2014年2月28日

觀察毬藻

九年級一個學生王小妹放了寒假之後跑來找我,想來跟我討論藻類。「蛤?藻類」

原來是她在寒假去了一趟北海道,在那邊看到鼎鼎大名的毬藻,她覺得那實在是很奇妙的東西,放冰箱不會死,不用照光也活得了,又長成一大球,到底是不是真的生物啊?

於是我跟她約了時間,中午到實驗室觀察這個小東西。




拿到手上,觸感有點熟悉的感覺,硬硬的,腦海中飄出剛毛藻的名字,回家查wikipedia,還真的是剛毛藻科的




在還沒到實驗室前,我跟學生說,如果這次假的,有可能在顯微鏡下看不到細胞喔,就像是多年前我看某超市的髮菜時,也發現根本就沒有細胞。反過來說,如果看到細胞,其實也不能證實它就是真的毬藻。說不定人家只是把一團藻類揉成球。

我挑了一絲放在顯微鏡下看,呦,是真的有細胞的


有一些顏色沒那麼綠的絲飄在瓶子裡頭,撈起來觀察就是這個樣子,看起來細胞已經空了。



wikipedia 裡毬藻資料很完整,有興趣可以自己點去看。我自己對它怎麼長成一球的這件事,覺得實在很好奇,真的有辦法靠微弱的水流活動就翻滾長成一球嗎?

2014年2月26日

2014植物有性生殖教學紀錄

今年植物有性生殖的教學,如果用一個字來形容,那應該就是「切」吧。

在課程的前一週,我就先發下單子,請同學攜帶這些物品。不過考慮到有些可能沒辦法完全準備,所以我稍微說了聲「盡可能攜帶」,結果啊,某班的學生就發生5/6的人沒帶東西來,他們的理由是,「我家裡沒有OO」(是說,誰家會有百合啊,當然是請去準備啊)。

雖然帶的人少,轉成當作分組活動來作,材料也是足夠的,不過我當初規劃就是希望他們能夠每個人都能自帶東西來操作觀察。這種觀察課程,如果是一群人看一樣材料,常常就會有人分心。



整個課程中,我架了webcam作實物投影,拍攝的是最前排的一位同學的桌子。進行的流程是先從花生開始,看果實、種子、子葉和胚。然後子葉用衛生紙包一包,用鐵鎚或桌腳壓一壓,再請學生聞聞看、吃吃看,這步驟要他們體會的是萃取花生油的過程。

接著,請學生舉出有哪些植物油的種類(葵花油、花生油、大豆油....),這些油的名稱裡頭都可以加個「子」,也就是說種子裡頭存有油。

我再請學生在這節課中,進行角色扮演,想像自己是這些果實或種子的媽媽(例如花生媽媽),思考問題:「為什麼你要在你的小孩(胚)旁邊存這麼多油?」

下個解剖的對象是酸梅,帶泡水的酸梅目的是讓學生發現泡水的和沒泡水的差別,不過這部份跟生殖課程差有點遠,下次可以省略。吃完酸梅之後,作的是用鐵鎚敲果核。敲的時候有技巧,別在桌子上敲,你可能敲了老半天才敲開。要敲得好,在地上是最好的。這個部份要看的是酸梅真正的種子藏在果核中。這也請學生當成梅子媽媽,想這樣的問題「為什麼要把種子藏在硬殼中,外頭又有果肉呢」

接續解剖的果實是蕃茄和芭樂,這些水果用十字切法來切開,也就是縱切一刀後,依舊握緊水果,再橫切一刀。這樣就可以把四塊水果任意組合,觀察縱切面和橫切面。在切開之前,也請學生先猜想橫切的樣子是什麼模樣,因為這兩種水果通常都是用縱切的。用與以往不同的方式切開水果,往往可以得到不同的樣貌喔。芭樂裡頭會有愛心,蕃茄裡頭則是會有小房間(小蕃茄通常2室,大蕃茄通常5室)。兩種水果都可以看殘存的柱頭痕跡和萼片,芭樂可以看殘存的雌雄蕊。

最後一種觀察的果實是豌豆,可以看豆莢表現出負向地性的模樣(所以會彎彎的),還有殘存的雄蕊、花萼。切割時,若從豆莢的內側輕切一刀,用手擠一擠可以自然的將豌豆莢分成兩半,可以看到種子如何和豆莢相連,而且種子著生也有規律,是一左一右的長,有時還可以看到沒有發育的種子還保留胚珠的模樣,觀察豆莢也可以發現豆莢長得很像葉子。








在尚未開啟豆莢前,也可以透光觀察種子在裡頭的樣子,甚至看到維管束的分佈。




先觀察果實的各種切面之後,大致上可以知道種子長在果實裡的樣子,然後就開始進行百合的觀察,這裡我省去了帶去實驗室用顯微鏡觀察的部份,而是採用在教室中每人利用迷你顯微鏡觀察。簡單且方便,不過沒帶去實驗室,學生就會唉說都沒作實驗(這種邏輯...攤手)


香蕉,雖然不是囑咐要帶的果實,不過偶爾會遇到有學生隨手拿出一根的狀況。下課時,我也帶著橫切了看香蕉的三心皮,也看未發育的種子。這讓我發現香蕉也是觀察散生維管束分佈的好東西,單子葉植物的聚集的維管束十分明顯,那也像是猴子臉。




百合本來都是花瓣、萼片逐步拆解,但若是遇上含苞的百合花,拆解便不太容易。我心生一計,不如拿來切切看,橫切一刀之後,哇,也看到好風景啊。

展示給學生看之後,大家都說好漂亮,我想讓人感動的是對稱之美。


由內而外,可以看到子房、雄蕊基部的花絲、花瓣、萼片。引我注意的是花瓣和萼片相連的模式。




我拿紅筆標示了花瓣的位置,原來在百合的花冠是這樣相連的。



再繼續往上切,花藥可是亮點啊






再上頭,就可以切到柱頭了。我還蠻訝異,原來柱頭裡頭是長這樣的。





有別於過去講花,都是從單胚珠的示意圖開始說起,我這次是從多胚珠的果實逆推看多胚珠的百合,我覺得概念連結會流暢不少。若是可以同時取得同種植物的花和果實,我想效果會更好。以前學校還有盛開的羊蹄甲時,就可以拿它們的花和豆莢同時比較,不過今年要這麼作,可能會比較難,因為樹都被砍了不少。





最後補一個參考資料,有些植物擁有不透過減數分裂而產生配子的辦法,每一粒種子的基因組都與親本完全一樣。這種無性生殖模式叫做「無融合生殖」(apomixis),參考控制植物的「減數分裂」(科技大觀園)

2014年2月24日

3D列印機入手-Prusa i3

我是一個很愛自己動手作東西的人,在幾年前看到3D列印機,驚為天人啊,心裡想的是「可惡,想要」。不過價錢太高,十幾萬,是要怎麼入手呢?


觀望一陣子之後,在幾個月前加入幾個社群開始了解Maker文化、3D列印點點點的資訊之後,心裡頭開始想要對某台下手,那是RepRap計畫Prusa i3,它是怎麼列印的呢?簡單說,就是「電腦控制多軸移動的熱溶膠槍」。用過熱溶膠吧,反正就是很細很細的熱溶膠絲一層一層擠出來膠結在一起。(不過這用的不是熱溶膠這材料,是PLA或是ABS)

技術說來容易,但其中可是包含了機械、軟體、韌體、電機、材料等科學。前面說的 RepRap是replicating rapid prototyper的縮寫,指的是這種3D印表機可以自己再複製出另外一台 3D印表機,不過不是全部的零件都可以。那些金屬零件螺絲、螺帽或是電機控制板等等得用買的,那些都有現成的。而那些看似需要工廠開模大規模製造出來的塑膠(或是類似塑膠)的零件,都是可以直接印出來的,這稱為「列印件」


我喜歡RepRap,除了它是可自行複製的以外,還包括它的軟硬體都是開源的,你可以自由從網站上取得相關的技術資源,要改裝也都是可能的,也因此這台印表機是會「演化」的,你可以從這個頁面看到這些各種不同的印表機,或者你也可以看看這些印表機的生命樹,誰又是從誰演化而來的。第一代的RepRap名字響噹噹,就叫做達爾文,第二代叫做孟德爾,你應該猜得出命名的原因吧。我這篇所用的Prusa i3則是Prusajr從前兩代進行修改,再參考其他機型設計出來的。

面對這麼複雜的大玩具,我曾經想過直接網上買套件自己組,不過很不想中途卡關,得花好幾個禮拜處理,後來在社群裡看到Taiwan 3D printing的社團有開套件組裝教學班,於是就很高興地備齊銀子報名去了。

開課地點就在FabLab  Taipei,重慶南路巷子裡的公寓一樓地下室


一進門就看到這張海報,Geek的演化


講師和助教殷勤招呼我們,這很需要,因為面前有一座零件山,我們要把這堆山變成一台機器


這裡的零件幾乎會用完,頂多留下一兩個螺絲螺帽



這袋就是傳說中的列印件





工具也很多樣



金屬件就在這,牙條、光軸...



兩天課程,上午10點中午12點,下午一點再到晚上七點,扎扎實實的十二小時。第一天完成大部分的機構整合,第二天進行測試與校正,試印與切片教學。


回到家裡之後,在客廳的角落,小小3D列印工作角開張

列印什麼好呢?網路上有豐富cc授權的模型可以下載,首推這個Thingiverse這個網站,超級精彩豐富。下載了stl檔案之後,用slic3r切成機器可讀取的G code,然後存到SD卡插到機器裡列印,數個小時之後就生出模型了。

剛開始玩就想來玩DNA模型,印完才發現原來是Z DNA,左旋的啊。


網站上也有各種收納模型,我就印了一個收線的



除了網上下載模型外,也可以自己畫。我用freecad畫出模型後,也可以再轉檔送印。這作的是電池收納座。不過學藝不精,錯估壁厚,差了0.5mm,結果大電池塞不進去,小電池又太鬆。


在Spikerbox網站上的四軸活動機械手臂(Manipulator),售價99元美金。不過他們也提供原始檔供人下載列印,這做好之後,有些需要精密的顯微工作,就可以用這來操作了。(下圖是還沒裝完螺絲的,先拿來獻寶一下)


玩樂用的東西也可以印一下,樹蛙


花瓶



學生來問有沒有離心機可以借用,雖然學校裡剛買一個,不過我說你回家找電鑽,我印個東西給你就可以變離心機了。


我太多想印想玩的了,過去那些沒辦法作到的東西,沒想到在家就能夠生產出來了。

2014年2月23日

新聞裡的溫度計量雪深的相關思考

每年冬天山上下雪時,新聞記者都會賣力報導山上到底下雪有多少。今年也不意外,記者也上山了,但是這則新聞讓大家議論紛紛。


記者說「到底積雪有多厚呢?」


記者用溫度計向下一插


看刻度,記者說將近是20公分的深度啊。


完整影片請見此
,朋友風聆老師也為此做了溫度計的長度測量

大家會對這篇新聞產生異議,質疑的是怎麼會拿溫度計來測量深度呢!?不過我倒是想從另外一個角度來思考這個事件。「為什麼溫度計不能量深度?,它也有刻度不是嗎?」。

這引出了另外一個問題「溫度計的刻度,攝氏1度是1公分嗎?」手邊有的溫度計,顯然都不是。

「為什麼溫度計的刻度不是一度一毫米呢?如果要做出深度和溫度的兩用溫度計,那麼又該怎麼設計呢」 。這跟液體膨脹的體積改變有關係了,以記者手中拿的溫度計來看,它的攝氏10度間距的長度約是1.5公分(是的,我用imagej估計了一下),所以若是要改成上升攝氏10度,酒精膨脹高度增加1公分,意味著裝酒精的管子要如何設計呢?請自己想看看

要設計成那種溫度計,也並非說不可能,但是為什麼不這麼設計呢?為什麼要設計成1度的間距大於1mm?我猜想這和溫度判別有關係。當我拿著尺想要快速判斷毫米的刻度時,是有點吃力的,得要仔細看才看得清楚,但如果把刻度間的距離變大,判斷就快多了。所以我認為會這樣設計是有道理存在的(當然也有可能是設計者,想都沒想就這樣做出來了)。

延伸下一個思考點,「為什麼不用紅墨水來當溫度計?」。這個答案可以從熱膨脹係數中找到答案,如果作一個內裝水的溫度計,在不改玻璃管的設計下,那麼這個溫度計會變得更長還是更短?

繼續胡思亂想,「為什麼用紅色染料來染裡頭的液體,其他顏色不好嗎?藍色溫度計看起來又會怎樣呢?」。

當初看這則新聞時,第一次看到大家轉貼時,當下也覺得很扯,不過胡思亂想之後,發現這樣的事件也很有意思,可以讓我多方嘗試思考的角度。






我不打算提出答案,但是我想說的是看待事物的角度可以多樣化。

2014年2月8日

《DNA檔案,自然歷史解密特展》




年前在科博館的美芳捎信告知,最近科博館特展《DNA檔案:自然歷史解密特展》的策展人黃俊霖博士,邀我來看展。於是我趁著寒假將結束,找了一些朋友一同去參觀。

你看看這邀請卡是不是很漂亮啊




以DNA為主幹的大樹,蘊含了許多資訊,背面我還特地請策展人幫我簽名呢!




來參觀之前,我看過一些朋友分享的照片,有些標本都是過去展覽就曾經擺出來的,因此我很好奇同樣的展品,在不同展覽中會呈現什麼面貌。這天由俊霖博士實地帶領解說,並講解規劃目的,我突然領悟,策展人像是編劇和導演,讓同樣的演員在不同電影當中,演出不同的故事。

在這個展覽中,自然史就是劇本的主軸,許多奧妙就在折頁中可以看出,展區的規劃看似線性又像是放射性規劃,其實呈現的是生命樹。從和我們最接近的生物開始展示,逐漸向生命樹的根基前進,然後又向著不同枝條延伸。

折頁上的路線,轉個角度呈現側臉的樣子,也像是個問號,問號底下的原點,就是達爾文筆記裡的手繪的生命樹。




透過俊霖博士的導覽,我們看到在靈長目這個分類群裡,我們許多的親戚,更值得注意的是,靈長目以外的哺乳類動物,誰和我們的親緣關係最親近?答案是兔形目和囓齒目,代表生物就是兔子和老鼠。牠們會成為人類的實驗動物,並不是單純的只有好養而已,我們彼此之間的接近程度是一大關鍵。這個玻璃框框代表的分支就是靈長總目(Euarchontoglires)
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繞過牠們之後,面前有群食肉目的動物,俊霖博士在這裡提到了狂犬病的傳播,狂犬病從食肉目的動物進到了鼩鼱目的錢鼠,而病毒要跳到靈長類是一個很大的跳躍。食肉目、鼩鼱目都是屬於勞亞獸總目 Laurasiatheria,而靈長目是靈長總目(Euarchontoglires),也就是說鼬獾和錢鼠之間的關係,其實比人類要近多了。




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展場其實沒有要硬生生地告訴你,誰誰誰是勞亞獸總目,誰又是非洲獸總目。它其實透過的是巧妙的設計,要讓觀眾走進生命樹裡去看這些生物之間的關係。你可以隨時轉頭看展場中央一個巨大的花椰菜模樣的大樹,那是生命樹的根基。從根基出發,抬頭看延伸到天花板的線條,這些線條之間的關係,就是在告訴你,誰和誰的親緣關係比較近。我這裡拍攝了一個展場的球形全景,你可以看看到底這是什麼樣的設計。

這棵生命樹的建立,靠的是形態學分類和DNA技術的發展。

單就型態分類而不考慮親緣關係的話,我們很容易將許多沒關係但是長得像的都歸為同類,例如老鼠和錢鼠就是一例,兩者不同目,甚至還不同總目。

同樣有鰭狀肢的海象和鯨豚,其實親緣關係也頗遠,在這個展場中,你可以用生命樹去體會,站在海象前方,你可以看看展場上那些鯨豚在哪個分支之下。(如果是帶隊前來參觀,建議帶個綠光雷射筆,和大家一起走天花板上生命樹的迷宮)


上次看「從龍到獸」到這次看展的經驗,最大的收穫是得知這些生物分類的變動情況。大學時所學習的動物分類,現在已經截然不同了。

這篇研究的圖揭示了過去和現在分類的變動情況,左邊是過去的分類,右邊是現在的。過去的資料不夠多,以致於將一些關係不近的分類在同一群,例如左邊第四個的食蟲目現在沒了,現在則是將裡頭的非洲蝟獨立出來成一目(右邊第三個,Afrosoricida)。而過去認為關係沒那麼近的,現在則是發現原來牠們那麼近,例如過去的鯨目(左邊倒數第六個)和偶蹄目(左邊倒數第五個),現在則是合併變成鯨偶蹄目(右邊倒數第二個)


 Trends in Ecology and Evolution. 19: 430-438.

生命樹的樹幹,紙作的喔
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展場中的鯨豚頭骨是我目前看過最多的一次,很過癮啊!
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還有一個是第一次看到的小鬚鯨頭骨,還帶鯨鬚耶,右邊還有一個超巨大的長鬚鯨頭骨。
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也是第一次看到翻過來的綠蠵龜
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這個植物標本牆作為展場具有穿透效果的屏風,真是美!右下角樹蕨(?)的葉片,能展平的這麼美,真是很厲害。俊霖博士說,本來他們是用乾燥劑鋪在葉片上吸濕,但拿起來的時候,葉片常被破壞,後來他想到改用家中蚊帳包乾燥劑來製作標本,拿起乾燥劑的時候,就不會傷到葉片,聽得我也很想來作幾個。
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展場中的展示幾乎都是現生生物,只有兩隻是絕種古代生物,一隻是躲在鳥類展區上面的恐龍,還有一隻是鴿子後面的渡渡鳥。

擺設別有用心,恐龍放那代表的是,鳥類和恐龍的關係非常接近,扣掉恐龍不看,從鳥類區轉頭看到的是鱷魚,其實鱷魚和鳥類的關係最接近,反而鱷魚和蜥蜴倒是遠多了。

而渡渡鳥和鴿子放的近代表的也就是彼此的親緣關係,我想起小學時看的小叮噹漫畫時(現在正名為多啦a夢,有個劇情印象很深。大雄想要一隻渡渡鳥,於是小叮噹拿出道具(好像是時光布還是哪種機器),把一隻鴿子送進去,渡渡鳥就跑出來了。

我那時一直很疑惑,為什麼是塞鴿子進去,現在終於恍然大悟,小叮噹來自22世紀,距今約100年,那時候應該早就弄清楚親緣關係了,難怪他會塞對動物。(亂講一通啊)

這個特展就展示到4月13日而已,展品精彩又可以獲得豐富知識,建議各位前來要跟著解說導覽才能夠聰明看展,看出標本的故事

2014年2月6日

顯微全景圖

大家對 Google Map應該都不陌生了,如果用Google Map的操作模式來看顯微圖,各位覺得怎樣呢?我用相機加顯微鏡拍攝出顯微全景圖,然後再找到一個可以上傳圖片用GoogleMap模式使用的網站 Maplib 套上去 。


洋蔥根尖  web界面    flash界面
向日葵  web界面   flash界面
椴木莖  web界面  flash界面
南瓜莖  web界面  flash界面




洋蔥根尖


向日葵莖




椴木莖



南瓜莖


作這個作品是因為今天備課時,想到好多年前跟台珠老師在聊這部份的教學時,她提出讓學生觀察細胞分裂的顯微影像的構想。我覺得可行,但是在顯微鏡下觀察比較,恐怕有難處,於是萌生製作顯微影像全景圖的構想。


我預計用顯微鏡提供觀察外,,配合洋蔥發根後,染紅墨水,再觀察發根後的現象(末端會變白)。重要的討論和觀察比較主要用一張或兩張B4紙印出洋蔥根尖的顯微大圖,用來進行細胞分裂的教學,要學生觀察找答案。


  • 觀察根尖和基部的細胞有何不同?看細胞核大小,看細胞核和細胞的比例。(核體積是固定的。細胞長大,核不會跟著變大)
  • 找出細胞裡頭有奇怪東西的,畫出來(找細胞分裂的細胞)
  • 排列那些東西的進行順序(排列細胞分裂的順序)
  • 看出細胞週期(只有少部份細胞進行細胞分裂)


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洋蔥根尖照片下載處
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製作方式

近幾年的手機或平板有用APP或原生相機拍攝全景圖的功能,都是相機環繞四周拍攝環形或球形的影像,環境不動,相機動,例如我拍攝的這個石灰岩洞。不過顯微全景圖卻是相機不動,影像動,所以拍攝和後製處理有些要特別注意的地方。

拍這個東西,設備是門檻,我是單眼相機拆鏡頭加轉接環,對著顯微鏡來拍。顯微鏡用的是有另外一個拍攝鏡筒的顯微鏡,不是直接對目鏡拍。一般相機對目鏡拍,相機會自動調整亮度,會造成後續多圖拼接的問題,除非你相機可以鎖AE或是調整M模式,讓每張圖的曝光度相同。



顯微鏡的玻片夾要有XY調整桿,才能準確位移,不然很容易少。每張照片與前一個照片,我控制在至少有1/4~1/3是重疊的。


要讓整張相片的亮度均等,避免有暗角,也不能有成像圈,否則拼接時會有問題。拼接軟體用的是autostitch,我用的是demo版本,但已經夠用,linux下用wine也可使用。

為了處理速度和記憶體負擔,我拍攝的原圖(3872x2592)通常會縮小50%或25%,再丟進autostitich來處理。

由於autostitch是針對環形攝影所設計,所以做出來的圖片通常會有些變形,可是顯微圖片拼接類似平面掃描出來的影像作拼接,所以處理的軟體除了autostitch外,還可以使用開源軟體hugin,使用方式這裡有介紹,但比autostitch複雜很多,我這次處理並未使用。(其實是有使用,但是一直不成功)

我每個標本約拍30-40張,以物鏡10X或40X的倍率拍攝,建議每個橫帶或直帶拍攝的照片數量盡量相同。例如第一橫排拍了5張,以下幾排也都拍五張左右。

處理好的照片再用Gimp作白平衡,調整亮度和對比,再拉一下曲線,並視情況去背。顯微鏡的燈光用的是黃光鹵素燈,所以通常我會再拉藍色版的曲線。

比例尺是以同樣倍率拍攝直尺,計算該倍率下,1mm等於幾像素,經過換算再用imagej加上去的。

2014年2月3日

2014科莫多島遊記

自從2006年跟著達爾文的足跡去了趟加拉巴哥群島之後,將近八年的時間,我們就沒再踏出國門了,一方面是因為每年寒暑假都忙,另一方面其實是家有老狗yoyo要照顧。去年年底yoyo離開我們了之後,放下了一段牽絆,我們也有了機會可以離開家裡稍久的時間了。今年一月時看到朋友轉貼的消息,一位學弟崇瑋要開生態旅遊團前往科莫多島,這正對我們的胃口。我們不愛一般旅行團那樣的行程,所以之前若是出國,我們都是自己規劃玩些生態觀察的行程,不過近來比較沒心思去想著要怎麼規劃,既然有這樣的生態旅遊團,當然就立刻報名囉。



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