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病毒簡介

Posted By Mr. Thursday 電腦有電腦病毒,在生物體也有病毒。病毒和寄生蟲有類似的地方,就是他們都無法自行完成繁殖後代的過程,必須要找到宿主,才能產生下一代。病毒簡單地說,就是由 DNA 或 RNA組成一個病毒的中心,外面在包上幾層醣蛋白 (glycoprotein) ,就是一個病毒了,因為只有 DNA 或 RNA ,所以病毒容易突變,所以感冒疫苗比較少見,因為突變速度太快了。然而也因為病毒只有 DNA 或 RNA,因此他沒有一般生物體細胞裡面維持生命所需的胞器,像是之前介紹過的粒線體來提供能量,以及各式各樣的酵素來維持各種循環,以及最重要的,複製自己產生下一代。 因此,病毒組成非常簡單,就是DNA、RNA,外面包一層蛋白質就是了。 圖1 SARS病毒 現在剩下的問題,大概就是:DNA、RNA是什麼東西呢?之前DNA到蛋白質的過程這篇文章裡面,有簡單地介紹一下DNA、RNA、以及蛋白質之間的關係。在這邊我也簡短地複習一下,讓各位可以知道DNA,進一步知道病毒是什麼東西了! 當我們要學習一件新東西的時候,有個方法是讓新東西和過去學過的東西產生連結,譬如說視覺上,可以把以前學過可以辨識的特徵拿出來,變成現在新東西的面貌。譬如說我們可以把新東西切割,分析是由哪些我們已經知道的東西組成的。假如今天您從來沒聽過DNA、RNA,字面上我說DNA是deoxynucleic acid的縮寫,中文稱為去氧核糖核酸,可能你還是不知道這些字的意義。因此,先讓各位視覺上有個印象,分別看一下DNA和RNA的圖片:

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Posted by Mr. Thursday 石油有用盡的一天,核能發電會有輻射性的副產品,太陽能只有白天可以作用。替代能源,像是生質柴油 (diesel fuel) 等等,慢慢地研究當中。最近一位物理學家 Francis Farley 發明了一個使用海浪來發電的裝置,名字稱為 Anaconda (蟒蛇;巨蟒;森蚺)。這個裝置會安裝在海床上面,其中一端等待海浪拍打,因為裝置本身是一條長長的橡膠管,具有一定程度的彈性,因此海浪拍打的時候,會在橡膠管理面產生一個激突波 (bulge wave)。 這個壓力波在橡膠管的另外一邊,由一個鴨嘴閥 (duck-bill valve) 接收,轉換成一個矯正流 (rectified flow) ,製造出渦輪機上面的壓力差,進而產生電力。 即使目前這個裝置的發電成本約為傳統火力發電成本的兩倍,然而未來仍舊是一種替代能源的方式,有發展空間。此外他們也要繼續用數學模型,來模擬各種海浪拍打的情況,作出更好的裝置。 之前有介紹過生物上面產生能量的方式,包括粒線體轉換食物的能量,葉綠體的光合作用,以及體溫發電機藉由改進機械運轉效率,變成可以由體溫溫度差的微弱電流來驅動。此外,MIT還有發明使用體重壓力來發電的椅子,或是在大眾運輸車站的地板上面收集大眾運動產生的壓力差能源,只要我們的頭腦運轉一天,相信即使石油有一天真的使用完畢,我們也已經準備好了多種方案來產生能源了。無論是從萬物之母的太陽光來源,或是海浪這種之前尚未蒐集的自然能源,或是運作效率高以便微型電力可以驅動的機器發明,或是尚未蒐集的眾人 Web2.0 式的能量來源,只要能夠開出新的能量源、又能減少不好的副產品、或是延續舊有系統一舉兩得的發電方式,都是我們可以繼續努力的目標!     延伸閱讀 (MMDays) 體溫發電機 (MMDays) 葉綠體: 細胞的太陽能發電廠 (MMDays) 粒線體: 細胞的發電機 (Medgadget) Body Heat as Power Source (MIT SA+P) The Crowd Farm (The Green Optimistic) Anaconda Bulge Wave Power: Incredible […]

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Posted By Mr. Thursday 石油價格和食品價格不斷上升,能源危機,無論是機器要用的石油、還是生物要用的食物,都慢慢顯現出來,除此之外,二氧化碳產生的溫室效應,也開始在氣候上面表現出來。面對這些危機,我們人類也開始有相對應的措施。太陽能發電,就是一種替代能源的方式,然而在研究太陽能發電之前,我們不妨也來看看,現在已經存在的太陽能發電,在生物上的模型,也就是植物的「葉綠體」了!葉綠體 (chloroplast) 是植物裡面負責將陽光,轉換成食物的地方。您看!自然界多麼巧妙!二氧化碳太多嗎?植物光合作用正需要它!能源危機嗎?植物的光合作用正是要產生糖類,之後無論是要當成食物、還是生質柴油 (diesel fuel),都可以!唯一需要的,就是陽光、二氧化碳、和水,產出除了食物、水、還有呼吸需要的氧氣呢!這實在是太美好啦!就讓我們先來看看,葉綠體裡面是什麼樣子的作用,可以成為這麼好的太陽能發電廠呢? 圖1 光合作用流程圖 上面這張圖可以看到,光合作用需要二氧化碳 (CO2) 和 水(H2O),下面則是有氧氣 (O2) 和 蔗糖 (sucrose) 。當然啦,還有最重要的太陽光在左上角。光合作用整個分成兩大部分,左手邊負責把太陽光的能量,轉換成電子的動能,用來產生細胞的能量貨幣 ATP ,右手邊則是把產生出來的 ATP 用來驅動右手邊的加爾文循環 (Calvin Cycle) ,產生蔗糖。如果讀者不大了解 ATP 是什麼,可以把ATP想像成細胞裡面傳遞能量的一種物質,就好像我們平常買賣會用錢幣或紙鈔一樣,ATP 就是一種細胞交易能量的貨幣。   圖2 葉綠體 接著,讓我們看看葉綠體的結構,葉綠體如上圖所示,裡面有許多綠色圓柱,是由一片一片類囊體 (thylakoid) 疊起來的。類囊體 (thylakoid) 和粒線體一樣,有內外兩層細胞膜。在粒線體: 細胞的發電機裡面我們曾經介紹動物把吃進去的食物,怎樣子透過粒線體,轉換成細胞交換能量的貨幣單位ATP,其中粒線體也是一個具有內外兩層細胞膜的胞器。 下面這張圖則是顯示葉綠體,在葉子裡面的哪個地方。左上角是葉子,右下角就是葉綠體。

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Posted By Mr. Thursday 由匹茲堡大學 (University of Pittsburgh) 和卡內基美隆大學 (Carnegie Mellon University) 的研究團隊所做的研究,把電極插到猴子的頭腦裡面,接著用電腦分析讀取電極傳出來的大腦訊號,轉換成機械手臂移動的指令,猴子便能夠用「想」的,移動機械手臂來自行拿取食物來吃。讓我們先看一下 DEMO 的影片。 這個研究如果將來技術成熟之後,可以應用在一些癱瘓病人身上。他們大腦裡面負責運動的區域可能還是好的,但是運動的肢體像是手臂等等,可能已經無法使用,這個時候就可以用機械手臂來取代,並且透過電及和電腦分析,讓使用者可以用意念,來指揮機械手臂。 目前比較困難的是,研究人員發現插進大腦的電極 (electrode) 在幾個月之後就會無法使用,因此這部分還有待突破。然而大腦運動區域訊號的分析,則是已經有顯著進展,只要先有一小段訓練時間,電腦就可以慢慢了解猴子移動手臂往上、往下、往前、往後、往左、往右、開始、停等訊號。 此外,我個人的觀察是,首先,因為運動神經在腦幹 (brain stem) 的區域會左右交換,因此影片中猴子右手一邊在動,但是我猜他們放置電極的地方可能是左腦的運動區。其次,運動訊號主要就是從大腦的主要運動皮質 (primary motor cortex) 區域裡面,負責手臂運動的地方的訊號來分析。不過不知道如果加上小腦 (cerebellum) 的訊號,會不會讓效果更好?因為小腦主要就是對運動進行微調,負責無意識的運動調節學習 (adapt)。 大腦的運動區域對身體的分佈,可以參考大腦一日遊裡面的這一張圖的說明: 左邊是主要感覺區的分佈,右邊是主要運動區 (primary motor cortex) 的分佈,臉部無論是感覺或是運動,都佔了很大的比例,代表對臉部的感覺和運動很細膩,需要比較大的區域來處理或產生訊號。另外,皮質區 (cortex) 是有意識的資訊的處理,訊號離開大腦後,會延著腦幹,往脊隨 (spinal cord) 的方向傳遞,中間會經過小腦,也會隨著訊息的目的地在不同的地方左右互換,這部分滿複雜,可能要重新複習一下課本才會記得,有興趣的讀者在繼續深究這一部分吧!

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Posted By Mr. Thursday Google Earth現在可以觀賞迪士尼樂園 (Disney World) 的3D影像了。上面就是一部 DEMO 的影片。石油價格越來越高,機票越來越貴,沒辦法實體到迪士尼樂園玩,也可以先在 3D 虛擬世界裡面身歷其境一番,也是不錯的經驗!

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Posted by Mr. Thursday 在網路上看到一段教學影片,探討了一些投影片常見的錯誤,和大家分享,是一部5分鐘的短片,演講者也滿有趣的,影片有中文字幕。    

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奈米醫學動畫

Posted By Mr. Thursday 有一家專門製作生醫動畫的公司 Hybrid Medical Animation 在2007年的時候贏得了 Aurora Awards。他們把各種醫學微觀現象作成電腦動畫,像是血管內的動畫、藥物殺死癌細胞的動畫、或是細胞分裂過程的動畫。動畫非常精美,也生動地描述了顯微鏡底下才看得到的各種細胞活動情形。下面就挑選幾個給各位先觀賞,有興趣的可以在他們的網頁觀賞更高畫質的 FLASH 影片。 第一部是贏得白金獎的影片(1分30秒)。 內容敘述一種藥物 Rexin-G,可以穿透癌細胞,並且攜帶特製的基因進入癌細胞,讓癌細胞啟動自我消滅的迴路 (Programmed Cell Death)。

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