臭氧洞(Ozone)-下
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

臭氧洞的影響：
也許有人認為臭氧破洞只發生在南極地區跟其他地區沒有關係，可是西元1999年10月美國航空總署衛星影像圖顯示，澳洲上空南方出現第二個臭氧層破洞，玻利維亞的的喀喀湖上方也被偵測到一個小臭氧層破洞，依美國航空總署於1994年偵測資料顯示，臭氧洞的面積由1985年的約1300萬平方公里到1994年已經擴大了2300萬平方公里，相信今天所擴大的範圍絕對不僅於此而已。

世界各地大氣中臭氧都已日漸稀薄，臭氧層在整個大氣層中雖然只是薄薄的一層，但卻保障了地球上的萬物，沒有了它，紫外線毫無忌憚地照射地表，對人體與自然生態都將產生極大的危害。

科學家分析，若臭氧層濃度減少10％，皮膚癌發生率升高26％，全世界亦將有160~175萬名新白內障患者；輻射增加，浮游生物勢必存活在水面下更深之處，光合作用將降低6~12％，浮游生物的存活量也將隨之減少。一旦食物鏈的最底層的浮游生物減少，勢必牽動整個食物鏈，生態系的牽動將造成浩劫。

1987年，在聯合國主導下，由24個國家成立了「蒙特婁協定」，但各國意見紛紜，成效不彰。

1992年聯合國環境規劃署(UNEP)專家經電腦估算，除非將CFCs減產85%，否則禍在眼前。

由於問題實在太嚴重，才經由74個國家簽訂「蒙特婁修正協定」，限制了CFCs及四氯甲烷的生產，目前均在嚴格有效的管控中。 Continue reading →

臭氧洞(Ozone)-中
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

氟利昂(Freon)因穩定性高，不自燃、不助燃也不易起化學變化，以及對人體傷害較小等優點，普遍使用於各種工業及日常生活用品。其中又以CFC-11(CCl₃F)、CFC-l2 (CCl₂F₂)及CFC-113(C₂Cl₃F₃)三種原料佔最大使用量，使用範圍包括：發泡劑、冷  媒、清洗劑、噴霧劑等。

Freon自l970年開始大量生產及使用，1986年全球消費量達113萬公噸，其中約有70%的量，會排放至大氣中。

氯氟碳化物化學性質相當穩定，生命期更長達數十年至百年之久，因此會在大氣中不斷累積，要上升到平流層才會因受到紫外線的照射而分解，此時其中所含的氯會被釋放出來，與臭氧反應，而使臭氧分解消失。一個氯原子在失去活性以前，足以破壞一萬個臭氧分子，因此對臭氧層造成莫大的威脅。

自1978年開始的十年內，全球各緯度平流層的臭氧含量降低約1.2%至10%不等，南極上空更是臭氧被破壞最嚴重的地區，甚至在春季期間更會出現所謂的「臭氧洞」，面積可達到和英國面積一樣大小。

但CFCs主要是由北半球工業國家所排出，北半球大氣中的濃度也確實高於南半球，但為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在北極呢？顯然跟南極特殊的地理環境跟氣候狀況有密切關聯。

冬季在極區上空的平流層形成渦旋阻斷了空氣的交換，造成極低溫狀態(低於-80℃)，這種極低溫將有助於極性冰晶雲的產生。 Continue reading →

臭氧洞(Ozone)-上
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
   
何為臭氧？
臭氧(O₃)是一種具有刺激性氣味的不燃性氣體，其實它的味道並非很臭，而是有如收割稻草時的獨特氣味，西元1785年時，德國人Van Marum在雷雨後的清新空氣中，所含的草鮮味而發現了臭氧的存在，直至1840年才由Schonbein，以希臘字”OZONE”為之命名，重量約為空氣的1.5~1.7倍。

臭氧層的出現及意義：
太陽紫外線可以提供能量，分解大氣中的氧分子(O₂)形成氧原子(O)，而游離的氧原子又有可能再與另一氧分子結合，就會合成臭氧(O₃)，臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失，不斷反覆的生成和消失，使得大氣中的臭氧含量維持在一定的均衡狀態。

實際上大氣中臭氧的總含量並不多，只有0.01~0.04ppm，而且在各地的分布並不均勻，約有90%的臭氧存在於平流層(Stratosphere)的較低層，即離地面20到30公里處，此區被稱為「臭氧層」(Ozone Layer)。

臭氧層可以吸收太陽光中大部分的紫外線，屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害，加上其具有極強淨化殺菌之作用，可使得自然界中的細菌黴菌，無法過度繁殖因而保持平衡狀態，所以這一層雖然極薄，但卻對於地球上的生命非常重要。 Continue reading →

湖泊優養化 (Lake Eutrophication)
桃園縣立幸福國中自然與生活科技領域陳美如老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

優養化（eutrophication）源於希臘字（eu＝well, trophic＝to feed），是生態系中營養成分濃度過高，導致生態系基礎生產力增加的一種現象。基礎生產力的增加可增加魚獲量，但不一定是件好事，它往往導致生態失衡，嚴重時降低物種多樣性，甚至使生態系缺氧、產生毒素，生物大量死亡，最後湖泊呈現一片死寂。

湖泊的優養化常常是大自然中湖泊緩慢老化的一個過程，湖泊的老化是因為河川、大氣帶來的物質，或湖泊本身沉積物增加，水質與水中生物組成改變，最後湖泊可能完全變成一個草澤或陸地；但在現代，人為的汙染卻明顯加速其進程，且負面影響遠遠超過自然的演進。

湖泊依照其優養化的程度，可分為貧養(Oligotrophic)、中養(Mesotrophic)和優養(Eutrophic)三種狀態。典型的貧養湖一般比較深，水溫較低，水中限制生長速度的營養物(limiting nutrients)如氮、磷含量少，水質清澈，顏色由藍色至綠色，湖岸由岩石或砂組成，水中浮游生物數量稀少，水生植物少，全年水中溶氧量豐富，底質厭氧性生物稀少；而優養湖一般較淺，底質軟泥較多、較髒，水中營養物質含量高，浮游藻類(phytoplankton)與藍綠菌(cyanobacteria)繁生，常造成藻華(algal bloom)的現象，水質透光度較差，顏色由綠色、黃色至褐色皆有可能，夏季水體底部呈現缺氧狀態；而中養湖狀態則介於貧養湖與優養湖之間。 Continue reading →

寂靜的春天(Silent Spring)之二-下
國立嘉義高級商業職業學校生物科裘文馥老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

（二）生物放大效應（biological magnification）
生物自環境中攝取養分及水分，同時有一些有毒物質會隨之進入生物體內。有的毒物可被代謝而排泄出來，有的則會堆積在特定的組織內，尤其是脂肪組織。這些會累積的毒物，包括像DDT、聚氯二酚（polychlorinated biphenol，PCB）等，當到達某一濃度時，會嚴重影響生物的生理，而造成如此般的毒性是因毒物隨著食物鏈不斷的濃縮、不斷的集中，這樣的過程就稱為生物放大作用。舉例而言，在長島海水中DDT的量為0.000003 ppm，看似非常的稀少，但是透過食物鏈到以魚為食的魚鷹體內，DDT的濃度為25 ppm，放大了一千萬倍。而高量的DDT使魚鷹的卵殼變薄，親鳥無法孵卵，導致子代數量大幅減少。

（三）瑞秋．卡森的影響力
瑞秋．卡森接到一位鳥類保護區的管理員寫給她的信，內容提到DDT造成保護區內鳥類瀕臨滅絕，而當時她在學術界已有相當的地位，希望經由她能影響政府去調查殺蟲劑的使用問題，因此卡森決定在雜誌上發表文章提醒大眾，但出版界並不感興趣。

於是卡森尋找各界的科學家協助，收集許多過量使用除蟲劑、除草劑而造成野生生物大量死亡的證據，以生動的方式完成了《寂靜的春天》這本書。這本書未出版前，卡森受到了殺蟲劑生產商、各種媒體的攻擊，罵她是一個歇斯底里的婦女，甚至在正式出版後，許多大公司施壓要求禁止這本書的發行。 Continue reading →

寂靜的春天(Silent Spring)之二-上
國立嘉義高級商業職業學校生物科裘文馥老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

寂靜的春天（Silent Spring）是美國海洋生物學家瑞秋．卡森（Rachel Carson，1907－1964）於1962年時出版的一本書，裡面探討了DDT等殺蟲劑對生物圈的影響，引發了美國，以至於全世界的環境保護運動。

（一）寂靜的春天的摘要
原本在美國中西部有一個小鎮，一整年都有賞心悅目的花朵，悅耳的鳥叫聲，但是突然的怪病改變了一切，變得如此的寂寥，生機盡斷…這不是來自敵人的陰謀狡詐，而是人類自己所造的孽。人類的出現，改變了世界的本質，創造出了許多自然界所沒有的東西，例如除蟲劑。 Continue reading →

寂靜的春天(Silent Spring)之一
國立台南第二高級中學生物科王昭均老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

「生物放大作用」是指環境中某些不易被分解的污染物質，在食物鏈物質的傳遞過程中，隨生物營養階級層的提高而在生物體內逐步增大濃度的現象，例如重金屬、化學藥劑等。這些物質因為大多不易分解，容易儲存於生物體的脂肪或內臟，通常壽命越長或是營養階級越高的生物，體內積聚的毒物濃度會越高，例如DDT是一種不易分解並能長期殘存於生物體內的農藥，在海水中的濃度可能很低，但當其通過食物鏈到達不同營養階層的生物體內時，就會逐步的積累和提高其濃度。

在下列食物鏈中：剛毛藻->魚->燕鷗->銀鷗，剛毛藻體內DDT的濃度為海水中的1600倍，透過食物鏈累積在銀鷗的體內DDT則為海水的151萬倍，若人類食用積累有DDT的水生生物後，DDT亦會轉移到人體內而使人體受害。上述的例子即為生物放大作用，亦可稱為生物濃縮作用，個體或同一營養階層的生物從環境中積蓄這些難以分解的化合物，而使體內該化合物濃度與環境中濃度之比越來越大。

另一種形式的毒素累積是因為有些有毒魚類體內的毒素，是因為其吃下的有毒藻類所形成，這些有毒物質沒有被生物體的酵素分解，而累積在體內，隨著食物鏈累積後，食物鏈高層、肉食性、體型較大的魚類就容易有毒。這種毒物的特性是因為低濃度的毒素對魚類無害，但經過高階生物的攝食，例如人類，則可能造成嚴重的傷害。 Continue reading →

生物資訊學 (Bioinformatics)-下
國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

而這些已知的序列，更可以提供研究人員在實驗室自行合成相關的DNA、RNA或蛋白質以利進一步的研究，例如：螢光魚的誕生即是將已知可發光的水母綠螢光蛋白基因轉殖到魚體中；抗癌藥物的研發等。

生物科技的進步，已經足以讓「人類基因組解讀計畫」(Human Genome Project, http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml)在短時間內完成。人體的奧秘就藏在這些DNA序列中，但要如何解讀這些龐大的資料，就必須仰賴生物資訊學，讓科學家得以在較短的時間內進行大規模的分析，更可進一步預測、發現新知等，這種不同於以往用魚竿釣魚的方式，改以撒網捕魚，效果自然提升許多。科學家們期待在生物與資訊科學的結合下，能夠解決更多問題。不過在這同時，道德倫理的議題是不容忽視的，當我們對生命瞭解的越多，也就越有能力去面對、控制它。為了避免有心人士將這些資訊應用在違反倫理的事情上，例如：製造生化武器、不法藥物等，相關規範的制訂是必要的，當然更需要每個科學研究者的自律，才能免於科學的發展被污名化。

生物資訊學的發展不僅帶動生物科技、醫學研究的熱潮，數學、資訊科學與物理化學等學科也跟著有了新的研究方向。相信未來科學家更有能力去解釋複雜的生命現象，為人類社會帶來更大的福祉！ Continue reading →