生物大哉問 -- 閃電對生物的重要性有哪些？

今年的颱風都還沒有造成台灣陸地的傷害，但是接連兩個颱風所帶來的雲層、水氣相當豐沛，因此這幾天都可能是下雨的日子。

下雨，常常伴隨著閃電的發生。

我很喜歡站在窗邊看著外面一邊下著大雨一邊傳來閃電及其發出的隆隆雷聲。看著一道道閃光劃過天際，一面讚嘆那種雷霆萬鈞的景象，一方面倒也擔心著會不會被閃電給擊中，畢竟我弟及好友冠帆、喜青都有被雷擊的經驗 (喜青還被雷擊兩次)。

研究閃電的科學家說，每一秒鐘在地球上約有 100 次閃電發生。這麼頻繁的自然現象，除了看起來非常美麗，除了會打死人之外，是不是會對生物有什麼重要的影響呢？

嗯，其實在國一的生物課中我們有稍微提到閃電對於生物的重要性喔。但有哪些呢？ 如果想不起來，就把上下兩冊生物課本拿出來查閱吧。:) 很多大學教授喜歡出 Open Book 的考試方式，什麼是 Open Book？就是你在考試的時候是可以打開書找答案的。現在大家也可以翻書回答問題，先體會一下當大學生的樂趣嘍！:)

你有了自己的答案了嗎？那麼就來看看我提供的答案吧：

生物起源

我們知道最早對地球充滿了岩石、岩漿等等無生物，但是生物究竟是打從哪兒冒出來的呢？

有宗教信仰的人說生物是由神所創造的 (神創論)；也有人觀察腐肉生蛆，說生物就是會自己產生出來 (生源論。不過你祇要在把肉裝在罐子內，讓蒼蠅接觸不到肉就不會有蛆了。所以蛆不是自己長出來，而是因為有蒼蠅來下蛋。)

不論是神創論或是生源論都沒辦法提供一個讓人滿意的解釋，這個問題一直到米勒 & 尤里做了實驗之後，我們才得到關於生物起源這個問題一個可能的答案。

米勒 (Miller) 和尤里 (Urey) 在一個密閉的實驗裝置中放入模擬的原始大氣，並通以強電流模擬原始地球發生閃電時的情形。他們發現通電之後，這個密閉的實驗裝置中會產生有機物，因此推論原始的地球從無生物到出現生物的過程，閃電可能扮演了一個重要的角色。

臭氧層讓生物得以登上陸地

原始大氣中並無 O₂ (氧氣) 的存在，後來藍綠藻等可以進行光合作用的生物出現，使得大氣成份慢慢發生改變，漸漸的累積了許多比例的 O₂ (佔大氣組成 21%)。高空中的 O ₂ 經由閃電作用而轉變成為 O₃ (臭氧) ，並累積於距離地表約 10Km 的高空中。

在四億年前，距離地表約 10Km 的大氣層累積了足夠的臭氧 ，成為一層特殊的大氣組成 (被稱為臭氧層)。臭氧層的出現，使得紫外線無法大量照射到地球表面，使得四億年前植物與動物都能來到地面上討生活。

在臭氧層出現之前，如果有生物想要離開海洋到地面討生活，都會因為照射高量的紫外線而造成 DNA 突變而造成死亡。自從臭氧層出現後，生物才有機會離開海洋來到地面。而臭氧就靠著閃電而得以生成，因此閃電造就了生物到陸面生活的基本環境。

讓生物獲得含氮有機物

閃電使 N₂ (氮氣) 轉變成為 NO 及 NO₂ (固氮作用)，經雨帶至地面供植物利用，動物再經由食用植物而獲得所需的硝酸鹽。

但是在 NO 與 NO₂ 尚未被雨帶至地面前，它們在混雜在空氣之中，提供了另一個重要的功能：維持地球的溫度。

NO 與 NO₂ 都是重要的溫室氣體，它們與其他溫室氣體共同使地球的溫度維持在一個穩定的狀態而不致於過冷、不適合生物生存。

森林的自然演替

閃電造成的森林大火是生物演替的重要動力。

延伸問題

嗯，你找到的內容與上面提供的參考答案一不一樣啊？好，最後再問：『如果從今天開始，這個世界上再也沒有閃電，世界會有什麼樣的改變？』

沒有標準答案，但是可以當作思考體操來想一想喔。

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跟柯南學科學方法

7 月 12 日，朝下國中 3 年 19 班一名早到的學生打開教室大門，當他走進教室內看到其中的景象，不由得尖聲大叫起來。

在教室地板上躺著一具屍體，屍身滿佈傷口，血跡滿地且已乾涸，顯然死亡已有一段時間。

報警後，警方封鎖現場進行調查。警方由傷口研判，死者在清晨五點半左右遇害，兇器類似菜刀。從現場的足跡看來，兇手應該祇有一人。

毛利小五郎偵探過濾可疑人物之後，發現嫌疑犯有兩位：郭小靖與楊小康。

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郭小靖一臉呆樣，讓毛利偵探看了他就覺得討厭。因此毛利小五郎直接指著郭小靖，說他就是殺人兇手，祇有他那力大如牛的模樣才可能殺死人。

郭小靖大聲喊冤，說早上五點半時，他正在家裡幫六位師父煮早餐，每個師父要吃不同的早點，有的要稀飯、有的要豆漿油條，忙都忙不過來了，哪有時間出來殺人呢？

到了郭小靖家，發現廚房果然有使用的痕跡。詢問他的六位師父，也發現六個人的說法與郭小靖相同。因此，毛利小五郎偵探誤會郭小靖了。

雖然郭小靖沒有嫌疑了，但是也無法發現另一位嫌犯楊小康有什麼大問題。正當案情陷入膠著的時候，柯南發現了一條新的線索，使柯南覺得楊小康才是真正的兇手。

楊小康告訴警方，說今天早上五點半時，他正與校外的朋友在朝下國中籃球場打籃球，不可能殺人。因為他的朋友都是校外人士，所以先不去偵詢，先詢問楊小康的媽媽是否有這麼一件事。

她證明楊小康所說的話。她說：『對，我們家的楊小康今天早上五點起了一個大早，說要出去打籃球。這嚇了我一跳，因為平常他都不到七點不起床的。但他說今天與朋友約好要去打籃球，所以要特別早起。』

『喔，對了，他要出門前還去廚房拿了一把菜刀，說打完籃球很熱，所以有個朋友要帶西瓜去球場分給大家吃，我們家的小康要負責帶菜刀過去切西瓜，所以他就帶著一把菜刀去球場了。』

柯南一聽覺得怪怪的：『楊媽媽，請問那把菜刀可以讓我看看嗎？』

『沒問題，就在這邊。』

柯南將菜刀拿給警方做檢驗，果然在菜刀上驗出有人血的痕跡，而且與被害者傷口的刀痕符合。

柯南將檢驗報告拿給楊小康，楊小康瞪大眼睛，嘴巴合不起來，點點頭認了罪。柯南轉向旁邊：『警察先生，楊小康就是犯人，請把他帶回去繼續詢問一些細節吧。』

終於，柯南又解決了一個案件。

上面柯南解決案件的過程在科學家的眼中看起來有點熟悉！！因為柯南用的方法與科學家在做研究的方法 (我們稱之為『科學方法』) 很類似。

不相信嗎？我們來仔細看看。

警方由傷口研判，死者在清晨五點半左右遇害，兇器類似菜刀。從現場的足跡看來，兇手應該祇有一人。

這就是科學家在進行研究時的『觀察』過程。科學家觀察自己所能看到世界，並發現其中有異狀的地方，這是所有科學研究的第一步驟。對於毛利偵探及柯南而言，這也是很重要的一個步驟。

毛利小五郎說郭小靖是殺人兇手，祇有他那力大如牛的模樣才可能殺死人。

毛利偵探依照他的猜想提出一個可能的解釋，這就是科學方法中的『提出假說』。

郭小靖家廚房有使用痕跡。他的六位師父說法與郭小靖相同。

提出假說之後，要『設計一個可以驗證假說的實驗』。偵探們就是去郭小靖家中一一詢問他的六個師父嘍！！

因此，毛利小五郎偵探誤會郭小靖了。

結果毛利偵探錯了，所以這時候就不能再說郭小靖殺人了，要再回去想想看還有什麼可能的情況發生。也就是說，之前提出來的假說與得到的證據不符合，所以要回到提出假說的那個步驟。

正當案情陷入膠著的時候，柯南發現了一條新的線索，使柯南覺得楊小康才是真正的兇手。

柯南提出一個新的假說，認為楊小康才是兇手。

柯南將菜刀拿給警方做檢驗

設計一個可以驗證假說的實驗

在菜刀上驗出有人血的痕跡，而且與被害者傷口的刀痕符合。

實驗結果與假說符合

楊小康就是犯人，請把他帶回去繼續詢問一些細節吧。

這就是科學方法中的『由實驗結果做總結、下結論』的部份。

所以，科學家使用的科學方法，其實與大家在電視上看到柯南偵探辦案的方法是非常類似的。

不過，有些時候，上面的步驟會有點不太一樣。

假設，7 月 13 日，朝下國中 3 年 19 班的同學一開門，喔，不，又發現了另一具新的屍體！！

警察來調查後也無法瞭解死者是怎麼樣死亡的，因為他身上的傷口太詭異了，警察們完全沒看過這樣的傷口。如果你是辦案的偵探，遇到這樣的情況你會怎麼辦呢？

我們的柯南跑到警察局圖書館，找了許多書，發現原來這樣的傷口是獅子所造成的。以前曾經有人被獅子攻擊致死，照片中那些人身上的傷口就與這次的被害者傷口相同。

柯南調查了一下，喔，祇有陳小豪家中養有獅子，所以陳小豪殺人的嫌疑最大。

到陳小豪家中調查，果然在獅子的爪子中發現有被害人的血跡反應，所以陳小豪就是殺人兇手。

上面提到柯南到圖書館查資料，這個步驟稱之為『參考文獻』，就是參考以前的人所留下來的紀錄的意思。

所以針對這個案件，柯南解決案件的過程是這樣的：

觀察 ==> 參考文獻 ==> 提出假說 ==> 設計實驗 ==> 結果與假說符合 ==> 下結論

科學家做研究時也常常需要參考文獻，參考以前的人是不是做過類似的研究？如果做過，那麼結果是什麼？

這個步驟相當重要，如果沒有好好調查清楚就去做實驗，到時候辛苦了老半天才發現原來早就有人做過相同研究了，白白浪費了寶貴的時間與精力，那可是會讓分秒必爭的科學家搥心肝啊。所以參考文獻在科學家所用的科學方法中就是一個重要的部份了。

但總的來說，科學家使用的方法，與卡通中柯南所使用的辦案方法很相似，所以，如果你記不得課本中提到的『科學方法』，那麼就想想柯南的辦案吧！！:)

ps 1: 星期一的時候，319 的同學問我有關科學方法的問題，正想說要怎麼解釋時，腦海中忽然浮現柯南，很幸運的讓學生在笑聲中學習了『什麼是科學方法』。

ps 2: 各個嫌疑犯都讓班上同學來擔任的話笑果更佳。講到『下結論』那邊時，被我開玩笑當作兇手的那位男同學還說：『對不起，人就是我殺的，把我抓去關吧！！』他的話語換來滿場笑聲。學生開心我也開心！！:)

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