能有農民為了要殺蟲而用了更毒的藥物,造成更可怕的環境問題。只是,新菸鹼農藥繼續用下去,也有機會讓蜂群崩潰,讓蜜蜂大量減少,或許這樣才是更加慘烈的,因為寂靜的春天可能會連作物都無法順利成熟結果。歐盟的決定的確影響了世界各國決定新菸鹼藥物的去留,但究竟禁用了之後結果如何,也只有時間能告訴我們答案。

在接觸過新菸鹼類藥物後,個體乃至群體的死亡可能「蜂」擁而至。/圖片來源:科學月刊提供

延伸閱讀

  1. Cressey D., The bitter battle over the world’s most popular insecticides,  Nature, Vol. 551, pp. 156-158, 2017.
  2. Butler D., EU expected to vote on pesticide ban after major scientific review,  Nature, Vol. 555, pp. 150-151, 2018.

〈本文轉載自《科學月刊》2018年 7月號 583期〉

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獅子在非洲,老虎在亞洲?那些生活在亞洲的獅子們

文/大貓讚

「獅子在非洲,老虎在亞洲」,嗯嗯我災我災~這是常識嘛~大家都知道啊~

但其實,亞洲也是有獅子的!獅子僅存有兩個亞種──非洲獅亞洲獅。非洲獅在非洲,而亞洲獅則生活在印度的吉爾保護區

亞洲獅:我們還沒死光啊!

過去亞洲獅的足跡曾經踏遍土耳其、阿拉伯半島、巴基斯坦到印度,但後來因為過度捕獵與棲息地嚴重被破壞,最後僅剩下一小群生活在吉爾森林。19 世紀初,族群數目曾經不到 50 隻,被認為即將滅絕;但是在吉爾森林被劃為保護區,並且經過 50 年許多保育工作的努力後,如今已經增加超過 500 隻。1, 10

而孟加拉虎 註1 和亞洲獅同樣身處在印度,其數量超過目前所有野生老虎總數的一半,在許多保護區內生活著。老虎「通常」是獨居的動物,除了跟異性交配或者媽媽要帶小孩,不然很少與同類往來。喜歡在夜晚活動,白天會待在樹下休息,或是在河裡泡澡;牠們需要廣大的領土,討厭被打擾註2

獅子是群居動物,可以合作捕獵比較大型的獵物,同時也需要廣大的領土餵飽多張嘴巴。比較不在乎隱私的問題(獅子:道路的功能就是開闢來讓躺著睡覺的不是嗎?)。牠們白天乘涼,夜晚活動。7

印度的亞洲獅與孟加拉虎保護區的位置。獅子保護區用紅點標示,老虎保護區用橘色腳印標示,森林範圍用綠色標示。7, 19 modified by Big Cat Zan.

照這張分布圖看來,獅子跟老虎都待在森林裡,又被人類的住宅區隔開,而且保護區內有豐富的植物跟獵物,生活很舒適,應該不需要出去吧?同處在印度的牠們有相遇的可能嗎?

其實很常流浪的獅子老虎

當公獅和公母老虎長大後,就必須離開家裡。還有許多因素也會讓牠們離開原有的家,像是母獅姊妹不和、或因為公獅被竄位而帶著小孩逃亡的母獅;老爸一直不下台,女兒只好出外找老公;公獅搶人地盤,但是對小蘿莉沒性趣,而將小蘿莉流放等等。11

以吉爾保護區來說,亞成年公獅平均需要走 26km才能找到自己的地盤。而吉爾保護區東西長 70km、南北寬 20km。獅子會跑到保護區外面實在是很符合邏輯的事情!12

亞洲獅在吉爾保護區以及其他地區的數量。By Big Cat Zan.

另外,也有許多紀錄顯示,老虎能夠搬家到很遠的地方。最近的例子是,一頭公老虎花了兩年的時間從自己的保護區走到吉爾保護區的古吉拉特邦。這個過程牠勢必橫越了許多人類的住宅區,所以房子是擋不了牠們的!20

公老虎離開保護區,移動了300km,穿越許多人類住宅與農田。By Big Cat Zan.

剛開始老虎保育員很是興奮,並且打算安排一條「老虎廊道」讓其他母老虎過去陪牠,希望最後可以發展成小小的族群;可是這頭公老虎因為一直餓肚子,最後就 GG 惹~QQ。要是再堅持一下,還可以去亞洲獅的家按門鈴耶!

吉爾保護區能提供的資源快要飽和了,加上跑到外面的獅子,滿常捕獵人類的牲畜,所以發生很多人貓衝突。因此有另一塊保護區開始在進行遷村與棲地重建,預計用做下一個亞洲獅保護區,但那個地點離旁邊的老虎保護區滿近的。12

預備中的Kuno保護區,過去也曾跟吉爾森林一同角逐過亞洲獅保護區的地位,目前尚在準備與評估中,但最後也可能會因為政治因素而不了了之?Modified by Big Cat Zan.

獅子跟老虎遇上了到底會不會打架?

獅子跟老虎的食物很類似,而且都不太能容忍同類跟自己的地盤重疊,如果牠們碰面的話,會不會打起來啊?打起來又會是誰輸誰贏?

不像非洲獅體型大又貓丁興旺註3;亞洲獅的獅群平均組成為成年公獅 1.4 隻(範圍1~3),成年母獅 1.3 隻(範圍1~4)17。亞洲獅的體型較小,獅群也比非洲獅來的小。但是亞洲獅可能對上的是體型較大卻獨來獨往的孟加拉虎啊,難道你沒聽過「三個臭皮匠,勝過一個塔矢亮嗎?」(沒有)

孟加拉公虎和亞洲公獅的身長與體重。6, 13, 14 by Big Cat Zan.

或許就跟討論「獅子跟老虎打架誰會贏」的話題一樣,「獅子老虎會不會跟對方打架」很難有絕對的答案。註4

基本上大貓都會避免戰鬥,能把對方嚇跑是最好的。因為打架的結果通常會是兩敗俱傷;而大貓一旦受傷就會無法捕獵,最後只能餓肚子,然後就 GG惹。15

獅子老虎終有一天會相遇?讓我們繼續看下去

吉爾森林剛開始要規劃成為保護區的時候,曾被人家酸說「印度這麼擁擠,根本找不到獅子可以棲息的地點喇」,到現在族群數翻了 10 倍。野生老虎總數在 2010 年降到剩三千多隻,但是老虎的主要分布國家正一同努力著,要在 2022 年,也就是下個虎年來臨之前,讓老虎的數目加倍!2

可以預期的是,印度境內的獅子跟老虎的數量會繼續增加,所以未來牠倆碰面的機率不是零。

同時身為獅子和老虎的鄰居,花豹的體型因為沒有牠們龐大,食物可以有很多選擇,像是去捕獵獅子和老虎根本就吃不飽的小動物。18

但獅子跟老虎的體型很接近,如果想要和平共存,又可以吃飽的話,要嘛就是棲息地跟獵物資源夠豐富;或者分開主食,例如老虎主要吃野豬,獅子主要吃水鹿?不像老虎這個野豬控15,亞洲獅似乎會選擇數量較多的獵物,還會隨著季節或獵物數量改變口味10,所以這種模式也不是不可能?

(老虎:我的食物種類也是很多的好嗎!算惹,先不說這個了~你剛剛有沒有看到一頭豬跑過去?)

持續觀察下去,一定會有更多有趣的發現!

註解

  • 註1:以往老虎依地域與形態被分類為許多亞種,也就是我們所熟悉的孟加拉虎、西伯利亞虎等名稱,根據近代分子生物學與形態的綜合分析在 2017 年已重新將老虎劃分為 2 個亞種。即分佈在亞洲大陸的亞洲大陸虎 (Panthera tigris tigris),和位於蘇門答臘及其他島嶼的蘇門答臘虎 (Panthera tigris sondaica)9。但我們還是可以繼續使用孟加拉虎、西伯利亞虎等之類的說法來稱呼各地區的老虎。因為這能夠提供給我們一個大略的概念,像是這隻老虎住在哪裡、那邊的景觀長怎樣等資訊。由於濫捕濫殺和棲息地喪失,老虎數量急遽下降,已經喪失許多遺傳多樣性。
  • 註2:越來越多的觀察顯示,老虎的生活方式不單單只是以往認為的那般孤獨。每隻老虎都有獨特的個性跟喜好,也有老虎喜歡跟遊客說嗨,或者單親爸爸獨自扶養小孩的紀錄4, 5
  • 註3:非洲獅群平均組成:公獅 2 隻(範圍 1~9),母獅 4~6 隻(範圍 1~21)3
  • 註4:在 1920 年曾經有人將成對的公母亞洲獅野放到森林。第一批放出去之後就失蹤了;第二批的公獅被老虎殺死,而母獅逃亡;接連的三批獅子因為受到老虎的壓力,沒有進入森林,反而跑去村莊攻擊人類和牲畜,在被村民趕跑之後,逃到很遠的地方被獵人或老虎殺害14。假如今天由老虎走進獅群的地盤,故事可能就不同了?

參考資料

  1. A.P. Singh, 2017. The asiatic lion (panthera leo persica): 50 years journey for conservation of an endangeredCarnivore and its habitat in gir protected area, gujarat, india.
  2. Eric Wikramanayake 2011.
  3. Etotépé A. Sogbohossou , 2014. Social Structure of Lions (Panthera leo) Is Affected by Management in Pendjari Biosphere Reserve, Benin.
  4. Famous Tigers of Ranthambore – Tiger T25.
  5. Famous Tigers of Ranthambore – Tiger T24.
  6. IUCN-Bangladesh, 2000.
  7. IUCN Panthera leo.
  8. IUCN Panthera tigris.
  9. IUCN SSC, 2017. A revised taxonomy of the Felidae.
  10. IUCN SSC Cat Specialist Group.
  11. Kimberly L., 2009. Optimal group size, dispersal decisions and postdispersal
    relationships in female African lions.
  12. Meena Venkataraman, 2009.’Site’ing the right reasons: Critical evaluation of conservation planning forthe Asiatic lion.
  13. Mohammad, 2004.Ecology And Conservation Of The Bengal Tiger In The Sundarbans Mangrove Forest Of Bangladesh.
  14. Rajiv Saxena 1994. TRANSLOCATION OF LIONS:CONSIDERATION OF TIGER’S PRESENCE.
  15. Rohald Tilson, 2010. Tigers of the world.
  16. Sarah K. Haas, 2005. Panthera leo.
  17. Srivastav, A.2014. International Studbook Of Asiatic Lion (Panthera Leo Persica).
  18. Sugimoto, T., 2016. Winter food habits of sympatric carnivores, Amur tigers and Far Eastern leopards, in the Russian Far East.
  19. Wildlife Protection Society Of India (WPSI)
  20. V. MEENA, Wildlife Institute of India Dehra Dun 2008. Reproductive Strategy and Behaviour of Male Asiatic Lions DOCTOR OF PHILOSOPHY IN FORESTRY (Forest Ecology and Environment).

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天氣預報再創新準度?福衛七號再造太空精準溫度計

文/林俊良│國家太空中心主任與成大航太所博士。曾任助研員、講座教授、系主任、產學營運中心主任及副校長。
方振洲/國家太空中心福爾摩沙七號星系計畫系工經理、系統工程組研究員及國立交通大學光電工程研究所博士。

過去,國家太空中心發射的福爾摩沙衛星三號,曾在 2009 年莫拉克風災前預測其超高降雨量,也準確預測 2012 年侵襲美國的珊迪颶風 (Hurricane Sandy) 的路徑,並協助美國政府進行緊急疏散。

如今,福衛三號計畫的資料已免費公開給超過88個國家近4000個單位使用。而福爾摩沙衛星七號,也於今 (2019) 年成功發射,將擴大改善全球的劇烈天氣預測準確度,成為福衛三號後「2.0 版」的太空溫度計。

發射升空!—臺灣太空新里程

上 (6) 月 25 日,於臺灣時間下午 2 點 30 分,搭載 6 枚褔衛七號的美國 SpaceX 獵鷹重型火箭 (Falcon Heavy) ,偕同此次美國空軍的其他 18 枚衛星,順利於美國甘迺迪太空中心 (Kennedy Space Center, KSC) 發射升空。

發射後 91 分鐘,國家太空中心獲得由獵鷹重型火箭所傳回衛星與火箭分離時刻的狀態向量,隨即進行軌道計算,為後續地面站追蹤衛星的依據,同時將結果傳至位於澳洲的達爾文 (Darwin) 海外站及其他地面站,接收衛星資料。

發射後 165 分鐘,中心先與其中 2 枚成功通聯,後續再與其中的 3 枚完成通聯。最後,於當天臺灣時間下午 8 點 48 分於臺南的歸仁衛星信號接收站聯繫上最後 1 枚。

至此,6 枚衛星全部與地面完成通聯,並停留在離地表約 720 公里的同一個暫駐軌道上,確定第一階段任務成功。

福爾摩沙衛星七號模型。圖/維基百科

褔衛七號計畫是怎麼誕生的呢?

褔衛七號計畫為臺美大型科技合作計畫,雙方於 2010 年完成合作協議簽署,執行單位為臺灣國家實驗研究院國家太空中心 (National Space Organization, NSPO) 與美國商業部國家海洋暨大氣總署 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 。

褔衛七號的任務目標,是由高度 520~550 公里、24 度傾角的軌道上部署的 6 枚衛星組成的星系,建立高可靠度的氣象衛星系統,每日提供南北緯 50 度間約 4000 筆的掩星資料,大幅幫助天氣預報、劇烈天氣預報準確度及電離層太空天氣監測。

福衛七號所肩負的使命

福衛七號的 6 枚衛星,每枚皆裝載全球衛星導航系統無線電訊號接收器 (TriG GNSS Radio occultation System, TGRS) 的主酬載,該儀器可接收全球定位系統 (GPS) 和全球導航衛星系統 (GLONASS) 的無線電掩星 (radio occultation) 信號。

透過掩星訊號接收天線接收訊號,再利用阿貝爾轉換公式 (Abel transformation) 算出折射率,因大氣壓力及溫度與折射率有關,故由該折射率可進一步轉化成氣象預報使用的大氣觀測數值。

一般而言,天氣預報所涵蓋的大氣範圍為對流層,當折射角度越大,代表氣體密度越高,而氣體密度與溫度、溼度和壓力亦有關,後續資料經地面處理和校正後,可推算大氣層及電離層垂直分布結構的詳細資訊。

由於此次任務是 24 度傾角的圓形軌道,收集的資料集中於南北緯 50 度範圍內,有助於臺灣在內的低緯度地區氣象資料預測準確度。

福衛七號有助於臺灣在內的低緯度地區氣象資料預測準確度。圖/Gunter’s Space Page

另外,福衛七號也攜帶 2 個科學酬載儀器,分別是離子速度儀 (ion velocity meter, IVM) 及無線電射頻信標儀 (radio frequency beacon, RFB),前者可量測電離層的離子密度、速度、溫度與行進角度,評估太空天氣對太空船和通信的影響;後者則可透過地面站接收該射頻信標儀的閃爍訊號,進而獲得區域性電離層異常區的分布。

看看我的發射載具,已經變得這麼厲害了

福衛七號外型為長方體,於單側裝載太陽能板,燃料加注後總重約為 300 公斤,衛星採用鋰離子電池,通訊頻段為 S 頻段,衛星本體裝置 GPS 接收儀以進行導航,設計壽命是 5 年。

而伴隨福衛七號搭載的衛星分屬 15 個計畫,總共 24 枚衛星。全部衛星總重 3.7 公噸,其中福衛七號總重 1.8 公噸,為主要的任務衛星。

發射載具方面, SpaceX 公司所研發製造的獵鷹重型運載火箭,由1枚強化後的獵鷹 9 號為主推進核心,外加 2 枚側掛的側推力器。

除了第一節火箭外皆可回收重複使用,本次發射採用的獵鷹重型運載火箭側推力器,為前次任務所回收的通信衛星再重新填注燃料組合而成。另外,這次採用回收側推力器及夜間發射皆是史無前例的壯舉。

回收側推力器及夜間發射皆是史無前例的壯舉。圖/Joel Kowsky@NASA

別再說天氣預報不准啦!

為了得到均勻分布的觀測資料,各枚衛星設計在 520~550 公里高的 6 個任務軌道執行任務,該操作將在發射後所有衛星完成本體和酬載的健康檢查後陸續進行。

預計在發射後的 19 個月完成星系部署,衛星本身不做軌道轉換時仍會協同暫駐軌道上的其他衛星持續對經過的區域進行氣象觀測。

操控方面,褔衛七號計畫包含衛星發射及初期軌道操作、任務軌道部署控制、在軌任務操作及海外支援地面站指令資料傳輸等。

操控系統包括位於太空中心的衛星操控中心、國內外網路系統及美國所部署於夏威夷等 10 個海外地面站,綿密的網絡系統可在平均 30~45 分鐘內,取得大氣層垂直分布結構的最新觀測資料。包含溫度、濕度、降雨率、太陽活動程度、太陽黑子數、行星際磁場和太陽風密度、太陽風風速及預估地磁對臺灣地區擾動等。

此外,福衛七號所提供的資訊將與其他訊息提供管道進行資料同化 (data assimilation) ,透過數學模型擬合大量的觀測數據,以提供最後的氣象預報結果,未來天氣預報精準度將可提高約 10%。

也許在天氣預報精準度提高10%的未來,我們比較不會遇到被天氣預報騙得淋雨的情況了吧。圖/Genaro Servín@Pexels

福衛七號的資料應用,中央氣象局結合學界建立本地掩星資料應用系統,落實氣象數值模式的應用效益,提升劇烈天氣的預報能力、降低災害預警的不確定性。

舉例而言,將掩星資料與既有觀測資料同化後,對 2009 年莫拉克颱風的歷史資料進行模擬分析,發現颱風行進預測路徑非常接近實際颱風行進路線,顯見掩星技術具體實現後的效果。

福衛七號若成功,氣象資料多更多

目前, 6 枚福衛七號衛星已與臺灣地面站成功通聯,規劃在發射後 1 個月內完成衛星全部功能測試,接著開始衛星軌道調整,由 720 公里的暫駐高度,逐漸下降至 550 公里,每枚衛星包含酬載資料校正需時約 108 天。

此時衛星即可接收全球定位衛星的資料,分析大氣層垂直結構的溫度、氣壓、濕度及電子密度等。

隨後進行資料校正與比對驗證,預計發射後第 7 個月可提供全球氣象界使用大氣量測資料及產品;而發射後第 16 個月則可提供全球氣象界使用福衛七號的電離層量測資料及產品;第 19 個月,6 枚衛星將全部部署到高度 550 公里的任務軌道,自此可提供中低緯度均勻分布的掩星觀測資料,該衛星系任務便正式開展。


 

本文摘自《科學月刊 08 月號/2019 第 596 期:仿物種智慧》科學月刊社出版

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美國食品安全現代化法案│食安簡史10:二轉培訓中心

食品安全近年引發許多焦慮,臺灣的食安政策究竟該如何制訂,才能讓大家吃得安心放心呢?本系列以歐盟、英國、美國、加拿大、中國等國為例,整理歸納系列文章,邀請大家破關點技,點好點滿成為食安鬥士。

2011年,美國國會通過《美國食品安全現代化法案》,是 1938 年《聯邦食品、藥品和化妝品法案》後,至今七十幾年最大的改革立法。

致命花生醬,美國再度重視食安問題

2009 年年初,正當美國首位非裔總統歐巴馬開始新任期之時,美國爆發大規模李斯特菌 (Listeria monocytogenes) 汙染的花生醬食物中毒事件,全美七百多人中毒,九人死亡1-3,美國國內檢討食安法律的聲浪再次掀起熱議。

在2011年,美國又發生了哈密瓜上帶有李斯特菌,導致大規模的食物中毒案件,最終造成科羅拉多州30人死亡,上圖為李斯特菌生活週期。圖/wikimedia

根據美國疾病管制中心 (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) 的研究,每年約有將近 5 千萬名美國人食物中毒,超過十萬人必需要住院,而且大約有 3 千人會因此而死亡3,4,而在歐美國家的社會裡,特別注重致病,甚至致死的食源性疾病和微生物,而對於食品參假等詐欺案件較不重視,此點彰顯了歐美政府的風險管理態度,以會造成人民立即死傷的高風險危害(食源性疾病)為主要管制標的,集中政府資源、最大效益地確保國民健康。

而美國對食品的進出口量逐年攀升,且中國三聚氰胺毒奶粉等國際食安事件凸顯了跨國食品鏈的複雜度,顯示查驗食品廠的制度急待改變。因此美國政界以此為契機,在 2011 年通過了《美國食品安全現代化法案》(Food Safety Modernization Act, FSMA),繼 1938 年《聯邦食品、藥品和化妝品法案》後,美國七十幾年來最大的食安改革立法。

美國食品安全現代化法案:法案精神

以下為美國食品安全現代化法案主要的精神3,5,6

  • 建立全面預防:FDA 將要求所有提供人類和動物食物的企業進行登記,並必須以科學風險評估為基礎,在生產商品的每個環節上提出預防的計畫和措施。
  • 提高查驗頻率:FDA 要求所有食品企業每兩年都要重新登記一次。同時國內、外的食品生產、加工商都要接受不定期的抽查,且抽查的商家數量將逐年增加。
  • 強調企業責任:FDA 有權要求進口商必須事先獲得進口認證,以確保食品符合美國規範。同時建立第三方認證機構和快速通關機制,提高配合廠商之商業誘因。
  • 擴張政府權力:除上述之權力外,FDA 也首次獲得食品召回的權力。只要 FDA 合理懷疑食品有危害美國民眾的可能,就可以施行召回的權力。
  • 保障舉報制度:FDA 和美國勞動部合作,確保舉報的員工不會被公司在事後歧視、懲處等不利的行為,若有秋後算帳的情形發生,公司不但要立刻恢復員工原本的權益,還得要給予補償性賠償。並且更重要的是,秋後算帳的舉證責任倒置,將有利於員工,雇主必須要自行舉證沒有報復舉報員工

美國食品安全現代化法案:配套執行細則

為了使美國《食品安全現代化法案》完備,在執行面上有七大執行細則陸續地公布7-13

  • 人類食品的預防控制原則 (Preventive Controls for Human Food Final Rule):在處理人類食品的企業裡,企業需要在處理食物的流程中針對已知、可預期的生物、化學、物理性危害進行分析,並提出預防性控制的方法、監督和驗證計劃等。同時生產操作和員工訓練都需要遵照《現行良好制造規範》。
  • 動物飼料的預防控制原則 (Preventive Controls for Food for Animals Final Rule):原則上和《人類食品的預防控制原則》相同,並且需要附上產品的召回計劃
  • 農產品安全與環境影響規範 (Produce Safety Final Rule and Environmental Impact Statement):本規範是針對生產食品的農場或產地環境進行規範,如:農場用水、土壤改良劑(推肥等)、野生動物、員工和機械等。
  • 人類食品和動物飼料運輸衛生原則 (Sanitary Transportation of Human and Animal Food Final Rule):本原則在防止在運輸過程中,可能會產生食品危害的行為,如:未能妥善冷藏食品,兩次裝運之間未充分清洗車輛,及未能妥善保護食品等。本原則將要求車輛和運輸設備、運輸作業、人員培訓和記錄皆能符合良好的衛生規範等。
  • 食品避免摻假原則 (Mitigation Strategies to Protect Food Against Intentional Adultertion Final Rule):本原則為檢視食品鏈上每一個環節的弱點,並制定監督改善計劃。本原則類似危害分析重要管制點 (Hazard Analysis and Critical Control Points, HACCP) 的概念,但為更強化。
  • 外國供應商驗證計畫(Foreign Supplier Verification Programs (FSVP) Final Rule):本原則為要求進口食品至美國的供應商,能完全符合美國的衛生規範,如:確保食品標籤完全正確、就潛在危害物質進行分析並制定防治計畫等。
  • 第三方認證組織計畫 (Accredited Third-Party Certification Final Rule):本計畫為鼓勵第三方組織能協助 FDA 替外國的食品商考核、頒佈認證。該證書為證明食品商符合美國 FSVP 計畫,利用此方式獲得認證,可獲得商品的快速通關權利,以提高商家的商業誘因,同時也能夠降低 FDA 查核的成本與障礙(就現實面來說,即便是財力驚人的美國,也無力獨自針對所有進口商進行綿密的審查,因此以第三方組織的方式降低官方的壓力,同時提供快速通關等商業誘因,鼓勵食品廠和第三方認證組織的良性互動。)。

美國《食品安全現代化法案》於 2011 年公告後,持續地和國內外的業者、民眾溝通,陸續地修改、調整並公布上述的七項執行細則。除了持續在網路和大眾溝通,以及藉由各種公聽會和業者交換意見外,食品企業也透過食品雜貨製造商協會 (Grocery Manufacturing Association, GMA) 在草擬法規時向政府單位反映業者意見。而 GMA 也扮演教育者的角色,協助食品業者遵循未來的規範14

歐巴馬簽署《美國食品安全現代化法案》。圖/wikipedia

美國《食品安全現代化法案》和相關執行細則將分三個階段進行,第一階段為制定相關政策、法規等;第二階段為制定細部實施計畫,規劃策略與協助企業等;第三階段為正式實施、監控、評估等。

目前美國政府的進度為第一和第二階段之間的過渡期,其工作重點是讓企業與利害關係人參與法規草案研議、利用各種方式讓公眾瞭解利害關係人的關切問題、藉由教育訓練讓企業加速了解法規、提高企業遵循之誘因等。值得注意的是,美國在推行如此龐大、重要的計劃時,法規制定的過程中仍持續地與利害關係人溝通對話,同時宣導法規精神,列舉未來政府和企業可能面臨之問題且共同尋求解決方案15。這種願意與民對話、公民參與,同時公佈政策的行程的風格深植於公務體系的精神,是非常值得台灣陳舊的官僚系統所學習的。

下一篇請見:美國政府的食安管理體制│食安簡史11:二轉培訓中心

參考資料

  1. 染菌食物照樣賣 美花生老闆遭判28年創首例。地球圖籍隊
  2. 花生醬污染害死9人 黑心食品老闆重判28年。蘋果日報
  3. 周超 (2012) 美国食品安全现代法案对我国食品安全监管的启示。湖南社会科学
  4. 林勤富 (2015) 美國食品安全現代化法進口食品管制度設計研究。國立清華大學法律研究所
  5. FDA Food Safety Modernization Act (FSMA). U.S. Food and Drug Administration
  6. 李婷、刘武兵 (2014) 美国食品安全管理做法及启示。世界农业
  7. FSMA Final Rule for Mitigation Strategies to Protect Food Against Intentional Adulteration. U.S. Food and Drug Administration
  8. FSMA Final Rule on Sanitary Transportation of Human and Animal Food. U.S. Food and Drug Administration
  9. FSMA Final Rule on Produce Safety. U.S. Food and Drug Administration
  10. FSMA Final Rule on Foreign Supplier Verification Programs (FSVP) for Importers of Food for Humans and Animals. U.S. Food and Drug Administration
  11. FSMA Final Rule on Accredited Third-Party Certification. U.S. Food and Drug Administration
  12. FSMA Final Rule for Preventive Controls for Human Food. U.S. Food and Drug Administration
  13. FSMA Final Rule for Preventive Controls for Animal Food. U.S. Food and Drug Administration
  14. 美國食品安全現代化法案 控管業者保食安。食力
  15. 廖鴻仁 (2015) 美國食品安全現代化法執行法規推動現況。行政院農業委員會

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登月大賽成功與失敗的故事:來自以色列民間的創世紀號

50 年前,美蘇之間的太空競賽造就了無數的故事和科技創新。50 年後,一支從 SpaceX 太空競賽誕生的以色列團隊,要挑戰一件前無古人的事情:靠著民間資助及技術能力,送一顆探測器上月球去。

目前歷史上只有 3 個國家曾經在月球上成功降落過探測器(軟著陸,不是計劃性墜毀的硬著陸),按時間排列依序為蘇聯、美國、中國。而最近幾年民營太空計畫和重返月球的話題和重要性越來越明確,Space X 的成功、美國宣布重返月球、中國登陸月球背面等等的事情,一再的告訴我們~舊愛可能還是最美,熟悉的月球在未來最對味。

或許有些天文迷已經知道 SpaceIL 團隊創世紀號(希伯萊語: Beresheet)的故事。但在最終報告還沒出來之前,我們還有很多時間可以認識一下這近期最野心蓬勃的登月計畫和與其團隊 SpaceIL 奮鬥的故事。

SpaceIL團隊與創世紀號(圖片來源:The Verge)

功敗垂成的 Lunar X Prize大賽

「今天我們要向世界各地的民間團隊提出挑戰,請他們設計、建造月球探測器,並儘速將成品送上月球表面,讓探測器在月面上移動 500 米,還必須回傳 1G 的高解析影像及數據。」

以上~就是大名鼎鼎的 Lunar X Prize 的比賽重點,看起來很單純是吧?這個著名的獎項在 2007 年宣布,原本預計在 2012 年結束,但是經過不斷的延期,最後才在去(2018)年 3 月由主辦單位宣告比賽結束。

長達 11 年的比賽過程,有將近 30 支隊伍參加,但沒有人完成任務。有些人可能會認為 Lunar X Prize 失敗了,但這其實可以視為一場慘烈的大成功:因為這些(雖然沒有成功登月的)團隊靠自己的能力,發展出了新時代的硬體和技術。

以色列登月團隊 SpaceIL的誕生

來自以色列,打造了創世紀號的SpaceIL 團隊,就是參賽隊伍之一。他們在漫長的競賽結束之後,仍決定堅持下去,試著去完成任務。

一切要從 2010 年說起,一位名叫亞里夫‧巴許(Yariv Bash)的年輕工程師,聽說了當時 Lunar X Prize 的事,而有個瘋狂的構想(可參見預告片 5:45的畫面),他找了另外兩位夥伴,分別是電子工程師跟電腦學家,想要從零開始參加這場競賽,連草圖都在第一天完成了,上面還寫了可能會有的問題和時程表。

SpaceIL創辦人亞里夫.巴許(Yariv Bash),2015年在以色列Google年會上演講(圖片來源:SpaceIL

但是就像每一個剛起步的民營公司、創業者會遇到的問題:他們需要錢。

他們很幸運的某個大型會議上遇見以色列媒體業富豪莫里斯卡恩(Morris Kahn),非常樂意贊助整個計畫。 SpaceIL 團隊由此建立,開始了他們另類的月球探測器計畫,該探測器後來經由民眾投票取名為創世紀號。

創世紀號很小,沒裝燃料大約才 160 公斤,尺寸跟廚房餐桌差不多大。而在沒有多餘時間或人力設計零件的情況下,他們利用很多現成物件,加入一些巧思,然後大量運用 3D 列印技術來產生需要的設備,例如它的腳有另外鋁製的蜂巢結構,用來吸收與月球表面接觸時的衝擊能量。為了節省太空艙的建造費用,SpaceIL 甚至沒在上面裝太多的防護設備。

「老實說……這些東西(太多的零件)很可能會變成阻礙,在前往月球的路上就壞掉,所以你如果想做個簡單的首次太空任務,只要規劃能撐幾天的系統就好」計畫主持人巴許在紀錄片《登月50周年鉅獻:以色列登月計畫》裡面說到。

SpaceIL三位元老當初在酒吧見面時的合影,當時桌上的紙已經畫出和寫出了探測器的重點(圖片來源:Discovery《以色列登月計畫》節目截圖)

Lunar X Prize 競賽取消後,很多團隊都停止開發,但是仍有少數幾個公司繼續堅持自己的道路,SpaceIL 就是其中一個(另一個比較有名的是Moon Express)。Lunar X Prize 宣布結束時,創世紀號已經設計好,也準備好要搭載在 Space X 的火箭上,只差沒有發射。團隊此時需要新的一輪資金才能在接下來 1 年內順利發射,幸好另一位猶太裔富商謝爾登‧阿德爾森(Sheldon Gary Adelson)此時加入了這場計畫。最後~創世紀號完成了,花的不多……總共花了大概 1 億美金。

創世紀號的旅程與目的

2019 年 2 月 21 日,創世紀號搭著獵鷹型火箭,跟著一個美國空軍的機密衛星和印尼的通訊衛星一起升空。

它預計在離開地球軌道之後,獨自旅行七週才會到月球……等等,阿波羅計畫不是 4 天就到了嗎?為什麼創世紀號要這麼久?這也就跟整個創世紀號的設計理念有關──它走去月球的最快路線,而是要靠著重力拋射,走最省燃料的路線。創世紀號總共要走 640 萬公里,比阿波羅 11 號還遠了 1 倍,但它只需要多裝 570 公斤的燃料而已,跟其他登月計畫相比,根本是芝麻般的重量。

至於創世紀號的任務是什麼呢?當然不只是拍拍照這麼簡單。

創世紀號登月模擬圖(圖片來源:Parabolic Arc)

在今年月球與星球科學協會(Lunar and Planetary Science Conference, LPSC)中,SpaceIL 團隊針對創世紀號的任務提出了詳細的說明。除了研究與測量月球本身的磁場之外,創世紀號最特別的任務內容大概就是要重新登陸在當年阿波羅 17 號著地的地點:澄海。當年阿波羅計畫總共在澄海登陸兩次,傳回的資料讓科學家發現這個地方有磁場異常,這在月球上是很少見的一件事情。

紀錄片《以色列登月計畫》中提到:「我們計畫連接磁場異常與特殊地形的關係,主要利用剩磁的特性。磁場與月球地貌的理應是連續性的關係,如果我們假設寧靜海的磁場相對於月球其他地方(或其他區域的玄武岩)更高但是也比較穩定,但這裡只有表面破裂的地方產生磁場,因為場線與地貌有關係。」

團隊希望創世紀號上面搭載的磁力儀能帶給我們更多資訊,讓我們瞭解月球的磁場變動歷史。將月球岩石磁力與地質年代的研究連結起來,會讓我們對月球的形成歷程有新的認識。

阿波羅11號太空人在完成登月回來後,檢視帶回來的月岩(圖片來源:NASA)

創世紀最後的旅程與未來

密集研究月球地磁,需要在月球軌道上待很久的時間,這也是創世紀號面臨的挑戰。因為資料需要花兩天的時間傳送回地球,這段期間內會遭遇到月球軌道上高得誇張的溫差。在任務第四天,正準備要點燃推進器的那一刻,甚至發生了電腦停擺的情況。SpaceIL 團隊認為故障原因可能是宇宙射線或范艾倫帶的輻射線能量超出預測值,儘管最後使用遠端通信的方式修復了這種情況,但並不是這台迷你探測機最後的苦難。

今年的 4 月 11 日,創世紀號離開月球軌道開始往月球表面墜落,過程中通訊都沒問題就此進入著陸程序,創世紀號逐漸往月球表面降落,途中還傳來一張在太空中拍攝的照片。在接近月球表面時,創世紀號點燃反向火箭,照理講這時候應該要減速的,但回傳資料顯示垂直速度還是很快,主引擎似乎出了問題,在離地 150 公尺處……創世紀號的訊號停止了。

創世紀號與月球合影(圖片來源:Calcalistech)

所有軟登月的任務中,任務是否成功都要取決於著陸。沒錯,最近一次嘗試要登陸月球的新成員創世紀號,最終與以失敗收場。SpaceIL 團隊在斷訊後就無法再聯絡上創世紀號,只是到今天,都還沒有確定的答案到底為什麼機械會在最後一刻失靈。

但是之後無論是誰、無論來自宇宙何方,只要找到創世紀號,就會發現團隊在船上塞了幾件非常特別的物品:一枚小硬幣上刻寫了整部聖經,每個字母都只有微生物大小;還有一個時光膠囊,這個時光膠囊容納了所有參與建造這艘太空船的人的夢想和希望。

雖然創世紀號的登月最終失敗了,但要提醒大家,最偉大的技術和突破,都是在一群人協力追逐同一個夢想中的過程產生的。

除了科學儀器外,創世紀號另外攜帶的一份資料:研發過程中的文件、學生的畫作、聖經文本和以色列歌曲(圖片來源:Phys.org)

 

Discovery頻道登月50週年鉅獻》每週六晚間 7 點播出
《登月50週年鉅獻:以色列登月計畫》8月3日晚間 7 點首播

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