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少年漫畫中的科普作品?認真解析《Dr.STONE 新石紀》EP.01

作者:Celeste_蔚晴│Dr.STONE 新石紀│2019-07-06 19:00:43│贊助:1,186│人氣:1140
(系列鎮樓圖)

近年來以動漫畫為媒介的科普作品越來越多,而這一季就有《Dr.STONE 新石紀》這麼一部披著科學外衣的少年漫畫作品被動畫化了。
雖然是虛構故事,但作者表示故事情節皆有經過理論考據,並不是隨便亂畫的。
化學是一門實證科學,很多時候即使原理上行得通,但受制於反應條件、環境及操作手法,無法在實作中實現,或是即使實現良率也會非常低。
在接下來的文章,我會先代大家認識劇情中的科學原理,再評估以劇中的情況這樣的情節是否合理。


一、極限釋放費洛蒙的「一見鍾情

 費洛蒙(pheromone),又譯作訊息素。其功能是通過分泌至體外,讓同物種的其他個體經由嗅覺器官接收,進而達到影響其生理、心理的目的。
 在劇情中,千空為了給大樹的告白助威而拿出了「一見鍾情藥」,號稱可以透過讓費洛蒙極限加速釋放,而讓告白必定成功。由此我們可以推斷,這個藥物的作用,與性費洛蒙相關。

 性費洛蒙在動物的繁衍扮演很重要的角色。雌性動物留下的性費洛蒙隱含著兩個重要資訊:
1.告知自己的位置,以便讓雄性動物找到。
2.告知自己是否處於發情期,為了求偶而來的雄性才不會撲空。
 而相對的,雄性動物的性費洛蒙,則會告知自己的生物資訊,從而避免近親交配之類的。

 但是,在人類身上,這套理論並不能百分之百適用。因為,人類並不存在發情期,所以人類的性費洛蒙,通常只會讓異性產生如同X過的幸福感。雖然目前研究亦指出,男性在女性的性費洛蒙影響下,會做出較為浪漫的求愛舉動,但如果那個人本來就是個超級不懂女人心的傢伙...其實費洛蒙的幫助真的有限。
 而如果按照劇情中所說的「讓費洛蒙極限加速釋放」,那可能迎來的就不是告白成功,而是約X成功了,因為這麼大量的性費洛蒙有可能引發很強烈的性衝動

 因此,雖然目前生物學界對於人類性費洛蒙的作用還不是完全清楚,但我個人認為這樣的情節並不合理

二、從寶特瓶的瓶蓋提煉汽油

 首先,我們要先複習一下國中理化曾經學過的石油分餾

 原油是由許多種不同的烷類、芳香族化合物所組成的成份十分複雜的混和物,而分餾便是透過沸點的不同來將這些化合物作粗略的分離。由表中可以看到,所謂的「汽油」大約落在7–9個碳的化合物。
 另一方面,千空又提到「寶特瓶蓋」和「聚乙烯」兩個原料。乙烯也是石油分餾之中可以獲得的一個成份,而透過化學方法將小分子的乙烯聚合成大分子,便是所謂的聚乙烯(PE塑膠)。乙烯(H₂C=CH₂)是一個2個碳的小分子,而聚乙烯根據其密度,可以由數百至數百萬個不等的乙烯分子聚合而成。

 故事中千空說得並不是很清楚,我姑且理解為是他使用了聚乙烯為原料來合成汽油,也就是要以數百個碳的超大分子為起始物,合成7–9個碳的小分子。除了燒掉以外,生物降解是目前分解聚乙烯最理想的手段。目前已有文獻指出,不動桿菌屬的細菌(Acinetobacter sp. 351)可以分解約數百個碳的低密度聚乙烯,但是分解後的產物會作為細菌本身的營養源,而在呼吸作用之後以二氧化碳的形式釋放。捕捉二氧化碳合成其他有機化合物是非常沒有經濟效益的手段,目前最有效率的方法是植物的光合作用,但人類目前的科學還無法有效的模擬這個生化反應。

 另外,目前也有文獻指出,透過光解和熱解的手段,可以將聚乙烯分解成小分子的烷類、醇類和酮類等,而這或許是最接近的答案了。只不過,透過這個方法所得到的產物,還是會需要進一步的轉換和純化,才可以得到成份接近市售且安全的汽油。簡單來說,你直接去加油站買一桶汽油都還比較省時省力,外加省錢省能量。

 結論是,用寶特瓶瓶蓋來合成汽油,至少以現代的技術來看是不合理的

三、用野生葡萄釀酒

 釀酒的基本原理是利用酵母菌,以果汁中的醣類為原料行酒精發酵而得。由於酵母菌幾乎可以說是滿地都是,要私釀酒並沒有太大的問題。
 但問題是,要釀酒是需要無氧環境的。當周圍的環境中有氧氣時,酵母菌只會行普通的呼吸作用,也就是產生二氧化碳,並不會產生酒精。所以一般來說釀酒都會密封,為的就是讓酵母菌經由呼吸作用將密封罐中的氧氣耗盡後,可以進行酒精發酵。更重要的,在沒有隔絕空氣的條件下,其他的好氧菌也會繁殖,進而導致果汁快速酸敗
 更何況,這兩個傢伙搾汁的方法還是用腳踩咧...說這裡面沒有很多細菌,打死我都不信。

 因應下方觀眾留言提醒,這裡做個小更新再解釋清楚一點。
 用腳踩破葡萄來釀酒這招確實是有的,從古希臘傳入歐洲,甚至有「不是腳踩破的葡萄釀的酒不好喝」這種說法。以腳踩破葡萄的好處是,可以把葡萄皮中的色素和單寧揉入果汁中,而且不會踩破葡萄籽,讓苦味混入酒中。另一方面,野生葡萄的表面本就含有許多酵母菌,而且在釀酒的過程中,酵母菌是優勢物種,酵母菌的生長本身就會阻止雜菌增生,產生的酒精也可以消毒,因此也不需要額外進行殺菌。
 但是最大的問題還是上述所提到的密封。因為酒精發酵所能獲取的能量(1分子葡萄糖生成2分子ATP)遠較有氧呼吸所獲取的能量(1分子葡萄糖生成32分子ATP)要少,所以在有氧環境下酵母菌不會進行酒精發酵。
 雖然我也懷疑過會不會是為了戲劇效果才刻意誇大踩的動作,而且就演出效果來說確實也沒有必要把洗腳之類的細節描寫出來,不過至少不加蓋這點確實是原作漫畫中寫著的。

 人類釀酒的歷史已經有數千年,而且是東西方共有的文化。有一說是酒的由來是某個僕人誤食了儲存著葡萄的陶罐中保存不良而發酵的汁液,因而發現了酒的釀造方法。
 一般來說,葡萄酒的釀造會經過收穫破皮發酵這三個重要步驟。收穫這一步我想沒有懸念,如同動畫中所演示的,直接採收野生葡萄。由於野生葡萄的表面是酵母菌喜愛的繁殖地點,這使得日後在發酵時不需額外加入酵母也可以發酵。

 第二步驟是破皮。動畫中所展現的橋段,不知是為了戲劇張力還是確實有所考據,與西班牙等產酒國所採用的破皮手段是一樣的-也就是用腳踩。以腳踩破皮最大的好處是可以用適當的力道打破果實得到果汁,並且讓葡萄皮中的色素及單寧適量的進入果汁中,以造就日後葡萄酒的顏色和風味。同時,腳踩的力道不會踩破葡萄籽,這樣就可以避免籽的苦味進入酒中。

腳踩葡萄破皮釀酒

 而對於腳踩破皮這樣的作法,相信很多人都會認為有衛生的疑慮。其實,會有這樣的傳統,是因為在中世紀的歐洲,由於氣溫和鞋襪的雙重保護,加上少女不易出汗的體質,腳上的細菌甚至較手上來得少。而且發酵時的無氧環境以及發酵產生的酒精本身就帶有殺菌作用,也可以將壞菌根除。故歐洲有這麼一句俗諺:

最芬芳的葡萄酒是最美麗的少女用腳踩出來的;
最香醇的葡萄酒是最美麗的少婦用腳踩出來的;
最濃烈的葡萄酒是最優秀的男士用腳踩出來的。

 第三步驟是發酵。為了沒看過上面編輯記錄的觀眾,這裡再次複習一下酒精發酵的原理:

呼吸作用(有氧環境) C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 32ATP
酒精發酵(無氧環境) C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP

 可以看到酒精發酵所產生的能量(ATP)是遠小於呼吸作用的,因此在一般有氧的條件下,酵母菌會選擇呼吸作用而不進行酒精發酵。這也是為何需要無氧環境,以此來強迫酵母菌進行酒精發酵。
 既然講到無氧環境,就不得不離開動畫來看一下原作漫畫中的細節了。在原作中提到兩項釀造葡萄酒的重點,一是不加蓋,二是不斷攪拌


 看到這裡我想很多人會有疑問了,不加蓋和每天攪拌,為什麼可以產生無氧環境?
 從作品中所描繪的細節,可以得知千空等人所使用的容器是窄口寬瓶身的罐子,而這個造型近似於目前已知最早的釀酒工具-喬治亞的奎弗瑞(Qvevri)陶罐。而不封口不時攪拌的作法,則是傳統法式的浸漬(Pigeage)手法。


 由於釀酒時放入罐中的是完整的果實,當酒精發酵進行時,產生的二氧化碳會將葡萄皮等渣往罐子的上緣推,進而擠在窄口的表面附近,形成一層隔絕空氣的蓋子(cap)。

酒渣很多,發個酵,當個蓋子

 由於這層蓋子浮在酒的表面,可以有效隔絕空氣,因此蓋子底下的部份便形同無氧環境。而經常攪拌的目的,一來是為了讓二氧化碳逸散,避免壓力過大,二來是為了讓葡萄皮和酒充分接觸,以增加酒的香氣。
 因此,這裡所描寫的釀酒方法,是合理的。不過,大樹你踩葡萄之前腳還是要洗一下啦。

四、解除石化的關鍵-腐蝕劑硝酸酒精溶液

 千空提到,自己和大樹會很早解除石化,是因為浸潤在含有硝酸的蝙蝠糞便汁液中。硝酸是一種很強的無機酸,不但有很強的酸性,同時也有很強的氧化力,這也是它高腐蝕性的來源。而且,與其他無機酸不同的是,硝酸即使在低濃度之下也有氧化力,這使得劇中所謂在蝙蝠糞便的滴灌之下解除石化稍微有一點可信度。
 不過,在這之前,先讓我們來釐清一下「蝙蝠糞便裡面有硝酸」這件事。

 蝙蝠糞便裡面跟硝酸沾得上邊的東西,我想大概是指硝酸鹽尿酸。硝酸鹽廣泛的存在於動物的糞便中,在中世紀化學肥料尚未普及的年代,從有蝙蝠的洞穴中採集硝石製成氮肥是農業很重要的肥料來源,而硝石就是硝酸鹽的結晶。
 而尿酸(C₅H₄N₄O₃)則是一種有機弱酸,它是動物體內含氮廢物最終的代謝形式之一。由於尿酸也有輕微的毒性,所以像鳥類這類較低等的動物才會以尿酸代謝作為處理含氮廢物的主要手段。而像人類的高等動物,通常行尿素代謝,若尿酸代謝過盛反而是有病的徵兆,例如痛風
 尿酸微溶於水,水溶液呈弱酸性。因此,如果跟上面的硝酸鹽混在一起,說蝙蝠糞便汁液裡面有硝酸...好吧,勉強算你過關。

 接下來,再來看看硝酸酒精溶液
 硝酸酒精溶液俗稱「Nital」,是一種工業常用的蝕刻劑。它通常用於腐蝕金屬,尤其是含碳的鋼。故事中石化後的材質不知道是什麼,所以暫時不以化學角度來評判。總之,若是單純以腐蝕的角度來看,這是可行的。

 但是,就算原理上可行,動畫中的實驗方法也非常有問題。硝酸加酒精這個反應是相當劇烈的放熱反應,會使得酒精快速氣化而冒出濃厚的酸煙。同時,反應產生的乙基硝酸(C₂H₅NO₃)有爆炸性,如果動畫中使用的是土器或陶器,非常有破裂的可能。一旦容器破裂、酸液外洩,那個危險性可想而知。
 下面是一段這個反應的實驗影片,可以看出這個實驗的危險性。

 在動畫中,這兩個人不但沒有穿著任何防護器具就直接操作這個實驗,還將腐蝕劑直接倒在石化後的生物上,並且沒有計算反應當量。這樣做的下場,製備腐蝕劑時很有可能被灼傷,解除石化的生物也很有可能因為直接接觸過量的腐蝕劑而受傷。
 總之,這部份雖然是合理的,但還是有點牽強,而且很危險

五、石化

 這個就不說了啦,完全就是非科學的東西。
 從石化的畫面表現來看,或許是宇宙射線造成的表皮細胞角質化,不對啊這可是石頭欸?而且人可以在裡面活了3700年,表面的石頭脫落之後還是完整的人,表示石化對人體的組織並沒有損傷。那石化的人在裡面怎麼了?最合理的解釋是被超低溫冷凍而進入沉睡狀態,但是千空卻能在裡面保持意識清醒還能讀秒。維持生理機能的能量怎麼來?新陳代謝怎麼辦?這些根本就沒辦法解釋啊。
 總之就是一個幻想的情節,要想解釋的話大概只能用無敵的白金之星想想辦法了。


【本週總結】
提及的科學議題:4
可行的:2
不可行的:1
現代科學不可行但或許未來可行:1

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つづく...
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留言共 14 篇留言

霽嵐雪芛(´・ω・`)
是蔚晴空想科學讀本!

07-06 19:07

Celeste_蔚晴
之前工作細胞大紅的時候就想寫這種文章了,好不容易給我等到一個生化派得上用場的[e35]07-06 19:35
黑兔
釀酒不行 至少會變醋?

07-06 19:46

Celeste_蔚晴
可是變醋的話也不是他想要的啊[e21]07-06 20:23
黑子
不行啦,其實有些是有機化學吧xd,費洛蒙算生化,酵母菌算生物或酵素學,另外兩個硝酸酒精跟提煉汽油偏純有機化學
期待下一集,看看蔚晴又能找出甚麼不科學的地方 [e1]

07-06 19:59

Celeste_蔚晴
雖然說生化跟有基本一家啦,不過要是有發現什麼漏洞還請提醒我[e34]07-06 20:23
Code之智乃(小熊模式)
看第一眼以為是七大罪的斑

07-06 20:27

Celeste_蔚晴
翠玉白菜頭07-06 21:19
玥晴 Luna (A流模式)
科學動漫

07-06 23:12

Celeste_蔚晴
(號稱)07-06 23:32
丹海之野望
這是動畫不要太認真啦XDDD
1000巴幣投擲XDDD

07-07 10:15

Celeste_蔚晴
認真你就輸了[e29]07-07 17:29
希薩
我記得有葡萄酒的製作方式 是要人去先把葡萄踩成果汁啦
不過在踩之前好像要先清潔就是 www

07-07 11:33

Celeste_蔚晴
確實用踩的會有效率很多而且很歡樂(?
不過以他們當時的技術應該還沒有辦法滅菌就是,而且重點還是要隔絕空氣啊w07-07 17:33
ZNU
超專業的動畫科學!優質

07-07 17:11

Celeste_蔚晴
會盡量做到謹慎的考據的[e24]07-07 17:34
布雷
真的很科學的動畫。

07-07 21:39

Celeste_蔚晴
至少看得出有很認真考究科學原理,雖然有一些細節還是有幻想成分,不過以動漫來說算是很優秀了07-07 21:41
tyui
這部化學式都是真的
只是良率太高這點很吐槽

07-08 15:45

Celeste_蔚晴
的確看得出作者有很用心在考據背後的科學原理,至少從我可以找到理論證據支持就可以知道他不是瞎掰的
但是理論可行不代表實驗就做得出來,更不代表做出來會有經濟效益。就拿寶特瓶蓋煉汽油來說好了,理論上當然可行,都是碳氫化合物,把化學鍵該切的切、該接的接就一定做得出來,但是這樣做還不如直接去買比較划算。所以基本上我除了會解析故事背後的科學原理,也會評估是否真的可以應用於實作,然後才給出科不科學的評價07-08 17:25
地瓜蝸牛
從零開始學習理化的生活......(눈‸눈)
要不是有蔚晴的解說,我全信了!!!!><

07-10 14:11

Celeste_蔚晴
其實可信的大概有87%,作者在科學原理的考據上很講究,至少不會有通篇胡扯全靠吼的劇情出現07-10 17:36
寂靜的滴答卿
我就是要看這樣的科普呀!!!

07-21 22:17

Celeste_蔚晴
一直很希望有這樣的作品,只可惜內容還是有點簡略,但如果講解太仔細又肯定沒人看,兩難啊[e18]07-21 22:58
寂靜的滴答卿
我覺得並沒那糟呀!我覺得這反而可以讓更多人去探究其中的奧妙
(我原本最近也想寫像你這樣的科普 被你先行一步了 打滾)這段請忽略XD
而且我覺得現在很多作品的「知識」是值得探討的 必非單單只有劇情 而且像這樣一集集寫也比較有東西
我最近打算補上 黃金神威 約定夢幻島 中間管理等科普 總之 我不會讓你專美於前的www 期待你之後的科普

07-21 23:07

Celeste_蔚晴
一集集寫真的可以寫得比較豐富,不過時間要花得更多,尤其我現在要跟著每週更新說實在壓力滿大的w
你說的那幾部都是我很喜歡的作品,尤其利根川之前本來預計要寫,結果時間不夠就沒寫了,要是時間充分真想多推一下這種冷門的好作品
我也很期待看到你的文章!一起加油吧[e34]07-21 23:17
花生謙
讚啊!!科普XD!! GP你啦!!! 持續加油!!

07-27 01:04

Celeste_蔚晴
謝謝你的鼓勵!如果喜歡這個系列的話,還請持續關注喔[e24]07-27 09:34
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