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熊貓瀕危是因為繁殖力差嗎?

科學松鼠會_96
・2013/12/05 ・3781字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

大熊貓應該不需要太多的介紹吧。
食肉目熊科,竹子為主食但別的也照吃,分佈於陝甘川一帶山區,因為棲息地的縮小和碎片化而歸入IUCN紅名冊的「瀕危」——

咦,等一下,平常都說大熊貓瀕危是因為它繁殖力不行嗎?難道牠不是連生養孩子都不會的活該絕滅「死胡同」嗎?

我們對「熊貓繁殖力差」的印象,幾乎肯定是來自以前動物園圈養的熊貓。在上個世紀的圈養環境下,這的確是事實,而且往往伴隨很多血淋淋的慘劇。

1936-1945年間有14隻大熊貓運出中國,倫敦動物園一地便獲得5隻,但無一例繁殖成功。1961年第一隻圈養環境下大熊貓在北京出生,但因為飼養員沒有經驗,溫度調節不當,數天後便死去。1972年美國獲贈的一對大熊貓「玲玲」和「興興」性成熟之後又花了五年才首次懷孕,隨後十年裡產下五隻幼體卻全部夭折。歷史上,熊貓圈養繁殖的「三難」讓不知多少飼養員費盡心血。

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但是,圈養繁殖力其實什麼問題也說明不了。

道金斯講過一個故事。一次會議上,一位學生抱怨說他養的石蠶無論如何都不肯繁殖,這時下面一個老師說:「你有沒有試過把它們的頭都擰掉?」

我們不知道這種石蠶是不是真的需要掉腦袋才能繁殖,但這的確是可能的—有多種螳螂和蜘蛛為例。這個故事的寓意是,很多動物我們暫時不知道它們野外如何生存,或者知道了也無法複製野外環境。這時不僅是繁殖,對它的一切行為、甚至是某些生理過程都要存疑。圈養研究自身當然有巨大的價值,但不能代替野外的行為觀察,這也正是我們不但需要動物園、也需要野生保護區的原因。

更何況,這些年來國內許多熊貓保護區在人工繁育上都有重大突破……

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05年臥龍保護區的一張合影。16只熊貓幼仔全部為當年出生。
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12年成都保護區的合影。可能是有幾隻太小了所以沒讓抱?

那麼大熊貓在野外的真實繁殖情況又如何呢?

不同的動物有不同的生存策略,要比較繁殖力的話不能跨界。熊貓的繁殖力顯然不如貓,但你怎麼不和大腸桿菌去比呢……因此最佳的比較對象應該是大熊貓的現存最近親—熊科的其他7個物種。(過去大熊貓曾經單立一科,但現在較多的意見是把它歸入熊科。)

我們先用數據說話:

一隻典型的雌性熊貓大約在6歲時生頭胎。我們不清楚野外熊貓平均每胎幾隻,但大多數情況下只有1隻出巢。這隻出巢的熊貓幼仔,成活率(能夠成功活到2歲左右,脫離對母親的依賴)大約是70%-90%。只有養大了當前的孩子,母親才會去懷下一胎,平均每2.2年繁殖一次。總歸來說,到20歲可以養大5-6隻後代。

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帶著幼仔的熊貓媽媽。

相比之下,一隻加拿大地區的棕熊,8歲生頭胎,平均每胎2隻,成活率60%,每4年繁殖一次,到了20歲也不過養大5隻後代。

當然加拿大對於棕熊來說並不是最好的環境,其它地方的棕熊繁殖力會略高一些。但現在這些殘破的棲息地也不是熊貓最好的環境。歷史上絕大部分熊貓化石是在當時500-700米的海拔出現的,而現在很大程度上因為人類的壓迫,熊貓已經退縮到海拔1500-3000米的區域了。

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現代大熊貓分佈圖。

無論如何,從數值來看,熊貓的繁殖力大概算不上「出色」,但和別的熊比起來並不落下風。既然大部分熊在野外過得都不錯,我們沒有理由認為大熊貓瀕危和它的繁殖力有關。

可惜用數據思考並非人類的長項,眼見耳聞的行為顯然更直觀。所以我們還是一一分析下大熊貓的行為特徵吧。

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大熊貓發情難、性冷淡?

在過去的圈養條件下,的確如此;但野外不一樣。要知道野生的大熊貓雄性平均有9.8平方公里的領地,雌性更是有23.7平方公里。熊貓平時獨居、不觸犯他人領地,但繁殖期的時候會聚到一起實行群婚制,幾隻雄性會相互競爭,雄性和雌性都可與多個異性交配,不論平日生活還是戀愛都相當自由。相比之下,圈養大熊貓大多只能生活在狹小的籠子裡,許多動物園更是因條件所限只能養一對,能不得抑鬱症就不錯了,還被催婚,這叫人家怎麼產生愛情。野外大熊貓成年後表現出繁殖行為的比例是100%,而到2000年為止圈養大熊貓只有26%,根本比不上。

大熊貓缺乏性教育和育兒教育?

圈養條件下那是當然。野生的熊貓幼仔8-9個月斷奶,但之後依然跟在母親身邊,到了1.5-2.5歲才基本自立(有的到了這時候還賴在母親身邊,雖然生活不依靠母親了)。相比之下,早期的圈養繁殖追求短平快[註],往往幼仔6個月就強行斷奶、拖出去分居,以免影響母親下一個發情期。這樣的幼仔能學到性教育才怪。

但這件事情背後有個更大的悲劇:圈養母親自己可能都沒有受到過性教育。

八十年代竹子開花時熊貓保育界一片恐慌,擔心熊貓自此絕種。(事實上熊貓吃掉的竹子生物量不過2%,而那一次竹子開花隻影響了20%-30%,熊貓依靠夾雜其間的未開花部分能夠生存。有影響,但沒有那麼嚴重。)於是我們本能地就想去大熊貓的棲息地裡「搶救」所謂的「老弱病殘」來圈養,而搶救回來的一半以上是未成年個體。

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這些未成年個體幾乎都是獨自待在巢穴裡或者樹上,我們想當然地以為是被母親遺棄的。但事實上熊貓經常把幼仔安置在安全的地方,自己出去覓食,遺留期通常在4-8小時不等,但有時甚至可以長達一兩天。那時我們對大熊貓的野外習性幾乎一無所知,哪裡會想到要等這麼長時間,遇到的都捉回來了。

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[臥龍保護區爬在樹上的熊貓幼仔。]

結果自然是這群圈養熊貓中很多個體連繁殖和育兒的知識底子都沒有。今天許多圈養熊貓的繁殖行為,某種意義上是飼養員摸索出來之後反過來教給熊貓的。

大熊貓幼仔發育不良、存活率低?

熊貓幼仔個頭是真的很小,但存活率低則是沒根據的說法。先前已經提到,熊貓野外存活率可以達到70%-90%,要知道今天的查德和阿富汗等國家,人類兒童存活率(5歲之前不夭折)也不過是80%;中世紀的歐洲這個數值更是只有可怕的50%。數據在此,所謂「熊貓媽媽不會養孩子」的說法也不攻自破。當然早期圈養下存活率是真低,不過圈養問題已經說得夠多了……

值得一提的是為什麼幼仔小?其實不止大熊貓,熊科所有物種的幼仔個頭都很小,出生時全都不能生活自理。這個現象的主流解釋是,熊科在懷孕期往往面臨食物匱乏。

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哺乳動物孕期依靠胎盤來提供營養。胎盤並不是讓母子的血液相混合,僅僅是二者的毛細血管接觸,因此形成了物質運輸的屏障。小分子的單糖可以基本自由出入,但是大分子的脂肪酸則幾乎不能通過。

如果是人類的孕婦,沒有問題。現代人的主食本來就是澱粉類物質。平常情況下的熊是雜食的,也可以應付。但是熊的孕期正值冬天,沒有多少食物,主要靠體內儲備的脂肪酸氧化供應能量,胎兒無法享受到這個能量來源……剩下的就只有分解自身的蛋白質了,而這是竭澤而漁的行為。

因此,熊科的祖先演化出了一個辦法——提前分娩。嬰兒一旦出生,營養的重任就從胎盤轉移到了乳腺,而乳腺分泌脂肪酸是沒有問題的,幼兒也能正常消化吸收。熊科生物原本就沒有多少捕食者,而熊媽媽會在胎兒出生後一段時間內放棄其他一切行為、寸步不離撫育胎兒(對於大熊貓而言一般是2-3個星期),所以對生存並不會有什麼影響。至於大熊貓沿用這一策略的原因還不甚清楚,可能是歷史遺留問題。但無論如何,在野外環境下,大熊貓幼仔的存活率依然很高,我想這就夠了。

大熊貓生下雙胞胎也只能養活一隻?

這大概是事實。在人工圈養條件下,大熊貓平均每胎生1.4隻,出現雙胞胎時自己多半只能養活1隻。野外環境下我們不知道平均一胎生多少,但一隻熊貓媽媽帶兩隻幼仔的情況也確實相當罕見。

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不過在自然界裡,養不活全部後代其實很正常。如果沒有人類的干擾,母貓自己能養大五分之一的小貓就相當不錯了……就算在熊科裡,其它的熊也養不起太多的孩子。棕熊的上限也就是2-3隻,如果一胎生下4隻的話多出來的幾乎肯定要死掉。

為什麼要這麼「浪費」呢?有可能是為了保險,防止其中一隻太早夭折或者流產。有可能是賭博,萬一環境條件比較好能養活兩隻就賺到了。但是對於大熊貓而言,這還有可能是一份淒涼的遺產—也許在人類的擴張影響到熊貓之前,它們本來是可以養活兩胎的。

說真的,許多動物都可以嘲笑大熊貓和其它熊科動物生殖力差,哪怕這樣的嘲笑是跨區比較、並不公正—-但是連人類也來的話就實在是太諷刺了。因為人類自己的繁殖力簡直是差到極點-—雌性個體要經歷十多年才能性成熟,常常不到三十年就停經。在農業和定居出現之前平均4-5年才能繁殖一胎,大多數情況下每胎都只有一個幼體。現代文明出現之前的幼體死亡率異乎尋常地高,甚至到了成體也不例外。和熊貓平均每年0.46胎的繁殖率、70%以上的幼體成活率、接近95%的成體年生存率相比,我們難道不應該害臊嗎?

但我們沒有害臊,因為我們其實都明白,生殖力僅僅是生命的無數指標之一。每一個物種都有自己的生存策略,有自己「擅長」的領域;有些物種很成功,有些不那麼成功,但是我們眼中所見的每一個生命迄今為止都生存了下來,它們都是自然選擇的勝利者。我們應當尊敬它們,正如我們尊敬我們自己一樣。大熊貓的策略並不以繁殖力見長,但它的生存並沒有因此受到影響。

可是照此說來,大熊貓瀕危的罪魁禍首又是誰呢?

  • 轉載自科學松鼠會,作者
  • [註] 短平快:中國用語,指投資效益高、回收快,或者指男女很快進入婚姻、感情平淡、離婚也快。

延伸閱讀:

為什麼要保護熊貓

6個關於熊貓瀕危的真假傳言

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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用精蟲王選拔打開繁殖科學大門—蔡沛學的生命探索
顯微觀點_96
・2025/08/14 ・3763字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文轉載自顯微觀點

「我覺得那個震撼度沒有實際親眼看到(精子)這麼震撼;而且就算實際親眼看到的震撼度,也絕對沒有比看到你旁邊那個同學的精子長什麼樣子還要震撼!」

台大獸醫系有一門大四必修-獸醫繁殖障礙及產科,課堂舉辦的「精蟲王選拔」堪稱該系的年度盛事,授課的老師便是台大副學務長蔡沛學教授。

蔡沛學的研究專長為繁殖生理。他提到自己從念獸醫、從臨床轉向研究,再到回台教書一切都是「偶然」。

當初大學會選填獸醫系,完全是因為「成績到了」,加上從小家裡一直有養狗貓,於是「不討厭就念了」。有別於大多數獸醫系同學選擇臨床,蔡沛學走向研究,他則笑說是源於大學「交了女友要打工賺錢」而到狗舍當起工讀生。

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每當打掃完狗舍回到實驗室,就會看到許多研究所學長姐正在做實驗,蔡沛學受到好奇心驅使開始了解學長姐在做的研究。這些研究讓他感到新奇有趣,加上考量未來若走臨床,生活彈性大幅壓縮,因此畢業後便留學踏上研究之路。

雖然流行病學並非真愛,但蔡沛學心知肚明碩士只是研究路上的過渡期,便在考量語言、經濟等各項因素後,赴荷蘭烏特列支大學(Utrecht University)攻讀流行病與經濟學。但他也仍然結合最愛的繁殖生理,運用流行病學的角度,以大規模數據分析不同類型的轉殖基因造成的繁殖生理問題。

面對人生低潮 參加會議刺激想法

一路從碩士到博士,在荷蘭歷經將近十年寒暑,蔡沛學仍抱著一絲「美國夢」,於是申請到美國的麻州大學醫學院進行博士後研究,卻也迎來人生第一個低潮。

蔡沛學解釋,當時待的實驗室在繁殖領域非常厲害、學術產出也非常多,但美國生活緊湊,和講求生活與工作平衡的荷蘭截然不同;加上實驗室過於偏向分生領域,蔡沛學很快就失去研究動力。

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另一方面,當時他和太太、小孩住在波士頓,和麻州大學雖然都在麻薩諸塞州但通勤時間長,往往出門孩子還沒醒、回到家孩子也正要睡。「當時覺得說我為什麼要來這邊尋找我的『American dream』,待在荷蘭好好的我幹嘛呢?」和家人相處時間短並非蔡沛學想要的生活,於是他過沒多久就辭去這份工作,轉往哈佛大學醫學院繼續博士後研究。

這個實驗室主要是系統生物學(system biology)的研究團隊,也是核心的影像中心。蔡沛學形容,一進去就有六台且不同類型的共軛焦顯微鏡,應有盡有。「只要能夠讓我照影像、看到亮亮的螢光,我都可以」,雖然蔡沛學加入的是腎臟研究團隊,並非獸醫、繁殖領域,但基於對影像的熱愛,加上離家近,他工作得非常愉快。

雖然在哈佛從事博士後研究做很多蔡沛學喜歡做的事,日子過得還算愉快,但太太這時跟他說了一句話:「It’s time to find a real job(該找個正式的工作了)」,而且正巧台灣大學獸醫系有個職缺,成了他回台教書的契機。

但回國後蔡沛學反而迎來第二次人生低潮。

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由於覺得在哈佛做的研究很有趣,蔡沛學回國後很直覺地想要延續部分想法,再改良成實驗室新的題目。但當他知會前老闆時卻被斷然拒絕。

「他很明確地跟我說,你有這些研究想法(thoughts)也是因為你在哈佛而發展(develop)出來的,所以這些想法是屬於哈佛的,你不能用。」蔡沛學表示,除了研究方向還沒確定,回到台灣擔任教職,也從原本只需專心做研究變成需要兼顧教學,過程非常難熬因而陷入低潮。

面對低潮,蔡沛學建議可多參加不同類型的會議或是研討會。

「也許你覺得沒有太大的意義,但是(研討會)會讓你遇到很多人、跟很多人聊天,我覺得很多idea(想法)就從那邊出來」,蔡沛學提到印象深刻的是剛回國時參加台大光電所教授孫啟光辦的影像攝影展。當時雖然並未參賽,但抱著「看一下人家在幹嘛」的心態去參加,會中和很多人聊天都會成為日後研究的養分。

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「就算是不是你做的領域,去聽、去看都會發現『原來還可以這樣看細胞啊』、『原來影像不是只有 Confocal(共軛焦),還有 Lightsheet(層光),還有 spinning(spinning disk confocal,轉盤式共軛焦)啊』,那對我們來講都是大開眼界」。蔡沛學說,聊天過程中慢慢發現大家不同的領域專長,其實可以在自己原有的興趣基礎往上疊加,不需要拘泥於過去所做的研究。

而他現在實驗室的研究領域廣泛,包括繁殖生理、细胞膜蛋白與囊泡傳輸機制、抗氧化/自由基機制、瀕危物種、野生動物保育等,只要和繁殖障礙以及影像這些他喜歡的興趣有關,都有所涉獵。

歡樂氣氛帶領學生辨別精蟲好壞

精子的頭部像牛舌餅一樣的圓形厚片,並以螺旋、弧線方式向前游動。

除了研究,大學教職另一個重要任務便是教學。蔡沛學教授的「獸醫繁殖障礙及產科」是大四的必修,也是阻擋學生可以順利進入大五實習的最後一門課。第一年,蔡沛學只是按部就班地了解不同動物的精子樣態及如何評估精子優劣,光上完課就「阿彌陀佛」了。但到了第二、第三年,他開始思考什麼樣的上課方式學生比較容易吸收,加上自己喜歡「把事情搞大」的個性,於是有了「精蟲王選拔」的教學構想。

過去上課雖然用了非常多圖片、影片讓同學「看到」精子的樣態,但就算如此,蔡沛學認為這些都不會比親眼在顯微鏡下觀察、甚至是觀察周遭同學的精子來得更有印象。因此他徵求志願的同學捐精(女生也可以拿男生朋友的精子)並給予加分,學生則在課堂上可以觀察這些混雜在一起,裝著動物和各志願者的不同試管。

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「上課就會出現此起彼落的驚嘆聲,『你看 3 號兩個頭』、『2 號幾乎不會動』,整堂課就非常歡樂。」蔡沛學笑說,過程中只有老師知道試管編號對應的身分以及當事者知道自己的編號,因此當學生知道精子主人在身邊卻不知是誰的時候,氣氛更加熱絡。而他認為這才是上課應該要有的氣氛,學生也在歡樂的氛圍之中了解何謂好的精子品質。

精子品質的評估首先得先認得不同動物的精子型態。以精子頭部為例,狗和牛與人一樣,都是橢圓形、禽類的像根棍子;而齧齒類的呈現鐮刀狀,在顯微鏡下就必須辨別和紅血球的差異。

評估也包含多種面向,如濃度、運動方式、活力等,而要觀察這些不同面向,就必須使用不同的顯微鏡觀察法。

蔡沛學解釋,在顯微鏡下看到精子游動,可能只有 60% 至 70%「真的在動」,因為也許精子本身已經死亡但受到介質擾動而出現流動的樣子。

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精子游動也不像我們一般想像,以平面左右擺動方式直線前進,而是以螺旋、弧線向前游動;且當要與卵子結合時,弧線的弧度降低、直線性增加。因此可藉由可以呈現立體影像的顯微鏡或是使用輔助軟體進行路線追蹤。

另外,精子的頭部其實是像牛舌餅一樣的圓形厚片,因此在游動時有時看起來是粗的、有時看到卻是細細的一條線,這時就必須使用如 DIC(微分干涉相差顯微鏡)才能看清楚頭部的樣子。又或是使用原子力顯微鏡分析精子表面的變化,才能針對精子品質進行繁殖障礙的精密評估。

當PI支持學生瘋狂想法

現在,蔡沛學的實驗室已經扎穩根基,目前主要研究方向為自由基對繁殖的影響,除了研究機制,也針對自由基傷害的不孕症研究治療方法。另外實驗室也和農場、動物園合作,研究如何增進動物繁殖能力或是如何有效保存動物精液。

雖然有多項研究計畫正在進行,蔡沛學還接任台灣大學副學務長一職,更將擔任本屆(2025)Taiwan顯微攝影競賽的評審。面對這些繁忙的公事,蔡沛學笑說:「少睡幾個小時就行啦!」

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他也表示,直到去年自己都還親自進實驗室做實驗,但現在確實已分身乏術。不過蔡沛學覺得最主要還是要把實驗室當作家庭一樣經營,當實驗室負責人(PI, Principal Investigator)最重要的就是能夠支持學生瘋狂的想法且不能藏私,「只要和學生、助理關係很好,事情就會很好」。

而對於即將擔任顯微攝影競賽評審,蔡沛學認為,或許有很多參賽者會為了追求影像好看而刻意「擺拍」進行後製,但他更期待看到研究中無意間發現的奇特影像,例如他就看過美國得的朋友曾在臉書上發布一張無意間觀察到精子圍繞成1顆愛心的圖像。

「那個 motivation(動機)比較強,而不是為了去競爭某個獎而拍出來的」,蔡沛學如此說道。

📋採訪後記

蔡沛學老師的實驗室和研究室充滿生氣,也可以感受到他與學生、家人間的感情緊密。

除了櫃子裡擺放陪兒子追星而愛上的韓團偶像,當天蔡沛學還帶了最近剛認養的小貓坐鎮辦公室。

而實驗室門後畫著一家人的圖案。蔡沛學解釋,因為位於隔壁的研究室門後畫著的是某一繪本中「精子向前衝」的圖案,於是學生們便畫上這幅圖案,象徵精子突破重重難關,終於誕下新生兒。

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。