【摺紙專欄】反折人生:從熊研究者身份出道的知名摺紙藝術家

撰文|格倫·馬丁(Glen Martin) 翻譯|涂瑋瑛 致謝 We sincerely appreciate More »

【2016台積電盃-青年尬科學】邀請你「有『種』來決『豆』」!

一顆小小的豆子和種子,蘊藏著驚人的生命能量,從豆類到種子的科普知識更是包羅萬象。5/16起,歡迎國三至高三(K More »

【週末茲卡專題報導】茲卡病毒的抗蚊大作戰

■茲卡病毒跟登革熱一樣,都靠埃及斑蚊傳播。對抗埃及斑蚊,除了管控環境衛生與清除積水,有沒有其他更有效地防治策略 More »

【豆類年專題】2016豆類年簡介

撰文|葉綠舒 聯合國農糧署(FAO)訂二0一六年是「國際豆類年」。對居住在東亞地區的我們來說,提到豆類,第一個 More »

 

【基因奧妙】死後所發生的事:死而復活的基因

■你想過死後會發生什麼事情嗎?是像在半路拋錨的汽車,在引擎停止運轉之後,轟隆一陣就停在半路上再也無法動嗎?大部分人的臆測可能都會和拋錨故障的汽車相去不遠,但最近一篇由美國西雅圖華盛頓大學,Peter Noble博士帶領的研究團隊,卻發現事情沒有這麼單純。

© www.spyderonlines.com

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撰文|駱宛琳

不單是人類,地球上的動物都可以視作極其複雜的生物體。要讓一個生物體能夠正常運作,要靠生物體內各個不同的系統、生理機制之間協調合作。而各系統間要合作無間,是繁不勝數的生理機轉藉由調控數以千計的基因,讓它們在恰當的時間、恰當的細胞組織內表現,而且表現量還得恰到好處。只有這麼多的「剛剛好」都被精準調控了,生物體的恆定性才能夠穩定地日以繼夜運作下去。

自然演化長長的時間裡,讓生物體內各基因可以「天時、地利、基因和」的找到最恰當的平衡點,而穩穩當當的架構起生物體內恆定性。但是,當個體一旦衰亡死去,生物體內這個複雜的網路脈絡又會如何發展呢?Noble博士覺得藉由研究個體死亡之後,生物體內恆定性自然、逐步瓦解的「命運」,或許可以提供一個有趣的視角來幫助我們了解,生物內層層疊疊的調控機制是如何被架構出來的。於是,他們選定用斑馬魚與老鼠來進行實驗。

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【週四植物秀】植物有「牙齒」?

刺蓮花屬植物。圖片來源:Wiki

刺蓮花屬植物。圖片來源:Wiki

撰文|葉綠舒

植物不會動,所以遇到掠食者,只能無奈的被咬。不過,有些植物沒那麼認命。蕁麻科(Urticaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、刺蓮花科(Loasaceae)以及茄目下的 Hydrophyllaceae科的植物們為了積極防咬,他們會在身上長出刺來;只要曾企圖摘過花或果實的朋友,可能都有被刺過的經驗。

不過,有多少人會認真去看看這些植物的刺呢?我們大概都只是檢查一下手指、看看是否有殘刺留在肉裡,有的話就拔掉。就這樣吧?

不過,有些植物只要被它刺過一次,下次就不會去摸它了!例如原產於美洲與非洲的刺蓮花屬植物就是很好的例子。被它刺一下,那個痛只能說會讓你永生難忘!

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【基因演化】羽毛、毛髮、鱗片的異曲同工之妙

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基板(利用早期發育的基因表現染成深藍色斑)在鼠、蛇、雞和鱷魚(從左至右)的毛髮、鱗片和羽毛的發育前是清晰可見的的(Credit: copyright UNIGE 2016 (Tzika, Di-Poï, Milinkovitch))

■鳥類的羽毛、哺乳動物的毛髮,還有爬行動物的鱗片,都各有千秋,鮮有相同之處。一個發育生物學的研究讓我們發現,原來羽毛、毛髮、鱗片之間在分子層次上的相同處,比我們已知的還多。

撰文|黃貞祥

哺乳動物、鳥類和爬行動物都是羊膜動物(Amniota),分別屬於合弓類動物(哺乳類與似哺乳爬行動物)與蜥形動物(含爬行動物、鳥類)。哺乳動物的毛髮和鳥類的羽毛,在發育過程中,會從一種稱為「基板」(placode)的組織而來,它是被稱為柱狀細胞的特殊細胞,在胚胎中形成的變厚皮膚──「疙瘩」,也就是俗稱的雞皮疙瘩。雞和人都有雞皮疙瘩,可是爬行動物的發育過程中,未曾發現有「基板」這疙瘩狀構造,所以科學家相信,爬行動物的鱗片與哺乳動物的毛髮以及鳥類的羽毛毫無關連。

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【材料科技】上轉換奈米材料於生物醫學的應用(下)

圖片來源:Chen, G., Qiu, H., Prasad, P. N., & Chen, X. (2014). Upconversion nanoparticles: design, nanochemistry, and applications in theranostics.Chemical reviews, 114(10), 5161-5214.

圖片來源:Chen, G., Qiu, H., Prasad, P. N., & Chen, X. (2014). Upconversion nanoparticles: design, nanochemistry, and applications in theranostics.Chemical reviews, 114(10), 5161-5214.

■在本系列(上)(中)介紹了一大堆原理後,終於要介紹在生醫影像應用 (Bioimaging)啦!

撰文|方程毅

生醫影像目的是對生物體不同部分進行顯影,可以觀察或作疾病診斷。不像一般螢光發光需要能量較大的紫外光,上轉換現象最大的好處是光源能量毋須太強,波長700nm-1000nm紅外光即可,對生物體的傷害小,應用也較廣泛。如同本系列(中)所提,藉由修飾上轉換粒子使其與目標結合便可以衍生出各種不同的意用,以下我們將介紹幾個例子:

●全身螢光造影(Whole-Body Photoluminescent Imaging)
全身性造影基本上就是不針對特定目標,對全身血管或淋巴系統進行造影,本文圖中的例子皆屬於這個類別。

首先在注射前要先保證粒子們對生物體不會產生負面影響,美國普林斯頓大學(Princeton University)將 \ Y2O3: Yb^{3+} / Er^{3+} 粒子注射進線蟲體內進行顯影(如圖(a)),過程中線蟲並沒有產生任何異常情形。線蟲雖不比其他生物,但至少說明這些奈米粒子是具生物相容性的。

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【物理世界】左與右,固態系統中的ABJ異常

圖一: 化學中的鏡像異構物, credit: wikipedia, chirality (chemistry)

圖一: 化學中的鏡像異構物, credit: wikipedia, chirality (chemistry)

撰文|蕭維翰

若宇宙中只有一隻手,我們是否能區分他是左手還是右手呢?哲學家康德討論過類似的「不一致的對等物間的關係」,亦即左右手的差異是內在性的,還是由他們與外界的關係決定的。[1]暫且擱置哲學方面的思考,日常生活中,左手與右手的差異還是滿明顯的(比如說買手套時,左手戴不進右手的模板),他們的關聯必須透過鏡像來建立:在鏡子中,左手變成了右手,反之亦然。

在化學中也有一些化合物互為對方的鏡像,這類的分子我們稱為鏡像異構物,如葡萄糖就可以分為左旋糖和右旋糖,人類體內的酵素,基本上只代謝右旋糖。實驗上我們要如何區分這些異構物呢?總算輪到物理學家出場,我們可以透過光學方法:用光去照分子後,右旋分子只會放出右旋光,左旋分子則只允許左旋光被散射。[2]也就是說,光子也具有這種類似左手和右手的差別。

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【生活知識】隔天的髒衣服為什麼會臭?

■隔天的髒衣服是因為流汗才臭嗎?這個問題,要說也是也不是。

圖片來源:Pixabay( CC0 Public Domain)

圖片來源:Pixabay( CC0 Public Domain)

撰文|葉綠舒

●汗腺的種類
其實我們的汗腺分為兩種,一種稱為外分泌汗腺(eccrine sweat glands,又稱為小汗腺),另一種則稱為頂漿腺(apocrine sweat glands,又稱為大汗腺)(參1)。小汗腺分佈於全身,但是在頭部、手掌、腳掌的密度最高(手汗的來源);而大汗腺位於腋下、生殖器、肛門四周。小汗腺幫助我們進行流汗散熱,分泌的汗液主要成分是氯化鈉(NaCl,食鹽);而大汗腺不負責幫我們散熱,它們分泌的是白色無味的黏稠液體,但經過細菌分解後,會出現特殊味道,也就是狐臭的來源。 

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【科學短消息】小而美的鳥腦袋

葵花鳳頭鸚鵡(Cacatua galerita)(Photo credit: JJ Harrison,CC BY-SA 3.0)

葵花鳳頭鸚鵡(Cacatua galerita)(Photo credit: JJ Harrison,CC BY-SA 3.0)

撰文|黃貞祥

鳥的智商常叫人感到神奇,有些鳥可以數數、有些會製作工具、有些能夠認出鏡中的自己、有些能夠說話等等,可是鳥的腦卻相當小,和牠們的認知能力不成正比。科學家現在發現,原來鳥腦中的神經元,數量不輸給靈長類哺乳動物,可謂鳥腦雖小、神經俱全。

捷克布拉格查爾斯大學的動物學家Pavel Němec等人,研究了28種鳥的腦,發現尤其是鳴禽和鸚鵡,有些腦裡的神經元數量甚至比靈長類還多。他們解剖了這些鳥的腦,用染劑染出神經元以計數。之前就有研究發現鴿腦和靈長類的腦很相似。

他們發現,鳥腦雖小,但神經元數量卻是驚人的多。例如金剛鸚鵡,其腦小如核桃,和智力行為有關的前腦,竟比如檸檬般大的恆河猴腦,有更多神經元。葵花鳳頭鸚鵡和嬰猴的腦都差不多是十克左右,但前者有廿億個神經元,是後者的兩倍。鸚鵡、鳴禽和烏鴉,前腦的神經元密度最高,所以腦雖小,但行為和認知能力超強。

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【材料科技】上轉換奈米材料於生物醫學的應用(中)

■在<上轉換奈米材料於生物醫學的應用(上)>,我們介紹了上轉換(Upconversion)現象的原理,一言以蔽之就是集氣放大絕,收集數個低能量光子,發出一個高能量光子。本篇將介紹上轉換奈米粒子的組成材料及其在生物檢定的應用。

© Chen, G., Qiu, H., Prasad, P. N., & Chen, X. (2014). Upconversion nanoparticles: design, nanochemistry, and applications in theranostics.Chemical reviews, 114(10), 5161-5214.

© Chen, G., Qiu, H., Prasad, P. N., & Chen, X. (2014). Upconversion nanoparticles: design, nanochemistry, and applications in theranostics.Chemical reviews, 114(10), 5161-5214.

撰文|方程毅

上轉換的機制,除了我們介紹的激發態吸收(Excited-State Absorption, ESA)之外還有很多種,例如:能量轉移上轉換(Energy Transfer Upconversion)、交叉馳豫(Cross Relaxation)、光子雪崩(Photon Avalanche)及合作敏化上轉換(Cooperative Sensitization Upconversion)。不過這邊將不再細講機制。

本文標題既然提及上轉換奈米材料,也該是進入正題介紹這些粒子了。上轉換奈米粒子是將鑭系元素(沒錯,就是週期表倒數第二行),參雜到非金屬介電質粒子中,這些粒子千奇百怪,例如: \ NaYF_{4} \ YVO_{4} \ Y_{2} O_{2}S \ GdOCl 。參雜之後,整個粒子的表示法將會是: \ NaYF_{4}: Yb^{3+} / Er^{3+} \ Y_{2} O_{2}S: RE^{3+} \ Yb^{3+} / Er^{3+} \ RE^{3+} 便是參雜進粒子的鑭系元素,之所以參雜鑭系元素是因為他們都有很多f軌域電子,f軌域的量子行為可以讓其能階的生命週期(lifetime)變得很長(為什麼需要能階生命週期長請見本系列(上));而粒子本身的材料選擇則是可以讓電子從激發態回到基態時具有較高的機率轉成光子,而非以其他方式損失能量,如此一來,發光效率便更高。

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【CASE藝廊】奇美博物館—生物科學與藝術創作之邂逅

■在全世界最著名的自然史博物館,有幾個經典的場景,一個是美國國立自然史博物館中間巨大的非洲大象,一個是法國國家自然史博物館的與動物同行展覽,如今在台灣也可以看到了。台南奇美博物館結合自然、人文、藝術珍貴的典藏品,展示內容豐富、手法奇特,令人驚嘆!

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撰文|國立臺灣大學動物博物館幹事 林怡蓉
圖片|奇美博物館提供

動物廳展廳(非洲開放區)呈現壯闊的草原生態

想要了解地球46億年的歷史中,生物多樣性的變動,在動物廳所設置的常設展「生命的壯闊—演化之旅」中,故事以生命演變時間軸出發,透過化石紀錄,窺見地球多變的環境與無情的滅絕事件,認識環境變遷對生命演化的重大影響;藉由來自世界各地豐富的動物標本,結合生態環境造景,展現現代生命面對各項生存條件所做的努力與改變,生命多樣化的呈現,令人讚嘆生命的強韌,共同見證生物演化的奧妙。在「生命演化的長廊」展區,以故事結合化石發現的手法,佐證目前演化的重要發現;在「生之浩瀚」展區,分不同的生態區,呈現地球多采多姿的生態樣貌,展場以兩種截然不同的展示方式呈現,一種是開放式標本展演,為進化型的百科全書式展演手法,在非洲區觀眾有如走入非洲大草園大量的非洲動物就走在你的身邊觸手可及;另一種則是生態造景(Diorama)的展示方式,8個櫥窗中,以生態環境為背景,將生物在此環境中生活畫面展演出來,畫面栩栩如生。最後別忘了,一定要到鳥類展示廳看一下數百隻鳥在一面牆上展出的壯麗景象。

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【物理研究】在南極尋找第四種微中子

■物理學家利用位於南極的 IceCube 實驗尋找第四種微中子:惰性微中子(sterile neutrino),不過目前為止尚未被發現。

(Courtesy: Jamie Yang, IceCube Collaboration)

(Courtesy: Jamie Yang, IceCube Collaboration)

撰文|陳勁豪

在目前的粒子物理標準模型中,微中子屬於輕子(lepton)的一部分,一共有三種風味(flavor):電子微中子,渺子微中子還有濤微中子。過去的實驗驗證也確認了在標準模型的架構下,的確只有三種微中子。這三種微中子共同的特性就是質量極小但不為零,所以根據量子力學,微中子的風味有一定的機率改變成另一種的風味。這就是所謂的微中子震盪,而發現這個現象的兩位物理學家也因此獲得了2015年的諾貝爾物理學獎。而微中子儘管是宇宙中含量第二多的基本粒子,但卻是最難偵測到的一種,因為微中子幾乎不與任何物質作用,同時不帶電荷,所以對實驗物理學家來說是最難測量的粒子。也因此,微中子實驗的共同特性就是體積龐大,希望能夠以量取勝來增加看到微中子的機會。

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