2014年10月31日 星期五

No.387 《世界第一好懂的科學課》


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台灣老樹旅行

第387期 2014/10/31

世界第一好懂的科學課

《世界第一好懂的科學課》啵棒!書裡介紹了最新的科學研究。我喜歡作者米勒輕鬆的風格跟有意思的比喻。我要確保親戚朋友都人手一本。希望米勒趕快寫下一本書。
──Mrs. H. A. Taylor Nicholson

《世界第一好懂的科學課》把科學解釋得相當清楚,任何人都讀得懂。十分推薦!
──stuart cavey

《世界第一好懂的科學課》裡,米勒把氣候變遷說得非常有趣,不僅是指出它很重要,氣候變遷本來就很重要,米勒讓我覺得氣候變遷很有意思,我因此跑去買了很多其他有關氣候變遷的書──結果相當後悔。
──David Mitchell

《世界第一好懂的科學課》

 

  拯救所有曾遭科學深深傷害的心靈
  曾經,你也是那個愛問為什麼,對世界充滿好奇的人。之後你卻被科學傷害,被科學搞到無聊,看到科學就想逃。
  但現今社會,你必須要有基本的科學知識,才不會被漫天的訊息搞得不知所措。《世界第一好懂的科學課》就是為你設計的。
  上帝粒子、黑洞、DNA、氣候變遷、生物演化,這些新聞裡常出現的字眼,到底是什麼意思?
  《世界第一好懂的科學課》用短短八堂課,把從近代物理發現的小粒子,到氣候變遷的重大議題,從我們身上的DNA,到地球上生物演化的巨觀現象,用最有趣的比喻,為你細說分明。
  上完這八堂世界第一簡單科學課,你就真能瞬間搞懂最夯的科學議題了。


 《全世界最好懂的科學課》

  數學家是懶人
  
    現在回頭來看,我才發現自己選擇主修科學的一個主要原因是懶惰。畢竟,在做萬有引力的習題時,每一道題都大同小異;你只需要掌握幾個基本原理,就可以上場跟人較量了。更重要的是,你不用背任何東西;現在的考試甚至把公式直接印在試卷上,省去你考前偷偷把公式刻在塑膠尺上的工夫。

  而在科學領域,固然預科課程滿無聊的,不過好酒沉甕底,真正的好東西,例如,相對論及量子理論這類無比輝煌而且有深度的課程,後來都會學到。如果你和我一樣,沒有什麼遠大計畫,只想盡可能拖延自己必須真正去工作以維持生計的時程,那麼讀科學領域的學位的確是前程光明燦爛的選項。我也愈來愈清楚,對我而言,科學領域的學位其實就是物理學士。而如果你要讀物理,那就只有一個地方可以去:劍橋。

  為什麼是劍橋?嗯,坦白說,這就好像是問一個人,他為什麼到艾比路錄音室錄製唱片。劍橋之於物理就像麥迪遜花園廣場之於賽門與葛芬柯。牛頓是在劍橋發展出他的光學理論、運動學及重力理論的,他也在這裡發明了微積分。微積分是一種數學工具,直到如今,近代物理的每一個方程式幾乎都還必須用它來表示。著名的物理實驗室,卡文迪西實驗室,是某個名叫馬克士威的人在劍橋創立的。馬克士威應該可說是在牛頓與愛因斯坦之外,世界上最有影響力的物理學家,他也是第一個發現電、磁與光之間關係的人。而對我這個在1985年還滿臉粉刺的小伙子來說,更重要的一點是,霍金當時就住在劍橋。

  我在BBC電台看過一個報導霍金及他在黑洞方面研究的節目,當時我還只是第六級的學生,幾乎無法想像我將來有可能跟這位像上帝般的人物在同一個屋簷下做事—即使不在同一個屋簷下,至少也是住在同一個城市裡。當時霍金是劍橋大學盧卡斯數學講座教授(牛頓之前也擔任過這個講座教授)。霍金的名聲一年比一年響亮。那時他的暢銷書《時間簡史》正要付梓,他在研究上也有非常重大的進展—透過與量子力學結合,他為廣義相對論帶來了新氣象。這樣的成就以及他與運動神經元疾病對抗的故事,使他成為媒體焦 點人物。在那部紀錄片裡,我看到霍金和許多年輕研究生密切合作,一起探究人類最尖端的知識。過程中,他總是循循善誘並且不時予以啟發。有可能我的未來也像他們這樣嗎?

  有朝一日,我也能成為霍金的左右手,幫助他解開宇宙最深刻的奧祕嗎?

(精彩全文請見本書)

■ 沒好好睡覺,肚子裡的細菌會讓你變胖唷!

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

空姐,醫護,學生共同的辛酸

  空姐空少是個很辛苦的工作。我們平常久久搭一次飛機,飛行時的晃來晃去和下飛機後的時差真的讓人很難受了,而他們卻是每天都要面對這個的問題。醫護人員的排班很辛苦,每隔一陣子就要讓自己調整成晝伏夜出的夜班生活,再隔一陣子又得調回來,吞進肚子裡的辛酸不知道有多少。還沒進入職場的學生也有類似的困擾。明天前要交出報告,晚上社團不能不去,後天要考兩科還沒開始準備,只好爆肝趕工等看日出,三天只睡六小時,完成任務後再大睡整個週末補回來。

  如果你也是過著這樣的生活,這篇文章就跟你的健康有關了。今天要介紹的這篇研究告訴我們,如果你讓老鼠過這種作息不正常的生活,牠們會無法控制地變成肥老鼠的。那如果是我們自己的作息不正常呢?

你每天的生活有起伏,細菌的每一天也是

  這是一篇出自 Cell 期刊的重量級研究,描述一個很有趣的現象。研究人員想研究腸道裡細菌組成的變動狀態。因為糞便剛從腸子裡出來,正好可以當做是從腸子裡現採的新鮮樣本。他們追?兩天實驗小鼠糞便裡細菌組成的變化,結果發現腸子裡細菌組成不是固定的,各種細菌的相對數量在一天內居然會有週期性的變化,有的細菌白天的相對數量變多,到了晚上變少;另外一些種類的細菌則有相反的日夜變化。

  研究人員想知道這變動的意義,於是動手把在糞便樣本裡的 DNA 解讀出來,希望能推測出什麼特性的細菌會在什麼時候佔優勢。他們發現在老鼠清醒的黑暗期,腸道裡會找到比較多跟細菌能量代謝、DNA 修復和細胞生長有關的基因,代表努力生長的細菌在這個時期可能比較佔優勢。而到了老鼠該躲起來睡覺了的光照期,變成是解毒、移動能力以及偵測環境變動的基因比較多,代表應變能力強的細菌在這個時間可能比較佔優勢。

人在白天夜晚的生理狀況不一樣,這是受了身體裡生理時鐘的調整,讓我們可以應付白天和夜晚不同的生理需求。肚子裡的細菌出現跟我們一樣的起伏,難道它們已經跟動物變成生命共同體,一起受到動物生理時鐘的調控了嗎?為了證明這一點,研究人員找來了一種生理時鐘損毀的 Per1/2 (-/-) 老鼠。這種老鼠少了控制生理時鐘的 Per1/2 基因,於是身體裡少了每天的生理時鐘調控,沒有固定的晝夜生理變化。果然,在這種老鼠的腸子裡的細菌住民,沒有出現24小時的週期性變動。這結果顯示老鼠腸子裡細菌的週期性變化,的確受到宿主生理時鐘的影響。

動物的生理時鐘,怎麼影響到肚子裡的細菌?

人在白天吃東西,老鼠是晚上吃東西的,日夜週期控制的眾多生理機制就包括讓你在清醒活動的時候想進食。所以老鼠腸子裡細菌出現的週期性變化,會不會是因為進食而造成的?研究人員這次拿老鼠做了兩組實驗,一組只在白天給食物,一組是在晚上,然後看看腸子裡的週期變化到底是跟著白天晚上的規律走,還是跟著進食週期來變動。結果他們發現影響細菌週期的主要因素是進食。宿主吃了東西,就會對腸子裡的細菌造成影響而改變細菌的組成。

  如果生理時鐘控制進食再影響菌相,那在生理時鐘大亂的老鼠,如果能維持正常規律的進食,菌相週期應該可以恢復。於是他們再找來生理時鐘損毀的 Per1/2 (-/-) 老鼠,然後控制給食物的時間去維持進食節奏。實驗結果發現這樣一來,固定的進食節奏讓腸道裡細菌週期恢復了。下一個實驗裡他們養了一批 Per1/2 (-/-) 老鼠,不控制進食時間,讓腸道出現沒有週期規律的細菌。接著把這些細菌送進正常老鼠的腸子裡接受生理時鐘的控制,一陣子之後細菌的規律性又逐漸浮現。從這些結果裡我們可以看出來,進食這個行為控制了在腸道看到的細菌週期性變動。而生理時鐘藉由維持進食的規律性,來影響細菌的週期性變動。

我們的時差會害腸子裡的細菌也有時差

  前面談到的空姐、醫護人員和學生都有睡眠時間不正常的狀況。這種生理不正常會不會影響到細菌的變化?這一點聽起來是影響細菌又不是影響到我們自己,應該沒什麼值得關心的吧?不過,近年來很多研究都清楚指向腸子裡細菌的組成跟人的健康狀況有非常密切的關係,任何影響到腸道細菌的因素都有機會影響人的健康,應該做個研究來看看這一點是不是我們需要擔心的。

  於是研究人員又找了老鼠來為人類福祉?牲。這些老鼠要經歷一連串調整時差的考驗,再和正常作息的老鼠來比較。當然,實際上造成時差的做法不會是讓這些老鼠搭飛機到有時差的地方待三天再飛回來。這些老鼠在實驗室裡,每天原本有12小時光照12小時黑暗。先讓老鼠習慣現在的亮暗週期,三天後就把開燈時間往後延8小時,習慣新週期三天後再調回來,然後一直重複這個循環。經過四週的時差處理後,他們發現這些時差老鼠的腸子裡原本該有的細菌變動週期整個變亂了。研究人員發現有一些細菌在這些時差老鼠的腸子裡變得比較多,而這些細菌剛好是以往在肥胖症老鼠腸道裡會增加的優勢細菌。更讓人擔心的是,在過去的研究中,如果把這些細菌轉到健康老鼠的腸子裡,是會讓健康老鼠開始變胖的。於是調時差這個過程,會使這些讓老鼠變胖的細菌的相對數量增加。

老鼠會因為作息不正常而變胖嗎?

  作息不正常的人很多,包括我自己,所以我也很想知道答案,但是在真的找一群人來做人體研究之前,我們只能自己猜想答案會是什麼。既然拿人做實驗比較困難,那至少可以先在實驗室用老鼠來進行測試。這樣我就可以知道,如果我是一隻老鼠,或者說如果我跟老鼠的生理狀況很像,在這種不正常的作息之下,我是不是應該要開始擔心我的腰圍了呢?

研究人員把老鼠分別放在正常日夜週期和放在時差處理下,再給老鼠高脂肪食物吃,看看老鼠多久之後會發胖。結果他們發現,時差老鼠體重增加得比較快,九週後體重已經比正常老鼠多了14%,而且時差老鼠身體裡的脂肪也比較多。他們也發現在讓老鼠吞下高量葡萄糖水後,時差老鼠血糖濃度居高不下,顯然控制血糖的能力比較差,因此比較有可能在未來出現肥胖症狀。如果同時給時差老鼠吃抗生素除去腸道裡大部份的細菌,這些對健康的負面影響就消失了,顯示這些影響是來自腸道裡細菌組成的改變。他們還分別把正常老鼠和時差老鼠的腸道細菌放到另一組正常老鼠的腸子裡,結果發現接收時差老鼠腸道細菌的老鼠也開始發胖。這些結果是給老鼠吃高脂肪食物後得到的,但是就算換成拿正常食物餵老鼠,在四個月後測量時,時差老鼠還是會比正常週期老鼠更重。這些研究結果清楚指出,時差會改變腸道菌相,而這些時差老鼠的腸道菌會影響動物宿主,讓宿主比較容易出現肥胖相關的症狀。

老鼠的遭遇,會不會發生在我身上?

動物身上做的實驗,只證明了在動物身上會發生的事。這些在老鼠身上發生的有趣現象,也能在人身上被看到嗎?於是最後一步,這個研究要回到人的身上了。他們追?了兩個志願者的腸道菌相,的確看到在24小時內有週期變化,基因變化的趨勢也和老鼠相似,只是因為人是日行性動物,所以觀察到的週期跟老鼠剛好相反。這兩位志願者後來都去了一趟以色列,於是就有了個觀察時差影響的機會。研究人員收集這兩位志願者在出發前、時差調整中、以及時差兩週後(調整完)的糞便,把裡面的腸道細菌轉給老鼠。結果發現志願者的調完時差菌相對老鼠的影響跟出發前菌相差不多,但是調時差期間菌相可以讓老鼠變得更重、會降低控制血糖能力,以及增加身體脂肪含量。這個結果和在時差老鼠上看到的結果一樣。


結語

這篇研究指出睡眠或日常作息的改變會影響腸道裡的細菌,打亂原本有的週期性變化。而在這變化期間中出現的細菌,可能會讓宿主出現肥胖疾病。過去的研究已經知道作息不正常會影響人的健康,但是這一篇研究讓研究人員注意到,原來細菌也參與在這個複雜的機制裡。雖然我們不能在這個研究裡找到一個讓自已不發胖或避免被時差影響的方法,不過如果你最近常熬夜,或許這篇文字可以讓你多一個理由說服自己,考慮一下不要帶炸雞排一起熬夜

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