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公民科學家,你也可以當!

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  • 文/徐志華

很多人都會有個當科學家的夢想,幻想進行神祕的實驗、創造神奇的發明或獨自在荒野中探險之類的,而現在有個機會讓你也能夠成為科學家的一員——「公民科學家」,試著在探究科學的歷史上留下自己的腳印吧!

公民科學是什麼?

公民科學是近二十年來在科學研究圈裡崛起的一股新勢力,現在不但能在學術文章中見到它,也與我們的生活越來越貼近。從保育方針的制定到食安問題,甚至醫療資源的分配都可以和公民科學有關。不過,公民科學指的究竟是什麼呢?

公民科學的英文「citizen science」其實有數種涵義,在 2016 年的一份研究報告中,「citizen science」最常被使用的研究領域包括了生物學、保育學及生態學等。在這些領域中,公民科學指的是公民參與在內的科學研究,參與的內容大多是協助資料的蒐集與調查,也是中文「公民科學」最常見的解釋。那麼,公民科學究竟是何時出現的呢?

過去的公民科學

雖然公民科學直到近二十年才比較受到重視,但在歷史上由志工進行調查的計畫早在 19 世紀末就已經出現了。西元 1900 年,美國奧杜邦學會舉辦了第一屆耶誕節鳥類調查(Christmas Bird Count),志工們在耶誕節前後以相同的方法進行鳥類調查,直到今年已經持續了 119 年之久。從第一屆 27 位調查者和 25 個調查樣區,到 2017 至 2018 年已經多達 76,669 位調查者和 2,585 個調查樣區,對於鳥類族群長期的監測提供了相當重要的成果,這些資料也被研究人員用於進行大數據分析,產了許多論文和碩、博士。

在夏威夷進行耶誕節鳥類調查的人們。今年的耶誕節鳥類調查於 2019 年 12 月 14 日至 2020 年 1 月 5 日進行。圖/wikimedia commons by Forest & Kim Starr

臺灣早期的公民科學可以追朔至 1973 年,由東海大學環境科學研究中心與臺灣各地鳥會合作舉辦的「臺灣地區新年鳥類調查」。這項計畫可以說是臺灣版本的耶誕節鳥類調查,在臺灣劃設北、中、南三個樣區,參加人數從第一屆 31 人到第七屆最多達到 140 人,當時活動資訊被刊登在新聞報紙上,相當盛大。可惜的是,這個計畫只維持了 10 年便停止了。

不過,南部樣區的墾丁此時成立墾丁國家公園,在國家公園管理處的支持下,持續進行冬季鳥類調查至今。雖然在這之後的二十年沒有藉此展開更多的公民科學行動,但當時這項計畫確實為賞鳥及保育活動踏出了第一步,為臺灣奠下良好的基礎。2000 年後,特有生物研究保育中心的研究員也利用公民科學概念,設計了一套在每年 5 月間執行的八色鳥全島調查,得到完善的八色鳥分布和數量資訊。

回歸舞臺的公民科學

為什麼公民科學在沉寂了好一陣子之後,又重新站上科學界前線的舞臺呢?這數十年來,隨著遙測技術的進步,各類影像的解析度越來越高,氣象測站的設立也越來越多。累積了一定分量的環境氣候資料,再加上地理資訊系統(Geographic Information System)軟體的進步,使分析資料變得更簡單且方便,學者們也開始渴望獲得更多的生物資料,就這樣進入了大數據時代。

相比過去生物研究的尺度,現在研究所涵蓋的範圍可是過去無法想像的。然而,生物資料無法輕易依靠機械化蒐集,只能依靠人力調查,但是個人能調查的範圍終究有限,大範圍且長期的監測計畫,不是小型的科學團隊可以靠一己之力執行的,也沒有足夠的計畫經費支持龐大的團隊運作。

但別忘了!科學家向來擅長解決問題,於是他們想到了一個方法,邀請廣大的民眾一起加入研究計畫!隨後公民科學被運用在各個領域,也獲得了過去難以想像的成果,不管在科學研究或環境教育中都嶄露頭角。臺灣當然也乘上這股熱潮,政府機關和民間團體都先後展開了各種公民科學計畫,以下為大家介紹一些現今臺灣的公民科學案例:

1. 臺灣繁殖鳥類大調查 BBS(Breeding Bird Survey)

這是一個春夏季的鳥類公民科學調查,緣自美國繁殖期鳥類調查計畫的案例,於 2008 年時由臺灣大學空間生態研究室籌劃,隔年開始調查,2010 年再與特有生物保育中心和中華民國野鳥學會合作推廣。內容是在多數鳥類繁殖的時間,也就是 3 到 6 月,進行全島的鳥類調查。

繁殖鳥類調查是臺灣本土保育行動的一個重要依據與指標,其成果提供許多研究者進行大數據分析,亦做為臺灣全島的生態健康度指標和範例。此外,BBS 也在 2015 年與「臺灣獼猴族群監測」合作,在鳥類調查時若遇見臺灣常見的猴群們也一併記錄,讓計畫更多元,也更加發揮它的價值。

由於觀察鳥類時,可能也會看見臺灣獼猴的蹤跡。因此 BBS 邀請志工在觀察鳥類的同時,一起記錄並蒐集臺灣獼猴的分布與數量資料。圖/wikimedia commons

2. 新年數鳥嘉年華 NYBC(New Year Bird Count)

計畫的緣起可追朔至早期的「臺灣地區新年鳥類調查」。臺灣位於東亞候鳥遷徙線上,冬天時會有許多鳥類經過或是南遷至臺灣,因此調查此時節的鳥類有其重要性。資料不只能運用在臺灣本島的研究,也能夠為整個東亞遷徙線上的概況貢獻一份心力。

隨著近年來公民科學的崛起,加上臺灣賞鳥活動盛行,使得 1973 年即執行、但因缺乏經費而停辦的新年鳥類調查再度重啟,由中華鳥會、臺北鳥會、高雄鳥會及特有生物研究保育中心於 2014 重新推動,並改名為「新年數鳥嘉年華」,在活動中加入更多寓教於樂的成分,將調查成員分為樣區負責人的「鳥老大」、調查人員的「鳥夥伴」及志在參與的「鳥鄉民」,使不同程度的賞鳥者在調查的同時,也能享受最純粹的賞鳥樂趣。計畫規模也有調整,樣區從三個半徑 12 公里的大樣區,縮小為許多半徑 3 公里的小樣區,能夠涵蓋更多的重要野鳥棲地。在 2019 年的調查中,總共完成了 179 個樣區,參與人數達到 1,365 人次。

為了鼓勵學生走入自然賞鳥,並吸引更多的新人加入公民科學家的行列,近幾年提供學生挑戰隊的徵選,補助活動經費,讓學生在參與時不會有經濟上的負擔。圖/作者

3. eBird

若提到公民科學,就絕對不能錯過 eBird!eBird 是最成功的公民科學之一,可說是公民科學的指標。eBird 是 2002 年由康乃爾鳥類研究室與奧杜邦學會合作創立,民眾可以將自己的賞鳥紀錄透過網站或手機 App 上傳,不但能夠儲存自己賞鳥的紀錄,也能夠記錄鳥類的照片和鳴叫聲等資訊。

上傳紀錄時填寫由 eBird 所制定的標準表格及選項,讓每份賞鳥清單都能夠做為科學資料使用,也因應開放資料的原則,民眾都能看見其他人的賞鳥紀錄,並申請想要的地區或鳥種資料來分析研究。不過,你當然也可以選擇不公開你的賞鳥紀錄。截至 2018 年為止,全世界已經至少有 42 萬人在 eBird 上傳了自己的賞鳥清單,累積超過五億六千萬筆鳥類紀錄,是不是很驚人啊!

這幾年隨著使用人數的增加,臺灣也在 2015 年成立了 eBird Taiwan,做為 eBird 在臺灣的入口網站,由中華民國野鳥學會和特有生物研究保育中心共同管理。臺灣地區的紀錄清單至今已累積超過 35 萬筆,近期也舉辦許多活動來促進民眾參與的動力以及填補資料不足的地方。eBird 不只是一個公民科學計畫,更是鳥類資料儲存的平臺。

4. 路殺社

每天路上汽車來來往往,就算設置了紅綠燈和斑馬線,人們還是常說馬路如虎口,那你是否曾想過動物是如何過馬路的呢?

事實上,動物過馬路充滿了危險,而這些因道路造成動物死亡的事件被稱為「路殺」(Roadkill)。每天發生的路殺次數遠比我們想像的驚人,臺灣有一群人專門在記錄這些可憐的胎下亡魂,他們就是「路殺社」,全名為「臺灣動物路死觀察網」。

路殺社源自於 2011 年在 Facebook 成立的社團,相較於許多公民科學的策畫是由專業的學會或協會發起,路殺社是由一群關心路殺議題的人所創立,初期的發展並不是很順利。與其他有專門的 App 或網站來收集資料的公民科學不同,路殺社的資料是直接上傳到臉書社團上。身為公民科學的社團當然秉持公開透明的原則,社團初期完全公開,上傳的資料都必須附帶照片證明,而這些「限制級」的照片時常被檢舉。

不過,這一路上遇到的困難,路殺社都挺了過來,也累積了不少資料及較完整的路殺動物遺體。現在的路殺社不只單單收集路殺資料,也積極關心其他議題,收集某些人為造成的動物死亡,例如鳥類窗殺等。

夜晚是許多動物活動的高峰,也是路殺容易發生的時間點。因為容易觀察到動物,且車流量較少,所以許多志工選擇在夜間進行調查。圖/作者

除了上述介紹的幾個公民科學之外,臺灣其實還有非常多公民科學計畫正在進行,隨時隨地都可上傳資料,例如:鳥類繫放研究 MAPS Taiwan、農地毒鳥「寂靜的秋天——農地毒鳥回報」、蛙類監測「臺灣兩棲類保育志工」團隊、臺灣飛蛾資訊分享站「慕光之城——蛾類世界」、臺灣蜘蛛研究「臺灣蛛式會社」和蝸牛研究「蝸蝸園——臺灣陸生蝸牛交流園地」等;也有一些因地區性和季節性舉行的短期和區域性調查,例如:雲嘉地區的諸羅樹蛙大調查、「土豆鳥大集合」雲林縣小辮鴴普查和臺灣地區的黑面琵鷺全球普查等。

大多的公民科學都聚焦在特定物種上,不過,有個公民科學是不分物種,所有動植物都可以記錄,那就是 2008 年由幾個加州大學柏克萊分校的學生所製作的 App「iNaturalist」。這個 App 不只可以上傳資料,也可以幫忙他人鑑定物種,解決了許多人在物種辨識上的困難,現在也已經有中文版本可以使用。

光是臺灣就有如此多的公民科學在進行,這幾年也逐漸步上軌道。不過,公民科學在這過程中遇見了哪些困難?又是如何化解的呢?

公民科學的難題

如何吸引人加入公民科學?

大多數公民科學的調查都需要一定的知識,像是物種辨識的能力、調查的方法等,所以許多計畫在正式執行前都會開辦講座,幫助原本不熟悉這領域的民眾也能進行基礎的調查,或像 iNaturalist 中,有能夠幫人鑑定物種的功能,讓較缺乏辨識能力的民眾也能夠上傳自己的觀察紀錄。

民眾加入之後,又要如何留住他們呢?

最大的動力是來自志工個人的成就感及參與感。例如 eBird 這種有個人生涯紀錄的方式,像收集圖鑑一樣,許多人就會去追求自己沒記錄過的鳥種,或沒有去過的地方。另一方面,不時舉辦各種講座、工作坊或活動等,也可以增進參與者的知識和感情;有些單位也會舉辦比賽和挑戰,來激起大家的競爭心,例如 eBird 的月挑戰活動、兩棲保育的蛙類調查比賽等等,都是推動大家更積極參與的方式。

靠著民眾的參與,不僅能大量且廣泛蒐集到各個樣區的資料,還能累積許多動植物的珍貴畫面。圖/Andrew Mckie from Pexels

資料如何在科學上被應用?

除了幾個公民科學有嚴謹的調查方法,例如新年數鳥嘉年華或臺灣繁殖鳥類大調查等之外,許多的公民科學屬於隨機性的資料,隨時隨地都能上傳,而這些資料會透過專家學者們事前設計的表單來統一資料的形式。

近年來幾個公民科學也開始規劃活動及系統性的調查,來補充資料上不足之處,例如:eBird 的插旗活動,鼓勵大家去沒有資料的區域內進行調查;路殺社規劃系統化調查的計畫,讓民眾依照這些規則進行調查,便能夠得到相對科學化的資訊。當然,資料的調查努力量也必須被重視,因為調查越多,發現的物種資訊也越完整,若調查努力量少,所得的結果也會有欠缺,造成資料分析上的挑戰。

結語

公民科學隨著時間發展,現今變得更加多元化,除了收集研究用的基礎生態資料外,也為民眾的生活帶來貢獻,例如路殺社收集的鼬獾路殺個體,做為判別狂犬病疫區的樣本;提供的蛇類資料,讓毒蛇血清資源能適當的分配等。其中也有不少和國家公園合作的計畫,讓政府的保育行動更有科學上的依據,例如墾丁國家公園成立以來一直執行的冬季鳥類調查、陽明山國家公園兩棲和爬蟲之生態調查、台江國家公園的黑面琵鷺全球普查等。

這些貢獻全都來自一個個小小的公民科學家,一筆一筆紀錄慢慢累積而來的。歡迎各位一起加入公民科學家的行列!

參考資料

  1. Kullenberg, C. and Kasperowski, D., 2016. What Is Citizen Science? A Scientometric Meta-Analysis. PloS one, 11(1): e0147152.
  2. Geoff LeBaron, The 118th Christmas Bird Count Summary
  3. 顏重威、陳炳煌,〈臺灣地區新年鳥類調查(1974-1983)〉《環境科學雜誌》,3.3(1983.7): 28-58
  4. Doubling up: two-year eBird refresh adds 200 million more observations, GBIF
  5. 新年數鳥嘉年華
  6. 臺灣繁殖鳥類大調查官方網站
  7. 臺灣路死動物觀察網
  8. 臺灣公民科學入口網

本文並刊登於 臺灣國家公園生物多樣性資料庫

  • 責任編輯/竹蜻蜓

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想在科學領域發光發熱?鍾邦柱:不畫地自限、別投機取巧——《她們,好厲害》

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  • 文/陳建豪

科學界的男女比例,向來有些失衡。前教育部長蔣偉寧在 2012 年出席「台灣傑出女科學家獎」表揚典禮並擔任頒獎人時,曾提及女性在生命科學領域中,比例僅約三成,而工程研究人數則更少,連兩成都不到。

蔣偉寧進一步指出,目前在台灣就讀大學的男女性比例,已經完美地達到一比一,因此他也期許,透過鼓勵與宣傳,可以讓更多女性投身科學研究領域,這對科學發展與女性都將是雙贏。

但蔣偉寧可能不知道的是,當時,從他手中接下「傑出女科學家」大獎的得獎人,多年來已經默默用一種方式,讓她所任職的中央研究院分子生物研究所,其男女科學家比例,早已經「異常」而完美地達到約一比一的狀態。

「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第五屆得主,中央研究院分子生物研究所特聘研究員 鍾邦柱。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

如何達到男女一比一?全靠傑出前輩弭平偏見

中研院分生所為什麼能有這麼多女性科學家齊聚?答案其實很簡單,但也很難做到。

「坦白說,科學界多多少少有著歧視女性的偏見;然而,我們分生所在 1986 年創所時,卻有幾位女性表現得相當傑出!她們用行動讓我們清楚知道,女性一點都不會比男生差!」在分生所工作將近二十年,目前為分生所特聘研究員的簡正鼎認為,就是有這關鍵幾位創所前輩的傑出表現,讓所內漸漸形成一股信念,再沒有人會質疑女性在科學上的工作能力。

「因為她們,我們打心底相信男女一樣好,所以不會刻意挑選男性或女性的研究員,只問有沒有能力。久了之後,這男女比例,自然而然,就會達到一比一,」簡正鼎認為,標竿人物的出現,的確會起許多帶頭、潛移默化的作用。

2012 年的「台灣傑出女科學家獎」得主,也正是簡正鼎所推崇的分生所前輩。她,就是在中研院耕耘將近三十個年頭,並以類固醇荷爾蒙研究享譽國際學術界的鍾邦柱。

鍾邦柱以類固醇荷爾蒙研究享譽國際學術界。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

改用斑馬魚,開啟類固醇研究新方向

在類固醇荷爾蒙領域,鍾邦柱早已耕耘多年,有多項發現。而在 2006 年,鍾邦柱一篇發表在國際知名期刊《自然》(Nature) 上的研究報告,更是大大顛覆了過去科學家對類固醇荷爾蒙的認識,並打開了全新的研究方向。

以往,科學家對類固醇荷爾蒙的認識,多半在於類固醇會調節人體體內的糖分與鹽分,並且顯著影響人類的性特徵;而人類在青春期所大量分泌的類固醇荷爾蒙,會帶來什麼樣的影響,更是以往多數學者的研究重點。

然而,鍾邦柱卻另闢蹊徑,發覺人體會分泌類固醇荷爾蒙的高峰期,除了青春期之外,更發生在胚胎發育時期。鍾邦柱於是好奇,在胚胎時期所分泌的大量類固醇荷爾蒙,有什麼作用?

鍾邦柱曾研究類固醇荷爾蒙對於胚胎發育的影響。圖/研究圖片

過往,做實驗都是觀察白老鼠,但小老鼠在胚胎發育時期,並不容易觀察,於是,鍾邦柱改用了一種大小約三公分的熱帶魚──斑馬魚做實驗,甚至以螢光技術,讓斑馬魚的細胞產生螢光,更有助於細胞變化時的觀察,這才終於得到全新斬獲。

研究發現,當一個小小的魚卵,要往左右生長、體軸要轉化為細長的魚體時,類固醇荷爾蒙中的孕烯醇酮 (Pregnenolone) 扮演了極為重要的角色。

原來,類固醇荷爾蒙的作用,能讓魚體內的細胞得以移動、幫助細胞骨架重整,最終幫助魚卵從一個小圓球變成細長的魚體。「這個發現,讓我們更了解胚胎的發育、如何保護神經細胞,甚至是癌細胞怎麼移動的祕密。」談起研究發現,鍾邦柱難掩喜悅,她進一步透露,有不少新藥正在這項研究的基礎上開發,未來可望造福更多人。

「神經類固醇的研究,在未來甚至有可能對抗阿茲海默症,幫助老人家留住記憶,或者是脊椎神經的修復,」鍾邦柱分享著未來的遠景。鍾邦柱在類固醇荷爾蒙的研究上,早已獲得國際肯定,她是如何辦到的?有什麼祕訣?鍾邦柱感性地表示,她第一個要感謝的人,其實是她的父親。

男女平等的名字,深藏父親的期許

出生於 1952 年、還處於重男輕女的年代,鍾邦柱的父親幫她取的名字,其實頗有含意。「按照家族族譜,我們剛好輪到『柱』字輩,而在我出生的年代,幾乎只有男生能繼承家族傳統,但我的父親硬是給了我『柱』字,」鍾邦柱說,父親從命名上就告訴著她,男女平等。在當年的環境下,這個深具意義的名字,其實是一輩子的祝福與期許。

除了男女平等之外,鍾邦柱的父親,更重視教育、以身作則。「現在想起來還滿好玩的,我們早上起來,就會在門口大聲朗讀《國語日報》,很熱鬧,也讓我們覺得,唸書其實是一件有趣的事情,」鍾邦柱補充說:「我們放學回來,父親就看著自己的書,我們則在一旁靜靜地做著功課、看書 ,這是一段極好的童年教育。」沒有強迫唸書,只有陪伴,這樣的過程,讓鍾邦柱從一個台南麻豆鎮的鄉下小孩,一舉考上了競爭最激烈的台北北一女中。

鍾邦柱的父親常以身作則,讓孩子覺得讀書是有趣的事。圖/ By kleinfreund @flickr

「那是我第一次到台北。我還記得是清晨時分就去坐火車,一路搖晃著,到台北已經是下午了。坦白說,我第一次到台北,真的就是鄉下人進城、類似劉姥姥進大觀園,不論看到什麼都很驚訝,」率直的鍾邦柱不吝分享自己的青澀。

遠赴台北參加考試,父女對於考試成績的預料,卻很兩極。「我父親第一句就問我:『怎麼樣,進北一女了吧?』他對我很有信心,但我那時心想,怎麼可能啊!我跟台北學生好像是兩個世界的人耶!」

放榜後,鍾邦柱以高分錄取。也是在那時,鍾邦柱發現,自己雖然是鄉下小孩,但是父親對他們的教育栽培、身教,絕不輸給世界上任何一個地方的家長。

進入北一女之後,學業對鍾邦柱來說,始終不是大問題;較大的問題是,自己應該選擇攻讀理組或文組?對兩個領域都有興趣的鍾邦柱,最後因為喜歡陳之藩的文筆與作品,便以陳之藩為典範。她相信,如陳之藩一樣選讀科學的人,只要不放棄提筆,也絕對能夠寫出極佳的文學著作;只要持續閱讀,也能享受文學的美好。於是,她決定投考理組。

三年後,沒有多大意外,鍾邦柱考取自己心目中的第一志願:台大化學系。

追在教授後面跑,四年完成博士學位

化學系大致可分為物理化學和生物化學。「我原本有考慮要走物理化學,但一來我數學能力有限,二來物理化學幾乎沒有女生,我在物化的實驗室連要找一間女廁都有些麻煩,」種種原因,讓鍾邦柱選擇攻讀生物化學。

在當年「來來來,來台大;去去去,去美國」的學術氣氛中,鍾邦柱大學畢業後,也申請上美國賓夕法尼亞大學 (University of Pennsylvania) 化學研究所生物化學組。

「人生很難預料,我在化學所選讀一些分子生物的課程,就深深著迷。於是,在美國的第二年,我乾脆轉學到醫學院的生化所,攻讀起生化博士學位,」鍾邦柱回想,轉系所當然有風險、也需要加倍努力補回欠缺的基礎,但是對於自己喜愛的學科,那種熱情掩蓋不住,更毋須隱藏。

鍾邦柱的博士班,只花了短短四年餘就攻讀完成。除了熱情加上毅力之外,也更是為了愛情。回憶往事,鍾邦柱透露,原來當時她在大學時認識的男朋友,也就是現在的先生、台科大教授陳南鳴,雖然兩人雙雙赴美求學,但卻是在不同學校、不同州,相距遙遙數百公里、十四個小時的車程。

「為了盡快把論文完成,我有時就等在指導教授辦公室門口,希望能多一點時間跟他討論;後來我的教授開玩笑跟我說,那時他見了我都想躲起來,」進度追著指導教授跑,鍾邦柱四年後成功拿到博士學位,感情也順利開花結果。

鍾邦柱攻讀博士十分認真,讓教授都忍不住開玩笑,說見了她都想躲起來。圖/giphy

 

有喜悅、有付出,充滿未知的成家之路

婚後,鍾邦柱很快就有了小孩,為了小孩與先生,她有喜悅,也有付出。

鍾邦柱博士班畢業後,由於先生陳南鳴仍在美國中西部的普渡大學 (Purdue University) 攻讀學位,於是鍾邦柱先去普渡大學申請博士後研究,而後隨著陳南鳴畢業後於舊金山找到工作,兩人又舉家遷移,前往美國西岸展開新生活。

「其實,她是有點被我限制了。如果她不必硬要配合我,必須到普渡大學或舊金山找工作,我相信以她的能力,絕對有更好的發展,」對於妻子的支持,陳南鳴既是感謝,又有些許不捨。而身為一個女人,有時候,在科學研究上也有必須被迫放手的時候。「她在普渡大學工作的時候已經懷孕了,所以很多跟輻射有關的實驗不能做,間接也暫時影響她的表現,」陳南鳴觀察,雖然妻子在工作上多少受到影響,但懷孕帶給她的喜悅,仍讓她願意暫時放下工作,無怨無悔。

懷孕之後,有許多跟輻射有關的實驗不能做,因而間接影響工作表現。圖/pixabay

到舊金山後,一來由於懷孕期間的研究成績較為低潮,二來人生地不熟,鍾邦柱竟有超過半年的時間找不到合適的工作,這也讓她有些許不安。「雖然因為懷孕,稍微耽擱研究工作,現在回想起來,這一切還是值得的;研究可以追回來,但家庭跟子女,有時候錯過了,未必還有機會,」鍾邦柱、陳南鳴夫婦有著同樣的想法。

果然,人生處處是轉機。來到舊金山將近九個月後,仍繼續投遞履歷的鍾邦柱,最後如願以償,進入了當年紅極一時的加州大學舊金山分校醫學中心。

「我是 1982 年進入加大醫學中心的,那時候他們剛剛發表荷爾蒙、胰島素遺傳工程這兩大研究,震驚全球,也獲得了極大的商業價值,整個中心處於最顛峰的狀態,」鍾邦柱笑著說,那時候進去實驗室做研究,會發現在一週七天裡,每個人平均工作天數大概是六天半,只短暫休息半天,然後又會出現在實驗室,就是因為每個人都想拚命,再繼續找出關於荷爾蒙、胰島素的更多奧祕,要搶先做出好成績。

然而,特別的是,在這麼一個高度競爭的環境,鍾邦柱卻發覺,每一個研究員,包含上司,卻一點都不藏私,而是樂於分享與指導。

「說實話,我一進去,我的上司教我好多東西、分享很多成果;我那時候還很擔心,怎麼會這樣?對方怎麼可能毫無保留地教我?我一定欠下很大人情,將來不知道要怎麼還,」鍾邦柱笑著說,後來她才發現,原來在這座頂尖的實驗室中,分享跟討論,就是他們成功的祕訣。

熬得住一事無成,才可能一鳴驚人

然而,研究這條路,其實是漫長而孤寂的。當鍾邦柱進入研究室之後,研究室卻面臨卡關狀態,甚至有長達三年的時間,基本上是處於原地打轉的窘況。更讓人沮喪的是,一向處於領先的他們,甚至還被意外超前。原來,加大研究室三年來專攻「基因選殖」領域,不但沒有成果,某日鍾邦柱上司的過往學生來訪,實驗室對這位後輩一樣保持開放的態度,分享了他們的研究現況以及目前面臨的難題。

沒想到,這名後輩回到紐約之後,靠著在加大實驗室得到的資訊,以及自己的神來一筆,竟然率先解開難題,並且發表在學術期刊上。「那時候,大家全都傻眼了!我們努力這麼久,居然被一個晚輩超前,而且還是我們主動提供他很多線索的,」鍾邦柱苦笑著說,當時氣氛真的很尷尬,很多人都很嘔,好像這三年的時光都白費了。

然而,過去三年的時光,從來不是真的浪費。鍾邦柱的上司鼓勵大家,既然他們的晚輩已經幫大家解開卡關的難題,現在該是時候繼續往下做研究,甚至是大舉推進了。

果不其然,在接下來的一年中,光是鍾邦柱自己就多有斬獲,陸續發表四篇論文,而整個實驗室更發表了十餘篇論文。

鍾邦柱總結,這個事件,教會她兩件事:「一個是,科學研究本來就是互有領先,要能彼此分享彼此的發現,一棒接一棒,才能推動科學。」鍾邦柱認為,當年她的上司分享給其他科學家,雖然讓他們實驗室一度落後,但也因為如此,別的科學家有了新的發現,又才能讓他們後來居上,走出新的天地。

「另一個重點是,我發現,若沒有熬過乍看是數年的一事無成,其實很難一鳴驚人,」鍾邦柱認為,特別在這個什麼都求快的年代,科學家們要忍受的孤寂感,其實是一大挑戰,但沒有默默地耕耘,要成功其實很難。

海外練功、秉持專業,讓性別不是問題

在海外做出好成績,又適逢中研院招募海外傑出人才,鍾邦柱與先生商議後,毅然決定於 1986 年返台服務。「其實,我們更早就有一度想回台灣服務,但那時跟前台大校長閻振興碰面,他說我們這些小毛頭不要急著回台灣,畢業後在美國練練功,把更多好東西帶回來,那妳造的福會更大,」雖然閻振興已然辭世,但鍾邦柱至今記得這段對話。

回到台灣後,鍾邦柱帶回在美國的荷爾蒙研究,並且與台大醫院合作,後續的研究成果,果真造福許多家庭。鍾邦柱的研究發現,人類的先天性荷爾蒙不平衡,來自於 CYP21 的基因突變,會造成嬰兒在出生之後,性器官即有問題,有時甚至會錯把女嬰錯判為男嬰。於是,鍾邦柱與台大醫院攜手,不但能在產檢時就發覺病症,更能以調控荷爾蒙的技術,讓胎兒在母親子宮中就得以治癒。

除了學術上的貢獻,鍾邦柱於 2005 年擔任國家科學委員會的首任生物科女處長,也為台灣女科學家樹立新典範。然而,在這個職位上,鍾邦柱看到了女性的辛苦。

面對女科學家在職場遇到的困境,鍾邦柱始終是身體力行,用行動讓大家知道,女性一點都不差。圖/pixabay

身為國科會處長,鍾邦柱曾經接待來自海外的國家級科學院參訪團,訪客共有六位,但只有一位女性;訪客為首的男性院長,一看到鍾邦柱是女性,就立刻介紹團中的女科學家與鍾邦柱認識,男院長並一邊感嘆,「女性在科學界要工作,真的很不容易!」沒想到鍾邦柱還來不及接話,這個男性院長卻又說:「像我的實驗室,絕對不收女生,她們要養兒養女的,太麻煩了。」

面對這樣的男女不平等,鍾邦柱始終是身體力行,用行動讓大家知道,女性一點都不差。

曾經是鍾邦柱的學生、現為鍾邦柱助理的蔡惠滿,與鍾邦柱相識十餘年,她就近距離觀察到,鍾邦柱敬業、專業的態度。「有一次鍾老師動了一個手術,手術後人不是很舒服,但我們去看她時,才赫然發現,她仍在批改學生的研究作業,」蔡惠滿指出,鍾邦柱對研究的熱情,不論性別,都絲毫不輸給任何人。

想成功別「太聰明」!腳踏實地更重要

不過,鍾邦柱也發現,隨著時代的進步,男女平等的確是愈來愈明顯。「對於未來的科學家,我漸漸不擔心性別問題,比較擔心的是,學生們會不會『太聰明』。」

鍾邦柱舉例,有一次她在實驗室中,看到一位負責打掃的阿姨,她在商職畢業後,很年輕就步入家庭,小孩長大後才出來找工作,年紀約三十歲上下,輾轉來到實驗室做清潔工作。

這位阿姨工作非常認真,做事仔細,讓鍾邦柱特別注意到,也因此開口問她,願不願意幫忙做一些簡單的實驗?

「我教她十個步驟,她就會認真從一做到十;而我教學生做十個步驟,有的學生會投機取巧,第一次跳過第三個步驟、第二次省略更多步驟,最後實驗結果做不出來,到底是漏了什麼,他們也忘了,」鍾邦柱感嘆,似乎愈聰明的學生愈容易發生這種事情,而當年這位願意認真學習的阿姨,如今已經是她研究室裡的重要助理。

鍾邦柱提醒所有晚輩,性別的枷鎖將會漸漸淡去,女性千萬不要畫地自限。而不論男女,在科學領域,要能發光發熱,更是要腳踏實地、扎實練功,最終一定會一鳴驚人。

「科學研究,沒有冤枉路,只有堅持才是捷徑,你不放棄就自然會有出路,」鍾邦柱分享自己的人生心得。


 

 

本文摘自《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界》,2013 年 12 月,遠見出版。

 

 

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岌岌可危的珊瑚礁生態系(上):認識海洋裡的熱帶雨林

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  • 文/吳姿宜

台灣地理面積雖然不大,但海拔高度差異卻相當大,多變的地形結構加上溫暖多雨的氣候,造就了台灣豐富的生態系。大家在探索地平面以上的地理風情時,是否遺忘了那片隱藏在深藍海平面底下的美麗奇景呢?

台灣四面環海,坐落於熱帶與亞熱帶交會處,日照充足,夏季與冬季都有洋流經過,這樣的地理位置使台灣海洋生態相當豐富。台灣面積雖占不到全球的萬分之一,但周圍海域面積廣大,海洋物種數可能高達全球的十分之一。

海洋中的生物千千萬萬,多種魚類及大型海洋動物徜徉其中,在這背後有著多變且色彩鮮豔的珊瑚美景襯托著。形狀多變的珊瑚提供了生物多樣的棲息環境,就像海底下的熱帶雨林,讓魚、蝦、蟹、貝類躲藏和棲息,更與藻類互相共生。

珊瑚礁生態系孕育著豐富的海洋資源,是許多海洋動物的家。圖/Francesco Ungaro from Pexels

珊瑚 vs 珊瑚礁

珊瑚是一種由珊瑚綱物種與其骨骼結構集結而成的群體動物,每一個個體稱為珊瑚蟲。牠們無法移動,在淺海和深海都可以見到。在生長過程中,珊瑚蟲會分泌碳酸鈣組織,隨著時間增長,不斷向外累積外骨骼。當累積碳酸鈣的速度大於被侵蝕的速度時,外骨骼就會逐漸形成壯大的礁體,也就是我們所稱的「珊瑚礁」。

澳洲大堡礁是世界最知名的珊瑚礁。在台灣,我們也可在環島四周發現不少珊瑚礁,例如墾丁和東沙環礁國家公園。圖/wikimedia commons

珊瑚的色澤取決於共生藻的濃度。珊瑚提供了藻類一處棲身之地,藻類就能固定於海洋中不受海流飄移,而藻類進行光合作用所得到的養分也會提供給珊瑚使用,這是一項經典的共生例子。

珊瑚可依外觀型態分為「石珊瑚」及「軟珊瑚」,雖然皆由碳酸鈣骨骼所組成,但不同的是,石珊瑚新分泌出的碳酸鈣組織會與舊的組織相互連接,因此結構和質地較硬,宛如石頭。大部分的珊瑚礁骨架都是由石珊瑚所組成的,也是俗稱的「造礁珊瑚」。

軟珊瑚的新組織不會與舊骨骼相連接,而是形成不連續的小骨針,因此觸感相對較軟。過去科學家曾用「是否會造礁」來區分兩者,但近期研究發現,其實軟珊瑚也會造礁,只是生長速度沒有石珊瑚快,一年只生長 0.3 公分,與石珊瑚每年生長 1 到 20 公分相比,緩慢許多。

珊瑚礁分成哪幾類?

依照礁體與岸線之間的分布關係,我們可以將珊瑚礁分為三種,分別是裙礁(fringing reefs)、堡礁(barrier reefs)和環礁(atolls reefs)。

「裙礁」分布在陸地周圍;「堡礁」分布在陸地的外緣,中間有海域相隔;而「環礁」是由堡礁演變而來,當堡礁中央的陸地完全沉沒,只剩下外圍環狀分布的珊瑚礁時,就稱為環礁。

裙礁、堡礁、環礁示意圖。圖/作者

形成珊瑚礁的環境條件相當嚴苛,海水的年平均溫度必須高於 20℃,且位於淺水域才容易使珊瑚造礁,因此珊瑚礁生態系的分布大部分介於赤道兩側至南北回歸線之間。

在台灣的南部地區,因為有暖洋流——黑潮經過,也少有出海口沖刷造成泥沙量過高,因此台灣的珊瑚礁群落多位於此,例如恆春半島、綠島、蘭嶼等離島地區。雖然台灣珊瑚礁的總面積占不到全世界的千分之一,卻擁有近 300 種造礁珊瑚與近 1500 種珊瑚礁魚類,分別各占全球的三分之一。另外在台灣的東部及東北部地區也有零星珊瑚礁分布。

消失的珊瑚礁

雖然台灣海洋資源相當豐富,生物多樣性很高,但其中許多物種的族群數量正不斷下降。大多位於淺海地區的珊瑚礁所面臨的人為威脅更多,例如盜採、捕撈、遊憩人口眾多、沿岸過度開發、汙染,或是氣候變遷下的全球暖化、聖嬰現象使海水溫度上升造成珊瑚白化等等,種種人類行為及環境變化都造成珊瑚礁生態系持續衰退。

近幾年的研究也確實發現珊瑚已經消失了一大部分或改變,進而造成大型魚類和無脊椎動物的消失。根據 2006 年科學雜誌上的整合分析,全世界只有 18% 的珊瑚礁位於所謂的海洋保護區之內,而只有 1.6% 的珊瑚礁受到適當的保護,僅有 0.1% 不受到人類威脅,可見珊瑚所面臨的困境比想像中還嚴重。

為了拯救台灣的海洋資源、保育珊瑚礁生態系,台灣陸續設立了數個國家公園,許多保育計畫也一一展開。繼續看下集〈岌岌可危的珊瑚礁生態系(下):我們能為珊瑚礁做什麼?〉,看看大家如何貢獻自己的力量來保育珊瑚!

參考資料

本文亦刊登於 臺灣國家公園生物多樣性資料庫

  • 責任編輯/竹蜻蜓

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因親情立志學醫,凝聚台灣抗癌能量的「癌症研究之母」彭汪嘉康——《她們,好厲害》

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  • 文/陳建豪

被形容為台灣「癌症研究之母」的彭汪嘉康是「台灣傑出女科學家獎」傑出獎的第一屆得主,她曾在美國國家衛生總署服務 33 年,並擔任所屬國家腫瘤研究所細胞遺傳研究室主管;她成功證實人類腫瘤細胞起因於染色體的改變,並陸續發現白血病染色體的變異在幹細胞時期就已出現,甚至進一步從母親血液中判斷胎兒白血球及性別的可能性,並以此研究獲得極大殊榮。

就決定是你了!眾望所歸的第一屆得主

2008 年,吳健雄基金會、台灣萊雅公司共同創設「台灣傑出女科學家獎」,目的在於樹立傑出女科學家的典範,並鼓舞年輕女性投身科學研究。

因此,首屆得主顯得格外重要,她必須是一位讓眾人都認可、欽佩的指標人物,才能達到設立該獎項的目的,並吸引更多人後續參與。

然而,這麼關鍵的人物,在遴選過程中,卻幾乎是眾望所歸。推動國家衛生研究院成立,並擔任國衛院首任院長的吳成文回憶,在遴選首屆得主時,他也曾被評審團諮詢,那時他毫不遲疑地推薦了彭汪嘉康。

「當我一說出這個『彭汪嘉康』這個名字,你可以感覺到,幾乎所有評審,那都是相當、相當認可的,」吳成文笑著說。雖然他與彭汪嘉康是熟識 3、40 年的摯友,甚至可以說是一起打拚的戰友,但他內舉不避親,後來果不其然順利獲得眾位評審同意,第一屆的得主,就是彭汪嘉康。

彭汪嘉康在癌症研究的貢獻有目共睹。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

努力拉起抗癌防線,對抗國人十大死因之首

1932 年出生、現年 80 多歲的彭汪嘉康,經常被形容為是台灣「癌症研究之母」,而從她累積的各種頭銜與經歷,更可以看出她不凡的一生。

她在美國國家衛生研究院 (NIH) 工作時,曾因為成功證實人類的癌症腫瘤細胞起因於染色體改變,從此在全球醫界聲名大噪,並成為首位獲得美國亞瑟.佛萊明獎 (Arthur Flemming Award) 的外籍人士。

在美國國家衛生院工作長達 33 年,早已經是研究室主管的她,原本可以選擇退休,或是繼續研究工作,但她卻於 1993 年、在人生剛滿一甲子時,放下在美國的四個兒女,回到台灣,付出自己多年所學,為台灣建立起癌症防線。

原來,彭汪嘉康一直與台灣保持聯繫,深知自 1982 年起,癌症即開始蟬聯國人十大死因榜首,但 80 年代的台灣,對於癌症的治療卻尚未成熟,專科人才明顯不足,病人自然無法得到最佳照顧。

 

癌症連續多年蟬聯國人死因榜首。圖/衛福部資料

彭汪嘉康回台 20 年間,可以說是馬不停蹄。她在中央研究院成立了國內第一所癌症實驗室,之後推動國衛院癌症研究所成立,並擔任首任所長,幾年前雖從國衛院退休,但旋即被聘請為由萬芳、北醫、雙和醫院所組成的癌症中心擔任主任,而她在台大醫院的門診,更是自 1993 年回國以來,就不曾間斷。

更值得一提的是,彭汪嘉康甚至投入了自己在美國累積多年的寶貴人脈,對培養台灣的抗癌人才,貢獻良多。

在 1985 年,彭汪嘉康尚未正式回到台灣前,當時她與幾位旅美的中研院院士,包含曹安邦、吳成文等人都擔憂著,台灣尚無腫瘤內科的概念,也就沒有專門全方位對付癌症的內科腫瘤醫師。

在包含彭汪嘉康等人的奔走下,到了 1987 年,終於促成台灣首次的腫瘤內科醫師訓練。 訓練對象包含台大、榮總、三總等的菁英醫師,而授課教授,竟都是全球最知名的抗癌專家,他們輪流從海外飛抵台灣,輪班執教三個月,完成了為期三年兩期的訓練,為台灣培訓出十三位種子醫師。

當年的種子醫師,目前都成為台灣抗癌的超級戰將。例如:台大腫瘤醫學部主任鄭安理、成大醫學院院長張俊彥、國衛院癌症研究所所長陳立宗及主治醫師劉滄梧等人。

「那時候,我們就覺得很訝異,為什麼有這麼多大師級人物,紛紛請假兩、三個月,到台灣來幫我們上課?後來我們跟某一位教授聊,才發現原來他曾經很受 Jackie(即彭汪嘉康女士)的照顧,因為 Jackie 開口,他就義不容辭,」劉滄梧指出,彭汪嘉康在海外 30 餘年奠定學術地位,並廣結善緣,最後貢獻在台灣開花結果,因此有「癌症研究之母」的封號,正是名實相符。

因童年經歷立志學醫,絕不輕言放棄

現年 80 多歲的彭汪嘉康,仍活力十足,談起行醫看診,更是熱情滿滿。至於為何對醫學有這麼大的熱情、至今仍堅持看診,站在第一線付出,彭汪嘉康透露,這其實與她年輕時的經歷有關。

「我最小的弟弟,在我唸中學的時候,感染了肺炎,那時我們送他去看醫生,那醫生還是我父親的朋友,但他卻沒有竭盡全力去救我小弟,」彭汪嘉康沉默了一下,繼續說:「但那時明明已經有盤尼西林問世,醫生卻沒有試著採用,僅告訴我父親,應該要放棄了。最終,我的小弟就在家中過世。所有家人,都很無助地看著他離去,」事隔多年,彭汪嘉康仍有不捨。

「經歷這件事情後,我告訴母親,如果我是醫生的話,絕不會這麼輕易就放棄醫治!這句話出口,也就立下了我學醫、行醫的志向,」彭汪嘉康強調,病人在最脆弱、無助的時候,已把生命託付給醫師,醫師怎能輕言放棄?

彭汪嘉康因目睹親人因病去世而發憤鑽研醫學領域。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

即便時代動盪,也未放棄志向

要當醫師,第一步要先考入醫學院。彭汪嘉康出身於蘇州書香世家,祖父是絲綢商人,但極重視教育,她的叔伯們在民國初年的動盪時代,卻大多能留學海外,反映出家族對孩子們教育的看重。

「我們家族有一個故事,那時我祖父去選墳地,風水先生問他是希望後代能當官,還是能致富?我祖父卻說,如若可以,讓子孫們把書唸好即可,」彭汪嘉康笑著說,祖父對教育的重視,無疑就是給子孫最大的資產。

彭汪嘉康以自己為例,在民國 30 年左右,女性唸書的比例其實相當低,但因為家族有著大力栽培孩子唸書的祖訓,也讓她在當時成為少數接受教育的女性,這也才能往醫學院逐步邁進。

「我在蘇州唸中學,最想考入的醫學院,就是上海醫學院;當時雖然有聽說台灣的台大醫學院也非常好,甚至比上海醫學院還有過之,但因為人在蘇州,也真沒想過,有一天會來到台灣唸台大,」彭汪嘉康微笑著回憶。

民國 37、 38 年,國共內戰、局勢紛亂,政府陸續遷台,還只是中學生的彭汪嘉康,被大時代的洪流給推著,就這樣上了船,飄洋過海來到台灣。

搭上了船,雖然是頭等艙位置,但彭汪嘉康卻因為嚴重暈船,在船上吐了好幾日,到最後已經是虛弱無力。然而一下船,已經先到台灣的父親前來接船時,隨手遞了一根香蕉給腹內早已空無一物的彭汪嘉康,說也奇怪,香蕉的甜香味,竟讓彭汪嘉康精神大好!

香蕉的甜香味,曾讓彭汪嘉康記憶深刻。圖/giphy

「至今,我仍然記得那甜香味;或許,這就說明我跟台灣有緣吧!」彭汪嘉康很有精神地說著。果不其然,彭汪嘉康來到台灣後,真的如願進入台大醫學院就讀。

考入台大醫學院後,彭汪嘉康開始勤練基本功,挑戰一本又一本磚塊般厚重的原文書。

「台大教授,不少是非常嚴格的;我最記得教我們病理的葉曙教授,他上課很精彩,但也很嚴厲,例如:高我們一屆的學長姊,竟有超過一半的人得多唸一年、跟我們這屆一起畢業,就是因為他們都被葉曙教授當掉了,」彭汪嘉康苦笑著回憶,但她也認為就是在這種要求之下,方能練就一身扎實的基本功。

畢業後,彭汪嘉康跟隨著知名的外科手術醫生林天佑實習一年,林天佑給了彭汪嘉康高度肯定。林天佑是肝臟手術的權威,他採用的「手指切肝」手術法,更讓台灣成為全球肝臟手術的先驅。而自小苦讀出身的林天佑,對每天總是在上午六點多就報到、任勞任怨的菜鳥實習醫生彭汪嘉康,留下了很好的印象,他最後給彭汪嘉康的實習分數,竟是打了 99 分。

「林天佑醫師從來沒有覺得我是女生而對我少過任何要求;他是我的恩師,言教、身教都讓我受益良多,」彭汪嘉康至今仍記得,在實習結束之後,林天佑就希望她投入台大外科團隊,但那時候的彭汪嘉康,卻打算赴美再學習。

「我那時就答應林天佑老師,在美國練功有成之後,一定回到台灣貢獻。這個承諾,我始終放在心中,雖然我是隔了 30 餘年才完成,」彭汪嘉康感性地說,自己後來會在 60 餘歲的「高齡」返台行醫,就是因為一定要完成與老師的約定。

有了技術卻不能執刀,轉彎開啟新篇章

然而,這位在台灣被視為極有潛力的手術外科明星,到了美國之後,卻屢屢碰壁,最後甚至被迫放下手術刀,投入研究。

原來,在 1960 年代的美國,尚未開放非美國公民開業行醫。事實上,以當時的限制,彭汪嘉康只能專攻病理研究,或者是麻醉專科。

「那時候,其實有些挫折。不是因為我的醫術不好,只是因為我不是美國人。但也有人告訴我,或許這個法條很快會修改,我也就硬著頭皮留下來,」彭汪嘉康苦笑著回憶,這限制對她來說,也不知是福是禍,因為當時若沒有這一法規,她在美國執刀行醫可能會賺很多錢,但就未必有機會走上研究之路。

只是,在美國,初期打擊彭汪嘉康的,還不只她不是美國人,更因為她的「女人」身分。 彭汪嘉康原本順利申請到在華盛頓某一頗具規模的醫院工作,醫院已經回函通知她報到,但在報到第一天,對方才驚覺她是女性,而彭汪嘉康也坦承告訴對方,自己即將準備婚事,將來可能請幾天婚假。

「對方看我的中文名字,可能原本也不曉得我是男是女,再一聽我要請婚假,將來搞不好還要請育嬰假,竟當場連忙跟我說『Sorry』,他們無法聘用我了!」回想這段往事,彭汪嘉康只能搖搖頭,一臉無奈。

接連的不順利,讓彭汪嘉康陷入了低潮。

然而就在一切都不如預期時,彭汪嘉康的貴人卻出現了。透過先生在美國國家衛生研究院的友人推薦,彭汪嘉康順利在那裡找到研究工作,從此她在美國國家衛生院一待就是 30 餘年,為人生寫出了全新的一章。

美國國家衛生研究院。圖/ Wikimedia Commons

「從那時候起,我就期盼自己也能做別人生命中的貴人;因為有時候你一個小小的幫助,卻可能對這個人的人生,起了料想不到的幫助與改變,」受人提攜、擺脫低潮,彭汪嘉康始終不忘要傳承這份溫暖。

為什麼會有癌症?原是與基因有關

進入美國國家衛生研究院,彭汪嘉康更是得遇名師──華裔科學家蔣有興。1960 年代,染色體的研究正逐漸成為主流,而蔣有興正是研究染色體的大師,他的研究證實,人類的染色體數應該是 46 個,而不是之前被錯認多年的 48 個,對遺傳學研究有重要貢獻。

蔣有興是美國細胞遺傳學家,為公認首位辨明正常人類染色體數目的學者。圖/Wikimedia Commons

跟隨名師蔣有興,彭汪嘉康從此踏上染色體的研究,逐漸奠定在學術界的貢獻,她也首度證實了癌症的發生與基因缺陷、損壞有關,因而名留醫界。

研究第一年,彭汪嘉康就從六位白血病患者身上,發現與白血病相關的染色體,當時她原本想發表論文,但蔣有興希望她找到十個案例之後,再行發表。

沒想到,費城醫院的研究團隊只找到四個案例時,就搶先發表論文。

「這個染色體,從此被命名為費城染色體;如果我們當時先發表的話,應該就叫 NIH 染色體了,」彭汪嘉康難掩失落,因為這費城染色體的研究團隊,後來更憑藉這項發現繼續努力,最終獲得了拉斯克獎(Lasker Award)的肯定。

費城染色體形成機制。圖/Wikimedia Commons

但是,個性開朗的彭汪嘉康,並沒有讓這個失落影響她太久,她仍繼續鑽研,陸續發現其他諸如淋巴腺癌、淋巴性白血病等相關的染色體。

在美國國家衛生院一待 30 餘年,彭汪嘉康也逐漸累積起自己的實力,成為了院內不可或缺的重要戰將,最終擔任癌症研究所細胞遺傳研究室主管。30 年來,面對艱難、沒有邊際又日日進步的研究工作,彭汪嘉康透露,要把研究工作做好,除了自己的持續努力外,跟其他研究人員互通有無,也是關鍵。

「你不懂的東西一定會愈來愈多,這時候跟朋友合作就很重要了;討論跟交流,無疑會讓你知道自己的盲點,」彭汪嘉康笑著說,研究人員要學會合作,讓自己跟合作夥伴,成為彼此的貴人。

為了奉獻,從實習醫生開始打掉重練

時間快轉 20 多年,在美國的彭汪嘉康,經常接到來自台灣的求助電話,原來是在台灣的癌症病人,希望到美國看診求醫。

「那些『有辦法』的人,可以花錢到美國看病,但沒辦法的病患,又該怎麼辦?」彭汪嘉康分析,自 1982 年起,癌症就居於國人十大死因榜首,但台灣面對癌症來襲,似乎還沒做好準備。

「即便是到美國求診,美國醫師對於經常發生在國人身上的肝癌、鼻咽癌,研究也不多,因為在美國較常見的是肺癌、乳癌,」經過種種分析,以及與旅居海外的院士曹安邦等人討論,眾人的結論是,必須為台灣建立一批新的種子醫師,專門對付癌症腫瘤。

也因此,在 1987 年到 1989 年,這三年中間,彭汪嘉康等人促成了台灣的首屆腫瘤內科醫師訓練,不僅師資來自美國,就連考照方式也比較美國辦理。

然而,1989 年一到、訓練結束,吳成文等人原本也要回到美國繼續工作,但彭汪嘉康卻開口請吳成文留在台灣,繼續推動抗癌、培訓人才,而她自己,會在三年之後回到台灣。

「她果真言而有信,三年後回到台灣;更感人的是,這三年間,她為了也要拿到腫瘤內科醫師執照,竟然回到醫院,從最基層的實習醫生做起!」吳成文相當敬佩彭汪嘉康的決心與行動力,已經 50 多歲、早已是主管級的她,願意回到基層再學起。

「辛苦難免,但是我心中一直記得,我承諾過我的老師林天佑,有一天我得回到台灣奉獻、行醫,」彭汪嘉康感性地說,既然答應過老師,那她就一定要完成,而為了做好這件事情,辛苦一些、從實習醫師練起,雖然慢,卻扎實。

團結力量大,整合台灣醫界共同抗癌

回台 20 餘年,彭汪嘉康除了自己的門診外,更整合了台灣醫界的力量,共同抗癌。

彭汪嘉康推動、成立台灣癌症臨床研究合作組織 (TCOG),至今已經有二十餘家醫院加入,醫院間互通有無、分享臨床資料,打開了醫院與醫院之間的門戶之見,受益的則是病患。

「在我初期接手的時候,TCOG 只有三、 四家醫院,換她接手後,很快啊,就十家、二十家地加入,」吳成文笑著說,彭汪嘉康就像一個母親般,凝聚台灣抗癌人才。

「很久以前,我們會笑說,台大跟榮總兩院的距離可能比兩岸還遠,很少往來,但透過彭汪院士的凝聚、號召,台灣醫界在癌症這一塊,卻相當團結,」出自台大,國衛院癌症所主治醫師劉滄梧分析,當年透過彭汪嘉康等院士的號召,台大、榮總等醫師們一起上課受訓,有了革命夥伴的情誼,加上彭汪嘉康會找大家聚餐,因此不同醫院的醫師也就有了建立感情的機會。

「聚餐時,有時候彭汪院士甚至會帶衣服給我們;她說她在美國過耶誕節時會買衣服給家人,想到這幾件衣服好像適合我們,就帶回台灣給我們,」劉滄梧感性地說,某程度而言,彭汪嘉康的確就像是個母親。

彭汪嘉康認真地維繫著大家的情感,讓抗癌陣線更加堅強。圖/wikipedia commons

在工作上,彭汪嘉康如同母親照顧夥伴,但聊到家庭,彭汪嘉康則十分慶幸,有一個好好先生,始終是她的後盾。「那時候,我跟我先生開玩笑,我們絕對不能離婚,因為孩子一定都會跟你,」彭汪嘉康苦笑著說,自己的忙碌難免疏於照顧孩子,所幸先生的體諒與支持,讓她能全力衝刺研究。

不過,工作再忙,彭汪嘉康卻堅持為家人準備晚餐,即便她在晚餐後,仍會開車回研究室打拚。「我的廚藝未必很好,但那是一份心意,以及陪伴,」彭汪嘉康感性地表示。

彭汪嘉康因為目睹小弟的過世而立志學醫,為了完成與老師的約定而回到台灣行醫;她的努力與成就,用台灣癌症研究之母來形容,恰如其分。2008 年獲選為首屆「台灣傑出女科學家」,更是一個最貼切的形容詞。


 

本文摘自《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界》,2013 年 12 月,遠見出版。

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岌岌可危的珊瑚礁生態系(下):我們能為珊瑚礁做什麼?

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在認識珊瑚礁的形成與種類,並察覺珊瑚礁生態系的危機之後,除了靠國家公園、保護區及保育計畫來挽救,身為一般人的我們還能做什麼呢?

國家公園的設立

位於台灣南部的恆春半島,有著三面環海的地理位置,加上沿海有隆起的珊瑚礁(裙礁)地形,使墾丁以豐富的海洋生態聞名,在其西側及南側共計有四處海域生態保育區,坐擁 1200 種以上的魚類、300 種以上的珊瑚和大量的無脊椎動物。陸域的動植物相也相當豐富,擁有許多台灣特有種,還有許多特殊景觀,像是鐘乳石、隆起的海階、石灰岩洞等。為了保護這塊美麗的海洋生態及陸域的地形景觀,墾丁國家公園管理處於民國 73 年 1 月 1 日成立,是我國第一座國家公園,也是位於台灣本島最南端的國家公園。

民國 96 年 1 月 17 日,東沙環礁國家公園正式成立,是台灣第一座海洋型國家公園(我國第七座國家公園),也是現今面積最大的國家公園。東沙環礁位於南海,為一圓形的環狀珊瑚礁,中間包圍著海水,形成一個內海環礁,直徑達 25 公里。東沙環礁國家公園包含環礁與東沙島,以環礁外 12 浬海域為範圍界線,整體面積高達 3537 平方公里,是台灣別具特色的海洋生態系。

台灣的東沙環礁國家公園,具有環狀的珊瑚礁。圖/wikimedia commons

為了永續台灣海洋生態,保育及復育難能可貴的東沙環礁,政府將離島型與海洋型國家公園統一管理,於民國 96 年 10 月 4 日成立海洋國家公園管理處,之後也在 103 年 6 月 8 日成立第二座海洋國家公園——澎湖南方四島國家公園(我國第九座國家公園)。澎湖南方四島是由四塊大型島嶼,外加周圍無數的小島所組成的,與海接觸範圍大,也有豐富多樣且獨特的海洋生態。

設立國家公園就解決問題了嗎?當然還沒

以墾丁國家公園為例,墾丁為國人及外國觀光客的旅遊聖地。這裡的珊瑚礁屬於裙礁,在岸邊便能見到,夏日的海上活動總是吸引大量遊客前往,每年約有 300~400 萬人湧入。龐大的遊憩壓力對海洋生態造成許多潛在影響,例如我們在海邊踏浪、玩水上活動、背上氣瓶潛入海下觀賞美景的同時,其實也都可能傷害珊瑚礁或干擾珊瑚的產卵行為。

人們對其他生物資源的濫捕也會間接導致珊瑚礁死亡,例如海膽。墾丁後壁湖的海膽數量在過去 30 年來不斷下降,歸咎於國人與日本遊客愛吃海膽的生殖腺而過度捕撈。其中,馬糞海膽是一種以藻類為主食的生物,若是海膽族群數量下降,將使藻類失去天敵,不斷增生並擴大族群。大量的藻類覆蓋海面會影響珊瑚的生長空間與光照,間接導致珊瑚死亡,造成珊瑚族群量下降。

馬糞海膽深受饕客喜愛,造成濫捕,使牠們數量下滑,也連帶影響牠們棲息的珊瑚礁生態系。圖/wikimedia commons

馬糞海膽:救救我和我的家!

為了復育珊瑚礁區原本數量龐大的關鍵種「馬糞海膽」,民國 92 年 3 月屏東縣恆春鎮海洋環境保護協會在後壁湖設立了「海膽保護區」,並於民國 94 年 3 月於後壁湖出水口東側海岸劃設「後壁湖海洋資源保護示範區」,嚴格禁止捕漁垂釣,執行保護管理。一開始的目標是復育海膽,而後慢慢擴及整個海域的生物。

後壁湖保護示範區設立至今,在多年的保育之下,陸續發現許多新種,也成為全恆春半島沿岸魚類資源最豐富的地方,保育效果漸漸浮現,獲得了「海底公園」的美名。

珊瑚盜採與白化

除了濫捕海膽影響生態外,珊瑚礁的盜採情形在東沙環礁國家公園也頗為嚴重,許多外籍漁船越界盜採珊瑚,以富有鮮豔色彩的珊瑚賺取經濟利益,或做為觀賞用途。

東沙環礁的珊瑚礁所遭遇的威脅也包括珊瑚白化。珊瑚白化是指當環境產生變化,像是水溫太高或太低、光照改變、過多的泥沙沖刷使沉積物增加,造成海水混濁等原因,讓珊瑚體內的共生藻類無法適應而離開珊瑚宿主甚至死亡,使珊瑚體內的共生藻類數量下降,讓原本色彩鮮豔的珊瑚逐漸失去了顏色,轉而透明,看起來像是褪色的狀態。

珊瑚白化現象。圖/wikimedia commons by Acropora

雖然珊瑚白化不等於死亡,但這些珊瑚少了共生藻類提供養分,生命力下降,若是沒有恢復能力就會走向死亡。1998 年,聖嬰現象使太平洋海水溫度異常升高,造成東沙環礁大規模珊瑚白化的現象,導致珊瑚覆蓋率下降,雖然至今已陸續恢復,但珊瑚種類和數量的改變不可逆,對於東沙的珊瑚礁生態系造成不小的傷害。

另一方面,漁船在海面捕撈漁獲時,將廢棄漁網遺棄覆蓋在珊瑚礁上,或船隻拖網時造成的物理破壞,也都是珊瑚所面臨的威脅。歸結以上,在保育海洋生態、漁民經濟利益和觀光遊憩三者之間找到平衡點,是大家共同努力的目標。

官方單位的努力

為了保護後壁湖的珊瑚,墾丁國家公園管理處於民國 97 年委託國立海洋生物博物館辦理「珊瑚保護區珊瑚資源復育計畫」,主要預期的目標有四項:

  1. 海洋資源保護示範區的基礎生態調查。
  2. 評估增加海洋資源保護示範區對全球氣候變遷抵抗力的方法。
  3. 評估海洋資源保護示範區受干擾的影響。
  4. 進行海洋資源保護示範區珊瑚礁生態保育與經營管理的教育訓練與解說宣導。

利用計畫所得到的結果,可了解原有的生態體系,包括珊瑚覆蓋率、其他脊椎動物數量、海底地形結構等,進而對海域進行保護與管理,以維護珊瑚礁生態系。

珊瑚礁生態的議題一直受到大眾關注,漁業署也依漁業法第 44 條規定,訂定距岸 12 浬內禁止採捕珊瑚及珊瑚礁,並輔導宜蘭縣、臺東縣、屏東縣及澎湖縣市政府劃設水產動植物繁殖保育區,以維護珊瑚礁區生態環境。藉由許多保育計畫及法律規範的輔助,希望能保育珊瑚礁生態並達到資源永續的理念,也由環境教育的方式,發起公共意識,讓大家一起付諸行動。

我們可以做什麼?公民科學的參與

1. 珊瑚礁體檢計畫

珊瑚礁的調查與觀察也是公民科學的一部分,早期由中華民國珊瑚礁學會執行,2009 年起台灣環境資訊協會開始主辦珊瑚礁體檢(Reef Check)計畫,用意是希望幫台灣的珊瑚礁做定期身體健康檢查,不要等到珊瑚已於垂死邊緣才來救治。

現在台灣環境資訊協會每年都會公告全台的體檢行程,只要你符合以下兩項,就能成為守護台灣珊瑚礁的一員。一、年滿18歲。二、具備「初級潛水員執照」且「氣瓶數達 50 支以上」。若第二項不符合,也可以接受訓練或參加體驗課程來達成。歡迎大家一起潛入海下,不僅守護珊瑚礁,也同時為周圍的魚類、無脊椎動物做紀錄,一起替珊瑚礁生態系做健康檢查。

如果你想為保育珊瑚盡一分力,也對潛水有興趣,就一起加入幫珊瑚體檢的行列吧!圖/VisionPic .net from Pexels

2. 珊瑚觀察計畫

澳洲昆士蘭大學學者為了監測珊瑚礁並建立資料庫,發起了珊瑚觀察(Coral Watch)計畫。不論你是一般遊客、喜愛潛水的人、研究人員或單純想替大自然盡一份心力的人,都可以加入。這個計畫比珊瑚體檢計畫更簡單,更容易入手。只要帶上量化珊瑚顏色的珊瑚健康色卡,簡單的將你所見的珊瑚與色卡上的顏色相互比對,記錄位置、外觀型態、最深處色號及最淺處色號,並將資料上傳即可。

珊瑚健康色卡是對應珊瑚組織內共生藻類的濃度。珊瑚的共生藻類越多,代表珊瑚越健康。另外可依外觀型態分成圓石狀、盤狀、枝狀及柔軟狀來做紀錄。

這個計畫會將蒐集到的大量公民監測資料加以分析,就可以了解身處相近區域的珊瑚顏色變化趨勢,也更能簡易判別在不同色澤下的珊瑚正處於何種健康狀態。

珊瑚健康色卡。圖/作者提供

結語

保護海洋是大家共同的目標。保護區的設立雖會使漁業、觀光產業受到衝擊,但以永續的觀點來看,如果現在不保育、不復育,那麼未來這些物種是否會不再存在、海底景觀也不再豐富美麗,甚至連觀光的價值都蕩然無存了呢?

現在,需要人們保育的物種、棲地和生態系很多,不論是加強保育生態的認知、提升大眾的環境意識,或是透過公民科學的精神付諸行動,都需要你我共同的努力,讓這些美景能永遠存在。

參考資料

本文亦刊登於 臺灣國家公園生物多樣性資料庫

  • 責任編輯/竹蜻蜓

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保護作物也要友善土地,一起將口號轉化成「食際行動」!

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本文由家樂福【食物轉型計畫】委託,泛科學企劃執行

 

平常我們在餐桌上吃到的每一種食物都得來不易,特別是辛苦種植蔬果的農民們,總是要擔心害蟲、鳥類、野生動物前來破壞作物。不過想要保護農作物,獲得質好量足的產品,一定要和動物當敵人,拿出陷阱和農藥決鬥嗎?人類、糧食與環境之間,有沒有辦法取得最大的交集?

 

不傷害野生動物和環境,又可以兼顧農產品的友善農法

在台灣,其實已經有許多農民採用友善土地的「生態農法」取代過去的慣行農法,例如在雲林古坑的麻園地區耕作的農民,藉由銷售通路的輔導與幫助,在耕種的過程中不用農藥、化學肥料,並且在種植的田地建立生態池與不耕作區域,復育了諸羅樹蛙、領角鴞等保育類動物。

採用生態農法還有其他好處,像是打造了適合野生動物棲息的環境之後,除了豐富農地的生態相,也讓害蟲的天敵可以有住所,達成天然的防蟲功效!

雖然採行生態農法是友善土地、永續環境的做法,不過相對也必須付出較高的成本,這也是許多農民決定要捨棄慣行農法時最大的障礙。因此對於農民來說,銷售通路的支持非常重要,如果可以透過穩定的通路讓更多人認識好的產品、有穩定的銷售量,農民將可以減少後顧之憂,更專注在培育高品質的作物。

友善土地,你我都可以盡一份心力

看了農民們為友善土地所做的努力,身為消費者的我們還能夠做什麼呢?也許下次買菜時,你可以考慮到支持生態農法的賣場逛逛,用實際行動支持友善土地的農產品喔!

延伸閱讀:從農場到賣場的最短距離:產地直採是什麼?

也歡迎大家到到 PanSci 的 Youtube 頻道,用一分鐘的時間看看友善土地的三種方法,喜歡的話就幫忙分享、開啟訂閱和小鈴鐺吧!

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2019《Science》年度十大科學大事

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2019 年抵達尾聲,每每科學技術的突破與新研究的產生,都讓我們更了解這個世界,也使我們的生活產生巨大的變化。在迎接 2020 之際,照慣例,讓我們一起看看《Science》為今年選出的科學年度大事有哪些?而究竟今年最重大的科學突破是什麼呢?

丹尼索瓦人的長相公開

圖片來源:Science (MAAYAN HAREL)

丹尼索瓦人 (Denisovan) 為 萬年前一支滅絕的人屬,與著名的尼安德塔人 (Neanderthals) 以及現代人曾存在於同時期。過去從其他人種的 DNA 中,可以發現到丹尼索瓦人血緣的蹤跡,證實了這支族群曾廣佈亞洲大陸。但形態部分的資訊一直不足,科學家一直難以得知其長相。

今年 (2019) 九月,科學家透過西伯利亞所發現的丹尼索瓦小女孩遺骸,從小指中的 DNA 之表觀遺傳學資料,配合基因資料庫中對基因表現的認知,重建了丹尼索瓦人的面貌。而研究重建得出的長相,在後續的研究中與已證實屬於丹尼索瓦人的下顎化石進行比對後,發現預測模型與結果近乎完美的相符,顯示本次重建結果的可信度相當高。

延伸閱讀:沒有化石,也能用表觀遺傳學重建丹尼索瓦人的長相?

Google: 量子霸權已經達標!IBM: 這個嘛…

圖片來源:Google

今年 (2019) 10月,Google 宣告他們研發的量子電腦已可解決一般電腦無法解開的難題,進入了新的里程碑「量子霸權」(Quantum supremacy)。傳統電腦以二位元運作,進行資料編譯、傳輸或儲存;然而量子電腦的量子位元 (qubit) 為「0」、「1」或「同時為 和 1」,能在面對問題時藉由量子波的晃動,使錯誤的解決方案因互相干擾而抵消,最終呈現正確的解決方法。這項設計使量子電腦面對龐大運算時會更快速得出正確的解答,擁有破解當前網路安全協議 (security protocols) 的計算能力。

Google 的研究人員表示,本次發表的量子電腦利用超導金屬製成了具微小路徑的 53 量子位元晶片,在 200 秒內就解決用以測試的抽象問題,相比於傳統電腦計算需耗費萬年成效驚人。對手 IBM 對 Google 的宣稱表示了懷疑,認為現行的超級電腦若以正確的演算法應能在兩天內解決該問題。

成熟的量子計算需使量子位元有自我校正的能力,但當前該技術仍尚未完成。再者,量子計算機設備的擴張更具挑戰。儘管 Google 的成就備受讚揚,應用量子計算時代要真正來臨,可能仍需數十年的研究與努力。

延伸閱讀:量子電腦為何比傳統電腦強大?量子運算的發展又有哪些挑戰呢?

以腸道細菌戰勝營養不良

圖片來源:INTERNATIONAL CENTRE FOR DIARRHOEAL DISEASE RESEARCH, BANGLADESH

依國際衛生組織 (WHO) 的統計,每年約有 35% 的兒童死於營養缺乏。這項資訊除了暗示人類世界中資源不均的問題外,實際上還存在著某種醫療處境:有些營養缺乏的兒童即使獲得救助並攝取到足夠的食物後,仍無法有效改善營養不良造成的病痛,甚至依舊發育遲緩。

經過十年的研究,研究人員發現此情況與腸胃道菌相不成熟有關。標準的援助食物主要以奶粉和大米補充營養,但缺乏使關鍵腸道菌生長的成分。今年一款低成本、主要材料為鷹嘴豆、香蕉、大豆和花生粉的營養補充品被研發推出,以促進腸道菌相的生長、並改善後續的營養吸收。

目前小規模的臨床試驗中,確認之前研究認定的 15 種重要菌種有良好的反應;且孩童的血檢也驗出出更高的血蛋白及體內代謝物數值,顯示這些孩童的身體狀況獲得改善。這些孩童後續將被長期追蹤,若結果理想,將相關的配方推廣至醫院之外,其影響範圍預計會十分深遠。

隕石撞地球,到底會怎樣?生物大滅絕之謎取得線索

圖片來源:DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE

宇宙力量何其大,世界末日的電影題材中「隕石撞地球」已成為一個常見的套路,然而事實是人類一直未能還原過去這種浩劫的情景與事件發生的經過。那些滅絕的生物何時死亡、如何死亡,以及後續生態復甦的情況又是如何?一切都在科學家從墨西哥尤卡坦半島(YucatánPeninsula)提取出沉積物岩芯 (sediment core),配以美國挖出的豐富化石,才終能一窺六千六百萬年前的災難修羅場。

從現已沉於尤加坦海岸 (Yucatán coast)希克蘇魯伯隕石坑 (Cráter de Chicxulub),科學家鑽取了長 835 米的岩芯,重建隕石撞擊時的地表狀況:撞擊引起地震,地震引起海嘯並席捲地表生物。從岩芯中含硫物種的所剩無幾,可以推估遭撞擊的地表當時所有物質都被蒸發,並可能導致全球急速冷卻與黑暗。

但從美國科羅拉多州採集到的花粉、植物化石、動物骨骼等遺跡,可知生態復甦速度也頗快。該隕石撞擊事件標示了白堊紀的終結以及古近紀的開始,蕨類和小型哺乳動物倖存。該地棕梠樹在隕石撞擊後的 1000 年內就取代了蕨類的地位、在 30 萬年內則由核桃類植物成為強勢物種。哺乳動物的體型與多樣性於 10 萬年間增長兩倍,甚至部分體重可達 50 公斤。

海洋生態在 萬年內恢復運轉,但因撞擊造成的海洋酸化減少 50%海底有機質,而抑制了海洋生物的生長近百萬年。

延伸閱讀:恐龍輓歌—壓垮白堊紀末生物生存的最後一根稻草

新視野號成功拍到古伯帶天體 Arrokoth

圖片來源:NASA/ROMAN TKACHENKO

NASA 耗資 億美元的「新視野號」 (New Horizons) 探測太空船於成功探測了天體 2014 MU69 的資料,成為人類史上探測過最遠的星體。這個小行星位於海王星外的古柏帶 (Kuiper belt),一個距離地球 66億公里遠,預估長達 36公里寬的物體。原本被暱稱為 Ultima Thule(中文可譯為「天涯海角」或「終極遠境」),因為用字上有爭議(與納粹有關),而後正式被命名為 “Arrokoth" ,源自美國原住民波瓦坦語 (Powhatan)與阿爾岡昆語 (Algonquian) 的字彙,意指「天空」。

Arrokoth 外觀猶如雪人,由兩個球狀天體接合形成。大球約為小球體積的三倍大。依科學家推論,這兩個球狀天體應是各自形成後,才又碰撞接合再一起。

延伸閱讀:終極之遠,新視野號在古柏帶探測星體

真核生物身世之謎被解開了?

圖片來源:IMACHI AND NOBU ET AL.

真核生物的起源一直是科學家爭論不休的問題。而就在 2019 年,日本一支研究團隊歷經過 12 年的努力,對真核生物的起源取得了一個重大的線索。這支研究團隊從深海沉積物中培育出了微生物 Prometheoarchaeum syntrophicum strain MK-D1,這是種最近被認可為阿斯加德微生物群 (Asgard) 的古細菌。

其基因體定序的結果顯示,有部分基因片段是過去科學家以為只有真核生物中才會發現的。經 DNA 分析後,科學家推論,阿斯加德微生物群或其遠古親戚很可能與真核生物的起源有關,意味著生物分類學的三域說(古細菌、細菌、真核生物)有可能併作兩域,真核生物成為古細菌域底下的分支,古細菌域與細菌域唯二併立。這大膽的推論目前證據尚嫌不足,還有待更多證據出現。

能醫治多數囊狀纖維化患者的藥物終於出現!

圖片來源:FANGYU LIU/JAMES LEE/ROCKEFELLER UNIVERSITY

今年 10 月,罕見遺傳性疾病:囊狀纖維化 (cystic fibrosis, CF) 的治療藥物 Trikafta 終於通過驗證進入臨床療程。囊狀纖維化是由於第7對染色體長臂上 CFRT (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 基因的缺陷造成的基因突變造成的遺傳性疾病,會造成呼吸道、胰臟、腸胃道、汗腺等外分泌腺體器官的功能異常,患者的平均壽命 40 歲。囊狀纖維化依種族而有不同程度的發病率,由於歐美種族帶因者較高,北歐裔白人發病率最高達 1/3,200,而亞裔帶因者比率較少,發病率僅有 1/31,000

新藥 Trikafta 結合多種針對不同 CFTR 蛋白缺陷的藥品,適用於高達 90% 的患者,將囊狀纖維化轉為能受控制的慢性病。但現今 Trikafta 藥品成本所費不貲,一年標價超過 30 萬美元,且需要終身服用;批准使用的年齡段(需大於12 歲)也有所限制,另外尚有 10% 的病患不適用該療程,皆是需要持續研究的方向。

伊波拉病毒感染者的一線希望

圖片來源:BAZ RATNER/REUTERS

從 1976 年起肆虐全球至今的伊波拉病毒,長久以來都缺乏有效的治療藥物,而今終於出現了一線曙光。今年 (2019) 確認 mAb114 REGN-EB3 兩種抗體藥物在早期治療的情況下,可大幅降低致死率。

這兩種藥物分別取自於 1996 年倖存者身上分離出來的抗體,以及由模擬人類免疫系統的小鼠所產生的三種抗體的其中一種。科學家於試驗中比較四種藥物,發現使用其他兩種藥物僅有約 50%的存活率,而接受該兩種藥物的患者有超過七成的存活率。

自與伊波拉相遇,人類終於出現了有效的療程。本次發現的藥物效果顯著,提高了患者的生存機會,但在疫情第一線抵抗伊波拉,還需鼓勵畏懼檢測的人們及早尋求治療,以有效抵抗伊波拉。

延伸閱讀:伊波拉不再是不治之症?兩種抗體藥物取得一線曙光

人工智慧終於也征服了多人卡牌遊戲?

圖片來源:JASON SOLO/THE JACKY WINTER GROUP

人工智慧(Artificial intelligence, AI)於目前最受歡迎的撲克遊戲:無限注德州撲克 (Texas hold’em)中首次擊敗了世界頂級玩家,意味著 AI 已能攻克玩家無法獲得完整資訊的多人遊戲。AI 在遊戲領域稱霸看來也只是時間問題,2007 年起已經有 AI 程式在西洋棋中攻無不克;而 2016 年 AlphaGo 更是打敗了圍棋的頂尖棋手。

德州撲克由於無法確知其他玩家擁有的手牌,被視為比棋盤遊戲更嚴峻複雜的遊戲。2019 年 月,來自賓夕法尼亞州匹茲堡卡內基梅隆大學 (Carnegie Mellon University in Pittsburgh) 的團隊宣告他們製造的 AIPluribus,成功在多人遊戲中擊敗了世界一流的玩家。

Pluribus 的玩法在雙人與多人對戰時略有不同,在雙人對戰時著重尋求「不輸」的途徑,即使用納什均衡 (Nash equilibrium) 的策略,保證了對手平均而言會變得更糟,除非他們也使用完全相同的策略。但在牌局中有數名玩家的情況下,則難以確保這樣的策略奏效,因此 Pluribus 只是尋求在已知情況下最有效的玩法。

延伸閱讀:AlphaGo成為「棋靈王」是有多厲害?人工智慧未來又要怎麼走?

 

最後揭示今年度今年科學年度突破大事,Science 票選的科學大事的第一名:就是於 2019 年 月 10 日晚間公布來自於 M87 星系的黑洞相片啦!

終於看到你!人類幫黑洞拍的第一張照片

你看到地獄大門了嗎?

圖片來源:EHT COLLABORATION/CC 4.0

巨大的黑洞無所不在、無處不有,然而過去人類僅能藉著黑洞的引力與周圍物體互動意識到它的存在,沒有辦法直接看見黑洞本身。直到今年四月,事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 團隊發布了一張驚人的黑洞 「像」圖:照片中,一個黑色的中心被光圈環繞。

目睹黑洞影像的當下,身作黑洞攝像團隊成員的海諾·法爾克 (Heino Falcke) 表示自己宛如「看著地獄的大門」。 EHT 為結合世界各地的研究團隊,於各地使用電波望眼鏡觀測共同目標:M87 星系黑洞的電波波段其中特別鎖定毫米波),來增進其解析力。這張黑洞照相驗證了廣義相對論,與許多科學家數十年來的研究成果。

延伸閱讀:

本文編譯自 〈2019 BREAKTHROUGH of the YEAR 

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出土的化石如何讓這些史前巨獸重獲新生?究竟何謂恐龍的廬山真面目?──《知識大圖解》

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恐龍稱霸世界之前,地球才剛經歷了史上最大規模的大滅絕事件。約在 2 億 5000 萬年前, 70% 的陸地物種與 96% 的海洋生物都在一次神祕的大災變中就此消失……

證據顯示,這場二疊紀大滅絕並非單一事件;或許是一系列的巨型隕石撞擊地球,抑或連續的火山活動導致各地陷入火海,並發生爆炸。另外,海床可能會突然溢出大量的甲烷,造成氣候劇變。

無論如何,災變顯然來得迅雷不及掩耳。

存活下來的動物進入新的地質時代,接著開始主宰地球。由於許多生物都消失了,地表植被因此繁茂生長,如此過了 1000 萬年後,整體環境變得相當適合新物種繁衍。

名為主龍類的爬行動物開始於三疊紀中期出現,並適應了新環境。

接下來的 1 億 7000 萬年間,大大小小的恐龍遍布全球,從體型與烏鴉相仿的小盜龍,到藍鯨般巨大的阿根廷龍皆有。

曾經紅極Yee時的恐龍。圖/GIPHY

不過,末代恐龍全在最近一次的大滅絕中陣亡,好似大自然為之後的人類演化做了安排。

恐龍化石深埋在地底數百萬年後,人類始才出現。

我們仍未知道那時所挖到的化石背後的秘密……

然而,1824 年以前,人們雖發現了恐龍化石,卻不曉得這些化石的所屬物種。

牛津大學教授威廉.布克蘭研究的骨骸早在 150 年前左右就被博物學家羅伯特.普勞特所發現。後者深信這些骨頭是某種巨人的遺骸,但布克蘭心知這些化石勢必源自某種肉食性蜥蜴,並將其命名為斑龍(Megalosaurus,意為巨蜥)。

19 世紀時,有些新發現則受到質疑。1824 年,業餘化石獵人瑪莉.安寧首度發現完整的蛇頸龍骸骨,但專家卻不太相信。喬治.居維葉以創始「脊椎動物生物學」聞名,並替仍存活至今的 50 餘個物種命名。

他認為安寧的發現是假的,理由是這種動物的頸骨過多,頸子根本抬不起來,因此懷疑安寧發現的化石其實分屬兩個物種。

地質學會也覺得事有蹊蹺,因此召開會議進行研討。辯論了許久,最後認定安寧的發現為真。不過,以質疑眼光看待新發現也非壞事,因為當時已有用假化石詐騙博物館的案例。

19 世紀時就已有用假化石詐騙博物館的案例。(非當事恐龍)圖/onecrazykatie@Pixabay

古生物學進入新時代雖令人振奮,但許多研究員覺得,僅憑如此少量的資料就下定論有點言之過早。其他人則盡可能將所有資訊都記錄下來,但這有賴龐大的書面作業。每件事都須以紙筆來記錄,從化石資料庫、系譜樹到嚴謹的統計分析皆然。

當時,率先登錄恐龍相關資料的先驅之一為德國古生物學家亨李齊.鳩格.布朗。布朗以圖表等創新方式來呈現新發現的資訊。在研究化石的樣貌並進行運算後,他建立了一套資料庫,並於 1849 年發表了索引。後者指出特定物種於何時出現和消失,這在當時可謂重大突破。

1896 年,學界發現了放射線。很快地,它就被用來測量地質年代,方法為觀察天然放射性同位素 (radioactive isotope) 的衰變率,進而協助判定化石的年分。

到了同一世紀末,科學家已大致勾勒出恐龍生存的年代區間。這時才發現,地球其實遠比想像中還古老許多,因而對地質史徹底改觀。

關於恐龍的大小事。(點圖放大)圖/知識大圖解

電腦的問世對資料分析影響甚距,許多資料都能由這種機器快速處理完畢,古生物學也因此有所改變。

大型資料庫已於網路上建置,透過電腦就可找出化石與現存生物間的關係。最重要的或許是,現代科技已能以精確的成像技術勾勒出恐龍的樣貌。

雖然仍有很多未知事物尚待探索,但我們無時無刻都有關於恐龍的新發現。

 

——文章出自《知識大圖解國際中文版》2019 年 11 月號,由希伯崙股份有限公司 (LiveABC) 出版

——訂閱優惠與更多有趣的內容都在《知識大圖解國際中文版》

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對抗全球蝦白點病,解開生物界哥帝爾斯結的關鍵領導者羅竹芳——《她們,好厲害》

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  • 文/楊泰興

羅竹芳畢業於輔仁大學生物系,陸續取得國立台灣大學動物系碩士學位、日本東京大學農學部水產學科博士學位。一如 AIDS,因 1983 年確認了 HIV 病毒,防治之路出現契機;蝦白點病的研究在 1994 年也終於獲得重大突破,致病的病原體蝦白點病毒終於被純化出來。領軍的,就是羅竹芳與郭光雄教授所領導的研究團隊,讓全球的蝦病防治終於邁出關鍵性的一大步。

人類歷史發展呈現多元面向,從歷史的脈絡裡我們可以發現豐饒的文化資產、輝煌的藝術成就等各種美好;然而,這些美好卻不可免地伴隨著戰爭、衝突、疫病等苦難陰影。

疫病帶給人類的痛苦與傷亡,嚴重程度與經濟損失常遠高於戰爭,例如:中世紀橫行歐洲的黑死病(腺鼠疫),造成當時歐洲近三分之一人口死亡;1918 年全球爆發的大流感,染病死亡者遠超過第一次世界大戰全球死亡人數。世界衛生組織估計,全球目前約有兩億六千萬人口遭受瘧疾感染侵害;而受血吸蟲感染的人口,約達兩億之眾。

疫病帶給人類的痛苦與傷亡,嚴重程度與經濟損失常遠高於戰爭。圖/wikimedia commons

若將人類歷史比喻為一部人類對抗疫病侵擾的戰爭史,我們力抗疫病的武器,來自科學進步帶來的醫學發展,每一時代的科學典範引領醫學成就,減輕人類痛苦並賦予幸福。自農業時代以降,人類賴以維生的糧食等生物資源亦屢遭疫病侵襲。我們倚賴的糧食作物、畜牧禽畜或養殖產業一旦發生病變,輕則造成經濟損失、重則引發大規模糧荒饑饉。例如:

  • 19 世紀愛爾蘭因馬鈴薯受真菌感染而嚴重歉收,導致「愛爾蘭馬鈴薯饑荒」與後續的可怕災難
  • 1970 年代,美國曾發生由真菌感染的玉米枯葉病,造成玉米農業嚴重損失並衝擊農業與經濟

全世界人類所種植的重要經濟作物,幾乎都曾遭逢重大疫病與病變侵襲;畜牧與養殖業亦對疫病的侵襲抱持臨淵履薄的心境,分毫不敢大意。在人類疾病與醫學發展史上,醫生協助我們對抗疫病並維持公眾健康;然而,捍衛農牧養殖產業並確保人類糧食供給無虞的不是醫生,而是生物學家。

解開生物界的哥帝爾斯結

台灣在對抗造成全球養蝦產業災難式崩盤的疾病——白點病 (white spot syndrome virus) 的防疫戰時,經歷過一場艱困的前哨戰,解開這生物界的哥帝爾斯結 (Gordian Knot)後,讓台灣的蝦病研究執世界牛耳迄今。這個成就得歸功於一位傑出女性科學家,現任成功大學生物科技與產業科學系講座教授羅竹芳。

面對蝦子的白點病防疫戰,羅竹芳教授帶領臺灣打了漂亮的一仗。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

所有故事,需從 1992 年這一年說起。那一年是全球養蝦業產值獲利的高峰,卻也是開啟衰敗的濫觴。

根據水產養殖文摘數據,1992 年全球養殖蝦產量 72.1 萬噸,雖然當時台灣養蝦業早已飽和並萎縮,但全球養蝦業卻蓬勃發展;此時一場蝦白點病風暴無預警地襲來,重創所有養蝦大國,全球產量驟減 16%,只剩 60.9 萬噸。

回顧曾號稱「草蝦王國」的台灣,在 1987 年曾是世界產量第一位,高達 11 萬噸(一說九萬五千噸),但 1988 年台灣水產養殖區的蝦病肆虐後,養蝦產業開始由盛而衰。1989 年銳減剩 2 萬噸;後來台灣曾力圖振作,到 1992 年時,一度產量可達 5 萬噸。

但這場席捲全球的白點病,再次嚴重打擊了台灣養蝦業。當時台灣養殖業每放養十隻蝦子,收成不到一隻,養殖業受創甚劇難以恢復。感染白點症病毒的草蝦全身會出現白點,一週後隨即死亡;更嚴重的是病毒會經由雌蝦卵「垂直感染」導致後代致病。

感染白點病病毒的草蝦全身會出現白點。圖/研究圖片

蝦白點病起源於中國大陸華南一帶,號稱養蝦業的 SARS(因都起因華南)。當時全球 78% 蝦養殖業產量集中在東半球,養殖戶又多沿襲台灣的高密度精養法,蝦白點病疫情造成台灣水產專家們束手無策,全球業者更是困坐愁城。

對此,當務之急莫若於找尋致病的病原體。一如 AIDS 因 1983 年確認了 HIV 病毒,防治之路出現契機;蝦白點病的研究在 1994 年也終於獲得重大突破,致病的病原體蝦白點病毒終於被純化出來。這份榮耀歸於台大動物系教授羅竹芳與郭光雄所領導的研究團隊,讓全球的蝦病防治終於邁出關鍵性的一大步。

羅竹芳研究團隊在 1996 年建立蝦白點症分子診斷技術平台,隨後更完成該病毒的基因定序與基因圖譜。1997 年由國科會檢測技術授權給台灣瑞基海洋生技公司生產商業化試劑組,現在台灣已是蝦類病毒疾病商業檢驗試劑最大的產製國,全球市占率高達 80% 以上,其中白點病毒試劑組 (IQ2000 WSSV detection and prevention kit) 獲得世界動物衛生組織認證,成為國際知名品牌。

儘管迄今防治蝦白點病的有效疫苗尚未問世,但透過羅竹芳研究團隊開發的試劑,已經可以事先預防感染。根據 1999 年泰國的使用報告,試劑檢測能成功將蝦死亡率壓低到 5% 以下。終於,這場對抗白點病的戰爭獲得寶貴的初步成果。除了被動性防疫措施外,羅竹芳研究團隊正積極與國內外產業合作,進行抗病蝦的選育,近期將有大幅進展,希望可以把成果盡快回饋給社會。

帶領學術界迎戰白點病,一步步地把台灣建構成全球蝦病研究重鎮,關鍵領導者就是羅竹芳教授。她的個頭不高但有雙靈動大眼,說話慢條斯理卻不失邏輯理性,嬌小的身軀內,隱含著巨大研究能量與強烈的科學家靈魂。

生涯路上的曲折,造就她的不凡

羅竹芳年輕時並非大家刻板印象所標榜「來來來,來台大,去去去,去美國」的典型菁英教授。她畢業於輔仁大學生物系,台灣大學動物所碩士畢業後回輔大任教十餘年,直到 1984 年才負笈日本東京大學進修獲論文博士。儘管她的博士學位是在東京大學完成,但出國求學之前,她已經是輔仁大學生物系正教授,是罕見由台灣本土培養出的學術人才。而這努力過程中,有著她嚴厲自我要求的刻苦與上進。

畢業於新竹女中的羅竹芳,從小熱愛數理、生物科,也喜歡自然生態與花草蟲魚,總是在自家庭院觀察生物,甚至還親手挖了一個小魚池。因聯考失常,僅考上輔大生物系,未能進入夢寐以求的台大,但羅竹芳很快就愛上了輔仁大學,也服膺該校神父、教授一絲不苟的教導與實驗訓練。當時輔大生物系是受教會資助的新創科系,新穎的儀器設備全是從國外購入,硬體條件甚至比多數國立大學還要好。

「大學聯考時,好朋友都上了台大,但我在輔大找到了人生立足點,」羅竹芳回憶年輕歲月時說到。每個人都必須了解自己的長處,找到適合自己的研究議題後,堅持不懈方能竟其功。

求學時期的每一天,羅竹芳都是第一個到宿舍自習室自修的學生。「修女舍監都會私下把燈打開,方便我自修,」她至今仍感念修女的通融。畢業後順利考上台大動物學研究所,完成碩士學業後回輔大母系任教十五年,之後轉至台大任教。

羅竹芳形容自己十分內向,但她凡事總是全力以赴,這種執著個性讓她克服了一路以來的諸多先天與後天限制。例如:她先天害羞,即使已從事教學工作一輩子,直到現在,無論上台、上課或者演講,仍會手心冒汗,有時甚至會緊張得說不出話。但她卻克服了內向與緊張問題,成為 2008 年首屆全國傑出通識教育教師獎得主。

當羅竹芳初在台大教授科學領域通識課程時,學生們課前還會大喊:「老師加油!」為講台上緊張無助的她打氣。最後她以萬全的準備,克服了個性弱點,「我第一年幾乎是不眠不休地準備教材,為了教一堂兩小時的課,得花上 24 倍的準備時間。」最後這門「生命科學與人類生活」通識課,終成為台大廣受好評的課程之一。

此外,羅竹芳到現在還是會對一個人出國感到惶恐,出國開會常需要有學生或家人陪同,但是當年她卻隻身前往東京完成博士學業。1986 年暑假,她甚至獨自到美國學習最新的桿狀病毒表現載體系統的操作與應用。「當時國科會不批准我的學習計畫,認為經費應該提供給熟稔重組 DNA 技術的人;但我不服輸,自費新台幣三十多萬元自己去學習,」後來,這項技術果真成了她專攻蝦病毒研究的重要關鍵。

「在美國實驗室第一次完成實驗時,同仁都不相信我是第一次操作重組 DNA 技術。……其實有著過去的研究基礎,只要按部就班來,道理都是相通的,不要對新的技術與知識產生恐懼,」羅竹芳深信,天底下沒什麼克服不了的事情,只要努力學習,一定會有所成。

另外,羅竹芳個性中有一項很重要的特質,就是遇到事情不畏懼。學生們都知道,她有一句著名口頭禪:

「頂到天」,這是她常掛在嘴邊的話,是鼓勵學生勇於嘗試的起頭語,意思是「最壞也不過這樣,更何況天塌下來自有『高人』撐著,」這也顯示她豁達而積極進取的人生觀。

羅竹芳常以「頂到天」鼓勵學生勇於嘗試。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

跨出舒適圈,讓一切學術成就從零開始

1994 年,她再度以行動實踐她的「頂到天」哲學,「這是我人生非常重要的轉捩點,」羅竹芳說。

1994 年台灣遇到全球性的白點病風暴,苦無對策,此時的羅竹芳從輔大轉任台大動物系五年有餘,她與郭光雄基於想協助蝦農的使命感,在國科會的支持下,各自結束原有的研究領域,另起爐灶將研究重心轉移到草蝦的白點症病毒研究,這個決定等於讓自己的一切學術成就從零開始。

一開始連種蝦長什麼樣子都不知道,羅竹芳卻毅然跟過去的成就揮別。她形容,跨入新領域就如同走坎坷路,很少有人願意跨出既有的舒適環境,「但好走的路不是人生唯一的選擇。」

羅竹芳形容自己有相當強的歸納分析能力,看到實驗數據便能發現關鍵點,「這歸功於過去按部就班的扎實訓練。」她的學生形容,老師是一個研究狂,常常假日晚上還看到老師在實驗室出沒。

「機會是給準備好的人,」羅竹芳總是這麼說。當時,為了盡快掌握研究狀況,甚至農曆年都在實驗室中度過。扎實的訓練背景與密集努力,讓她成功地發現這次蝦病毒與先前已知的桿狀病毒之差異,首度將白點症病毒純化出來,全新品種的蝦病毒也引起了學術界轟動。

不求個人利益,關鍵技術不私藏

從 1995 年首度發表病毒報告迄今,十多年來羅竹芳研究團隊的探索範疇,從基礎研究到產業對策的發展,從病毒危害到種蝦培育,從病毒基因體學到病毒功能性基因體學,從蝦免疫反應到蝦基因體學的研究不勝枚舉,可謂圍繞著蝦病毒,建立起巨大的學術研究堡壘。

羅竹芳的實驗室當年榮登台灣唯一被聯合國動物合作組織 (OIE) 指定的參考實驗室,研究成果深受國際肯定,現在實驗室裡還常看到前來取經交流的外國學子。除了專注,羅竹芳也絕不藏私,一有新發現,就迫不及待地將最新實驗結果公布在一流國際學術期刊。翻開《國際病毒學》雜誌,曾在半年內刊登了羅竹芳論文達五篇之多。

她說:「我習慣在同一期刊上發表論文,除了累積實力,也希望讓讀者追蹤我的研究。」她的白點病毒經典論文是該領域被國際引用次數最高的論文之一;這樣傑出的學術表現,讓她得到 2001 年國際經典引文獎 (ISI)。期刊編輯還曾對不藏私的羅竹芳建議:「不需要將基因序列公布得如此清楚,這可是關鍵技術呢!」

甚至當開發出檢測病毒的試劑組時,羅竹芳只以極低廉的價格,便把技術移轉給民間,不求個人利益,只求能造福台灣的蝦類水產養殖戶。為了推廣病毒檢測試劑,身為不諳台語的客家女兒,羅竹芳還特地請學生寫好羅馬拚音的「小抄提示」,讓她可以下鄉當面跟蝦類水產養殖戶溝通。

2013 年 9 月,羅竹芳接任成功大學生物科學與科技學院院長,主要也是為了在南台灣成立台灣唯一的種蝦養殖中心,以裨台灣與亞洲學術研究同業有不虞匱乏的研究材料。

回歸初心,為何走上科學這條路?

如此傑出的女科學家,歷經過什麼樣的成長脈絡?

她的夫婿王重雄教授 2012 年剛從台大昆蟲系退休,當年王重雄還是輔大助教時,帶過羅竹芳的實驗課,之後兩人締結良緣,並一同在輔大生物系服務。羅竹芳說:「我們在同一個辦公室工作十五年,直到我轉任台大為止……我們是最佳合作夥伴,他的巧手跟我的分析能力,是絕佳的搭配。」

當年剛完成碩士學業回系上擔任助教的王重雄,對羅竹芳這位學生的第一印象是「這位小女生,實驗報告寫得有條不紊,圖畫得真好!」

羅竹芳把她今日的學術成就,歸功於兩個生命中的重要人物。一位是他的中學理科老師,「中學時,老師十分欣賞我的實驗報告,打趣地跟我說:『你以後有機會拿諾貝爾獎!』這對我是莫大的鼓勵,驅使我堅決地走上這條奮鬥之路。」

另外一位生命中的重要人物,則是父親羅富生。羅父畢業自日本中央大學,是新竹中學傳奇校長辛志平的左右手,與辛校長一樣崇尚自由開明的教育理念。這位影響女兒至深的羅主任頗具俠氣,在二二八事變期間,勇敢地保護學校的外省籍教職員安全。竹中校友、諾貝爾化學獎得主李遠哲博士回憶當年還記得,羅主任特別從竹東挑來一百斤白米資助躲在學校裡的外省人。

畢業自竹中的詩人鄭愁予也回憶道,當年二二八事變時期,群眾聚集於辛校長東門街宿舍滋事,羅富生一夫當關,如俠士般地擋在門口,義正辭嚴地說服群眾離開。

兒時記趣,就這麼挖了一個「池塘」

猶記年幼時,羅竹芳羨慕辛校長家的大池塘,一日夥同弟妹在家裡挖了一個池子,灌了水、放了魚,羅主任回家才發現子女的傑作,依舊笑嘻嘻地任由子女們恣意胡鬧。童年溫暖的家庭生活,讓羅竹芳回憶起來總是忍不住微笑。

喜歡池塘?那就自己動手挖一個吧!圖/GIPHY

轉眼,現在的羅竹芳年逾耳順,望著修復成紀念館的辛校長故居,回憶起「後庭的那條木板長廊最有特色,我老愛坐在長廊邊,懸著腿看著樹上芒果,眼巴巴地期望它掉下來,就是這棵芒果樹,」羅竹芳接著說:「我小時候就喜歡生物,總是跟辛校長的女兒一起在後院玩耍,結果我們兩個都走上生物學研究這一行。」

就是這樣正直、開明、溫暖的成長氛圍,讓羅竹芳有了最佳的身教與快樂的童年。承襲父親的道德勇氣,羅竹芳在 2005 年剛接任台大生命科學院院長之際,家人都十分擔憂,認為剛直的她將會碰得頭破血流。結果她的行政服務與實踐能力深獲好評,連任兩屆院長。羅竹芳感念地說:「這也必須歸功於小時候常常坐在客廳,聽父親跟辛校長聊天談如何辦教育、執行行政工作的功勞。」

跨域學習吧!只要有心就能去理解

羅竹芳特別鼓勵學子們進行跨領域研究,對選修她通識課程的台大外文系學生說:「莎士比亞的作品那麼難,你們都能流暢閱讀了,何況是生物學!」在課程中,她以《羅倫佐的油》(Lorenzo’s oil) 詮釋說明:只要有心,所有人都可以對生物學有相當的理解;如同羅倫佐的父母,為了救孩子,在很短的時間內自我學習,更進一步突破傳統的角度,以「水管阻塞」原理來思考人類代謝的異常,最後發明「羅倫佐的油」,還創立「髓磷脂修復計畫研究室」,造福全球廣大病友。

羅倫佐的父母為了愛子自學,真實事蹟後來被改編成知名電影。圖/imdb

對於子女,羅竹芳也是抱持著盡可能尊重其選擇的態度,而不盲目迷信國外知名大學;一對兒女均在台灣完成博士學業後,走入生物學領域學術研究。換言之,這個學術家庭的專業訓練與養成,幾乎都在台灣完成,也貢獻所學於斯土。

遺傳到母親慧黠大眼的女兒王涵青,先就讀公共衛生,碩士時期鑽研海洋,最後也在台大生科所完成博士學位,接著投入蝦病毒研究,近期因在蝦子類抗體分子的創見與發現,備受學界矚目。她一臉認真地說:「我們全家人回家可以合開一個小型學術會議。」而羅竹芳更是欣慰地表示:「她已經超越我了。」

舊地重遊,望著年幼時曾令羅竹芳羨慕不已的辛家池塘,數十載未見,她歡喜又感嘆,不忍離去地說:「這是當初那個池塘嗎?怎麼這麼小!」其實當年那泓鯉魚悠游的水池並沒變小,而是多年前那位小女孩長大了;不但開枝散葉,更把在這裡所受的身教、言行與美好傳承下去。

兒時的羅竹芳目睹這池塘的美,於是親自動手實踐挖了一個水池;而今這位對抗蝦白點症病毒的女科學家,如同幼時在原本空無一物的起始點,創建出台灣蝦病毒的研究重鎮——台大「甲殼類病毒研究室」。如同她的信念與初衷,人生勇於走這條充滿挑戰之路,一切是因她的學術理念:「在荒漠裡也可發現美好。」

註解:

  1. 哥帝爾斯結 (Gordian Knot) 指十分困難、無法輕易解開的難題。傳說小亞細亞古國佛里幾亞 (Phrygia) 國王哥帝爾斯 (Gordius) 曾經做了個極複雜的繩結 (knot),號稱誰能解開這個結,就會成為整個東方世界的主人,結果亞歷山大帝 (Alexander the Great) 一劍劈開了這個結。「cut the Gordian Knot」也被用以形容以果敢或非常手段迅速解決難題。

 

本文摘自《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界》,2013 年 12 月,遠見出版。

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《Nature》盤點:2019 年度照片大賞

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事件視界望遠鏡合作組織 (The Event Horizon Telescope collaboration) 於四月首次公開黑洞的事件視界影像。圖片來源:Nature@ETH Collaboration

2019 這一年,除了人類首次捕捉到黑洞影像外,也捕捉到了微觀世界中生物的新奇影像,以及氣候變遷的不祥跡象。《Nature》雜誌精選了十張令人印象深刻、值得反思的科學界及自然界照片,讓我們來一探這些照片背後述說的故事吧!

一、用科技模仿人體奧秘

圖片來源: Nature@Benoit Charlot/CNRS/IES Univ. Montpellier/Labex NUMEV

法國研究人員在矽晶圓上雕刻了一個微流控室的迷宮,以模仿循環網絡中的血液流動。 法國蒙彼利埃大學的生物物理學家 Benoît Charlot 使用掃描電子顯微鏡拍攝了此圖像。

二、細胞世界的相似相異

圖片來源:Nature@Carly Ziegler, Alex Shalek, Shaina Carroll (MIT) and Leslie Kean, Victor Tkachev and Lucrezia Colonna (Dana-Farber Cancer Institute)/Wellcome Photography Prize 2019

圖片圓圈中的每個小點代表恆河猴的一個細胞,而此處有 100,000 個細胞。具有相似性狀的細胞聚集在一起,每種顏色代表不同的組織,如胸腺和淋巴結(藍色)、骨髓(紅色)。

三、世界上最小號的「喇叭」

圖片來源:Nature@Dr. Igor Siwanowicz

喇叭蟲 (Stentors) 為單細胞淡水原生動物。 這張照片是霍華德·休斯醫學研究所 (Howard Hughes Medical Institute) 的研究員 Igor Siwanowicz 的作品,她將影像放大了 40 倍,並藉此獲得 2019 年 Nikon 小型世界顯微攝影大賽二等獎。

四、地球正如履薄冰

圖片來源:Nature@Florian Ledoux

攝影師 Florian Ledoux 使用無人機拍攝了東格陵蘭島海冰的空拍圖。冬季積雪少、春季熱浪來襲和陽光充沛的夏季,都導致格陵蘭島冰原正在大量融化。

五、相會在太空

圖片來源:Nature@Christina Koch/NASA

宇航員 Christina Koch 拍攝了聯盟號飛行器 (Soyuz spacecraft) 的畫面。當時飛行器載著她的 NASA 同事 Jessica Meir 接近國際太空站 ( International Space Station, ISS)。10 月 18 日,兩人進行了史上第一次只有女性的太空行走,以修復國際太空站上故障的電池。

六、龜殼內的身體探索

圖片來源:Nature@Teresa Zgoda & Teresa Kugler

這隻烏龜胚胎的螢光影像是 2019 年的 Nikon 小型世界顯微攝影大賽的獲勝者。顯微鏡專家 Teresa Zgoda 和 Teresa Kugler 攜手疊合了數百個約 2.5 厘米長的胚胎立體顯微鏡圖像,造就了這張唯美又令人驚嘆的烏龜胚胎照。

七、「振」出新視野

圖片來源:Nature@NASA

這幅合成的彩色圖像顯示了超音速美國 T-38 Talon 飛機發出的衝擊波。這是美國 NASA 的工作人員使用實驗技術從飛機上方所捕獲的視野,它展現了飛機行經造成的氣壓快速變化,會使人們聽到音爆。這些數據可幫助航空工程師設計更安靜的超音速飛機。

八、守護象群的女勇者

圖片來源:Nature@Brent Stirton/Getty

Petronella Chigumbura 是全女性反偷獵組織 Akashinga(可被譯做「勇者」)的成員。 她們在常發生盜獵大象事件的贊比西河谷 (Zambezi Valley) 的蓬蓬杜野生動物保護區 (Zimbabwe’s Phundundu Wildlife Area) 巡邏。

九、何以為家?

圖片來源:Nature@Morgan Bennett-Smith

一隻小丑魚在紅海中探索白化的海葵。像珊瑚一樣,海葵與藻類會形成共生關係,當海洋溫度過高時,這樣的關係會被破壞,導致海葵將藻類排出而失去原有的顏色。

十、一滴油脂識酒種

圖片來源:Nature@Stuart J. Williams

圖中這種網狀紋路來自於研究人員蒸發掉 1 微升 (μl,10-6 l) 波本威士忌後,其中的油脂所形成的紋路。 脂肪會溶解在高酒精濃度的烈酒中,但是加水稀釋後會使酒變渾濁。不同的威士忌酒種由於製程不同,會留下獨特的脂肪紋路。

加碼《Nature》編輯群私心推薦照片

在整理今年令人驚嘆的科學照片集同時,《Nature》雜誌的編輯們也各自私心推薦令他們印象深刻的畫面。以下是他們對這些照片的心得。

沉睡的海豹

圖片來源:Nature@Ralf Schneider

Jessica Hallett (《Nature》媒體助理編輯): 「在倫敦自然歷史博物館舉辦本年度的野生動物攝影師競賽中,我最喜歡的照片是『像威德爾一樣睡著』( ‘Sleeping like a Weddell’)。 在今年觀看了成千上萬幅令人心碎的氣候變化、破壞和心靈重創的圖像之後,這張捕獲了和平與純真的威德爾海豹 (Leptonychotes weddellii) 照片是一口清新的空氣。它重新激發我對自然世界的熱情。」

懸崖採蜜人

圖片來源:Nature@Kevin Frayer/Getty

Lizzy Brown(《Nature》媒體執行編輯): 「採集野生蜂蜜的人垂吊繩索在懸崖搖晃,周圍環繞著蜜蜂和煙霧,吸引了我的目光。 這些採蜜人是居住在中國南部的傈僳族人,冒著生命危險收集蜂蜜。儘管他們謹慎地避免一次收穫過多的蜂蜜,然而殺蟲劑濫用和全球暖化導致的蜂群數量下降,仍舊威脅了這個傳統。」

受傷的猩猩寶寶

圖片來源:Nature@Sumatran Orangutan Conservation via ZUMA

Nisha Gaind(《Nature》歐洲分部總編):「這是手臂骨折的小蘇門答臘猩猩 (Pongo abelii) Brenda 的 X 光顯像。保育工作者從印度尼西亞島的村莊中救出了她,據說被非法飼養為寵物。作為編輯,我們看過許多保育相關的照片,但是這幅圖片出於許多原因令我十分震驚:不僅是 Brenda 的骨骼形狀非常『人性化』,她的無辜與保育中心的盡心盡力,趨使外科醫生(而非獸醫)為她進行了手術。蘇門答臘猩猩高度瀕臨滅絕,並因棕櫚油種植的擴張而受到威脅。」

著火的樹

圖片來源:Nature@Philip Pacheco/AFP/Getty

Tom Houghton(《Nature》媒體編輯):「 這張長時間曝光的照片描繪了十月份遍及加州的野火,一棵正被野火肆虐的樹幹殘骸。破壞中蘊含抽象的美麗,讓我想起了 2010 年冰島伊亞菲亞德拉山火山爆發時的化面。」

鯨魚監獄

圖片來源:Nature@ITAR-TASS News Agency/Alamy

Amelia Hennighausen(《Nature》美國媒體編輯):「當野生動物被囚禁時,結局往往會很殘酷。這些白鯨 (Delphinapterus leucas) 和虎鯨於在 2018 年俄羅斯的無人機攝影中被發現。預計將被販售給中國的娛樂水族館,並且很可能縮短牠們的壽命。這些畫面促使國際社會呼籲釋放這些動物,並引起了俄羅斯政府最高層的關注。 2019 年 11 月,最後一批動物從『鯨魚監獄』獲釋,經過專家檢查後釋放回海中。多年來,我一直在查看動物走私、棲息地遭到破壞和物種滅絕的圖像,但是這個故事重啟我的希望,改變是會發生的。」

水滴裡的青蛙

圖片來源:Nature@Navesh Chitrakar/Reuters

Agnese Abrusci(《Nature》媒體編輯):「尼泊爾荷葉上一隻青蛙的影像是『蓮花效應』的絕佳例子。 蓮花效應指的是由於蓮花表面的奈米結構使其具有抗水、自我清潔的特性;小顆粒(在這種情況下為整隻青蛙 XD)會被水滴捕獲。在 1970 年代科學家就首次描述了蓮花效應,此後已有許多應用。 對我而言,這張圖再次闡述,模仿自然是人類進步最好的策略之一。」

本文編譯自:The best science images of the year: 2019 in pictures Nature 576, 354-359 (2019)

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以後月底不吃土,吃蟲?——以蟲為食(上)

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世界糧食存量拉警報,畜牧產品價格漸漸上漲,同時你的錢包君仍然過瘦的現在……農作物大敵秋行軍蟲還來「trick and treat」!

該怎麼辦呢?

何不試試吃蟲?順便消滅秋行軍蟲?!

能吃的東西這麼多,吃蟲是個好選擇嗎?

聯合國糧食及農業組織(FAO)報告指出,地球需要再增加目前糧食產量的 70%,才能供給 2050 年全球的 90 億人口。其中肉類年產量需增長 億噸以上,糧食安全存量才能達標。但是全球碳排過量的現在,我們已沒有餘力承受畜牧產生的碳足跡與環境影響了。
(2006 年出版的《畜牧業的巨大陰影》刊物提及,光西半球的養殖業就要消耗全球 85% 的大豆來製作飼料(Stamer 2015)。)

人越來越多,肉可能會因此而不夠吃,所以我們開始找尋其他蛋白質來源。圖/libreshot

為了提供未來十年預計增長的 2~3 百萬人口足量的蛋白質,科學家早已開始找尋不同蛋白質的來源:

  1. 黃豆、豌豆與花生等植物性蛋白:市面常見,發展成熟,但營養價值稍遜動物性蛋白。
  2. 微藻、螺旋藻:近幾年替代蛋白不錯的選擇。這兩種藻類除了成長快速;養殖方式對環境友善,還含有機能性成分。不過細胞壁較難消化,且種植過程容易受到重金屬汙染。
  3. 蕈類:方便種植、收成,消費者接受度高,但是蛋白質含量相對較低。
  4. 人造肉:近年興起,來自培養皿的人造肉則是訴求乾淨無汙染,不用施打抗生素,且沒有動物因此死亡,但是目前生產成本高,外觀與口感也因沒有脂肪散佈而與真肉有差異,影響消費者觀感與接受度。

那麼食用昆蟲呢?

昆蟲蛋白屬於動物性蛋白,含有完整的人類必需胺基酸,2013 年 FAO 的《可食用昆蟲》報告指出全球有約 28% 人口以各生長階段的昆蟲為食,其中有些地區將之當作飢荒食物(famine foods)——在糧食短缺的時候或雨季及時提供蛋白質,熱量,微量元素與維生素等營養。

常見的食用昆蟲種類與比例如圖。昆蟲種類多,可供食用的就超過1900種,來源豐富;應用廣泛,並且人類食蟲歷史早在聖經文獻中便可找到紀錄,因此部分蟲類被認為是傳統食品原料,甚至作為傳統醫學藥材。(Laura, R.. 2016)

再從養殖面來看,由於冷血動物需要的熱量較少,昆蟲「飼料換肉」的效益很高。養成一公斤雞肉需要 2.5 公斤飼料;豬肉要 5 公斤;牛肉則要 10 公斤,而一公斤的可食活蟋蟀,只要 1.7 公斤飼料,更甚者,部分昆蟲可以農產品廢棄物為食,不僅成本低,還可以減少剩食問題。此外,飼養過程中養殖場使用面積;水與殺蟲劑用量都較現行畜牧業少。

吃蟲可是好處多多,要不要來點蟲蟲啊。圖/wiki

綜上所述,食蟲符合了環境可持續性(sustainable),健康營養(healthy),經濟實惠(affordable),供應穩定(reliable),美味(palatable)五個要點(SHARP),因此,昆蟲被認為是傳統畜牧業的良好未來替代品。(Laura, R.. 2016)

你我都聽過的都市傳說:「吃到蟲就當作補充蛋白質!」所以昆蟲真的營養嗎?

圖 / 作者整理自食品營養成分資料庫與 Attila et al, 2017

上圖比較了常見的食用昆蟲與傳統肉品中的營養素。傳統肉品營養素比例相近,無論豬、牛、雞、魚肉,蛋白質都約占 20%,脂肪也都在 7 至 15% 之間。但是昆蟲的營養素比例變異卻相當大。若以營養價值指標(Nutrient Value Score)3比較蟋蟀、棕櫚幼蟲、黃粉蟲與常見肉類牛、雞肉,結果發現前三者更為健康,其他昆蟲則沒有顯著差異(Payne, et. al., 2016)。

德國科學家 Rumpold 與 Schlüter 曾在 2013 年整理了 236 種昆蟲的營養分析,並比較了各種昆蟲之間及昆蟲與傳統肉類的蛋白質、脂肪、纖維、碳水化合物與灰分含量佔比。以下根據是次研究成果分為蛋白質、脂肪與熱量、纖維三大類討論:

圖 / 作者整理自Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013)

1. 蛋白質

如前文所述,昆蟲有高品質蛋白,不過含量變異大。以囊括各種甲蟲的鞘翅目為例,平均蛋白質含量在 41%,範圍在 8.85~71.10% 之間。而昆蟲蛋白質與植物蛋白的品質相比,昆蟲蛋白質包含所有種類的必須氨基酸,且胺基酸組成完整,符合人體需求。此外,它的消化率約在 76~96% 之間,比植物性來源蛋白高,更只比牛肉(98%)、雞蛋(95%)低一些。

除了食用價值,以昆蟲飼養動物研究結果顯示,昆蟲蛋白質不存在限制生長的抗營養因子,且昆蟲蛋白可提高礦物質的生物利用率。而昆蟲蛋白衍生的機能性胜肽展現的抗高血壓、免疫調節、抗菌與抗氧化效果也開始受到注目,期望後續能應用在人體與動物營養、食品保存等領域。

2. 脂肪與熱量

昆蟲的熱量與傳統肉品相比,有過之而無不及,其中幼蟲與蛹的階段熱量又比成蟲高,範圍約在 217~777 kcal / 100g。脂肪含量範圍則從 7~77% 不等,並含有豐富的單元與多元不飽和脂肪酸。其中包含的亞麻油酸與次亞麻油酸,為人體合成 DHA 之前驅物質。1有一些昆蟲脂肪還有功能特性,例如黑水虻幼蟲含有的月桂酸和月桂三甘油酯具有的抗菌,病毒效果,也有機會應用於食品保鮮或製作機能性成分。

3. 纖維

昆蟲纖維含量在 0.1~29% 不等,最常見的形式是存在於昆蟲外骨骼中的不溶性幾丁質,在人體腸道中難以消化,可當作膳食纖維。鐵、鋅與鈣的含量較牛、豬或雞肉多,也含有維生素 B 群,A、D、E、K 與維生素 C,很適合當作日常營養補給的營養來源(Kouřimská, et. al.,2016)。2

現今昆蟲食品所面臨的障礙:食蟲百利,法律規範、大眾知識卻還沒跟上

許多國家現在仍有食蟲習慣,但是不少已開發國家並不樂見昆蟲出現在食物裡,且將蟲類視為病菌傳染媒介,立法限制食物中昆蟲殘骸和蟲卵汙染量。如美國食品藥物管理局規定每 100 公克巧克力中不得含有超過 60 片昆蟲碎片;咖啡豆所含的昆蟲量不得超過 10%;果汁飲料中不得含有超過 5 顆蒼蠅卵等,讓昆蟲食品上市面臨限制。

也有國家認為昆蟲是新穎性食品或食品添加物,要進一步變成能上市販售的普遍食品材料,要配合微生物,化學與環境等多方面研究,進行風險評估核可與制定相關的法規作規範管理。

想嘗試食用昆蟲?蜜蜂相關產品可以是你的第一步。圖/pxfuel

近期美國已准許販售整隻昆蟲,但是新型昆蟲衍生產品則被視為食品添加劑,需進行成分安全評估。歐盟雖較嚴苛地將食用昆蟲視為新穎性食品規範,但是盟內各國步調不一,不少接受度高的國家皆放寬處理,如比利時、德國與荷蘭已有昆蟲食品於市面上販售。台灣雖然批准 11 項昆蟲及其來源製取之原料可做食品原料使用(包括花粉、紅蚯蚓、蜂王乳、蜂王漿、蜂蛹、蜂蜜、蜂膠、蜂膠樹脂、蜂蠟、擬黑多刺蟻及蠶絲蛋白)但對昆蟲蟲體相關產品尚無法規規範,未來也不排除歸類於新穎性食品。

除了分類管理問題,產業經營也有許多要注意的地方:

  1. 昆蟲來源:若是採野外捕捉方式,就必須考慮永續經營;人工飼養則要有相關技術與配套的隔離方法,避免以昆蟲為媒介的傳染病,並控制蟲子熟成步調一致,穩定品質,才能形成大規模產業。而且無論以哪種方式取得昆蟲,都得注意環境中可能產生的重金屬污染與藥劑殘留。此外,來源與產地都將牽動全球的昆蟲貿易與產業鏈發展,不可輕忽。
  2. 飼料:應避免同種加工蛋白質餵養的風險,以免類似普利昂蛋白引發狂牛症,或是儲存不當的有機廢棄物產生質變等問題。
  3. 加工製造:得了解食用昆蟲的鑑定與食用方法等知識,預防攝入部分昆蟲含有的天然毒素;未去除足部的蚱蜢或蝗蟲引起的腸胃不適等風險。不同蟲體的物化特性直接影響到加工方式,還有萃取與濃縮後須了解食用安全性。
    另外,昆蟲蛋白可能還摻假問題,如額外使用皮革粉、羽毛粉等,蛋白含量高不等於動物源蛋白含量高。
  4. 產品推廣與食用注意事項:畢竟多數人沒有食蟲習慣,甚至對昆蟲充滿陌生與恐懼,因此上市前的感官品評與營養價值分析很重要,食品規範、包裝規範也需建立準則。尤其要注意昆蟲與許多其他節肢動物(如蟎蟲、甲殼類動物及軟體動物等)為類似過敏原,應標示可能產生過敏的訊息。才能減少風險並博得消費者信賴。
    近年生命福祉意識抬頭,收成前讓蟲子挨餓的清腸步驟,或密集飼養等道德福祉議題,也都可能影響消費者對昆蟲食品的接受度。

本文討論了食蟲的各種優點;分析了昆蟲的營養價值;也提出了目前推動食用昆蟲面臨的問題,下篇〈吃蟲進行式:昆蟲食品的新奇之路——昆蟲會成為未來糧食革命的主力嗎?(下)〉將正式帶你了解為了讓昆蟲好吃,世界各地做了多少努力,現在世界各國又有哪些已上市的「含蟲食品」,也許你也曾吃過喔!

注解:

  1. 熱量多寡取決於脂肪的比例,脂肪酸組成的比例則受到種類、生長階段、飲食、環境溫度、休眠或遷徙有關。
  2. 除了測定方法與品種會影響到各項數值外,由於昆蟲的生命週期短,不同發育階段的同種昆蟲的營養組成都可能不一樣,飼料與產地造成的差異也較顯著。
  3. 營養價值指標(Nutrient Value Score):聯合國世界糧食計劃署開發,根據各種食物含有的營養素組成與微量元素含量為依據,以互相比較何種食用起來比較有益健康的一種評分工具(請參考附表,不同國家也會使用不同的評比標準)。

參考資料:

論文:

  1. Elhassan, M., Wendin, K., Olsson, V., & Langton, M. (2019). Quality aspects of insects as food—Nutritional, sensory, and related concepts. Foods, 8(3), 95.
  2. Kouřimská, L., & Adámková, A. (2016). Nutritional and sensory quality of edible insects. NFS journal, 4, 22-26.
  3. Laura, R.. (2016). Taste: The infographic book of food. Great Britain: Aurum Press.
  4. Jansson, A., & Berggren, Å. (2015). Insects as food-something for the future?.
  5. Musundire, R. (2014). Bio-active compounds composition in edible stinkbugs consumed in South-Eastern districts of Zimbabwe.
  6. Payne, C. L. R., Scarborough, P., Rayner, M., & Nonaka, K. (2016). Are edible insects more or less ‘healthy’than commonly consumed meats? A comparison using two nutrient profiling models developed to combat over-and undernutrition. European journal of clinical nutrition, 70(3), 285.
  7. Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013). Nutritional composition and safety aspects of edible insects. Molecular nutrition & food research, 57(5), 802-823.
  8. Stamer, A. (2015). Insect proteins—a new source for animal feed: The use of insect larvae to recycle food waste in high‐quality protein for livestock and aquaculture feeds is held back largely owing to regulatory hurdles. EMBO reports, 16(6), 676-680.

報導:

  1. 吃蟲救地球?歐盟從食安、飼料管理、戴奧辛殘留到動物福利,都需規範〉,上下游
  2. The connoisseur’s guide to edible insects,Western
  3. Cricket Protein: the New Food Frontier Is Here Already, CRICKSTER
  4. 未來新食機——食用昆蟲發展的 4 項觀察〉,經濟部技術處
  5. 全世界有 20 億人口把昆蟲當食物的一種,他們會是未來食物新趨勢嗎?〉,關鍵評論網
  6. 蠶蛹作為動物性蛋白質飼料原料之安全性評估〉,苗栗區農業專訊第 83 期
  7. 251 萬噸的豬料市場空間,昆蟲蛋白為何難以進入?〉,南方農村報
  8. Insects as a more sustainable protein source, By
  • 文字編輯/翁郁涵

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吃蟲進行式:昆蟲食品的新奇之路——以蟲為食(下)

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在〈月底又要吃土了嗎?以後你可能有營養新選擇:吃蟲!——昆蟲會成為未來糧食革命的主力嗎?(上)〉我們已經認識了吃昆蟲的各種優缺點,儘管法規與風險都還需審慎研究,但看來新穎昆蟲食品進入市場是板上釘釘了。

身為什麼都吃什麼都不奇怪的亞洲人,對吃蟲也許不陌生,然而你的印象是否只停留在旅遊節目中,一盆盆粗曠的炸蟋蟀、蟬、竹蟲、田鱉、螞蚱或蠶蛹呢?

你說你不吃蟲,但你早就吃過啦!圖/needpix

其實很多蟲子已經不知不覺的進入你我口中,像是作為食品添加物在糖果、飲料或是果醬中;萃取自胭脂蟲血液中的胭脂紅色素,或是被中醫拿來入藥的的三百多種昆蟲(許多人懼怕的小強也是其中之一),還有雷根糖外層原料——吸附在樹枝上的膠蟲。但是要讓昆蟲加入日常飲食行列中;還要有競爭力,又是另一回事了。

為了讓昆蟲進入你的胃,卯足全力 72 變的食品加工

雖然不陌生,但張牙舞爪的昆蟲上桌,對大多數人而言仍是惡夢,高營養價值的誘因是否大過消費者的感官衝擊,任誰也不說不準。因此面對 FAO 真誠推薦的蟲蟲食物,食品加工業將你想得到想不到的料理方法都用上了。在決定吃不吃之前,我們可以先認識牠們從「新鮮昆蟲」到「昆蟲食品」各階段的樣貌與可能經過的歷程。

第一步:昆蟲的原味

品嚐食物的兩大重點無外乎口感、外觀與風味。昆蟲的外骨骼可以帶來酥脆口感,蛹、幼蟲(毛蟲)和若蟲則因幾丁質含量較少,少了口感;人體卻較易消化。昆蟲外殼上的顏色並不影響風味,加工過後亮麗的顏色通常都會改變(Kouřimská,et. al., 2016)。而昆蟲的風味主要來自蟲體表面的費洛蒙,不同生長的環境與飼料,便會有不同的風味,若經過加工更會再次改變。

食用昆蟲分類及其味道參考表 (資料來源 Ramos-Elorduy, 1998)

可食用昆蟲分類及其味道
可食昆蟲種類英文名 可食昆蟲中文名 嚐味與風味
Ants, termites 螞蟻、白蟻 甜味,杏仁堅果風味
Larvae of darkling beetles 黃粉蟲 全麥麵包
Larvae of wood-destroying beetles 毀木甲蟲的幼蟲 帶皮、含脂肪的牛胸肉味
Dragonfly larvae and other aquatic insects 蜻蜓幼蟲和其他水生昆蟲 新鮮魚味
Cockroaches 蟑螂 磨菇味
Striped shield bugs 條紋盾蟲(椿象) 蘋果味
Wasps 胡蜂 松子味
Caterpillars of smoky wainscots, Corn earworms 黑烟壁板蛾幼蟲(毛蟲)、玉米穗蟲 生玉米味
Mealybugs 粉介殼蟲 炸馬鈴薯味
Eggs of water boatman 松藻蟲(仰泳椿)的卵 魚子醬
Caterpillars of erebid moths 蛾類的幼蟲(毛蟲) 鯡魚味
Treehoppers 角蟬 酪梨與炸櫛瓜味

 

第二步:基礎加工

目前除了常見的熱風烘乾、烘烤、油炸、蒸煮,微波、冷凍乾燥、磨粉、萃取或是水解等更精細的加工方式也已被運用在昆蟲身上。嘗試這麼多種方法來開發,都是為了降低食用過程帶來的不適感或恐新症,或是增加營養價值、人體的吸收效率。1

第三步:進階加工

雖然經過基礎加工,昆蟲已經可以食用,但多數昆蟲直接攪打後會成為黏糊液體,容易腐敗,不方便繼續加工。此外,昆蟲的高含量蛋白質容易水解變質與產生褐變現象;脂質則容易氧化酸敗產生臭味。因此想讓昆蟲食材有更多的利用空間,需要再加工製成蟲粉、萃取乾燥或脫脂以增加保存期限2,也順勢減少儲存空間、成本,利於食品工廠應用。

另一方面,也有人開始研究以昆蟲製油。昆蟲脂肪酸比例受品種,生長階段等因素影響,因此可分為在室溫下為液體的昆蟲油;與如奶油般固態的昆蟲脂肪,前者不飽和脂肪酸比例大於 60%,後者則有 57-75% 較高含量的飽和脂肪酸。這樣的多元性使昆蟲有更多開發為油類產品的空間,如美乃滋,油醋醬,油炸油,抹醬與烘焙用油等。

第四步:包裝

昆蟲含不飽和脂肪酸,保存溫度超過 40℃ 時油脂易氧化而分解產生高揮發性化合物,導致酸度下降同時產生不好的酸臭味。因此現行昆蟲食品多透過真空包裝、充氮氣或二氧化碳包裝避免油脂氧化,減少儲存期間微生物孳生,提升產品整體接受度並延長保存期限。不過有一點要格外注意的是,若用裝過穀物的容器反複盛裝昆蟲會交叉汙染產生黃麴毒素(Musundire et. al., 2014),因此要嚴格隔離兩種食材。

走在世界最前線的新穎昆蟲食品

近年不少新創廠商相繼推出昆蟲食品品牌,有些從飼料開始便經過有機、產地明確、環境友善認可,有些主打符合 HACCP 製程、無人工添加物,有些以不使用傳統肉品、高蛋白質含量、素食者可食3等優勢成功進入食品市場。這些新創食品搭配清新鮮明的包裝,與調整後較為現代的口味,視覺與味覺上都讓人躍躍欲試。

如果沒有標示,這義大利麵條根本不會讓人聯想到竟是以食用昆蟲作原料吧。圖/pexels

不過面臨客群開發與接受度不高的障礙,消失的品牌也不在少數。唯有持續做好消費者溝通、產品開發與品質管理才有辦法讓品牌能永續經營。

除了新創小型食品廠商,也有大型經銷商與貿易商開始出口東南亞昆蟲到歐美加工,這些廠商開發的昆蟲食品形式以完整包裝的調味昆蟲;昆蟲粉與含昆蟲粉的高蛋白粉;蛋白能量棒、堅果棒最為常見,其次則為烘焙食品預拌粉、義大利麵等。其他特色食品則有昆蟲脆餅、昆蟲巧克力、昆蟲棒棒糖、昆蟲酒精飲料、昆蟲漢堡肉與昆蟲三明治內餡等,別出心裁的產品不在少數。

台灣某些夜市可以找到炸蟋蟀的蹤跡喔!圖/wikimedia

相較於各國,台灣雖然還保有食蟲的文化,但是現今食用的人少,且新穎昆蟲食品開發起步較晚,研究重點多半放在以昆蟲製造飼料供給畜牧業。像是蠶桑產業的副產物蠶蛹,不僅蛋白質與脂肪含量高,還有抗菌胜肽及幾丁質,可改善體內菌叢生態;提高動物腸道吸收能力及促進健康,減少動物染病的同時,也減少使用抗生素,一舉數得。更棒的是,蠶桑產業全程多為無毒栽培管理,生產過程不會排放有害物質,蠶蛹也沒有農藥及重金屬殘留疑慮,比起額外飼養蟋蟀,蚱蜢或黃粉蟲等更有經濟效益。以蠶蛹作動物蛋白質飼料,可說是兼顧農業生產安全及環境永續發展典範。

生魚片壽司剛傳入西方國家時,也曾引起眾人的驚嚇與恐懼,然而,現在生魚片壽司卻已成為亞洲代表性食物之一,昆蟲食品又怎麼會沒機會與生魚片壽司一樣,成為廣為世人接受的食物呢?其實大多數昆蟲食品新創團隊都希望這些昆蟲食品能讓更多人加入食用昆蟲的行列,為環保盡一份心力。所以下次出國旅遊若碰到超商陳列的昆蟲食品,試著鼓起勇氣嘗試一下;減碳愛地球吧!

附錄:世界各地新穎昆蟲食品與品牌一覽表

產地 品牌 產品內容
澳洲 The Cricket Bakery 各式蟋蟀烘焙產品預拌粉
Grilo Protein 蟋蟀乾與粉末與各式風味蟋蟀蛋白粉、能量棒等
GrubsUp 蟋蟀能量棒、蟋蟀乾與粉末
Hoppa Foods 蟋蟀粉末、含蟲粉義大利麵
Leap Protein 蟋蟀粉能量棒與粉末
奧地利 Die Wurmfarm 活體黃粉蟲、麵包蟲醃漬與烘乾食品、麵包蟲脆片、浸泡酒與寵物零食、養殖場參觀、養殖套組
Insekten Essen 蟋蟀,黃蟲,黃粉蟲與水牛蠕蟲乾
比利時 Beesect: Beetles Beer 添加甲蟲蛋白釀製成的 啤酒
Goffard Sisters 添加麵包蟲粉的義大利麵
Kriket 添加蟋蟀蟲粉的堅果穀物棒
Nimavert 黃粉蟲粉、添加黃粉蟲粉的炸丸子與義大利餃
捷克 Sensbar 蟋蟀粉,蟋蟀粉能量棒與蟋蟀粉脆餅
丹麥 Crickster 冷凍乾燥蟋蟀(粉)、冷凍乾燥水牛蠕蟲(粉)、罐裝調味昆蟲
Syngja 含蟋蟀粉的瓶裝蔬果汁
Wholi food 蟋蟀與水牛蠕蟲粉末與能量棒,蟲粉點心
芬蘭 Entis 蟋蟀巧克力
法國 Ïhou 各式風味蟋蟀蛋白粉,無麩質蟋蟀扁豆脆片
Insectes Comestibles 各式調味昆蟲與浸泡酒,包含蟋蟀、螞蟻、蠍子、蜘蛛、蠶蛹與黃粉蟲
Jimini’s 為歐洲最大經銷商,產品面向廣,包含蟋蟀、蚱蜢、水牛蠕蟲與黃粉蟲所做的調味點心,能量棒、義大利麵、烹煮用半成品等
德國 Brento 含水牛蠕蟲麵包預拌粉
Bold Foods 含 30-40% 水牛蠕蟲與 30% 的蔬菜所做成的漢堡肉餅
Bug Foundation 以 45% 的水牛蠕蟲與大豆蛋白混和物製成的漢堡肉餅
Isaac nutrition 添加水牛蠕蟲的高蛋白粉,也是歐洲第一間添加昆蟲高蛋白粉
Imago insect products 添加蟋蟀的義大利麵醬、三明治內餡、漢堡肉餅、麵包預拌粉、脆餅、穀物棒與蟋蟀粉
Snack Insects 冷凍乾燥的水牛蠕蟲、蟋蟀、黃粉蟲(粉)、蚱蜢,含昆蟲的棒棒糖、巧克力、早餐穀片、義大利麵、能量棒
加拿大 Bite Snacks 蟋蟀粉各式風味蛋白粉、能量棒等
Näak 蟋蟀粉能量棒
美國 Exo 添加蟋蟀的蛋白粉與能量棒、調味蟋蟀與蟋蟀粉
Bitty Foods
Aketta
Bud’s Cricket Powder
Chapul
Seek
Critter Bitters 蟋蟀製成的調酒用苦精
Cricket Flours 烘烤的黃粉蟲與蟋蟀、添加蟋蟀的布朗尼與餅乾預拌粉、蟋蟀風味鹽
Don Bugito 昆蟲零食、如巧克力、棒棒糖與綜合堅果
Hotlix
日本 原田商店 甘露煮蟋蟀、蜜蜂幼蟲罐頭
TAKEO 田鱉萃取物製成的風味飲料(Tagame Cider)、添加蟋蟀與蠶蛹調味香鬆
台灣 Good Mall晁陽綠能 蟋蟀餅乾
中國 好醫生藥業集團 美洲大蠊(蟑螂)萃取物製作的中藥
青島新農康源生物工程有限公司 黃粉蟲油

 

注解:

  1. Elhassan et al. (2019)整理了近年有關昆蟲作為食品的研究,以下舉兩個加工法與風味變化的例子給大家參考:水煮蟋蟀時使用新鮮蟋蟀會比冷凍蟋蟀更有鮮味、甜味與鹹味,不過水煮或漂洗通常會使之失去昆蟲費洛蒙的天然氣味。2.蒸煮與水煮的黃粉蟲可保存完好的形狀且較多汁,會帶有蒸熟玉米與烹煮過的磨菇的香氣。烘烤方式煮成的黃粉蟲則有較佳的硬脆度,帶有油脂,海鮮,烘烤過的芝麻味與甜香味。
  2. 當水分含量降低到 5-10% 時,微生物便不易孳生,可抑制大部分的裂變反應,不過乾燥的蟲體不管是直接磨粉或是經過萃取再乾燥成粉末,都需考量到粉體的分散性與溶解度,保水或是保油力,復水後的流變等物理化學特性,才有辦法再進一步應用在更多種類的產品。脫脂可以防止脂肪氧化導致品質裂變,且不會影響到脂肪酸比例,卻會影響到萃取量與油脂組成。另外,無論水相萃取、有機溶劑萃取或是超臨界流體萃取,都各有缺點,需要再進一步精製處理。
  3. 基於「蔬菜上難免殘留菜蟲」的觀點,也有廠商推廣素食者可以昆蟲食品作為營養補充品。

參考資料:

論文:

  1. Elhassan, M., Wendin, K., Olsson, V., & Langton, M. (2019). Quality aspects of insects as food—Nutritional, sensory, and related concepts. Foods, 8(3), 95.
  2. Kouřimská, L., & Adámková, A. (2016). Nutritional and sensory quality of edible insects. NFS journal, 4, 22-26.
  3. Laura, R.. (2016). Taste: The infographic book of food. Great Britain: Aurum Press.
  4. Jansson, A., & Berggren, Å. (2015). Insects as food-something for the future?.
  5. Musundire, R. (2014). Bio-active compounds composition in edible stinkbugs consumed in South-Eastern districts of Zimbabwe.
  6. Payne, C. L. R., Scarborough, P., Rayner, M., & Nonaka, K. (2016). Are edible insects more or less ‘healthy’than commonly consumed meats? A comparison using two nutrient profiling models developed to combat over-and undernutrition. European journal of clinical nutrition, 70(3), 285.
  7. Rumpold, B. A., & Schlüter, O. K. (2013). Nutritional composition and safety aspects of edible insects. Molecular nutrition & food research, 57(5), 802-823.
  8. Stamer, A. (2015). Insect proteins—a new source for animal feed: The use of insect larvae to recycle food waste in high‐quality protein for livestock and aquaculture feeds is held back largely owing to regulatory hurdles. EMBO reports, 16(6), 676-680.
  9. J. Ramos-Elorduy. 1998. Creepy Crawly Cuisine: The Gourmet Guide to Edible InsectsPark Street Press, South Paris.

報導:

  1. 吃蟲救地球?歐盟從食安、飼料管理、戴奧辛殘留到動物福利,都需規範〉,上下游
  2. The connoisseur’s guide to edible insects,Western
  3. Cricket Protein: the New Food Frontier Is Here Already, CRICKSTER
  4. 未來新食機——食用昆蟲發展的 4 項觀察〉,經濟部技術處
  5. 全世界有 20 億人口把昆蟲當食物的一種,他們會是未來食物新趨勢嗎?〉,關鍵評論網
  6. 蠶蛹作為動物性蛋白質飼料原料之安全性評估〉,苗栗區農業專訊第 83 期
  7. 251 萬噸的豬料市場空間,昆蟲蛋白為何難以進入?〉,南方農村報
  8. Insects as a more sustainable protein source, By
  • 文字編輯/翁郁涵

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肌肉肝醣的多寡,決定耐力體能的好壞:認識運動關鍵營養成分「醣類」

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  • 作者/郭家驊,台北市立大學體育學院院長

研究顯示:耐力體能好的人,死亡率較低,而影響耐力體能的因素有哪些呢?本期 ILSI Taiwan 專欄邀請台北市立大學體育學院院長郭家驊特聘教授撰文,解析運動關鍵營養成分──「醣」,並一步步串聯起它與「肌肉肝醣」、「耐力體能」、「死亡率」之間的層層關聯,最後提出能增加肝醣儲存、改善身材的具體建議。如此生活化的精彩內容,千萬別錯過!

運動關鍵營養成分—「醣」,與「肌肉肝醣」、「耐力體能」、「死亡率」之間的具有高度關聯性。圖片來源:Pornsawan Sangmanee

耐力體能好,存活機率高 

國際著名的醫學期刊《美國醫學會雜誌》( The Journal of the American Medical Association, JAMA ) 早期的大樣本研究結果顯示,人體運動耐力的好壞可以預測未來的存活機率。

此研究設計為每五年測量一次受試者的耐力體能,發現未來死亡率由低到高的群體依序為:維持好耐力者、耐力退化後恢復者、兩次檢測耐力皆較差者,無論是 20-40 歲、 40-50 歲、 50-60 歲到 60 歲以上等不同年齡的群體均呈現一致的結果,死亡風險的差距可由 4 倍(60 歲以上)到 10 倍(20-40 歲)。

而決定耐力體能的兩大營養因素為:水分肌肉肝醣,本文僅討論後者。

肌肉肝醣的多寡,決定耐力體能的好壞

人體肌肉在安靜狀態下主要以消耗脂肪組織的「脂肪」為主,而在運動過程中肌肉則以大量消耗「三磷酸腺苷( adenosine triphosphate, 以下簡稱 ATP )」為主。支撐 ATP 快速生產的能源主要來自於肌肉內儲存的肝醣 ( glycogen ),雖然血糖也會在肌肉快速收縮時加速滲入肌肉內,但細胞膜轉運過程較慢,仍緩不濟急。

肝醣的優勢在於它已儲存在細胞內部,當氧氣還來不及進入肌肉時,肝醣便可迅速分解為葡萄糖,透過無氧代謝快速釋放能量,以維持肌肉內 ATP 濃度恆定,使肌肉在高速挑戰下仍可正常運作。相對的,脂肪無法在缺乏氧氣時分解,因此只能作為人體安靜狀態下的主要能源。在進行超過 1 分鐘的最大負荷高強度運動時,肌肉肝醣決定了耐力體能的好壞。

澱粉:補充肌肉肝醣的最佳來源

人體肝醣的結構與植物中的澱粉註1類似,都是由葡萄糖所構成。因此,要使運動後迅速恢復肌肉肝醣的最佳方法就是攝取澱粉。運動後要迅速恢復肌肉肝醣,澱粉比果糖的效果更好。由於肌肉對果糖的吸收運轉機制較弱,飲食攝取的果糖大部分被肝臟吸收,果糖對肌肉肝醣儲存的貢獻極小,故大多數市面上買到的果糖飲料並非補充肌肉肝醣的最佳來源。

高強度運動:促進肌肉儲存肝醣的能力

運動挑戰會使肌肉產生適應能力,即消耗肝醣能提高肌肉肝醣的儲存能力,對某些人而言,運動 2-3 天後的肌肉可增加 2 倍的肝醣儲存量。在飯後胰島素正常分泌的狀態下,人體內 85 %的葡萄糖會儲存到肌肉組織。因此,肌肉儲存醣的能力愈好,血糖控制的能力也愈佳。

一般休息、做家事,以及走路等相對靜態的活動對於肌肉肝醣的消耗可說是微乎其微。這些微量活動的過程,由於氧氣供應充足,肌肉主要消耗血液中來自脂肪組織的脂肪酸。因此,若要增加人體飯後的葡萄糖儲存空間以降低血糖,須要仰賴高強度運動,當挑戰的肌肉群愈多、強度愈高,將愈能避免飯後碳資源被儲存到肌肉以外的位置,如:脂肪組織與肝臟等,可達到「增加控制血糖能力」與「避免腹腰部肥胖」雙重目的。

「醣類/蛋白質的攝取比例」會影響壽命?

「高澱粉、低蛋白」的飲食習慣是沖繩居民長壽的秘訣。圖片來源:Blue Zones-Okinawa, Japan

醣類攝取的多寡是否會影響壽命?較有名的研究來自於百年人瑞比例極高的日本沖繩,當地人大多採取高澱粉、低蛋白的飲食模式。有趣的是,如果沖繩人移居日本本島生活,其原先心臟病與代謝症候群的保護效果便消失。在知名的動物隨機介入研究 ( Geometric Framework for Nutrition ) 也發現類似的證據,即獲得「高澱粉、低蛋白」飲食介入的動物壽命最長。

人體研究目前的主要限制在於,完全沒有隨機分組研究報告 ( Randomized control trial ) 能證明醣類(即澱粉類)攝取的比例是否會影響壽命,現有的人體研究證據多是以做完飲食問卷後進行分組,觀察各組在一段時間後的死亡率。

由於飲食攝取偏好也與許多其他影響死亡率的行為,如:教育水準、吸菸、家庭等具有高度相關,故不是最完美的科學證據。此外,追蹤時間不夠長的研究(小於 15 年),預測死亡率有效度將大打折扣,無法產生因果關係,不適合當成好的飲食建議依據。

目前只能說在觀察時間較長的研究中,高澱粉、低蛋白的飲食可能對處於體重慢速上升的年輕人與中年人是較好的選擇;至於過了 65 歲後體重開始下降的高齡者,若蛋白質攝取比例較高,未來死亡率則較低。但需注意的是,高澱粉飲食須搭配足夠強度的規律運動,如果每天採取高澱粉飲食卻不運動,則容易產生肥胖。

飲食須搭配適度的規律運動,才能達到健康與維持體重的功效。圖片來源:Lifestock, IPTC Photo Metadata

運動後盡快用餐,擁有肝醣儲存、改善身材雙重效果!

耐力體能為預測未來死亡機率的重要指標,而肌肉肝醣儲存的多寡會直接影響高強度耐力運動能持續多久(即耐力體能的好壞)。運動後迅速回補肌肉肝醣主要的食物來源為澱粉,是人類的重要主食,也是最能誘發胰島素分泌的營養源。

養成運動習慣,可使得這個合成機制移向受挑戰的肌肉組織,使肌肉組織能儲存較多的肝醣與蛋白質,同時使得其他組織,如:脂肪組織與肝臟的能源儲存相對減少,達到身材改變的效果。建議主餐前可先進行消耗肌肉肝醣的高強度運動,運動完及早用餐,儘量不拖延,若拖延用餐時間,增加肝醣儲存、改善身材的兩大效果將大打折扣。

註解

  1. 澱粉:為食物成分,最佳食物來源是「全穀雜糧」。
  • 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019年第8期《醣—運動關鍵營養成分》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔!
  • 作者/郭家驊│特聘教授
    美國奧斯汀德州大學運動營養學博士,現任台北市立大學體育學院院長、台灣運動營養學會理事長。研究領域為運動營養學、運動與肥胖專論、運動與新陳代謝等。

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為什麼被嚇到會整個僵住?果蠅研究發現是血清素幫了大忙

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想像一下你跟爸媽坐在客廳沙發上,突然,一個閃電雷劈秒停電!這時候,你和你爸媽一定會有一樣的反應:整個人嚇傻在原地不動,然後才慢慢移動去找手電筒在哪裡。

當我們受到驚嚇的時候,為什麼會整個人暫時僵住、動彈不得?哥倫比亞大學祖克曼心智、腦與行為研究中心的理查·曼 (Richard Mann) 博士會說:「這可跟血清素脫離不了關係!(*´∀`)~♥

血清素本人在此。圖/giphy

設計突發的環境刺激:突然關燈、突然地震

一般來說,我們比較常聽到大腦中的血清素濃度跟「調節心情和認知功能」有關:大腦中的血清素濃度低,跟憂鬱情緒、記憶力衰退有所關聯。不過今天我們不是要討論「大腦」中的血清素濃度,過去研究就有指出,由「運動神經元」釋放的血清素會影響果蠅和脊椎動物的運動速度。

理查的研究團隊為了要更了解血清素如何影響動物的運動速度,做了一系列的實驗。研究團隊分別把果蠅分成兩組,分別是「關燈組」與「地震組」,讓果蠅經驗到「突然的黑暗」和「地震來了!」的環境刺激。

「地震組」與「關燈組」,讓果蠅經驗到「地震來了!」和「突然的黑暗」的環境刺激。圖/參考資料 1

至於要怎麼製造「果蠅等級」的地震?理查團隊找來了同為哥倫比亞大學祖克曼研究中心的 Tanya Tabachnik 團隊設計、組裝客製化的儀器。他們創造一個非常微小、果蠅 size 的小空間,這個小空間下面裝著特製震動馬達。如此一來,就能夠調整馬達的力道來製造想要的地震規模。

接下來,研究團隊用 FlyWalker 這個由該團隊實驗室開發的 app 來追蹤果蠅的腳步,藉此監控果蠅的移動速度。於此同時,研究團隊也操縱果蠅在腹側神經索 (ventral nerve cord) 負責釋放血清素的神經元的活性。

果蠅的腹側神經索,可以類比到脊椎動物的脊髓。

因為血清素,嚇到就僵住

研究團隊發現,當果蠅經驗到意料之外的環境改變,神經系統會快速釋放血清素,讓身體暫時不動,來應對可能的威脅,並在上個月底發表在《當代生物學》(Current Biology) 期刊。這種「僵住」的行為在很多動物身上都可以看到:從果蠅,到魚,到人類都會。

研究團隊通訊作者理查·曼博士表示:「我們發現當果蠅遇到突發的環境改變而僵住的時候,血清素的功能就像緊急煞車一樣。這是因為血清素的釋放會導致動物兩腿關節變僵硬,進而使動物動彈不得。」

另外,研究團隊也發現,當研究人員激發會釋放血清素的神經元,會讓果蠅的移動速度慢下來;靜默相同的神經元會讓果蠅的移動速度變快。

當會釋放血清素的神經元被激發,血清素濃度升高,會讓果蠅的移動速度慢下來;反之則果蠅移動速度變快。圖/參考資料 1

在僵住之後?其實是為了下一步好好做準備

本文看到這裡,相信你會有跟我一樣的疑問,就是為什麼我們動物要有這樣的機制?嚇到會僵住有什麼好處嗎?

研究的第一作者克萊爾·霍華德說:「我們覺得這是很重要的,這可以讓果蠅蒐集更多跟環境改變有關的訊息,然後決定下一步該怎麼做。」

有趣的是,儘管「突然的黑暗」和「地震來了!」都會讓果蠅嚇到僵住,但在僵住之後的運動速度卻有顯著的差異。克萊爾補充說:「受到突然黑暗的驚嚇之後,果蠅的移動速度變慢且謹慎;不過地震會讓果蠅在僵住之後反而移動得更快!」

細細思考一下,果蠅有這樣的反應差異也算合理:坐在客廳沙發上你和爸媽,在秒停電的傻住之時,也會因為看不到身旁的環境而緩慢移動。

雖然說這項研究成果可能還不能延伸解釋到人類身上,但或許將來有一天,遇到地震的你,除了逃命跟發地震文之外,還可以想起這篇研究!ʕ•̀ω•́ʔ✧

「僵住」的這段時間可以蒐集更多跟環境改變有關的訊息,然後決定下一步該怎麼做!圖/Gellinger @pixabay

參考資料

  1. Howard, C. E., Chen, C. L., Tabachnik, T., Hormigo, R., Ramdya, P., & Mann, R. S. (2019). Serotonergic modulation of walking in Drosophila. Current Biology.
  2. Jenkins, T. A., Nguyen, J. C., Polglaze, K. E., & Bertrand, P. P. (2016). Influence of tryptophan and serotonin on mood and cognition with a possible role of the gut-brain axis. Nutrients8(1), 56.
  3. Why do we freeze when startled? New study in flies points to serotonin. ScienceDaily, 2019.11.27

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讓地球大氣層充滿氧氣的星球改造神器:藍綠菌──《藻的秘密》

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  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

想回到 37 億年前,你可能需要先準備好「氧氣裝備」!

想像你自己來到三十七億年前的地球,在地球從宇宙塵埃聚集成行星之後,已經過了約七億五千萬年。

你站在一座岩石火山島上,往四面八方望去,只見富含鐵質的綠色海水延伸到地平線那端。你所在的這座島嶼上沒有植物,也沒有可供植物生長的土壤。因為土壤中含有植物被分解之後產生的有機成分,然而在三十億年前,地球上還沒有植物。

戴上裝備,出發!圖/pixabay

你可能要像是水肺潛水者那樣攜帶氧氣裝備,因為那個時候的地球上沒有氧氣。事實上,你周圍的大氣是由一氧化碳、二氧化碳和甲烷混合而成,其中可能還有氫氣、氮氣和二氧化硫,或許會致人於死,不過至少溫度是宜人的。

雖然當時太陽的亮度只有現在的七成,但是有二氧化碳和甲烷為地球表面保溫。當時地球自轉的速度是現在的兩倍,所以日出之後六小時就日落,這可能會讓你驚慌失措。

那時候月球和地球的距離是現在的十分之一,讓月球看起來有十倍大,在天空中非常明亮。由於距離地球很近,月球造成的重力效應也很強,海面漲落潮差超過數百呎。你或許可以看到月球上的隕石坑,不過可能得看日子。

當時地球上的火山活動比現在活躍,經常會噴出火山灰和硫酸到大氣中。在清晨與落日時分,天空會呈現黃色和橘紅色。

37 億年前的地球沒有臭氧層,那還有生命存在嗎?

當時地球上的海水量是現在的兩倍,但是水分子一個個消失了,因為大氣中沒有氧氣,也就沒有臭氧層。

曾經有水的金星,現在乾燥無比。圖/wikimedia

在沒有臭氧層的狀況下,來自太陽的大批紫外線能毫不受阻攔地轟炸水,讓水分子分解成氫和氧。比較輕的氫原子很快地逸散到太空中,氧原子則馬上和水中的礦物質結合。在沒有臭氧層的狀況下,地球會朝著毫無生機的狀況進展。金星的命運便是如此,曾經有水的金星,現在乾燥無比。

不過這時候的地球有海洋,海洋中棲息著單細胞細菌,以及類似細菌的單細胞生物—古菌(archaea)。這些微生物和其他所有生物一樣,都需要能量才能運作,以及製造更多細胞的組成成分,以便分裂複製。

它們的細胞壁堅硬,因此不可能經由掠食其他同類來得到能量。不過它們可以把細胞壁外的硫化氫吸收到細胞內,經由化學反應讓硫化氫的電子釋放出來,再利用這些電子合成暫時儲存能量的分子 ATP(三磷酸腺苷)。細胞利用 ATP 和溶解在水中的二氧化碳合成有機化合物,包括生長和生殖所需要的胺基酸、蛋白質、脂質和醣類。

現在地球上依然有許多這類化學自營生物(chemoautotroph),它們生活在海底熱泉,或是黃石國家公園充滿硫的熱泉等這些極端的環境中。但是差不多在你拜訪古代地球的時候(或是前後一兩億年),一種新的細菌在太陽下演化出來了。

黃石國家公園中的大稜鏡溫泉,有些藻類會生長在這樣極端的環境中。圖/wikimedia

這種細菌漂浮在海面下附近,因為含有葉綠素和其他色素而呈現藍綠色。這些色素能吸收含有太陽能量的光子。藍綠菌用這些能量把水分解成氫和氧,產生電子,製造 ATP。然後它們就和化學自營生物一樣,利用 ATP 合成有機化合物,這個過程稱為光合作用。藍綠菌把氧氣當成廢棄物排出, 因此這過程稱為產氧型光合作用(oxygenic photosynthesis)。這是非常複雜的過程,就連今日的科學家依然還沒有解開這個機制的細節。

藍綠菌具備的功能讓它們繁榮昌盛。古菌和其他細菌只是到處飄盪,企盼能遇到它們各自喜愛的化學食物,但是這種新出現的生物並不是分解水中偶然才能遇到的成分,而是分解無所不在的水分子。藍綠菌只要在有陽光的狀況下就能進食,因此繁殖的速度非常快,而且持續產出氧氣。(在二十億年中)這些氧氣飄到大氣中,形成具有保護作用的臭氧層,讓我們的藍色行星免於籠罩於沉沉死氣之中。1

藍綠菌和閃電竟然也有共通之處?!

如果這還不夠厲害,有些藍綠菌種類還有比舞動它們的藍綠色身段更厲害的技術。

地球上的生物需要氮,DNA、ATP、蛋白質和其他生物所必須的化合物中都含有氮原子。地球大氣中一直有很多氮氣,但是氮氣(N2)中的氮原子彼此結合得很緊密,生物無法直接運用。而閃電的電壓高達一億伏特,這等或是更高的能量能夠打破氮氣分子,讓個別的氮原子和氫或氧結合,形成氨、銨鹽(ammonium)或硝酸鹽等把氮固定起來的分子。

閃電可以固氮,但是如果生命只能依靠閃電,就永遠無法登上陸地了。圖/pixabay

但是棘手的地方在於閃電雖然壯觀,卻無法大量產生這類分子。如果生命只能依靠閃電,就永遠無法登上陸地。正當此時,藍綠菌登場了。它們能做到和閃電一模一樣的事,只不過是在微生物的尺度下。

藍綠菌成為地球上主要的固氮生物(diazotroph)。幸好藍綠菌樂於分享,它所固定下來的氮有一半會排入水中,可以被細菌和古菌吸收。如果沒有具備固氮能力的藍綠菌,海洋中的生物形式將會非常簡單,而且數量也不多,只因固定下來的氮不足。

有創意的藍綠菌,讓自己在固氮時,不被氧氣擊倒

不論在過去或現代,藍綠菌固氮都相當不容易。首先它們要能夠製造固氮酶(nitrogenase),這種酵素含有鐵和鉬,能催化固氮反應。除此之外,它們還要防範一個由自己製造的問題:氧氣。

這個問題是這樣的:氧原子的最外層有六個電子,因此它還要再抓住兩個電子,才能讓最外層有八個電子,形成穩定的狀態。早期的海水溶滿了鐵,而鐵原子在最外層有兩個電子,所以你可以想見會發生什麼事──藍綠菌拋棄的氧很快就會抓住鐵,如此一來,藍綠菌就沒有能用來製造固氮酶的鐵原子了。

藍綠菌得要有創意才行。有些藍綠菌在固氮的時候停止光合作用(這樣就不會釋放氧氣了),有些藍綠菌只在晚上不進行光合作用時行固氮作用(但如果沒有陽光照射就會發生混亂)。有些則和同種的其他個體合作,細胞彼此連接成細微的絲狀結構,就像是一串珠鍊。約有十分之一的珠子會停止光合作用,並且讓細胞壁變得更厚,以阻擋氧氣進入。這些特殊的細胞稱為異型細胞(heterocyst),專門固氮,會把含氮分子分享給左右細胞,換來糖類以維持生存。現在能固氮的藍綠菌依然採用這些方法。

藍綠菌要讓自己繁榮昌盛,真的不容易!

藍綠菌要散播到全世界,不只必須解決固氮的問題。它們還面臨兩難的困境:它們需要靠近海洋表面,但是又要避免紫外線破壞 DNA。

為此它們演化出一層細胞外的多醣類(由糖分子連接而的長鏈),稱為黏質(mucilage),它可能是世界上最早的防曬成分,也是它讓藍綠菌具有那典型的黏滑表面。最後,所有的藍綠菌都因為有黏質而變得黏黏滑滑。

總加起來,藍綠菌確實具有各種讓它自己繁榮昌盛的能力。大部分的藍綠菌每七到十二小時可以複製一次,換算下來,一平方呎的藍綠菌可以在兩天之內覆滿一間小辦公室的地板。有些種類的藍綠菌每兩個小時便複製一次,於是同樣的大小在兩天之內就可以蓋滿六座足球場。

不論是哪一種,最早的藍綠菌在數億年中複製的幅度,遠遠超過我們的想像。這段其間,它們也演化出許多不同大小和形狀的種類:球狀、卵狀、桿狀、螺旋狀或絲狀(數量最多的是圓形原綠球藻〔Prochlorococcus〕,它們在 1986 年才被發現,也是最小的藍綠菌,一茶匙的海水有四十萬個原綠球藻)。

藍綠菌如果漂浮在水面上,並且經由黏質黏在一起,就會形成綠色的團塊。這些團塊會吸收當時在水中漂蕩的各種成分,包括碳酸鈣和碳酸鎂之類的礦物質,以及其他死亡的微生物而變得愈來愈稠密。自始至終,這些活生生的藍綠菌能夠藉由黏質滑動,往有陽光的海面移動,並持續增殖。

註解:

  1. 最早進行光合作用的生物並不會造氧氣,它們以紫色的色素吸收近紅外線,從含硫化合物中取得電子,把細小的純硫顆粒當成廢棄物排出。它們沒有如同近親藍綠菌那般昌盛,但是依然能夠在現在無氧的水中續存。

——本文摘自《藻的祕密:誰讓氧氣出現?誰在海邊下毒?誰緩解了飢荒?從生物學、飲食文化、新興工業到環保議題,揭開藻類對人類的影響、傷害與拯救》,2019 年 12 月,臉譜出版

 

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差點因紫菜消失而瀕危的海苔產業,如何重回日本人的餐桌?——《藻的秘密》

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  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

多種營養,一次滿足的好食材「海苔」

海苔除了味道鮮美,還有許多理由讓它不虛「好食材」的美名。雖然海草(包括海苔)並不是天堂來的食物,但是除了碘之外,它還具備其他多種養分,纖維與蛋白質的含量也高,而且熱量低。

許多海草每份所含的礦物質和維生素比陸地上生長的蔬菜(包括甘藍菜和菠菜)都高。畢竟植物的根只能吸收到周遭土壤中的礦物質,況且土壤中比較稀少的化合物可能會被吸收殆盡。

相反地,海藻被海水包圍,水中充滿各種溶解礦物質,包括那些藻類和人類都需要的微量成分。除此之外,由於海水持續受到風和洋流的攪動,因此藻類一直都有源源不絕的礦物質可以吸收。

圖/wikimedia

我很驚訝一小份的海草就能滿足多種營養需求。四片海苔的重量約 2.5 公克(或是七枚迴紋針的重量),就能提供足夠的維生素A、維生素B群、鈣、鎂、鈷、硒、碘、鐵,以及蛋白質(海苔中有一半是蛋白質)。包括海苔在內的一些海草,含有維生素C,不過這種維生素分解得很快。海苔也特別富含製造蛋白質所需的丙胺酸、麩胺酸和甘胺酸。

在日本,人們平均每天吃下 14 公克的海草(其中包括許多海苔),日本是全世界數一數二長壽的國家。

這並不讓人驚訝,因為 ω-3 油能降低發炎反應,減少血液中的三酸甘油酯,使心血管疾病的風險也跟著下降。絕大部分的海草含有大量的可溶性纖維,就像燕麥粥,能降低膽固醇,維持腸道健康,並提供飽足感。

除此之外,流行病學的研究顯示,攝取足夠的 DHA 能減緩阿茲海默症造成的認知衰退。根據梅約醫院(Mayo Clinic)的說法,DHA 有助於減緩類風濕性關節炎的症狀。海草的低熱量、高營養、豐富的 ω-3  油,再加上飽足感,比一天一顆的蘋果還要棒。

在日本飲食中源遠流長的紫菜

製作海苔的原料是紫菜屬的紅藻,最常使用的是條斑紫菜Porphyra yezoensis)。

世界各地居住在溫帶海岸地區的人民都會吃紫菜,但是東亞人,特別是日本人,吃紫菜的程度是其他地區的人比都比不上的。多年來,紫菜在日本人日常飲食中占的分量之重,讓日本人的生物特性改變了。

圖/pixabay

日本人消化海草的能力高出其他人,因為他們的腸道細菌中有一類能製造紫菜酶(porphyranase)這種酵素的基因,幫助消化海草堅硬的細胞壁。這些細菌可能是經由水平基因轉移(lateral gene transfer)得到這些有利的基因,成功地在人類的腸道中居住下來,並且大啖海草。由於腸道中有紫菜酶,日本人能從海草中榨出比較多的養分。

日本諸島的居民吃海草的歷史比懂得栽培陸生蔬菜的歷史還要悠久。從他們遺留下來的含碳遺跡看來,大約在一萬年前,居住在沿岸的部族便使用海草和居住在內陸的狩獵部族交換物品。

早期的文字紀錄中也經常出現海草,原因之一是海草在日本本土宗教—神道教中占有一席之地,這個宗教約出現在公元前七世紀。包括紫菜在內的海草會在神社中獻祭,以祈求神明保護這種重要食物的供應來源。公元八世紀時,漁民把海草當成稅金,主管單位會把這寶貴的物品分配給宮廷、平民、軍官以及神官。

對於沿海的居民來說,海草日常生活的一部份。圖/pixabay

對於居住在沿海的許多人而言,採集海草來吃,將之做為貿易商品,或當成稅金上繳,是日常生活的一部分。海草也成為幕府軍隊的口糧,可以做成海草醬,或加糖加醋來吃。到了十八世紀初,廚師才利用造紙的技術製造出我們現在熟悉的海苔片。

有時長有時不長,賭博般的海草

採收紫菜的方式也隨著時間而變化。在 1600 年之前,海邊的居民人就只是在退潮時摘取自然生長在潮間帶岩石上的紫菜。但後來事情不一樣了。當時軍政獨裁者德川家康統治日本,他下令每天都要供應魚到他位於江戶(現在的東京)的宅邸。東京灣周邊的漁民為了確保穩定的漁獲,便在海岸邊圍起竹柵欄來圈住魚。後來他們驚訝地發現紫菜會長在柵欄上,這是個好消息,漁民便把竹竿插在潮間帶的水域中,讓海草在竹竿上生長。

到了十八世紀,日本漁民發現紫菜不只會長在竹竿上,也會長在竹竿之間的網子上,這使得生長面積增加了。漁民開始販賣紫菜賺取收入,並且做為冬季的食物,但紫菜的生活史還是個謎。春天時,海水變得溫暖,他們可以看到海草釋放出孢子,消散在水中。秋天時網子上會長出新的紫菜,但是有時卻不會。

某幾年紫菜不會出現,但原因不明,該年的冬天漁民只好在困苦中度過,並且咒罵這種「賭博般的海草」。人們時不時會撈捕孢子,想把它種在網子上,但這些實驗從來沒有成功過。所以漁民每年總要拿一些紫菜獻給神明,以祈求豐收。

大約在二戰末到剛結束後不久的這段時期,神明可能永遠拋棄了這些漁民,年年海草都沒有再長回來。

海苔的消失不只對文化造成了衝擊,人民也因處於飢餓民不聊生。當時的日本受到了嚴重的破壞,八成的漁船由於美國的轟炸受損,仰賴進口的食物供應被迫中斷,三百五十萬日本軍隊和人民也從海外回國。對漁業的續存來說,紫菜至關重要,但是沒有人知道怎樣才能讓這些海草再次生長出來。

遠在英國的藻類學家,拯救日本的紫菜產業

誰也料想不到拯救海草產業的是一位英國女性藻類學家:凱薩琳.德魯(Kathleen Drew)。

拯救海草產業的藻類學家:凱薩琳.德魯。圖/wikimedia

她 1901 年出生於蘭開斯特,獲得獎學金而進入大學唸書(這對於當時的女性而言極不尋常),並且在以優異的植物學成績畢業後,前往加州大學柏克萊分校從事兩年的研究工作,接著回到英國曼徹斯特,在大學中教授藻類學。

她在 1928 年和從事學術研究的同事亨利.萊特.貝克(Henry Wright Baker)結婚,因而被要求辭職,因為當時的已婚婦女不得教學。大學提供她擔任研究職務(你可能不知道這是不付薪水的),所以德魯(朋友們都這樣稱呼她)靜靜地在家裡自己做研究。經過了十多年,這位身材嬌小、戴著眼鏡的兩個孩子的母親,發表了幾十篇論文,在 1939 年得到博士學位並成為研究紅藻的頂尖權威。

紫菜生活史之謎

1940 年代中期,她的注意力放在 Porphyra umbilicalis 這種生長在威爾斯北部海岸的紫菜上,當地居民自古以來就會採集這種海草來吃。德魯–貝克博士決心要解開紫菜的生活史之謎。

一開始,她在家中的小水槽中培育紫菜,以便蒐集孢子進行後續實驗。雖然沒有什麼特別的理由,但是她決定放一些舊的牡蠣殼到一些水槽中。一如所料,紫菜生長茂密,釋放出孢子,但是幾個星期後,奇怪的事情發生了:那些牡蠣殼變成了粉紅色。

乍看可能會以為是海水受到其他海草孢子的汙染,不過德魯–貝克認出牡蠣殼上玫瑰色的絨毛是絲狀的海草,名字是玫瑰貝殼絲藻(Conchocelis rosea)。但不久後她便發現這個「玫瑰貝殼絲藻」並不是一個物種,而是紫菜的孢子體(sporophyte)階段。

孢子體是某些植物和藻類在發育過程中的多細胞形態。她發現紫菜的孢子在春天並不是消失了,而是換位置生長。這些生成長出來的個體並不是棲息於潮間帶,而是在稍微深一些的海域,附著在牡蠣或其他雙殼貝類上生長成絲狀的個體。

由於這種個體最初的命名錯誤,她把它稱做貝殼絲狀體(conchocelis)。貝殼絲狀體將來也會釋放孢子,稱為「殼孢子」(conchospore)。風與潮汐會把在海底的殼孢子帶到岸邊,殼孢子附著在潮間帶的岩石、竹竿(和網子)上,發育成我們熟悉的葉片狀海草。

Summary of Porphyra life cycle.

紫菜生活史示意圖:左上為配子體 (Gametophyte) 階段,右上為果孢子體 (Carposporophyte)階段,下方則為四分孢子體(Tetrasporophyte)階段。我們一般吃的海苔屬於配子體階段的紫菜。圖片嵌入自:An Illustrated Review on Cultivation and Life History of Agronomically Important Seaplants – Scientific Figure on ResearchGate.[accessed 15 Jan, 2020]

紫菜屬的生活史很複雜,但有其意義。雖然海岸區域騷動不斷,有風暴、異常高溫或是疾病會殺死許多紫菜,但是貝殼絲狀體在平靜的海底度過一季又一季,可以持續提供新的孢子。

被轟炸破壞的海床,失落的紫菜生產

德魯–貝克寫了一篇說明這個發現的短篇論文,投稿到《自然》(Nature),於 1949 年發表。她預期應該只有學術界中對紅藻有興趣的人才會注意到這篇文章,不過日本九州大學的教授瀨川宗吉(Sokichi Segawa)讀到了這篇論文,並瞭解到它對日本海苔農民的重要性。

紫菜發育的生物特性解釋了為何近年來都無法培養成功。第二次世界大戰期間,美國空軍幾乎對每個主要港口和能夠航行的海峽都投下數以千計的水雷,這些轟炸行動破壞了主要港口,目的是要讓依賴進口食物的平民挨餓,以逼迫日本帝國投降。但是爆炸也破壞了貝殼,並掩埋了牡蠣生長的海床。接下來的颱風季節,強烈的颱風又攪亂了水底的生態系,導致多年來孢子體沒有適合的場所長成貝殼絲狀體,釋放殼孢子到潮間帶繁衍。

日本三重縣紫菜養殖場。圖/wikimedia

瀨川宗吉在日本海洋生物學家和漁民的幫助下展開工作,在陸地上複製紫菜在自然環境中繁殖所需要的生態系。現在這個系統於不同的國家之間有少許差異,但是基本上是這樣的:

  • 專家把在特定區域中蒐集到產量最高的紫菜所產生的孢子,移到室內巨大的水泥淺水槽中,並在槽中注滿海水。
  • 槽上架著桿子,桿子下吊著成由塑膠繩串起的牡蠣殼,每串有數百個,掛在水中。
  • 槽中的海水經過處理,去除了細菌,並且控制氧氣、溫度和營養含量,以模擬當地夏日的狀況。
  • 孢子會如同在野外那般在殼上生長,長成粉紅色的貝殼絲狀體。這時讓水溫下降,並且製造波浪,模擬秋天比較冷而且有颱風來襲的狀況。此時,貝殼絲狀體會釋放殼孢子。
  • 工作人員會把數層網子捲成粗柱狀,浸到水中,讓殼孢子附著到網子上。這些含有孢子的網子會捲起來冷凍,到了秋天,漁民會把網子在風平浪靜的海灣中展開,通常當地政府經營的海藻孢子中心會幫助栽種。

在那篇《自然》的論文發表後幾年,德魯– 貝克的發現以及後續日本科學家的發明,拯救了全國的漁民,並且拓展為成功的國家協助產業。栽培紫菜不再像是賭博,而是有踏實的收穫,在日本、韓國與中國,栽培紫菜成為重要的的成功產業,並且擴及到東南亞國家。

 

——本文摘自《藻的祕密:誰讓氧氣出現?誰在海邊下毒?誰緩解了飢荒?從生物學、飲食文化、新興工業到環保議題,揭開藻類對人類的影響、傷害與拯救》,2019 年 12 月,臉譜出版

 

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吃油炸、蛋糕也能瘦?認識生酮飲食的減肥原理及副作用

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  • 文/陳曼婷,澳洲註冊營養師,安曼營養創始人之一。

生酮飲食是近年最流行的減肥方法,主打透過高脂肪、高蛋白質和低碳水化合物結合的飲食來減重。號稱油炸食物、甜點或零食等高卡路里食物一樣都不用減,也能讓你輕鬆變瘦。到底怎麼辦到的呢?

在正常的飲食下,我們攝取的碳水化合物經身體消化後會轉化成葡萄糖,為身體提供能量。然而生酮飲食不是利用葡萄糖當作能量。

在生酮飲食者的菜單上,碳水化合物非常少,不足以為身體提供日常所需的能量。當沒有足夠的葡萄糖時,身體就會透過燃燒脂肪來獲取能量,達到減脂的效果。同時,脂肪代謝所產生的酮體也有抑制食慾的效果,而生「酮」飲食的命名正是來自於「酮體」。

生酮飲食的菜單組成 75% 為脂肪,20% 為蛋白質,只有 5% 是碳水化合物。圖/by Ashraf Chemban from Pexels

治療癲癇好幫手——酮體

其實傳統上,生酮飲食是用來控制兒童癲癇症發作的治療方針之一。1990 年代初期,已有研究結果指出,近三分之一的癲癎病童在採用生酮飲食後完全停止發作,而另外近三分之一的受試者發作次數減少逾半以上1。其中的作用機制就是透過上述的酮體:大腦利用酮體產生能量後,會製造能穩定大腦的神經傳遞物質,減少腦部神經的過度興奮。

生酮飲食真的可以減肥嗎?

現在,生酮飲食常常應用在減肥上,也確實有很多人因此變瘦。但事實上,生酮飲食對體重的影響還需要更多研究證明。

一些實驗發現,短期進行生酮飲食的確能降低受試者的體重2。生酮飲食進行時間在半年以內的減重功效比低脂飲食更好,採用兩種減肥法的受試者成效相差達 3 至 5 公斤以上,減脂效果也較出色。

短期進行生酮飲食,減重和減脂的效果確實很好。圖/Pixabay by zuzyusa

然而,值得注意的是整合分析(Meta-Analysis)整理多個長達一年的研究發現,持續進行生酮飲食超過半年後,體重的變化和採用普通低脂或低卡路里飲食比起來,兩者的減重效果並沒有太大分別,生酮飲食並不能幫助受試者減去更多的體重3。這代表生酮飲食的神奇減重作用很可能只是短暫的。

至於長期進行生酮飲食對體重的影響,到現在還不是很明確。其中一個原因是這種飲食法很難長期堅持下去。

一方面是因為外食很難完全避免碳水化合物,但每天自備三餐又十分的耗費心力。另一方面,在正宗的生酮飲食下,能吃的食物其實非常有限。碳水化合物可不僅僅存在於飯、麵、麵包、早餐穀物中,很多我們常吃的食物都含有碳水化合物,例如所有水果、澱粉類蔬菜(如馬鈴薯、蘿蔔、蓮藕、南瓜、粟米)、豆類、奶類製品(牛奶、起司、乳酪、雪糕等)和各種零食(蛋糕、餅乾、糖果、巧克力等)。

大部分的水果糖分偏高,在進行低碳水的生酮飲食時必須減少攝取。圖/Pixabay by silviarita

生酮飲食對健康會不會有影響呢?

生酮飲食的即時副作用其實並不少。首先,由於水果和蔬菜的攝取受到限制,容易導致便祕。同時,生酮飲食會影響人體內分泌,導致女性停經及男性睪固酮下降並引起肌肉流失。由於葡萄糖水平降低,也會導致一些常見的副作用包括疲倦、頭疼和失眠等。

另外,進行生酮飲食時,身體需要在尿液中排出體內的多餘酮體,增加身體水份流失,甚至缺水。多餘的酮體除了從尿液排出,還會在口氣中揮發,造成口臭的問題。

同時,亦有研究肯定在開始進行低碳水化合物飲食後,由於腦部本來需要直接燃燒葡萄糖提供能量,在酮體產生和腦部適應以前,記憶力及反應速度都會變差4。而普通的低熱量減肥菜單則沒有這些副作用。

進行生酮飲食,短期內會出現一些副作用,包括酮體會從口腔散發造成口臭。圖/illustAC

至於維持生酮飲食超過一年的長期影響,雖然目前沒有足夠的臨床研究證明,但也有不少科學家分析及提出一些潛在的健康風險。

由於生酮飲食以高脂肪的食物和肉類為主,眾所週知長期大量進食飽和脂肪會導致高密度膽固醇(好膽固醇)下降及低密度膽固醇(壞膽固醇)上升,增加罹患心血管疾病的風險。因此選擇上,應考量其他優質的脂肪來源,也就是含有不飽和脂肪的食物,包括堅果、種子、魚類、酪梨和植物油等。

堅果是優質的脂肪來源。圖/by Marta Branco from Pexels

除此之外,增加肉類攝取並減少蔬果,也被證實會提高罹患乳癌、大腸癌和膽結石的風險。每年因為低蔬果攝取而導致的癌症死亡個案高達三十七萬以上。

再者,在生酮飲食的嚴格規定下,很難保證每種營養素都能攝取足夠。一篇追蹤生酮飲食受試者的研究發現,在 24 種必需的礦物質和維生素中,有 19 種都低於每日建議攝取量5,鈣質就是其中之一。由於鈣的主要來源是奶類製品,但奶製品多含乳糖,因此生酮飲食限制奶製品攝取,容易造成鈣質攝取不足,長遠下來可能會導致骨質疏鬆。

你我都適合「生酮」一下嗎?

並不是所有人都適合利用生酮飲食來減肥,必須考量個人的生理狀況。

生酮飲食鼓勵高蛋白質攝取,會增加腎功能的負擔,加速腎病患者病情惡化。肉類的嘌呤含量一般也比較高,代謝過程很容易增加血液尿酸含量,從而誘發痛風症狀發作。生酮飲食的低碳水化合物攝取量也容易導致糖尿病患者血糖過低,甚至引起昏迷及危及性命。

生酮飲食最大的缺點在於過份限制性,不容易堅持。一旦恢復正常的飲食方式,體重就很容易反彈。真的要嘗試的話,建議在醫生和營養師的監督下進行,才能確保做出適當的食物選擇及攝取均衡的營養素。

參考資料

  1. Kinsman, S. L., Vining, E. P., Quaskey, S. A., Mellits, D., & Freeman, J. M. (1992). Efficacy of the ketogenic diet for intractable seizure disorders: review of 58 cases. Epilepsia, 33(6), 1132-1136., 1 st ed. Demos, New York, 1994
  2. Paoli.A. 2014. Ketogenic Diet for Obesity: Friend or Foe? Int. J. Environ. Res. Public Health. 11(2). 2092-2107
  3. Nordmann AJ, Nordmann A, Briel M, Keller U, Yancy Jr WS, Brehm BJ, et al. Effects of low-carbohydrate vs low- fat diets on weight loss and cardiovascular risk factors: a meta-analysis of randomized controlled trials. Arch Intern Med 2006;166:285—93
  4. D’Anci, K. E., Watts, K. L., Kanarek, R. B., & Taylor, H. A. (2009). Low-carbohydrate weight-loss diets. Effects on cognition and mood. Appetite, 52(1), 96-103.
  5. Zupec-Kania. B. 2003. Micronutrient content of an optimally selected ketogenic diet. Journal of the American Dietetic Association. 103:8-9
  6. Danaei G, Vander Hoorn S, Lopez AD, et al. Causes of cancer in the world: comparative risk assessment of nine behavioural and environmental risk factors. Lancet 2005;366(9499):1784-93.
  7. McClernon, F. J., Yancy Jr, W. S., Eberstein, J. A., Atkins, R. C., & Westman, E. C. (2007). The effects of a low‐carbohydrate ketogenic diet and a low‐fat diet on mood, hunger, and other self‐reported symptoms. Obesity, 15(1), 182-182.
  8. Paoli, A., Rubini, A., Volek, J.S. & Grimaldi, K.A. 2013. Beyond weight loss: a review of the therapeutic uses of very-low-carbohydrate (ketogenic) diets. EJCN. 67. 789-96
  9. Shilpa. J. Mohan.V. 2018. Ketogenic diets: Boon or bane? Indian Journal of Medical Research. 148 (3). 251-253
  10. Sumithran, P., & Proietto, J. (2008). Ketogenic diets for weight loss: a review of their principles, safety and efficacy. Obesity research & clinical practice, 2(1), 1-13.
  11. White, A. M., Johnston, C. S., Swan, P. D., Tjonn, S. L., & Sears, B. (2007). Blood ketones are directly related to fatigue and perceived effort during exercise in overweight adults adhering to low-carbohydrate diets for weight loss: a pilot study. Journal of the American Dietetic Association, 107(10), 1792-1796.
  12. Zhang, C. X., Ho, S. C., Chen, Y. M., Fu, J. H., Cheng, S. Z., & Lin, F. Y. (2009). Greater vegetable and fruit intake is associated with a lower risk of breast cancer among Chinese women. International journal of cancer, 125(1), 181-188.
  13. Ziegler, R. G. (1991). Vegetables, fruits, and carotenoids and the risk of cancer. The American journal of clinical nutrition, 53(1), 251S-259S.
  • 責任編輯/竹蜻蜓

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撲克臉不懂你的心?從表情模仿來看情緒辨識能力

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  • 文/李宗諭│教育心理科系生,喜歡將心理學科普知識應用於實務工作
  • 責任編輯/竹蜻蜓

相信大家都遇過撲克臉,我最近也遇到了一位,就稱他為阿克吧。阿克五官端正、行為正常,也沒有特殊情況,但不知道為什麼就是沒有表情。同學開玩笑時沒表情,討論報告時沒表情,甚至只有我倆單獨對話他也沒表情。看著他沒有表情但正常回話,我不禁有個疑問:阿克知道我的情緒嗎?

因為日常經驗中,人們在互動時會有意無意的模仿對方表情,達到表情同步,例如看到對方難過時跟著皺眉,開心時跟著笑。學理上說這樣有助於知道他人的情緒,當皺眉的肌肉訊號傳入大腦,大腦便會知道:「喔,我正在皺眉,所以表示對方是難過的。」1 但像阿克的撲克臉並沒有模仿我的表情,那他在情緒識別上會不會有差別呢?

體現認知論(Embodied cognition)認為,人會自然而然的模仿對方的表情,由自己表情變化的體感回饋,幫助大腦理解對方的情緒。但是,沒有模仿表情的撲克臉又是怎樣呢?圖/foter by Arian Zwegers

於是我讀了幾篇研究。具體來說,在表情模仿有助於情緒理解的理論背景下,撲克臉的研究就是針對「沒有模仿」這點來探討。這些研究最有趣的地方,就是一堆創意十足的實驗設計。先說結論:不意外,撲克臉的情緒識別真的有差。

外力介入限制表情

讓你不能模仿別人表情的最簡單方式,就是叫你的臉做點別的事。早在 2007 年就有一篇研究,請 12 位受試者咬筆、含筆或嚼口香糖,讓他們難以做出表情,然後請他們辨識表情圖片的情緒,結果表現得比較差一點2。2018 年的研究則剖析了臉的上下半部。受試者被要求含著筆完成情緒辨識任務,嘴含筆會用到下臉部肌肉,其所對應之情緒,如厭惡、快樂、蔑視等,辨識表現不如對照組;不過上臉部肌肉對應的情緒如憤怒、恐懼、驚奇等則沒有影響3。因此當限制臉部肌肉變化時,就會削弱情緒識別的能力,且有相對應關係。

2019 年的研究更用施打肉毒桿菌(BoNT-A)的方式來進行。研究者找來了 24 位女性,請他們觀看實驗影片並測量情緒辨識的時間與準確度。實驗組施打了肉毒桿菌,主要打在皺眉肌(corrugator supercilii,憤怒情緒)。結果測驗辨認憤怒時的反應時間,對照組後測比前測還短(可能是學習效應),但實驗組沒有前後測差,代表實驗介入真的有效果。另外,憤怒辨識時的信心評估時間,比快樂辨識時要長。作者的結論是,當我們阻止自己做出憤怒的表情時,也會影響到辨認憤怒的能力4

以外力阻止模仿某個表情的肌肉,會削弱該肌肉相對應情緒的識別能力。圖/pixabay

不過上述實驗都是靠一些外力才讓表情變得僵硬註1,但撲克臉的人通常不需要咬筆、打肉毒桿菌這麼麻煩,自己來就可以了。那麼針對不靠外力便使自己僵硬的這種狀況,是否也會影響到情緒理解呢?

靠自力壓抑表情模仿

2013 年一篇美國心理學會出版的研究中,將 90 名受試者分成壓抑組(抑制自己表情)、模仿組(模仿照片表情)及無指令組。至於受試者有沒有真的模仿或壓抑,則以肌電圖(EMG)及影像分析來檢驗。實驗中展示不同情緒變化的照片,皆是從中性表情逐漸變為 100% 完成版。若受試者愈快正確辨識出來,代表其敏感度愈高。實驗結果顯示,在各種表情測驗中,壓抑組都是分數最低的5

而 2018 年的研究則以真人對話影片為實驗素材,更能模擬真實世界的實況6。實驗讓受試者觀看一部背叛朋友而懺悔道歉的自拍影片,且弄得像 youtube 上會看到的風格,主角 Jessica 的台詞包括「邀請你一起來會讓我感到尷尬」、「我很抱歉,我知道傷害了你,我不是故意的」等,看起來就像 Jessica 在對觀看者(受試者)說話。觀看完影片後,測量受試者對主角狀態的同理心。

結果顯示,被指示要盡力不去模仿表情的受試者,對於影片主角的同理明顯低於其他組別。進一步進行中介效果分析,發現表情模仿本身並不是同理的關鍵預測因子,而是由「人我重疊」(self-other overlap,類似設身處地的概念)所中介。作者提醒,要與對方有良好關係,體會彼此經驗的相互融合,才能與對方情緒共感。

抑制自己的表情模仿,對他人的情緒辨認會比較差。但模仿表情不代表就能同理,重點是設身處地。圖/pixabay

這樣看來抑制自己模仿表情,對他人情緒的同理會有點影響,不過表情模仿到同理之間是很吃關係的。所以換個角度來想:其實撲克臉你我都偶爾為之,在不對盤的人面前容易臉部麻木,在喜歡的人面前有較多表情。之所以撲克臉,是因為沒有興趣理解對方。而關於這一點,讓我們來看看相關研究。

面部模仿會受到更高的認知歷程來調節

一個 2016 年的研究證實,若一開始就不在乎對方的情緒,就會默默的比較撲克臉一點。研究者請受試者觀察影片中人物的臉孔,特別指示實驗組要注意人物的情緒狀態,對照組則沒有特別指示或注意其他身體特徵,並用肌電圖測量臉部肌肉及影像動作編碼分析。結果顯示,當看到影片中人物的表情時(刺激輸入),實驗組展現出較多的表情模仿活動,精確的說,是與影片人物表情相對應的特定情緒小肌肉產生了強化7

研究者的結論是,人類的表情模仿不僅是單純生物動作反射,而是會參照其他情境脈絡因素,例如想不想了解對方情緒的動機強度,並以更高的認知歷程來調節自動化的表情模仿。

做表情的面部肌肉,包含負情緒的皺眉肌(Corrugator supercilii)、正情緒的顴大肌(Zygomaticus major)、厭惡的提唇肌(Levator labii)、驚訝的額肌(Lateral frontalis)等。圖/2016 Murata et al.(參考資料 7)

後來 2019 年有一篇研究,是使用功能性磁振造影(fMRI),探討當人看到喜歡或不喜歡的臉孔時,會不會有不同的表情模仿。受試者先透過設計好的猜紙牌遊戲,贏或輸各會連結到不同面孔,因而產生對不同面孔的喜好或厭惡。之後請受試者進入掃描機,給予實驗任務並取得造影成像,同時以肌電圖蒐集臉部肌肉數據8

結論指出了「看到討厭面孔就抑制表情同步」的生理證據。就算螢幕上顯示的每個人都是笑臉,但當受試者看到不喜歡的面孔時,顴大肌(笑容)就是比較不激發,且內側額葉皮質(模仿與抑制動作的關鍵)會變得更活躍,與右運動皮質及腦島(與面部模仿或知覺有關)之間的功能連結增加,也就是啟動了大腦的高層次處理歷程,以避免嘴角跟著上揚。

跟看到「喜歡的面孔在笑」相比,看到「不喜歡的面孔在笑」時,腦島(insula)、右運動皮層和額下回(IFG)與內側額葉皮質功能連接性增加。圖/2019 Korb, Goldman, Davidson and Niedenthal.(參考資料 8)

所以說,雖然表情模仿是自動產生的,但是當不想跟對方互動時,還是可以用由上而下的方式來減少模仿行為。從這個觀點來看,撲克臉不是不想笑,只是不想跟著你笑。既然對於對方的情緒一開始就不感興趣,那情緒理解得如何就可想而知了。

刻意模仿沒幫助,但刻意不模仿是情緒識別最大的阻礙

看來表情模仿對於理解情緒很重要,但如果是本身就很難做表情的人呢?2010 年有一篇針對 37 位 Moebius 症候群患者的研究,這些人因顏面神經癱瘓而無法做出臉部表情,結果發現他們對表情的識別能力與一般人無異9。仔細想想,患者與撲克臉們最大的差別,在於前者不是刻意的;不過撲克臉也不一定是故意的,可能受到情緒共感能力的影響,而下意識的沒有模仿表情。

本文前面出現的研究都有提到,若受試者被要求刻意模仿表情,情緒辨識的表現與對照組其實差不多而已。不過,若是受試者被限制表情模仿,不管是咬筆、打肉毒桿菌,還是靠自己的力量抑制,情緒辨識的表現都是各組別中最差的。也就是說,刻意模仿表情對於增加情緒辨識沒太大幫助,但刻意不模仿就會阻礙情緒辨識的能力。

結語

跟撲克臉聊天真是困窘,似乎少了點情感的交流,我看不出他的情緒,也不知道他到底知不知道我的情緒。本文以表情模仿的相關研究來回答,當人們抑制了表情模仿,的確在辨認情緒上表現得比較差一些。所以說,如果撲克臉也能放鬆臉部肌肉,我們或許就能更理解彼此了。不過,撲克臉有時也是會出現在你我臉上,畢竟要是你遇到不在乎或討厭的人,你的大腦很可能已經在認真激發前額葉來減少臉部肌肉的活動了。

註解

  1. 由於靠自主力量可能會有其他干擾因素,例如受試者的認知負荷增加,因此靠外力工具的協助仍有其好處。

參考資料

  1. 請參考 Wiki: Embodied cognition (體現認知論)的說明。
  2. Oberman, L. M., Winkielman, P., & Ramachandran, V. S. (2007). Face to face: Blocking facial mimicry can selectively impair recognition of emotional expressions. Social neuroscience, 2(3-4), 167-178.
  3. Wingenbach, T. S., Brosnan, M., Pfaltz, M. C., Plichta, M., & Ashwin, C. (2018). Incongruence between observers’ and observed facial muscle activation reduces recognition of emotional facial expressions from video stimuli. Frontiers in psychology, 9, 864.
  4. Bulnes, L. C., Mariën, P., Vandekerckhove, M., & Cleeremans, A. (2019). The effects of Botulinum toxin on the detection of gradual changes in facial emotion. Scientific reports, 9(1), 1-13.
  5. Schneider, K. G., Hempel, R. J., & Lynch, T. R. (2013). That “poker face” just might lose you the game! The impact of expressive suppression and mimicry on sensitivity to facial expressions of emotion. Emotion, 13(5), 852.
  6. Cooke, A. N., Bazzini, D. G., Curtin, L. A., & Emery, L. J. (2018). Empathic understanding: Benefits of perspective-taking and facial mimicry instructions are mediated by self-other overlap. Motivation and emotion, 42(3), 446-457.
  7. Murata, A., Saito, H., Schug, J., Ogawa, K., & Kameda, T. (2016). Spontaneous facial mimicry is enhanced by the goal of inferring emotional states: evidence for moderation of “automatic” mimicry by higher cognitive processes. PloS one, 11(4), e0153128.
  8. Korb, S., Goldman, R., Davidson, R. J., & Niedenthal, P. M. (2019). Increased medial prefrontal cortex and decreased zygomaticus activation in response to disliked smiles suggest top-down inhibition of facial mimicry. Frontiers in psychology, 10, 1715.
  9. Rives Bogart, K., & Matsumoto, D. (2010). Facial mimicry is not necessary to recognize emotion: Facial expression recognition by people with Moebius syndrome. Social Neuroscience, 5(2), 241-251.

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別小看乾癬!小心它併發的危「癬」疾病——乾癬性關節炎

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今年三十多歲的蕭先生,職業是一名駕駛,身為乾癬患者的他,由於病徵僅限額頭四周,平時以瀏海蓋住掩人耳目,倒也不以為意,直到近日正值籌備婚禮的倒數階段,他突然發指甲邊緣陸續出現紅疹,嚴重影響外觀及信心,蕭先生這才就醫檢查。

經醫師替蕭先生進行 X 光及超音波檢查後,確診為「乾癬性關節炎」。原以為是皮膚問題不以為意,現在卻併發關節炎,讓蕭先生轉而積極接受治療,起初半年先以口服藥物,但治療效果並不理想,所幸置換生物製劑後,病症獲得改善。生物製劑是針對全身作用,可治療乾癬、皮膚、指甲、關節,且施打生物製劑可以預防日後相關共病發生的機率。

罹患乾癬一定會併發乾癬性關節炎嗎?

高雄醫學大學附設醫院皮膚科林聖堯醫師指出,近年來發現,乾癬罹患關節炎的患者其實不在少數,雖然乾癬患者不一定會併發乾癬性關節炎,但是一旦罹病,關節炎會持續進展,若未及早發現治療,恐造成骨頭、關節造成持續且不可逆的傷害。醫師提醒,如出現指甲病徵、早上起床下背痛、關節疼痛等皆是乾癬性關節炎的疑似病癥,建議應諮詢專科醫師著手進一步檢查,以評估其乾癬性關節炎風險。

乾癬性關節炎初期常會有哪些症狀? 

林聖堯醫師指出,乾癬性關節炎可能不會痛,醫師會從指甲有沒有變化開始診斷,初期指甲變化會有點類似灰指甲;再來指甲表面會有小小的坑洞,這是蠻特異性的表現。指甲坑洞有時需要比較強一點的光線,或者不同角度去觀察才會看的到。接著檢查指甲邊緣有沒有紅疹,若有的話,可能離指甲最近的關節按壓會疼痛。

醫師會詢問早上起床會不會腰痠背痛,主要是中間偏下的下背痛,隨著時間接近中午,症狀會逐漸緩解。

大部分關節疼痛的患者並不會馬上跟乾癬聯想在一起,最近遇過一個案例以為自己是足底筋膜炎,但其實是乾癬性關節炎,因乾癬性關節炎有時在阿基里斯肌腱附著點會有發炎現象。如有這些症狀會懷疑是否為乾癬性關節炎,不過還是需要進一步抽血、觸診、 X 光檢查、超音波檢查。

乾癬性關節炎和一般的關節痠痛要如何區分?

林聖堯醫師解釋,判斷上會看關節炎發作的部位,類風濕性關節炎是雙側對稱為主,乾癬性關節炎通常是單邊;其次,乾癬性關節炎有好發部位,如阿基里斯腱、離指甲最近的指關節、手肘、肩膀、腳踝等皆較常見,若按壓感到疼痛,醫師將安排進一步的檢查。

乾癬性關節炎能否根治?變形關節能否復原?

「乾癬性關節炎可以控制,傳統藥物通常效果不錯,但若反應不佳的患者就需要使用新的藥物,例如生物製劑。」林聖堯醫師說,「乾癬性關節炎若未積極治療, 2 年內高達 47 %會出現不可逆的關節變形,破壞速度比類風濕性關節炎還快。且關節變形一旦發生就無法恢復,症狀會一直存在,甚至若沒有治療會更加嚴重,所以醫師會建議及早診斷及早治療,將症狀降到最低,控制在穩定狀況。」

皮膚乾癬跟乾癬性關節炎可同時治療,通常患者會主動就醫是希望將皮膚乾癬治療好,因乾癬範圍太大會影響外觀讓患者自信心受損。民眾平時可多注意早上起床會不會下背痛,有沒有其他關節會疼痛等,若懷疑是乾癬性關節炎,應盡快就診治療。

除了乾癬性關節炎,乾癬還有哪些常見的共病?

林聖堯醫師強調,乾癬並非單純皮膚病,而是「全身性的發炎疾病」所以千萬不能輕忽!

因為有發炎因子在體內循環,可能會攻擊皮膚、關節、腸胃道、心血管、甚至眼睛,所以乾癬患者可能出現皮膚表現、關節炎,部分患者會有腸胃道症狀,像是腸躁症、潰瘍性腸炎 (Ulcerative Colitis) ,或眼睛症狀,如虹彩炎。大部分都是先有乾癬,才併發其他症狀。

乾癬性關節炎的治療方式有哪些?是否需長期治療?

治療乾癬性關節炎一般先由口服藥開始,有免疫抑制劑、非類固醇抗發炎藥物 (NSAIDs) ,治療一段時間後,若效果不彰的話,方可申請生物製劑治療,乾癬性關節炎需長期治療。目前要申請通過才有健保給付,自費使用的價格會比較高。

飲食習慣、抽菸、喝酒是否對乾癬性關節炎有影響?

林聖堯醫師提醒,抽菸、喝酒會讓乾癬惡化,務必要避免。且應保持良好的生活習慣,不要熬夜,千萬不能因有生物製劑治療就持續抽菸、喝酒、熬夜,這樣很可能讓症狀再次惡化。

飲食上會建議減少糖分攝取。據動物實驗顯示,給予高糖、高脂(西方)飲食的那組老鼠,乾癬惡化最明顯。

一般建議乾癬患者飲食應保持清淡、少油、少糖,不要隨意進補,有加米酒的料理也盡量避免。至於患者很在意的蝦蟹類,目前未有明確證據顯示會令乾癬惡化,故這部分不用刻意忌口。

林聖堯醫師呼籲由於肥胖恐造成乾癬惡化,不只治療效果變差,也容易造成三高的問題,建議大家應培養規律運動習慣,並維持理想體重。最重要的是與醫師密切配合,才能穩定病情,達到理想的治療效果(化癬為夷)!

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別信偏方!改善潰瘍性結腸炎的注意事項看這裡

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潰瘍性結腸炎屬發炎性腸道疾病的一種,症狀為慢性、反覆性的腸道發炎。高雄醫學大學附設中和紀念醫院胃腸內科王俊偉醫師表示,潰瘍性結腸炎致病機轉目前仍不明確,但可能與數種因素有關,第一是基因遺傳,第二是免疫系統失調,第三是腸道共生菌失衡,導致腸道黏膜持續發炎;另外,飲食、壓力等環境因素亦可能產生影響。

據統計,相較於歐美地區,台灣潰瘍性結腸炎案例較少,但可能由於飲食西化(高油、高糖)的改變、抗生素的使用,造成盛行率和發生率逐年攀升。目前台灣平均每 10 萬人就有 12 人被診斷患有潰瘍性結腸炎,每年新增案例約 350 人左右。

潰瘍性結腸炎好發於哪些族群?

王俊偉醫師指出,潰瘍性結腸炎有兩大好發年齡高峰,最常見好發於 20 歲左右,第二個高峰在 50~60 歲左右,性別上男性患者比例會稍多一些。愈年輕罹患發炎性腸道疾病,治療愈困難,診斷也較不易,不少患者在發現時已有併發症產生。故若身上出現相關症狀,應及早至專科就診。

王俊偉醫師分享,有位令他印象深刻的 55 歲男性患者,確診前曾因反覆腹瀉問題困擾多年,因工作上需長時間開車,多年來僅靠自行服用成藥及朋友介紹的偏方來緩解症狀,但腹瀉程度隨著時間愈來愈嚴重,甚至影響到行車安全,有好幾次因急著找廁所而差點發生意外。

後來經大腸鏡檢查發現整段大腸潰瘍發炎嚴重,經腸黏膜切片檢查後確診罹患潰瘍性結腸炎,依「達標治療 (Treat-to-target) 」的原則,使用傳統藥物合併生物製劑治療,目前症狀已大幅改善,也能放心回到工作崗位。

潰瘍性結腸炎常見症狀有哪些?該如何診斷?

王俊偉醫師解釋,患者最常抱怨會不斷腹瀉,甚至出現嚴重腹痛,因疾病會影響到腸道黏膜,有部分患者會解血便、黏液便,甚至伴隨體重減輕、發燒等。

這些症狀都會持續一段時間,因症狀類似大腸激躁症、急性腸胃炎,容易與其混淆,單靠臨床症狀較難明確診斷潰瘍性結腸炎,臨床上需綜合病史、臨床表現、血液和糞便檢驗、影像學檢查以及大腸鏡檢查併組織病理切片結果,來判斷是否為潰瘍性結腸炎。

潰瘍性結腸炎有哪些治療方式?

潰瘍性結腸炎的治療目標主要著重在抑制急性發炎,降低發炎造成的腸道破壞。對於輕度和中度的潰瘍性結腸炎患者,會先以口服或浣腸劑型的抗發炎藥物治療,若成效不彰,會根據臨床狀況加上免疫調節劑或口服類固醇治療,口服類固醇的選擇會以腸道局部作用的劑型做短期使用。

對於重度潰瘍性結腸炎或急性復發的患者,會以全身作用劑型的針劑類固醇合併抗發炎藥物或免疫調節劑同時治療,若前述藥物無效時,就須使用生物製劑治療,生物製劑對於潰瘍性結腸炎的療效好,可長期控制病情,但礙於藥價昂貴以及健保給付條件較嚴格,目前臨床上符合健保條件使用生物製劑治療的患者只占一小部分。

另外,近年來國內外陸續有大小型臨床試驗使用微菌叢植入治療 (Fecal microbiota transplantation) 治療潰瘍性結腸炎,其療效和安全性尚待進一步的證實。

王俊偉醫師提醒,潰瘍性結腸炎為慢性疾病,經過治療後即使症狀改善也不可任意停藥,就像高血壓、糖尿病等慢性病的控制,應配合醫師視病況調整藥物劑量,長期服藥持續追蹤才能與疾病和平共處。日常生活建議培養良好習慣,如飲食作息正常、避免熬夜,讓免疫狀況維持穩定。

延誤治療問題多,及早治療很重要

延誤治療恐造成患者腸道出血,更甚者會導致嚴重貧血,出現其他腸道相關併發症,如腸阻塞、腸瘻管、腸穿孔等,部分患者可能因併發症需切除部分腸道。

潰瘍性結腸炎有時也會伴隨腸道外的症狀,如關節炎、皮疹、虹彩炎、肝臟病變等共病,若能順利控制發炎狀況,這些腸道外症狀也可獲得改善。

王俊偉醫師表示,發炎性腸道疾病患者罹患腸道癌症的風險也遠高於一般人,一旦罹病超過十五年,罹患大腸癌的風險恐攀升至一般人的 2 倍,通常患者確診發炎性腸道疾病超過十年,都會建議每年定期做大腸鏡追蹤腸道黏膜狀況。

潰瘍性結腸炎若能及早控制發炎,多數患者的生活品質皆可與常人無異,及早治療也可減少併發症產生,避免引發不可逆併發症而造成遺憾。

潰瘍性結腸炎保養重點

王俊偉醫師強調,生活規律很重要,可減少免疫系統絮亂,有助病情的穩定。

至於飲食部分,應以均衡飲食為基礎,適當補充水分,因患者腸道較敏感,對某些食物耐受度較低,過於刺激性、油膩或易引起脹氣的食物都要盡量避免。此外,每個患者對食物敏感度、耐受性不同,醫師建議應確實記錄容易引發胃腸道不適的食物,日後盡量避免攝取。

有些患者因腸道長期發炎已造成貧血,建議可多補充鐵質、葉酸(如動物內臟、貝類和綠色蔬菜);攝取富含蛋白質的食物則有助腸黏膜修復。

若有抽菸、喝酒、檳榔等習慣應盡量避免,因為這些習慣不只對腸道有害,對其他器官也會有影響。

醫師貼心小提醒

王俊偉醫師提醒,潰瘍性結腸炎初期症狀與腸躁症、腸胃炎類似,但若長期有慢性腹瀉、甚至偶有解血便的情形,務必盡早就醫,及早診斷及早治療,預後才會較佳。潰瘍性結腸炎屬於終身疾病,倘若確診罹病,也請務必配合醫師持續治療,切莫擅自停藥,如此一來才能讓病情穩定,避免併發症產生,也能有更好的生活品質。

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