耳筒線自動打結之謎

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

每天早上,趕住返工,必定不會忘記帶住四寶:電話、銀包、鎖匙,還有耳筒。但耳筒永遠在這時候「扭計」,就似被無限條亂髮糾纏活埋。這是甚麼魔法? 不信邪的科學家一直嘗試找出打結的數理原因。

兩位物理學家 Dorian Raymer 與 Douglas Smith 証明打結耳筒的長度與受到的攪動 (agitation) 量有關。

其實方法很原始,「攪攪震」:將不同長度的耳筒線在容器內攪動,經過 3415 次統計結果,發現 46 cm 以下的耳筒線,基本上無法出現「繞埋一舊」的情況;而長度一達 46-150 cm ,繞住的機率就由零急升至四成多,但當超過這個長度範圍,機率則維持在約 50%。因為盛載耳筒的盒子已再無空間讓線隨處竄動。

耳筒長度一旦在46 -150 cm 以內的話,纏在一起的機率就會由近乎 0% 暴升至約 50% ,而再長的耳筒,「糾纏機率」則不會再有大分別。

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

現時 Apple 與 Samsung 兩大智能手機品牌的耳筒分別是 139 cm 與 123 cm 長,長度正正是賓驗打結重災區。不過,兩位學者並無計算左右兩邊耳筒的分叉,實際的打結機會,你我都知不會只是五成。

而下圖,則是實驗的概覽圖,話你知耳筒如何開始自捆——真的猶如魔術一樣,一頭攝入線堆中,結果就變成令人煩厭的 “First World Problem" 。不過,肯定的是,再因你袋中凌亂的耳筒線而遭斥示,你大安旨意說這是扭結理論 (Knot Theory) 的問題,並非個人整潔問題。

糾纏活埋示意圖

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

Credit: Dorian M. Raymer and Douglas E. Smith / PNAS

扭結理論考慮的扭結 (knot) 由一個繩圈形成。數學家已經花了超過一世紀的時間,去尋找有系統的方法,從線堆中找出活結。這亦是扭結理論的一個中心問題。此外,兩個表面上看起來不一樣的結是否相等這個問題,也是他們有興趣想解開的謎。這個問題看似無聊,又不會改變地球公轉,或者太陽軌跡,更不會令香港早點有民主,但 why so serious?

忽然想做些「有建設性」的事。今天就學打水手結吧,雖然我連鞋帶還未打得好:

(原刊於主場新聞 2014-6-27)

就快絕跡的美味 — 藍鰭吞拿魚

 

via Dennis Tang / Flickr

via Dennis Tang / Flickr

靠山吃山,靠水吃水,是古老智慧。隨著科技發展,我們可以吃到世界各地的珍饈百味,但不知不覺間,吃得過多,虛耗地球資源。過度捕魚、污染加上氣候轉變,已令海洋生態劇變。港人愛吃的藍鰭吞拿魚,是其中一種被人類過度消耗的海產。

聯合國糧食及農業組織的數字,我們所攝取的動物蛋白,有 17% 來自魚產,而島嶼、發展中地區以及亞洲的攝取比例更高達一半。因為魚類含基本營養、維他命以及 Omega-3 脂肪酸,是其中一種重要糧食來源。但人均食用的魚類則從 20 世纪 60 年代的 10 公斤升到 2012 年的 19 公斤以上,加劇了海洋危機。當中藍鰭吞拿魚比五十年代,已暴跌 96% !

藍鰭吞拿魚的三個品種:南方藍鰭、大西洋藍鰭和太平洋藍鰭,前兩者早已列為瀕危級別,在野外絕種邊緣。後者卻一直沒有得到太多的注視——因為直到 1999 年才正式訂為獨立的品種。而太平洋藍鰭吞拿魚是迴游性動物,一生都會在太平洋不同的海岸渡過,所以在不同年齡不同地區如中日韓、墨西哥、美國西岸等都被捕獲。

 

Credit: Pew Environment Group

Credit: Pew Environment Group

現時,約 80% 的太平洋藍鰭都會成為美味的日本壽司,一尾太平洋藍鰭在日本築地市場動輒可賣幾十萬港元;墨西哥近這十數年也「急起直追」,捕捉藍鰭售到亞洲,以圖謀利。而牠們絕大部份都在 2 歲以下被捉⋯⋯

 

1952 至 2012 年每年各國捕獲藍鰭吞拿魚數量 Credit: 國際北太平洋鮪魚科學委員會

1952 至 2012 年每年各國捕獲藍鰭吞拿魚數量 Credit: 國際北太平洋鮪魚科學委員會

 

1952 至 2012 年每年捕獲的太平洋藍鰭吞拿魚歲數 Credit: 國際北太平洋鮪魚科學委員會

1952 至 2012 年每年捕獲的太平洋藍鰭吞拿魚歲數 Credit: 國際北太平洋鮪魚科學委員會

全球 10-12% 人口是以捕魚業維生,完全禁漁不設實際。不過,有証據顯示,只要有嚴厲的禁捕措施,限制漁民捕捉藍鰭吞拿魚的數量,已對生態有很大幫助。大西洋鮪類保育委員會 (ICCAT) 亦在過去幾年,將捕魚配額縮減,並立法嚴徵非法捕魚船。而據 2012 年的數字,東大西洋與地中海的藍鰭吞拿魚數量輕微回升。

另一個有效保育的方法,就是教導漁民捕捉成年的藍鰭吞拿魚,讓年幼魚苗有時間成長,能交配產出下一代。長遠來說,漁獲量將會反彈,漁民生計因此受惠。

當然,人總是犯賤的。我們會為了短暫利益,無視生態的可持續性,繼續「今朝有酒今朝醉,明日愁來明日愁」,或許真要藍鰭絕了種,我們才會悔不當初,要留住牠們的肥美。

延伸閱讀:

鑲金的藍鰭吞拿魚

數字、報告來源:

Stock Assessment of Pacific Bluefin Tuna 2014, ISC

The Story of Pacific Bluefin Tuna, The Pew Environment Group

(原刊於主場新聞 2014-6-18)

懷胎激素與自閉症

via photo.funfus.com

via photo.funfus.com

從《家長反疫苗,請對得住下一代》一文,看到不少主場讀者關心小朋友「意外」患上自閉症這議題。首先,筆者要再次強調,科學不是信仰,必須服膺於證據,沒有不能被推翻的科學理論。希望家長和小肥波一樣,不盲信任何理論。

既然疫苖和自閉症沒有直接的關連,不如認識自閉症的真正成因。上星期英國自閉症專家 Simon Baron-Cohen 新鮮出爐公布,胚胎在母體成長時接觸到較高男性荷爾蒙的話,嬰孩長大後較易患上自閉症,這和疫苗沒關係。

研究從丹麥一「生物銀行 (Biobank) 」,收集到 19,500 個羊水 (amniotic fluid) 樣本,經分析與追蹤後,有 128 個男嬰確診患自閉症。而這批自閉兒童的羊水樣本中,睪丸素 (testosterone) 等的四種類固醇荷爾蒙,以及皮質醇 (cortisol) 的水平,平均比正常兒童為高。正常的男性胚胎在子宮生長時,所產生的睪丸素,是女性胚胎的兩倍。發現同時也解釋到為何男童比女孩患自閉症比率高 4 至 5 倍。

研究是首個直接証據,証明自閉症與胎兒類固醇生成活動有關係(不代表是因果)。至於為何某些胚胎製造高水平的類固醇荷爾蒙,是否源自母親壓力、飲食,暫時我們不得而知,也未知是否有其他病理因素影響嬰孩患上自閉症。

可抑制類固醇荷爾蒙嗎?

既然,較高男性荷爾蒙有機會令孩子患自閉症風險增加,那就直接用藥停止分泌吧?非也!要知道,睪丸素對於胚胎的腦部發展非常重要,能影響基因蛋白的表現,抑制其分泌,會對嬰孩造成永久損害。

另外,研究並非旨在要孕婦以羊膜刺穿技術 (amniocentesis) 來預測胚胎會否患上自閉症,畢竟,研究顯示產生高男性荷爾蒙的胚胎,不等於一定會患病;相反,低荷爾蒙胚胎也有「中招」機會。即使能預測,以人為方式去除「能力較低下」或不被廣泛社會接受的個體,也會牽涉道德、人權問題。

筆者未做人父母,無法感受對子女健康有問題的切膚之痛,但面對証據,倒是能理性分析,然後為自己與身邊的人作出抉擇。希望家長能以此為鑑。

(原刊於主場新聞 2014-6-11)

家長反疫苗,請對得住下一代

英國漫畫家 James Gillray 曾在 1802 年的漫畫中,譏笑發現及推廣牛痘疫苗的 Edward Jenner ,以為種過牛痘疫苗的人們會長出牛角、牛毛。事實是牛痘疫苗的確滅了天花。

英國漫畫家 James Gillray 曾在 1802 年的漫畫中,譏笑發現及推廣牛痘疫苗的 Edward Jenner ,以為種過牛痘疫苗的人們會長出牛角、牛毛。事實是牛痘疫苗的確滅了天花。

因為英國學者 Andrew Wakefield 的一份造假論文,反疫苗浪潮就似不受控的野火,在全球蔓延。即使,該論文最終因揭發造假被撒回(當中故事詳看文後的延伸閱讀),到今天,部份人仍然選擇相信,疫苗危害孩童的健康,甚至繼續將這些謠言瘋傳,唯恐天下不亂。

最新的綜合報告,再次提醒家長,沒有証據顯示自閉症與疫苗有關。該份報告集結多個研究,追蹤超過 126 萬名兒童,結論是:

  • 接種疫苗與患自閉症沒有任何關係
  • 有接種疫苗和患泛自閉症障礙 (Autism Spectrum Disorder) 沒有任何關係
  • 患自閉症和接種 MMR 疫苗(即預防麻疹、腮腺炎、風疹的三合一疫苗)沒有關係

報告亦提及水銀與自閉症無關。因為含水銀的硫柳汞 (Thiomersal) 也曾被質疑是誘發自閉症的源頭,更由於民眾無名的疑慮,逼使美國疾病控制與預防中心、食物及藥物管理局與國家健康署,於 1999 年發表聯合聲明,要求藥廠停止使用硫柳汞作為兒童疫苗防腐、防菌之用。不過,聲明強調根本無足夠証據証明硫柳汞與自閉症有關;世衛以及美國有關當局此後一直跟進問題,依然找不出實質要停用的理由。現時,美國已在絕大部份疫苗中停用硫柳汞,自閉症的小朋友卻一直在增加,反疫苗人士也選擇性失明。

有些人因為免疫缺憾 (immune deficient) 或因對疫苗成份敏感而不能接種疫苗,毫無選擇下,才以群體免疫 (herd immunity) 避免感染;選擇不為孩子接種疫苗的家長,不單是對自己的孩子不負責任,更危害別家孩子的健康。

至於他們為何「相信」疫苗有害,很大程度是來自途聽途說的偽科學,又或是誤信另類療法「醫師」的讒言。更甚的,有些所謂醫師,其實只為騙財⋯⋯

“It takes years to build up trust, and only seconds to destroy it." 世間上最可怕的不是什麼超級病毒,而是無知二字。 1796 年,英國醫生 Edward Jenner 研發接種牛痘,以對抗天花,當時的人曾誤以為種過牛痘疫苗的人們會長出牛角、牛毛。其撲滅天花的實際作用,大家現在有目共賭。

小朋友因為沒有接種麻疹疫苗,滿臉滿身斑痕;因沒有預防小兒麻痺成為瘸子,一拐一拐的行完下半生⋯⋯反疫苗的家長請撫心自問,你們想看到這些情況嗎?的確,疫苗並非 100% 安全,也不是要讀者們完全相信小肥波。針,打或不打,完全是你自己的決定,但好心做壞事,始終你害的還是孩子的將來。

延伸閱讀:

疫苗與自閉症(一)

疫苗與自閉症(二)

疫苗與自閉症(三)

(原刊於主場新聞 2014-5-28)

童年回憶,其實沒有那麼多

via photobucket

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「仲記唔記得,初初返學,嗌生嗌死要返歸,嚇到攋尿嗎?」媽說。

好像有點印象,但卻又很模糊,有一刻甚至認為,我邊會咁樣衰攋尿,你講大話!

忘記童年發生的事其實很正常,神經學家叫這種情況為童年失憶症 (Infantile amnesia) 。不過,點解失億,並非因為年代已久,是關乎腦部的神經生成 (Neurogensis)

神經生成是指腦部長出新的神經元 (Neuron) ,人類的嬰孩階段,生成最為發達,而成年後,腦部只有兩個位置能製造神經元:海馬體齒狀回 (Dentate Gyrus) 以及室管膜下區 (Subventricular Zone) 。而海馬體是大腦將經歷過的事件轉化成情景記憶的地方;新的神經元會為連接神經網絡,「逼走」原有神經元,使你忘記舊記憶。

研究

為了証明神經生成對情景記憶的影響,加拿大學者 Paul Frankland 以三種不同的齧齒目動物——老鼠、天竺鼠、八齒鼠作研究對象。前者與人類一樣,年幼階段的神經生成較多,後兩者的年幼期,腦部已發展健全,較少神經生成。研究員以六星期時間,訓練牠們,令其恐懼腳下的觸電感。然後安排不同的測試。

老鼠

由於有証據顯示,跑步可加快神經生成,一組的成年老鼠容許在跑輪跑步,另一組的跑輪則被鎖上。七天之後,有跑步的老鼠明顯忘記獨電感。至於年幼老鼠,部份被餵食藥物減低神經生成的速度,牠們則比同齡的正常老鼠更害怕留在籠內。

天竺鼠、八齒鼠

正如前文所說,兩者的腦部,在年幼期已發展健全,較少神經生成,保留的記憶相對較長。研究員給一組年幼的天竺鼠與八齒鼠服食增強神經生成的藥物,讓牠們忘記觸電恐懼。結果,牠們較不怕觸電感。

Paul 的團隊結論認為愈多的神經生成,年幼時期的記憶就愈模糊。既然如此,我們又可否為了保住兒時回憶,而人工減低神經生成?專家的答案:絕不建議。原來神經生成有助治療抑鬱症狀,大部份的抑鬱病人都希望忘記過去,有創傷後遺症的兒童亦如是,以免影響其人生,所以未來醫治抑鬱症的大方向,將是以藥物,加快病人的神經生成。

說到這裡,無圖無真相。筆者仍然相信自己無攋過尿!

延伸閱讀:

Akers, K.G., Martinez-Canabal, A., Frankland, P.W. & et al. (2014). Hippocampal Neurogensis Regulates Forgetting During Adulthood and infancy. Science 9 May 2014: 344 (6184), 598-602. DOI:10.1126/science.1248903

(原刊於主場新聞 2014-5-24)

人類會及時醒覺嗎?

 

2012 年颶風桑迪吹襲過後造成嚴重水浸,圖為新澤西地區情況 via accarrino / flickr

2012 年颶風桑迪吹襲過後造成嚴重水浸,圖為新澤西地區情況
via accarrino / flickr

為雨季揭開序幕的,是自上周開始的不尋常暴雨,相信大家也碰到了各種不便。毫無疑問,氣候轉變帶來的影響,將會愈演愈烈。可是,在美國——全球人均溫室氣體排放最多(整體排放已被中國追過)的國家,仍有一半的共和黨人不信有實質証據,最近自稱已準備好做統總的共和黨參議員 Marco Rubio 和 97% 氣候學者唱反調,說「不信那些科學所講的人類活動造成氣侯巨變」。

與其痛斥懷疑論者,不如說不少人知道氣候問題的存在,卻認為「今朝有酒今朝醉」,將之留給後代處理的不負責任態度。 IPCC 過去兩個月 [1][2] 發表的全球評估報告 AR5 指,氣候變化的影響,無人可以倖免,要維持在較安全的現代總升溫 2°C 幅度之內,現在必須立刻行動。上周二,白宮公布國家氣候評估報告 (national climate assessment ,下稱 NCA ) ,是 AR5 的美國版,分區評估氣候變化已經及將會帶來的衝擊。

過去 22 年 (1991-2012) ,美國絕大部份的地區都比 1901-1960年的平均為高(阿拉斯加與夏威夷只計 1951-1980 年),千禧年後的氣溫升幅更是前所未見。 Figure source: NOAA NCDC / CICS-NC via US Global Change Research Program

過去 22 年 (1991-2012) ,美國絕大部份的地區都比 1901-1960年的平均為高(阿拉斯加與夏威夷只計 1951-1980 年),千禧年後的氣溫升幅更是前所未見。
Figure source: NOAA NCDC / CICS-NC via US Global Change Research Program

過去 22 年 (1991-2012) ,美國絕大部份的地區都比 1901-1960年的平均為高(阿拉斯加與夏威夷只計 1951-1980 年),千禧年後的氣溫升幅更是前所未見。

Figure source: NOAA NCDC / CICS-NC via US Global Change Research Program

NCA 指,過去一個世紀,美國本土大部份地區經已上升約 1°C ,假如溫室氣體的排放速度持續急速增長,本世紀前美國將升溫約 5.6°C 。乾旱地區愈乾,濕潤地區愈濕;夏天將會更長更熱、冬天變短變暖。生活因此變得痛苦:季節性敏感加重,病發時間加長,就連後園的花草雀鳥種類也變得貧乏。

普通人或會覺得冰川融化離他們很遠,不如說點切身的:氣候轉變引起愈加頻繁的暴雨,導致的水災也隨之越來越嚴重。因為暖化造成更多水份從海中蒸發,而大氣層變暖亦增強了水氣凝結能力。單是美國東北部的暴雨佔降雨量比例,在過去半世紀便暴升 71% 。此外,我們過度的用水,亦增加個別乾旱地區資源的爭奪,情況就像大陸客盲搶奶粉、益力多一樣。

或許,有人認為,全球暖化還未影響自己,遲些再算。 NCA 又或 IPCC 的報告宗旨就是讓民眾知道,氣候轉變已經在你我身邊。 NCA 更提醒人們,不要預期暖化的速度,在美國各地是一致。這句話自然也適用於全球各地。正所謂孤掌難鳴,沒有全球性的氣候法例,只靠個別地方自行採取方法減排,實質作用有限。美國雖已與中國展開深入談判,問題是手握實權的政客。美國共和黨議員在議會上否認「氣候變化是事實」屢見不鮮,英國也曾有環境高官稱升溫令少些英國人冷死云云

某些地區確實會因氣候變更而獲得短暫利益,農作物生長期增長,某些寸草不生的嚴寒地方也可種菜來。但轉趨暖和的天氣,已令加州、日本中部等地的車厘子難以種植。長遠來說,極端以及異常的天氣,絕不會對人類以至其他生物的生活有利。我們可以選擇現在忍痛減排,代價較低,又或是生活如常,未來活於水深火熱的惡劣環境。 Make your choice.

延伸閱讀:

Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability – IPCC

Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change – IPCC

(原刊於主場新聞 2014-5-13)

中國式良好空氣

故宮的藍天,其實暗藏殺機。

故宮的藍天,其實暗藏殺機。

北京,作為全國其中一個重要的金融中心,近這幾年卻嚇到不少外商撒出,亦面對人材流失,實在丟臉。無他,只因空氣質素奇差。小肥波月初與友人到北京玩樂(命)三天,大部份時間都看到藍天,可是,這不代表空氣清新。友人三天都不停打噴嚏;每天早晚大塞車,前路一片灰茫茫……。

回港後,翻查資料發現,原來河北的邢台以 PM2.5 年均值達 155.2 μg/m3 ,成為去年中國最污染城市,而北京「只」錄得 90.1 μg/m3 ,十甲不入。讀者未必對數字有概念,讓筆者換個方法說:對比世衛的安全標準 10 μg/m3,邢台的數值超標 15 倍有多、北京也超標 9 倍;美國作為另一大污染排放國家,最污染城市加州 Bakersfield ,超標不到一倍。筆者不禁對著數字問:究竟大陸人點生存?

而中國污染物最大來源是煤電廠。中國是現時全世界最大的煤電用家,佔全球一半用量。內地雖逐步以天然氣取代煤電,但我們不應忘記,天然氣也是化石燃料,製造的污染仍然不少。長遠而言,必須轉用更環保的再生能源,才能將局面扭轉。

2013 年中美 PM 2.5 值全年十大城市比較,注意中國「最污染」的邢台是世衛標準的15倍有多,真想知那裡的市民怎能忍受這樣惡毒的空氣。(數字來自綠色和平、中國環境保護部、美國肺協、世衛)

2013 年中美 PM 2.5 值全年十大城市比較,注意中國「最污染」的邢台是世衛標準的15倍有多,真想知那裡的市民怎能忍受這樣惡毒的空氣。(數字來自綠色和平、中國環境保護部、美國肺協、世衛)

我們再看下圖各國的空氣質量評估,綠色是良好、黃色為尚可接受,紅色自然是危險水平。中國所謂的良好空氣 (35 至 75μg/m3 ) ,在歐美經已分別是高度污染與對某部份人士不健康。可見,中國的空氣標準根本沒有與世界接軌,有良好空氣根本是自欺欺人。

注:顏色為筆者作區分之用,非各國官方使用之顏色指標。

注:顏色為筆者作區分之用,非各國官方使用之顏色指標。

有人或會質疑這是以別家的尺子量度中國的空氣,危言聳聽。問題卻是,空氣無分你我,空氣污染是中國最急切要解決的問題,我們在這議題上面,不能以「各人自掃門前雪,莫管他家瓦上霜」的心態對待,因為拯救的不只是內地的人與經濟,而是為世上的每一位。畢竟,中國實在 “too big to fail" 。

延伸閱讀:

霧霾 — 鏗鏘集

(原刊於主場新聞 2014-4-29)