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科學人(第148期/2014年6月號)

封面故事?

28 醣分子開啟製藥新時代

「 醣」是生物體內三大重要分子之一,現今21世紀的科學家已經可以任意操作遺傳物質、創造新奇蛋白質,甚至合成生物、列印器官,但是對於合成醣類的知識還相當淺薄。中央研究院院長翁啟惠首創的「自動化一鍋合成法」,已經突破困境,即將開啟生技製藥新時代。?

34 冷門領域遇上好奇心靈

2014年6月,有「諾貝爾獎前哨站」之稱的國際科學界大獎「沃爾夫獎」(Wolf Prize),把化學獎頒給了中央研究院院長翁啟惠。沉潛研究30年的翁啟惠,如何以好奇與熱情支持自己在這條艱難的道路上前行??

38 勇於失敗,才有機會創新!——專訪中央研究院院長翁啟惠?

創新的背後,是一連串的試驗、嘗試與冒險。企業、學校甚至社會,都應該鼓勵創新的精神,不要害怕失敗,而要鼓勵人們禁得起失敗和挫折!?

氣候變遷?

40 全球暖化假性暫停??

過去10年全球氣溫的上升速度減緩,但並不代表暖化效應就此打住,氣候危機依然在不久的將來等著我們。?

資訊科學?

48 論文抄襲記??

一套原本用來協助研讀論文的文本分析軟體,卻意外揭露某些科學家剽竊論文與重複申請研究資助計畫的違反倫理行為。?

52 抄襲與反抄襲的戰爭?

Google的語意向量和IBM華生電腦的搶答技術,把文字處理提升到語意層次,可防止文章剽竊及改善寫作表達,以達反抄襲之效。?

物理學?

56 超對稱玩完了???

數十年來,物理學家一直醉心於超對稱這個美麗的理論。但是在未來幾年內,若無法證明超對稱是正確的,就得面對劃時代的典範轉移。?

醫 學?

64 召喚免疫軍團來抗癌!?

研究人員正嘗試卸除免疫系統中的煞車器,以發展新一代對抗惡性腫瘤的強效療法。?

工程學?

70 變形機械妙用多?

利用材料與生俱來的撓性,製造出多變的單件式機械。它們耐用並且效率更高,將能取代多零件、缺乏效率的傳統機械。?

心理學?

78 高手盲點??

是「老狗變不出新把戲」,或是「舊愛還是最美」?原來是大腦對熟悉方法的偏執,讓我們看不見其他可能的選擇。?

古生物學?

84 化石GPS?

發現重要化石的過程大多像中樂透,運氣是關鍵因素之一。新的研究模型能夠預測何處可能有化石,如同定位化石遺址的GPS。?

數 學?

90 破解天才的手稿??

英年早逝的印度數學天才拉曼努真,留下了許多只有結論而沒有計算過程的手稿,其中隱藏著神蹟般的數學智慧。?

科學人觀點?

8 一見鍾情,佳偶怨偶,但看基因?╱曾志朗?

總編輯的話?

10 醣分子:癌症疫苗新焦點╱李家維?

12 讀者論壇?

科學人新聞?

14 看見暴脹宇宙?

火山舒緩全球暖化?

大麻治癲癇!?

永遠的王室之鷹?

3D長髮物理學?

螞蟻自組挪亞方舟?

克卜勒太空望遠鏡未死?

手機拍照篩檢口腔癌?

數位相片上的隱形簽名?

先人漫步在海邊?

鹿鳴把妹術?

火星上的新月圖騰?

歐洲醫師搶救數百萬非洲病人?

普恩蛋白攸關記憶?

形上集?

22 中學物理課本沒有明講的事╱高涌泉?

網路不打烊?

23 網路媒體的致命誘惑╱陳穎青?

不可勝數?

24 艾雪藝術的啟示╱李國偉?

專家看新聞?

25 重複驗證大不易╱凱莫(Veronique Kiermer)?

健康與科學?

26 電子菸安全嗎?╱馬隆(Dina Fine Maron)?

科學人書摘?

96 超乎你想像的數學問題╱摘自《和牛津˙劍橋新鮮人一起思考》?

資訊世界?

100 畏懼科技非壞事╱波哥(David Pogue)?

真真假假?

101 人之初,性好義╱薛莫(Michael Shermer)?

反重力思考?

102 別說不可能╱米爾斯基(Steve Mirsky)?

生物手記?

104 稀有蝙蝠現身馬祖?

—灰伏翼╱鄭錫奇、張簡琳玟、方引平?

在家玩科學?

106 以摩擦對抗滑動?

圖表會說話?

108 夏日蚊蟲大作戰╱菲謝蒂(Mark Fischetti)

  獨家披露

 

  第一個複製人胚胎

 

  2001年12月,一群美國科學家發表了複製人胚胎的研究成果,在國際間引起了相當大的震撼與熱烈討論。這群科學家強調,複製人胚胎可為醫療複製提供源源不斷的幹細胞;但是,技術上的困難與重重的道德考量,卻是複製熱潮背後值得我們再三深思的議題。

 

  撰文/希貝里(Jose B. Cibelli)、藍札(Robert P. Lanza)、威斯特(Michael D. West)、伊澤爾(Carol Ezzell)

 

  翻譯/黃榮棋

 

  這些胚胎雖然只是如此微小的點點,卻孕育著無限寬廣的希望。經過連月來的嘗試,我們終於在2001年的10月13日,於先進細胞科技公司實驗室的顯微鏡下,目睹我們一直期盼的東西——分裂的細胞小球。這些連肉眼都看不見的細胞球體,看來雖不起眼,卻非常珍貴。因為就我們所知,這還是第一批利用核體移植技術(也就是大家熟知的「複製」)製造出來的人類胚胎。

 

  運氣好的話,我們希望能誘使這些早期胚胎繼續分裂成約100個細胞、狀如中空球體的「囊胚」。我們想從囊胚裡分離出人類幹細胞,當作原始材料,以培養替代用的神經、肌肉以及其他組織,希望有朝一日可用來治療各種疾病。可惜的是,只有一個胚胎發展到六個細胞的階段,其後就不再分裂了。但在另一個類似的實驗,我們卻能讓卵子在未經受精作用下,成功以「孤雌生殖」的方式發育到囊胚期。我們相信,這些研究成果(發表在2001年11月25日的網路期刊《電子生物醫學:再生醫學期刊》)代表著一個醫學新紀元的開始,證明複製療法不再是遙不可及。

 

  醫療複製(複製療法)的目的,是想利用患者自身細胞的遺傳物質來製造例如胰島細胞以治療糖尿病,或製造神經細胞以修復受損的脊髓。這種醫療複製和生殖複製是截然不同的。生殖複製是將複製的胚胎植入母體子宮,並令其產下複製嬰兒。我們相信生殖複製對母體與胎兒都有潛在的危險,現階段並不可行。我們也認為,在安全性與道德問題尚未解決之前,生殖複製應該要受到限制。

 

  令人不安的是,鼓吹生殖複製的那些人(見第44頁〈生殖複製:他們要製造嬰兒〉一文),正利用著「醫療複製」之名,宣稱他們使用複製技術,是為了製造嬰兒給那些用盡各種手段都還無法受孕的夫妻。我們反對這種說詞,並且認為,宣稱這種行為是「醫療」的說法,只會造成混淆。

 

  我們做了什麼?

 

  2001年初,我們開始嘗試複製人類胚胎。第一步是徵求道德諮詢委員會的意見,這個委員會是在1999年籌組成的,成員包括有倫理學者、律師、不孕症專家以及法律顧問,是以常設性質指導我們公司的研究方向。在達特茅斯學院倫理研究所所長葛林的領軍下,道德諮詢委員會仔細討論了五個主要議題之後(見第40頁〈醫療複製的道德考量〉一文),認為我們可以開始進行複製研究。

 

  緊接著我們要徵召願意捐出卵子供複製研究的婦女,同時也要收集願意被複製的人(即捐贈者)的細胞。複製過程看似簡單,成功與否卻有賴許多小因素的配合,其中有些我們也還不是很清楚。這種基本的細胞核移植技術是利用一根非常細微的針管,將成熟卵子裡頭的遺傳物質吸出來,再把捐贈細胞的細胞核(有時會用到整個細胞)注射到去核的卵子裡頭,然後將卵子培養在特定環境下,讓它繼續分裂生長(見下圖「醫療複製:是怎麼做到的?」)。

 

  我們在波士頓地區的刊物上刊登廣告,找到了願意以匿名方式捐出卵子供我們作研究的女性。我們只接受來自年齡24~32歲,且至少生過一個小孩的女性的卵子。有意思的是,對我們的構想表示有興趣的女性,不同於那些願意提供卵子給不孕夫妻做人工受精的人。回應我們廣告的這些女性,之所以願意提供卵子是因為它的研究用途,許多人不願意卵子用來製造她們永遠也見不到面的小孩。(捐卵者的招募以及卵子的收集工作,是由麻州索麥維的鄧肯荷理生物醫學公司的季斯林古柏團隊負責。季斯林古柏本人也參與卵子捐贈等相關道德問題的研究。)

 

  為確認捐卵者的健康狀態,以及確保捐卵過程不會傷害到她們,我們要求可能的捐卵者通過心理與生理檢查,包括傳染病的篩檢。最後我們找到12位不錯的捐卵人選。我們同時還從其他數位匿名者身上取得皮膚的活組織,從中分離出稱為「纖維母細胞」的細胞,以供複製之用。這些提供纖維母細胞的捐贈者,有來自不同年齡層的健康人士,也有些是糖尿病或脊髓受損的病患——可能就是會因醫療複製而受惠的人。

 

  2001年7月,我們做了第一次的複製實驗。時間點的選擇全視捐卵者的月經週期而定,捐卵者必須接受數天的賀爾蒙注射,使她們一次可以排卵十顆左右,而不是平常的一兩顆。

 

  我們終於在第三次實驗見到成功的曙光,因為注入卵子的纖維母細胞的細胞核似乎有分裂的跡象,但最終還是沒有分裂成兩個完整細胞。所以在下一次的實驗裡,我們決定利用若山照彥及其同事曾經使用過的方法。(這些科學家在1998年創造了第一隻複製小白鼠。當時若山照彥任職於夏威夷大學,現在則在先進細胞科技公司。)我們雖如往常一樣,把皮膚的纖維母細胞的細胞核注入卵子,但我們同時也選用了另一批卵子,改而注入稱為「卵丘細胞」的卵巢細胞。這些卵丘細胞在卵巢裡,通常會提供養分給發育中的卵子,在卵子排出後有時還會黏在卵子表面。因為卵丘細胞很小,所以可以整顆注入卵子。終於在七位志願者共捐贈了71顆卵子之後,我們複製成第一個早期胚胎。在注入卵丘細胞的八顆卵子當中,有兩顆分裂成胚胎初期的四個細胞,有一顆甚至分裂到至少有六個細胞才停止生長。

 

  孤雌生殖

 

  我們也想知道,卵子是否可以無需精子的受精作用,或不必去核再注入其他細胞核,就可以直接分裂成早期胚胎。在正常的狀況下,為了避免受精後胚胎含有雙份基因,成熟的卵子和精子各攜帶體細胞一半的遺傳物質,但是卵子只有在快要成熟的時候才會減半其遺傳物質。如果卵子在這個階段之前就被活化的話,還是會擁有完整的一套基因。

 

  以這種孤雌生殖方式活化病患的卵子,其分裂細胞中衍生出來的幹細胞,應該不會在移植後遭到排斥才對,因為這些細胞與病患本身的細胞十分相似,而且也不至於製造太多自身免疫系統不熟悉的化學分子。(不過,因為卵子與精子形成過程中必然會發生的基因洗牌效應,所以這些細胞也不可能與病患本身的完全一樣。)比起那些取自複製的早期胚胎之幹細胞,這類細胞對某些人而言也許比較不會引發道德爭議。

 

  想想下面的情節,一位患有心臟病的女子,也許可以收集自己的卵子,讓它在實驗室裡活化並分裂成囊胚。之後科學家就可以利用各種生長因子,將分離自囊胚的幹細胞誘變成心肌細胞,並養在實驗室的培養皿裡,將來可以用來彌補這位女子心臟缺損的部位。但若想使用類似的「孤雄生殖」技術製造幹細胞來治療男人的話,可就要麻煩得多,可能需要將男人的兩個精子注入去核的卵子當中。

 

  有研究曾經報導過,若將小白鼠或兔子的卵子暴露於化學藥劑,或接受例如電擊等物理刺激的話,就可以誘使卵子分裂成胚胎。早在1983年時,羅伯森(現在任職於哈佛大學)便已證實,自小白鼠的孤雌胚胎分離出來的幹細胞,可以分化成包括神經與肌肉在內的各類組織細胞。

 

  在我們的孤雌生殖實驗當中,我們把22顆卵子養在可改變細胞內離子濃度的化學藥劑裡。經過五天的培養,其中有六顆卵子發育成形似囊胚的東西,只不過沒有任何一個含有可產生幹細胞的所謂「內細胞群」。

 

  為何而做?

 

  我們渴望有這麼一天,可以利用複製療法或孤雌生殖的細胞療法來治療病人。現在我們把心力投注於神經與心血管系統方面的疾病,以及糖尿病、自體免疫疾病,還有與血液、骨髓相關的疾病。

 

  一旦我們可以從複製胚胎得到神經細胞,我們希望不只可以用來修補受損的脊髓,還可以治療如帕金森氏症這種腦疾。帕金森氏症是因為製造多巴胺這種化學物質的腦細胞壞死,因而造成無法控制的顫抖與癱瘓。阿耳茲海默氏症(老人癡呆症)、中風以及癲癇等,也都有可能會利用到這種治療方法。

 

幹細胞除了可以生成胰島細胞,用以製造胰島素來治療糖尿病之外,幹細胞也可以誘生成為心肌細胞,用來治療充血性心臟衰竭、心律不整、以及心臟病發作後受損的心肌組織。

 

  還有一種應用可能更為有趣,這或許和誘導複製幹細胞分化成血球與骨髓細胞有關。自體免疫疾病的產生,像是多發性硬化症或風濕性關節炎,是因為源自骨髓的免疫系統的白血球攻擊了自己體內的組織。初步研究已經顯示,因接受高劑量化療而導致骨髓受損的自體免疫疾病癌症病患,在接受骨髓移植之後,其自體免疫疾病的症狀有減輕的現象。注入可以製造血球細胞的複製幹細胞,或許可以「重新啟動」自體免疫疾病患者的免疫系統。

 

  然而,複製的細胞(或以孤雌生殖方式產生的細胞)正常嗎?只有臨床試驗才能真正告訴我們,這些細胞是否安全到可以應用到病人身上,但我們的複製動物實驗顯示,這些複製出來的動物都很健康。我們在2001年11月30日的《科學》雜誌中報導我們複製牛的成功經驗。在30隻複製牛當中,有6隻出生後不久就死亡,其餘的體檢結果一切正常,而且免疫系統的檢驗結果也與一般牛隻沒有兩樣。其中兩隻母牛後來甚至還產下健康的小牛。

 

  複製過程似乎也會重新設定複製細胞的「老化時鐘」,所以這些複製的細胞,在某些方面似乎比原來的細胞要來得年輕。2000年時我們曾報導過,複製小牛的染色體端粒(染色體兩端的帽蓋),與一般小牛的長度是一樣的。染色體端粒的長度,一般會隨著生物體年齡的增加而變短或受損。因此複製療法也許可以提供「年輕」細胞給年老人口。

 

  2001年7月,麻州劍橋懷海德生物醫學研究所的傑尼西及其同事,發表了一篇備受重視的報告。他們發現複製小白鼠身上會有所謂的「胎跡缺陷」現象。胎跡是發生在哺乳動物許多基因上的一種印記,會因基因遺傳自父方或母方,而對基因的開啟與否有不同的影響。胎跡程式一般在胚胎發育過程中會「重新設定」。

 

  雖然胎跡對小白鼠好像很重要,卻沒有人知道這種現象對人類是否有任何意義。除此之外,傑尼西及其同事並沒有研究從成鼠身上的細胞(例如纖維母細胞或是卵丘細胞)複製出來的小白鼠。他們的小白鼠都是從胚胎細胞複製而成的,因此變異性可能也會比較大。有些研究顯示,複製自成鼠細胞的小白鼠有正常的基因胎跡。這些結果已經被學術期刊接受,預料近期就會刊出。

 

  另一方面,我們也會繼續進行我們的醫療複製實驗,製造可產生幹細胞的複製人胚胎或孤雌人胚胎。總而言之,科學家才剛輕扣這個寶庫的大門呢!

 

  黃榮棋,長庚大學生理科副教授,本刊編譯委員。

聚焦物理世界──認識時空、物質、宇宙與量子力學的24堂進階課

你一定好奇:時間是如何流動的?重力從哪來?為什麼有質量?然而課本裡卻沒有答案。本特輯除了解答上述基本問題之外,還要告訴你:粒子物理與宇宙學怎會搭上關係,以及自己也可以動手做的量子實驗!

精采單元:

時間之謎從粒子到物質無垠宇宙量子樂園尖端應用

導讀

讓大師領你踏進物理之門──台灣大學物理系教授 高涌泉

《科學人》這份著名科普雜誌進入台灣社會已近10年,這本特輯即是《科學人》這些年來所刊載物理類文章的精華選集。現今科學發展迅速,已經沒有人得以理解一切科學新知,即便單以物理這一學科而論,也不可能有人可以全面掌握各物理領域的進展。《科學人》的主旨在以深入淺出的方式,介紹科學上重要的新進展,所以如果我們想要大致了解物理學在過去10年間有何重要發現,這本特輯是最好的起點。

我們可以從這本特輯的文章分類得知,物理學在過去10年中,所關注的對象仍舊是在「量子」與「時空」這兩個歷久彌新的主題,而粒子物理、凝態物理、原子物理、量子電腦與宇宙學也還是當今物理學中火紅的領域。

更具體一點講,這本特輯觸及的物理題材包括:為人預期能夠找到希格斯粒子的大型強子對撞機(LHC)、有奇特性質的石墨烯、能產生超短脈衝的光頻梳、新型超導體、出人意料之外的宇宙加速膨脹與暗能量、全像宇宙、黑洞等。以上每項題材都已引出上千篇研究論文,有些已受諾貝爾獎肯定(石墨烯與光頻梳),有些可以預期未來會得到諾貝爾獎(從大型強子對撞機得到的發現)。這些廣泛的題材如果沒有行家帶領,很難自行摸索、一窺究竟。我可以想像一位物理教授指導其正要進入實驗室開始研究石墨烯性質的研究生,先閱讀〈一枝鉛筆畫出奈米碳網〉一文,在知道一點石墨烯的大概之後,再去鑽研專業性論文。

《科學人》主篇文章都是在作者與編輯一起句句琢磨之後,才得以與讀者見面,而作者本人(或作者群)也多是文章所介紹科學發現的當事者或是名筆,我要在此特別點出這本特輯中的幾位作者:〈度量時間,以光為尺〉的作者之一霍爾是2005年諾貝爾物理獎得主;〈一枝鉛筆畫出奈米碳網〉的作者之一蓋姆是2010年物理諾貝爾獎得主,此文另一作者金也被某些內行人認為應該與蓋姆一起分享此獎;〈重力是一種幻覺嗎?〉作者馬多西納在文中解說自己的全像重力論,是當今最受矚目的理論物理學者;〈粒子物理革命即將來臨〉的作者奎格是知名粒子現象學者,曾領導美國費米加速器實驗室理論部門10年;〈宇宙的起源〉作者特納是整合粒子物理、天文物理與宇宙學的先驅,以及「暗能量」一詞的命名者;〈奇妙的量子棋步〉作者尼爾森是第一本也是最暢銷的量子計算教科書的兩位作者之一;〈時間是雙向的嗎?〉作者卡洛爾出版過暢銷相對論教科書與科普書;〈神秘的時間流〉作者戴維斯也是多本暢銷科普讀物的作者。

在介紹新知之外,《科學人》偶爾也會刊出以科學哲學、科學史、微妙科學概念的解說、科學人物等為主題的文章。例如,這本特輯中〈粒子宇宙學開創史〉的作者凱薩是美國麻省理工學院物理學家兼科學史家,他在文中介紹了粒子宇宙學這門新興學問誕生的歷史,又例如〈艾弗雷特的異想世界〉一文介紹了艾弗雷特這位只活了51歲的物理界非主流人物,如何在1950年代於美國普林斯頓大學發展出現今為科哲專家重視的「量子力學的多重宇宙詮釋」的故事。而〈你也誤會了大霹靂?〉一文目的在於破除有關宇宙膨脹的一些誤解,這些誤會是連一般物理學家都可能不知不覺的。這類文章的教育意義比起新知介紹的文章,有過之而無不及。

由於本書內容的多樣性,無論你有多少科學背景,是高中生、大學生、研究生、業餘科學愛好者,甚或是物理專家,都可以從本書學到一些東西。?

導讀者簡介

高涌泉

台灣大學物理系教授、《科學人》編譯委員會召集人。研究專長為量子場論,亦致力於科學教育與科普寫作,著有《另一種鼓聲》、《武士與旅人》等科學散文集,長期為《科學人》撰寫專欄「形上集」。

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推薦

【推薦文一】?

小時候,往往在跑遍圖書館和書局後,仍苦惱地找不著像是「宇宙有多老」這類問題的可靠答案;在今日,網路資訊過度發達,卻也不免讓人迷失於知識爆炸的洪流中--到底哪個版本才是對的?《科學人》長是此症的良藥,而本特輯不但性屬特效,更是十全大補。在此難得當下,謹題一詩共勉:?

科技日新奇

學思無止息?

人間天地事?

笑問科學迷?

--吳俊輝(台灣大學物理系暨天文物理所教授)?

【推薦文二】?

無論馬上、桌上、枕上,每回翻開《科學人》,就是另一次無法放手的開始。我自身較為熟悉的領域在物理和天文,自然更為眷顧相關文章,這次《科學人》精采100特輯《聚焦物理世界》將過去10年之間精采紛呈的物理文章重新整理,輯為特刊,內容涵蓋尖端物理的各個方向,以饗對物理發展抱持高度興趣的讀者,委實功德無量。?

--孫維新(台灣大學物理系教授、國立自然科學博物館館長)?

【推薦文三】?

Scientific American的作者往往是極負盛名的科學家,所以一些國內教授也樂於予以翻譯,引介最新潮的知識。《聚焦物理世界》涵蓋了時空本質、量子計算、宇宙學的進展等,主要著重在基礎物理,其他領域的文章雖不多,但也有最熱門的鐵基超導體、石墨烯,以及光頻梳技術等三篇,後兩篇的作者裡都有諾貝爾獎得主。我相信讀者一定可以從這些高品質的文章中獲益良多!?

--張明哲(台灣師範大學物理系教授)?

【推薦文四】?

還記得小時候對生活周遭的各種現象充滿好奇,不停地追問為什麼的日子嗎?然而甚麼時候開始「長大」的我們不再好奇?直到有一天聽見人們談論宇宙的起源、時光旅行的可能、量子力學的最新科技等等時,似乎有那麼一點點好奇心重心被燃起,卻又不敢再向前。如果有一天,對知識的需求單單只是為了滿足我們的好奇心,不用被考試所束縛,是否可以不再害怕而單純享受知的喜悅?《科學人》再科普推廣的深耕是有目共睹的,這一次將之前的精彩文章編為特輯,一次滿足我們對知識的渴望,期待與您分享這場饗宴。?

--張清俊 (北一女中物理科教師)

科學人(第149期/2014年7月號)

再修一次微積分!??

不可否認,「微積分」堪稱數學課堂裡的大魔王。但如果你因為學生時代的夢魘而錯過這一期《科學人》,就太可惜了!?

我們所知道的微積分,是牛頓與萊布尼茲發展出來的數學工具,概念是把物體(或線)切成無窮多的小等分,再加總起來,便可求得體積、面積。但什麼是「無窮」?早在古希臘時代,畢達哥拉斯學派就開始思索這個問題,卻越想越迷糊;後來阿基米德利用槓桿原理找到解答的方向,再利用歸謬法完成了證明。?

17世紀初,義大利數學家卡瓦列里(Bonaventura Cavalieri)提出「不可分量法」,宣稱平面是由無窮多的平行線構成、立體則由無窮多的平面組成,卻遭到瑞士數學家古爾丁(Paul Guldin)大力攻擊。數學是為了規範這個世界的秩序而存在,古爾丁認為,「無窮」的概念卻可能造成一場大混亂!真的是這樣嗎?了解這段秘史,你將會以不同的眼光看待微積分,讓籠罩你心頭的「微積分鬼魂」、「無法馴服的無窮小」就此煙消雲散!?

植物人看來沒有意識,但經由功能性磁共振造影(fMRI)發現,他們的大腦對外來刺激有反應!科學家已經證明,某些植物人可透過想像某件事而與外界溝通,不僅為植物人的照護與康復帶來一絲絲希望,也將逐漸解開意識的本質之謎。?

炎炎夏日已至,許多地方都面臨乾旱,古老的人工增雨技術能搾出更多雨水嗎?珊瑚存亡危機,棘冠海星是罪魁禍首?更多的精采內容,請見《科學人》雜誌2014年7月號。

發現天文之美──目睹星體誕生、前進太空世界的24次航程

絢爛的星空裡藏著多少秘密?無垠的宇宙正展現著哪些令人嘆為觀止的美景?其他的星球是什麼模樣?跟地球一樣有生命存在嗎?身為擁有無窮好奇心的渺小人類,該如何探索如此美麗又神秘的天文學?就從這本特輯開始吧!

精采單元:

深入星空天文奇景星際奇航探索之眼

導讀

國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

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在星空下盡情探索,在荊棘中蹣跚前進

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《科學人》將2002年創刊以來的精采天文文章編纂成集《發現天文之美》,嘉惠學子大眾,功德無量!

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自古以來,在靜靜的星空下仰觀天象,就是一件令人著迷的事情,這是為何我們常說:「天文學,是離我們最遠的一門科學,卻也是離我們最近的一門學科。」最遠,是因為我們研究的星星銀河,都在萬千光年之外;最近,是因為我們抬頭就看得到!

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回首科學發展的滄桑過程,就是一部「自然」、「科學」,和「人」之間的互動史。「自然」深刻影響「人」的生活,而「人」藉著辛苦發展出來的「科學」,去了解「自然」背後的道理,這個三方互動的過程,在天文學的發展中尤其明顯。隨著科學的發展,今日天文學的研究已經不再受到政治和民粹的干擾,而能讓科學工作者單純地根據所觀測到的現象探討其背後的道理,也逐漸發展出了「欣賞-探索-認知-珍惜」四階段的心理歷程,使得天文研究最終走上了科學的道路。然而即使如此,天文科學的研究路途也不是一馬平川的康莊大道,天文學家一直在不斷認錯的荊棘叢中蹣跚前進,究其原因,天文研究中「直觀的現象」和「真正的本質」常常天差地遠,需要付出時間精力和創意思索的代價,才能接觸天文現象的真正本質。

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遠者如托勒密的「地心說」和哥白尼的「日心說」之爭,已經頻繁地見諸史冊及教科書,我們不再贅言;近者如20世紀三大有關「距離」的爭辯,卻值得我們參考深思!

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遙遠天體的「距離」測量,一直是天文學家的心頭之痛,因為「有距離才有

真相」!在清楚知道一個天體的實際距離之後,天文學家才能精確地算出它的「光度」,也就是每秒鐘這個天體實際放出的能量,也才能開始計算具有真實物理意義的天體參數。

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20世紀第一個有關「距離」的大辯論,發生在1920年4月26日的晚上,來自威爾遜山天文台的夏普里(Harlow Shapley)和來自里克天文台的柯蒂斯(Heber Curtis),在美國華盛頓D.C.的國家科學院中,就「星雲」的本質和「宇宙」的尺度,各自表述,總共用了1小時又15分鐘,時間雖短,影響深遠,這場遇合後來被天文史家稱為「大辯論」(TheGreat Debate)。但究其內容,夏普里使用了一連串正確的推導,卻得到了錯誤的結論(大多數星雲是「近」處的雲氣);柯蒂斯使用了一連串錯誤的推導,卻得到了正確的結論(大多數星雲是「遠」處的星系)!不過文人嘴上相爭,從來不會有具體勝負,直到哈伯在1923年10月5日和6日晚上,使用新啟用的威爾遜山2.5米望遠鏡,拍了M31仙女座大「星雲」,找到了第一顆M31中的造父變星,計算出我們到M31之間的距離,終於清楚知道M31絕對是一個獨立於我們銀河之外的星系!從此以後,就如同許多其他「星雲」一樣,M31被更名為「仙女座大星系」,也終結了20世紀第一場關於「距離」的辯論。

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有趣的是哈伯對M31的距離估算其實誤差極大!今天我們知道M31的距離為254萬光年,誤差正負6萬光年,但是當年哈伯因為不知道造父變星有兩種,用了錯誤的定標公式,得到了30萬光年的數值,但無巧不巧,當年對我們銀河大小的估計也是錯得離譜,今天我們知道銀河直徑為10 ~ 12萬光年左右,但當年以為銀河只有3萬光年大小!哈伯就是如此幸運,這兩個錯誤的方向一致,所以哈伯仍然可以做出正確結論:M31是在我們銀河之外!

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第二個距離辯論出現在1960年代,當施密特(Maarten Schmidt)發現「類星體」(quasar)光譜中的奇怪譜線其實就是紅移之後的正常氫原子譜線之後,天文學家先是驚訝於這些類似恆星的天體竟然「遠」在宇宙邊緣,但接著又驚訝於這些天體竟然能放出極大的能量,讓我們在地球上都能偵測得到!也正因為物理上看似荒謬,就有人站出來反對這個說法,認為類星體其實是「近」處星系的核心噴發出來的物體,因為噴出的速度極快,所以產生了很高的紅移,讓大家以為這些天體很遠。這個學說的代表人物以柏比奇(Geoffrey R. Burbidge)及阿爾普(Halton C. Arp)為主,他們在幾個例證圖像中,觀察到類星體(高紅移)和鄰近星系(低紅移)之間似乎有著物質關聯,但是這個學說的最大敗筆,是無法解釋類星體被噴出來的方向都是「背向地球」,只有「紅移」而無「藍移」!雖然這兩位學者的學說幾乎已經被近年來的觀測淘汰,但是直到我念研究所當博士後時,每有國際會議,仍會看到兩位老先生上台重述他們的理念和「新的」觀測證據,大家在底下面面相覷悶不吭聲以示尊重,科學家的堅持有些時候真的令人難以想像。

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第三個距離辯論出現在1995年4月,一方面為了紀念第一個大辯論的75週年,另一方面有關「γ射線爆發」(gamma-ray burst, GRB)的距離爭議方興未艾,這類天體在1970年代被美國空軍發現,原先以為是邪惡帝國的太空核爆,後來才知道是宇宙中隨機出現的爆發性天體,它雖然在高能波段光芒萬丈,但是一閃即逝,偵測距離極端困難,所以才會導致第三場大辯論。當時「民心」所向多半都認為這類天體很近,不過是銀河周邊的「高速中子星」,只因為它們的光變尺度和高能譜線似乎都和中子星的性質有關。這場辯論由藍姆(Donald Q. Lamb)對上巴辛斯基(Bodhan Paczynski),前者贊成中子星理論,說這類天體「近」得很;後者獨排眾議,說這類天體其實「遠」在宇宙邊緣,能量極大。辯論過了沒有多久,地面的快速反應光學望遠鏡和軌道中的γ射線望遠鏡聯手,偵測到了剛剛爆發天體的光學影像,得到光譜之後,發現又是一個「遠」字!

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即使在賭場中擲骰子開寶賭大小,也很難連續開出三個「遠」來!但是20世紀的三場辯論,卻結結實實地給我們上了一課震撼教育,宇宙似乎隨著人類知識的越來越豐富,反而變得越高越遠!

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各位喜愛天文的朋友們,不要因為押寶不中而懷憂喪志,今日的我們,在力學上懂得比牛頓多,在電磁學上懂得比馬克士威多,在相對論上懂得更比愛因斯坦多!這些進展其實一一反映在連篇累牘的天文科普文章之中,我真的很高興也很慶幸,《科學人》雜誌能將過去這些年的天文文章彙整出版,回饋廣大的天文愛好者!

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這本精選集將會帶著我們看「太陽發火」、欣賞「行星創世紀」、參與「恆星嘉年華」、「深入星空」探尋「星系傳奇」,在「多麼希臘的星空下」「向哈伯致敬」,致敬之後再「超越哈伯」? .。這是一本讓所有的天文愛好者都會著迷的天文合輯,只希望大家在欣賞之餘,也能多做推介,讓更多人走出戶外、仰觀宇宙。畢竟,星空是大家的!?

導讀者簡介

孫維新

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台灣大學物理系暨天文物理研究所教授,並擔任國立自然科學博物館館長。主要研究活躍星系核、類星體、星際物質,以及參與國際合作計畫研究星系的交互作用:長期致力於天文科學的研究與教育推廣,主持墾丁天文台,並推動興建青康藏高原天文台,完成後可由台灣遠距遙控。著有《孫維新談天》。

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推薦

【推薦文一】

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從眼前花蕊的排列,到遙遠星系的螺旋結構,大自然的美麗無以言喻。觀測儀器與技術日新月異,我們的知識地平不斷擴展,矮行星、系外行星、棕矮星、不同種類的黑洞,俯拾皆是疑問。能以簡單的數學、物理原理提供答案,令人折服;能以簡單文句理解穹蒼奧秘,讓人覺得幸福。感謝《科學人》收集,幸福就在這些字裡行間。

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-- 中央大學天文研究所教授 陳文屏

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【推薦文二】

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科學人雜誌這本天文特輯,的確精彩。四個單元由近而遠,從太陽系的行星、衛星,一路看向無垠的宇宙大尺度結構,並兼顧天文的歷史與未來,十分全面。所有選文,都出自名家手筆,生動活潑,深入淺出。令我最感驕傲的是國內專家特地為《科學人》所撰寫的文章,篇篇都有國際水準。因為原文即以中文撰寫,更顯流暢。其他選自Scientific American的文章,也多由國內名家翻譯,信雅達兼備,可讀性極高。對天文有興趣的,不論是青年學子或是社會大眾,這都是一本很理想的入門書。

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-- 台灣大學講座教授兼梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心主任 陳丕燊

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【推薦文三】

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古人形容有學問是「上通天文、下達地理」,現在則是愈通達天文、地理的學者愈不敢數說自己的學問,因為,學的愈多,會知道「未知」才是更多,以至於所知卻是相對愈少!人類的科學之路曾經徬徨蹣跚,曾經篳路藍縷,曾經躊躇滿志,現在終於學會了謙卑。在「天何言哉」的簡單、完美、奇妙、無盡想像力的大自然面前,誰又能夠不謙卑呢﹖莫言「知識就是權力」,那樣太功利﹔期待您在本特輯中,得到尋求知識的喜悅,體會在大自然面前的謙卑。

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--中央研究院 地球科學研究所 研究員 趙丰

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【推薦文四】

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零下2度,我在武嶺之巔,摘星。幾位夜衝的大學生,在我近旁閃耀著青春。「好冷哦?」「好美哦?」我靜靜聽他們興奮呼喊了好一陣子,他們也發現了我這位正在拍照的怪叔叔。攀談了幾句,我透過相機背面的顯示螢幕,分享了剛剛摘得的星空。「X?我不要當演員了,我要當天文學家!」

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在閃閃凍人的星空下,很開心又有幾位年輕人,領受天文的感動。想一窺天文堂奧,我推薦《科學人》的《發現天文之美》精采特輯,其所收錄的24篇報導,緊貼著十年來天文與太空領域的新近發現,精美的圖繪表格,以及洗鍊的文字說明,相當適合在欣賞星空之餘,作為更進一步學習的敲門磚。

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--「用教育 捍衛地球!」部落客謝隆欽
科學人(第150期/2014年8月號)習慣成自然?積習不難改!

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每天回家坐上沙發,你會順手打開電視機?走進捷運車廂,你就不自覺滑起手機?說你有「資訊焦慮症」、「網路上癮」可能太嚴重,但很明顯,這些行為已經成為一種習慣,在大腦未經思索的情況下就自然而然完成。

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可不就是「習慣成自然」嗎?如今這句話有了神經科學的解釋:科學家在大腦皮質與紋狀體之間找到多條連結的神經迴路,讓有意識的重複行為〈從腦養成好習慣〉。習慣的神經迴路有什麼好處呢?原來大腦可以騰出精力與時間,把資源用在其他更重要的事情上,卻也因此忽略了這些行為所造成的後續影響——特別是壞習慣。

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更進一步,科學家已經可以利用光學遺傳學,操控實驗老鼠走迷宮的習慣。想要戒除壞習慣,以往臨床心理學家就有不少方法可以幫助你,如今再佐以這些神經生理學的知識與證據,我們一起實踐〈積習可改〉!

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金融危機一爆接一爆、股票詐騙案層出不窮,許多像「老鼠會」一樣的金融騙局充斥於我們生活周遭,這類詐騙手法歷史悠久,你只要找得到「下線」,「上線」就能夠獲利。股市越早進場獲利越多?各種社會保險只是債留子孫?〈揭發龐茲騙局〉告訴你各式龐茲騙局的伎倆,〈誰是最後的笨蛋?〉教你判斷龐茲騙局的兩大要件。

還有更多不及介紹的精采內容,請見《科學人》雜誌2014年8月號。?

科學人(第151期/2014年9月號)

當今最火紅、堪稱台灣資訊產業下一個浪頭的「物聯網」,可不只是把健康手環、google眼鏡、智慧冰箱等設備自顧自地連上網路。把資料送上雲端給醫生、讓你遙控家裡的冷氣,那又怎樣?但如果連上網路的,不只有家電設備,而是更加無所不在的各式感測器?而如果這些感測器得到的數據,可以全部整合、互通有無呢??

美國知名電腦與通訊科學專家魏瑟(Mark Weiser)23年前即在Scientific American預言了「遍存計算」(ubiquitous computing)的時代,如今麻省理工學院(MIT)媒體實驗室的團隊更利用遊戲引擎,把這些資料影像化,讓你可以隨時看到遠方某處的真實情況。這套設備與軟體顛覆了「親臨現場」的意義,一旦這些感測訊息直接連上大腦或神經系統,〈物聯網上身 你我都有超能力〉可一點都不唬人!而結合虛擬實鏡與擴增實境的初階版,〈虛實聯網 延伸你的感官〉早已悄悄發生在我們生活、教育與娛樂之中!?

伊波拉病毒持續肆虐,人體實驗中的單株抗體藥物Zmapp效用尚未確認,新藥研發刻不容緩。生物科技界一致看好〈RNA未來醫療新勢力〉,科學家利用短小干擾RNA(siRNA)已經治癒了實驗室中感染伊波拉病毒的恆河猴!羅賓.威廉斯因憂鬱症自殺,舉世同弔。讓我們認識〈自殺背後的憂鬱推手〉,從大腦迴路一起防止悲劇。?

更多精采內容,請見《科學人》雜誌2014年9月號。

窺探大腦挑戰思考、記憶與意識形成的25道難題

大腦主宰了我們理解世界與思考的方式,但我們對大腦卻所知有限。

從大腦基因與神經連結,能否解開記憶的編碼與意識的形成?藥物可以讓人更聰明嗎?先進的神經造影技術,能否讀出我們的思想?且讓本特輯與你一同遨遊腦海。精采單元:

從基因、神經元到大腦意識與記憶之謎心智功能再提升奇幻旅程

導讀

中央研究院院士 曾志朗 專文導讀?

大腦揭密,快跑;欲窺全貌,還早!?

「你的心裡在嘀咕什麼?」這句話意含著我們對世事的很多盤算皆來自「心」的運作。但科學和醫學研究也都告訴我們,這個「心」字指的絕不是生理器官的那個心,因為那些心臟移植成功的病人,並沒有因變心而改變性情,更沒有因此失去「自我」而不知道「我」是誰。所以這個「心」,指的應該是每個人經驗累積的存放平台,是抽象的情緒感受器,以及對記憶中意象和理念重組的資訊轉換機,更是能在意念和意念的碰撞中、在壓抑和活化的意識亂流中,衍生出新意念的萬花筒。至於那些能做比對、計算、算計以及能量分配的認知方式,只不過是讓思維凝聚的必然程序,是所謂「心智」的總體表現中不可或缺的一個層面。?

用這樣的角度來看心思和智慧,科學家就可以先拋開捉摸不定的「心思」,而以科學論證的方式來建構「心智」的運作平台。不論是用哪一種隱喻去比擬心智的運作(硬體如感受器、轉換機、萬花筒等,軟體如比對、計算、算計、能量分配、決策等),都需要有一個生理上的操作實體,做為感官、記憶、計算、決策、理解等知識運作的中介平台,那就是我們所熟知的「腦」——由一兆個神經元所組成,塞在空間不夠大的頭殼裡,形成彎彎曲曲充滿皺摺的灰質和白質,掌管神經資訊的傳遞和加工,包括感知、辨識、回應和儲存,而且串連不同腦區對特定的認知作業形成即時有效的神經迴路。這些複雜但又井然有序、由生理到心理層次的運作,通過現代高科技的各種腦神經顯影儀的掃描,科學家已經握有非常明確的證據。雖然影像的時空解析度仍待加強,且成像的分子基礎尚待釐清,但我們已經可以很科學的問「你的腦子裡在想什麼?」而不會感到「心」虛了!?

確定思維運作的所在地是「腦」之後,科學家就不再像早期的哲學家只能坐而思,必須起而行,走進實驗室,以更精密的神經顯影技術,搭配設計巧妙的實驗和高超的統計分析方法,由各個面向去探討腦的功能。如各種不同認知作業的神經資訊(what),會在腦的哪一個區塊內部活化或在哪幾個區塊(上皮質、下皮質、新皮質、舊皮質,還有小腦)形成連結的迴路(where)?特定迴路之間如何完成連結、如何相互激盪產生消–長的能量(how)?為什麼會演化出這樣的結構和功能(why)?這些不同面向的議題,觸及生命現象的各個層次,從最基層的基因研究,到神經系統的發展和組合,到行為的產生和規範,到意識的覺知和情緒的感受,到最高層的是非判斷,在經過數個「腦的十年」的實驗探討與理論建構,慢慢揭開了腦的神秘面紗。但科學家在期待下一個「腦的黃金十年」時,也心知肚明有更多問題等待解決。?

在新一代的腦研究中,有一個特性是不可忽略的:即每一個議題的提出,都有很清楚的跨領域內涵;各領域的研究進展和成就,都會影響其他領域對本身研究的重新思考。例如,緊接著人類基因組定序計畫的完成,腦科學研究也整合了基因研究與蛋白質分析技術的進展所帶來的新發現,以基因轉殖或基因剔除動物為對象,再搭配高密度神經元群體記錄的尖端技術,開展了腦神經演化的近因及遠因解密工作。此外,由於物理學家在低溫超導的技術革新,以及對核磁訊號的分析模式越來越成熟,各種神經影像的時空解析度也就越精準,帶動了認知神經科學的全面發展,並促使跨顱磁性刺激(TMS)在介入性的實驗研究和臨床治療上,發揮極大的效能。這些跨領域的研究,引領著不同專業的學者,把各自的觀點聚合(converge)在如何理解生命現象的共同問題上。?

生命現象本就錯綜複雜,但這些複雜現象的背後,仍然是清晰可見的自然規律。因為人類只有一個腦,它的運作遵循著生物演化的原生設定,也在這個基礎上,和周遭環境所給予的不同社會壓力,形塑個體的行為型態,所以每一個人的行為不但代表個人腦神經的生物傾向,也反映出腦做為資訊的轉換平台的抉擇與適應過程,代表的是社會的集體規範。就腦生長發展的觀點而言,個別差異是遺傳的結果,也是環境的縮影,更是在兩者長期適應(accommodation)和同化(assimilation)的互動下所形成的產物。這其中的奧秘,科學家目前還不很清楚,但由疊積的有限知識,已經讓科學家充份了解,靠單一領域的研究欲窺腦的全貌,絕對是不可能的任務,沒有超越領域的合作,就無法解開大腦的秘密,這已經是全世界腦科學家的共識了。?

目前,歐美的科學家都把腦科學的研究,由基因到神經發展的生化變化,到認知運作,到行為表現的整合,訂定為本世紀最重要的科研項目(我刻意不寫「之一」)。美國早已走在前面,歐盟也急起直追,在正進行的第七期科研架構計畫(EU FP7)中,特別設立一個主題,名之為「人類心智及其複雜性」(Human Mind and Its Complexity),探討腦在人類文明所扮演的角色。我是這個主題的諮詢委員之一,有幸見聞數百件由研究有成的學者提出的計畫案,我們審核的標準是跨領域的整合,和提出有風險但能清楚界定「腦的複雜性」的實驗設計。我國在這一方面的整合,比之歐美的大步進展,就顯得很薄弱。神經科學的個別研究散在各研究機構,沒有整合的機制;認知神經科學的概念,在台灣的學術界仍待建立。?

為什麼會產生這麼一個荒蕪的景象呢?我想,傳統學科本位的心態阻止了跨領域研究的思維,而新世代的社會科學研究人員在生物演化和認知哲學的知識背景也明顯不足,使他們對新興的腦科學研究望之卻步。為了開創新局,讓所有愛科學新知的科學人,都能更了解腦科學的進展,《科學人》雜誌編輯部集結了過去相關的文章,以四個單元去介紹腦科學研究和生命現象的關係,希望借由這些比較令人感興趣的生活面,看到腦神經運作的複雜性。男女有別嗎?人類以右手傾向者居多,反映左右兩腦功能的不對稱,那其他動物也如此嗎?你吃螃蟹時會注意牠是右利、還是左拐子?有增進記憶的藥丸嗎?學會讀寫漢字的腦和學會讀寫英文或其他拼音文字的腦有差別嗎?腦中神經訊息流動澎湃,是我們的夢之源?那「出槌」的流動是創意之母嗎??

太多的問題待解,但了解腦就是了解自我,了解社會文化,了解人在宇宙間、在萬物中、在歷史長河裡的定位。文明是腦的反映圖像,是腦的創作,也反過來規範腦的成長。我正在用演化中的腦、用腦創作的語言去談腦。也許,我觸動你或他的腦,產生出會改變腦的能量。人腦雖皺,潛力無窮。欲窺全貌?還早!

導讀者簡介

曾志朗

中央研究院院士、語言學研究所特聘研究員,陽明大學神經科學研究所特聘講座教授,《科學人》雜誌榮譽社長。開創漢語文神經語言學的研究領域,也是研究記憶、閱讀和注意力的國際知名認知科學家,並致力於科學文化的提昇。在《科學人》雜誌的專欄「科學人觀點」10年不曾間斷,曾獲金鼎獎最佳專欄寫作獎。

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推薦

【推薦文一】?

神經科學是上世紀70年代才出現的新興學門,結合了基礎的神經解剖、生理、藥理、病理與化學等學門,臨床的神經與精神病學,再加上行為與認知科學,乃成為真正的整合科學。神經科學之所以能夠結合這麼多領域的人才,乃是因為它研究的是大腦的運作,最終目的是了解人的意識與思想,甚至個性與人格。《科學人》這本專刊裡的文章,都是一流神經科學家的第一手研究成果,配合由淺入深的說明與精心繪製的圖表,絕對是神經科學最佳的入門讀物。?

--美國奧克蘭大學客座教授 潘震澤?

【推薦文二】?

腦子是天生內建好的,所以八週大的嬰兒就已知道喜愛協和、而不喜愛不協和的樂音,所以男人與女人的腦構造與功能會有所差異,所以經歷災難也會懂得驚恐。但腦子也會學習,透過神經元群將記憶編碼;同時參與形成記憶的這些神經元群,還可以萃取出普遍化概念。經驗更可以重塑腦子,改變其構造與連線,讓音樂家擁與不同凡響的音樂腦。且讓《科學人》精采100特輯,為我們說明腦子的神奇之處。?

--長庚大學生理科副教授 黃榮棋?

【推薦文三】?

小自一個眼神,大至一個精密的創作、神奇的發現、偉大的親情流露……,在無盡的時空中,人類所有文明的總和都來自這裡—腦子。現在,世界各地許多聰明的腦子傾全力去探索人類腦子的奧秘,精采的成果讓我們更清楚自己,也更增添心中的讚嘆,讚嘆我們共有的奧秘。揭露越多奧秘會發現還有更多奧秘,窺探大腦是個無盡的、精彩的探索之旅。也是一個教師可以放在身邊,了解自己、認識學生的最佳寶藏。

--花蓮高中生物科退休教師 廖美菊?

【推薦文四】?

這是一本能讓讀者盡情享受的腦科學彙編,我們可以跟隨二十一世紀科學家的腳步,一起解密這顆令人目眩的腦。不論是腦的構造、功能與疾病都能在其中得到有用的見解。想想看閱讀這本腦的奧義書時,正使用著腦的種種功能來認知理解腦的種種奧秘,這是多麼奇妙呀!地球上只有人類可以用腦來了解腦喔,邀請您與我一起探索迷人的腦內大千世界吧!?

--北一女中生物科教師 孫譽真?

【推薦文五】?

神經科學要有很多研究工具,要讀懂這方面的論文,也需要有深厚的神經解剖以及神經生理的基本素養,這方面,科學人雜誌的翻譯及編輯團隊表現優秀,能讓讀者了解體會,甚至運用於日常生活,現在集結成書,對讀者更方便了,我樂於推薦。?

--陽明大學教授 程樹德

《人類大歷史》為什麼能夠在國際暢銷書榜上爆衝?
原因很簡單,它處理的是歷史的大問題、現代世界的大問題,
而且,它的寫作風格是刻骨銘心的生動。你會愛上它!
——戴蒙(Jared Diamond),普立茲獎巨著《槍炮、病菌與鋼鐵》作者

十萬年前,地球上至少有六個人種,但今日,只剩下一個人種:智人(Homo sapiens),亦即明智的人種。但是我們真的明智嗎?

從只能啃食虎狼吃剩的殘骨的猿人,到躍居食物鏈頂端的智人,從雪維洞穴壁上的原始人手印,到阿姆斯壯踩上月球的腳印,從認知革命、農業革命,到科學革命、生物科技革命,我們是如何登上世界舞臺、成為萬物之靈的?

從西元前1776年的《漢摩拉比法典》,到1776年的〈美國獨立宣言〉,從帝國主義、資本主義,到自由主義、消費主義,從獸慾、情慾、到物慾,從獸性、人性、到神性,我們瞭解自己嗎?我們過得更快樂嗎?我們究竟希望自己想要得到什麼、變成什麼?

本書作者哈拉瑞希望滿足讀者的是:

「請給我單單一本書,不到五百頁的篇幅,用清晰可讀的散文,不填塞一堆令人暈頭轉向的年份、人名、地名、稱號,就能涵蓋了人類如何崛起、如何被農作物綁架……乃至影響現代生活甚巨的資本主義、一神教、自由人文主義、基因工程……如何興盛的重大脈絡,讓我洞悉其中的關鍵和意涵。」

許多所謂「大歷史」書,標榜要給讀者一個完整的人類歷史輪廓,但很少成功。通常,描寫文字發明之前的年代,是生物學家、考古學家的專長;但是文字發明之後的年代,則是歷史學家、政治學家和經濟學家的擅場。至於如何讓這兩大段歷史之間沒有斷層,能夠有一以貫之的宏觀解讀,

過去幾乎沒人做得到。許多著名史家的作品,由於欠缺遺傳學或生態學的視野,很多關鍵史事的詮釋,也只是隔靴搔癢。

《人類大歷史:從野獸到扮演上帝》,分成四部分來描述人類大歷史:
七萬年前的大腦認知革命(有能力談八卦,想像不存在的事物,讓陌生人開始合作、建立組織)、
一萬兩千年前的農業革命(讓我們渴求更多、生產更多,分工分職愈趨細膩)、
五百年前的科學革命(帶來快速進步,讓我們擁有上帝的力量,也帶來毀滅)、
以及導致全球大一統、人類大融合的關鍵因素——金錢、帝國、宗教。

作者還希望這本《人類大歷史》能填補傳統史書的三個鴻溝:
歷史觀與哲學觀之間的鴻溝(這本書要提供有史實根據的深刻哲學思考)、
人類和生態系統之間的鴻溝(這本書要讓讀者多從生態系來思考,而不是只講人類的利益)、
集體和個人之間的鴻溝(檢視歷史事件如何影響到當時一般人的生活,例如當時的平民感受如何?有沒有人更幸福或更悲慘?)。
作者認為,讀者若是錯過這樣的觀點和角度,不帶著這些疑問來思考,將會一再錯過歷史中最關鍵、最有意思的部分。

科學人(第153期/2014年11月號)

今年3月下旬,「發現重力波」的新聞震驚科學界,並躍上各大媒體頭條。因為如果確實找到大霹靂後瞬間重力波存在的證據,不僅證明愛因斯坦100年前的預言、驗證物理學家古斯的宇宙暴脹理論,也將把廣義相對論與量子理論連結起來,成為「萬有理論」。這項發現可能顛覆人類對於宇宙、物理本質的認知,科學家不得不小心驗證,且看〈重力波 照亮量子重力之路〉細說緣由!?

重力波的證據藏在宇宙微波背景輻射的偏振現象,要讀到微弱B模態偏振的訊號,BICEP2偵測器的設計精巧不在話下。然而重力透鏡效應與星際塵埃也可能引發偏振現象,凱克陣列、普朗克衛星的觀測數據能否提供佐證?BICEP2偵測器的設計者美國史丹佛大學郭兆林教授接受《科學人》雜誌專訪,暢談研究的理路、進展與未來計畫。?

翻轉教育風靡全球,這種創新的教學方式似乎更符合學習的心理歷程?科技日新月異,教學方法確實需要與時俱進,當然〈教學應該更科學!〉;但教學現場與教育的科學研究該如何相輔相成?每位家長都不想讓自己的孩子成為教育實驗的白老鼠,〈教與學,細思量〉請您一起來想一想。?

食品工業化讓問題層出不窮?端看我們如何使用科技。例如透過DNA分析、不需基因改造,就能〈用天然標記選育美味蔬果〉。

更多精采內容,請見2014年11月號《科學人》雜誌。

科學人(第154期/2014年12月號)

不論西方、東方,不管是瑜珈、打禪,以往充滿神祕色彩的靜坐冥想如今成為一種流行:有人想要更專心、更有創造力,也有人為了紓壓抗憂鬱、追求身心靈的平衡。靜坐冥想真的這麼神奇嗎??科學界關注靜坐冥想已久,拜實驗方法發展、腦造影儀器精進,最近15年更進行了許多大規模的腦科學實驗:有超過100位長期靜坐冥想的僧侶或在家修行者,讓功能性磁共振造影(fMRI)或腦電圖儀(EEG)監測他們冥想中的大腦,並參與多項認知測驗。結果發現,他們大腦某些腦區的體積和一般人不一樣,神經纖維束連結也有些許不同,他們反應較快、也較不容易受壓力影響!

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透過放鬆的姿勢、集中注意力或感官全開,長期練習靜坐冥想也會影響許多生理機制,對健康可能有益。靜坐冥想的正面效應還有多少?〈大腦靜定 冥想的科學〉還在持續探究中。

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20世紀最受歡迎的數學科普作家葛登能(Martin Gardner)人稱「葛老爹」,他提出的「皇后問題」至今無人能完全解答。本期〈棋盤上的皇后問題〉抽絲剝繭、步步引導你可能的擺法。羅塞塔號與新視野兩艘太空船歷經10年旅程,〈登上彗星 再探庫伯帶〉能否解開太陽系形成的奧秘?就怕個人資料、行為記錄受到政府、廠商濫用,資訊科學家站出來呼籲〈挺住巨量資料 護隱私〉!

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更多精采內容,請見2014年12月號《科學人》雜誌。
透視生命奧妙了解基因與細胞運作、最新生物科技的22個必修學分

地球上的生命是如何出現而又演化成現在的樣子?細胞為何能從事許多令人驚嘆不已的工作?最新的生命科學發現是怎麼應用到日常生活中?未來的人可能會享有哪些先進的醫療?生命科學最前緣的研究內容,盡在本特輯中。精采單元:

生命的根源細胞的奧秘你我的生命學議題生物科技最前線萬物皆靈

導讀

就算無法定義生命,也不減探索的樂趣!──長庚大學生理科副教授黃榮棋專文導讀?

薛丁格的《生命是什麼?》一書在1944年問世,至今已過了67個年頭,這個問題依舊沒有令人滿意的答案,如同世人對生命的定義始終沒有共識一般。但若要找一個最接近生命定義的,代謝應是首選。由於代謝,生物體可以不違背熱力學第二定律,利用能量來建立生命所需的分子秩序。生命或許就是源自能量驅動的小分子化學反應網絡,最終發展出複製能力,並以達爾文演化機制來適應環境。?

果真如此,病毒這種無法獨立自營生活、必須仰賴其他生命才能代謝的個體,又該如何歸類?就這個問題而言,病毒與暫時停止代謝活動的休眠種子一樣,似乎超越世人的生命概念。無論如何,病毒攸關人類健康,並賦予人類與細菌共有的基因,在生物演化上扮演舉足輕重的角色,或許就像諾貝爾獎得主勞夫所言:「病毒就是病毒!」第一單元〈生命的根源〉,將引領你深思這些帶點哲學味道的問題。?

想更具體了解生命如何運作,第二單元〈細胞的奧秘〉會給你完全不同於以往的視野。生命的基本單位是細胞,同一個體的細胞都含有一樣的基因組。雖然如此,基因表現卻非一成不變,而是會受到調節。例如有一群特殊的基因,可以在生物處於逆境之時,協助防衛身體,增進個體的健康並延長壽命。研究證實,限制熱量的攝取可以活化這些基因,延長小鼠、大鼠與狗(甚至靈長類)的壽命。了解這些「長壽基因」的調控,人類長命百歲就不再是夢想。?

細胞也可以藉由所謂的自噬作用,利用細胞內的微小「自噬體」來清除廢物以及入侵的病毒和細菌。這種自噬作用似乎對神經細胞特別重要,像阿茲海默症與老化,就可能與腦神經元自噬功能的衰退有關。知道如何抑制或促進自噬作用,將有助於疾病的治療,甚至也一樣可以延緩老化。?

基因表現通常是透過特殊蛋白質結合到基因的調節區,來促進或抑制mRNA的轉錄。近10年來科學家卻在各種生物細胞,發現到一種類似糾察隊的「RNA干擾」(RNAi)系統,可在細胞出現有害的基因表現時,適時攔截該基因的mRNA。RNAi這種「消音」功能只會針對特定的mRNA,而不會影響其他基因的訊息。科學家若能找出誘導RNAi的方法,應該可用來抑制與癌症、病毒感染與其他疾病相關的基因表現。?

基因組雖攜帶製造蛋白質的訊息,但蛋白質才是細胞功能的執行者。一個個體中的細胞雖有著相同的基因組,卻因為表現出不同的蛋白質,而能執行不同功能,以符合生理之需。因此,若能明白特定細胞的蛋白組以及蛋白質之間的功能互動,就更能充份掌握這些細胞的特性。例如癌細胞表現的特定蛋白質,或可用來做為檢驗與治療的標的。?

但因為不同細胞會表現不同的蛋白質,而且一個基因還可以不同的剪輯方式製造多種蛋白質,蛋白組學遠比基因組學複雜困難得多。蛋白組學已廣泛應用在臨床醫學與生命科學研究,也創造了蛋白組學儀器與耗材的無限商機。可以預見,蛋白質當家的時代已經來臨,蛋白組學將繼續提供寶貴的生命科學知識。?

另外一些熱門而切身的話題,包括幹細胞與維生素D等,則在第三單元〈你我的生命科學議題〉中有所討論。幹細胞是一種未分化的細胞,具有分化成各種不同功能細胞的能力,因此可用來移植以修復組織與器官。幹細胞研究雖具爭議,尤其是利用胚胎幹細胞所引發的倫理道德議題,但依舊是目前許多無法醫治疾病的一線希望。?

流行病學與生理學證據指出,演化造就了人類膚色在地球上的分佈狀況,這是因為攸關生殖成就的葉酸與維生素D,都會受紫外光輻射影響的緣故。此外,維生素D還具有強大的抗癌作用,對免疫系統的調節也很重要。最近的證據指出,維生素D會與細胞核內的受體結合,並影響基因的表現,因此具有廣泛的作用:起碼會對全身12種不同的組織、調節1000種以上的基因。這或可說明現代文明生活下,日曬普遍不足所產生的諸多問題。?

生物科技的進展已經趕上科幻小說,可以讓狗兒「冬眠」一小時,並在甦醒後安然無恙。同樣技術若能成功應用在人體,不僅可以保護重傷患者,還可以延長移植器官的時效。結合遺傳工程學與光學來研究特定細胞類型的新領域:光學遺傳學,已讓神經科學家可以準確地描繪,甚至控制腦內的神經線路,這對於研究神經線路與功能有重大的貢獻。?

利用遺傳工程技術來改造細胞、重新組裝生命,可以協助製造化學成份和抗癌藥物,甚至處理核廢料與生化武器。隨著生物科技的進步,或許不久的將來,DNA定序科技的普及,讓你只要花上三萬元就可以快速取得個人的基因序列。第四單元〈生物科技最前線〉帶你搶鮮體驗未來可能的醫療科技!?

生命世界的多采多姿,在動物生理與行為上也充份展現,你絕不能錯過第五單元〈萬物皆靈〉。有些動物雖然智力不如人類,但是感官上卻有過「人」之處,例如昆蟲和鳥類能夠察覺到紫外光,而鯊魚有特殊的器官,能夠感知周遭的電場變化,這是超越五感之外的另一種感覺能力。?

為何有些動物特別聰明?大象、海豚、鸚鵡、烏鴉以及大猿等社會化的動物,似乎都能展現非凡的智能。但透過對紅毛猩猩的研究,「文化提升智能」這個理論或許最能解釋智能的演化。行為經濟學的研究指出,卡布欽猴、黑猩猩與人一樣,都會分享食物。這種共享的心理可是致力合作生活的靈長類特有的演化產物。?

這本《透視生命奧妙》特輯廣泛涵蓋了生命科學領域的眾多重要議題,諸如生命起源、細胞生物學、生物科技以及行為演化等,也收錄了病毒學與肢體再生等有趣題材。想一窺生命玄機的讀者,絕不會失望。

導讀者簡介

黃榮棋?

長庚大學醫學院生理暨藥理學科副教授、神經生理實驗室主持人,《科學人》雜誌編譯委員。研究主題為生物時鐘的機制與細胞離子通道的表現,長期協助《科學人》雜誌生命科學、神經生理學以及生物科技等領域文章的編譯。

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推薦

【推薦文一】?

現代科學不僅帶給我們豐盛的物質享受,同時也影響了對自己和外在世界的認知。但面對排山倒海而來的科學衝擊,大部份學生在填塞了課本上的知識以應付考試後,多半從此就不再碰及科學。要大家有興趣持續認識科學,第一個需要克服的難題就是怎麼讓「科學說中文」!「科學人」將過去的文章,依類別結集成冊是一個新的嘗試。在此先預祝它成功!未來如果每篇文章後面能有更淺顯而周延的解說,那就更理想了。?

--周成功 (長庚大學生物醫學系教授)?

【推薦文二】?

我喜歡「科學人」。?

我喜歡「科學人」翻譯的「科學美國人」文章。?

我也喜歡「科學人」裡頭「科學台灣人」自己撰寫的文章。?

翻譯的也好,本土的也好,都一樣高水準。?

現在,「科學人」精選了近年來生命科學方面具有趣味性和教育性的精彩文章,收集成冊出版。這本特輯不但惠及一般讀者,也是很好的課堂教材及討論會讀物。?

期待「科學人」將繼續在其他領域出版這樣的專集。?

--陳文盛 (國立陽明大學生命科學系及基因體科學研究所教授)?

【推薦文三】?

科普文章一直是科學教育中重要且有效的一環!《科學人》的各期文章不但文筆順暢容易閱讀,又涵蓋了眾多的科學領域,不但幫助讀者掌握科學新知,也討論了許多科技發展所產生的社會議題,實屬珍貴的教育資源。將《科學人》的精彩文章依主題整理分類,方便讀者能一窺完整的知識架構,全方位討論科技的應用與衝擊,亦是讀者的一大福音。?

--蔡任圃 (台北市中山女高生物科教師)?

【推薦文四】?

形成生命的基本單元是什麼?基因?細胞?這些單元又如何形成複雜的個體?生命的機制雖是眼不能見,但每天發生在我們的周遭,叫人無可推諉。而要維持生命,生物就必須能和環境互動,趨吉避凶,這是個更引人入勝的問題。在人類基因體計劃完成後,生命科學在基因與細胞研究的基礎上快速的進展到系統生物的層次,最新的技術已能藉由改變神經細胞活性而遙控動物行為。「科學人」集結出版了近幾年討論相關議題的文章,好讓讀者能感受最新生命科學研究的脈動,這是值得推薦的智慧典藏。?

--江安世 (國立清華大學生命科學講座教授)

2014年轉眼即過,各大媒體不免選出年度N條重大新聞、風雲人物,以為回顧。《科學人》雜誌則是前瞻未來,要猜猜哪些科學創意可能有所應用?哪些創新科技值得投資??

首先關注的是〈基因剪輯魔術師CRISPR〉。不認識這縮寫沒關係,它「只是」利用了細菌的某段基因序列、一個萬用酵素Cas9,再搭配一段RNA當引子……是當今最新穎、最快速精準的基因轉殖「套組」。想想PCR還沒普及之時,做一段基因定序可以出一篇碩士論文,如今個人全基因組定序只要1000美元、幾天就可以拿到報告。CRISPR的無窮潛力,已經應用在隨時客製化的實驗動物,治療病毒感染、遺傳疾病也不無可能。難怪創投資金紛紛湧進,儼然一個新興產業!?

以石墨烯獲2010年諾貝爾物理獎的蓋姆(Andre K. Geim)也有新點子。他以〈原子樂高〉的概念重新組合氧化物超導體,可製造出更能導電、更有彈性的全新材料。人類能否因此從矽時代邁進下一個未知?本期還有好幾個〈改變世界的妙點子〉,請您10年之後再來回顧了。?

美國直升機學會有25萬美元獎金一直發不出去,兩名年輕工程師如何改造腳踏車,〈挑戰不可能的飛行〉?癌症療法千奇百怪,最新卻也最不創新的辦法,竟是〈病毒爆破癌細胞〉!還沒搞懂3D列印,又要迎接〈4D列印新時代〉?前瞻未來,「近」在2015年1月號的《科學人》雜誌。

天才不必天生?意外造成的腦傷害,也可能讓人獲得特殊的智力或能力,例如突然變得很會畫圖、作曲,或展現過人的記憶力、可理解艱深的數學、修復複雜的機械......

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科學家搜尋古今病例,發現這樣的後天天才還真不少,有人是遭遇雷擊、棒球打昏、子彈穿腦,更出乎意料的是,有幾位額顳葉退化失智的老人家,也表現出天才般的藝術或音樂才能。仔細研究這些人受損的腦區與神經元活動,科學家歸納出「動員-重組-釋放」的三階段:受傷的通常是左腦,正常的右腦神經元活動增強了,建立新的神經連結後,這些腦區活動就會增強,便釋放潛藏的天賦!

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問題是,有誰會為了當〈意外的天才〉,甘願去冒受傷或失智的風險?一些腦科學技術或許有類似效果!實驗證實,接受跨顱直流電刺激(tDCS)的受試者,解開「九點謎」的表現確實比較好;有「思想帽」之稱的反覆跨顱磁性刺激(rTMS),則可增強空間處理與計量能力。為了治病,醫生可以〈量身微調你的大腦〉,但用於智力升級,合乎倫理嗎??

白蟻丘、織布鳥巢、蜜蜂窩充滿著大自然的智慧,這是動物本身的智慧嗎?藉由田鼠雜交與鯛魚的基因分析,科學家發現這些〈動物建築大師〉巧奪天工,竟也脫不了遺傳與演化的控制!開放、互相尊重包容的學術環境,有助於提升科研創造力,而更基本的、也是如今「全球科研趨勢」,是從提升成員的多元性開始!更多精闢見解,盡在2015年2月號《科學人》雜誌!?

走過演化──驗證達爾文理論、重建物種起源的26步驟

演化是生命科學的核心問題。天擇理論的內容與驗證的試驗,物種形成的原因和過程,都可以在本書中找到答案。而從演化角度,人類和其他生物間的界線並不明顯,雖然我們現在已經有能力改變環境,但是人類演化的腳步卻不曾停止。

精采單元:

透視演化論物種的起源動物演化之路人類演化史身而為人

導讀

清華大學生命科學院教授 李家維專文導讀

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從演化歷史看生命未來

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坐在寒武紀開端的岩石上,有無比神聖的感覺,陳均遠細細教我如何辨別碎石塊裡的指標化石。這些被統稱為小殼化石的生物遺骸必然是動物軀體,牠們活在5億4000萬年前,被界定為現今動物的始祖。每個灰黑色的管子可能就是個小動物體,也可能是隻渾身長刺的較大動物死後抖落的一小根。

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16年前我初遇陳均遠,他應國立自然科學博物館之邀來台講學並舉辦「寒武紀大爆發」的展覽。接風席上相見如故,這位來自中國科學院南京古生物研究所的地質學者學問可真好,令我非常傾心,當即決定辭去科博館的館長工作,重回清華大學轉行學習。一個月後,我們在雲南澄江縣見面了,開始約10年的合作研究,這段時光真是美好,想來都是滿心笑意。

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澄江的地層裡埋藏著5 億2000萬年前的大量海洋生物化石,是古生物學的聖地,代表動物的體形與體制突然放大和複雜化,這被稱為寒武紀大爆發的演化之謎,曾被列為上個世紀的10大科學疑題。我們常租輛馬車,往返化石露頭地,白天在野地敲化石,頂著陽光又一身灰,晚上在小館子吃炸馬蜂蛹、抗浪魚和苦蕎麵餅,隨時討論這寒武紀之謎,什麼原因使牠們如此快速演化?什麼原因使牠們如此完整被保存?

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有一天夜裡,我們仰脖大喝香醇的仙湖春,開懷大笑,因為當天一鋤頭敲出了七條罕見的雲南蟲,牠們背上有根脊索,是脊椎動物的始祖。然而隔天我們被跟監了,最後所有的化石都被沒收,罪名是非法採集,我離境時還遭搜身。原因是中央與地方之爭,中國科學院在澄江的研究揚名國際,而雲南的本地學者沾不上邊,就爆發了這場化石資源戰,驚動北京,隔年我被聘為雲南省的科學顧問,和解了事。

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在情勢緊繃之際,陳均遠和我轉移陣地,改到貴州瓮安縣,研究5 億8000萬年前的前寒武紀生命世界,找到了已知最早的動物化石群。之後再回雲南澄江,發現了有頭、腦、眼和脊索的海口蟲。因之獲美國航太總署的支助,擴大成國際團隊,建立工作站,也利用高解析的同步輻射X光源來探討化石內部的顯微立體結構。六年前,陳均遠轉行研究免疫系統的演化,我則投身熱帶植物保育,談起過去的革命情誼,確實回味不已。生命演化史橫跨30餘億年,粗略架構已知,但仍處處是未知的精采環節。我初嚐動物早期演化之甜頭,還看著碗外羨慕,因此常找藉口參與其他團隊的研究,例如到河北薊縣的18億年前的地層,了解多細胞藻類的起源,到東北的遼西看1億2000萬年前的多樣帶毛恐龍,另外也參與了聯合國科教文組織的考古團隊,到過澳洲的不毛內陸、俄國的極區白海和非洲的納米比亞沙漠,增長了見識,結交各國學者,也聽聞這行業的眾多甘苦事,更重要的是我認識了地層裡物種的興衰節奏。

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自寒武紀以來,地球生命曾遭受五次大滅絕事件,那指的是在短的地質時間內,超過75%的物種滅絕,可想像這是99%個體死亡的慘況。災難本是地球的宿命,每次大小滅絕似乎都隨機性的左右了生物的演化方向,但災難間的承平時代也有物種的演替,地層記錄顯示每個物種平均存活約100萬年。

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然而人類正在推動第六次生命大滅絕,物種以100 ~ 1000倍的速度在消失中。這個數字範圍確有所本,容我舉例說明:現生的鳥類約有一萬種,若平均存活100萬年,那麼我們應預期每100年有一種鳥消失,但回顧過去的百年,鳥類的滅絕超過了100種,也就是能趨吉避凶的鳥類以100倍的速度在消失中;台灣的淡水魚記錄約有110種,原該預期每一萬年滅絕一種,但現在有10種僅見於博物館的標本瓶中,表示台灣淡水魚正以1000倍的速度在消失,台灣並非特例,舉世的淡水魚皆面臨同樣命運。這樣的認識,是我再轉行積極推動現生物種保育的背景。

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生命演化並非只是過去式的考古,它是現在進行式,也是更該關注的未來式。這麼重要的一門學問,在現今台灣各大學卻鮮少有相關課程。這本《走過演化》特輯精選了《科學人》10年來的精采演化文章,既是自修者的範本教材,也是尊重自然和經營未來的基礎知識。?

導讀者簡介

李家維

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《科學人》雜誌總編輯、清華大學生命科學系教授,生物礦化與古生物演化專家。曾任國立自然科學博物館館長,在科學普及與科學文化的傳播別具個人風格; 熱愛蒐集,目前已是辜嚴倬雲植物保種中心的執行長。

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推薦

【推薦文一】

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全球暖化、能源危機、糧食問題、生物多樣性的快速消失,21世紀的我們正面臨?前所未有的挑戰。此時,《科學人》一本推動科普教育的重責,將過去刊登過的數十篇演化生物學的文章,集結為《走過演化》特輯。這些文章分為五大單元,循序漸進將演化生物學介紹給全世界的華文讀者。這樣的章節編排,引導我們了解生物演化的重要理論、探索人類及其他生物的演化史,並深思我們的現況與未來。《走過演化》特輯將生物演化的概念在華文世界扎根,我也推薦將此特輯列為所有大學新鮮人必讀的科普書。

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-- 台灣大學生命科學系、動物學研究所副教授 丁照棣

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【推薦文二】

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科普教育是博物館展示與民眾教育中很重要的一環,《科學人》精選出版的《走過演化》將因通俗的表達方式與豐富的內容,而惠及普羅大眾;我也期許《科學人》在科學說中文的路上,更加精益求精。

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這本《走過演化》,藉由「透視演化論」、「物種的起源」、「動物演化之路」、「人類演化史」與「生而為人」五單元,整個演化的機制、人類的演化過程與人類在基因上的特殊性(一如所收錄的〈人為何生而為人〉這篇文章),都清楚呈現在這本特輯當中,其所蘊涵的內容,方便讀者形成一個概括而完整的知識架構。

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-- 台灣史前文化博物館助理研究員 林秀嫚

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【推薦文三】

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《科學人》將與演化有關的文章集結為冊,圖文並茂,深入淺出,讓您一卷在手,就可神遊在億萬年的時空,一窺萬物生生滅滅的奧秘。從恐龍與鳥的瓜葛到人類智慧的起源,從兩側對稱動物在寒武紀的開始到家貓在千萬家庭中的受寵,從分子生物的細膩機轉到物種演化的宏觀原則……篇篇精彩,引人入勝,在輕鬆閱讀中,體會演化真諦。舉一反三,由見山是山, 到見山不是山,又復見山是山; 對大自然生命的蓬勃生機,已然有不同層次的領悟。

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-- 中央研究院院士、美國南加州大學病理系教授 鍾正明

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【推薦文四】

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剔去了演化的生命大戲,是沒有脈絡的零碎片段;不探究演化意涵的生物課本,只是充斥細節的無味文本。演化於萬物的美麗,就如同數學於宇宙,是一個乾淨的邏輯,一個適用於各個階層的簡單機制。

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200年前,物種起源還是謎中之謎,達爾文提出了演化論的核心,代代科學家將細節描繪得更清楚。不只要說得通的理論,還要看到站得住腳的證據。盡力客觀演繹證據、趨近真實的過程,呈現了科學作為一種信仰的美麗。《走過演化》集結了從分子生物到物種、從兩側對稱到生理的演化等各階層及各方面的研究歷程,讀者必定能抓住脈絡,看一齣有骨有肉的精彩大戲!

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-- 竹東高中生物科教師 韓中梅
科學人(第157期/2015年3月號)主編的話

尼安德塔人?

那是一個熟悉的名詞、一個陌生的人種,乍看與我無關,卻可能隱身在你的體內--他,就是尼安德塔人!?

因為額頭寬大、體格粗壯,這群歐洲古人類被視為呆笨一族,因為鬥不過從來自非洲的智人,他們滅絕了!可別慶幸自己和尼安德塔人無關,智人和他們曾於歐洲共存數千年,除了戰爭,難道不會發生其他浪漫的事??

越來越多的出土遺物證明,尼安德塔人懂得裝飾、使用精細工具,可能有某種程度的文明。他們慣用右手,可能使用符號,那麼他們會說話嗎?這一次,科學家從大腦與基因看起:他們的腦容量不輸智人,翻模顯示前額葉和智人幾乎相同;和語言有關的FOXP2基因,尼安德塔人的版本和我們非常相近。把尼安德塔人的基因序列與智人比對,竟然發現:我們身體裡大約有1.5~2.1%的DNA片段和尼安德塔人相同!?

至於前幾年才出土的丹尼索瓦人、黑水溝撈起的澎湖原人,和我們有何關係?要如何利用放射性同位素判定古人類年代?2015年3月號《科學人》有完整而深入的報導。

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日本311大地震四年了,海嘯退去,福島災民仍無法重回受到核能輻射污染的故鄉。〈福島的燕子有沒有春天?〉一起來關注放射線劑量對健康的影響。台灣最年輕的大學生論文登上《科學》,〈兩個水分子才夠!〉細說克里奇中間體的研究理路。

★ 榮獲2015年普立茲獎非文學類大獎

★ 獲選《紐約時報》2014年100本值得關注的書

比爾‧蓋茲(Bill Gates)
2014年夏季六本推薦書單之一

亞馬遜暢銷書總榜第七名

亞馬遜「環境議題」排行榜第一名

亞馬遜「生物演化」排行榜第一名

亞馬遜「瀕危物種」排行榜第一名


王維賢  中山大學海洋生物科技暨資源學系教授、國立海洋生物博物館前任館長  

李家維  清華大學生命科學系特聘教授、《科學人》雜誌總編輯

程一駿  臺灣海洋大學海洋生物研究所教授、科學月刊理事長

蕭語富  石尚企業執行長、古生物化石修復專家

——具名推薦(依姓氏筆畫順序排列)

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我們之前的世界是什麼模樣?
我們未來又將留下什麼樣的世界?
本書作者寇柏特試圖追查的,是一場正在進行中的大滅絕事件,並將這事件放進更寬闊的生命史背景脈絡中。這脈絡所呈現的是,在跌宕起伏中,生命極為堅韌,卻非永遠如此。 

《第六次大滅絕》藉由五種已消失的物種(乳齒象、大海雀、菊石、筆石、尼安德塔人)以及七種瀕危生物(珊瑚蟲、顆石藻、巴拿馬金蛙、鬼針游蟻、雙翼果、避光鼠耳蝠、蘇門答臘犀牛)的故事,來探討地球環境的變遷與人類的處境。
當前的大滅絕事件,起因既不是天災(小行星撞擊地球)、也不是地變(龐大的火山爆發或冰河時期降臨),而是「一場可能由人類引起的大滅絕」!
「在迫使其他物種滅絕的舉動中,」我們是否無心或短視,也「正忙著鋸掉自己所棲息的枝幹」? 

寇柏特以很神奇的方式,將歷史和科學的線索編織在一起,她親臨現場(叢林、荒島、動物園)的報導,替科學研究成果與統計資料,賦予了活生生的意義。——《國際商業時報》 

文風可親,充滿睿智與科學精確度,一拿起來閱讀,就不可能放下。——《出版人週刊》 

就像瑞秋‧卡森的《寂靜的春天》,寇柏特的《第六次滅絕》
注定成為定義我們這個時代的最重要書籍之一。
—— 格雷恩(David Grann),《失落之城Z》作者 

雖然是討論物種的大滅絕,作者以縱古觀今的手法敘述物種如何利用適應及演化的方式存活下來,是一本保育生物學者必讀的科普刊物。—— 程一駿,臺灣海洋大學海洋生物研究所教授、科學月刊理事長 

地球史上的幾次大滅絕中,順勢由另一批強勢物種來主宰宇宙萬物。在最近的生態紀錄中,由人類所主導的生態環境裡,從破壞到保育,是維持生態中適者生存定律,還是過度掠奪資源的分配者所造成的,值得我們省思。—— 蕭語富,石尚企業執行長、古生物化石修復專家

科學人(第158期/2015年4月號)

■ 總編輯的話

清晨望著窗外,溪頭又是個豔陽天,我滿心沉重,把全球雲霧林植物保種計畫設在這裡,是個好抉擇嗎?

八年前,我們開始了全球熱帶植物保種行動,欣喜於蜂擁而來的奇花異卉之餘,有部份植物竟凋萎於盛夏。細究即知它們是來自熱帶高山區的雲霧林,那裡終年涼爽又雲霧繚繞,當然耐不了強光和高溫。蒐藏養不活的物種是個罪惡,因此我們很快就決定暫時避開這些嬌客,心中卻懸念不已。

雲霧林孕育了豐富的生物多樣性,特有種的比例又高,然而這類生境極稀,僅佔全球林地的1%。當熱帶平地開發殆盡後,鏈鋸及火舌已深入山區,各地的雲霧林快速轉變為茶園及咖啡園,成了最告急的脆弱生態系,孤聳的山頭讓其中的獨特成員更是逃生無門。近20年來全球氣候變遷加劇,暖化也奪走了濕氣,殘存的雲霧林開始乾涸,不幸的是,國際保育界的主流既未見此危急,更無力著手拯救。要在植物園裡設座雲霧溫室是昂貴的挑戰,難以應對的是能源消耗及黴菌病害。唯一成功的案例是新加坡在兩年前耗資10億新幣(約台幣230億元)推出的濱海灣花園(Garden by the Bay),主體溫室之一是個絕對令人讚歎的雲霧植物天堂,可惜的是觀光展示為其本意,尚不及於物種保育。

從念大學起我就常遁入台灣的山林,深知在寶島的中高海拔山區設個雲霧林保種基地的可行性。先看上的是高雄六龜的扇平,但在洽談之初,那裡竟毀於2009年的莫拉克颱風。失望之際卻得到台灣大學梅峰山地農場的支持,借用既有的溫室開始蒐藏雲霧林物種,然而去年初的連番極度寒流,迫使我另覓場所。這回溪頭成了首選,台大實驗林管理處又願積極合作,於是我們改建兩座溫室,農曆年後快速進駐了千種植物。鴻圖正要大展,台灣卻陷入60年來的大旱,溪頭也未倖免,地被植物已現乾萎,我確實擔心。

中午過後,溪頭雲霧再起,用吊索攀上巨樹,半空中我憂心未減,濕氣不夠啊!葉梢滴水不足,樹皮仍是乾的。這已不是警訊,而是現實的全球難關,美國加州正面臨40年未見的旱象,巴西更是破了80年的紀錄,〈缺水、缺電、缺糧食,有解嗎?〉是這期《科學人》的沉痛報告,而氣候變遷竟也危及當年取代雲霧林原生物種的咖啡樹,〈咖啡危機〉是個反諷。

■ 黑洞電梯

我們能不能建造一部太空電梯,

在宇宙資源耗盡的那一天,

從黑洞擷取能量,拯救人類文明?

■?熱門話題:豐富咖啡基因庫 ?對抗?蚽f浩劫

■?五臟六腑各有生理時鐘

■?記憶運算 ?學人腦思考

■?缺水、缺電、缺糧食,有解嗎?

科學人(第159期/2015年5月號)

■ 總編輯的話 ?人類還能往哪遷徙?

金孫回台,我得享半個多月的天倫樂。摟著他聞花香、摸皮毛、數貝殼,再來是堂礦物課。當年對他老子,我不曾如此急躁,總擔心這會揠苗助長,壞了自我求知的樂趣和成就感。但是現在我急得按捺不住,因為知道他將活到22世紀,那時的日子不好過啊!澇旱、糧食及能源荒都將加劇難解。儘管最後發現火車和挖土機才是他的最愛,我仍期盼這兩歲前的系列課程,能激發他對自然生命的熱愛,若是能挺身救地球,那就更好了。

還記得「京都議定書」嗎?那是1997年人類覺醒於全球暖化及氣候變遷危機的一大宣示,已開發國家信誓旦旦,要在2012年時把溫室氣體排放量降到比1990年再低5.2%。隔年,每個月的月均溫再創歷史新高,在此警訊下,締約國快速增加。但終是畫餅,不敵各國經濟發展的短期私利,再度見證國際協議之破局。全球碳排放量仍持續快速增加,2014年的增溫又寫新高,今年會更難捱了。

全球巨變的徵兆已現,專家們說可能為時已晚,即使溫室氣體的排放量趨於穩定,暖化趨勢在未來幾個世紀都難逆轉。《2050人類大遷徙》的作者史密斯預言,屆時天災肆虐,唯有環北冰洋的國家適合人居。當然最苦難的將是大洋中的小島國了,吉里巴斯就是其中之一。

初聞吉里巴斯是在2008年,總統湯安諾(Anote Tong)宣示把40萬平方公里的海域劃為世界最大的自然保護區。最窮的小國有此壯舉,當然雄心震世。湯安諾的活力無限,國際能見度極高,竭力宣告他們會是暖化的第一批氣候難民,上升的海平面即將淹沒家園。之後,我到吉里巴斯去引種多樣的林投植物,遇見絡繹而來的各國援助組織代表。在一次野宴中,見到了光腳的吉里巴斯創國總統塔拜(Ieremia Tabai),他的氣度和談吐不凡,很有領袖架勢,這個10萬人的國家果真人才輩出。然而吉里巴斯人能有個尊嚴的未來嗎?請讀〈汪洋中的氣候難民?〉。

若是地球的陸地環境持續惡化,我的金孫能移居何處?入海或上太空都是選項,〈巴斯光年深海任務〉和〈哪裡比地球更適居?〉為下一波人類大遷徙鋪下基石。

?思考究竟是什麼?怎麼想才是好的思考?要如何學習?

本書帶你踏上思考成長之旅,學科成績突飛猛進,人際關係同步升級。

會思考、有行動、能實踐,真正解決問題,展翅高飛!


「窗外的風景真好!」這是在思考嗎?

「如果我有一百萬,我就出國唸書;如果我出國唸書,我就有一百萬?」這句話的邏輯哪裡有問題?

填選志願、上街購物、交男女朋友的正確答案在哪裡?

你能辨識謬誤、有懷疑精神、會逆向思考嗎?

什麼又是主動性思考、創造性思考、有智慧的思考?


每個人都有思考能力,只是好壞大不同。讓哲學實踐者冀劍制老師,36堂思考課教你培養對於思考的鑑賞力,練習邏輯思考、糾舉各式各樣的謬誤、改變單向思考的習性,認識重要的思考型態,從初階到進階,思考能力進化升級,快速起飛。


我們都知道思考能力很重要,如果能從學生時代就培養出獨立思考的能力,不僅在學校、職場上能有優異表現,面對日常生活的疑難雜症,甚至是社會上各種似是而非的論調,都能運用智慧的思考,找到解決方案,並建立自己的想法,不盲目從眾。


從學生時期開始,以提升思考能力為重要目標之一,應是老師、家長樂見,學生一生受益匪淺,且有助於振興國力的一件事。問題是,莘莘學子知道思考到底是怎麼一回事,有鑑賞力分辨何謂好的思考嗎?學校曾否指導過具體有效的自我學習方法?在家庭的日常生活中要如何取得刺激與啟發的養分?


有鑑於此,哲學博士冀劍制老師,從學生的需求與能力出發,引導改變以往直覺或未經檢視的思考模式,培養學生重視思考、樂於思考、主動思考的習慣,幫助擴展批判性思考、解決問題等能力,及早奠定獨立思考的基礎。


全書提出36則提升思考能力方法。內容分為五大部分:1.培養思考的鑑賞能力;2.練習邏輯思考、謬誤辨識、逆向思考;3.學習智慧的思考;4.提升思考能力的基本功;5.從初階到進階,思考能力的升級進化。


每篇均從實例或小故事切入,介紹相關思考概念與應用方法,融入日常生活各面向,如學科學習、校園與家庭、認識自我與人際關係、休閒娛樂、未來規劃等。一書在手,開啟思考成長之旅,展翅高飛。


【本書特色】

◎解答三大問題:1.思考究竟是什麼?2.怎麼想才是好的思考?3.如何學習?

◎解說重要的思考型態

◎提供自我學習的方法

◎幫助了解如何自我評價,以及判斷自己是否具備好的思考能力

◎從實例、經驗、故事切入,融合生活各個面向


出版社 商周出版(城邦)

科學人(第160期/2015年6月號)

■ 總編輯的話 ?醇酒列傳

江浙人嗜黃酒,魏晉時已是時尚。蘭亭「曲水流觴」,眾名士賦詩雅飲的就是黃酒。嚐過會稽花雕、古越龍雕王和咸亨太雕後,我認為黃酒之最當推馬祖老酒。初識此佳釀是在15年前馬祖縣太爺的夜宴,深褐蜜蠟色、醇厚香郁,這就愛上了。數了數,這些年來與諸好友,已消滅了至少50罈三公升裝的老酒,算是大戶了。糯米、紅麴和老師傅共創此極品,「開罈百里香、洗甕醉千家」曾是馬祖人的驕傲,但終不敵通路不暢,已停產20多年了。我難忍此斷醇之虞,遂掃貨入寒舍,很有滿足感。老酒好則好矣,但品管不到位,罈罈風味略不同,卻也給我每次開封時的期待和驚喜。

白酒也是我博愛之列,在陝西秦嶺山溝裡敲化石之餘,曾喝過難忘的城固醇,雲南香格里拉的青稞老窖,也令我夢迴不已。這些都是地方小酒,出了縣城就再難覓。大宗者如價廉的紅星二鍋頭和天價的金門陳高,人人稱好,我也享愛。列金氏紀錄的白酒,則是產於遼寧錦州的「道光二十五」,封存於木製酒海百餘年的清朝貢酒,在1996年出土,震懾酒國。此酒以紅高粱等雜糧為原料,以松花粉、人參和鹿茸培麴,是獨特的滿族佳釀。我捨不得多喝,興致來時,小口抿之。

黃、白酒皆釀自乾穀子,得外加水和麴,而這也成了最講究的部份,例如紹興黃酒強調鑑湖水之好,金門高粱用的則是經花岡岩濾出的寶月神泉。洋人最愛的葡萄酒就不然了,原料是水汪汪的熟透葡萄,果皮上又有長成白霜的酵母菌,不必加水和麴,就只能講究葡萄本身了,也因此品種、日照、雨水和土壤成了風味及品質的基礎。全球氣候變遷的陰霾下,不曾聞嗜黃、白酒者有何憂慮,而葡萄酒的飲者可該擔心了。〈葡萄美酒走味了!〉是諸位醉中仙必讀之作,也可以是品酒宴上的好話題。

錦州除了出好酒之外,近年來在演化學界更是時尚話題,這裡和鄰近的朝陽出土的熱河化石生物群,有長羽毛的恐龍、滿嘴牙的鳥、已知最早的開花植物和已知最早在子宮育兒的哺乳動物,年年都有驚奇大發現。這個化石獵場也培育出當代最傑出的恐龍獵人,他是中國科學院的徐星,國際古生物學界的明星人物。想多認識他,請讀〈蝙蝠俠現身侏羅紀〉和〈暴龍稱霸之路〉。

登革熱防疫有「道」!

睽違20年,竟然再相逢於西非外海的聖多美島國,驚喜敘舊,蚊子博士連日清當然是為了撲殺瘧蚊而來。我則是覬覦此地豐富多樣的熱帶植物,在國際合作發展基金會的安排下,預勘即將展開的聖多美植物保種計畫。

初識連日清,是看了他感人的電視專輯紀錄片,即將退休的他,遺憾畢生採集的蚊子標本無處安置。當時我任職於國立自然科學博物館,戀物成癡,以大力擴充標本蒐藏為己任,立刻登門拜訪。在預防醫學研究所,連日清領著我參觀,奇異景象,我至今歷歷在目。他先說開飯了!接著就把肚子拔了毛的雞和兔子,分別放到養著大量蚊子的缸子口,瞬間肚皮就罩上了黑壓壓一片蚊子雲。途中,他指著另一缸蚊子,說牠們挑嘴,只嗜食人血,說著竟然把手伸了進去,自己成了祭品。我認真提問,他開心作答,愉快了一下午。臨走,他又加碼把精采的大量蜻蜓標本送給科博館。

聖多美人常年受瘧疾所苦,真是貧病交加。上個世紀末,國際組織在此推動「擊退瘧疾行動」,成效不彰未能根除。接著,有了抗藥性的瘧蚊反撲,造成更大疫情,第一夫人都罹難了,於是正式向台灣求援。當時台灣已杜絕瘧疾35年,是熱帶地區的模範,功臣連日清就此轉戰聖多美,三個月就讓爆滿病患的醫院門可羅雀了。之後他仍年年來此鞏固戰果,這就是我們再相逢的背景。那個星期,每天在早餐時聚會,我持續好問。最後一天,他談起了對台灣登革熱疫情的擔心。那是兩年前的事了,但他的預言竟成真。

登革熱和瘧疾都是典型的熱帶疾病,皆以蚊子為媒。台灣免疫於瘧疾已半世紀,然而登革熱的危害去年創了72年來的新高峰,今年6月底的統計更甚於去年同期。台灣並非特例,泛熱帶地區皆然,隨著全球增溫,來年的凶險可期。

瘧原蟲是複雜的單細胞生物,強悍到目前無疫苗可對付。而登革熱病毒多樣,更難以製備安全的疫苗來預防。因此全面撲殺蚊子,就成了目前的唯一選項。連日清的聖多美行動,是在戶外廣灑殺蟲劑、水裡投以昆蟲生育調節劑、屋內牆上噴極長效的除蟲菊精。堅壁清野,效果彰顯,但我聽了,卻不禁為島上的眾多昆蟲叫屈,牠們也無以倖免啊!南台灣的除蚊行動雖然沒這麼戲劇性,但在疫情數字下,漫天的殺蟲煙霧中,也少聞誰為無辜遭殃的昆蟲界悲憫。我們該期待的是符合生態道德的專一滅蚊法,〈細菌終結登革熱〉就是新希望。?

推薦

【推薦文一】

◎陽明大學醫學系教授兼系主任、台北榮民總醫院神經醫學中心副主任 王署君

生命科學的發展日新月異,人類和微生物之間的關係也產生了微妙的變化,從早期的「必欲除之而後快」,已經轉變為近年來的「天生我材必有用」,「肉毒桿菌素」就是一個最好的例子,不僅在許多神經系統的疾病上有特殊療效(例如偏頭痛),最近更因為醫學美容上的用途讓人趨之若鶩。《科學人》向以出版優質的科普書籍著稱,《疾病解密》特輯深入淺出,圖文並茂,值得細細品味,必能對許多近年來生物醫學的重要新知多一番認識。



【推薦文二】

◎ 中央研究院院士、國家衛生研究院特聘研究員 吳成文

疾病,是人類健康的天敵,百千年來,無論在西方、東方,無論是現代醫學、傳統醫學,莫不希望讓罹病者免除疾病的痛苦,進一步治癒疾病。過去,認識疾病似乎只是醫者的責任,卻忽略了主角的自己也需要具備相對的認知,來更了解自己的身體。《疾病解密》特輯就是一本幫助「自己」了解影響自己健康疾病的書,書中以科學的進程,結合臨床醫學的發展,精細地剖析疾病的成因、來源以及積極的解決之道,在科學的架構下,面對疾病、解開對疾病的迷思。



【推薦文三】

◎台北榮民總醫院院長 林芳郁

「沒有比贊助科學和文學更值得我們去做的事。對每一個國家而言,知識是保障民眾幸福最可靠的基石。」這是美國第一任總統華盛頓在國會演講提出的建國理念之一,我們可以從中得知何以美國在建國百年後就成為世界強國。《科學人》是國內近十年來最受歡迎的科普雜誌,許多從事科研的人,包括我自己,常常從《科學人》吸取各領域發展的現況。這本《疾病解密》特輯,包括了麻醉與疼痛的奧秘、心臟血管的新手術、失智症和精神分裂症的新知識與癌症治療的進展等,我有幸得以先窺一二,確實有可觀者焉。我對此特輯極力推薦,尤其對醫學有興趣的好友們,肯定會讀之不忍釋手。



【推薦文四】

◎ 台灣大學醫學院名譽教授、財團法人肝病防治學術基金會董事長 許金川

我多年來從事肝病防治推廣工作,最大感觸是:為何國人健康知識如此匱乏?甚至有些知識份子的健康常識也是一知半解,甚至充滿誤解?要改善國人健康,必須從提升健康知識做起。《科學人》創刊以來,致力於推廣科普,即著眼從閱讀、培養正確醫學知識做起。《疾病解密》特輯收集了近年來《科學人》所刊載關於疾病的知識,篇篇來自大師手筆,其見識、觀點有其高度,卻又能深入淺出,帶領讀者深入生命堂奧,體會健康、疾病、生命的科學與人文面向,讀來雋永、有趣。要改變國人的醫學知識和健康行為,《科學人》給了新的嘗試與體會。內容簡介

人的一生似乎難以擺脫種種疾病,偏頭痛、心臟病、阿茲海默症、癌症等,總有一些會找上我們,造成傷痛與死亡。21世紀的醫學發展,讓我們對許多以往束手無策的疾病有了深入的了解。這些站在醫學研究最前沿的科學家,對於自身研究領域的第一手介紹,就收錄在這本《疾病解密》中。

精采單元:解除疼痛‧重建心血管‧支援腦神經‧窮究癌症‧戰勝癌症

單元一:解除疼痛

惱人慢性疼痛、來去無蹤的偏頭痛等,各種疼痛有不同的成因。對於這些惱人的疼痛,科學家提出新的見解,並且也致力研發新的藥物與療法。

單元二:重建心血管

心血管疾病是現代文明中的殺手,而對於衰竭的心臟、宛如定時炸彈的動脈瘤,都有各種不同的應對方式,幹細胞與組織工程的進展更對修復心臟大有幫助。

單元三:支援腦神經

影響許多人的腦部退化疾病:阿茲海默症與帕金森氏真的讓人束手無策嗎?我們目前還有哪些對應方式還在進行中呢?

單元四:窮究癌症

面對排名第一的死亡殺手癌症,科學家從不同的角度切入:幹細胞、基因體錯亂、演化論、發炎等,希望能夠澈底了解這種複雜的疾病。

單元五:戰勝癌症

標靶藥物與奈米醫療等最尖端的技術,也在癌症治療上發揮作用。在了解癌症的成因之後,就是要釜底抽薪,讓癌症成為可以治癒的疾病。
今日教育,明日科技  李家維

好個盛會,兩位部長同台對談,這是今年暑假「居禮夫人高中化學營」的精采場景。我負責引言和串場跑龍套,也訂了自以為得意的題目:40年前,我認識的世界;40年後,我預見的未來。學員們年近20歲,40年前我們就是這個年紀;而合理樂觀的預期,我們還可以再活40年,來驗證今日的預言。

科技部長徐爵民回顧當年念建中及台大電機系時的懵懂,閉塞的資訊下,哪有世界觀可言。當時他能換個零件、修理收音機,就被街坊女孩視為絕活了。畢業後他到日本及美國,終於見識了何謂先進,才知那時台灣有多麼落後。現今他領導台灣科技界,深知我們資源少、天災多,國際政治之弱勢及產業競爭大的現況,期勉年輕人:批評解決不了問題,面對全球化的挑戰,唯有充實與創新一途。對人類的未來,他趨於無以預測的黯淡悲觀,橫在眼前的環境難關是最大變數,辛苦是必然;光明的是,飛躍的科技仍是希望所繫。

教育部長吳思華笑談師大附中及交大的社團歲月,是求學期間最享受的成就。在那社會禁錮的時代,他曾成功安排眾多靜宜女同學,入住交大男宿舍聯誼。當時交大首創電子學課程,引進半導體知識,他卻毅然棄之轉入企管。他認為科技常有突破性的革命,而社會進展有演化特質,是比較可預測的。因之列舉了40年後,台灣人口、教育及產業的可能變化,自主、多元、腦力及去中心化會是未來的社會特色。結語是年輕人不必像徐爵民那樣悲觀,期待幸福人生吧!

接著兩位部長就在台上辯論起相異觀點,學員們也熱烈提問並表示意見,我們能自主於無盡資訊的浪潮中嗎?這時我恍神了一會兒,半導體發展了40年,快速推動知識的創造和傳播,澈底改變了我們的生活,看來近期內電子科技仍會用巨大動能引領人生,但是難道沒有盡頭嗎?〈走出摩爾定律的迷宮〉給了答案,當矽晶片已無以再微縮,用光脈衝的碳晶片可能取而代之,運算會更快速。再來該是期待量子電腦了,屆時我們就不知極限為何物。

末了,學員們終究沒有放過吳思華,問他當年如此與體制抗衡,現今面對反課綱的示威,有何感想?在那坦誠互動的氛圍中,吳部長的理念闡述,竟贏得當天最響亮持久的掌聲,我似乎見到了教育家的風範。

煉丹留住太陽能

  風月無邊是乾隆皇帝對西湖的禮讚,戲題「虫二」立碑於湖心亭。摯友浙江自然博物館的康館長,在碑旁告訴我,他參與西湖申請世界遺產的尷尬趣事。努力了12年,評鑑委員終於來到杭州。實地參訪的前一天,他介紹湖心亭始建於明朝嘉靖皇帝,原名振鷺亭,取《詩經》「振鷺于飛,于彼西雝」。不料委員們興緻盎然,隔天就要來賞鳥。情急下,連夜以白漆偽畫鳥屎,又稱眾鳥已外出覓食,竟然也就矇混過了關。

  賞讀乾隆的楹聯「波湧湖光遠,山催水色深」之後,當然要訪孤山的西泠印社,此乃百年來書畫和金石篆刻的聖地。得特權,上手館藏寶物,包括一方戰國時期的玻璃印章。我看了眼熟,似乎家裡櫃中即有此物,是多年前朋友隨手贈送的一袋出土墓葬品。回新竹後,即淘洗之,赫然是個百寶袋,盡是耀眼的五彩玻璃,百餘顆中有耳璫、管珠、圓珠、蜻蜓眼以及三方印章,顯然是位戰國貴族女子的鍾愛蒐藏。玻璃的發明可回溯至5000年前的古埃及,加熱矽砂,以氧化鈉及氧化鈣為助熔劑,即化為晶瑩透亮的鈉鈣玻璃。而中國的古玻璃始於春秋戰國,以氧化鉛及硫酸鋇為助熔劑,煉成不太透光,但絢麗多彩、溫潤如玉的鉛鋇玻璃。玉是人間至品,不可多得,是崇玉煉丹的道士發明出此獨門配方,東漢王允即述:「道人消爍五石,作五色之玉,比之真玉,光不殊別。」當漢王朝罷黜百家、獨尊儒術後,煉丹在中國沒落,在西方則演變為化學及材料科學,更成了現代生活的基石。

  夏季的西湖早非天堂,儘管湖水仍滿盈,周邊也綠蔭蟬鳴,但持續飆高的酷熱已讓遊客卻步。現代生活難以為繼,根源在溫室氣體的排放。今年6月,美國國會和我們的立法院都通過碳的減排目標。美國是在2050年必須比2005年減少83%,而台灣志氣小一些,我們屆時要減排50%。儘管已立法,但仍可能淪為口號,決心和科技都是關鍵。我們這些年來高喊要非核家園,勢必得更依賴其他綠能,但進展不彰,原因之一是結晶矽的太陽能電池有瓶頸,25%的光電轉換效率難以突破。現代煉丹師提出了新解,〈鈣鈦礦──太陽光電穿新衣〉是個新希望,報導中提及的前沿研發團隊包括日本、韓國、美國、英國、澳洲和中國。台灣也有團隊從事鈣鈦礦研究,可惜轉換效率稍有落後,我們現在是全球矽晶太陽能電池的主要供應者,必須在這新競逐中急起直追。

史蒂芬.霍金或許是這個時代最聰明的宇宙學家。 

他以一系列的暢銷科普著作讓全球讀者驚嘆不已, 
一步步揭開宇宙的奧妙。 
現在,霍金首度將目光轉向自己, 
向世人揭露他的人生與思考演進。

閱讀專屬網頁:http://goo.gl/bEYAfJ

《我的人生簡史》訴說史蒂芬.霍金不可思議的生命之旅,首度由霍金本人現身說法,從二次世界大戰後倫敦的童年生活講起,一直到他成為舉世聞名的科學家。本書搭配大量珍貴罕見的照片,是一本簡潔明快、妙語如珠,又坦白直爽的科學家成長故事,可讓讀者一窺霍金前所未見的生活面貌:小時候的霍金,是個好奇愛發問的學童,同學間給他的綽號是「愛因斯坦」。因為作業凌亂,字跡很醜,還有同學用糖果打賭他這輩子大概成不了大事……霍金是一位愛開玩笑的幽默科學家,曾經以一年份的《閣樓》雜誌和同行打賭黑洞是否真的存在;他也是一位年輕的丈夫和父親,歷經兩次婚姻,努力突破身體的障礙,在物理學和宇宙學的領域掙得立足之地。 

霍金以獨樹一幟的幽默詼諧和真情至性,暢談二十一歲被診斷患有漸凍人症之後所面臨的人生挑戰。最早,他剛出現漸凍症病徵,行動變笨拙,曾經因為爬樓梯摔跤,醫生竟然只是告誡他:「少喝點啤酒吧!」回首成爲舉世最知名的科學家的歷程,他談到如何因為認知到可能將不久於人世,進而推動他奮力向前,不斷獲得知識上的大突破。本書也談到他那本全球知名,而且也是二十世紀最具代表性的時代科普經典巨作《時間簡史》的戲劇化誕生過程。本書更首度披露因為氣切手術喪失說話能力,霍金必須透過輪椅上的個人電腦和語音合成器,以一分鐘拼出三個字的速度,完成七本科普著作以及許多學術及公眾演講的艱苦過程…… 

《我的人生簡史》清明透徹、交心剖析又睿智雋永,為世人打開一扇窗戶,窺進霍金個人的宇宙。 

擁抱科技.禮讚先知

掌聲雷動,全體起立,2000人恭迎星雲大師進場,這是我上個週末在佛光山的震撼體驗。英國牛津大學的麥爾荀伯格(Viktor Mayer-Sch?nberger)為這場「科技與宗教的對話」揭開序幕。他說理明晰,帥氣活潑,暢談近20年來巨量資料之湧現,對比過去2000年人類知識之緩慢積累,期勉年輕人該在這大數據時代聰明創業及創新。聽他說明Google的工程師在2009年利用大數據分析,比美國疾病管制局更早預測並掌握流感疫情,我立即想到今年7月號《科學人》的〈細菌終結登革熱〉以及正肆虐台南的登革熱。顯然我們既未取經前例、疏忽警訊,又再度採用原始的藥劑滅蚊法,現在不僅南部漫天殺蟲煙霧,各縣市也跟進了,可以想像昆蟲都即將絕跡於城市及鄉野。剛接到通知,水木清華的百公頃校園,除了蝴蝶園,已全面殺蟲。人與自然的衝突,莫此為甚。

「科學發展大趨勢:對人類的禍與福」是我被指定的講題。一如往例,我由講古開場,談20萬年前現代智人崛起於非洲,走過石器、青銅及鐵器時代。中國歷朝因無力抗天,承氣候變遷而起的災荒及戰亂,人口曾14次悲慘劇降。是工業、綠色及醫藥革命把人的壽命大幅延長,人的消費也超越了環境承載力;是剪接基因的生物科技讓糧食增產,但也開啟了可能脫韁的組裝生命時代,這門新學問當然也奠基於處理大數據的生物資訊學。

智者高希均憂心台灣民粹當道、政府無能、國會失控,我們曾有傑出成就,但可能就要迷失於新時代的浪潮。他呼籲視野不再盯住本土、心思不再鎖在家園、格局不再限於島內,唯有自信地開放台灣,我們才有希望。

星雲大師為這一天的論壇做了智慧結語:科學是探索心外世界,求真與求知,有宏觀與微觀。而宗教是探索內心世界,求善與悟道,有靜觀與定觀。治心與科研皆難,他勉勵大家要不斷自我修持。

網際網路的巨量資料源自於知識與記憶的數位化,而這是先知愛因斯坦眾多理論的實踐之一。事實上,我們在這現代化的光電生活中,已是「天天遇見愛因斯坦」。為了紀念他在1905年發表照亮人類的五篇重要論文,聯合國認定2005年為「世界物理年」,當時《科學人》出版了特刊《愛因斯坦影響100年》。今年又適逢他提出廣義相對論100年,《科學人》以10月號整本專輯來禮讚。

仰觀實驗物理大師

摸得著、看得見,是我的私欲,也因此酷愛蒐集化石、礦物和動物植物標本。隨時上手把玩,也放進顯微鏡下細看,似乎盡享自然生命奧妙了。然而吃在碗裡,看著碗外,每當想到天文宇宙,時間之前有時間嗎?空間之外又是何物?總感陣陣顫動。王羲之的豪語「仰觀宇宙之大,俯察品類之盛」,我只能親身享受後半段,總是憾事。

今年暑假,吳健雄科學營在溪頭迎來了科學沙皇丁肇中,我興奮又仔細聆聽了兩場大師演講:「我所經歷的實驗物理及我的體會」和「尋找宇宙的起源」。這位實驗物理學家如此霸氣開場:實驗是自然科學的基礎,理論如果沒有實驗的證明,是沒有意義的;當實驗推翻了理論後,才可能創建新的理論,理論不可能推翻實驗。他的諾貝爾桂冠是在眾人嘲諷中找到世界上的第四種夸克,大海撈針的情節是一個 J 粒子藏身於100億個已知粒子中。之後他又發現了原子核內的膠子,也證明電子及夸克均無體積。而過往的20年,他啟動了驚天的宇宙起源探索,集16國、60個大學及研究所,和600位科學家之力,把反物質磁譜儀 (AMS) 送上了國際太空站。要在往後的10來年,攔截來自宇宙邊緣的3000億個宇宙射線訊號。初步的分析顯示了暗物質可能存在的證據,未來期待的是找到由反物質組成的宇宙。

我聽得如痴如醉,下課後立即聯絡我們的編輯部,務必報導此壯舉的前沿成就,這就是資深編輯洪志良撰寫〈天外的線索〉之背景。我也極度欣賞《聯合報》記者陳皓嬿的長文〈萬字解析鋼鐵人物理學家丁肇中〉,傳神詼諧寫實丁大師的演講與課後互動。保證精采!請大家上網享讀。

AMS偵測的是帶電的宇宙射線,只宜在太空中捕捉,而謎樣的直線橫行微中子,則是中性的宇宙射線,就可直接在地球上攔截了。想像你我的身上,每秒都有數千億個微中子穿透,接著它們又暢行無阻穿過地球揚長而去,多奇妙啊!〈緝捕超高能微中子〉是在南極冰層中進行的極限實驗,已有54個落網,其中有些還明確來自遙遠的銀河系外。

今年的諾貝爾獎再度頒給了微中子的狩獵者,〈怪盜變身,微中子大振盪〉是洪志良為這深奧學問改寫的易懂科普版。

總編輯的話──餐桌上的海鮮革命

爭議中,美國食品及藥物管理局(FDA)為基改鮭魚亮了綠燈,而且不必特別標示是基改食品。世界各主要媒體都顯著報導這里程碑,因為人類吃了基改穀物20年,終於有了第一道動物餐。支持者讚譽廉價的美味可期,大洋中的捕撈壓力也可望舒緩;反對者則擔心對人體健康不好,逸出的基改鮭魚可能亂了生態,也要求各大連鎖超市表態抵制。

我正在新加坡大學演講訪問,並參與東協保育會議,驚喜得知隔壁辦公室的丘才良教授是此事件的核心主角,《海峽時報》大幅報導了他的成就。丘教授也是我此行的接待者,相識10年了,他不曾提及過此風光。

話說近40年前,丘才良在加拿大研究保護魚類寒害的抗凍蛋白,咖啡館裡,一位養殖鮭魚的同事訴苦說池子裡的魚都凍死了,也挑釁問分子生物學家有何花招能解決問題?當時他年輕、大膽,就開始試圖把比目魚的抗凍蛋白基因轉入鮭魚,結果成效不彰,卻同時發現若能讓鮭魚長快一些,就自然能抗寒,也因此展開了這影響深遠的研究。

大西洋鮭魚被選為改造對象,生長激素的基因只在腦下垂體表現,又有季節性,這就限制了成長。他的手邊正好有太平洋鮭魚的生長激素基因,冠上美洲大綿魚尉(ocean pout)抗凍蛋白基因的啟動子,再注射進大西洋鮭魚的卵子裡。選殖的後代就有了兩份生長激素的基因,且外源基因會在全身表現,造就了生長快、飼料轉換率高、又抗病的新品系了。大量生產時,用的是水產養殖業廣為應用的策略,只養三倍染色體的不孕母魚。繁殖場又是設在遠離自然生育地的巴拿馬內陸。多重考量,確保不污染野生族群。

這項面面俱到的成功創新,贏得《時代》雜誌2010年的50大新發明榮譽,卻命運坎坷,反基改、護動物權的多個團體齊聲反對。延宕到三年前,法案才送進白宮,只待總統簽署。據說是助理御廚的干預,又讓歐巴馬猶豫了。20年來,丘才良創辦的公司因財務而三度易主,專利權過期,他的股份被稀釋到不及1%,又飽受多方的嘲諷、責難,他就澈底低調了。11月19日的核准公告來得突然,也戲劇性地宣示餐桌革命的首部曲。

我在新加坡,火線訪談關鍵人物,特為之記。

變遷中的環境──面對全球暖化、生態與資源浩劫的29個真相

你還不了解全球暖化嗎?二氧化碳越來越多、冰川一塊塊崩裂,人類與全球物種正在一同面臨存亡危機。

除了節能減碳,我們還可以做些什麼?又應該做什麼?而經濟成長與保育環境資源,有辦法併行嗎?

精采單元:

全球暖化生態與資源浩劫拯救環境行動減碳愛地球

導讀

追求環境與人類的永續 ──台灣大學大氣科學系教授 柳中明?

全球氣候到底是不是在改變?這個命題,讓全球許多科學家、政治家、環保人士、詭辯者,費盡了心思。個人乃以「人間氣候」稱之,即是氣候的變與不變,是人類由人的角度觀察而定之。?

大自然的氣候,由地球形成以來,就一直在改變。但是,現在全球人口即將到達70億,2050年時可能是90億。若果全球氣候無法維持穩定,或是所謂的風調雨順,則許多人可能將會因為缺水斷糧而渴死餓死,更且可能不用等到那種絕望時刻,就會為了搶水搶糧,發生全球大暴動與頻繁的地區性戰爭。?

所以要思考變遷中的氣候,關鍵就是過去百年與未來百年,是否氣候正在往會衝擊人類生存安全的變動方向前進。特別是:是否是因為人類本身的行為所造成?也即大家所熟知的:大量溫室氣體的排放,是否正促成全球暖化,並會持續上升??

氣溫儀器與氣候模式等,當然都已提供了許多氣候暖化的證據。但是,最直接的,還是看到全球的冰山、冰原等,正逐漸在融解。譬如喜馬拉雅山的冰河,此乃是南亞、東南亞、南中國的重要水源,若真有一日,冰河全部消失,這些地區的民眾將會面臨難以想像的災難。至於北極海冰的融解,雖不會造成海水位上升,卻是最明確的氣溫上升指標;而且,因此下降的地表反照率,將會讓更多太陽輻射進入北極地區,使得當地的冰融現象更加速,並擴及格陵蘭島上的冰原。而冰原的大量融解,則一定會讓全球海水位上升,所以這必須同時監看南極冰原的變動(請見第一單元〈全球暖化〉)。?

除了人類擔憂氣候暖化,受衝擊最大的就是生態。因此,全球許多科學家都在觀察生態系統變化,特別是尋找與氣溫變化之間的關聯。譬如台灣玉山國家公園內,國內生態學者就提出低海拔地區的鳥類,正向3000公尺以上的高海拔地區遷移。但是,國內生態監測的研究與資訊並不長久,所以仍需多參考國外的研究發現。其中,英國自然學者老菲特先生47年的植物手寫記錄,最是珍貴,其所觀察到385種植物的開花日期平均提早4.5日,甚至還有14日的,充份證明:生態系確實已受到氣候暖化影響。不過,改變最大的,還是在北極地區。其中,北極苔原正逐漸北退,而灌木群則突擊入高緯度地區。但是,雲杉等寒帶樹木卻因為熱浪、乾旱、火災、蟲害等,反出現領域縮減現象。顯然,氣候暖化對於生態系的影響,是非常多元的。?

陸域生態系中植物是無法走動的,所以變動緩慢,需要長期觀察。動物卻是可以走動的,譬如海冰持續融解,北極熊能遷移的區域越來越小,衝擊極大。至於海洋生態系中如珊瑚礁,會因為海溫持續上升而出現白化面積擴大;另外,各地魚群則已出現北移的現象。再者,海洋吸收大氣的二氧化碳量越來越多,則會出現海水酸化現象,其對浮游動植物的生存衝擊,會進而影響食物鏈下游的魚群、海鳥等,進而影響及人類的食物來源,非常值得關心(請見第二單元〈生態與資源浩劫〉)。?

自1962年美國卡森女士發表《寂靜的春天》以來,世界各地均越來越重視拯救生態系的生存環境。相關的行動,如訂定「瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約」等,使得許多強制性的生態保育工作,在各地發芽生根。其中,如何保護水域中的生命,是最具挑戰的工作。原因無他,人會搶水,更會污染水,而最豐富的生命群,都聚集在水域內。?

由於各地氣候變化越來越顯著,同時人口持續成長,再加上有系統地大量灌溉或工業用水等,全球各地的內陸湖泊都面臨水位下降與面積縮減的困擾。至於人工興建的水庫、攔水壩等,則隨著淤泥持續累積,及蓄水量不足等,也面臨著拆除及是否興建新水庫取代的紛爭。人為改變的地形地貌,正在反撲衝擊人們的生存安全,並滅絕數以萬計的生態物種。改變已是必要,問題則是由何開始??

許多人以為節能減碳是在救地球,其實是在挽救人類免於滅絕。對於地球而言,人類不過是長期演進史中,現今主宰生態系生存安危的重要物種。但是,若果全球的生態系(包括人類自身)因為人類無法停止的破壞而滅絕,地球本身並不會因此停止演進,不過就是重新開始另一個新的生態體系的演進。因此,現今談永續發展,課題就是:如何拯救人類免於人類本身的威脅,而得以讓人類永續(請見第三單元〈拯救環境行動〉)。?

現今人口持續增加,而且識字、受教育且具備高知識與高智慧的人數持續增加。其趨勢是:人人都知道要追求經濟成長、改善生活品質,也都知道如何最有效改善自我的未來,期以追求自我的夢想。結果是近70億人口都在追求成長,無論是追求溫飽,需要大量糧食與衣著;或是追求財富與舒適生活,需要更多物品生產。這些都需要耗能、耗資源,甚至伐林、興建鋼筋水泥建築等,如此全球性的環境破壞與污染,以及溫室氣體持續排放入大氣等,基本上是無法停止的(請見第四單元〈減碳愛地球〉)。?

1970年代,羅馬俱樂部提出《成長的極限》,可是現今各國仍多認為成長是無極限的,所以每位掌權者都在追求經濟成長,並期望降低失業率。顯然,短期內要想改變如此趨勢,應是不可能的。但是若不改變此趨勢,地球又如何能供應無窮的資源,讓人類揮霍?所以,「21世紀議程」、「氣候變遷綱要公約」、「森林原則」等許多不具強制約束力,但具期望改善未來人類生存環境的行動,正逐漸開展。其中,當以「氣候變遷綱要公約」最為重要,其所推動成功的「京都議定書」與未來新的議定書,將或能減緩全球暖化速率,讓下一代人類不受氣候變遷威脅,生態也才得以永續。

導讀者簡介

柳中明

台灣大學大氣科學系教授,曾任台灣大學全球變遷研究中心主任,現任中華民國低碳環境學會理事長。研究專長為氣候變遷與永續發展,並長期呼籲大眾正視全球暖化可能帶來的災害,曾經為《科學人》撰寫專欄「變遷中的氣候」。

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推薦

【推薦文一】

很多地球環境變遷的知識,是以前我在學校受教育時未曾學過的,因此唯有積極自我學習,才能回應許多優秀高中生提出的各式問題和看法。幸好有《科學人》雜誌!《變遷中的環境》特輯精選了各期中不同科學家有關環境的文章,更方便我們比較他們所提出的論證,也能讓我們對相關知識的建構更完整。

--李文禮 (台北市立建國中學地球科學教師)?

【推薦文二】?

環境變遷牽涉的議題多元又豐富,大氣與海洋各有複雜且相互影響的系統,人類究竟了解多少、掌握多少?《變遷中的環境》特輯從幾個重要的角度切入詳述,集結當代的研究成果,剖析現象背後的科學解釋,更進一步提出因應變遷的策略與方案,帶領讀者一窺環境變遷的科學堂奧。?

--吳俊傑 (台灣大學大氣科學系教授、系主任)?

【推薦文三】?

近期面對環境快速變遷的考驗,源自內心的好奇,驅動人們跨越時空探索環境改變帶來的衝擊,然而已解開的謎總是揭露出更多的未知,未來的世界我們能夠預想多少?《變遷中的環境》特輯整合了相關領域活躍的前沿知識,引領我們體認永續發展的倫理,共同來經營地球成一個精神終極愉悅的環境堡壘。?

--吳育雅 (北一女中地球科學退休教師)?

【推薦文四】?

氣候變遷所導致的災害,已獲得各界的正視,但過度捕撈、棲地破壞、污染及入侵種等人為因素所造成的衝擊,卻反而被輕忽,成為另一不願面對的真相。要改變唯有靠科學教育。很高興《科學人》雜誌能把過去所刊載的文章彙編成輯,讓關心環境與生態的朋友能更方便閱讀,善盡其科學教育的社會責任。?

--邵廣昭 (中央研究院生物多樣性研究中心研究員、執行長)?

【推薦文五】?

當大家因為環境巨大變遷而驚慌的時候,如果我們能夠積極找出一些建設性方案,似乎對地球和生態比較有意義。然而過去我們對於生物學和生態學的研究非常缺乏,難以提出什麼建設性構想,這才是主政者應該省思的問題,以及科學家應該努力的方向。而《變遷中的環境》特輯提供了我們更全面的思考!?

--曾晴賢 (清華大學生命科學系教授、系主任)

◆2016比爾蓋茲夏日選書

◆2015經濟學人年度選書

◆2010英國皇家學會科學圖書大獎、2015年英國生化學會獎得主最新作品

◆程延年博士古生物學專業審定

◆顏聖紘博士演化生物學專業審定

◆清大生科黃貞祥助理教授專文推薦

◆吳大猷銀籤獎名譯家梅苃芢最新譯作


繼《生命的躍升》、《能量、性、死亡》後,

生化學大師尼克.連恩(英國倫敦大學學院榮譽教授)又一力作

窮盡一生對生命如何發展而成的大哉問


在地球上出現的生命形式,到底是一個偶然,還是宇宙定律下的必然?


「假若,連恩教授所建構的思維體系是正確的話,

它將有如哥白尼革命一般的重要,甚或更為驚世!」

——程延年


什麼是生命?

什麼是「活著」?

複雜生命又是如何演化而來?


從幾萬英呎的高空到深不見底的深海海溝,我們的地球到處都充斥著生命。然而,生物學的核心卻是一個亙古難解的問題:複雜生命哪裡來?或者,換句話說,生命最初又是如何開始的。大師級生化學家尼克連恩則在本書中針對此問題提出解答。


第一個原始生命誕生之後,長達二十五億年的時光,這些單細胞生物基本上並無多大改變,仍維持原核型態。然而,在這生命演化的四十億年時光裡,僅僅一次,生命出現了跳躍性的成長,發展出前所未見的複雜性。在這之後所有的複雜多細胞生物,從香菇到人類,不僅出現令人費解、不同於原始細菌的生物特徵,如有性生殖、細胞凋零等,更甚,若是在顯微鏡下檢視這兩者的細胞,除了香菇有細胞壁之外,其他真核細胞的特徵皆一應俱全,無法輕易分辨兩者。為什麼只有真核細胞可以有這麼多樣的演化?以及,為什麼這樣激烈的演化是如何、又為何發生的呢?


尼克連恩認為答案在於「能量」:地球上所有生命的代謝與存活皆需要耗費相當高能的能量。連恩以進化論為基礎,結合了前沿研究當中能量轉換與細胞生物學的關係,從中討論生命的起源到多細胞生物的出現,並提供一個嚴謹的論證,同時加深我們對於「活著」與「死亡」在生物意義上的見解。


既嚴謹又豐富,本書對生命起源的問題提供了一個解答,這個解答也可以幫助我們思索,在地球上出現的生命形式,到底是一個偶然,還是宇宙定律下的必然?


【專業推薦】 (按姓氏筆畫序)


王弘毅╱臺灣大學臨床醫學研究所教授

李家維╱《科學人》雜誌總編輯

林大利╱特有生物研究保育中心助理研究員

林仲平╱國立台灣師範大學生命科學系教授

林勇欣╱國立交通大學生物資訊所副教授

邵廣昭╱國立台灣海洋大學講座教授、中研院生物多樣性研究中心兼任研究員

孫維新╱國立自然科學博物館館長

徐堉峰╱國立臺灣師範大學生命科學系教授

高文媛╱國立台灣大學生態學與演化生物學研究所教授兼所長

陳濟民╱國立臺灣博物館 館長

彭鏡毅╱中央研究院生物多樣性研究中心前研究員兼博物館主任


【各界好評】?


「尼克連恩藉由縝密的科學推論提供了生命的一覽圖。他的寫作清晰,如同簡潔有力的散文,然而其中卻滿盈著科學的深度,讀者將會被其生物學的驚人觀點給深深滿足。」

——《紐約時報》


「如果我是一個有錢的男人,我會買下所有的刷次,然後贈送給要念生物學的每一位大學新生。」

——Franklin Harold 《Microbe》雜誌總編輯


「他是一個原創的研究者與思想家,也是一名充滿熱情和理想的教育者。他的理論如此高明,範圍驚人,且深具挑戰性……若此理論正確,尼克連恩將如同哥白尼同等重要。」

——英國《衛報》


「一個生命形成的新理論。」

——英國《金融時報》


「比起其他的書,此書有著最令人信服的生命起源的過程推論……連恩從一個細胞獲得能量的角度出發,到為什麼有『有性生殖』和『老去』,以深入了解生命這個問題的各種層面。」

——《The Economist Intelligent Life》


「改變生物學觀點的書……應該要有更多人知道這個觀點。」

——比爾蓋茲


「近年來,對於生命的演化史最深且最有啟發性的作品。」

——《經濟學人》



出版社 貓頭鷹出版 (城邦)

總編輯的話──花、草、魚的異想世界

小兒飛葦來信,就一句話:猜我隔壁辦公室是誰?Benito!他們相識九年,合作研究發表了共同論文,卻未曾謀面,此次意外相逢,當然興奮。飛葦剛由美國杜克大學畢業,到加州大學柏克萊分校進行博士後研究,而Benito則是由新加坡植物園退休後,也來此任研究員。

我是他們兩位的中介者,那年我到新加坡,拜訪國際聞名的苔蘚學者,Benito Tan。在他的辦公室裡,見我直盯著水族缸看,就主動介紹一薄片分叉的不知名水生植物。水族業者普遍認為那是苔蘚,但構造簡單,特徵太少,他也不認得。我提議帶一小塊樣本,給立志當不開花植物專家的飛葦看看。那時飛葦剛上大學二年級,運用才學會的分子生物學技術分析DNA的序列,鑑別出它該是蕨類的配子體,也很可能是蘿蔓藤蕨屬的成員。它是個多倍體,失去了產生精子的能力,不能受孕長成孢子體,也就無以由外觀來判定它是蕨類了。他組織了個五國團隊,合寫一篇論文,算是進學術圈的敲門磚。

在過往,形態特徵是分類學的主要依據,但現在DNA序列的差異成了分辨物種的新利器。案例之一,是2015年10月發現的加拉巴哥群島新種象龜,牠與同住在聖克魯茲島上的另一象龜外觀相似,長久以來被認為是同一物種,是DNA分析給了牠新身分。同樣的本土案例是這期《科學人》的〈紅玉飄香——台灣山茶〉,近來流行又價昂的好茶「紅玉」就是源自我們山林間的原生特有茶種。茶痴們必讀此文,這是茶席上的好話題。

上個月我在新加坡,這個滿是奇花異卉的花園城市,對物種的跨國流通毫不設防,我也就在街邊的水族館大開眼界。台灣水族館裡遍尋不著的水生蘿蔓藤蕨配子體,赫然就在架上,同時我數了數還有九種水生苔蘚出售,包括標為 ”Mini Taiwan” 的種類,新加坡的水草痴顯然幸福多了。看過豔紅和亮藍來自華南和印度的陸蟹之後,店裡主角就是各式慈鯛了。慈鯛是全球水族缸的寵兒,也是演化學裡的經典案例。〈百變慈鯛〉和〈水族世界的七彩寶石〉是這期《科學人》的多采篇章。帶我去一探水族館的是研究生劉必偉,他研究新加坡集水區的魚類生態,說60%以上的魚種是外來慈鯛,棄養者眾,這在台灣亦然啊!

總編輯的話:搶救生態,亟需人才

寒冬中,水塔花盛開了,豔麗不可名狀,它是鳳梨科水塔花屬65個原種之一。20年前,初次邂逅於新竹花市,驚為奇花,當然捧之入園。鳳梨科約有3000個成員,除了一種原生於西非,其餘都長在中南美洲。附生於樹上者眾,為熱帶雨林增添了繽紛,也是生態系中的重要角色。它們的簇生葉心常能積水,樹棲的動物不必落地,就能在樹上完成生活史。雨林開發後,水杯落下無以延命,眾多動物也失去了棲所和水源。

八年前,辜嚴倬雲植物保種中心設立之初,鳳梨科植物自然成為重要蒐藏對象。當時我們向厄瓜多的一家種源供應商下了100種鳳梨的訂單,但只收到75種,問說何以如此?因為那些已不易在野外發現了。隔年,再試下重複的訂單,回覆說只能提供65種了。我知道現在對方若能找到其中的50種就不錯了,這就是地球生物多樣性快速降低的現實窘況。

保種中心已建立了全球最豐富的活體植物蒐藏,包括水塔花屬的50種成員。面對物種大滅絕,相信許多國家將以此為範本,展開各式拯救行動。前瞻未來,我清楚知道瓶頸在人才,不僅是台灣,舉世皆然。各大學停止培育能辨識鳥獸蟲魚和花草樹木的學者已久,更遑論願意並且能夠養育、繁衍眾生的專家了。兩年來我求才若渴,受挫之餘,構思了「未來地球生態」的人才培育計畫,這個創新的學程,將於今年7月啟動。

暑假的前兩週,學員將在台中的國立自然科學博物館穿梭講堂和蒐藏庫;第三週南下辜嚴倬雲植物保種中心的溫室,蒔花兼餵雞及養龜;第四週到清華大學,農、漁業試驗所和台北市立動物園都是課堂;第五週移師溪頭,參加吳大猷科學營,主題是〈氣候變遷──地球的未來和人類的命運〉,與國際大師學習和對話;第六至八週分赴各領域的研究室實習。明年的寒假先在清大上一週扎實的生態課,再分赴屏東的國立海洋生物博物館或山區實習。明年的暑假再到清大上一週課,就要啟程到新加坡和馬來西亞了,探索熱帶雨林是重點。

我們將敦聘25位海內外導師,〈構樹DNA揭開南島語族遷徙路〉的作者鍾國芳就是力邀的對象。招

生簡章將於329青年節,同步刊登在清華大學生命科學院、國立自然科學博物館及《科學人》網站。立志拯救未來地球的生態戰士,請準備就位!

總編輯的話:雞毛鳥事大科學

開學了,清華大學生命科學院迎來了新血教師黃貞祥。他是馬來西亞華僑,熱情洋溢,說話仍帶馬國腔。有人形容這麼亢奮的人是「打了雞血」,碰巧他就是位雞專家,對雞的品系演化與羽毛發育有獨到研究。

黃貞祥的博士後研究師承李文雄院士及鍾正明院士,兩位分子演化學大師給他的第一份作業是解碼捲毛雞。捲毛雞一身蓬鬆的反捲羽毛,看來奇特可愛,卻毀譽參半。《本草綱目》說牠可入藥,治反胃和風濕;深圳有家捲毛雞高價專賣店,廣告宣傳牠滋補、美味,生意火紅;老舍在《離婚》中形容一女子頭髮燙得像捲毛雞,不能往家裡娶。黃貞祥拔雞毛,分析毛囊裡的細胞分化和基因表現,也讓捲毛雞和正常雞交配,再統計子代的捲毛比例。他交出了好成績,知道捲毛源自突變的角蛋白基因,這基因少了69對核苷酸,造就了少23個胺基酸的缺陷角蛋白,羽軸因此反捲了。這個突變基因是強勢的顯性,也就是任何品種的雞和捲毛雞交配後,子孫多半會是捲毛的。明白了這背景,對牠能滋補和治病的療效就該存疑了。

雞的體溫比我們高,羽毛除了炫耀以外,保溫也是重要功能。蓬鬆的捲毛雞散熱快,就得靠多吃飼料和提高代謝來維持體溫,牠又淋不得雨,儼然是個病態美的遺傳病。牠們在野地裡不易存活,是人的寵愛留住了這性狀。濟弱扶傾是人類的美德,我們的遺傳疾病也因此特別多。盛行率高又攸關生死者,自然成為醫學研究和治療的主流,而罹患了罕見遺傳疾病者,長期以來都是被忽略的痛苦悲劇。近年精進又價廉的基因組醫學帶來了改變,〈遺傳醫學照亮上帝之村〉是人道精神的再提升,也是量身訂做個人化醫療的演練。

黃貞祥與中興大學的陳志峰曾為《科學人》寫過一篇〈家雞的起源〉,他們都是台灣iEGG(鳥禽類演化與基因體研究中心)的成員。這中心的靈魂人物是當紅的鍾正明,他嗜好「皮毛之道」,研究成果在前年被《科學》雜誌評為10大年度突破之一。〈數量感應啟動毛髮再生〉談的是他去年與台北榮民總醫院陳志強醫師的另一傑作。iEGG卓然有成,即將承辦第九屆國際鳥禽模式動物會議,這是本月份中央研究院的盛事。讀者們,熱情與會吧!

主編的話

抗生素無敵的時代已經遠去了,愛滋病等重大疾病的疫苗發展卻停滯不前。人類對抗病原體的戰爭,距離落幕還遠:狂牛病依然讓人捉摸不定,瘧疾每年帶走數百萬條人命,抗藥性細菌在各大醫院中肆虐,新興疾病與基因不斷重組的流感病毒,從各種動物竄向人類傳播。在《尖端醫學》特輯中,站在最前線的科學家,執筆寫下與病原鬥智鬥力的過程、在各戰役中的貢獻,以及對未來醫學的看法,帶給我們警惕,同時也帶來希望。

除了藥物,許多新技術不但能夠對抗疾病,還能搶救因休克而瀕死的病人。原本是毒素的肉毒桿菌毒素,已廣泛使用於醫學美容,還能緩減頭痛。科學家結合了幹細胞與組織工程的技術,做出人造肌肉、在試管中培養牙齒,人工器官也已在望。電子科技讓患者在虛擬世界中減緩真實的疼痛,讓膠囊大小的無線內視鏡仔細檢查人體內部。這些醫學技術上的最新發展,都在《尖端醫學》特輯裡從頭細說。

導讀

百年來細菌與病毒帶給人類的啟示 蘇益仁

雖然人類與微生物在自然界相處,可上溯自人類初始,但微生物被發現與人類疾病息息相關,也不過是一百多年前的事。法國的巴斯德與德國的柯霍在19世紀末與20世紀初期,揭開了微生物引發人類傳染病過程的序幕。繼而病毒在電子顯微鏡下的真面目也為科學家所觀察到,微生物在自然界的生態及對人類的威脅也逐漸明瞭。到了21世紀,科學的發展已能經由監測工作及分子基因診斷而發現早期的疫情,並開發藥物及疫苗來預防。2003年的SARS及2009年的豬流感pH1N1(p代表豬),幾乎都在疫情發生的幾個月內就受到控制,免除全球性災難的發生,這在19世紀之前是不可思議的事。

然而「道高一尺,魔高一丈」,在20世紀末人與微生物的戰爭中,科學家發現,對於微生物的控制,不如20世紀初抗生素如盤尼西林剛被發現時的樂觀,細菌及病毒自有一套生存之道,就如俗語所說「一枝草、一點露」,這些病原體在抗生素及抗病毒藥物的攻擊下,衍生出一系列的防衛做法,得以茍活殘存。細菌而後演變成金剛不壞的「超級細菌」,病毒則發展出對抗藥物的機制,這都令科學家及醫藥界傷透腦筋、疲於奔命。人類會不會面臨到無藥可用、被微生物反噬的地步,正是目前醫學界面臨的課題。人與微生物間如何共存,其實是科學家必須好好思考及研究的主題。

本特輯中的五個單元其實勾勒出科學界在過去一百多年間,從人與微生物互動的經驗中所獲得的寶貴知識。在第一單元「防治傳染病」中,指出自然界生態的改變及破壞,是人類傳染病大流行發生的根源。自然界環境中,生物的互動經歷長久的演化,已達成共生平衡的狀態,人類只不過是這個生態系統中的成員而已。但隨著人類的戰爭、遷徙、對資源的採取與利用,使得原始的生態環境中的平衡遭受破壞,原本只存在動物間的微生物開始傳染到人類,形成人畜共通(zoonotic)感染。

人畜共通感染幾乎是20世紀及21世紀以來人類全球疫情的主要來源。狂牛症、瘧疾、水患而來的血吸蟲病及鉤端螺旋菌、鼠疫、愛滋病、SARS、禽流感等引起大疫情的疾病,其病原體幾乎都和環境及動物間的傳播有關。因此,監測環境中生物的病原,也成了世界衛生組織及各國疾病管制局最重要的任務。2003年引發恐慌的SARS,最後被證明其原始病毒本來存在於野生的蝙蝠,之後傳到市場的果子狸,最後再傳給人類。在這一連串的人畜傳播過程中,病毒為適應不同宿主的免疫攻擊,不斷演化,終至造成危害人類的傳染病。

與人畜共通病毒傳染的演變類似的是細菌的演變。第二單元的「細菌戰爭」其實也代表著抗生素發明以來醫學的勝利與困境。如上所述,細菌在抗生素的攻擊下,衍生出一系列針對細胞壁、蛋白質、核?酸等不同藥物的突變及抗藥性。現在金黃色葡萄球菌、腸球菌、結核分枝桿菌等許多病菌,都已出現這樣的情況,構成嚴重的威脅。目前在醫院中,尤其是加護病房,都存在著這些超級細菌,有5~20%的病人因住院而感染這些抗藥菌株,而必須以最後一線且昂貴的抗生素治療,但依然有很多人死於這些細菌造成的疾病。

在第三單元的「疫苗妙用」中,代表人類發現抗生素後另一項對抗微生物的法寶,即疫苗的開發。在人類醫學史上很多疫病的消失或控制,都有賴疫苗的發展,這是人類科學的勝利,天花、小兒麻痺等的絕跡或控制,都與疫苗的應用有關。對愛滋病及瘧疾的疫苗開發,並不成功,乃因病原體的突變過快,所開發出的疫苗無法應付這些狡猾的病原。人類的免疫系統雖然健全及完整,但整體免疫系統的弱點也在這些病原的攻擊下呈現出來。科學家正竭盡全力研究如何增強人體的免疫系統,例如以新佐劑去增強原始免疫系統中的樹突細胞(dendritic cell),以便活化T細胞,配合抗體的產生,聯合夾攻病毒,或對病毒引起的癌細胞提供免疫治療。

21世紀初繼人類基因組計畫完成之後,美國國家衛生研究院另外開啟微生物基因組的研究,其中最重要的成就,是發現人類腸道菌與益生菌之間的精采互動,也許可以為人類與微生物的互動提供發展應對方向及策略。醫學界開始利用對人體有益的細菌以對抗病原菌,或應用細菌毒素(例如肉毒桿菌毒素),來增進人類幸福。這也是本書第四單元「公衛焦點」與第五單元「五花八門新醫技」中,所嘗試要探討的主題,這些內容是21世紀生物科技的全新發展方向。

醫學的發展中,新創造的原理其實並不多,主要的還是去探討已存在的生物奧妙,進而提出良方去治療疾病。所有的發展都必須根植於細微的觀察、好奇心的驅使、科學能力的養成以及跨領域科技的應用方能成功。過去一百多年來的科學發展已告訴大家,匯集全人類的智慧是可以一步步解決微生物禍害,更進而藉由新科技去發現對人體有益的微生物及其產物,最終造福人類。

作者為國家衛生研究院感染症與疫苗研究所所長


推薦

這本特輯收集25篇與醫學發展有關的文章,從防治疾病到飲水加氟及人造器官、試管牙齒等與健康息息相關的知識,非常?得閱讀。《科學人》的文章一向圖文並茂,不但內容精采、深入淺出,生動易懂的插圖更讓一般民眾可以很容易了解先進的科學知識,甚至對在這些領域的專家也很有啟發性。這本書雖然是集結這幾年的文章,但我查閱最近有關的論文,並沒有發現更新的觀念或進展,它仍然提供了這些領域最好、最正確的知識,對年輕學子的學習特別重要。我建議中學及社區的圖書館都應購置它,來提昇我國的科學教育。──徐明達(陽明大學特聘講座、生化暨分子生物研究所教授)

《科學人》雜誌發行的《尖端醫學》特輯,集結了2003至2010年間,很多位國際知名學者的精采醫學科普文章,他們以流暢易懂的文筆、精緻豐富的圖解,深入淺出地介紹最新的醫藥新知。本書內容涵蓋傳染病防治、細菌戰爭、疫苗妙用、公衛焦點、創新醫技等,不僅讓一般讀者興趣盎然而獲益良多,也讓醫藥領域的讀者溫故知新而見賢思齊。近年來,台灣的醫藥科技研發蓬勃發展,給世人帶來平均壽命的延長和生活品質的提升,希望未來能看到台灣傑出科學家所撰寫的尖端醫學科普文章。──  陳建仁(中央究院副院長、基因體研究中心特聘研究員)

《科學人》雜誌結合科學趨勢與前瞻思維,有此科學與人文對話的平台實為廣大讀者的福氣。不同於其他科普期刊,《科學人》由編輯與各領域具代表性之專家合作,運用深入淺出的文字闡述科學新視野。10歲時它就已是我最喜愛的科普期刊。個人與《科學人》淵源深遠,1988年我為其寫了篇封面故事,分享免疫系統中的殺手細胞如何辨識與殺死目標,之後幾乎每10年我就為它寫篇文章,發表最新研究。很高興獲知《尖端醫學》特輯即將發行,其內容結合尖端技術與實用議題,相信必能為讀者開啟科學新思維。──楊定一(長庚大學奈米材料實驗室主持人、長庚生技董事長)

在人類歷史中,死於傳染病的人數不遜於死於戰爭的人數,而醫學對人類最大的貢獻就是抗生素的發現及疫苗的研發,終使人類脫離瘟疫的威脅,所剩下的就是一些難纏的細菌、寄生蟲、不斷出現的新病毒及抗藥細菌,尚待科學家持續與之搏鬥。《科學人》雜誌在過去10年介紹了許多有關傳染病的新知識,以及幹細胞、生醫材料等新醫學科技的進展,這些文章集結成為《尖端醫學》特輯。它淺顯易懂,引人入勝,讓我們更加了解對付傳染病的新武器,同時也是現代人了解現代醫學必讀的書。──賴明詔(中央研究院分子生物研究所特聘講座 )
總編輯的話:這星期,非常烏龜

「星空,非常希臘」是詩人余光中的名句,1973年他在清華園朗誦新詩,被蛋頭教授批評崇洋媚外,又錯用名詞與形容詞,他惱怒離席,戲稱清華大學是「文化的沙漠,瘋子的樂園」。24年後,詩人再受邀來清大參加畢業禮讚,校園風氣已變,他的講詩贏來如雷掌聲。典禮後,詩人到舍間小坐,笑說清大似乎已不再是文化沙漠,沈君山校長則表示,看那民主牆滿是罵校長的海報,就知道這裡仍是瘋子的樂園。

憶起這往事,我突然想說「這星期,非常烏龜」。先是我護送六隻日本石龜到屏東的辜嚴倬雲植物保種中心;隔天,屏東科技大學的烏龜專家陳添喜來談合作保育之事;再隔天早上,林務局保育組的官員們及台灣師範大學的爬行動物專家林思民來視察我們的養龜設施,下午則是《世界龜類大百科》的作者及法國烏龜村的主持人戴弗(Bernard Devaux)與波寧(Franck Bonin)來訪,傳授養龜經驗及規劃共同承擔國際保種責任;兩天後,我到了香港,參訪嘉道理農場暨植物園,重點是想了解他們如何照顧大批攔截下來的走私烏龜。飼養師魏伯彥是位爬行動物迷,指著滿園擁擠的窘況說:「我們真是接納不了了,不知大陸人怎麼想的?舉債購買一隻動輒數萬元人民幣的烏龜來炒作,多不道德啊!」

烏龜與恐龍幾乎同時現身於2億4000萬年前,牠們看著恐龍興起又滅絕,如今則得面對自己悲慘的命運了。世間有330種現生的烏龜種類,半數以上有滅絕之虞。史上有兩次災難,一是西方殖民時代,水手們把大洋島嶼的烏龜搬上甲板,一路就不缺鮮肉了;一是現在進行式的中國危機,世界各地的龜種走私匯聚到大陸,既不為藥用龜板,也不為美食,而是套利生財。一年前,我們發願保種瀕危的龜種,支持者既贊助經費,也送來家庭寵物,現在我們已有36個物種,1000多隻個體了。

烏龜是我新歡,螃蟹則是舊愛。40年前痴迷於蟹類,蒐集了約200種,標本釘滿家裡的牆壁。郵局接納我送去的幻燈片,發行了一套台灣螃蟹郵票。因此我對這期《科學人》的〈偽裝站哨兵——紫螯大眼蟹〉特別有感觸,作者施習德是位經典的博物學者,他已為全球甲殼類描述了21個新成員,包括18種螃蟹。在我們即將啟動的「未來地球生態」學程中,他當然是導師團成員。愛蟹族,請參考《科學人》網站的招生簡章,報名吧!

總編輯的話:成就綠能與生技之夢

上週末,朋友來訪,想看我的神佛雕像蒐藏,我卻纏著細問離岸風力發電的進展和前景。這事太重要了,攸關國計民生,而他蔡朝陽又正是核心人物。

我聽著,沉迷於那宏偉的海上作業情景,700公噸重的鋼柱打入台灣海峽岩盤20公尺,海上平台撐起直徑100公尺的巨大扇葉,迎著全球能量最豐沛的海峽風,呼呼發電,這就是潔淨綠能啊!蔡朝陽是清華大學校友,研究的是高分子材料,依此發展成為世界最主要的風力葉片樹脂的供應商。六年前,他雄心跨入離岸風力發電,克服環評及募資的困難,今年底即將完成兩座示範風機,2018年就會佈上32座風機的陣列了。這是200多億元的投資,每年能發出五億度電。

4月22日是世界地球日,175國的代表在聯合國總部簽署了巴黎協議,為拯救人類免於氣候災難的全球行動簽名背書。我們雖不是簽約國,也做了相當承諾。然而眼看著將背道而馳,可能跳票了。再過不到一個月,新政府就要推動廢核的能源政策,計畫在2025年所有核電廠都除役後,以綠能補上此缺口。然而地熱、潮流和溫差發電仍是紙上談兵,水力及陸上風電已近飽和,太陽能光電前景有限,能仰仗的只剩火力發電和新興的離岸風電了。前者違背了生態道德,那就得好好計算後者的潛力了。去年三個核電廠總發電量是408億度電,是蔡朝陽行動的80倍,也就是我們需要九年內在台灣海峽立起2560座大風機,投入1兆6000億元資金。這比新政府的政見要大三倍,也是台灣從不曾有過的雄心計畫,若能實現,大家該頂額稱讚。

新政府的另一標竿政見是發展生技產業,生命科學界深受鼓舞。兩個月前,清大生命科學院和《科學人》合辦了盛大的「生技產業論譠」,邀來傑出成功案例的三位主角:中央研究院的陳垣崇院士、和信醫院黃達夫院長和台泥公司辜成允董事長,同台回顧龐貝氏症孤兒藥的研發過程。仁醫愛心、獨門藥方、伯樂識才、充裕資助、信任負責和睿智企管,交織成感人的優雅故事。全場300位師生和業者皆動容喝釆,資深撰述龐中培以力作〈孤兒藥成就之路〉以饗向隅者。有志創業的科學家看了這勵志文章,一定要再配讀〈科學家技術價值實現之路〉,商品化的法律素養不可或缺。

★《無線生活無限動力》了解無線科技,享受無線生活 撰文∕《科學人》編輯部

  隨著無線科技的發展,坐在大樹下無線上網,已不再稀奇。自英特爾在2003年3月推出迅馳(Centrino)行動運算技術以來,低功率免執照頻段的無線區域網路(WLAN)快速成長,光是台灣已經有近千個通過驗證無線熱點(hotspot),全球已超過三萬個經英特爾驗證的無線熱點。我們可以預見,可以無線上網的場所將會愈來愈多、無線上網的應用也會愈來愈廣。另一方面,手機通訊的發展不容忽視。除了強調提供視訊和數據服務(data service)的3G之外,整合手機通訊網和無線區域網路,發展雙網手機更是趨勢。未來,手機勢必不會只是個講話的工具而已,各種學習、娛樂、商務……通通都會整合在這個輕巧的裝置上。

  我們察覺到無線區域網路和手機通訊的發展,已經開始慢慢改變我們的生活。再加上RFID、GPS等技術,未來人類的生活型態將會很不一樣。我們關注這個發展,為了未來洞察先機,深入了解無線科技應用的趨勢,我們決定製作這本「無線生活」特刊。我們的關注當然從台灣本身做起,台灣政府有什麼樣的無線發展計畫?台灣的產業界又有什麼發展策略?企業如何利用無線科技提升競爭力?無線科技又如何運用數位家庭娛樂與我們的生活上?慣於將無線網路融入生活之中的的人是怎樣的族群?他們有怎麼樣的特性與想法?請看我們的報導。

  除了台灣本土的報導之外,我們報導了如香港、韓國、倫敦等地的無線科技發展概況。此外,為了讓大家更了解與無線通訊科技相關的知識,我們亦集結了幾篇美國SA關於無線科技發展的文章,像是談利用雷射光通訊的〈光通訊的最後一哩路〉、談RFID的〈未來生活的隱形僕人〉、談GPS的〈GPS:讓路痴不再迷路〉,以及談智慧型天線的〈天線變聰明了〉等等,希望這本特刊能作為了解無線科技,享受無線生活的起點。
◆本書為《MMS記憶管理》改版書! ◆IBM培訓員工使用的記憶法。 ◆臺灣大學、中山大學、東吳大學、台北市政府、IBM等30多家企業團體暨學校聯合使用。 一場正在席捲全球的學習革命,教你學會瞬間記憶,過目不忘。 你有記性不好的煩惱嗎? 你有讀書老是背不起來的困擾嗎? 如果你工作效率低落、課業表現不佳,生活秩序雜亂無章,一定要參考這本「大腦使用說明書」;本書不但能教你在59個小時內熟記2000個英文單字 同時讓你變成學習中、工作上、生活裡的「天生好記性」,建立絕對自信! 【本書特色】 ◎「好記性」可以訓練,本書教你在59個小時內熟記2000個英文單字。 ◎活化你的腦力,鍛鍊你的文字與數字記憶,讓你過目不忘,記憶力變得超強。 ◎訓練聯想力,利用心智圖法系統歸納與整合資料,幫助你思考有創意,考試得高分。 ◎內容以圖解方式呈現,快速吸收本書精華。 「記憶」是人腦與生俱來的功能,但是說某某人「天生好記性」則是誤解,因為這與生俱來的記憶能力必須經過開發,才能有效發揮其功能。想要擁有高人一等的記憶力,絕對需要經過專業的引導、特殊的訓練,以及不斷的練習。 如果你自認記憶力不好,不是因為你的大腦天生比人差,也不是因為年紀大記憶力減退,而是你沒有正確掌握記憶之鑰,不懂得如何操縱你的大腦。只要了解大腦運作的原理,你會發現,我們幾乎可以記下所有接觸到的訊息。 如果你能徹底藉由本書改變過去的學習習慣,有系統地吸收本書中所教授之「學習如何學習」的精髓,必能從學習面和實用面全面活化記憶能力,讓學習效果突飛猛進。這個蛻變過程,不但幫助你擺脫舊有的思維模式,你更會發現:提升記憶力是如此簡單!
老古董新生機

看著成列的藥材罐子,我既欣喜這豐碩進度,卻又憂心擴充不易。蒐藏總量還不及中醫藥典所載的半數,許多已遍尋不著了。四年前,西藏高原生物研究所的所長率團來訪辜嚴倬雲植物保種中心,希望我們安排植物繁殖及保育課程,原因是藏藥的供應出了大缺口,不少種類已珍稀難覓。同樣的窘況也發生在漢藥上了。價格飛漲和有限選擇,讓眾中醫師開出的方子越發單純。藥櫃抽屜裡的空格子更多了,因為閒置的藥材不經放,很快就霉爛失效。

蒐集中藥材的新癖好,啟發自屠呦呦那救人無數的青蒿素故事。全球每年死於瘧疾的人數由200萬降至數十萬,她居功厥偉。去年她榮得諾貝爾桂冠後,我才了解原來青蒿素是萃取自同為蒿屬的黃花蒿,並非藥典中的青蒿,而且這分子不溶於水,又超過60℃就崩解,傳統的煎煮留不住藥性。正確的用法早載於古籍,只是自宋朝以降,大家都誤用了。

三個多月前開始,得空我就尋訪新竹、台北、香港和北京的中藥舖子,纏著老闆開藥櫃找遺珍。熱心襄助下,罕見或禁用的冰片、鐘乳芽、人中白和硃砂等有了著落。黃一農院士給了我《紅樓夢》中的藥材清單,除了古墓珍珠和龜大何首烏外,我已備齊。為了長久保存,先用烘箱55℃烤乾,再封入有吸濕矽膠的玻璃瓶中。均分二份,一存家中把玩,一展示於新竹清華大學生命科學院的長廊。中國有三萬種植物,古人嚐百草,當無以遍及全面,卻已肯定了千種植物的藥效。而世界上有30多萬種植物,醫藥潛力無限。期望行經長廊的同學們見了這中藥博物蒐藏,會有所啟發。

我痴心於博物館和標本,知道自然博物館的生物標本保存不易,總羨慕科學工藝和航太博物館標本之不朽。讀了《科學人》這期封面故事〈救救博物館裡的塑膠〉,才知錯了,過去以為難以崩解的塑膠,竟也不堪歲月風化。

合成生物學是21世紀的新顯學,這領域的先驅們在《科學人》2006年7月號以〈DNA元件,組裝未來生命〉一文宣告,要組合九個基因到酵母菌內,來大量生產青蒿素。當時我們聽聞團隊裡有位台灣去的研究生,曾想訪談他,了解些幕後事,可惜未能成文。時隔10 年,盧冠達已是合成生物學界的耀眼明星,〈吞下生物電腦偵測疾病訊號〉是他對此領域的創新憧憬。

啟動長壽基因

  有一群特別的基因,在生物體處於艱困的時期,會協助身體的防衛,這群基因能夠增進個體的健康和壽命。如果想要延年益壽、減少老年病痛,關鍵就在於解開這群基因作用的奧秘。

  善用長壽基因的力量,可以改變人類典型的生命曲線。人們不一定會隨年歲的增加而停止成長和失去活力,即使已經70歲、90歲或甚至超過100歲,仍然可以感覺像是只有50歲。

  從一輛車的里程表和車型,你大略可猜出這輛車的車況,歲月風霜和經常駕駛,難免會造成磨損。表面上看,這個比喻似乎也可用於人類的老化過程,不過機器與生物卻有一個重要的差別:生物能夠因應環境變化,利用能量來保護和修復自己,因此生物系統的衰老並非不可動搖。

  科學家一度認為老化不只是身體的磨損,基因程式也會加以驅動:一旦個體成熟了,「老化基因」就會開始帶動身體走向墳墓。不過這個觀念已給推翻了,現在舊智慧再度受到重視,老化其實只是身體正常維修機制漸漸衰弱,最後身體磨損的結果。邏輯是這樣的:演化天擇沒有理由留下已超過繁殖年齡的生物體。

  然而我們和其他研究人員卻發現,有一群基因與個體應付環境壓力(像是酷熱天氣,或食物、飲水稀少時)有關。它們可以維持個體天然保護和修復活性,不論年齡。這些基因強化了生物的生存功能,使得個體度過危機的機會增加;當這些基因長期保持活性,也能大幅增進個體的健康和延長壽命。簡而言之,它們恰好是老化基因的相反面:它們代表了長壽基因。

  我們大約在15年前開始探討長壽基因的概念。我們的想法是,演化應該會偏向使用一個共通的調節系統,來調節生物體對壓力的反應。如果我們能找到一個或一些主導的基因(因此也主控了生物體的壽命),或許就能將它們轉化成對抗疾病和衰老的武器。

  最近科學家發現了許多基因,取的名字像是密碼一般:daf-2、pit-1、amp-1、clk-1和p66Shc,它們會影響實驗動物的抗壓能力和壽命,顯示可能與生物體在逆境下生存的基本機制有關(參見第28頁〈延年益壽的基因作用途徑〉)。但我們實驗室將研究焦點集中在名為SIR2的基因,在所有測試過的生物體內,從酵母菌到人類,都有SIR2基因的各式版本。而且我們將酵母菌、線蟲和果蠅等各種生物體內加入額外的SIR2基因後,牠們的壽命都增長了。我們的實驗室正在測試這個基因對較大動物(像是小鼠),是否也有類似的效應。

  在首先鑑定出來的長壽基因中,SIR2研究得最詳盡,因此在這裡我們將著眼於它的作用機制。它顯示了基因調控的生存機制是如何延長壽命、促進健康,而且有越來越多的證據顯示,SIR2可能就是這套機制的中樞調控者。
保種無國界

放暑假了,我規劃了兩個東南亞行程,分別去菲律賓和寮國,都和植物保種相關。

菲國行起因於滿江紅有難。位於馬尼拉附近的國際水稻研究所(IRRI),突然宣告將中斷生物肥料的活體蒐藏,其中最大宗的是500 號的滿江紅物種和品系。滿江紅是水生蕨類與固氮藍綠菌的共生體,是世間長得最快的植物,每兩天就能增生一倍。它們在一億年前現身,5000 萬年前曾拯救地球於熱浪之災,1000 年前亞洲稻農將之引入水田,成為最佳綠肥。絲狀藍綠菌長在蕨葉內的特化腔室中,因已丟失了一些基因,離了宿主就不能獨立存活。如此特殊的密切共生關係,在植物界罕見,也被生技界相中。若能將之複製到各種作物中,農業就可擺脫昂貴又耗能的化學氮肥,水域也減少因流失肥份引來的優養化,也可能是生質燃料的好選擇。

近兩年來,向國際水稻研究所申請,引種滿江紅為研究材料的案例持續增加,如今卻因預算緊縮要裁撤蒐藏,我當然得去了解情況,也安排接手到屏東的辜嚴倬雲植物保種中心。這個珍貴的蒐藏始於40年前,匯聚了許多科學家的心血,也是未來地球健康生態之所繫,不得閃失。

2050 年時,地球人口將再增長20億,但是氣候變遷很可能讓現已不足的糧產不升反降。解決困境的方式之一,是改善現有耕地的產量,〈非洲土壤的增肥妙計〉是個成功案例。看著主角白相思樹的照片,正是我在納米比亞敲化石時,倚著遮陽乘涼的樹種啊!它和能固氮的根瘤菌共生,豆莢彎成少見的圈狀。我把白相思果莢標本擺在滿江紅的培養皿邊上,對這兩種超級生物致上最大敬意。

七年前,辜嚴倬雲保種中心承辦第三屆東南亞植物園會議,寮國的代表是金髮荷蘭人加德拉(Rik Gadella)。原來他是位知名的藝術策展人,活躍於巴黎和紐約,來到寮國宗教之都龍坡邦度假,深受吸引,新人生就此開展。發願研究並保育寮國的豐富植物,要建一座植物園,培育當地青年來建設經營。今年初,他告知積蓄及捐款已耗盡,不得已要提前開放生態旅遊,邀我共商未來發展。寮國和隔鄰的緬甸長期受軍政府統治,民生凋蔽,幸而仍保有世間最豐富的生物多樣性。我當然要積極參與,希望能共建保種基地。這期《科學人》正巧有篇文章〈生態旅遊考驗緬甸淨土〉,則是位英國人在那落地發願的故事,兩相對照,都是世間博愛光明面。

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