冷知識像毒藥,必須均衡攝取,偏食容易中毒。

2014年4月5日 星期六

SciShow - 來自地獄的毒師、贍養人類的巨人 - 弗里茲‧哈柏

IRW #11

SciShow - 來自地獄的毒師、贍養人類的巨人 - 弗里茲‧哈柏

弗里茨·哈伯 (1868-1934)
Credit: Wikimedia Commons

介紹 真‧絕命毒師 哈伯的生平功與過,影片中字點此。點[cc]按鈕開啟 -> Chinese Traditional 選擇中文


- - - - - -
- - - - - -
點[cc]按鈕開啟 -> 再點選單 Chinese Traditional 選擇正體中文
- - - - - -

小提醒:本影片字多,包含註解,記得善用暫停鍵,咱們譯起變聰明




Comments: 對於語不驚人死不休的標題我感到滿意。私自加入克拉拉後援會,好正、爆正、超級正(但是或許有遺傳的憂鬱因子)。

Tags: 偉大心靈、科學巨人、物理化學、波蘭人、猶太人、德國人、路德宗信徒、學術巨擘、矛盾人生、固氮、硝化作用、重要創新、土壤、化肥三元素(氮磷鉀)、氨合成、有機化學、農業科學、應用科學、全球饑荒、馬爾薩斯陷阱、海鳥糞肥、蝙蝠糞肥、硝基炸藥、硝酸、化工製程、工業規模、哈柏-博施法(Haber-Bosch process)、高壓化學、禁運(embargo/barricade)、一次世界大戰/一戰、氯氣、溴二甲苯、芥子氣(mustard gas)、防毒面具、戰壕、化學武器、毒氣戰、大規模殺傷性武器(Weapon of mass destruction、WMD,戲稱大殺器)、協約國、同盟國、炸藥獎、阿弗列‧諾貝爾、戰爭罪、戰犯、國際法庭、戰敗國賠償(reparations)、凡爾賽和約、海水煉金術師、電化學/電解、希特勒、殺蟲劑、Zyklon B(氰化氫)、集中營、毒氣室、環境議題、水質、汙染物、優養化、無氧死域(dead zone)


References: 說明

* 哈柏的家鄉:有兩個名字的城市 普魯士 Breslau/波蘭 Wrocław


德意志帝國成立於 1871 年,所以哈柏出生時他家還在普魯士境內。這是因為普魯士在崛起擴張的過程中,由奧地利手上接收了主要是 日耳曼人(日耳曼民族)波蘭人(西斯拉夫民族)混居的 西里西亞地區(Schlesien),Breslau 是該區樞紐與首善之都。二戰終,Breslau 市割還給波蘭,改稱 弗洛茲瓦夫(Wrocław)。

* 改宗

似乎有聽過「憑自己意志決定改宗的人,信仰會比沒改宗過的人更堅定、更破釜沉舟如癡如醉。」這種講法。出處不明。人類總是得投身某個價值系統,把自己緊密的纏結於其中,才能證明自己價值,因確認自己的存在意義而安心(像蜂蝶投網、飛蛾撲火:為祖國!)。

然而哈柏的故事充滿了氮氮的哀傷,就是他的選擇既不被妻子所理解,更不被正燒著種族主義的赤焰的祖國德國當哪根蔥

(世界哪個種族都都恨猶太人,大概是出自於自卑感吧,猶太人太團結太聰明了......大概世界上只有另一個民族......算了,沒事)。

* 哈柏法 en:wiki Haber_process

事後諸葛地想,人類花了這麼久才搞懂怎麼 合成氨氣--效益高、工業化的方法--實在很不可思議。

而諾貝爾獎本身也與時俱進,當早期,基礎的東西被研究完之後,現代的諾貝爾獎難度不知比以前高多少倍(經費、人力、需要的想像力與青春皆然),肇因於科學的技術、投入資本、處理議題的整合度與複雜度都大大的暴漲。

至於古時候 諾貝爾獎先賢的命運嘛,在今天的教科書上最多也只能占一個小方格,較慘甚至半句--甚至做了什麼完全被遺忘,只和某份說明書或技術手冊有關。但哈柏幸運多了,想想看,沒有他就沒有今天有機化學的所有分子的幾乎所有字母 N 啊,宗師來著。

(這裡不討論凱文凱利《科技想要什麼》中提到的人類集體智慧演進,訊息與製造技術提升的大勢之所趨,一但時機成熟,即使哈伯因故退出歷史--比如哪天我搞到時光機第一個就去把他幹掉--一樣會有其他人接替他的歷史地位:利用日漸成熟的物理化學知識,製造氨氣與生產毒氣。)

**製造武器為和平什麼的都是鬼扯**

哈柏對於製造毒氣是這樣辯解的:「開發出越強大的武器,戰爭就可以越快結束(祖國獲勝)。我做武器是在救人。」可以類比為 曼哈頓計畫科學家與原子彈與二戰 的關係。

但,他是白癡,句點。歷史證明,毒氣的技術並不難,更並不是必須超級天才化學家才能開發出來、也不是說非得99.9%純度才能殺人(Walter White 老師表示:)。

英、法、俄國人被毒氣彈 K 了滿頭包,哀鴻遍野幾遭之後,在戰場撿了些毒器未爆彈,
回去逆向工程一番,一樣開發出了他們自己的毒氣投佈設備。

這下子達到 恐怖均衡,人人有 功練 致命毒氣,大家誰也占不了便宜。哈柏領導的化學研究機構又得開始開發防毒面具--使用可以將毒氣 氧化、酸鹼中和、與/或 物理吸附的材料,
多重機制減毒。

這又演變成了經典生態學中,狩獵者與獵物開始無止境軍備競賽的「紅心皇后困境」。紅心皇后向愛莉絲說:在我們這你得全力跑才能維持原地--就像獵豹與瞪羚在數萬年的生死追逐之中,一代比一代跑得更快。熱帶草原的灌木演化出棘刺,長頸鹿的舌頭就因應以變長照吃不誤。植物一懂得開化學工廠,製造次代謝物 = 萜類 = 皂苷,這一整大類的有毒物質以驅蟲和迴避草食動物,後者就演化出解毒的肝臟、腸道共生細菌,或不受毒性影響的變化代謝方式。

所謂道高一尺,魔高一丈也。[→en:wiki 紅心皇后_演化理論]

- -

在舞台劇 "Einstein's Gift" 中,劇作家拿愛因斯坦跟哈柏作一個強烈的對比。雖然兩人都是傑出的猶太人後裔,然而愛氏與哈氏

--分別是和平主義者/國家民族主義者;對自己的種族國籍不甚在意/為了在學術界爬高得到認可而斷然受洗皈依基督教;以理論與方程式決勝/只相信實做出來的結果;以物理榮耀獲得世界認可;想洗白自己的猶太人出身,獲得德國人認可卻只被當狗看,得了諾貝爾獎卻被世界當屠夫看;一生中經手無數女性面面俱到/被自己的妻子不理解不認可。(最後這是我亂加的XD)

另外,劇名中  Gift  這個字是雙關語,英文指禮物,但德文指 毒藥

* 克拉拉‧伊梅瓦爾


即使聽不懂德文也覺得想看。有一種德國人總是任何事都認真、全力以對的感覺。

http://jwa.org/encyclopedia/article/immerwahr-clara

immerwahr 字面意為 永遠的真實 (immer = ever, immergrün = evergreen ; wahr = true 形容詞為 wahrhaftig)。瞻仰瞻仰。

克拉拉·伊梅瓦爾 (1870-1915)
(Credit: Wikimedia commons)







* 關於毒氣

在克拉拉眼皮下談毒氣實在很奇怪,不如先從德軍施放頭兩批毒氣都首先遭殃的城市--比利時的 Ypres 市講起。

比利時 Ypres 市(此地名原為法文轉寫英文。正式市名是荷蘭語的 Ieper 伊珀爾),位於比利時西弗蘭德省 West-Vlaanderen,法國人又決定叫它不同的名字--

「弗拉芒」Flamande,然而使此地名聞遐邇的,其實是是控訴一次世界大戰殘酷的英詩《在法蘭德斯戰場》(In Flanders Fields)。詩中提到的 某種顏色鮮豔的花,後來成為 世界休戰紀念日 Remembrance Day 的視覺象徵,也是當天必須配戴在胸襟的花朵。

弗蘭德斯地名意指「被洪水淹沒的地方」,這洪水在一次大戰的戰線攻防中起了作用,由比軍掘開提防成功阻滯了德軍的西進,以至於法國援軍有時間加入,整體穩著陣腳。

誰料到忽然天降哈柏一煞星,捲土重來的德軍,這次狂催猛送,往加拿大/比利時/法國聯軍的戰壕裡,一共施放了 171 噸 的氯氣。據法方統計,毒氣起碼造成 6000 員傷亡。但同時德軍也在搬運、施放氯氣這種揮發性極高的腐蝕性物質時吃了不少苦頭。


被戰火轟成廢墟的伊珀爾市
(Wikimedia Commons)
- -

* 從 殺人 到 救人,芥子氣傳奇

接下來講芥子氣(mustard gas),或二氯二乙硫醚((ClC2H4)2S),屬於含硫芥子氣類化合物,簡稱硫芥(sulfur mustard)--我講講這玩意的性質,你就會了解為啥它會被稱為 毒器之「ㄨㄤˊ」就是死亡的亡。

所謂芥子氣,乍聽以為是從大蒜/芥末之類的植物萃取出來的,但它其實純粹是由化學合成。命名理由只是因為刺激性氣味相似而已。它同時具腐蝕性,所以稱為 潰爛性毒氣(vesicant,意為會讓人發水泡宛如燒燙傷的物質)。與氯氣一樣,直接吸入芥子氣會造成肺部潰爛、積水,然後慢慢地無法呼吸而死。[惡寒]

但它也有其他的性質,如影片中所說,首先芥子氣蒸汽比空氣重,能蓄積在戰壕底部。再來,它的液態形式是無色油狀物,可以放在如榴彈砲的彈藥中施放,炸開後會以氣溶膠--非常小的液滴在空氣中散發開來。第三,這鬼東西是脂溶性的,可以 經過皮膚接觸吸收!積少成多,即使後來防毒面具發明避免了肺部吸入。但皮膚一般不會特別防護,只要暴露並觸碰到戰壕某處無色的液體,不久就會開始潰爛:還是大規模,二到三度的化學灼傷,會讓士兵不僅失去戰鬥能力--非‧常‧慘‧無‧人‧道‧的‧痛‧苦

基於這些性質,高濃度的施放芥子氣基本上是讓一整個地區,例如要塞,好一陣子都變成鬼城的戰略運用。

岔開說,德軍最早的芥子氣曾經被英軍截獲一批,於是有個公案是:希特勒 日後多次公開講自己在一戰中,曾經被英軍回敬的芥子毒氣所傷,失明了好一陣子。被毒氣K過耶,儼然是個戰爭英雄應該有的經歷呀~~但,史學家即使過了好些年仍然熱衷拆希特勒的台,根據非常幸運尋回的,希特勒在一戰時的詳盡醫療記錄,真相似乎是,希特勒真的失明了,卻是因為「心因性失明」= hysterical blindness,現代用語更婉轉稱為 psychosomatic disorder = 轉化症,也就是說龐大的壓力使得身體出了狀況,腦子於是崩潰,告訴自己現在我什麼也看不到......(講三遍)。

彷彿知道「元首大人」日後會垮台,知曉實情的人大多「被自殺」了,將這病例藏起來的人,存心是要把希特勒這頭怪獸的真實醫療史傳給後世知悉。阿里嘎多。

但除了使人失去作戰力(debilitating agent),芥子氣還會在人體內蓄積--它是脂溶性的,會得其所哉地溶解在人體的脂肪細胞中,緩緩釋放--這種分子有直接細胞毒性,它會破壞細胞核中的 DNA,因而造成前述的表皮潰爛。同時也會殺死免疫細胞,使患者容易因 嚴重感染 身亡。更會摧毀生殖腺,就是讓男人絕子絕孫。即使接觸芥子氣後命大倖存,因為它的毒性機轉,長期還會致癌的。真是三好加一好的玩意不是嗎。

很難想像一個只由15顆原子(4C, 8H, 2Cl, 1S)構成的小分子會這麼兇惡,後患無窮。

芥子氣分子的殺人勾當是這麼完成的,中心原子: 伸出兩個碳鏈像惡魔的角一樣,角的頂端各撐著一顆氯原子,這氯原子很容易自行脫離分子(稱為 離去基,leaving group),而丟掉氯的這一支碳鏈,會往 DNA 分子中也常見的 原子伸出魔爪的一把黏上去,稱為 烷基化(alkylation),是一種親核基取代反應(Nucleophilic substitution)。

由於無論是 硫芥 或 氮芥 都有兩個氯,兩個角,於是能夠鎖死兩顆 DNA 上的氮原子(位於ATCG 四個鹽基),即 交叉烷基化(cross alkylation)造成 DNA 分子形狀改變、或雙螺旋無法解開--無論如何事情都很大條,細胞最重要的機能都因此無法執行,於是走投無路,
啟動內在自毀機制 (細胞凋亡 apoptosis)而死亡了。


硫芥,(ClC2H4)2S
[Wikimedia Commons]
交叉烷基化 [Source]

然而,如本片的教訓「科學無好也無壞,就只是真實兼有力」。有力的東西在正確的人手中仍能造福世人。剛剛提到芥子氣的細胞毒性首先殺 免疫細胞、生殖腺細胞(睪丸與卵巢),它們的共通點在於都 活躍、生長複製快

聽起來有沒有像癌細胞

若是自毀的是猖獗的癌細胞就好了--善良科學家這麼想。

環磷氮芥, Cyclophosphamide
於是,經過了一代代漫長,甚至令人灰心的療法改進、患者犧牲奉獻參與的人體試驗,我們現在知道需將高毒性的 硫元素 換掉,替換為 氮元素 的「氮芥」(Nitrogen mustard)。就能將藥效控制在,恰好殺癌細胞比殺正常細胞有效,利大於弊的劑量。

** 無數可敬的先行者的犧牲啊。醫學就是將前一千個病患身上學的的經驗,轉成成功地治療第一千零一個 ,這麼一回事

這種「棄暗投明」的化學分子,例子有名的 Endoxan/癌德星/環磷氮芥/Cyclophasphamide,不僅能用於 淋巴癌、白血病、卵巢癌、子宮頸癌、肺癌......等等的化療。再略微縮減劑量,還可以用於抑制過於活躍的免疫反應--例如 紅斑性狼瘡。

從殺人芥子氣,到從 萬病之王 癌症手中搶救生命的化療藥物,這就是傳奇的芥子氣,芥子氣的傳奇。





- -

比利時 Ypres 旅遊導覽(是說,這篇部落格寫這個幹嘛~~~)

Ypres 位處於德法交界,在戰爭中多次被砲火夷平,即使如此法蘭德斯的人民還是咬著牙,扛下來,重建家園--堅持要重建得與原本的百年古城一樣華麗又莊嚴。

虛擬旅遊 [遊記@背包客棧 mysmalllamb],「墓園」小鎮,非常莊嚴

Ypres 市也有比較歡樂的傳統,例如他們3年一次的的拋貓節  (Kattenstoet),跟母親節恰好同一天,全城人扮成貓,跟著貓形花車、貓形氣球遊行。並從高塔上丟下貓......是假的裝飾物啦別緊張......以祈求平安。

雖然這個習俗來由是跟中世紀黑死病有關來著  ^・ω・^


被貓統治一天也是很幸福的
[Wikimedia Commons]


- -

. 氰化氫毒氣的敘述參考本網誌<毒器譜-自然界五大殺器








Source Links: 原影片所附參考連結

Nobel Prize in Chemistry 1918: Fritz Haber Biography [→]
. 諾貝爾獎官方網站的哈柏傳記,其中只有「......任職於德軍的化武部門。」這樣一句。
The tragedy of Fritz Haber [→]
Nitrogen fertilizer: agricultural breakthrough and environmental bane [→]
Haber, Fritz [→]

Fritz Haber: Jewish chemist whose work led to Zyklon B [→]
. 本集綱要重大地參考這一篇,因此不需要讀它,他寫的內容影片都有。

Seven billion humans: the world Fritz Haber made [→]
Haber & Bosch: most influential persons of the 20th century [→]
Fritz Haber: plowshares and swords [→]
Fritz haber: chemical warfare [→]

關於快被擠爆了的地球

The Omnivore’s Dilemma by Michael Pollan [Amazon作者頁→]
雜食者的兩難:速食、有機和野生食物的自然史 [博客來→]
雜食者的兩難心得1 http://evaeva0124.pixnet.net/blog/post/45062239

人口過剩的科學 SciShow - The Science of Overpopulation 

Links for Rainy Days:
美國的海洋管理政策,皮尤基金會
http://ias.cass.cn/show/show_mgyj.asp?id=1359