2010年9月10日 星期五
【文獻分享】自然界的雙焦眼鏡
2010年2月27日 星期六
2010年2月2日 星期二
【文獻分享】「腳踏實地」的生物力學
你花了多少錢在一雙好的運動鞋上,期望能跑得更快並且避免受傷?最新的研究指出,最好的運動鞋就是我們與生俱來的這雙腳!這個研究在許多平面媒體皆有報導。
但從演化的觀點來看,這結果並不意外。雙腳直立是人類演化過程中重要的里程碑,那麼跑步呢?這篇 review 指出,人類在短跑上或許不如許多其他動物(如犬科、牛科動物、甚至馬),但卻是十足的長跑健將,具有追逐獵物的優勢!在漫長的追逐競賽中,人類的腳往復地衝擊地面,在慣於穿鞋的現代人身上,這可能是 2~3 倍體重的衝擊力!然而,現今加強足跟緩衝的運動鞋雛形卻在 1970 年代才形成... 時值今日,即使科技大幅改善運動輔具的設計,然而因運動而造成的足部運動傷害卻時有所聞。那麼,在跑鞋出現前的漫長歷史中,人類是如何避免受傷的命運?
在這個由哈佛大學知名人類學家 Daniel Lieberman 領導的研究中,科學家進一步比較了赤腳與穿鞋奔跑時腳步的動作與來自地面的反作用力。結果顯示,慣於以赤腳奔跑的跑者以足尖著地,而慣於穿鞋者無論穿鞋與否,奔跑時均以足跟落地。足部落地時,身體一部份的等效質量在 10-20 ms 間減速為零,造成了可能危害骨骼肌肉的衝擊力。以足尖落地時的等效質量約為足跟落地時的 1/3 ~ 1/4,大大減少了衝擊力。為什麼足尖落地時等效質量會減少呢?作者進一步將足部模擬成 L 形的雙擺 (L-shaped double pendulum),當關節的可彎曲程度增加時,系統的轉動動能將增加,減少了與地面撞擊的等效質量。
有興趣的夥伴,可以參考這篇 News & Views 的報導,甚至挑戰這篇研究論文,別忘了,許多研究的細節在該文的補充資料 (Supplementary information) 中喔!
2009年8月14日 星期五
2009年6月4日 星期四
關於上台報告
關於昨天的慶生會之前的報告,紀老師已經寫了篇雜感,將我的感想也寫出來了,所以在此就不談個人感想。這裡要提供的是一些值得參考的材料。
中山大學政治經濟學系的劉孟奇教授(有些修過我的課的同學可能讀過他的書:《我七年級,我不草莓》)的文章:「充分準備」造就「成功簡報」、作文vs報告。
台灣大學森林環境暨資源學系的丁宗蘇教授的文章:Seminar完全破解攻略大全(pdf檔)。
幾年前讓人眼睛一亮的一場演講,終於有人配上中文字幕了(我沒時間再看一次,所以不知道字幕翻譯得如何):
(看不到的請按這裡的連結)這場演講是TED系列演講之一;我看過的幾場都很不錯(之前替謝寶森教授寫的演講公告裡所引用的珍古德的演講,就是這個系列中的一場),很值得大家參考。這個系列現在擴展到世界各地,叫做TEDx,也可以看看。
台灣的教育向來不重視口語表達的能力,因此相關的材料不多。如果不怕讀英文的,可以參考Presentation Zen。(這個部落格的作者的書有中文翻譯:簡報藝術2.0)
中山大學生命科學系的顏聖紘教授開了個關於報告的部落格:Seminar是每個系所的惡夢,也有許多有意思的參考資料。
台灣的理工科系對口頭報告的能力多半都不太重視,所以每週五的「專題討論」可以看到許多錯誤示範(我見過最糟糕的是新竹某國立大學的教授所給的演講,竟然把自己研究筆記上的計算過程直接影印到投影片上,就這樣自顧自地講)。我常說這些錯誤示範其實提供大家很好的學習機會,可以知道以後自己上台時絕對不要犯哪些錯誤。
最後,讀了再多的材料,還是得身體力行才能把所讀到的內化成自己的一部份。我覺得講求效率的話,與其從很多次失敗的報告中慢慢地學習改進,那還不如狠狠地把幾次報告做好呢!有多狠?這邊有個範例。我們的研究所剛開始有「書報討論」這門必修課的時候,大概因為學生多半都是本科系出來的,不太能接受(台灣有類似必修課的物理研究所到現在為止應該還是一隻手就數得完的),有些怨言。有人說,以後又不會待在學術界,學這個幹麼。我的回答一向是,即使到業界,還是有機會上台報告,而且說不定還會影響升遷(學術界就沒這麼慘,講得爛照樣可以升上教授)。關於業界更重視口頭報告能力的這一點,可以從同一個部落格的另一篇文章窺見。所以,除非只想永遠當個基層員工,不然這是躲不掉的啦!
2008年11月4日 星期二
[文獻分享] Traditional allometric analysis fails to provide a valid predictive model for mammalian metabolic rates
本期 Journal of Experimental Biology 中,有篇文章討論一直頗具爭議的 Kleiber's Law ,可能根本是數學操弄下的假象(artefact of mathematical manipulation)。欲淺嚐的同好,可先讀該期 Inside JEB中的簡介。
2008年11月3日 星期一
2008年10月18日 星期六
[文獻分享]下村脩談科學研究
這次要分享的文獻是諾貝爾化學獎剛宣布得獎名單時,獸醫系的王孟亮教授寄給我的。我隨即轉寄給生物物理期刊俱樂部郵寄名單上的成員。有些人可能因為不在這個名單上,所以沒收到。沒關係,這篇文章可以在此免費下載。
這篇文章是剛出爐的化學獎得主下村脩在2005年寫的,回顧了他的研究生涯。他在文章中詳細地描述了當時的工作情形、遇到的挫折、以及心路歷程,值得大家好好玩味。我覺得最有意思的有兩段,第一段談到1961年夏天他們在Friday Harbor實驗室(四十多年後的夏天紀老師也在這個地方工作)的工作流程:
We collected jellyfish from 6 a.m. to 8 a.m., then after a quick breakfast we would cut rings from the jellyfish until noon. We devoted all afternoon to the extraction. After dinner, we again collected jellyfish from 7 p.m. to 9 p.m., and the catch was kept in an aquarium for the next day. We soon found that the bottleneck in the operation was the step of cutting rings with scissors, which is a delicate and very slow process. Even after considerable practice, it took more than 1 min to cut one jellyfish ring, and 3 h work by four people could not produce more than 500 rings. To increase productivity, we hired several highschool students, trained them and paid them 2 cents for each ring they cut. We also decided to buy jellyfish from local children, paying a penny per jellyfish. However, just when our operation was in full swing, the jellyfish suddenly vanished from the area. We therefore extracted only about 10 000 specimens of Aequorea in the summer of 1961.這段文字告訴我們,科學研究有時候講究的是細密的規劃與軍隊般的作息(去問施老師當年在Brookhaven做實驗的情形),而且隨時會出現人算不如天算的意外。
第二段其實比第一段先出現,但我覺得比較第一段更有意思,講的是在他如何面對在那之前所遇到的瓶頸:
I spent the next several days soul-searching, trying to imagine the reaction that might occur in luminescing jellyfish and searching for a way to extract the luminescent principle. I often meditated on the problem on a drifting rowing boat under clear summer skies. Friday Harbor in summer at that time was quiet and peaceful, quite different from the present-day, when it is saturated with busy pleasure boats and noisy seaplanes. Meditation afloat was safe but if I fell asleep the boat was carried away by the tide so that I had to row for a long time to get back to the laboratory.大家就自己去體會吧。
2008年10月14日 星期二
2009一月中旬~會很精彩
怎麼說呢?不是因為 1/25 是除夕,而是,接連著期末考後,有三個與我們相關的學術活動幾乎同時發生:生物系統中的非線性動力學(1/16~1/20)、物理年會(1/19~1/21)、動物行為暨生態研討會(1/21~1/22)。物理年會和動物行為研討會更有地利之便(分別在彰師大和東海大學舉辦),讓我這個灰姑娘媽媽,能夠在車子變南瓜前回到家。言下之意,就是沒有理由不參加!除了鼓勵各位去看看外,更鼓勵你們能在研討會上發表研究論文(可以由張貼海報開始),並學習/觀摩如何專業地呈現科學研究成果。
2008年9月29日 星期一
【第29屆昆蟲學會年會】開始報名
2008年9月23日 星期二
由新奇到心情:Scaling 與追思一位偉大的動物學家
在電腦前用腦的時間增加了,在休息的片刻,只消幾個鍵盤鍵、幾許滑鼠移動,注意力很容易就流轉到期刊的舊文...
經過暑假的 Scaling 讀書會(啊,只進行了三分之一本書,未來還要找時間完成它),和在新化時我跟各位分享的腳丫子大小,各位不難嗅出,紀老師是很喜歡比較的,尤其是生物體型大小這檔事!
Journal of Experimental Biology 在 2005 年的5月1日有一期關於 Scaling 的專刊 (Scaling Functions to Body Size: Theories and Facts):
此期封面的說明寫道:
The relationship between metabolic rate and body mass has been the topic of lively debate for over 150 years. Is there a universal scaling law that spans biological systems ranging in size from molecular units of the cells' metabolic machinery to trees and mammals? The contributions to this special issue reveal that, while there is still no consensus regarding the 'true' scaling exponent for this relationship, close collaboration between theoreticians and experimentalists will likely prove to be the key to future developments in the field of allometric scaling.
各位可以透過導讀和編輯的介紹,來一窺這個領域的面貌。
而在這個領域中,扮演重要角色的比較動物生理學家 Knut Schmidt-Nielsen,於 2007 年 1 月25日辭世,他的生平可從他的回憶錄 (The Camel's Nose: Memoirs of a Curious Scientist) 中窺見;而他的貢獻和影響,也絕非幾則追思文能訴盡。在 Duke 讀書的那幾年,有幸能親賭這位偉大科學家的風範;而座落在生物系旁名為 Scientist and Nature 的 1: 1 銅製雕塑,捕捉他與駱駝對望的景象,沒有尊卑之別,刻畫出動物學家與眾生命彼此好奇、相互對等的哲學觀。同時也令我思考著:我們該如何度量這樣一位科學家的貢獻,包含他帶給我們的視野-- 無窮無盡、綿遠流長?
謹於 Schmidt-Nielsen 教授 93 歲冥誕前夕,獻上無限追思與崇敬。
2008年9月21日 星期日
2008年9月18日 星期四
[文獻分享] 如何逃過地網?
剛才看到一篇文章,是報導去年生物物理研習營來訪學者之一 的 Gorb博士和他的同僚的研究。
故事是這樣的...
在南非,有一種植物,它們的表面有許多細毛,毛的末端帶有晶瑩剔透的液滴。事實上這些液滴帶有黏性,一旦小蟲被吸引而靠近,就會被沾黏上,好比自然界的捕蠅紙!黏液沾附體表後,受害者的拉扯使得黏液開始「牽絲」,當受害者越是掙扎,能量消耗越多,終至動彈不得。
但學者們發現,在這種植物上,居然能有昆蟲 (Pameridea roridulae) 來去自如,絲毫不受影響。牠們賴以維生的,便是被捕捉的小蟲子。問題是,牠們如何躲過植物的沾黏?
經過研究發現,原來 P. roridulae 的秘招在於:牠們的體表覆蓋的一層油狀的液體,破壞了黏液黏附的機制。當去除這層液體,牠們便一籌莫展了。
或許您也和我一樣疑惑:油狀的液體是如何破壞黏液的性質?這個在大自然中的發現,能夠如何幫助我們科技上的發展?
2008年9月16日 星期二
[文獻分享] 窸窣聲透露出的訊息
大家都知道,蝙蝠利用迴聲定位來找尋獵物。但研究發現,小生物(如昆蟲、蜘蛛等)在地表上活動時所發出的窸窣聲,透露出的訊息不只是「我是獵物」而已,還包含了自己的體型大小-- 而這對獵食者蝙蝠來說,是評估是否值得投資能量去捕食的依據。
開始對生物物理產生直覺的你,一定會猜到,獵物因活動所產生的聲音,不但受自身體型大小和運動方式影響,也跟介質的物理特性息息相關(如介質種類、潮濕程度等)。所以問題是,蝙蝠如何評估在不同物理環境中的獵物,是否是值得投資的「菜」?
看完 Inside JEB 對這篇文章的介紹之後,心裡產生兩個念頭:(1) 如果拍成 A 片(註:Animal Film),一定很棒!(2)不知道金庸筆下的青翼蝠王,是否也有這番功力?
所以,學生物物理除了可以從事研究外,還有機會成為導演、小說家、和像我這樣的半弔子影評人!
2008年8月31日 星期日
2008年8月20日 星期三
聰明的喜鵲
今天早上ICRT六點到七點的BBC新聞有一則很有趣的報導,說德國科學家最近研究發現,喜鵲十分聰明,知道出現在鏡子裡的身影是自己。到了學校之後,上網把相關文獻找了出來。這篇發表在PLoS Biology上的論文,在Supporting Information中附了九段影片,很有趣。此外,著名的靈長類學者de Waal為這篇論文寫了篇簡介,讓沒時間細讀原始論文的人可以很快地了解整個研究的重要性與相關背景。
這個研究測試的是喜鵲有沒有所謂的mirror self-recognition(MSR)的能力,方法是在喜鵲身上放個有色標記,看看如果它只能從鏡子裡看到這個標誌的話(例如,放在頸部),會不會試圖將身上的這個異物弄掉。能過通過這個測試的動物很少,目前為止只有人、黑猩猩、大猩猩、紅毛猩猩、瓶鼻海豚、亞洲象。連最近研究發現很聰明的灌叢鴉(scrub jay)都沒辦法通過這個測試,所以喜鵲有此能耐是很令人驚訝的。de Waal也大略地談到為什麼這個能力如此特殊,以及演化上這個能力可以帶來什麼好處。他的簡介只有1.5頁,很快就可以讀完,所以我就不多說了,各位自己去讀吧!
de Waal的文章中提到灌叢鴉的研究,是一對夫妻檔科學家Emery和Clayton的工作。去年Science有篇關於Clayton的特別報導,Current Biology也有篇專訪,是位蠻有意思的科學家。有空的話,也可以去讀讀。
2008年8月16日 星期六
假說簡史
「細胞內的理髮師」提到數理邏輯與邏輯詭論。會去玩這些東西的,哲學家、數學家、物理學家居多,生物學家就很少了。這是因為數學好到會覺得這些東西有趣的人,多半在學生時代就往數理那邊發展了;此外,大概因為那裏頭有些東西很像在玩文字遊戲,對解決生存適應的問題沒啥明顯而立即的幫助[註]。因此,談科學哲學的多半是數學家或物理學家,以及數理比較好、敢對科學品頭論足的哲學家。
最近一期的Cell有篇文章就是在談科學哲學,標題是 A brief history of the hypothesis。兩位作者Glass與Hall,分別任職於Novartis生物醫學研究所與哈佛大學哲學系。正因為談科學哲學的生物學家很少,這篇文章馬上就引起了我的興趣。
科學哲學的範圍很廣,無法在短短的四頁之中一一詳述;而這也不是作者的目的,他們只想談生物學家經常掛在嘴上的一個字眼:「假說」。他們從「假說」與「模型」之間的異同與混淆說起,然後回頭檢視「假說」的歷史,最後檢討「假說」在當代科學中的尷尬角色,據此論說科學家應該揚棄「假說」。雖說科學哲學的範圍很廣,無法一一詳述,但作者在回顧「假說」的歷史發展時,將四百年來影響科學哲學最重要的幾個人物與其主張講得非常清楚。
在讀大學時,有一陣子我對科學哲學很感興趣,花了些時間找材料來讀。後來實在是被那些艱澀難懂的文字弄得暈頭轉向(就算翻成中文,我也不見得會懂),興味索然,於是就放棄了。這篇文章完全沒有用到那些讓人不知所云的術語,讓我頗有相見恨晚的感覺。想對科學哲學有些認識的人,可以去讀這篇文章。
科學哲學很重要嗎?前面已經說過,科學哲學對解決生存適應的問題沒啥明顯而立即的幫助。很多做科學的人對科學哲學沒什麼認識,還不是活得好好的,也還能寫出一堆科學論文。費曼很討厭哲學,好像也不懂什麼科學哲學的,不也成就斐然嗎?
我想,即使費曼不扯什麼科學哲學的,但他其實很清楚相關議題,也知道該怎麼面對這些議題。直覺告訴他,什麼時候可以打破砂鍋問到底,什麼時候「於不疑處有疑」就只是在浪費時間而已。如果你沒有那樣的直覺,也許科學哲學可以幫點忙囉。
[註]這句話沒有任何歧視的意味。物理學家會覺得把DNA拉過一個小洞,然後從小洞旁感應到的訊號來讀出DNA序列是很棒的點子,值得花功夫去研究,看看能不能開發出解讀序列的新技術;生物學家則是不在乎所用的新技術跟什麼漂亮的理論或實驗有關,因為那不是他們的目的,他們在乎的多半是新技術是否比現有的技術更有效率、更便宜、更不會出錯。科學哲學家會爭論「在找到一百隻白天鵝之後,能不能斷言所有的天鵝都是白色的」或是「在看過越多白天鵝之後,下一隻天鵝會是黑色的機會是不是就越低」之類的問題(參見黑天鵝理論);而會在這類問題上打轉的生物學家恐怕不會太多。
2008年8月15日 星期五
2008年8月13日 星期三
攀爬樹冠層
昨天A片俱樂部的討論中,阮老師問到樹冠層生態研究的緣起和發展現況。很汗顏的,我一無所知。當時聯想到在書店瞄到的一本書,方才上網看了這本書的介紹,在推薦序中看到了亞熱帶生態學學會理事長金恆鑣寫的這段文字:
最早攀爬樹冠層的是英國人辛斯頓(R.W.G. Hingston),他在一九二九年的英屬圭亞那熱帶雨林靠長梯與滑車組攀上了樹。直到七○年代,科學家發展出「吊塔」、「樹冠平台」、「樹冠走道」、「氣船」等攀樹工具,人類才能一睹樹冠真面目。
吊塔設備是在塔頂裝置一個可三百六十度旋轉的鐵臂,臂上有一個可載人(多至八人)與儀器的纜車,纜車可在鐵臂上水平移動,也可往下垂懸,將研究者送到樹 冠層內各處。第一座吊塔於一九九○年建在巴拿馬的熱帶旱林,高四十二公尺,臂長五十二公尺;一九九五年建在美國西雅圖溫帶雨林的風河吊塔更高(七十五公 尺)、臂更長(八十五公尺)。日本在馬來西亞熱帶雨林內有三百公尺長、離地二十到四十公尺的繩索吊橋,是樹冠走道設計的佼佼者。因為設備昂貴,全世界只有 十座樹冠吊塔,從事樹冠層研究的學者更是屈指可數。普雷斯頓指出,等到彷彿蜘蛛人用的繩具發明後,人類才能踏入比吊塔更高處的樹冠層,進入這個研究禁地。
提供各位做參考。我們在A片中可能看過巴拿馬和馬來西亞的設備?
2008年8月1日 星期五
愛因斯坦與今西錦司
幾年前,我開始接觸到珍古德、de Waal等人所寫的科普書籍與文章。才沒讀多久,就注意到日本人在靈長類研究中的先驅地位。這讓我很驚訝,因為日本的靈長類研究早在二次世界大戰結束後沒多久,許多城市都還是一片廢墟的時候就起步了。更讓我驚訝的是,在名古屋做博士後的時候,雖然去過幾次附近的犬山市,卻從來沒有注意到或聽說過,犬山有個靈長類研究重鎮:京都大學靈長類研究所。後來讀松澤哲郎的《森林傳奇‧黑猩猩》更覺得當年(2000年)我竟然有辦法完全不知道「小愛」當了媽媽這件大事,還真是不簡單。
松澤哲郎在《森林傳奇‧黑猩猩》中曾經提到,對現代日本而言,絕大多數的學問都是在西方發展,然後引進日本的,唯讀靈長類學是在日本獨自發展,然後向全世界傳播出去的。他認為其中一個原因是,西方先進國家都沒有野生的猴子(所以伊索寓言、格林童話中都沒有猴子出現),而日本的野生猴子讓日本人對猴子很熟悉,許多民間故事都有猴子登場。這或許提供了客觀條件,但我總覺得除此之外,應該還有些其他的,取決於人的主觀因素在。
最近一期的Current Biology有篇松澤哲郎與McGrew合寫的文章,談的是日本靈長類研究的開山祖師今西錦司(Imanishi Kinji)與今年滿六十歲的日本靈長類學。文章的前半部回顧了今西錦司和日本靈長類研究的成長過程,後半部談的正是前面所說的,由人來決定的主觀條件。
松澤認為,今西錦司的成就源於江戶時期發展出來的武士道精神。日本的現代化是由一群具備武士道精神,並且熱切地向西方學習的年輕人所推動的(《福澤諭吉自傳》對於這些年輕人有詳細的描述)。1902年出生的今西錦司在1925年進入京都帝國大學時,日本已經(明治維新是從1868年開始的)非常地現代化與民主化了;在兩次世界大戰之間的1920年代相當平靜,社會上洋溢的是自由開放的氣息,大學校園亦然(松澤指的應該是所謂的大正民主時期)。今西在校園裡結識了後來也同樣成就斐然的西堀榮三郎以及桑原武夫,三個人的共同興趣是登山,都有探險家的精神,喜歡探索人跡未至的新天地。除了他們各自的專業領域之外,這三人在登山與極地探險上都留下了前無來者的紀錄。
愛因斯坦於1922年首度訪問日本,期間曾受邀到京都帝國大學演講,當時帶著愛因斯坦夫婦遊歷京都與奈良的導遊就是西堀榮三郎。松澤推測,這位物理學探險大師必定會深刻地影響年輕的西堀,而西堀也一定會和他的好友們分享他的興奮,所以今西、西堀、桑原這三個人的探險家精神很可能是源自於愛因斯坦的啟發。
松澤的推測到底對不對,因為這四人都已作古,所以真的是「死無對證」了。我不懂武士道(bushido),所以關於武士道如何具體地影響今西錦司,松澤沒說清楚的地方,我也想不通;但我相信,如果這三位年輕人所具備的是台灣許多大學生日夜焠鍊的bushiban(補習班)精神-把不知道多少人都解過的問題熟練到可以秒殺的地步-那他們絕對無法披荊斬棘地開出一片新天地。
