2010年12月24日

開啟學生創意及思考之窗

作者/劉月梅(任教新竹女中生物科)

在師大求學時的教學實習課程,鄭湧涇老師總是不停地告誡我們這群即將執起教鞭的新老師一段話:「教書是一件藝術工作,教師是一位雕塑學生的藝術師,所以絕不要把自己當成教書匠。」這句話一直伴隨著我的教書生涯,也因為自己的成長及時代更動,雖然教書已快30 年,仍是忙碌在備課、進修及自己有興趣的生物研究領域上努力。

現在就提出2個小實驗或課堂上可以進行的小觀察,讓大家偶爾也可以運用一下,提升生物學的教學氣氛或進行額外的生物活動。

張衡地動儀之謎破解


張衡地動儀復原機械圖。(A)新模型之外觀。(B)內部結構說明。

作者/王瑞良(任職江蘇常州市科學技術局)

近年來接連發生的汶川海地智利和玉樹大地震等,無一不牽動著世人的心,也讓人類更關注地震的預測和預報其實,這種關注早在古代就開始了

據史籍記載,世界上第一台觀測地震的儀器——地動儀,是中國東漢科學家張衡於西元132 年發明的,它比國外的同類設備早誕生1000 西元134 12 13 日,這台儀器成功地實測出甘肅天水一帶的隴西大地震,初步揭開了地震這一自然災害的神祕面紗張衡地動儀是人類第一次利用慣性原理成功測出地震方位的驗震儀器,是中國古代科學技術具有代表性的輝煌成就之一,它的問世,開創了人類用科學儀器檢測地震的新紀元

2010年12月12日

蘇花改啟示錄

最近「台9線蘇花公路山區路段改善計畫」(蘇花改)環評,環評大會「有條件通過」此案。有人立即說此事件顯然背後是受到政策導引、輿論影響與花東民眾的感性訴求,事實上環評審查速度可以快、也可以慢。如果環評委員多為純環保主義派,環評勢必會成為卡住重大工程或開發案最久的環節,但環評委員又不敢直接否決,就是因為有現實上的顧慮。

2010年12月7日

微型核糖核酸的大世界!

微型核糖核酸是分子生物學中非常熱門的領域,最初是由安伯斯與其夫人於線蟲中發現,本文介紹這些科學家找尋未知事物過程中的有趣故事。

作者/程樹德(任教陽明大學微免所)

一提起微型核糖核酸(microRNA),就讓我想起一位美麗的女士,同時也勾起早已沉澱在心底的往事,那是三十多年前的日子呢!當時敝人尚是美國哈佛大學醫學院的博士生,正進入實驗室從事致癌病毒的專題研究,指導老師即派新來的助理當我的幫手,她就是羅薩琳‧李(Rosalind Lee),聰明又端莊,我們呼她小名為「糖果」(Candy)。

糖果與安伯斯

李是美籍華人,祖先移民至美國已不知多少代了,但她父母似乎脫離不了中國人傳統的幾種行業——菜刀、剪刀、剃刀及洗衣。她是家族中第一個進入麻省理工學院就讀的孩子,雖已完全不會講中文或念漢字,但對中國人還是相當親切。上大學期間,她認識了同班來自佛蒙特州的一位小帥哥安伯斯(Victor Ambros),兩人相戀,畢業沒多久就結婚了。安伯斯先到史丹佛大學的生物化學系念博士,不過難以承受系主任孔伯(Arthur Kornberg)的高壓,就轉回麻省理工學院。

寓教於「笑」—2010搞笑諾貝爾獎

作者/林快樂(科普作家)

一年一度的「搞笑諾貝爾獎」(Ig Nobel Prizes)也稱「幽默諾貝爾獎」,由美國幽默的科學雜誌《不可思議研究年報》(Annals of Improbable Research, AIR)所主辦,共有10 個獎項,除了包含諾貝爾的5個獎項——物理、化學、醫學、文學與和平,還增加了公共衛生、生物、工程與其他學科等研究。搞笑諾貝爾獎主要是以詼諧有趣的手法模仿真正的諾貝爾獎頒獎儀式,獲獎的研究非常五花八門,唯共同點是論文內容通常能展現研究者的奇發妙想,時而讓人瞠目結舌,時而「笑」果十足。

依照慣例,每年的搞笑諾貝爾獎都會在真正的諾貝爾獎前些日子揭曉謎底,今年也不例外。2010 年的搞笑諾貝爾獎已邁入第20 屆,並在9 月30 日於哈佛大學宣布,主題為「細菌」,首度以YouTube的現場直播方式呈現給大眾。

發現狗獾

作者/劉克竑(任職國立自然科學博物館)

人類日常生活中使用許多動、植物材料,如木、竹、藤、麻、骨、角、牙、貝等,但因有機物一般比較容易腐壞,所以考古學者發掘史前遺址時,挖到的多半是陶器、石器、金屬之類的無機物。但如果遇到理想的保存環境,有時也能發現動物的骨頭或炭化的植物。考古學者可根據這些自然遺存,知道古人吃些什麼,以及遺址周邊當時是怎樣的生態環境。這類研究目前已經成為考古學重要的一環。

鹿寮遺址位於台中縣沙鹿鎮,大致分布在鹿寮國中附近,地形屬於大肚台地西側的山腰緩坡。2000 9 月到2001 6 月,國立自然科學博物館人類學組的考古隊在這裡進行發掘,由筆者帶著工作人員現場開挖。為了不遺漏細小的遺物,工作人員將挖出來的泥土,放在紗窗網上用水篩洗,結果找到大量陶片、鐵器、骨器、琉璃珠與玉髓珠。根據碳14 測年結果, 可知鹿寮遺址的年代大約距今400~1000 年,可能與平埔族中的拍瀑拉族密切相關。

閱讀時間 --2010.12(492)

《探索時間之謎》
對於「時間」一詞,我們雖然不陌生,但如何定義這個實際上看不到、聽不到、聞不到也摸不著的時間,可是傷透了許多專家的腦筋。自古以來哲學家與科學家不斷地思索這問題,愛因斯坦也投注許多心力在此議題,但仍舊無法掌握時間的確切答案。

事實上,時間的複雜性遠超過我們想像,它有太多的謎團;絕不只是單純的物理問題,還可從考古學、生理學、心理學、語言學、人類學、哲學,甚至是地質學的角度來思考。因此本書就是本涵蓋各個學門,多方探討時間的書。此外,書裡的有趣問題,諸如時間真的會「流動」嗎?若失去記憶,我們還能感受時間的變化嗎?我們可能回到過去改變歷史嗎?都可從書中例子看到不同觀點的回答。

不孕患者的希望之歌—試管嬰兒的漫漫長路

作者/曾啟瑞(台北醫學大學醫學院院長)

從兔子的人工受精到人類試管嬰兒, 40 多年的漫長旅途,愛德華茲終於在今年獲得諾貝爾生醫獎的榮耀。
神說,我們要照著我們的形像,按著我們的樣式造人,使他們管理海裡的魚、空中的鳥、地上的牲畜,和全地、並地上所爬的一切昆蟲。神就照著自己的形像造人,乃是照著他的形像造男造女。」(摘自《創世紀》1:26-27)

自古以來,傳宗接代以延續繼起之生命一直為人類的社會所重視,而在此同時,大約有十分之一的夫妻正為不孕症所苦,直到1978 年,一項偉大的研究替這些求子若渴的夫妻帶來曙光。本年度的諾貝爾生醫獎,頒給了英國學者羅伯特‧愛德華茲(Robert Edwards)——他創立了人類「試管嬰兒胚胎植入」(in vitro fertilization)方法,並成功地讓全球第一例試管嬰兒順利誕生。

2010年12月6日

源於普渡的師徒情誼—根岸英一教授與我

羅芬臺先生赴美留學時曾受今年諾貝爾化學獎得主根岸英一先生的指導,在此分享他與根岸教授交流的親身經歷,期許啟發後進。

作者/羅芬臺(任職中央研究院化學研究所)

我在美國普渡大學的博士論文指導教授——根岸英一先生今年獲得了諾貝爾化學獎,他的獲獎著實讓我人生中的願望之一得以實現。大家一定很好奇,我的指導教授是因為何種成就而獲得諾貝爾化學獎?他平時與人相處和研究的態度又是如何?就讓我從頭說起吧!

挑戰不可能的任務— 製備石墨超級薄片

作者/李偉立(任職中央研究院物理研究所)

從石墨中抽取出單原子層石墨片似乎是一件不可能的任務,而兩位科學家從平凡中創造神奇,完美達成任務並掀起研究熱潮。
今年的諾貝爾物理獎,由兩位任教於英國曼徹斯特大學的52 歲俄國裔科學家安德烈‧蓋姆(Andre Geim)以及年僅36 歲的康斯坦丁‧諾弗瑟列夫(Konstantin Novoselov)獲得。在一個星期五的晚上,他們突發奇想用膠布反覆撥開的方式,挑戰製造單原子層石墨片這個不可能的任務;而這個看似荒謬的想法,讓他們首次成功地製備近乎完美的二維度單原子層石墨片,達成高科技設備所無法完成的任務。他們在2004、2005年分別發表於ScienceNature 的兩篇論文,震驚全世界並引發薄石墨片的研究熱潮;由於其具有極為獨特的物理特性及優越的材質特性,這股熱潮將引領現代科技及科學發展進入新的紀元。

國際期刊傳真 --2010.12(492)

企鵝的燕尾服之謎
雖然企鵝是不會飛的鳥類,但在水中可是悠遊自在,且能適應極為寒冷的氣候。這是因為牠們的翅膀以及羽毛和其他鳥類大為不同,不過之前尚未有化石證明企鵝羽毛演化的歷程。最近古生物學家在祕魯發現了約3600萬年前始新世時期的企鵝化石,其中還保存了羽毛部分,可藉此分析企鵝的演化。

美國德州大學Clarke等人發現的化石,比現今最大的國王企鵝大上約兩倍。遠古企鵝翅膀的形態和主要的羽毛已有現代企鵝的雛形,包括還沒分化的飛羽、形成身體輪廓的廓羽,但遠古企鵝化石羽毛中所含的黑色素顆粒(melanosome)和現代企鵝不同,而與現今的水鳥比較相似,鳥羽中的黑色素顆粒是決定羽毛強度與顏色的關鍵因子,故推測企鵝祖先外表很可能是灰色和紅褐色而非今日黑白模樣。

多方塊的謎題

作者/游森棚

俄羅斯方塊現在不太流行了,但讀者應該都知道是什麼東西。以前還有大型機台電動玩具時,俄羅斯方塊可是非常轟動。如圖一,可以把這五片分別稱為IOLNT
圖一:俄羅斯方塊5 個的基本圖形。

數學上把n個方塊構成的類似俄羅斯方塊的圖形,就稱為是一個「n –方垛」或「n –方塊」(n-polyomino)。如果翻面或旋轉都視為相同一種,則4 –方塊只有5 片, 5 –方塊有12 片, 6 –方塊有35 片, 7 –方塊有108片, 8 –方塊有369 片。圖二就是6 –方塊的35 種圖形組合。

海洋永續發展

作者/陳鎮東(任教中山大學海洋地質及化學研究所)

大約西元前290 年間,莊周就提到:「天下之水,莫大於海,萬川歸之,不知何時止而不盈;尾閭泄之,不知何時已而不虛;春秋不變,水旱不知。此其過江河之流,不可為量數。」(摘自《莊子外篇》,〈第十七 秋水篇〉)。此外,根據《康熙字典》,西元1067年司馬光對「尾閭」的解釋為「海水最後的聚集之處,位在扶桑(日本)東方」。可見一、兩千年前的先賢就已經知道大海之大。

之前已經介紹過,海洋占地球表面面積71%,為植物和動物提供了生活環境,並且是人類食物的一個主要來源;海洋通過與大氣、陸地和生物圈的相互作用,更對維繫地球上的生命,提供了不可缺少的生存條件。然而,人類在陸地上的活動,對海洋環境的健康和生產能力都造成重大威脅。海洋中的絕大部分汙染物,包括城市∕工業∕農牧業廢棄物、地表逕流以及大氣沉降物,大都來自陸地活動,並直接影響到海洋環境生產能力最高的區域,例如河口和近岸水域。此外,船隻和海流還從遠方帶來威脅人體健康和生物資源的汙染物。

「財富月」和「9」

作者/單維彰(任教中央大學數學系)

有一位朋友說:「我發現《科學月刊》的每個專欄都很有趣耶……」,稍微遲疑之後接著說:「除了你的以外。」我的反射回應是:「我也這麼覺得耶!」每個月收到《科學月刊》後,最先讀的是〈一月紀聞〉,然後按照順序讀〈昆蟲與人〉、〈咱的海〉、〈游理數‧數裡遊〉專欄,然後翻到最後看〈科月書評〉和〈科學史話〉;休息幾天之後,再慢慢讀封面故事和其他文章。這個專欄的內容越來越無趣,再這樣下去就壞了科月招牌了。

幸好,最近我連續收到兩封很「白目」的廣播依媚兒(E-Mail),提供了比較「生活化」的話題。

昆蟲保育工作重點

作者/朱耀沂(台灣大學昆蟲系名譽教授)

動物的保育大致包括以下兩大措置:一、禁止狩獵、採集;二、進行棲所之保護及維持;但就昆蟲的保育而言,第一點大可不必,第二點則至為重要。

先談第一點。昆蟲體型小、繁殖力強、發育快速,大多數種類可產上百至上千粒卵,甚至也有如蝙蝠蛾可產下上萬粒卵的,而糞金龜這種一隻雌蟲只約產20 粒卵,則是例外中的例外。產卵數大,表示昆蟲遭遇天災或人為捕獲,雖然當下隻數減少,但具有立刻恢復存活數的潛力。更值得注意的是,極大多數雌蟲找到適當的產卵場所產卵後便離開,讓孵化的若蟲或幼蟲自立,沒有親代照顧後代的習性,因此即使雌蟲被捕殺,後代依然能順利地發育。

一月紀聞國外篇 --2010.12(492)

大強子對撞機 成功模擬大霹靂
11/7 瑞士歐洲粒子物理研究中心(CERN)日前宣布,他們已成功用大強子對撞機(LHC)模擬出迷你規模的大霹靂(big bang)。科學家希望在分析這次實驗成功後獲得的數據,能夠解開宇宙與物質誕生之謎。

根據物理學家的估測,宇宙是在137 億年前發生大霹靂後誕生。當時宇宙先是處於一個高密度高壓的狀態,而後隨著宇宙急速地膨脹、冷卻,讓原本呈現融解狀態,密集的粒子變成現今的物質,慢慢形成現在的宇宙。

這次的模擬實驗,是讓兩個鉛離子,以極高速度在大強子對撞機的地下環狀隧道內進行相撞,在瞬間產生出高過太陽核心溫度100萬倍的劇烈高溫,這樣的高溫過去只有在大霹靂發生後的第一個10億分之一秒內存在過。在這樣的狀態下,連組成原子的基本粒子——質子跟中子都會融解成更基本的夸克及膠子,這種狀態可說是現今物質的起源。

參與這項實驗的英國伯明翰大學(Birmingham University)的埃文斯博士(David Evans)表示:「我們對這次實驗結果感到非常滿意,這是首次利用大強子對撞機,模擬出大霹靂並產生前所未有的高溫。在這樣的高溫下,中子跟質子都會融解成夸克、膠子,透過研究這些處於融解狀態的粒子,物理學家同仁希望可以進一步了解,讓夸克結合在一起的強作用力(strong force)是怎麼運作的。」

2010年12月5日

一月紀聞國內篇 --2010.12(492)

全球首創調控基因大鼠平台10/21 國家實驗研究院實驗動物中心利用新開發的大鼠基因轉殖技術,建立全球第一個可調控基因轉殖大鼠的技術平台,成功開發出可調控紅綠雙色螢光蛋白表現的基因轉殖大鼠,經由調控基因的開關,可將紅光大鼠轉化為綠光大鼠。研究人員可依據大鼠發螢光之顏色與位置的不同,判斷轉殖入的基因表現情況。

應用此技術平台,日後可製造多種人類疾病模式動物,並可精確地調控其發病時機,藉由同步直接觀察螢光變化,用來作為藥物效果的篩檢工具,不但精確、快速,而且不必解剖動物就能觀察到結果,減少動物的使用量。

由於大鼠的繁殖較難掌控,使得基因轉殖實驗大鼠的產製技術難度較高,這項技術上的突破,為台灣生技產業發展注入一劑強心針。實驗大鼠在生醫研究上有其不可取代之地位,新藥開發過程中的臨床動物先期試驗,通常採用大鼠,這是因為大鼠與更常用來進行動物實驗的小鼠相比,在體形及生理特性上更接近人類,因此有些研究,例如心血管疾病、神經退化疾病、代謝疾病、記憶及學習相關行為模式等,都以大鼠進行實驗較佳。
未來透過動物中心「國家實驗鼠種原庫」的分享機制, 將能接受各方訂製,生產帶有各種疾病基因的實驗大鼠,提供國內外研究人員,促進重要藥物的研發,對生技醫療實驗的品質,帶來重大的突破與貢獻。

2010年12月2日

環遊化學世界

由於2011年時逢國際化學會組織(IUPAC的前身)創立100周年,所以聯合國將2011年定為國際化學年,本期的封面故事就以2011國際化學年為題,介紹化學界重要的慶典,讓民眾體會化學好好玩!

國際化學年以「化學-我們的生活,我們的未來」為口號,推出五花八門的化學活動,希望激發大眾對化學的興趣及產生更多的熱情(第31頁);而水與生活息息相關,也在綠色化學中扮演舉足輕重的地位,因此國際化學年也以「水」為主題,舉辦全球性的水實驗,這個活動需要大家的幫忙,合力完成水源酸鹼值的全球圖形(第36頁);還有,國際化學年也期待化學帶給人類更好的未來生活,因此也介紹化學在環保與醫療上的應用,看科學家如何利用奈米化學技術,有效檢測環境毒物以及人體的健康狀況(第41頁)。

2010年12月1日

《科學月刊》第492期勘誤

第935頁,左欄第1行,「(Talidomide)藥害事件」更正為「(Thalidomide)藥害事件」。