生命科學

微生物的發現（Microorganisms）
國立台灣師範大學生命科學研究所林汝黛碩士生/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

十七世紀，荷蘭人雷文虎克(Leuwenhock)被認為是最早在顯微鏡下發現微生物的科學家。他以自己製作的顯微鏡觀察各式各樣的組織與物品，對微小世界的狂熱，使他在水滴中發現了微生物，而在科學史上留下鼎鼎大名。接著他在齒垢、浸泡過乾草以及胡椒粉的水滴中繼續發現了細菌，並發展出培養細菌的方法。他的發現得到了英國皇家學會的肯定，也為生物學開了一扇大窗，因此被稱為微生物學之父。

雷文虎克發現以肉眼觀察的蝨子，構造好似粗糙又簡單，但在顯微鏡之下，蝨子的構造卻是細緻複雜的。雷文虎克以「小動物」(beasties 或 animalcule)來指稱他在水中發現的生物，他認為這些小動物也應該擁有類似蝨子的構造。由於當時顯微鏡放大倍率至多只有270倍， 因此他所能觀察的景象只有簡單的球形、桿形和螺旋形等輪廓。曾在顯微鏡下觀察過血管與血液的雷文虎克，主張這些生物是動物的一種，因此在他寄給皇家學會的報告中，甚至進行了對微生物血管管徑的估算，即使在他的觀察中未發現這些血管。

肥胖與脂肪細胞（Fat） 下
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

俗語說的「小時候胖不是胖」，正確來說應是指嬰兒及兒童體內棕色脂肪所造成的渾圓，並不是指青少年發育期的肥胖。

在青少年發育期，體重會因細胞生長而增加，其中白色脂肪細胞的功能是將能量以脂肪細胞的形式儲存起來，在白色脂肪細胞中，含有俗稱「脂肪球」的三酸甘油脂，當攝取的熱量過剩，脂肪球量變大促使脂肪細胞體積就擴增，使脂肪細胞容易行細胞分裂，脂肪細胞的數目因而增加。

在書本裡面蠻頭苦幹，鑽研知識的要義時，在心力憔悴的惡劣忙碌中，脂肪細胞數目也不會被消耗掉，因此脂肪細胞會須臾不離地陪我們終老。

肥胖與脂肪細胞（Fat） 上
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

打開報章雜誌或是電視電腦，不管是從時尚界的模特兒或是明星，很多都是纖細骨感美女，看著她們的身影，這時候會懷疑一件事情：自己是不是太胖了?
採用衛生署所公佈的身體質量指數(Body Mass Index，縮寫為BMI)其測量方法BMI ＝ 體重(公斤) ÷身高^²(公尺)，對人體壽命及健康最理想的數值為22(±10%)，而理想體重即為 22 ×身高^²（公尺）±10%，當男性體重超過理想體重的25%，或女性體重超過理想體重的30%才能算是肥胖症。

事實上，體重可以直接反映身體熱量平衡狀態和體內組織的變化，在人體有三個時期脂肪細胞數目容易迅速增長，大致為嬰兒在媽媽體內最後三個月、約一歲到四歲間，以及約七歲到十二歲的青少年發育期間。

細胞膜運輸物質的方式 (Uniporrt, Cotransport, Antiport)
臺中市雙十國民中學自然領域王淑卿教師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

細胞膜運輸物質的方式依運輸方向區分有：單向運輸(uniport)和協同運輸(cotransport)。協同運輸是指一種物質的運輸伴隨另一種物質的運輸，又可分為兩物質同向運輸(symport)與反向運輸(antiport)。

水如何進去細胞（Aquaporin，AQP）
臺中市雙十國民中學自然領域王淑卿教師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

1988年，阿格雷（Peter Agre）以實驗分離出紅血球細胞膜上一種控制水分子進出的水通道蛋白(aquaporin，AQP)。

水通道只允許水分子單一方向的通過，速度高達每秒傳輸十億個水分子。水通道中因部分蛋白質結構帶正電並且會發生結構的轉變（rotate），造成局部電場的改變，如此水分子以排列方式快速滾動通過水通道。

例如紅血球、腎臟、小腸和根部等許多器官甚至細菌的細胞膜上都具有許多水通道可以快速調節細胞的體積和滲透壓。

1998年麥金農（Roderick MacKinnon）則利用X光繞射，從鏈黴菌(Streptomyces lividans)的細胞膜分離出第一個三度空間的KcsA鉀離子通道蛋白，鉀離子通道是細胞膜上分布最廣的離子通道。

研究發現位於通道上方的選擇性濾嘴（selectivity filter）可允許鉀離子通過，但是鈉離子的體積雖然較小卻無法通過，因為鈉離子有較強的電荷密度，會被水分子圍繞而變得較巨大。這種完美的結構造成了離子通道（ion channel）蛋白對鉀離子的高選擇性並且以每秒通過一億個離子的超高速度傳輸。

2002年麥金農研究團隊又解離出的鈣離子活化型鉀離子通道MthK的三度空間結構–門控環（Gating Ring）聚合體，透過鈣離子和pH值來進行控制。鈣離子的結合會誘導通道中感應區（sensor domain）的構型變化(conformational change)而開啟通道，因此鈣離子可調控該通道的開關，而pH值可調節門控環的穩定性。

其他如內整流型鉀離子通道、氯離子通道等陸續被研究發現。離子通道的發現不僅提供神經、肌肉、心臟血管等的分子機制研究，對於疾病與藥物設計的發展開啟另一片天空。麥金農和阿格雷於2003年共獲諾貝爾化學獎。

長頸鹿不止一「種」（Species）
台北縣崇光女子高級中學生物科陳昱儒實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

長頸鹿小檔案
長頸鹿（Giraffa camelopardalis），哺乳綱，偶蹄目，長頸鹿科，過去被中國、日本與韓國認為是吉祥獸麒麟，直至今日日文與韓文的長頸鹿發音仍同「麒麟」。過去長頸鹿一直被視為一個物種有九個亞種，總數約11萬頭，被歸類為非保育類野生動物，在非洲分布範圍為撒哈啦沙漠以南的草原與開闊林地。成年長頸鹿體重超過1000公斤，具有長距離移動50~300公里的能力，一日可進食約63公斤的樹葉，一天睡眠時間為哺乳類中最短的，約為20分鐘~2小時，野外平均壽命為20~25歲。外型特徵方面，雌雄皆有長角，雌性的角與體型皆略小為雄性，此外雄性之間會利用長脖子進行打鬥取得交配的權利。社會結構鬆散，ㄧ個家族的分布範圍從5平方公里到992平方公里皆有。

飲食指南金字塔（Food Guide Pyramid）
台北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

根據我國衛生署公布的飲食指南金字塔，每日應攝取的各類食物以醣類食物為主，其次為蔬菜與水果類，魚肉蛋奶等蛋白質類食物則適量攝取，油脂、調味料與甜食類則建議少用。這個飲食指南金字塔最早是在1990年代初由美國的衛生部公布，但在公布十年後，開始出現一些檢討這個指南是否合宜的聲音；在2003年，美國哈佛大學的營養學者公布一個新的、修正過的飲食指南金字塔，在新的飲食指南金字塔中，各類食物的攝取量與原先差異頗為明顯，例如：位於塔底需大量攝取的食物，由過去的醣類轉變為植物性油脂與全穀類的食物，而過去位於塔底的精緻澱粉類食物如白米飯與白麵包，還有位於中層蛋白質中的紅肉竟建議少吃。為什麼會有這麼大的變化呢？