試管與筆桿: 遺傳學家的60個跨域探索

用科學之眼探索，以知性之腦發掘
課堂上沒出現的觀念和趣味。
透過仔細的閱讀與思考
培育審慎的邏輯和寬闊的心智。


★學好物理力學就能打好撞球？
★宮保雞丁的美味來自化學反應？
★要殺新冠病毒，為何75%酒精比95%夠力？
★DNA的發現其實是個盲人摸象的過程？

吳大猷科普著作佳作獎得主──陳文盛教授，總是從生活中尋找探索科學真相的靈感，他擅長透過各種靈活比喻和聯想，引導讀者認識並理解科學的奧妙。
全書60篇趣味故事及精彩知識，涵括五大主題，跨域探究生活中的科學、科學家的研究故事與思維方式，以及DNA、遺傳、病毒、細菌和生物演化等議題。透過遺傳學家的視角，看見教科書之外各科學領域的新奇知識，包含浮現或隱藏在身邊的科學現象或原理，以及那些重要卻常受到忽視的科學思維與觀念。

當我們不斷擴展知識，
我們將不停地發覺我們沒想到的和想不到的。
──陳文盛


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從大砲射出的食物

製造對我們有益的食物是我的本意。但是美味純粹是意外。
──安德森（Alexander Anderson，美國植物學家）


小時候街頭上常見流動的爆米香車，攤販打開壓力爐（大砲）前會大叫：「要爆了！」然後砰的一聲，一大堆米香就從砲口洩溢出來。當年只是喜歡看這戲劇性的演出，以及吃那香甜脆的米香，沒有去想生米怎麼會爆出米香。
長大之後才知道其中道理：生米在密閉的大砲中加熱，空氣的膨脹加上米粒水份的蒸發而產生高壓（大於10個大氣壓）；當砲門瞬間釋放時，米粒中的蒸汽壓瞬間釋放，就爆開熟透的米粒。瞬間減壓是爆米香的關鍵，所以大砲的門栓都需用鐵鎚或扳手敲開，瞬間釋放壓力。
這奇特的爆米香技術是誰想出來的呢？在中國古時候有「炒米花」，但那是在鍋中用油炒爆熟米，和大砲爆出來的米香不一樣。爆米香需要特殊的工具和技巧，所以不太可能是意外的發現。
民間有傳說，爆米香的意外發現，是因為有人看見儲藏在竹筒裡的米粒在高溫和高壓下爆開。但是竹筒能夠支撐足夠的壓力爆出米香嗎？我存疑。
西方倒是有明確的爆米香發明記錄：1901年，美國紐約植物園一位三十八歲的植物學家安德森在研究澱粉晶體，他進行實驗來測試德國植物學家邁爾（Henrich Mayr）所提出「澱粉粒核心有自由的小水粒存在」的假說。他把澱粉密封在試管中，放進烤箱裡加熱，直到澱粉開始焦黃，然後把試管拿出來，放進鐵絲籠裡用鐵鎚敲碎。結果有三個試管中的澱粉像散彈般炸開，第四管的澱粉則炸成多孔熟透的一坨。
安德森在顯微鏡下檢視，發現澱粉粒都爆破了。他異想天開地認為這技術或許可以應用在麵包製作上，說不定不用酵母菌或蘇打粉就可以發麵包。
過了幾天，他改用米粒取代澱粉測驗。這次的結果，他稱為是他「一輩子最驚訝的事情」。他本來也以為米粒會被炸得粉碎，沒想到從破試管中跳出來、撒遍地板的，是一顆顆完整、體積膨脹好幾倍的多孔顆粒。他丟入口中嚐嚐，發現米粒已經熟透，外脆內鬆，非常可口。
安德森接下來設計出可以加壓的金屬砲筒來取代玻璃試管，除了提高產量之外，還可以重複使用。他申請了專利，並且和桂格公司合夥生產米香（英文是puffed rice），當做早餐的穀食，行銷全美，風靡一時，也讓「安德森教授」成為家喻戶曉的名字，說他發明了「從大砲射出的食物」。
米澱粉的主要的成份是很少分叉的直鏈澱粉和很多分叉的支鏈澱粉兩種分子。這些長鏈分子之間藉由氫鍵形成雙螺旋和單螺旋立體結構，層層包裹起來，形成堅固的半結晶顆粒。砲筒中的高溫和高壓使得米粒裡的澱粉分子之間的鍵結分開，反過來以氫鍵和水分子結合，使米粒在減壓下僅膨脹，並維持米粒形狀，不像硬殼玉米粒那樣爆成開花的「爆米花」。
支鏈澱粉分子比直鏈澱粉分子長很多，高達上千倍，在澱粉粒中的含量也多很多，因此在澱粉粒的結構與性質上扮演樞紐的地位。若植物缺少合成支鏈澱粉所需的澱粉分叉酶，澱粉粒就欠缺支鏈澱粉，發育出來的種子會變形。當年孟德爾研究的皺豌豆，科學家相信就是編碼澱粉分叉酶的基因發生了突變。