近日，韓國基礎科學研究院(IBS)量子納米科研中心研製出相當於一個原子大小1的存儲介質，橫掃相關領域的獎項。20世紀——微觀世紀已經成為過往，人類如今在21世紀正邁向納米技術的巔峰。
1. 納米級別的尺寸。作為參考，1納米（nm）等於1米的十億分之一。
對於微觀存儲領域的研究歷經了一個多世紀的時間，而另外一個微觀存儲領域——頭髮自古以來就長在我們的頭上。
早在我們出生之前，頭髮就已開始在生長了。在受孕7週時，在皮膚組織中就可以觀察到毛囊2。大約在第10到13週時，頭皮上會長出毛髮；而到第20週時，眉毛、細軟的胎毛以及頭髮一起變得清晰可見。在第33到37週之間，胎兒大部分的胎毛脫落，頭髮變得更加堅硬，呈現出完整的樣貌。
2. 包圍髮根並提供營養的皮膚組織。
這頭髮，多也煩惱、少也煩惱；長也煩惱，短也煩惱……從胚胎期起，相伴終生的頭髮，帶給我們數不盡的煩惱。那麼，頭髮為什麼存在，又起著怎樣的作用呢？ 接下來就讓我們一起聽聽一根細細的頭髮所講述的故事吧。
放棄毛髮，保護大腦
從生物學角度看，人類屬於靈長類動物。而人類與其他靈長類動物最主要的區別之一就是人類的皮膚上沒有明顯的毛髮。人類儘管擁有鬍鬚和頭髮，但與黑猩猩或紅毛猩猩相比，皮膚明顯更加光滑。這背後的原因是什麼呢？
人類的大腦與身體的比重是所有動物中最大的。人類的腦組織對高溫極為敏感，體溫達到40℃時，就有中暑的危險。在此狀態下，體溫僅僅上升2℃，也會導致腦死亡。為了避免發生這種危及生命的狀況，必須在人體的核心溫度3升高之前及時散熱。如果人類像其他靈長類動物一樣擁有厚厚的毛髮，那麼牠們將很難調節體溫，因為毛髮會阻礙所有的熱量傳遞。
3. 心臟內血液的溫度，可以調節腦組織的溫度。
科學家推測，早期人類的皮膚上有大量毛髮。在這種情況下，哪怕只是行走 10 到 20 分鐘，人就會因過熱而中暑。然而，人體只保留了必要的毛髮。雖然這個演化過程的機制尚不清楚，但這一演化確實可以讓人類將體溫維持在36.5℃左右，為腦組織提供保護。
我們的頭髮正是被保留下來的必要毛髮之一：它蓋住身體的頂部，保護大腦和頭皮免受外界傷害。頭部受到撞擊時，頭髮就會作為第一道緩衝防線，吸收衝擊力道，從而降低大腦受到的直接傷害。夏天時，頭髮有助於抵擋強烈的紫外線；冬天時，它能防止熱量流失，幫助身體抵禦嚴寒。
脫髮的原因
頭髮伴隨人類已久，儘管其作用顯著，奈何它又會不斷地脫落。有時候是幾根，有時候甚至是一大把。我們常希望自己的頭髮一直保持不變，但為什麼它總是在掉落呢？
脫髮的主要原因是人體不同部位的毛髮都有其自身的生命週期。就像木槿花在同一棵樹上反復開花、凋謝一樣，包括頭髮在內，我們人體所有毛髮在一定時間後都會自然脫落，然後在同一位置重新長出來。這種現象叫做毛髮生長週期(hair cycle)，它歷經生長期(anagen)、退行期(catagen)和休止期(telogen)，循環往復。頭髮的生長週期最長可達6年；相比之下，眉毛、睫毛和胎毛的生長週期不到6個月，生長速度也只有頭髮的一半，這也是它們比頭髮短很多的原因。
在持續2到6年的生長期中，毛囊中的幹細胞會活躍分裂。一般來說，每天頭髮生長約 0.4 毫米，每月約 1 公分，每年可達 15 公分。不過，頭髮的生長速度也會受到許多因素的影響，例如性別、年齡、種族、健康狀況和季節等。
經過了生長期，頭髮開始進入為期數週的退行期，這時幾乎所有的毛髮細胞都會死亡。接著，新的毛髮細胞開始產生新的頭髮。隨後是持續 4～6 個月的休止期，此時細胞分裂停止，毛髮自然脫落，毛囊也處於休息狀態，為下一個生長期做準備。
一般情況下，人的頭髮大約有85%處於生長期，其餘15%則處於退行期或休止期。每天早上看到掉落的頭髮時，許多人都會唉聲嘆氣。但是我們要知道正常人的頭上長著大約10萬根頭髮，每天掉落55到100根頭髮是再正常不過的現象。
頭髮的三層結構：纖細卻堅韌
我們通常所說的「頭髮」，實際指的是頭皮以上肉眼可見的部分，這部分叫做髮幹；埋在皮膚毛囊中的部分叫做髮根。髮幹的直徑通常為50～100微米(μm4)，它由三層結構組成。
4. 1微米等于1米的一百万分之一。
它們分別為表皮層(cuticle)、皮質層(cortex)和髓質層(medulla)。位於最內層的髓質層充滿空氣，這裡空氣的含量越多，頭髮看起來就越有光澤。髓質層由不規則的蜂窩狀細胞組成，通常存在於較粗的頭髮中。
皮質層佔據整個髮幹的約80%，它決定了頭髮的彈性、強度、質地和顏色。皮質層中的細胞形成粗大的角蛋白絲，使頭髮具有強度和柔韌性。此外，影響髮色的色素——深色的「真黑素」和淺色的「褐黑素」也存在於這一層。一般而言，東北亞人種含有較多的真黑素，而北歐人種則含有較多的褐黑素，因此，不同人種的髮色略有差異。但是，當色素不足時，頭髮原本的髮色——白色就會長出來，每個人的頭髮都會變得花白，區別在於每個人頭髮的生長速度不一樣。
毛髮的最外層是表皮，厚度為0.3至0.5微米。能夠合成角蛋白的表皮細胞像魚鱗一樣重疊排列，覆蓋並保護頭髮內部組織，抵抗熱、光、化學物質等外界刺激。這些表皮細胞的排列方向是面向發梢的，這種結構有助於防止害蟲沿著髮絲爬向頭皮。因此，我們順著頭髮撫摸時，會感到順滑；反之，逆向撫摸會感到阻力。
這三層結構使頭髮雖然看上去很纖細，但卻異常堅韌。在格林兄弟的童話《長髮公主》中，女巫和王子就是攀著公主的頭髮爬上高塔。雖然這聽起來十分荒誕，但頭髮的強度確實超乎我們的想像。頭髮的強度確實會根據其粗細程度、受損程度、營養與水分含量等發生改變，但一般來說，一根頭髮可承受約150克的重量。如果長髮公主擁有10萬根頭髮，那麼理論上，她的頭髮可承受高達15噸的重量。
一根頭髮中的信息量
如今，犯罪嫌疑人常常因為在犯罪現場掉落的一根頭髮而被追蹤鎖定。另外，親子關係也可以通過頭髮來確認。事實上，一根頭髮蘊含著大量資訊。
由於DNA分子鏈的序列因人而異，就像指紋一樣，它可用於識別個人身分。成為化石狀態的體細胞組成了毛根，在這裡也含有DNA。通過提取分析DNA，我們不僅可以推測出頭髮主人的性別、年齡、身高和外貌特徵，甚至還能判斷這個人可能罹患的疾病。早期的技術只能分離出線粒體DNA，但如今人類已經開發出能夠分離出核DNA或基因組DNA的技術，使得從頭髮中提取有用DNA變得更加容易。
我們服用特定藥物後，其成分會通過毛細血管被吸收到髮根中。由於角質化的藥物會隨著從髮根生長的頭髮一起移動，因此，通過檢測頭髮的長度，就可以檢測出藥物使用的情況和時間。此外，還有一種名為毛髮礦物質分析(HTMA，Hair Tissue Mineral Analysis)的檢測方法：通過分析頭髮中約30種礦物質和8種重金屬的含量，對體內營養過剩、營養缺乏和營養失衡進行評估，提出改善健康的建議。
我們即使不進行精密檢測，僅憑肉眼觀察頭髮，也能大致判斷身體健康狀況。頭髮與血液密切相關，因為它是從頭皮中流動的血液中吸收營養後生長出來的。對於直立行走的人類來說，向大腦輸送血液比其他動物更加困難。因此，患有貧血的人有時會出現脫髮現象，正是由於供應頭髮的營養不足所致。
頭髮在同一個位置終生不斷生長，既保護著我們的頭皮，又承載著豐富的資訊。這根細細的髮絲中所蘊含的力量與信息量，實在是超乎我們的想像。
「那殺身體、不能殺靈魂的，不要怕他們；惟有能把身體和靈魂都滅在地獄裡的，正要怕他。兩個麻雀不是賣一分銀子嗎？若是你們的父不許，一個也不能掉在地上；就是你們的頭髮也都被數過了。所以，不要懼怕，你們比許多麻雀還貴重！」 太10:28-31
- 參考
- Park Cheol-won. 《脫髮、生髮、頭髮細胞 》. 韓國：Book Lab，2013.
- 庫爾特·斯坦恩(Kurt Stenn)著，劉新譯. 頭髮——一部趣味人類史. 中國:：廣西師範大學出版社，2017.
- Lee Hwa-yeong. 《就連長髮公主都不知道的頭髮秘密》. Kids Donga Science， 2011年 第5號.