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《打造化學力》就能讓你讀懂化學的趣味,讀出好成績!

第253期 2009/07/11

本期摘要

 
熱門專題:

《科學新聞不能這樣看》

好書推薦:

《自然老師沒教的事》

科文書摘

丙烯啥?

科文新聞 冥想:一個神經科學的再發現
  被垂直撕開的隱沒板塊
 

科學新聞這麼多,你讀懂了嗎?
報上說,抗氧化劑有助健康,所以我們卯起來吃準沒錯?大科學家鮑林說,維他命C預防感冒,聽他的就對了?網路上流傳,微波爐煮出來的食物,有輻射又沒營養,這東西千萬別用才好?大家都說有機的最好,花大錢買有機食品,一定可以買到健康囉?基因改造食品聽起來實在危險,我要怎麼避開才好?科學家操弄不過大自然,所以一切都是天然的最好?不再害怕紛亂的科學資訊,蘇老師
《科學新聞不能這樣看》一一教你聰明解讀

《科學新聞不能這樣看》
進來看看這本書 從國小、國中,到高中、大學,不同的階段,有不同的學習方法與學習重點,《如何學好中學數學》專門針對高中階段的數學學習,清楚指出高中與國中的學習方法有何不同,並以現行課程的實例來解說,是全方位的高中數學學習方法。這本書要告訴你:學習方法正確了,不但能學好數學,更能學得輕鬆。 ……《進來看看這本書》

自然老師沒教的事
進來看看這本書 以台灣都會100堂自然課為編輯主軸,按月份精選出100個主題,讓生活在台灣的人再一次認識這塊土地的生物,穿插精彩的攝影和插畫,讓自然課既生活化又有趣。……《進來看看這本書》

 
丙烯啥?

文/ 蘇瓦茲

學家舉行記者會時,媒體通常期待聽到重大的消息。例如:他們複製出一頭羊啦;他們在試管裡發現核融合的方法啦;他們已經確定出人類基因圖譜的序列啦;或者他們發現襪子在洗衣機裡愈洗愈少的真正原因等等。

■ 記者聽不清,讀者陷恐慌

但是當瑞典的國家食品管理局在20024月召開記者招待會時,記者聽到的卻完全不是這回事。斯德哥爾摩大學的研究人員告訴大家,在洋芋片、炸薯條和很多平常的食物裡,發現到丙烯醯胺。由於這玩意兒不常聽到,記者在會後紛紛交頭接耳,「丙烯啥?它是什麼『碗糕』?」。這名字太拗口了,於是記者很快就讓它變成一個很通俗,但帶有強烈負面印象的名詞。

記者為讀者解釋說,丙烯醯胺是已知的動物致癌物,而它居然出現在一般的食物裡,這可能是每年幾千例癌病產生的原因。現在,它變成許多媒體的焦點。其實丙烯醯胺本來就少量的存在我們的生活環境裡,例如飲水就有它的蹤跡,世界衛生組織(WHO)就曾訂定丙烯醯胺在飲水裡的含量標準。但是現在它在洋芋片、炸薯條和一些烘培食物裡的含量,居然是水中標準的數百倍,這怎麼得了?

到底飲用水中為什麼會有這種東西呢?因為在水處理的過程裡,常用「聚丙烯醯胺」來捕捉並凝聚水中懸浮的雜質。聚丙烯醯胺是無害的,但它會含有微量的原始材料,也就是丙烯醯胺。當然,用大量的丙烯醯胺餵大鼠,會讓這可憐的小動物產生很多不同型式的腫瘤,不過衛生專家也都同意,由於丙烯醯胺在水中的最大許可濃度是十億分之零點五,也就是0.5ppbppb,十億分之一),因此每天由飲水裡吃進一、兩微克,是根本產生不了什麼效應的。換句話說,利用聚丙烯醯胺移除水中汙染物質的益處,遠超過它可能引起的風險

但是這些瑞典科學家所談的,並不是水中0.5ppb的濃度。他們發現在炸薯條裡,丙烯醯胺的濃度是400ppb,而洋芋片裡的含量更是高達1,200ppb。科學家認為這種濃度已經可能使人產生腫瘤了。丙烯醯胺的故事立刻成為媒體頭條,在超級市場的走道及食品製造廠的會議室裡,引起恐慌。它會只是曇花一現,很快就遭遺忘的虛驚故事呢?還是足以讓大家改變飲食習慣的重要事件?

要進一步探討這個問題之前,我們先回頭看看,食物裡有丙烯醯胺的事件,到底是怎麼暴露出來的。

這一切開始於1997年,當時瑞典有一些母牛發生癱瘓。比加(Bjare)半島地區的農夫發現他們養的母牛,站立時搖搖晃晃的;不久之後,漁民也發現養殖池裡的魚開始大量死亡。政府當局開始警覺,可能發生某種環境汙染問題了。

果然不出所料。當地附近建造了一條隧道,隧道壁發生嚴重的漏水問題,為了解決漏水的困擾,工程單位在隙縫裡灌了1,400噸的防水劑,而這些防水劑是用聚丙烯醯胺做成的。科學家早就知道,高濃度的丙烯醯胺會影響神經系統。母牛癱瘓和魚群死亡都是丙烯醯胺滲入地下水層所引起的。進一步的調查顯示,受影響的不只有母牛和魚群而已,隧道工人也受到了波及,有人覺得四肢末端知覺麻痺。正如大家所料,當地人嚇壞了,家畜全撲殺,乳品都銷毀。為了擔心丙烯醯胺的汙染,甚至連蔬菜也統統銷毀。

■ 事情沒有想像的單純

斯德哥爾摩大學的童奎斯特(Margareta Tornquist)教授,就是在這個時間點切入的。她受命調查隧道工人受丙烯醯胺汙染的程度,因此蒐集了工人的血液樣品,分析其中該化學物質的含量。為了做比較,她也分析了一般瑞典人的血液樣品。沒想到做出來的結果,讓她大吃一驚。

隧道工人的血液樣品裡,果然含有很高的丙烯醯胺。但出乎意料的是,其他人的血液也一樣,這些人血液裡的化學物質,又是從何而來的呢?瑞典飲水裡的丙烯醯胺的濃度是正常的,因此來源就很可能是食物了。經過一番波折,童奎斯特發現了洋芋片、炸薯條、麵包、餅乾和脆片裡有丙烯醯胺。最後證明,富含澱粉的食物在高溫的油裡炸過後,就會產生丙烯醯胺。

餵食油炸食物的大鼠,血中丙烯醯胺的濃度,比餵食水煮食物的老鼠要高得多。因此令人害怕的景象開始形成:在一般食物裡形成的這項致癌物質,會進入血液然後遍布全身。根據瑞典國家食品管制局的說法,他們有責任把這項風險昭告世人,於是就舉辦了這次的記者招待會。

但等一下,沒有證據顯示丙烯醯胺是人類的致癌物質。它是廣為人知的神經毒素。製造這種化學藥劑的工人,必定受高劑量的暴露,我們曾對8,000名以上的這些工人做過長期研究,並未發現它和癌病有什麼關聯性。還有一點是大家必須知道的,就是我們的食物裡本來就含有許多不同種類的致癌物。例如:花生裡有黃麴毒素、酒裡有乙醇、雪莉酒裡有胺甲酸乙酯、肉桂含苯乙烯,而牛肉濃湯裡有雜環芳香胺。對齧齒動物而言,這些化合物跟丙烯醯胺一樣,都是致癌物。

但我們吃的是食物,而不是單獨分離出來的化學原料。何況食物裡也含有很多不同的抗癌物,像綠色花椰菜、洋蔥、大豆、亞麻種子及蘋果,都含有許多抗癌物質。因此,沒有科學證據指出,食物裡的丙烯醯胺是導致每年幾千人罹癌的原因。不過,建議人少吃洋芋片、薯條之類的油炸的食物,倒有充分的科學根據。因此,如果因為害怕丙烯醯胺而避開油炸食物,倒是好事一樁。

不過食品工業界可積極多了。針對這個丙烯醯胺事件,馬上進行一連串研究,探究在烘培過程中丙烯醯胺如何形成,該怎麼降低它們的含量。不久,就發現丙烯醯胺分子主要是來自一種叫做天門冬醯胺的胺基酸。天門冬醯胺在富含葡萄糖的環境裡加熱時,會經過一系列的化學反應,最後釋放出丙烯醯胺。

於是食品化學家開始工作,發現在較低溫度(低於175℃)下烘焙或油炸,丙烯醯胺的含量會明顯降低。如果調整食物的烹調條件與製作順序,含量能進一步降低。例如在烘焙薑汁餅乾時,如果其中的膨脹劑以碳酸氫鈉(烘焙蘇打)代替碳酸氫銨時,丙烯醯胺的含量能減少60%。在油炸之前,若把薯條在稀釋的醋酸溶液裡浸泡一下,也會大量降低丙烯醯胺的含量。

很多類似的指施已經正式採行,因此美國國家環境衛生科學研究院的國家毒物學計畫,召集了相關的專家開了一個研討會,訂出食物裡丙烯醯胺的安全標準:每人每天的攝取量,在一公斤體重裡低於0.43微克,就不會有問題。這個標準遠低於會使實驗動物誘發癌病的量。

■ 會不會致癌,不能隨便說說

前幾年,美國哈佛大學的公共衛生學院和瑞典的卡洛琳斯卡研究院,共同做了一項研究,結果也令人安心不少。他們發現攝取丙烯醯胺與發生結腸癌、膀胱癌及腎臟癌之間,並無關聯性。該項計畫的研究人員把這個控制實驗的結果,發表在2003年的《英國癌症期刊》上。他們調查了987位癌症病人日常飲食裡的丙烯醯胺攝取量,再和538位正常人的攝取量比較,看看能不能在癌病和這個化學物質之間,找到關係。結果看不出有什麼關係。

癌症病人攝取的丙烯醯胺量,不會比健康人多。事實上,飲食中攝取較高丙烯醯胺的人,罹患結腸癌的風險反而較低,而不是較高。當然,我們也不準備宣稱丙烯醯胺是抗癌物質。最可能的情況是,含有丙烯醯胺的食物同時也含有一些其他成分,例如纖維什麼的,而這些成分有抗癌的效果。一項義大利的研究也得到類似的結果,由針對超過7,000個癌症病人的調查顯示,癌病和炸或烤馬鈴薯的消耗量之間,並沒有關係。

至於丙烯醯胺和乳癌之間有沒有什麼關係,也有很多人研究。因為高劑量的丙烯醯胺會使老鼠得乳房腫瘤的風險增加。發表在在2005年《美國醫療協會期刊》的一篇瑞典研究報告顯示,在追?了超過43,000名平均年齡39歲的婦女七年之後,發現丙烯醯胺和乳癌之間並沒有什麼關係。他們根據在研究開始時對婦女的飲食所做的問卷調查,把對象依丙烯醯胺的攝取量分成五組。後來其中約有700人診斷出得了乳癌,但並沒有證據顯示,丙烯醯胺攝取量的多寡與罹患乳癌有什麼關係。

最後,我想提醒大家注意一篇發表在《美國臨床營養學期刊》的文章,這文章不像丙烯醯胺的故事那樣引人矚目。美國杜蘭大學的研究人員研究超過9,000位大約25歲的人,發現每天吃三份以上蔬菜、水果的人,比起吃得少的人,得到中風和心臟病的風險低了大約30%。他們並未召開記者會,但其實應該要召開才對。(摘自本書第一篇〈吃這些損健康?〉)......詳全文
{本文摘自《科學新聞不能這樣看》

冥想:一個神經科學的再發現

科學新聞由SciScape提供

冥想(meditation)不但有助於集中注意力和控制日常生活周遭的負向情緒,科學家研究發現,長期的冥想練習也讓大腦產生了結構性的改變。

繁忙的生活步調中,愈來愈多人藉由定時運動、練習瑜珈或持續冥想來幫助自己放鬆肌肉與抒解壓力。有許多的研究證據指出,在冥想過程中將注意力集中在外在圖案或內在心像的方法,可以有效降低焦慮緊張,以及抑制環境中遭遇的負向情緒。一些直接比較長期冥想練習者與一般沒有冥想經驗者的研究甚至發現,長期的冥想練習可以增加神經元的同步激發(表現在腦電波gamma 波的振幅上)[註一],以及增加注射疫苗之後血液中的抗體濃度[註二]。雖然對於冥想的直接效果仍有研究方法上的爭議,但美國國家衛生研究院的輔助及另類醫學研究中心(National Center for Complementary and Alternative Medicine, NIH)已經將冥想列為可能的醫療方式。

許多神經科學研究指出,當我們持續練習與長期運用某些認知技能,比如記憶、注意力、視覺搜尋或語言學習,會增加神經元突觸的連結、造成神經迴路的改變,而大腦中與這些認知功能相對應的區域也有較大的體積。比如練習拋球雜耍三個月之後觀察到,處理運動視覺訊息相關區域的大腦灰質增加了3%;或是倫敦計程車司機在掌管空間記憶的海馬迴後端體積比一般人大。因此,加州大學洛杉磯分校的科學家想知道,那些有長期冥想經驗者的大腦是否會因為持續地練習而出現結構性的改變。

他們利用磁振造影(MRI)掃瞄了22位長期參與冥想練習(平均24年),以及22位完全沒有冥想經驗者的大腦。取得他們高解析度的大腦結構影像之後,再使用像素形態分析(Voxel-based morphome)的方法計算這兩組人在大腦影像上灰質與白質的數量,然後進行統計分析找出差異。結果發現那些長期參與冥想練習者,在與抑制負向情緒有關的右側額葉眼眶面皮質(right orbitofrontal cortex)、以及調控內外知覺訊息有關的視丘(thalamus)的體積比一般人大。即使在控制了冥想經驗與年齡成正相關可能造成的混淆變項之後,結果依然相似。這項結果顯示,冥想練習對於控制情緒的助益,直接或間接地造成了神經元迴路的改變。

有少部分與情緒處理無關的腦區顯示出差異,比如左側下顳葉迴(left inferior temporal gyrus),但是由Arthur Toga 教授領導的研究小組認為,已經有其他的研究證據指出,顳葉的神經元活動與體驗到宗教經驗的感官知覺可能有關,而冥想練習與參與宗教活動時常高度相關,是可能原因。然而這個大腦結構差異的發現雖然有趣,卻還有待進一步驗證。

看來,冥想練習,不只是安安靜靜地坐在那裡什麼都不做,那麼簡單。

[註一]Lutz, A. et al. (2004). Long-term meditators self-induce high-amplitude gamma synchrony during mental practice. PNAS 101, 16369-16373.

[註二]Davidson, R.J. et al. (2003). Alterations in brain and immune function produced by mindfulness meditation. Psychosom Med. 65, 564-570.

原始論文Luders, E., Toga, A.W., Lepore, N., Gaser, C. (2009). The underlying anatomical correlates of long-term meditation: larger hippocampal and frontal volumes of gray matter. Neuroimage 45, 672-678.

被垂直撕開的隱沒板塊

科學家發現:隱沒於西太平洋、日本島東方的千島-日本海溝與伊豆-小笠原海溝的板塊,如同懸掛的布幔,由下而上、正被垂直撕開。

當板塊從海溝隱沒入地球內部之後,深部地震與地震層析影像(Seismic Tomography)為兩種可用來追蹤板塊去向的方式。過去的觀測顯示,在西太平洋的隱沒板塊傾向於平躺在上下地幔的交界、大約在地表下660km處;而在東太平洋、隱沒在南美大陸底下的板塊,則直接穿入下地幔、絲毫不受660km交界的阻擋。為何會有如此截然不同的演化,目前仍不清楚。最近的研究發現,被阻撓在上下地幔交界的板塊,正上演更慘烈的一幕:由下而上被撕開。

這是由日本海洋科學研究機構科學家Masayuki Obayashi領導的研究小組,從高解析的地震層析影像推測而得。他們發現在千島-日本海溝與伊豆-小笠原海溝隱沒的板塊,當其隱沒到日本島西南方的下方時,被垂直撕開,而這個破裂的過程可能仍在進行中。本研究論文已發表在『科學』期刊上。

Obayashi et al.認為這個隱沒板塊深入地幔後,因遭遇上下地幔交界的阻擋,而導致板塊平躺與被撕裂【註二】。這想法已經得到證實:他們在板塊撕裂頂端的位置找到一群地震,它們的震源機制顯示這裡的確受到了水平方向的拉張力(圖B標示(1))。除此之外,在板塊撕裂處向下延伸的方向(圖B標示(2)),沒有觀測到任何地震,這表示板塊已分裂成兩塊、分別往不同的方向移動。

這個平躺在660km交界處的板塊,是否就在此逐漸的升溫消融、並與周遭的地幔物質融為一體?還是繼續堆積,等待一舉沒入下地幔?科學家還需要更多高解析的觀測,才能對整個過程有更深的認識。

【註一】JAMSTEC,Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

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