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2026/04/26

看不見的大遷徙:分子如何在不需許可的情況下主宰世界

科學給予我們許多值得驚嘆的奇蹟,但或許最被忽略的,是那些時刻發生在我們周圍、完全不需要監督的看不見的工作。

試想這個:你在一個房間的角落打開一瓶香水,幾分鐘內房間另一端的人就聞到了氣味。你從未看見香氣分子旅行。它們沒有小小的搬運工把氣味從 A 處送到 B 處。

然而,在極短的時間內,那些分子就這樣均勻分佈在整個空間——彷彿魔法一般,或者更精確地說,是純粹的物理學。

這個過程有個名字。科學家稱之為 擴散作用(diffusion),它是自然界最基本、最被忽視、也最優雅的機制之一。一旦你理解了它,你就會開始到處看見它——不只在香水瓶裡,還有空氣你每一次呼吸、你吃的每一口食物,以及你此刻活著的原因。

分子如同人群,自動往密度低的區域移動
圖、分子如同人群,自動往密度低的區域移動

2018/10/20

擴散作用與滲透作用

在前一次說明細胞膜控制物質進出的方式時,曾提到 O2、CO2 以及小部份的 H2O 可以直接穿透細胞膜,自由進出細胞膜,但你有沒有注意到我在講解小分子可以自由進出細胞膜時在影片中埋了一個小小的梗?

仔細看一下,你可以發現我在細胞膜內外畫的 O2、CO2 以及 H2O 數量都是一樣的,為什麼會這樣呢?

因為有擴散作用存在。

擴散作用是分子會從濃度高的地方往濃度低的地方移動,而且完全自然發生,不需要有外力的介入。以 O2 來做例子,因為有擴散作用,所以如果細胞外的 O2 濃度比較高,這些 O2 分子就會自動的往濃度比較低的細胞內部移動,直到兩邊的濃度完全相同。

因為有擴散作用存在,所以如果教室後面有同學要偷吃泡麵,香味終究會飄到教室前面,而讓老師抓到有人偷吃泡麵 (註一)。

好,那滲透作用又是怎麼一回事?嗯,滲透作用是水擴散通過細胞膜的過程,所以祇是擴散作用的一種。

註一:其實這個觀念是錯的,擴散作用其實很慢很慢,香味飄到教室前面靠的是氣體對流而不是擴散作用。但是對流要到國二才會學到,目前先這麼說。

註二:『已經知道錯了還這樣教學生?你這老師太不適任了吧?』

不是這樣的,就像國小教學生生物分為動物與植物兩大類,但這明顯有錯啊,怎麼還這樣教?因為學生還沒準備好要學原核生物、原生生物、菌物這些差異,我們在國小階段就先用一個簡單的分類教學生,之後到了國中再修正之前過於簡化的概念,整個求學階段都要不斷進行『簡化 ==> 修正並精緻化』這套動作。

開學第一天我就會跟學生說國小教生物有動、植物兩大類,國中教生物分為五大界,高中、大學都還會修正,『你們對學習的內容要保持修正,現在這麼教是因為你們的大腦發育階段能理解這樣的內容,但其實我們教的都還不是正確的內容。就算我今天拿最新的研究,用目前最正確的知識來教你,過幾年科學有了新發現後就又可能被推翻了,科學是不斷推翻以前研究而獲得進步的,所以你們要隨時修正自己的知識,不要以為今天學的知識就永遠是對的。』

物質進出細胞膜的方式

上一次提到細胞胞器時有提到細胞膜像是機器人的外殼一樣,可以控制要讓哪些物質進到體外,哪些則要擋在細胞體外,但細胞膜是怎麼辦到的?

這與細胞膜的構造有關。

細胞膜是由磷脂質構成的雙層構造,上面鑲有一些蛋白質、醣類,膜上的小縫隙可以讓一些小物質直接通過 (不過有例外,有些小東西還是被擋住),中型的物質就得靠著鑲在細胞膜上面的蛋白質幫忙才能進出細胞膜了;但是靠蛋白質拉一把這一招到了大型物質就完全行不通,面對大型物質,細胞膜上的蛋白質也是愛莫能助啊。

2007/02/13

記憶中的氣味 (下):神秘的香氣

大二的時候沒抽中宿舍,因此祇能搬到東海別墅租房子住。剛好舅媽的大哥家就在東別,我就去租那裡。

那是一棟三層樓的民宅,一樓可以停放摩托車;二樓包含我在內,有三個住戶,都是我們班的同學,三個人共用一間浴室;三樓住三個靜宜大三的學姐,她們也是同班同學,她們三人在樓上也是共用一間衛浴。

因為整棟樓才六個人住,在樓梯間見面的次數多了,從點個頭,到聊幾句話,到後來大家都熟了,偶爾約一約,六個人一起出去吃飯,或到東海逛逛。