尋找葉綠體內存在億萬年的蛋白質橋樑，解開光合作用之謎

大家都知道光合作用是在葉綠體進行，但葉綠體有賴細胞輸入「蛋白質工人」才能正常運作。

中研院分子生物研究所特聘研究員李秀敏與其團隊，花了七年的時間，找到能讓 ... 0 0 2 文字 分享 友善列印 繁| 简 0 0 2 Promo 來自台灣 植物王國 科學生 科普閱讀力大賽 自然生態 尋找葉綠體內存在億萬年的蛋白質橋樑，解開光合作用之謎 研之有物│中央研究院 ・2019/05/26 ・4734字 ・閱讀時間約9分鐘 ・SR值486 ・五年級 ＋追蹤 相關標籤： TIC236(1) 中研院(21) 中研院廣告(191) 分子生物研究所(1) 國中生物(86) 李秀敏(1) 科學生(393) 科普閱讀力大賽(457) 葉綠體(8) 熱門標籤： 量子力學(47) CT值(8) 後遺症(3) 快篩(7) 時間(37) 宇宙(82) 國小高年級科普文，素養閱讀就從今天就開始!! 本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位 採訪編輯｜歐宇甜、美術編輯｜林洵安 葉綠體的蛋白質橋樑 大家都知道光合作用是在葉綠體進行，但葉綠體有賴細胞輸入「蛋白質工人」才能正常運作。

中研院分子生物研究所特聘研究員李秀敏與其團隊，花了七年的時間，找到能讓蛋白質穿越葉綠體外圍雙層膜的橋樑TIC236，解開葉綠體運作的大謎團，更發現這套運輸系統從遠古細菌一直沿用到高等植物，是植物演化學的重大突破，論文於2018年12月登上《自然》（Nature），並獲專文推薦。

踏入李秀敏的實驗室，窗邊桌面是綠意盎然的植物，牆上貼著玉米品種演化和花草彩繪海報，拍照時，研究人員搬來幾株植物一同入鏡，這間研究室與植物很親密！問起為何投入葉綠體的研究？李秀敏想了想：「嗯，還真有點故事呢！」 李秀敏與她的研究團隊，由左到右為朱瓊枝、李秀敏、陳麗貞、陳奕霖。

他們手上拿的就是本次研究的主角：阿拉伯芥和豌豆。

攝影│林洵安 從小會幫植物取名字的小孩……長大唸了動物系？ 她從小住在臺中眷村，孰悉巷弄裡的每一株植物，還會幫它們取名字。

高中時成績很好，卻不想唸醫科，填志願時按照分數將臺大動物系填前面、植物系放後面。

她笑著說：「小時候不知天高地厚，認為植物可以自己唸，動物比較不喜歡，請老師教，這樣就兩門都會。

」 結果，唸動物系第一年，她就發現不對勁！解剖青蛙時，她覺得有些蛙骨沒用就扔了，沒想到每個骨頭都有名字；其他對動物有興趣的同學，對蛙骨卻如數家珍。

雖然成績是班上第一，但她唸得很痛苦。

直到大二開始上普通植物學這門課，當課本發下…… 我就有回到家的感覺，我有興趣的東西都在裡面！ 李秀敏決定轉系，將動物系的課全退掉，選修植物系的課。

她跑去找動物系主任簽名，主任皺著眉頭說：「你要簽切結書，如果沒法順利畢業，要自己負責！」 她又跑去找植物系的教授加選課程，教授也十分驚訝：「從來沒人從動物系轉到植物系，你確定嗎？」期末成績出爐，她得到最高分，終於在大三時，如願轉入植物系。

後來赴美留學，一開始她也不是研究植物，而是挑了酵母菌、藍綠菌和動物細胞的三個實驗室輪流實習，但內心始終無法滿足。

她回憶：「某天我在想，如果要花生命中最精華的四、五年寫一本博士論文，我會做酵母菌或動物嗎？不可能！一定是做植物。

」後來，研究藍綠菌的老師建議她去一間研究葉綠體的實驗室，她的博士論文就在那間實驗室完成。

從此，她的人生就跟「葉綠體蛋白質運輸」這個題目，結下不解之緣。

葉綠體除了行光合作用，還有其他工作 說到葉綠體，李秀敏就像聊起老朋友般熱絡：「一般人對葉綠體的印象只是行光合作用，其實它還有許多功能，身世也很有趣。

」 遠古時期，有顆單細胞動物吞下了藍綠菌，藍綠菌變成細胞內的葉綠體，從此演化出植物這個大家族。

植物細胞更將細胞質的許多功能轉交給葉綠體執行。

李秀敏說，如果把植物細胞看成一座城市，細胞內的葉綠體就像是一間間「城市農園」，除了行光合作用製造養分，還要負責製造必需胺基酸、脂肪酸和荷爾蒙等物質。

農園，當然需要工人囉！「葉綠體農園」在運作時，需要許多具有特殊功能的蛋白質，但這些「蛋白質工人」，大部分都是由植物細胞的細胞核下令、在細胞質製造完成後，才送入葉綠體工作。

問題來了！葉綠體外表有外膜和內膜，就像兩道城牆，中間還隔著一道膜間隙，就像護城河。

那麼，蛋白質工人到底是如何順利的進入葉綠體的呢？這就是「葉綠體蛋白質運輸」的謎題，困擾了科學家數十年。

葉綠體有外膜和內膜，就像內外兩道城牆，中間隔了膜間隙，就像城牆之間的護城河。

過去科學家已經找到蛋白質進入外膜與內膜的轉運蛋白(內外城門)，並推測兩道城門應該有一座橋連接，讓蛋白質能順利跨越膜間隙(護城河)。

李秀敏團隊的貢獻就是找到這座橋：TIC236！圖片來源│中研院秘書處圖說設計│陳昶宏 繞了一圈，回到最愛！ 雖然她覺得葉綠體研究很有趣，但博士後為了拓展視野，她又拐了一個大彎，找了一個當紅的、研究植物光反應的實驗室。

後來，她因緣際會飛去德國一個實驗室做研究，不料剛下飛機的第二天，騎腳踏車時摔斷了手！ 她在醫院收到美國研究室傳來的植物光反應的實驗結果，心情很沮喪、根本不想看，就將紙翻面，沙沙沙寫下博士班沒完成的葉綠體題目……。

「又來了！你又忘記該追求自己的興趣。

」她立刻寫信給博士後的老闆，放棄那個當紅的題目，回去研究最愛的葉綠體，從此再也不動搖。

「我現在常跟學生講，一定要追求自己的興趣，這樣才不會覺得累，可以一直做、一直做。

」李秀敏微笑總結。

藏在葉綠體內外膜的謎團 回到這次的研究，李秀敏發現的葉綠體蛋白質橋樑，為什麼引起學界震撼？ 早期研究已經知道，要進入葉綠體的蛋白質會攜帶一段特殊信號，就像帶了「識別證」，內外膜上有轉運機組，就像膜上的城門，能夠辨識信號並讓蛋白質通過。

歷經二十多年研究，科學家已陸續發現轉運機組的成員，並將外膜的轉運機組稱為TOC，內膜的轉運機組稱為TIC。

但近年來，科學家陷入瓶頸：他們發現蛋白質會同時穿越葉綠體的內外膜，可是中間隔著寬闊的膜間隙（護城河），蛋白質是怎麼穿越的？所以TOC和TIC這兩道「城門」之間，應該有一座「橋」相連，實驗上也支持這個看法。

怎麼證實的？科學家從豌豆苗分離出葉綠體，利用和膜上機組成員對應的抗體，將膜上的機組成員拉下來，看看能不能把內外膜機組成員一起拉下來。

李秀敏解釋：「用抗體從外膜拉，TOC和TIC會一起被拉下來，用抗體從內膜拉，兩者也一起被拉下來，所以知道彼此間一定有一座橋相連。

」然而科學家始終找不到那座「橋」。

於是全世界有十幾個實驗室都嘗試想找到這座橋，李秀敏的實驗室則在2018年宣告破解這座神祕的橋樑：TIC236。

過去科學家已經找到內、外膜上的轉運機組的許多成員，實驗上也證實兩機組應該是相連，然而科學家始終找不到那座「橋」。

資料來源│李秀敏圖片重製│林洵安 好運，是留給準備好的人 為什麼大家一直找不到，李秀敏的團隊卻能？因為他們突破了過去實驗的思考框架：不從葉綠體下手，而是研究白色體！ 白色體和葉綠體，都是由植物細胞的色質體分化而來，所以結構很相似，只是在葉子為了行光合作用，變成含有葉綠素的葉綠體，在根部不行光合作用，變成不含葉綠素、無色的白色體，用來儲存養分。

豌豆葉片上的葉綠體與根部的白色體，兩者都是植物的色質體分化而來，所以結構很相似，一樣都具有內外膜的橋樑：TIC236。

圖片重製│林洵安 過去科學家用葉綠體做實驗，分析葉綠體內成分。

但葉綠體有許多跟光合作用有關的蛋白質，用質譜儀分析時，它們的量很大、訊號強，TIC236因為很容易被水解、訊號弱，會被掩蓋。

但李秀敏用白色體做實驗，沒有上面說的大量葉綠體的蛋白質干擾，TIC236才有機會現身。

妙的是，當初李秀敏和團隊一開始研究白色體，也不是為了尋找內外膜之間的這座橋，而是想要知道白色體內外膜的轉運機組是否跟葉綠體一樣，想用在作物改良上。

她請團隊成員朱瓊枝取下豌豆根、分離出白色體，分析膜上的轉運機組成員，結果意外看見一個新面孔：TIC236！ 李秀敏立刻上網搜尋，找到一篇論文提到大腸桿菌的雙層膜之間也有個作為橋樑的TamB蛋白，居然跟TIC236的序列相似，換句話說，TIC236可能與TamB一樣具有「橋樑」的功能。

「莫非TIC236就是葉綠體外、內膜間的橋樑？」李秀敏敏感的聯想。

她說：「好運是留給準備好的人。

那天搜尋到它跟大腸桿菌的TamB橋樑蛋白很像時，我已經知道大概是什麼樣的故事，但要有本事去證明。

」 找到TIC236的闖關之路，比想像更艱辛 她先請團隊成員陳奕霖去研究：TIC236基因是否在葉綠體裡也很重要？查資料庫後發現，TIC236基因在阿拉伯芥全株都有表現，一旦基因被破壞，植株就會死亡，但過去科學家並不清楚這個基因的作用。

阿拉伯芥的野生株（左）以及TIC236基因表現量減少的突變株（右），突變株有發育不良或葉子缺刻等狀況，表示若缺少TIC236這座橋，葉綠體無法正常運作。

圖片來源│李秀敏 接下來，如果能證明TIC236和外膜通道蛋白TOC75真的相連，就能證明TIC236是連接內外膜轉運機組的橋樑了！陳奕霖用了一個很短的化學交聯劑做實驗，它的兩端可以分別和不同的氨基酸相黏。

如果TIC236和TOC75都被它黏住，表示兩者距離非常非常接近，應該是相連的。

結果，實驗成功了！ 但好事多磨！當時有個德國研究團隊已經發表論文，認為葉綠體外膜通道TOC75在演化過程中已翻轉了180度。

李秀敏很詫異：「如果TOC75真的已翻轉，TIC236就不可能和TOC75相連！」因此他們又繞了一大圈，花上兩年重複德國的實驗，終於證實他們是錯的。

蛋白質啊！你可不可以跑快一點 最後，怎麼讓大家「眼見為憑」：在TIC236基因表現量減少的突變株中，TOC和TIC轉運機組的複合體含量真的會減少？這要透過凝膠電泳並拍照。

方法是：通電後，各個蛋白質會按分子大小和性質等，分別在凝膠上移動，就像賽跑般有快、有慢，藉此可將它們分開，一個個在凝膠上現形，就能一眼看出它們的多寡，又稱為跑膠。

一般蛋白質的分子量小，容易跑膠，但TOC和TIC轉運機組的複合體很大，在膠上跑不動。

她說：「那時做這個真的快抓狂！那不是一般的膠，超難跑的！每個周末我都坐在研究室思考怎麼改進。

」她和陳麗貞花了近兩年，終於完成這項艱鉅任務。

歷經七年的實驗抗戰，總算蒐集到充分證據，他們終於證明TIC236的確是葉綠體內、外膜之間的橋樑通道，並證實了這套運輸系統從最早的細菌一直保留至今，是植物演化學上的一大突破！論文獲登國際知名期刊《自然》（Nature），還得到編輯專文推薦。

李秀敏笑著解釋：「這個蛋白質很難做，我們有辦法找到，並證明它如同我們想像的，是從低等細菌一直保留到高等植物，是我們厲害的地方！」問到為什麼這次研究如此有創意，她頓了頓，認真的說： 這次的突破並非創新或天才想法，而是一步步、按部就班，並加上團隊的通力合作才能完成。

基於天生對植物的熱愛與長年的紮實研究，終於讓李秀敏發現這座葉綠體不可或缺的生命之橋。

一直在這個問題上努力不懈的她，也宛如一座橋，引領我們探索植物生命的奧妙。

延伸閱讀 李秀敏個人網頁 TIC236linkstheouterandinnermembranetransloconsofthechloroplast 本文轉載自中央研究院研之有物，原文為「打開植物學課本，就像回到家啊！」發現葉綠體蛋白質橋樑的李秀敏，泛科學為宣傳推廣執行單位 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿你是國中生或家有國中生或正在教國中生？科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。

來科學生陪你一起唸科學！ 發表意見 文章難易度 剛好 太難 所有討論 0 登入與大家一起討論 研之有物│中央研究院 250篇文章 ・ 2065位粉絲 ＋追蹤 研之有物，取諧音自「言之有物」，出處為《周易·家人》：「君子以言有物而行有恆」。

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科學素養不再侷限於考試的解題方法，學生閱讀科學讀物時,如何在氾濫資訊中找到高品質、適合學習程度的科學素材，是教育現場至關重要的課題。

臺灣師範大學SmartReading團隊將AI讀物難度分級技術，透過測驗、選書、閱讀、讀後回饋四大功能，完整記錄孩子的學習歷程，提升中小學生科普閱讀動機，成為自律自主的科普學習者。

臺灣師範大學於110年至111年間，與國科會、新北市、臺中市等單位合作，連續辦理三屆「SmartReading科普閱讀力大賽」，每屆競賽歷時半年。

競賽組別以國小三年級至高中一年級共分七個組別。

參賽學校涵蓋臺北市、新北市、臺中市、臺南市、高雄市、花東等十九縣市，報名參賽人數累計八千餘人。

國立臺灣師範大學第四屆科普賽將擴大辦理，邀請PanMedia泛科學馮瑞麒總經理、數感實驗室賴以威教授、臺大科教中心賴亦德執行長，持續提供參賽者更生活化、趣味化的科普文章。

圖／國立臺灣師範大學 由系統建置適合學生閱讀的兩千多本科普讀物 競賽期間，參賽學生使用「SmartReading適性閱讀」系統,透過精準快速的中文閱讀能力診斷，將閱讀程度與讀物難度適配。

藉由系統已建置，適合國小三年級至高中一年級的2,180餘本科普讀物，不僅能激勵其學習動機，更可有效提升選擇的效率，降低科學閱讀恐懼。

第三屆科普閱讀力大賽不受疫情波擾，採實體與線上兩種施測方式，於111年5月份圓滿完成賽事。

111年9月24日於臺灣師範大學舉行頒獎典禮，邀請新北市教育局張明文局長、臺北市教育局鄧進權副局長、臺灣閱讀協會陳昭珍理事長、康橋國際學校秀岡校區卓意翔副校長、親子天下兒童產品事業部副總經理林彥傑、新北市信義國小陳桂蘭校長到場擔任頒獎嘉賓。

參賽學校師生、家長齊聚典禮會場，為優秀的得獎同學喝采。

111年9月24日於臺灣師範大學舉行頒獎典禮，邀請新北市教育局張明文局長、臺北市教育局鄧進權副局長、臺灣閱讀協會陳昭珍理事長、康橋國際學校秀岡校區卓意翔副校長、親子天下兒童產品事業部副總經理林彥傑、新北市信義國小陳桂蘭校長到場擔任頒獎嘉賓。

參賽學校師生、家長齊聚典禮會場，為優秀的得獎同學喝采。

圖／國立臺灣師範大學 臺師大宋曜廷副校長表示，數位閱讀邁向新時代,團隊使用「SmartReading適性閱讀」系統作為科普賽競賽平台，期望在知識爆炸的時代,藉由測驗、選書、規劃的「智慧閱讀三步驟」，培養學子的跨領域閱讀力與閱讀習慣，讓學生們手握知識大門的鑰匙，成為自律自主的「SmartReader」。

科普閱讀競賽的三大特色 一、適配閱讀能力與圖書難度，擴增多元書籍與文章素材 參賽學生首先須參加中文適性閱讀能力診斷（DACC），依據診斷結果,配合其當前閱讀能力的科普推薦書單，讓學生選書有依據、個人化。

本競賽目前共有「推薦書單」、「推薦文章」等2種閱讀素材，主題包含植物／動物、數學、天文地科、物理／化學等8大類別。

「推薦文章」功能，則與「PanSci泛科學」及「數感實驗室NumeracyLab」合作評選，當前提供600餘篇線上科普短文,競賽期間提供已超過4,000人次的瀏覽次數。

二、綜合性閱讀五力分數，開啟學生全方位閱讀力 本競賽賽程為期半年，學生透過「前測、閱讀任務挑戰、後測」三個階段。

競賽期間，系統詳細記錄每週閱讀歷程，並產出線上「閱讀五力分數」報表。

自主規劃閱讀期間計算為「規劃力」；讀後評量填答結果計算為「執行力」；閱讀多元書籍類別的結果計算為「博學力」；閱讀單一書籍類別的深化成果則計算為「精進力」；前後測成長結果計算為「成長力」。

將閱讀能力數據化、可視化。

三、閱讀任務徽章，深化學生文化素養與科普閱讀興趣 本競賽內建徽章蒐集系統，參賽者於指定時間依據提示完成閱讀任務，即可獲得期間限定的特色科普徽章。

任務內容包含閱讀指定的書單及文章類別、世界性科普節日、科學家生辰、台灣重要節慶與其他隱藏任務。

本屆各年級累計獲得徽章達20423枚，因設計活潑及任務類型多樣，大受參賽者好評。

競賽結果發現學生的閱讀偏好 一、科普閱讀參與，國小男性最踴躍 活動期間參賽者共完成約21,153本的書籍評量。

以不同學習階段來看；國小參賽者整體閱讀平均本數為24本，男生平均閱讀本數為28本，女生平均閱讀本數為20本。

國、高中參賽者因科普讀本難度較高，需要較長的閱讀時間及一定的科學基礎知識，國中參賽者整體平均閱讀書籍數為10本；高中參賽者中女性平均閱讀本數多於男性，整體平均閱讀書籍數為7本。

總閱讀量／本人數平均閱讀量／本全體學生21,1531,10019女8,05150516男13,10259522國小學生17,47971624女6,47432520男11,00539128國中學生3,45935510女1,4611669男1,99818911高中學生215297女116148男99157活動期間參賽者共完成約21,153本的書籍評量。

表／國立臺灣師範大學 二、學生偏好閱讀動物／寵物類與地球生態／天文類書籍 整體參賽學生對於科普書籍的喜愛程度，以植物／動物類（男生28.19%、女生27.91%）最能引起學生的閱讀興趣（如：《昆蟲老師上課了！：吳沁婕的超級生物課》、《小島上的貓頭鷹》、《神奇樹屋》等系列）。

在次要類別，男女皆喜好生態／生命科學類的書籍（男生15.20%、女生16.87%）。

整體參賽學生對於科普書籍的喜愛程度，以植物／動物類最能引起學生的閱讀興趣。

在次要類別，男女皆喜好生態／生命科學類的書籍。

圖／國立臺灣師範大學 三、參賽學生閱讀歷程的質與量均佳，表現令人驚豔 本次參賽學生皆積極參與競賽。

以三年級組第一名得主，臺北市立大同國小的林靖軒同學為例，競賽期間閱讀書籍本數高達383本，書籍讀後評量的通過率更高達95%，書籍不僅讀得多，更是能讀得要領。

四年級組第一名為第二次參賽的新北市信義國小謝秉言同學，本次競賽期間共閱讀427本書。

其中五年級組為本次競爭最激烈的一組，臺北市立長春國小的黃葦川同學以及高雄市立集美國小的吳勁毅同學，兩者僅以極小的分數差距位居第一及第二名。

此外，第一次參與競賽的高雄市立正義國小的孫政遠，競賽期間閱讀281本書籍，通過率達到97%。

四、教育主管機關、學校師長及家長支持鼓勵，帶動學生優異表現 新北市教育局致力於推動智慧閱讀教育，不遺餘力，成果豐碩。

本屆競賽全台共2,104人報名參與，全國賽獎項獲獎學生共計36人，其中新北市得獎學生便囊括14位，表現相當亮眼。

家長與學校師長共同陪伴，使得學生能專注於本次競賽，並有相當卓越的成果，例如新北市康橋國際學校、臺中市明道中學、臺中市葳格國際學校、臺北市東山中學等校，皆因全力推廣閱讀活動，才能有優異的競賽成果。

以新北市康橋國際學校國中部為例，此次七年級組參賽者，全國賽前5名得主中，康橋中學就獲有3名的佳績。

臺師大華語文與科技研究中心洪嘉馡教授說明第三屆科普閱讀力大賽成果。

圖／國立臺灣師範大學 第四屆科普閱讀力大賽即將開跑 延續前三屆廣受好評之科普賽事，第四屆科普賽將擴大辦理，邀請「PanMedia泛科知識股份有限公司」馮瑞麒總經理、「數感實驗室NumeracyLab」賴以威教授、「國立臺灣大學科學教育發展中心」賴亦德執行長，持續提供參賽者更生活化、趣味化的科普文章，預期第四屆科普閱讀力大賽將能讓全球讀者有更高品質的閱讀體驗和更充實的閱讀收穫。

活動詳情請參閱官方網站。

新聞聯絡人：高等教育深耕計畫辦公室——鄭德蓉02-2366-0916#111 發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 PanSci 1006篇文章 ・ 1004位粉絲 ＋追蹤 PanSci的編輯部帳號，會發自產內容跟各種消息喔。

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歷史上有很多例子，可以用來說明科學家遇到科學問題時，發明數學工具來解決問題。

例如我們知道，一個物體如果維持每秒鐘30公尺的速度前進，那麼100秒之後，它會前進3,000公尺。

但如果這個物體的速度是會穩定減少，平均每一秒鐘還會穩定的減少每秒10公尺，也就是一秒後它的速度就變成20m/s、兩秒之後變成10m/s，以此類推。

這樣的話，我們知道它3秒之後會停下來，但你能知道它前進的距離總共有多少嗎？ 為了解決這個問題，牛頓發明「微積分」這個數學工具。

現代微積分是由牛頓與萊布尼茲所發展而成的重要工具。

圖／Pixabay 先有雞還是先有蛋？先有科學還是先有數學？ 物理學家為了要處理像是「位移」、「力」、「速度」這類問題，也發明「向量」這樣的數學工具來幫助物理學家解決問題。

這樣看起來，好像應該說「科學是數學之母」才對？ 也有的時候，科學家為了精準簡潔的描述自然界規則，運用數學語言來作為描述的方式。

例如我們知道，兩物體之間永遠存在一個互相吸引的萬有引力，萬有引力的大小和兩物體的質量大小乘積成正比，和兩物體的距離平方成反比。

這麼一大段落落長的描述，如果用數學符號來表達，就會變成： \(F=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}\) 這樣的表達既簡潔又精準，當然是很不錯的描述方式，很受科學人的喜愛。

數學是科學中重要的工具，可以幫助科學解決很多問題。

在學習科學或發展科學的某些階段，數學更是不可或缺的工具，沒有數學便跨越不了某些門檻。

即便如此，數學好像也說不上是「科學之母」。

科學始於好奇心，每個孩子都是天生的科學家 我總覺得「科學之母」的意思，應該是科學的產生者。

那什麼才是科學的產生者？我認為是「觀察」。

觀察與好奇心促成科學的動機觀察的意思不是觀看，不是說用眼睛看到些什麼東西就是觀察。

觀察是會產生疑問的，會勾起你的好奇心。

看到一些「怪怪的」、好像跟平常不一樣的事物時，你可能會留心的多看個兩眼，腦袋裡想著：「昨天跟今天看到的太陽升起位置，是不是有什麼不一樣？」、「上次釀的酒跟這一次喝起來好像不一樣？」 察覺這些差異之後，你的好奇心可能就會接手，開始思考如何解釋這樣的差異。

如果你認真一點的話，可能會對現象進行系統化的描述記錄，將那些雜亂的事物根據相同處、相異處進行比較並分類，有時候或許能從中發現一些現象的規律性或者因果性。

例如我們的祖先們長期觀看著海，把每天看的海水高度做了記錄，時間一長就慢慢看出一些規律性，發現每天海水高度變化跟月亮的位置有關：滿月的那天，當潮水最高的時候就是在正中午。

我們的祖先們長期觀看著海，把每天看的海水高度做了記錄，時間一長就慢慢看出一些規律性。

圖／Pexels 進而發現不同的月相和漲退潮的時間，有某種特定的關係。

等蒐集到夠多的事實之後，很可能就可以發現規律性。

察覺這些規律性、相同處、相異處之後，有些人會興起強烈的好奇心，想要一探這些現象背後的完整詳細規則，或是探詢造成這些規則背後的原因，這時，科學的動機就出現了。

自文明誕生以來，有很長一段時間，人們只是用神話的方式來解釋自然，直到近幾百年才發展出有系統的科學方法，以極端嚴謹的態度來檢視心中的答案。

雖然科學是近代產物，但產生科學的動機卻是每個人都天生具備的，那就是「觀察」和「好奇心」。

每個孩子天生就很愛問問題，這也是為什麼許多科學家會說：「每個孩子都是天生的科學家」，不過這句話的下一句是：「直到XX歲為止」。

為什麼等到我們長大以後，就不會提問了呢？ 身為老師的我們都曾發現，學生到了國中之後，似乎就變得很不愛問問題。

我相信造成這個結果的原因有很多，例如我們的科學教材教法往往是去情境化、去脈絡化的；我們的考題有許多是脫離現實的；我們的課程也經常不是以學生親身觀察而產生的探究問題作為出發點。

此外，大量意義不明的數學練習，恐怕也是重要的原因之一。

天生的科學家們為什麼長大後就不發問了呢？造成這個結果的原因有很多。

圖／Pexels 既然數學題目難以避免，我們該怎麼讓這些練習對學生而言，變得更有意義、更具有科學教育的價值呢？ 數學在科學課堂上扮演的角色在科學的學習中，數學作為一種工具，其存在是必要且適當的。

但我們應該注意的是：工具的使用必有其特定的使用動機和情境。

如何讓學生知道自己在幹嘛？以燃素說、氧化說為例 例如拉瓦節（AntoineLavoisier）並不是一開始就在實驗室裡面計算數學，因而發現燃燒的本質是物質的氧化。

他是因為用定性分析方式無法成功反駁當時主流的「燃素說」，才進一步使用量化實驗、測量精準的數據，得到足以駁倒「燃素說」的證據。

讓學生具備動機和情境後，在適當的難度下，引進必要的數學就會覺得理所當然。

如果學生知道自己正在處理什麼問題，也知道為什麼需要運用這個工具的情況下，那麼在自然科裡面學習數學是沒有問題的。

需要透過有設計的教學，才可以激發學生思考、知道自己在處理什麼問題。

圖／Pixabay 於是我在燃燒的單元中，設計了讓學生閱讀並比較史塔爾（GeorgErnstStahl）提出的「燃素說」和拉瓦節的「氧化說」。

兩個學說都是在描述學生熟悉的燃燒現象，但卻有著截然不同的解釋方式。

史塔爾的「燃素說」認為： 因為物質燃燒時，物質裡面的可燃成分（燃素），會從物質內逃逸出來與空氣結合，從而發光發熱，這就是火。

並且因為燃素從物質中釋放出來，重量就變輕了，釋放燃素的物質只剩下灰。

但有些物質，像是金屬，它們內部的空隙就像容器一樣，裡面充滿燃素。

燃素與金屬分離後，空出來的容器會被空氣填滿，容器裝著比燃素重的空氣，重量自然就變重了。

而且物質在加熱時，燃素並不能自動分解出來，必須藉空氣來吸收燃素，才能將燃素釋放出來，而且愈好的空氣吸收燃素的效果愈好。

拉瓦節的「氧化說」則主張： 物質燃燒時，不是物質內部的燃素釋放出來，而是物質和空氣中的氧氣結合。

結合的過程中會發光發熱。

結合之後的物質，稱為氧化物。

氧化物如果是氣體或者變成飛灰離開了物體本身，質量就會變小，就像紙張燃燒一樣。

如果物質氧化物和物質是依附在一起的，那就會看到質量變重，就像金屬的燃燒一樣。

你會發現兩者的說法看起來都能完美的解釋燃燒現象，如果只是觀察各種燃燒的現象，並不足以判別誰說的才對。

這時，用量化方式精準測量燃燒過程中各階段物質的質量變化，就變成判別是非的關鍵所在。

量化實驗當然是比定性實驗更加困難，但當我們對於某個事件產生興趣時，這些困難就會瞬間變成讓人興致高昂、願意去挑戰和克服的關卡。

「燃素說」和「氧化說」的說法看起來都能完美的解釋燃燒現象，這時便需要科學的力量。

圖／Pexels 數學的工具也是如此，所以我在運動學的課程設計中，利用交通安全宣導影片中常出現的「未維持安全距離」下產生的交通事故，讓學生感受到危險，並且產生「安全距離是怎麼計算出來的」的疑惑，激發學生解決問題的動機。

動機產生之後，我們就可以把待解問題轉化為比較嚴謹的文字敘述：「車子以108km/hr的速度行駛在高速公路上，因前方發生事故而緊急煞車。

若車子能在X秒鐘之內停下來，我們的煞車距離有多少？」這就變成大家熟悉的考題了。

此時不管是使用公式也好，圖形法也好，學習起來就會比較自然而然、順理成章。

在課堂上營造動機與脈絡，讓解決這些數學問題變成必要的過程，就是我們在課程設計上可以努力的方向。

——本文摘自《教出科學探究力》，2021年8月，親子天下 ，未經同意請勿轉載。

發表意見 所有討論 1 登入與大家一起討論 #1 狐禪 2022/08/12 回覆 數學只是把對自然現象的描述，用有嚴格邏輯結構的語言翻譯出來。

所以最根本的起源還是觀察現象，看出不同因素間的關係後，再做翻譯。

親子天下 24篇文章 ・ 21位粉絲 ＋追蹤 【親子天下】起源於雜誌媒體和書籍出版，進而擴大成為華文圈影響力最大的教育教養品牌，也是最值得信賴的親子社群平台：www.parenting.com.tw。

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什麼蜘蛛長得這麼特別？牠叫作「黑綠鬼蛛」（Bijoaraneusmitificus；英文俗名為KidneyGardenSpider）［註］。

這種蜘蛛體長約在0.5～1公分上下，渾圓的腹部背面呈白色調，常可見近似「V字」的深色條紋，以及兩個凹陷的深色小圓點，構成一張類似長著眼睛與鬍子人臉，顯得相當逗趣。

黑綠鬼蛛腹部背面的圖案，有如一張人臉。

圖／作者提供 官方發起活動：千人連署改名「品客蜘蛛」 蜘蛛與商標形象「撞臉」，意外成為非官方吉祥物，這檔事傳來傳去，終於有一天，品客這家來自美國的品牌決定「認真」看待這件事。

2022年6月底，品客的官方網站上發布了一項前所未有的連署活動：為蜘蛛請願改名。

據《CNN》報導，品客美國經銷負責人詹金斯（MauricioJenkins）表示：「此前我們不曉得，原來有個生物一直默默散播對品客的愛。

」 品客洋芋片罐子上的招牌圖案。

圖／作者提供 這項活動的主旨，就是希望能讓這種蜘蛛的英文俗名正式更改為「品客蜘蛛」（PringlesSpider），同時獲得國際上蛛形綱相關的學術研究團體認可。

官網上也做出承諾，如果在當年10月31日前至少有任一個研究團體表示認同接納「品客蜘蛛」之名，作為回報，參與這項連署的前1500名民眾將可以免費獲得一罐品客洋芋片。

在同年8月初時，已經有超過7300人響應參與連署。

不僅如此，品客官網還同步舉辦了蜘蛛的「領養活動」，大眾可以在他們的網站上領養虛擬的黑綠鬼蛛，並下載「領養證書」。

當然，全球各地的媒體紛紛報導了品客洋芋片為蜘蛛連署改名的消息。

有些國內新聞報導也指出，身為主角的黑綠鬼蛛「分布在東南亞國家，例如泰國、新加坡和越南等」。

看來，有些人顯然忽略了牠近在眼前的事實呢！ 我們不用虛擬認養，台灣就有原生的黑綠鬼蛛 事實上這種蜘蛛可見於亞洲多個國家，在台灣也有分布。

台灣的低海拔環境，從北到南都有牠的蹤跡，一些郊山、都會區的公園便有機會找到牠。

所以身在台灣的我們，哪裡需要透過網路去領養什麼虛擬的個體？如果想看這種蜘蛛，還不如到戶外走走吧！ 公園裡的黑綠鬼蛛網，表面碰巧黏了一些行道樹木棉花的棉絮。

圖／作者提供 黑綠鬼蛛通常會在樹木間造網，同時在網附近的枝葉上另造一個供自身躲藏的薄紗狀巢，網與巢之間有細絲線相連接。

通常，依靠結網捕捉獵物的蜘蛛視力普遍不佳，黑綠鬼蛛也不例外，不過牠們對於震動相當敏感。

一旦有昆蟲等獵物撞上其所結的網，察覺到震動的黑綠鬼蛛便會從巢裡衝出，將獵物拖進巢內，再慢慢取食。

黑綠鬼蛛在樹木葉片上所構築的薄紗狀巢。

圖／作者提供 筆者便曾在台北市羅斯福路上的公園見過這黑綠鬼蛛。

而且，與一些常見的中小型蜘蛛相比，黑綠鬼蛛分泌製造出的絲，手指摸起來的觸感真是讓人感到意外的堅韌且黏。

生物學名用嚴謹的方式替生物命名 其實，關於幫蜘蛛改名這件事，或許製造歡樂、替品牌形象宣傳，才是活動的主要用意。

畢竟，所謂「約定俗成」，不管是英文還是中文，俗名本身便是民間所流傳的非正式名稱。

在生物學上，拉丁文所組成的「生物學名」，才是不能隨意更改，而是需要遵守嚴格學術規範的國際正式名稱。

黑綠鬼蛛的腹部末端有大塊黑斑及放射狀的深色細條紋。

圖／作者提供 黑綠鬼蛛不可怕，甚至還有點可愛 話說，有些人看到可愛的黑綠鬼蛛，內心仍然會有點怕怕的吧？確實，許多人對蜘蛛的印象就是「有毒」、「恐怖」，可是人們往往過度高估了蜘蛛的危險性。

事實上，蜘蛛的口器都具有用來攻擊獵物的毒牙，當咬住獵物時，毒牙能注射蛋白質毒液讓對方失去行動力或死亡。

不過我們並不需要對這類節肢動物過度害怕，因為大部分蜘蛛的毒液對人類幾乎不會造成影響，在未遭受人為騷擾的情況下，蜘蛛更不會主動去攻擊人。

當然，黑綠鬼蛛本身便不會對人體造成威脅，屬於無害的動物。

黑綠鬼蛛的頭胸部可見8個黑色的單眼。

圖／作者提供 台灣目前已知的蜘蛛種類至少超過了700種，不光是外觀滑稽有趣的「品客蜘蛛」，本土蜘蛛中還有許多外觀特殊、引人注目的種類。

不管是住家周圍，還是山林野地，有機會不妨多觀察看看身邊有哪些特殊的蜘蛛吧！附帶一提，2006年的美國電影《夏綠蒂的網》（Charlotte’sWeb），劇中身為主角的蜘蛛夏綠蒂，在現實中是俗稱「穀倉蜘蛛」（Araneuscavaticus；英文俗名為BarnSpider）的一種北美洲常見蜘蛛，牠與本文介紹的黑綠鬼蛛同為金蛛科的種類。

備註 黑綠鬼蛛以往被歸類在金蛛科鬼蛛屬（Araneus），然而2021年分類學者主張將之移入媛圓蛛屬（Bijoaraneus），本文仍使用其在台灣較普遍的中文俗名「黑綠鬼蛛」。

本種亦可稱「黑斑媛圓蛛」、「黑綠圓蛛」，在中國則通常稱其為「黑斑園蛛」。

幾種生活在台灣低海拔山區，外表特別的金蛛科蜘蛛。

（左）尖鼻蛛（Poltyssp.）、（右上）紅鳥糞蛛（Cyrtarachneyunoharuensis）、（右下）對馬瓢蛛（Paraplectanatsushimensis）。

圖／作者提供 參考資料 PringleswantsaspidernamedafteritMAKETHEPRINGLES®SPIDEROFFICIAL陳世煌。

2001。

臺灣常見蜘蛛圖鑑。

行政院農業委員會。

發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 李鍾旻 7篇文章 ・ 8位粉絲 ＋追蹤 目前大部分時間都在觀察、寫作和拍照，曾獲金鼎獎兒童及少年圖書獎、世界華人科普新秀獎、人與自然科普寫作桂冠獎等。

著作：《台灣常見室內節肢動物圖鑑》（2021）、《自然老師沒教的事6：都市昆蟲記》（2015）。

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