多發性硬化症（MS）與腸道菌

圖片來源：Wikipedia

我們腸子裡的小東西，對我們的影響遠遠超乎我們的想像！

最近愛荷華大學的研究團隊，比較了31名復發緩解型多發性硬化症病人（RRMS，relapsing remitting Multiple Sclerosis）與36名健康成年人的腸道菌族群組成，發現RRMS病人的腸道菌中有五屬的細菌族群增加：Psuedomonas、Mycoplana、 Haemophilus、Blautia 以及 Dorea，而健康成年人的腸道菌中則以下列這三屬的細菌較多：Parabacteroides、Adlercreutzia 與 Prevotella。

究竟腸道菌的分佈不同是因或是果，還有待進一步的研究釐清。

參考文獻：

Jun Chen et. al. Multiple sclerosis patients have a distinct gut microbiota compared to healthy controls. Scientific Reports, 2016; 6: 28484 DOI: 10.1038/srep28484

窮人冷氣機真的可以降溫嗎？

圖片取自蘋果日報

這兩天大家都看到這個新聞，用寶特瓶和厚紙板就能辦到，可以讓室內氣溫降低5度！真的有這麼神奇嗎？

今天我們邀請到慈大江允智老師來幫我們解謎。

首先我們要探究的是：

1. 空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹能不能降溫？ 如果可以的話，那降低的溫度熱能哪去了？

2. 這個裝置是否真的可以讓房間溫度降低攝氏五度？

以下整理自江老師的解答：

1. 空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹能不能降溫？ 如果可以的話，那降低的溫度熱能哪去了？

當氣體由寶特瓶口衝進室內的瞬間，這時氣體便會瞬間膨脹，造成氣體分子之間的平均距離增加，對於分子間吸引力而言，產生的結果就是造成氣體的位能上升。

如果膨脹過程是等焓過程（即沒有能量交換）也就是氣體總能量守恆，在這樣的狀況下，位能上升使得動能下降（也就是說，降低的溫度在這個過程中，成為氣體分子的位能了），於是氣體的溫度降低。這是所謂的「焦耳-湯姆孫效應」(Joule–Thomson effect)，google一下就可以知道更多。

所以，空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹，是可以降溫的，而降低溫度的熱能成為氣體分子的位能了。

2. 降低攝氏五度，可能嗎？

依照「焦耳-湯姆孫效應」效應的原理：

μ=(dT/dP) 

簡單說也就是

焦耳-湯木生係數（μ）=溫度差（度K）/壓力差（bar） 

請參考英文版的維基百科，以大氣中最主要成分氮做計算，假設焦耳-湯木生係數=0.2，也就是說寶特瓶兩邊至少要有25倍多的大氣壓差才做得到喔！如果吹進寶特瓶的只是微風，是不會產生加壓的效果的！

所以，如果空氣無法在寶特瓶口達成25大氣壓，吹出來的空氣的溫度是不可能降五度的！

※最好的綠能降溫方式是什麼？

如果想要達成室內降溫，又不想耗電，最好的方法是利用高低窗的設計，利用熱空氣自然上升配合適當的高窗導流，讓熱空氣自然流出，再配合低窗將較低溫的空氣利用壓力差自然引入，這樣自然循環很快就能讓室內降溫。而且，空氣流通體感溫度也能降低，空氣品質也能提升！
最好的案例就是花蓮慈濟靜思精舍的主堂設計，外遮陽加上凹的深開窗有效隔熱，高低窗空氣對流與屋頂木格柵有效引流，天氣越熱越能感覺室內空氣流通，完全不需要冷氣喔！

哺乳飲酒OK嗎？

圖非當事啤酒。圖片來源：Wikipedia

昨天總統馬先生在護師節大會上提到，『大女兒出生時很愛哭鬧，護理師教他一個小撇步，「媽媽哺乳前喝一小杯啤酒」，果然哺乳時小孩睡得不省人事』，讓許多醫療界人士大不以為然；總括來說，懷孕及哺乳時飲酒都不是值得鼓勵的行為。在人類過去的歷史上，孕婦與酒之間又有什麼關係呢？

由於從唐朝開始就因為飲茶的風氣大盛，因此在中國的歷史上較少這方面的資料；但在歐洲，由於歐洲人沒有把水煮開的習慣；這並不能只是用單純的「不懂衛生」來解釋，而是因為烹煮任何東西都需要消耗寶貴的燃料的關係。喝生水當然免不了偶而會喝到受污染的水，不過歐洲人很快就發現，喝啤酒（或者應該說麥芽酒，ale）就不會有喝生水的問題。

以現代科技的角度來看，喝麥芽酒之所以能減少腹瀉等問題，主要是因為當我們先接種了酵母菌，由於酵母菌在裡面有數目上的優勢，所以就算有其它的雜菌也難以競爭；接著酵母菌發酵產生酒精，酒精對一些細菌來說也是生長抑制劑，所以麥芽酒跟生水比起來，是相對安全的飲料。

既然發現麥芽酒比較安全，所以當時的歐洲人都是吃兩餐配酒（當時的歐洲人只吃兩餐）。我們現在覺得不可思議，但是對他們來說，不配麥芽酒就得配生水或是葡萄酒。生水容易拉肚子生病，葡萄酒又貴又容易醉，比起來當然是麥芽酒最安全又便宜。

所以，當時歐洲人吃兩餐配酒、渴了也喝酒。大人喝、小孩喝、男人喝、女人喝、當然孕婦也喝。難道這樣不會有胎兒酒精症候群（fetal alcohol syndrome）嗎？根據資料上提到，胎兒酒精症候群發生在每日飲酒精量九十毫升以上的婦女，而每日飲酒在三十到六十毫升之間也有風險。當時（十六世紀以前）歐洲婦女大約每日飲麥芽酒1.5到2公升，而麥芽酒的酒精濃度大約在3%左右；認真算起來，大概是落在落在每日三十到六十毫升之間的區間。這個區間，胎兒大約有10%的風險會得到胎兒酒精症候群。

當然，現代的研究都是以平均值的概念來看的，而當時的人是把麥芽酒當飲料每天喝，所以究竟這樣喝酒，當時罹患胎兒酒精症候群的寶寶多不多呢？筆者沒有答案，不過在邁入十六世紀時，由於茶葉與咖啡先後引進歐洲，歐洲人愛上了這兩種飲料，使得麥芽酒由餐桌上退場，成為休閒飲料。由於這製備茶與咖啡都需要煮開水，煮開這個步驟使得這兩種飲料也很安全；加上茶與咖啡都是讓人越喝越清醒，使得歐洲人清醒的時間變多了，於是歐洲文明從此以飛也似的速度發展，最後成為世界強權之一。

讀者看到這裡可能會想：那麼哺乳飲酒是OK的嗎？

如果如馬先生所言的「一小杯」（筆者不知道一小杯是多少），假設只有一百毫升以下，或許風險很小；但就如這兩天許多醫療界人士的結論：不建議做這樣的事。為什麼呢？因為所謂的「風險」只是以實證觀察的平均而論，您以及您的孩子是不是極端值，誰也不知道。因此，小孩不肯睡，爸媽要耐心哄，不要喝酒。筆者的小孩小時候也曾經有夜哭一整個月的紀錄，筆者可沒有喝酒或請他喝酒喔！雖然出生後不會得胎兒酒精症候群，但小朋友在出生後到一歲，是大腦發育的重要階段，這時候不論以間接（媽媽喝）或直接的方式請寶寶喝酒，都有可能會影響大腦發育喔！

參考文獻：

T.R. Sinclair and C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds of Change : Agriculture's Impact on World History.

每個人都有自己專屬的「細菌雲」

漫畫「農大菌物語」第一集封面。
圖片來源：wiki

看過「農大菌物語」的朋友應該都對日吉爺爺留下深刻的印象。

日吉爺爺周圍永遠都繞著一圈細菌雲，讓澤木大為驚駭。不過，如果真的有如澤木 惣右衛門 直保這樣具備看見細菌的能力的超能者，他應該會看到每個人周圍都有一圈細菌雲。

過去的研究已經知道，我們每小時放出10⁶個生物顆粒。10⁶就是一百萬個，裡面有許多是細菌。這些細菌是怎麼從我們身上放出來的呢？

當我們用手摸或是用身體的其他部位接觸到物體時，我們身上的細菌就有一部份會留在那裡；當我們呼吸、說話、咳嗽、打噴嚏，我們身上的細菌就飛到周圍的環境裡了。

您可能會覺得，這些飛出去的細菌哪會有每小時一百萬個那麼多呢？

事實上，我們體表的細菌有20兆個，也就是2 x 10¹⁴；而腸道裡的細菌有100兆個，也就是10¹⁵。這些細菌每小時都在繁殖，以大腸桿菌為例，每40分鐘就會增加一倍。每小時跑掉一百萬個算什麼呢？

當然是小意思。只是，大家身上放出來這麼多的細菌，究竟有沒有可能像我們的指紋一樣，人人不同呢？最近，奧瑞岡大學的研究團隊發現，我們還真的有自己專屬的細菌雲（microbial cloud）！

學過微生物的朋友會說：哪有可能！我們身上的正常菌叢（normal flora）不都是鏈球菌（Streptococcus）、丙酸菌（Propionibacterium ）與棒狀桿菌（Corynebacterium）那些嗎？難道每個人還都有自己的「御用細菌」喔？

當然不是。雖然每個人身上都可以找到鏈球菌、丙酸菌與棒狀桿菌，但是這些細菌在每個人身上的組合比例不同，使我們每個人都有自己專屬的細菌雲（microbial cloud）。

是怎麼發現的呢？研究團隊讓每個人待在清潔過的房間裡一段時間，然後分析他們留在房間空氣裡的以及落在地面上的細菌。他們發現，只需要一個半小時到四個小時，不同的人在清潔過的房間留下的細菌就已足夠讓他被辨識出來了。

為了降低測量的誤差，研究團隊要求受試者要坐在椅子上不動，每隔一段時間改變朝向的角度60度。由於坐著不動很無聊，所以研究團隊也幫受試者準備了一台用酒精消毒過的筆電。地上擺了很多空的培養皿來收集落菌，房間有抽氣、送器裝置，好能收到從受試者身上發散出來的細菌顆粒。這些受試者過去四個月都沒有服用抗生素。

結果發現，有些受試者2小時後就測得到細菌了，有些則要4小時。也就是說，我們只要呆在一個房間裡4小時，就算你不摸任何東西、也不走來走去，科學家就能從我們留下來的四百萬個細菌，發現有誰來過這裡。當然，如果房間裡有超過一個人存在的話，就沒有這麼簡單了。

所以，不是只有日吉爺爺旁邊有細菌雲，我們大家都有。

（本文版權為台大科教中心所有，其他單位需經同意始可轉載）

參考文獻：

James F. Meadow et. al., 2015. Humans differ in their personal microbial cloud. PeerJ DOI 10.7717/peerj.1258

真的可以哭一條河嗎？

雷奧河（Roe River）。圖片來源：Wiki

聽過「哭一條河」這種說法嗎？相信大部分的人都覺得那只是說說而已，不過，英國萊斯特大學（University of Leicester）的學生非常認真的想要看看全人類的眼淚是不是足以形成一條河！

考慮到要哭出黃河長江應該很難，密西西比河大概也辦不到，同學們挑了世界上最短的河：在美國蒙大拿州的雷奧河（Roe River）。雷奧河只有61米長，由蒙大拿的Giant Springs開始，到Great Falls流入密蘇里河（Missouri River）。

計算的結果，雷奧條河每天的流量大概在1億5千6百萬到1億9千3百萬加侖之間。若以1億5千6百萬加侖（也就是每天七億九百一十九萬四十公升）來計算，由於每個人每滴眼淚的平均體積為6.2微升（microliter，10^-6L）來計算，會需要11,438,549億三百多萬人各貢獻一滴眼淚，這樣的體積，即使全世界所有的人都嚎啕大哭，大概也做不到。

所以哭是哭不出一條河的，但能不能哭出一個奧林匹克規模的游泳池呢？

標準池的大小是50米 x 25米 x 2米，體積相當於二百五十萬公升。學生們發現要哭個游泳池就簡單多了...只要每個人都哭55滴眼淚，就可以填滿一個奧林匹克游泳池。

讀者看到這裡，可能會說：算這個做什麼啊？

這其實是萊斯特大學的課程的一部份，主要是讓學生可以從練習這種思維方式來體驗，進行科學研究是什麼感覺。

參考文獻：

2016/5/3. Is it possible to cry a river? Science Daily.

你不知道的Rh血型兩三事

恆河猴（Rhesus macaque）。圖片來源：Wiki

很多人都聽過Rh血型，也都聽過如果Rh陰性的媽媽第二次懷Rh陽性的寶寶（或是之前曾有流產的紀錄），就有可能會因為不同血型的排斥作用，使得媽媽體內的Rh抗體進入寶寶體內，造成寶寶貧血、溶血，嚴重甚至可以致死！但是Rh血型到底是怎麼一回事呢？

首先，Rh是什麼？

Rh其實是從恆河猴（Rhesus macaque，Macaca mulatta）來的；人的血型怎麼會扯上恆河猴呢？原來這個血型是在1937年，由卡爾‧ 蘭茨泰納（Karl Landsteiner，同時也是ABO血型的發現者）與亞歷山大·維納（Alexander S. Wiener）所發現的。當時他們用恆河猴的紅血球注入兔子，得到抗體。當時他們找到這個抗原時，以為只是找到可以鑑別血型的工具；直到1939年， 菲利普·萊文（Philip Levine）和魯弗斯·斯泰森（Rufus Stetson）發現一位25歲的媽媽，在第二次懷孕時寶寶死產，因為生產時失血相當多，她的丈夫因為與她都是O型血，便自告奮勇捐血救愛妻。沒想到，他的妻子在輸血後竟然出現了嚴重的輸血反應！萊文與斯泰森認為，媽媽的抗體可能是在懷孕時，因為接觸到寶寶的血造成的。當時他們沒有命名，後來發現原來就是1937年發現的那個抗原，所以就用了Rh這個名字了。

第二件要了解的事是：所謂我們熟知的Rh抗原，只是Rh血型系統的一小部分而已喔！

Rh血型系統總共包括了「五十」個不同的抗原（對！你沒看錯！是五十個！），其中比較重要的是D、C、c、E、e這五個。而我們熟知的Rh陽性與陰性，指得只是D抗原而已。這些抗原的重要性，主要是根據它們引發的抗原抗體反應來分類。引發的抗原抗體反應越強就越重要，所以我們熟知的ABO血性系統是抗原性最強的，因此輸血的時候一定要驗；而Rh血性系統則是第二重要的。是否還有其它的血型系統呢？當然有喔！我們總共有35種血型系統呢！

第三件要了解的事是：Rh陰性在台灣多不多？

答案是：不多。根據統計，亞洲人裡面大概超過99%都是Rh陽性。Rh陰性比例最高的是巴斯克人（Basque），他們有21-36%是Rh陰性；而歐洲人則有16%，非裔為7%，印地安人Rh陰性的比例跟我們差不多。
當然，因為亞洲人Rh血型的比例如此低，所以Rh陰性的朋友們要多小心。如果要動手術，建議動手術前先去醫院捐個血留做備用；隨身要攜帶個資料，緊急的時候才能在第一時間讓醫院知道您是Rh陰性。

參考資料：

Wikipedia. Rh blood group system，Philip Levine (physician)，History of medical advances in Rh disease，Karl Landsteiner，Alexander S. Wiener

駱駝真的是沙漠之舟嗎？

如果您在北極圈裡面挖到一塊駱駝骨頭，您會覺得這是遊客留下的垃圾（然後隨手把駱駝骨頭丟掉），還是會認為這裡真的有駱駝存在過？

娜塔莉雅（Natalia Rybczynski）在加拿大的自然科學博物館（Canadian Museum of Nature）工作。2006年她在埃爾斯米爾島（Ellesmere Island）進行探勘時，注意到腳下有塊看起來很像木頭的化石。

但是等到她把「木頭」撿起來，用放大鏡仔細觀看後，她發現手上這塊「木頭」看起來比較像...骨頭。

是什麼的骨頭呢？會不會是遊客留下的垃圾？當然，這裡是極北之區，會來這裡觀光的人很少。為了更進一步研究，她需要更多的骨頭。於是在2008以及2010年，娜塔莉雅又來這裡，最後找到了30塊骨頭。

這30塊骨頭都小小的，究竟是誰的骨頭呢？用手與眼來拼湊很困難，最後娜塔莉雅把這30塊骨頭都放到3D掃瞄儀去掃了以後，用電腦程式來幫忙拼圖。

結果，哈！原來這30塊骨頭竟然都是某種動物的脛骨（tibia）！而且電腦還辨認出這是偶蹄類哺乳動物的脛骨！

偶蹄類包括了牛、羊等，但是這塊脛骨真的太大，不太可能是牛、羊...究竟它們是屬於哪種偶蹄類的骨頭呢？

娜塔莉雅苦苦的思索著，直到一兩年後她去了布里斯托（Bristol），參加一個會議。在那裡她聽到另一位同行利用膠原蛋白（collagen）來進行物種的辨認。

原來，不同生物的膠原蛋白的結構略有不同；所以，如果能夠得到膠原蛋白，就可以分析物種可能的來源。一般來說，骨頭放一陣子以後，膠原蛋白就分解光了；但是娜塔莉雅的骨頭化石，由於一直放在極北之地，低溫使得骨頭裡面的膠原蛋白還在。

於是她送了幾塊骨頭給這位同行，Mike Buckley，去進行膠原蛋白指紋分析（collagen fingerprinting）。

分析的結果，這些骨頭竟然是駱駝（Camelus屬）的骨頭！這些骨頭的主人，比現在的駱駝要大30%呢！現在的駱駝大約是185公分高、重量介於300-1000公斤之間，而這位「北極駱駝」大約有274公分高，至少有一噸重。

駱駝不是沙漠之舟嗎？跑到北極去做什麼？其實化石證據已經知道，駱駝是美洲原產，大概在四千到四千五百萬年前出現在美洲。大約在三百到七百萬年前，有些駱駝到了南美洲，成了駱馬與羊駝（草泥馬）；有些到了亞洲與非洲。但是留在美洲的駱駝，卻在最後一個冰河期尾聲時絕種了。

但這些還是沒有解釋駱駝怎麼會出現在北極。不過，如果多想一想，或許駱駝那長長的睫毛擋住冰雪也很好用（筆者按：尼安德塔人不也有突出的眉骨與粗粗的眉毛？）？而寬寬厚厚的腳掌踏在雪地裡不也很好用？駝峰儲存的脂肪在沙漠挨餓時可以有助生存，在極地不也常有挨餓的機會？

當然，娜塔莉雅只有30塊骨頭（而且還都是脛骨），所以沒辦法真的描繪出這北極駱駝的樣子；或許北極駱駝身上也有很多毛也不一定，畢竟在極地還是需要保溫的，不是嗎？

參考文獻：


Canadian Museum of Nature. 2013. Remains of Extinct Giant Camel Discovered in High Arctic by Canadian Museum of Nature.