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【原來作物有故事】天然橡膠 影響近現代中國命運

製作天然橡膠要先收集橡膠樹的乳汁。
圖片來源:Wiki

生活中的橡膠

有一種東西,每天都會用到,但是用的人卻沒感覺,它是什麼?

答案是:橡膠!在我們的生活裡少不了橡膠,不管你是騎單車、坐公車還是轎車,這些交通工具的輪胎都是橡膠作的。能想像沒有橡膠輪子的交通工具嗎?

對我們這麼重要的橡膠,來自於巴西橡膠樹的乳汁。橡膠樹原產於南美洲的亞馬遜雨林,當我們割破它的樹皮時,乳汁便湧出,等它凝結後就是天然橡膠了。

中美洲的原住民們很早就懂得使用橡膠。他們會用橡膠製作皮球、舉辦足球賽。不過,因為當時沒有製作空心橡膠球的技術,那時候的皮球大概有四公斤重喔!馬雅人熱愛足球,每個村落都有足球隊,經常舉辦比賽。當時足球的規定與現在不大一樣,雖然叫足球,但是只能以手肘拐、用腰挺擊、抬起膝蓋,可不能用腳踢喔!遇到重大節日或慶典時,一定會舉辦足球賽,失敗的隊伍隊長就要獻出生命,以頭顱來祭祀神靈。

除了足球,當地的原住民也會用橡膠製作雨衣和雨鞋,但是天然橡膠很容易氧化,大概一兩天就分解了;直到1839年美國固特異發明了硫化法,橡膠才變得堅固耐用。固特異雖然發明了硫化法,卻因為不懂得申請專利,並沒有得到利益;後代的人為了紀念他的貢獻,將輪胎公司以他的名字命名。

在還沒有橡膠輪胎之前,我們的輪胎是以木頭包著鐵製作的,一點也不吸震,使當時的人一講到要出門旅行就害怕。等到橡膠輪胎發明了以後,早期還是實心的,吸震力雖然比木頭輪胎好,但要到1888年,愛爾蘭的登祿普發明充氣輪胎以後,真正吸震力強的輪胎才出現。充氣輪胎大大的增加了旅行的舒適度,從此大家就不會那麼害怕旅行了。

橡膠樹的乳膠是白的,為什麼輪胎是黑的呢?原來是因為英國的橡膠公司Silvertown的馬達技師,為了方便識別不同種類的輪胎,在橡膠中加入碳粉,沒想到竟使輪胎的耐磨耗性提升十倍以上。從此以後,輪胎就變成黑的囉!

橡膠如何進入人類歷史

地理大發現以後,歐洲人發現了橡膠;在硫化法發明之後,橡膠的重要性便直線上昇。等到1908年福特T型車的量產,更使得橡膠工業欣欣向榮。當時只要宣稱自己要開設橡膠公司,民眾就會蜂擁而上認購股票,這股橡膠熱甚至還燒到當時的中國呢!當時世界上有三分之一的橡膠公司開在上海,而中國的民間總計投資了一半的國家年收入在橡膠上。不幸的是,由於英國已經在十九世紀末取得橡膠樹的種源,並發展出種植的方法,大量在新加坡與馬來西亞種植,等到1910年馬來西亞開始大量生產橡膠以後,全球橡膠價格立刻崩盤,投資人也血本無歸了!

由於中國投資在橡膠上的資金,有一部份是來自於挪用民間投資鐵路的公款,為了善後,清政府請了盛宣懷來處理,但因為四川的民眾無法同意政府的條件,引發了「保路運動」,造成一連串的動亂與鎮壓,而中華民國就在這一片動亂中誕生了。由於馬來西亞出產的橡膠很多,橡膠的價格在這次崩盤後,便一直都維持在低廉的價格;加上兩次世界大戰刺激了人造橡膠的發明,也讓天然橡膠的價格再也無法再回到二十世紀初的高價了。

英國政府為了在馬來西亞種植橡膠,便允許由中國招聘來開採錫礦的契約工留在馬來西亞。這些華人在當地安家落戶,成了現在馬來西亞的第二大族群;而被偷走種源的巴西,從此橡膠業大幅衰退,由市佔率98%降到5%,當年長著野生橡膠樹的雨林,如今大多改為畜牧用途了。

小小的橡膠,影響了中國、馬來西亞與巴西三個國家,真的也很神奇呢!


(本文編輯後刊登於2017.1.17國語日報科學版)
圖片來源:國語日報科學版

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

花蓮的夏天總是不缺「巴吉魯」,不只市場裡有賣、有些人家的院子裡就有麵包樹。在地的朋友說,成熟的果實削皮切塊加點小魚乾煮湯很好喝,長不大的果實(雄花花序)用來燃燒驅蚊,據說比蚊香還有效。

麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

達悟族較少食用麵包果,倒是台灣東部的阿美族與太魯閣族經常拿麵包果來吃;不過太平洋群島上最常見的吃法應該是將麵包果放在鋪了葉片的坑洞內發酵成可以放二、三年的「果醬」。由於太平洋群島夏季常有颱風,這些「果醬」對各地原住民們是颱風後很重要的緊急糧食。既然麵包樹這麼重要,「南島語族」(包括台灣的原住民)不論坐船到哪裡,總是帶著麵包樹的種子。所以,麵包樹在太平洋各群島上是常見的風景。

第一個看到麵包樹的歐洲人應該是十六世紀末到十七世紀初的葡萄牙航海家佩得羅‧費爾南德斯‧德‧基羅斯。比他晚將近一百年的英國航海家威廉‧丹皮爾船長,他提到麵包樹的果實可以烤來吃。

到了十八世紀,麵包樹突然搖身一變成了「神奇糧食」。到底發生了什麼事呢?原來在1769年與庫克船長乘「奮進號」的英國植物學家班克斯爵士在大溪地看到了麵包樹,因為麵包樹的果實約有四分之一為澱粉、在熱帶地區又長得很好,使班克斯認為麵包樹可能是解決英國在牙買加殖民地奴隸營養問題的解答。於是在1787年,英國皇家科學院派遣邦迪號前往大溪地收集麵包樹帶到加勒比海群島種植。為了這個目的,船上還有一位隨船的植物學家大衛‧尼爾森。

原訂於8月16日出發的邦迪號,因為一連串的延遲,最後終於到了大溪地、收集了足夠數量的麵包樹以後,卻在因為船長布萊一路…

通風報信的植物

植物受傷時會有什麼反應?過去的研究讓我們瞭解,當植物被攻擊(受到病原菌感染、受傷)時,會釋放出揮發性有機物質(VOCs,Volatile Organic Compounds),讓自己以及附近的植物啟動防禦機制。這個作用有點像古代的烽火臺,當敵人來襲就燒起狼煙,附近的人看到狼煙就知道這裡出事了,要加強戒備。

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康納(Connor Sweeney)和他在德拉瓦大學的指導教授,最近發現:不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢!

康納是德拉瓦州(Delaware)的高中生。他因為對科學有興趣,寫了e-mail給德拉瓦大學(University of Delaware)的白斯教授(Harsh Bais),表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候,康納高興得不得了。

於是他就開始了他的實驗室生活:下課後、週末以及暑假,康納都在白斯老師的實驗室裡種阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)。雖然他也是高中的游泳校隊,但他盡可能地投入時間作實驗。

成果是豐碩的。兩年後,康納在白斯教授的指導下,解出了植物接到鄰居的「狼煙」以後,接下來做了什麼;他們的成果發表在2017年的「植物科學前鋒」(Frontier in Plant Science)期刊上。

以一個高中生來說,這可是個非同小可的成就;康納不只是付出了許多努力,他也細心觀察每一個實驗。因為他夠細心,所以才沒有錯失了重要的發現。

這個重要的發現是什麼呢?有一天他如常地進行實驗:把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口,準備明天觀察它的反應。不同的是,這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。

第二天他看到了令他不敢相信的結果:旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。

於是他們做了更多測試。他們發現:旁邊有受傷的伙伴的小芥們,主根生長的速度大約…