改變歷史進程的17個方程式
臺北市立第一女子高級中學蘇俊鴻老師編譯/國立臺灣大學物理系王名儒教授責任編輯
編譯來源：The 17 Equations That Changed The Course Of History
數學圍繞在我們四周，它在許多方面型塑(shaped)我們對這個世界的理解。
2013年，身為數學家，也是科普作者的伊恩．史都華(Ian Stewart)出版了《改變世界的17個方程式》(The 17 Equations that Changed the World)一書。近來，我們在Dr. Paul Coxon的Twitter (由數學輔導老師，也是部落客的Larry Phillips所註冊)上發現這個他摘錄書中方程式所成的簡便表格：
烏龜再度打敗了兔子！─纖維素分解的關鍵因子
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯
編譯來源：やはりカメはウサギに勝る
分解速度如「烏龜」般的纖維素酶，由於吸附性較強且能不斷進行分解反應，反而比如「兔子」般反應快速的纖維素酶更適合去分解結晶性纖維素。
纖維素1是植物細胞壁的主要成分，是地球上現存最多的生物資源，因此世界各地許多研究者，正在研發將纖維素變換或製造成較易利用的酒精或有機酸。但纖維素具強鍵結的分子鏈，聚集成結晶構造，導致纖維素分解酵素-纖維素酶的分解效率低。
黴菌等絲狀真菌微生物，在自然界中以樹木或雜草為營養源，擔任分解者的角色。這些微生物能製造具有管狀構造的纖維素酶，它的特殊構造對分解結晶性纖維素相當重要。黴菌纖維素酶的管狀構造較其它絲狀真菌的纖維素酶為長，因此，兩者之纖維素酶的性質相異。但纖維素酶分解纖維素的反應，因為不溶性的結晶性纖維素與水溶性的產物形成固體與液體二相共存的「不均勻系」，實際反應作用分子與不反應分子同時混合在反應系統內，所以過去所使用的分解活性測定法，難以評估酵素分子的性質。
因此日本東京大學農學生命研究所與金沢大學的共同團隊，使用「高速原子力顯微鏡3」觀測各個酵素在分子層次上的運動模式。並研究黴菌Trichodarma reesei 所製造的纖維素酶TrCel7A、以及另一種真菌Phanerochaete chrysosporium 所製造的兩種纖維素酶 PcCel7C與 PcCel7D，藉由比較這3種酵素的分解反應速率和連續分解反應的次數，以解析影響結晶性纖維素分解的重要因子。
開啟多人量子通訊的實驗
國立臺灣大學應用物理研究所 劉伊修編譯/國立臺灣大學物理學系 王名儒教授責任編輯
編譯來源：Experiment opens the door to multi-party quantum communication
Credit: Image courtesy of University of Waterloo
量子金鑰傳輸(QKD)
想像一下你有一個很機密的資訊要傳送給遠方的朋友，為了避免機密資料外洩，你會做什麼事來防止呢？從過去到現在，人類大部份都是使用密碼來保護這些資訊，特別是在網路的時代，密碼學更是重要。但是傳統的密碼學曾有一個未解的難題：要如何把密碼給對方使得對方能開啟我傳的檔案呢？用網路傳密碼嗎？那這個密碼要用什麼保護呢？相信您已經了解，首先必須要使雙方都有第一組密碼，但是第一組密碼不能用網路傳，因為如果第一組密碼被竊聽，那麼後面的一切資訊都會被攔截。量子金鑰傳輸(Quantum Key Distribution)解決了這個難題。它使用了物質的量子性質使得我們可以安全地傳送鑰匙而不用派密使或親自轉交密碼。這項重要技術的物理基礎就在於量子糾結。
在量子科學的世界，Alice和Bob已經跟對方說話很多年了，而Charlie在幾年前也想同時加入對話。滑鐵盧(Waterloo)大學的量子計算研究所(IQC) 的物理學家們宣佈首次實現了傳遞三個糾結在一起的光子到三個相距幾百公尺遠的地方，同時也證明了對於超過兩個光子的糾結，量子非侷域性質依然存在。這實驗的發現表示在嚴格的類空間分隔條件下(亦即發生在兩個不同時間、地點的事件，其空間距離和時間距離的比值大於光速)，量子訊號可以超光速傳遞。這項成果已於近期發表在Nature Photonics，也代表多人量子通訊的可能性已大大提高。
發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯
編譯來源：世界最小の多細胞生物の発掘
目前認為多細胞生物是由單細胞生物進化而來。與綠藻綱群體性的團藻目1親緣關係相近的生物群，從單細胞的單胞藻到500個細胞以上所組成的團藻，存在單細胞生物至多細胞生物的中間物種，因此被認為是研究從單細胞生物進化至多細胞生物的模式生物群。
圖一 : Tetrabaena socialis
來源 : http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/images/47/02-b.jpg
東京大學理學研究所的研究團隊，以解開進化生物學上從單細胞生物轉變為多細胞生物的機制為目的，將研究焦點置於細胞數目最少的群體性團藻目Tetrabaena socialis， 其個體僅由4個細胞組成，是廣泛分佈於世界各地的淡水藻類，4個細胞聚集排列整齊如四葉片型(圖一)。根據最近研究認為，Tetrabaena socialis是群體性團藻當中最初期出現的（距今約2億年前）。
包含Tetrabaena socialis在內的群體性團藻目，其細胞與單細胞生物的單胞藻類似，透過細胞壁結合在一起。但是多細胞生物要成為一完整個體，各細胞都須具有全體的一部分之機能，採取與單細胞生物相異的細胞構造。另外，群體性團藻的生殖細胞，藉由細胞分裂，增殖至與親代相同的細胞數，成為次一世代的子群體。該過程剛分裂完成的子細胞個體間，能互相聯絡，形成多細胞個體的外形結構。在細胞數量較多的群體性團藻，其子細胞間藉由「原生質間橋樑2」結構來進行訊息聯絡。其「個體部分的細胞結構」與「細胞間的聯絡構造」二種不同特徵，被認為是多細胞生物基本且重要的要素。
他們首先確立Tetrabaena socialis的藻類培養方式，並藉由免疫螢光染色法3來觀察染色的特定蛋白質結構，證實該藻類與單胞藻的特徵不同。單胞藻具有旋轉對稱的鞭毛結構，但Tetrabaena socialis 與多細胞生物的群體性團藻相同，具有非旋轉對稱的鞭毛結構，它的4個細胞都各自有多細胞個體的一部分機能。經進一步藉由穿透式電子顯微鏡觀察Tetrabaena socialis 的子細胞發育過程，發現子細胞間藉由「原生質間橋樑」互相聯絡。
太陽能的大突破：最新光伏系統可用
國立臺灣大學科學教育發展中心
編譯來源：Earth Day Collaboration Aims to Harness the Energy of 2,000 Suns
圖片來源：IBM Research
IBM在2013年世界地球日發表了一篇關於利用太陽能、新光伏系統的突破性報導。
有沒有一種科技，只要使用撒哈拉沙漠約百分之二的面積，就能提供全世界所需的電力？儘管現有普遍的太陽能科技價格高昂，製作費工費時，然而由IBM公司、瑞士大學和氣光能源公司 (Airlight Energy)正在合作開發一個負擔得起的光伏系統（photovoltaic system），能夠將相當於2000顆太陽的能量集中在數百個1平方公分的晶片（chip）上。
這個高效能光伏熱（High Concentration PhotoVoltaic Thermal, HCPVT）系統原型機主要是一個大型拋物面裝置，內含多個圓盤狀鏡片，此拋物面裝置在太陽追蹤系統（tracking system）基座上，此追蹤系統能隨時調整拋物面，使其一直在最佳接收太陽能的角度。鏡面反射太陽光到連接許多微通道水冷凝受器的三接光伏晶片上，每一個小方塊光伏晶片可以在每天八小時的太陽日照下產生200-250瓦特不等的電力。這樣的系統能裝置在任何陽光充足的地區，有效利用超過百分之三十的太陽光成為電力，並且有至少百分之五十的浪費熱能得到回收。
HCPVT的直效冷卻系統來自於人體血液供應系統的啓發，並已經經過IBM工程師在電腦上的測試，而這項設置也能提供當地新的水資源。利用最新科技中冷卻超級電腦的系統，約攝氏90度的水經過一多孔膜蒸餾系統，變成可用飲水。系統內每平方公尺的冷凝面積每天可以提供30~40公升飲用水，同時每小時產生超過2000瓦的電。
未來燃料(四)石油枯竭的威脅已經消退
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯
編譯來源：BBC NEWS 2013年6月14日訊
美國石油總產量圖（圖片來源：BBC NEWS）
根據國際能源總署(International Energy Agency，IEA)的看法，石油枯竭問題已經逐漸遠離我們。
由於近年來美國大規模利用新技術開採石油，戲劇性地消弭掉困擾我們多年的石油枯竭問題。美國原本下降的石油產量因開採頁岩和一些新地區投入生產而逆轉。國際能源總署石油市場主管，安東尼哈夫(Antoine Halff)表示：「這兩年我們一直上修石油蘊藏量的總值，石油產量大飆升已達前所未見的新高峰，讓我們直接拋棄以煤炭做為備案的想法了。幾年前每個人都認為美國的石油產量完了，只會持續走下坡而已，而國家政策也只能隨著潮流逐年增加進口預算。誰都沒想到美國現在正朝著自給自足邁進呢！」
在德州和北達科他州的石油新開採據點成為改變美國石油命運的推手，而位於加州地底被稱為「蒙特利頁岩」(Monterey shale )也是一個極具發展潛能的新星。根據國際能源總署的推測，美國照這個情勢會在2020年與沙烏地阿拉伯的石油產量並駕齊驅，甚至可以提前在2017年達成目標。
未來燃料 (三)英國頁岩氣儲量超乎預期
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯
編譯來源：BBC NEWS 2013年6月27日訊《UK shale gas resources ‘greater than thought’》
英國頁岩氣分布圖（圖片來源：BBC NEWS）
英國地質調查局(British Geological Survey, BGS)研究發現，國內的頁岩氣（Shale Gas）蘊藏量或許比以往估計量更多。研究單位預估可能有高達1300兆立方英尺(約36兆立方公尺)的頁岩氣儲藏在英格蘭北方的地層中，這是過去估計量的兩倍以上。在此同時，政府也趁勢宣布探勘頁岩氣正式成為基礎建設計畫的一部分。能源部長麥可法倫(Michael Fallon )對頁岩氣予以厚望，稱頁岩氣是一種「令人激動的新能源」。
英國地質調查局說明他們在英格蘭北部的鮑蘭德盆地（Bowland Basin）－從柴郡延伸到約克郡的區域潛藏有大量的資源，雖然他們無法確保這頁岩氣可以順利被提取出來。頁岩氣無庸置疑的是英國能源資源的新星，但探勘技術必須結合地質學、工程學，另外還必須周全考慮投資和環境保護等各項議題。雖然鑽井公司先前就估計他們可以提取出10%的含量，但一切仍是未知數。
未來燃料 (二)德國高昂的捐稅使綠能不得儲存
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯
編譯來源：BBC NEWS 2013年6月12日訊《German tariffs make green energy too expensive to store》
一個位於斯圖加特的電轉氣保存模組正在上機測試中。（圖片來源：BBC NEWS）
德國的研究人員表示，政府電力收購稅捐制度(Feed-in Tariff, FIT)阻礙了他們儲存可再生能源的計畫。
德國早在2000年時，為了太陽能風力發電及其他可再生科技引進一套政府電力收購稅捐制度。這項法規保證了電網通路的建設及長達二十年的津貼補助。
政府的津貼補助使得上千名住戶藉由投資太陽能和風力發電躍升為能源生產商。但是領頭的科學家告訴英國廣播公司，這些統一稅捐制度讓儲存綠能變成一件很不划算的事。而解決這項問題將成為能源永續發展的重要關鍵。
現今有130萬住戶、農家和小型合作社在提供綠能。而在2012年他們已能供應達全國所需電力的22%。但是陽光和風這些可再生能源會因為自然氣候而有所消長。例如德國在今年一個晴朗的六月，太陽能和風力可提供全德國高達60%的所需電力。但這麼多的太陽能電力卻是用時機較差的電力期貨價去計算。
未來燃料(一)世上最大核融合計畫面臨關鍵時刻
臺灣大學生命科學所 周愛鵑編譯/淡江大學化學系 王文竹教授責任編輯
編譯來源：BBC NEWS 2013年8月7日訊《’Critical phase’ for Iter fusion dream》
核融合反應爐的運行原理是師法於太陽。（圖片來源：BBC NEWS）
法國南部普羅旺斯省卡達拉舍的國際熱核實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)計畫中，反應爐約一百萬個組件中的第一個正在進行交貨。
經過長期延宕及巨額經費增加之紛擾後，目前的工程約晚了兩年。為了配合遲到的關鍵組件，還得變更主建築的結構設計。
研究機構的副主任大衛坎貝爾(David Campbell)告訴英國廣播公司新聞說：「不容諱言，情況實在令人沮喪，但我們現在正盡全力彌補所浪費的時間。這個計畫真令人振奮，讓你充滿幹勁的去做，我們都等不及看到核融合反應成功的那一天。渡過初期的設計問題及早期的協調困難，我們現在更有信心在期限內完成計畫了！」
從50年代起，核融合提供了一個無限能源的夢想－師法於供應太陽大火球能量的程序，就是以兩個氫作為燃料。最具吸引力的是結合了便宜的燃料氫、低輻射廢料及不釋出溫室氣體等優點。但是，如何操作核融合的極端條件，還有如何從反應中把龐大的能量提取出來，都仍然是技術上的具大挑戰。事實上，就因為核融合的技術太困難，讓這個概念已經「紙上談兵」了30多年。
蛋白質異常如何導致遺傳性聽覺障礙？
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯
編譯來源：遺伝性難聴の原因メカニズムを解明
圖片來源：維基百科
聽覺障礙在新生兒的發病機率約千分之一，是先天性疾病中最常發生的疾病之一。其中半數以上都是由遺傳基因異常所造成的遺傳性聽障1，當中約50%是遺傳基因GJB2異常所導致的神經性聽障2，帶給患者語言發展或教育方面相當大的障礙。目前對此病患並無治本的治療法或治療藥。遺傳基因GJB2負責轉譯蛋白質connexin 26，它是負責內耳細胞間離子輸送的「間隙接合3」的構成要素之一，間隙接合的功能在維持內耳淋巴液的正確離子組成，聲音的震動才能轉換為神經衝動，當內耳的淋巴液組成不正確時，會導致聲音震動無法轉變成神經電訊號。但是內耳其它類別豐富的connexin蛋白質，也擔負離子輸送機能，原先認為即使蛋白質connexin 26濃度降低，輸送離子機能會得到其它類似蛋白質分子某種程度的補償，但蛋白質connexin26異常的遺傳性聽障患者仍顯示出嚴重的聽覺障礙，其原因不明。
日本順天堂大學醫學系及理化學研究所等研究團隊，為了解析蛋白質connexin 26異常如何導致聽覺障礙，製作內耳蛋白質connexin 26基因缺損之疾病模式老鼠。蛋白質connexin26異常的患者，隱性遺傳型及顯性遺傳型都會出現類似病徵。經詳細分析這兩種遺傳型態的蛋白質connexin 26基因異常老鼠之共通點，發現內耳細胞間負責離子輸送的「間隙接合區塊」之蛋白質複合體分裂嚴重，其結構大小縮小至大約27%，同時其它connexin蛋白質數量也減少至大約33%。他們認為以上結果是造成內耳無法輸送離子，導致內耳的淋巴液組成異常，聲音的震動無法轉變成神經的電訊號，形成聽覺障礙。