遇見科學

不同於涂世隆是以「光線」為研究主體，韋保羅則帶領團隊以阿拉伯芥為模式植物，研究植物在乾旱環境下對水分的反應機制。團隊成員林娜表示，植物在乾旱環境下會累積大量胺基酸分子─脯胺酸（Proline），脯胺酸可幫助植物適應乾旱，如同植物體內的「保護機制」；以往科學家大多認為脯胺酸的累積與植物適應乾旱的關係成正比，但從阿拉伯芥的研究中卻發現「不全然如此」。
團隊發現，在同一個乾旱環境下，不同品系阿拉伯芥的的脯胺酸累積量差異可高達十倍，這是因為某些阿拉伯芥品系，其「脯胺酸合成」P5CS1 的基因有特定同一型的基因變異，這個變異會導致「脯胺酸合成」基因的RNA被不正常剪接，因而無法製造出能發揮功能的「脯胺酸合成」。
這個發現也意味著脯胺酸含量變化的調控，對於植物在適應環境中不同水分與溫度的過程中扮演重要角色，換言之，如果我們想透過生物技術來改造農作物耐旱性，就可從脯胺酸代謝調控機制來著手，藉此讓易有乾旱發生的非洲大地也能孕育出欣欣向榮的大片綠田。
「科學研究要具備高度創造力與耐心，因為十次實驗中，可能有九次都是失敗的，」涂世隆表示，科學研究往往無法預測結果為何，只能埋頭做下去，雖然難免會歷經失敗，但也正因有九次的失敗經驗累積，才能成就一次的成功。他也鼓勵有心從事科學研究的年輕學子，要保有不輕易放棄的毅力與熱情。

我們都知道「陽光」、「空氣」、「水」是幫助天地萬物生長的三要素，對人類來說不可或缺，對植物而言亦然。尤其近年來受全球暖化影響，讓地球生態出現比過去更劇烈的氣候變遷，不少地區都面臨天候非澇即旱，或氣溫大起大落的情況，無形中也讓許多植物得承受比過去更嚴峻的環境挑戰。
也因如此，不少科學家紛紛投入植物生長機制的相關研究，希望解開影響植物生長機制的密碼之鑰，找到可以讓植物適應環境的關鍵要素。像是在中央研究院植物暨微生物學研究所擔任助研究員的涂世隆與韋保羅，就各自組成團隊，分別從「光線」與「水分」這兩個影響植物生長的重要因子著手，結果從中找到可調控植物生長的創新要素，研究成果不但刊登在《美國國家科學院期刊》中，未來更有助於讓農作物順利適應生長環境的變化。
如同最早登陸的兩棲類動物─青蛙，其祖先是演化自三億多年前的總鰭魚類般，植物也會從水生植物慢慢演化成陸生植物。涂世隆表示，不只動物需適應環境變化，植物也一樣，當水生植物在四、五億年前慢慢演化成陸生植物時，也意味著它們必須照射到更強烈的陽光，因此植物體內要有一個可以感應光線並協助調節成長的機制，才不會讓自己在強光照射下無法生存；而「光敏素」（phytochrome）正扮演了這樣的角色。
涂世隆解釋，「光敏素」是一種可以感應光線的蛋白質，存於綠色植物的細胞中，就像人類雙眼之所以能夠看見五顏六色，是因為我們眼睛細胞中有一種光受器蛋白，可以幫助我們分辨不同顏色。根據以往研究，科學界只知道植物中有一種名為「光敏色素合成」的酵素，可以用來啟動還有活化植物中的「光敏素」，但透過團隊以苔蘚類植物「小立碗蘚」（Physcomitrella patens）為研究主體的過程中，則首度發現有另一種過去不曾了解的新酵素「藻橘色素合成」（PUB synthase, PUBS），也具有啟動與活化光敏素的功能，擴大以往我們對植物光感應的認知範疇。
不只如此，為了解「光敏素」在非維管束植物中的表現機制，研究團隊也特別篩選出小立碗蘚「光敏素」在光線下所調控的基因並進行分析，結果發現小立碗蘚有兩套調控機制可因應光線不同變化，其調控方式不只有別於玫瑰、蘭花等高等植物，也很有效率，這項發現也讓科學界更了解植物如何適應陸生環境的調控機制，未來也可藉此運用基因轉殖方式來調整植物生長機制，讓植物在不同光線環境下也能開花結果、正常生長。

去過馬祖的人都知道，現在的馬祖早已不是我們兒時記憶中那個戒備森嚴的軍事重地，歷經時空的物換星移，馬祖已逐漸褪下昔日的沉重戰袍，蛻變成許多旅人心中洋溢戰地風情的美麗小島，而四面環海的地理位置更讓馬祖擁有多樣化海洋生態與令人難忘的碧海藍天。
但這個得天獨厚的海洋美景卻因前陣子出現大面積的「藍色海洋」而引起當地民眾與學者專家矚目，熱愛攝影的仁愛國小校長王建華發現在馬祖南面海域，出現一大片散發著藍白光的奇特景象，從海岸邊持續綿延到海岸線，引來眾人好奇圍觀，他拍下藍海照片後上傳到網路臉書，更引起網友熱烈討論。
但可別以為這個如夢似幻般的「海洋奇景」是老天爺賞賜的大自然禮物，事實上會造成藍色海洋的原因是因為海洋生態正在發出警訊。王建華表示，自己在幾年前就曾看過馬祖出現這種海岸會發光的景象，但如此大面積的藍色大海卻是他以前從未見過的，讓他不禁憂心是不是馬祖生態受到破壞。
藍色海洋究竟從何而來？長年研究海洋生態與藻類的台灣大學漁業科學研究所所長周宏農表示，從科學角度來看，藍色海洋這種景象被稱之為「水華」，意思就是水面開花的意思，另一個名稱則是「紅潮」，顧名思義，當海面白天在太陽光線照射下會呈現出紅色，到了夜幕低垂時則成了藍白色亮光。之所以會有這種現象產生，主要是因為海中出現一種具有生物體發光機制（bioluminescence）的渦鞭毛藻而導致。
周宏農表示，並非所有的渦鞭毛藻種類都會發出光亮﹐只有一些屬於光合自營性的種類像是Gonyaulax （Protogonyaulax, Alexandrium）、 Protoperidinium、Pyrodinium、 Pyrophysis等藻類會因為船隻螺旋槳的水流攪動等刺激作用，而引發這些渦鞭毛藻內的發光機制、進而引發閃光。他形容這個閃光就像我們小時候玩仙女棒的閃光般，並不會長時間發光，而是稍縱即逝，每次維持光亮的時間只有一秒鐘，十分短暫，且渦鞭毛藻每次發光後，得等到一至兩小時後才會再度發光。
換言之，若要形成像馬祖那樣一大片的「藍色海洋」，也意味著渦鞭毛藻的數量可能到了「難以計數」的局面。周宏農說，渦鞭毛藻喜歡生活在氮、磷含量高、陽光充足、水流穩定的海域，因為這樣的環境有利於它們群聚繁殖。
直到目前為止，科學家還無法確切掌握為何渦鞭毛藻需要發光的原因，但如果就其出現成因來看，則可能是因為大陸閩江口排放許多家庭住宅、農業廢水與工廠汙水等，而使得大海中的氮肥或磷肥含量過高，造成海洋環境「優養化」，加上海水攪動與潮流影響，讓渦鞭毛藻在局部海域內大量繁殖與群聚，因而形成入夜後會散發一陣陣藍白光的藍色大海。

周宏農表示，優養化後的海域除了會因營養鹽過於豐富，而造成水中浮游藻類數目激增外，部分種類的渦鞭毛藻也因本身具有毒性，會導致貝類吃進去後將毒素累積於體內﹐而使得以貝類為主食的生物也跟著出現中毒情況。不只如此，大量繁殖的藻類也容易導致原有的海洋生態失去平衡，背後所引發的生態影響不容忽略。
事實上，海域優養化不只可能對食物鏈生態造成影響，就連美麗的珊瑚礁也會因此而遭池魚之殃。像是台灣海洋環境教育推廣協會之前就在綠島附近海域進行調查，結果發現有珊瑚礁出現被黑皮海綿體覆蓋的情況，形成所謂的珊瑚黑病，成因推估除了有氣候變遷、海溫升高、海水汙染等因素外，水質優養化也是原因之一，顯見優養化不單單只是形成藍色海洋而已。
對此，長期研究生態環境的中央研究院生物多樣性研究中心研究員邵廣昭也心有戚戚焉。他表示，海洋生態環環相扣、牽一髮動全身，他建議政府相關單位應該從「成因源頭」著手，設法減少並避免家庭汙水、工廠廢水排放所造成的海洋汙染，他語重心長地表示，大海是孕育各種大大小小生物的天然家園，並非「廢水回收廠」，人類不能為了一己之私而任意破壞海洋生態，而是要設法補救，才不會讓後果不堪設想。

小時候，我們常可在池塘邊或是山林中的湖畔旁看到鴛鴦、水鴨等鳥類在水裡優游，尤其是雄鴛鴦與雌鴛鴦總是相伴不離的場景更讓人羨慕，難怪唐朝詩人盧照鄰會在〈長安古意〉中以「只羨鴛鴦不羨仙」來形容鴛鴦相親相愛、令人稱羨的模樣，後人更藉此來比喻夫妻「執子之手、與子偕老」的真摯情感，而許多人也總認為鴛鴦是世界上最專情的物種之一。
有趣的是，事實與我們想的似乎不太相同，台北市立動物園鳥園區長王金源表示，從鴛鴦的生態行為來看，牠們並不是像丹頂鶴、企鵝那樣是堅守「一夫一妻制」的鳥類，而是每次繁殖季都會更換伴侶來繁衍下一代生物，換言之牠們可不是一輩子都「非你莫屬、此生不渝」的呢！
但，可別因為這樣就認為鴛鴦很濫情，中華鳥會保育部副主任李建安表示，其實對大自然的生物而言，都會為了能順利繁衍下一代而想方設法，以丹頂鶴來說，之所以會維持一夫一妻制的原因之一，是因為本身族群數量少、尋覓配偶不易，所以才會逐漸形成牠們維持一夫一妻的生態行為。
王金源表示，鴛鴦屬於脊索動物門、鳥綱、雁行目、雁鴨科的生物，屬於雜食性鳥類，以水中無脊椎生物為主食，喜歡棲息在湖泊或溪流裡。但隨著棲息地環境逐漸遭人為等因素破壞，也讓鴛鴦族群數量面臨減少窘況，目前已被納入保育類第二級生物。李建安表示，聰明的鴛鴦為了避免下一代遭天敵襲擊，會特別將鳥巢築於高處的樹洞中，而且孵化後的雛鳥更是一出生不久後就能「活蹦亂跳」，還可以立刻下水游泳，藉此來保護自己。
不過，儘管鴛鴦的實際生態與我們所認知的「鶼鰈情深」有些落差，但對許多愛鳥人士來說，擁有鮮豔羽毛的鴛鴦仍是他們心目中最美麗的鳥兒。說到這裡，小朋友可能不免好奇，為何許多雄鳥的羽毛都比雌鳥更色彩奪目呢，難道是因為雄鳥比雌鳥更愛漂亮嗎？
對此，李建安笑著說，許多雄鳥之所以比雌鳥更「花枝招展」，其實是為了求偶，也就是吸引雌鳥注意，以便能順利傳宗接代。此外，鮮豔羽毛還具有「誘敵」的功能，當雌鳥正在孵卵或育雛時，一旦出現老鷹或蛇類等天敵，雄鳥就會立即跳出來，以鮮豔羽毛引開天敵注意，以免鳥媽媽和鳥BABY陷入危險中。而雌鳥顏色會較為黯淡，也是希望藉此達到「保護色」功能，以保護幼鳥，避免招來攻擊。

除了美麗鴛鴦外，台灣也是野鳥種類多元的賞鳥天堂，近年來更吹起一股「國際賞鳥熱潮」，不少來自歐、美等國的愛鳥人士不辭千里飛來台灣，就只為了能親眼目睹這些可愛鳥兒的身影。
李建安表示，根據統計，目前全世界大約有10000至10400種鳥類，而台灣則有601種，乍看之下似乎不多，但若從面積比例來看，卻已經很可觀，就連面積比台灣大上許多倍的大陸也只有1200多種鳥類，就比例來看，台灣已稱得上是鳥類生態豐富的「賞鳥天堂」。
李建安表示，在601種鳥類中，約有24種為台灣特有種，也就是只有在台灣這塊土地上才能見到牠們蹤跡的特有物種，像是藍腹鷳、深山竹雞、白耳畫眉、金翼白眉、紋翼畫眉、台灣藍鵲、紫嘯鶇、栗背林鴝、火冠戴菊鳥、黃山雀等，其中台灣藍鵲、藍腹鷴、黃山雀更是台灣特有種鳥類中的「人氣王」，這些「獨一無二」 的美麗鳥兒也吸引許多「國際追鳥人」來台灣一睹牠們的廬山真面目。
除特有種鳥類引人矚目外，台灣也是冬候鳥黑面琵鷺重要渡冬地帶，以及「國慶鳥」灰面鷲的過境區。
不過，如果想要一睹這些鳥兒的美麗身影，得事先做好一些功課才行，其中，最重要的就是「安靜觀賞、別打擾」，而這也是在大自然中欣賞野生生物的重要守則。而隨著賞鳥運動蓬勃發展，近年民間也紛紛組成野鳥學會或賞鳥組織，甚至還有親子賞鳥團，有興趣的民眾可以向這些團體請益賞鳥知識，讓自己也能順利展開「與鳥兒的第一次接觸」，好好欣賞這些鳥兒的千姿百態。

無論是萬里無雲的豔陽天，還是雨勢滂沱的下雨天，身穿制服的員警每天都要騎著機車定時到大街小巷巡邏箱前，用原子筆簽到與註明巡邏情況，類似這樣的日常場景，相信大家都很熟悉，但隨著資訊科技日新月異，其實傳統巡邏模式也能有所改革，像是吳鳳科技大學師生就集思廣益，結合時下最夯的雲端運算技術，研發出一套可以即時統整全國各縣市巡邏資訊的「新式雲端電子簽巡系統」，不但讓巡邏更安全便利，絕妙創意還奪下「全國安全創意實務專題製作競賽」第一名。
「傳統巡邏方式容易受到天氣影響，而且巡邏資訊也可能讓有心人士有偷窺機會，」談起研發計畫的緣起，吳鳳科技大學資訊管理系助理教授陳萌智笑著說，其實是「無心插柳柳成蔭」，剛好某一天假日的下午，外頭下著滂沱大雨，於是他就坐在便利商店的椅子上喝咖啡、看窗外，等待雨勢停歇；正巧看到警察撐著傘在樑柱旁的巡邏箱簽寫巡邏系統，但由於雨勢太大，使得豆大雨滴很容易滴落在巡邏簽到單上、導致文字模糊不清，看到這一幕的他忍不住開始思考，有沒有什麼方式可以改善這樣的情況，讓行之有年的巡邏模式也能跟著科技「與時俱進」。
陳萌智表示，每當下大雨，巡邏單就容易被雨打溼，導致內容難以辨識，而不法之徒也可能趁人不注意時撬開巡邏箱，窺看巡邏路線、時間等重要資訊，甚至從中避開員警巡邏時間犯案，以致於巡邏成效打折扣，形成容易受忽略的「治安漏洞」 。
為此，他和學生特別集思廣益，思考如何結合QR Code與雲端運算技術來幫傳統巡邏模式「改頭換面」，歷經半年時間研究，終於成功開發出「新式雲端電子簽巡系統」，不但具有即時巡邏區監督與勤務備查等特色，還能導航巡邏路徑、整合全國或全區巡邏資訊，讓過去只能仰賴「紙本記錄」的巡邏模式搖身為「e化系統」 。
有別於以往必須用原子筆簽到的巡邏方式，透過「雲端電子簽巡系統」運作，可以利用已廣泛使用的「QR Code」來取代現有巡邏箱，當員警出勤時，只要隨身攜帶可以上網與辨識「QR Code」的手機，就能藉由掃描QR Code進行簽到與註記巡邏資訊，從此之後不用再擔心下雨天會淋溼巡邏單。
不只如此，對於不熟悉巡邏地點的員警也不用擔心會「迷失方向」， 只要透過「雲端電子簽巡系統」，就能用手機連線到雲端資料庫進行「巡邏地點查詢與導航」，系統會自動計算目前的位置與巡邏點，幫員警進行路徑導航，十分貼心。

此外，系統還具有「同步更新」功能，陳萌智表示，當執勤員警完成巡邏點的巡邏簽到後，「雲端電子簽巡系統」就會將巡邏資訊透過雲端科技進行同步更新，警局主管只要觀看即時更新的「巡邏區域監看畫面」，就可隨時了解員警的執勤情況，以及掌握各區域巡邏治安成效。另外，若忽然有某個地區發生重大社會事件，需要加強巡邏與維安時，也能透過該系統進行即時性的人力調度，讓員警巡邏機制更具彈性。
團隊表示，所謂的「雲端科技」，其實就近似於「超級電腦」的概念，藉由雲端將所有數位資訊都儲存於由超級電腦組成的資料中心裡，透過功能強大的運算系統，不只能迅速完成運算，也能讓雲端形成一個無遠弗屆的大型資料庫。也就是說，雲端運算不只是一種技術，也是一種模式應用，使用者可依照自身需求來設計相關應用系統，並存取網路上所提供的應用程式、儲存空間、伺服器等資源。
而「雲端電子簽巡系統」就是結合這樣的雲端科技，再搭配「QR Code」、手機、電腦等數位產品建構而成，藉此幫助傳統巡邏箱搖身為更方便的安全維護機制。讓員警可以在住家、社區、公共場所等地區執行巡邏任務，註記巡邏點治安情況，並透過即時更新整合各縣市巡邏資訊，避免不肖者士有「可趁之機」。
「這套系統不只可應用在警察巡邏，亦適用於校園或社區保全系統，為安全防護多一層把關，」陳萌智表示，目前這套系統已開始在吳鳳科大校園內推行，結合校警、保全來保障全校師生安全，未來也希望能慢慢推廣至社區居家與全國警政系統，讓資訊科技也能為安全維護助上一臂之力。

科技，始終來自於人性。但你可知真正落實這句話的是一門跨領域且複雜嚴謹的科學？其實，這樣的概念約莫150年前即有學者提出，他認為如何安全、舒適且有效率的工作是值得被重視和研究的，而「人因工程」概念便由此開始延伸：以探討人體在工作或生活中對周遭設備使用和設計的一門綜合科學。其中，與我們生活密不可分的「照明」，更是該領域近年來的發展重點，工研院於去年更是與日本九州大學合作完成台灣首座國際級「人因照明」實驗室。什麼是人因照明呢？讓我們一同了瞭解。
照明為人類不可缺的基本需求，而不同的人工光源的強度及顏色皆會影響人產生不同的心理層面感受。舉例來說：象徵日光的藍色光譜可讓人提高警覺，黃色燈源則會給人溫暖且放鬆的情境。而不同於以往只能使用的白熾燈或水銀燈的時代，台灣 LED 照明產業的開發已普遍在生活中的應用。因此，除了過去注重的高亮度與節能外，科學家更仰賴 LED 光色可調控性與高演色性的特點進一步研發「人因照明」。光色可調控性是學者可利用無線系統和數位化調控 LED 色溫與亮度，並監控人體腦波、心電及皮膚溫度等生理條件，以研究在特殊光源下情緒的反應。如此一來，使用者即可隨著不同時間、心情和場合，隨時透過個人行動裝置控制燈光，達到燈與人的互動；此外，由於LED 光源亦具有高演色性優點，亦即可高度模擬在太陽光底下物體的忠實顏色，以降低色差。
LED 照明不但重新定位了「光」不只是氧化燃燒產生而來的現象，而是可以藉由半導體電子激發出不同的發光強度與波長；人因照明則正是利用其原理上的可變性，進一步使生活照明更舒適，進而更體貼人體生理情境所需。

最近有一則有趣的廣告引起大家注意：一台兩側車身分別架設著錄影機和LED看板的汽車奔馳在德國市區，其沿路所拍攝到的即時影像傳至看板播放，車身頓時便成了街景的轉播螢幕。在廣告中，除驚歎車子彷彿隱形的創意外，其實還顯示出了LED 顯示器的技術成熟；而日前甫剛落幕的美國消費電子展（Consumer Electronics Show, 簡稱CES）更揭曉LED即將由過去只是取代日光燈源的配角，躍升為顯示器的主角。
我們都知道光有不同波長因此顯示出不同顏色，電視的成像即是利用此原理而來。過去的電視是利用在陰極射線管內設置電子槍、磁場與電場等裝置，由游離出的電子撞擊玻璃內的螢光物質，進而激發紅、綠或藍光而成色，但因設備所致，體積龐大成了發展大型電視的限制。因此，不需要複雜裝置的液晶電視便趁勢而起了。傳統LCD 電視是以冷陰極射線管（CCFL）作為背景光源，LED 電視則是改用LED點光源當作背光模組，這可有效節能及減少背光體積。但不論是哪一種，皆需一背光模組當作顯像光源來源，才可使液晶面板成像。
那為何這次LED能再次在CES展覽引起話題呢？那是因為LED晶片可直接作為「顯示器發光兼成像」：亦即透過電路可直接控制每個二極體的明滅和RGB（光的三原色）混色，這意味著不再需要透過液晶成像，同時省去只發光不顯色的背光模組等物件，體積上將更輕薄；另一方面，由於透過RGB點光源的陣列直接顯示畫面，除了訊號反應更快外，解析、色彩飽和與對比度亦都將更佳。
台北市立大同高中物理科教師陳文楠比喻，當我們拿著玻璃紙看日光燈時，不論我們疊再多層都還是可依稀察覺到光源，這是因為「光」本身是持續存在的，並未被關掉，所以無法達到「完全黑暗」的效果，那該怎麼辦呢？聰明的你或許已經想到答案了! 沒錯，便是將電源切斷即可。現今電視利用液晶分子過濾背景光源的原理就如同玻璃紙的遮光現象，所以要達到完全對比，亦即全亮／全黑的程度是有困難的；反之，若是透過直接控制每個光源的開與關，便可輕易達到完全對比的效果，而這正是LED作為顯示器令人驚艷的新突破。
陳文楠亦表示，近日科技的許多發展，呈現了向過往人類發展歷史學習的有趣現象。例如LED直接成像的技術，其概念等同過往陰極射線撞擊螢光物質的點光源成像概念。
高雄第一科技大學太陽能光電技術研發中心主任沈志隆表示，相較於目前常見的LCD電視， LED電視可以展現多樣化光源，除了光源更明亮、色彩更鮮豔外，LED壽命也比LCD長。不過，他也談到，雖然LED電視發光效率比較高，但卻有散熱不易的問題，因此若要讓LED電視普及化，還得借助科技之力來改善。
除LED電視可望成為視覺新主流外，隨著時代變遷與科技進步，近年不少國際大廠也積極研發有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，簡稱OLED）相關產品。沈志隆表示，OLED具有對比高、耗電低、高反應全彩等優點，除此之外，最大特點在於電子廠商可利用OLED研發出可彎曲的顯示螢幕，不但更薄、更輕巧，也能應用於不同視聽環境。
「未來電視不見得要固定在牆壁上，也可以捲起來帶著走，」沈志隆笑著說，隨著電子科技的日新月異，也為電視機等家電掀起一股新革命，或許在不久將來，我們就能看到可彎式電視機量產上市。
此外，近來當紅的雲端科技發展，精神也類似五十年前電腦發展初期，大型主機負責運算與儲存資料，個人只能使用終端機操作的概念。將來新的科技應用與發展，有沒有可能是過往文明要素的復活與再應用，值得注意與觀察。