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【Gene思書齋】下一場全境擴散的人類大瘟疫

Gene Ng_96
・2016/09/12 ・2980字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

茲卡病毒肆虐中南美洲,在巴西已傳出超過四千例的新生兒小頭略形病例。一般成人被感染茲卡病毒,主要會出現類似溫和的登革熱症狀(我得過差點痛死人的登革熱),包括發熱、皮疹、結膜炎、肌肉和關節痛、全身乏力、眼窩痛以及頭痛。這些症狀往往較輕,持續兩天至一週。如果是懷孕婦女感染,經由母親傳染給孩子,可能會造成小頭畸形。病毒最早在 1947 年於烏干達的茲卡森林中的獼猴體內分離出來,因而得名。

就像大部分的病毒傳染疾病一樣,公共衛生專家已警告台灣,茲卡病毒有很有可能入侵台灣,因為台灣氣候濕熱,很適合斑蚊(尤其是埃及斑蚊)的傳播,加上交通便利,這讓公共衛生專家如臨大敵。

除了茲卡病毒,前不久西非伊波拉疫情的慘烈,令不少衛生狀況已堪慮的非洲國家大受打擊;從駱駝傳染人的中東呼吸症候群(MERS)也一度令許多國家提高防疫警戒;更早之前的 H1N1,在台灣也造成疫情,我也沒有倖免,在家隔離了五天。以上種種令人聞風喪膽的病毒傳染病有一個共同點:它們都是人畜共通傳染病

台灣大概在十一、二年前,慘遭 SARS 肆虐,許多人仍印象深刻。我當時也感冒發燒,差點就以為得了 SARS。因為 SARS 的防疫,學校關閉了游泳池,讓瘦骨如材的我,因為不能天天游泳運動,兩個月暴胖十幾公斤,從此身材再也回不去了,這也是人生中最大的痛之一。

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SARS 是典型的人畜共通疾病,從啥都能吃的廣東傳出。《下一場人類大瘟疫:跨物種傳染病侵襲人類的致命接觸》Spillover: Animal Infections and the Next Human Pandemic)這本好書,對 SARS 等等人畜共通疾病肆虐人間的過程,有如推理小說般精彩絕倫的描寫。

我在本專欄中介紹過了《下一場人類大瘟疫》的作者大衛.逵曼(David Quammen)的另一本書《致命伊波拉:它藏在哪裡?下一次大爆發會在何時?我們能遏止它嗎?》Ebola: The Natural and Human History of a Deadly Virus)(請參見〈進擊的致命伊波拉〉)。《致命伊波拉》有部分內容就是來自《下一場人類大瘟疫》,可是後者的深廣度更令人折服。大衛.逵曼果然是一流的科學作家暨新聞工作者,在《下一場人類大瘟疫》中,他處理各種各樣不同的人畜共同疾病,從病毒到克立次體都有,可是卻能有條不紊,把各種脈絡用故事的方法清晰地呈現。

在過程中,我們隨著大衛.逵曼冒死到中國南方、香港、新加坡、馬來西亞、孟加拉、非洲等地遊歷,過程中他和許多當事人以及專家接觸,頗有觀看國家地理頻道的味道,也順便吸收了病毒學、細菌學、遺傳學、流行病學、演化生物學等的知識。

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《下一場人類大瘟疫》第一章〈亨德拉和死神的灰馬〉就很令人驚心動魄,彷彿就像看電影一樣,相當好萊塢,可是其實更恐怖的是,書中述說的卻是血淋淋的真實事件,那是發生在澳洲這個先進國家的病例。亨德拉病毒感染了馬,然後傳給了人,有人不幸喪命;書中另一個案例,是發生在馬來西亞的立百病毒(Nipah virus),會引發立百腦炎,也會造成人類和其他動物(尤其以豬隻為主)交叉感染,嚴重的可引致死亡,致死率達四成。

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立百病毒在馬來西亞的立白新村發現,1999 年 3 月馬來西亞爆發豬場及屠宰場工人腦炎死亡病例。1998–1999 年間馬來西亞有 265 人因接觸感染立百病毒的豬隻感染而致病,其中 105 個病例死亡。那次疫情亦造成馬來西亞近 900 個豬場近百萬頭豬遭撲殺,對業界造成相當大的損失。

其他有名的病毒,還有禽流感、西尼羅河病毒、馬堡病毒和狂犬病毒。狂犬病應該是最著的人畜共通傳染病之一,絕大部份通過咬傷傳播。沒有接受疫苗免疫的感染者,會出現暴力行為、不可自制的興奮感、恐水症、部分肢體癱瘓、意識混亂或喪失知覺,病毒大量存在於發病者的腦脊液、唾液和體液中,當神經症狀出現後幾乎必定死亡。台灣原本非狂犬病疫區,可是台大團隊 2013 年在鼬獾身上,驗出絕跡 52 年的狂犬病病毒而死灰復燃。

人畜共通傳染病,病原不是僅有病毒而已,也有造成瘧疾的瘧原蟲,它們是單細胞的原生生物,生活史非常複雜;還有 Q 熱鸚鵡熱萊姆病,它們都是細菌造成的傳染病,病原分別是貝納氏立克次體、鸚鵡熱衣原體和伯氏疏螺旋體造成的。

《下一場人類大瘟疫》探討了一個有趣的問題,就是為何許多人畜共通傳染病的病毒致病原,都來自蝙蝠。在美國,蝙蝠則是最常見的狂犬病原因。許多其他病毒在不同動物之間傳來傳去,可是源頭往往可以追溯到蝙蝠身上。蝙蝠為何成為重要的病毒儲存宿主?原因現在學界還在探討,《下一場人類大瘟疫》提到幾位好奇的科學家,原本並非蝙蝠免疫專家,可是卻合作探討出一些合理的原因,例如蝙蝠是哺乳動物古老的一支,有群聚的習慣,又能夠飛翔而長途旅行等等,讓蝙蝠成為病毒的良好宿主。

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提到人畜共通疾病,另一本好書《共病時代》也非常值得一讀!我們對蝙蝠和其他動物所知的非常有限,這也導致了我們人類在明,人畜共通傳染病在暗,防不勝防。因此,對其他生物的基礎生物學研究,不是種像是集郵的嗜好,或者只能滿足科學家的好奇心而已,對我們的健康和公共衛生甚至政治經濟也是生死悠關的。

《下一場人類大瘟疫》中,大衛.逵曼不禁要被問或者問自己,為何要高度關注人畜共通傳染病?他沒有懷疑太多,因為有一個世紀絕症,讓他很肯定關注人畜共通傳染病是很重要的,那就是由 HIV 造成的,俗稱愛滋病(AIDS)的後天免疫缺乏症候群。愛滋病是非常令人聞之色變的,這個不必要詳述了吧?《下一場人類大瘟疫》當然也追蹤了這個上個世紀被視作黑死病的疾病的來源。還好在許許多多科學家的努力之下,愛滋病現在算是有藥可救了。

回到上面提到的 SARS,這個急性呼吸道症候群在中國、香港和台灣都造成了重大的衝擊,不僅許多青壯年病人無預警辭世,還對疲弱的經濟造成打擊,也在社會上產生一定的動盪,那時候在公車或捷運咳兩聲,馬上被白眼,嚴重點的還被怒目而視,只差沒演成全武行。

因為有些病例是從香港傳過來的,香港遊客在台灣備受歧視,連我的華僑口音都能讓人明顯表現出敵意。因為生態的破壞而從其他動物溢出,加上氣候變遷及交通便利,再受到新興傳染疾病應該不是會不會發生的問題,而是什麼時候發生的問題而已,不僅是醫界該準備,整個社會遲早都要面對。

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一部好電影《全境擴散》(Contagion)也不容錯過,這部鬼才導演史蒂芬.索德柏(Steven Soderbergh)的超寫實作品,描述了人畜共通的傳染病對人類社會的衝擊,全片中不同角色都有血有肉,基本上就是把 SARS 疫情對社會和人性的衝擊演得活靈活現,毫不煽情地說了個好故事,非常適合配合《下一場人類大瘟疫》這本好書一起享用(請參見〈全境擴散的超寫實〉)。

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本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 32 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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陳建仁接受 PanSci 泛科學採訪:「我常常看 PanSci 喔!」
PanSci_96
・2022/08/25 ・662字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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今日(2022/8/25)前副總統,中研院院士陳建仁接受 PanSci 泛科學採訪,分享 2002 年 SARS 後台灣防疫上的改革,對於這次 COVID-19 防疫準備與策略的影響,以及面對與病毒共存的現在,未來台灣防疫是否還能做得更好。他也溫暖地表示自己早已是 PanSci 的讀者,大大激勵了到訪的我們。

陳建仁表示:「我常常說,台灣防疫能成功,有 2300 萬無名英雄(unsung hero) 。」 他認為各種非醫療介入手段 (NPI,Nonpharmaceutical Interventions) 如戴口罩、勤洗手、維持社交距離,是靠所有人配合才能達成。而台灣能在相對短時間內快速提升疫苗覆蓋率,甚至在 18-65 歲年齡段達到近 100%,也是眾志成城,守護彼此的彰顯。然而由於關於疫苗的錯假資訊流傳,部分媒體報導沒能正確傳達風險,造成 75 歲以上族群疫苗覆蓋率偏低,未達到 70% ,也讓他不禁嘆息。不過他觀察數據,認為配合快篩跟抗病毒藥物即時投遞,亦已有效降低重症死亡率。

世界各國漸漸從第一階段的「溯源、阻絕」,第二階段的「疫苗覆蓋」,進入第三階段「與病毒共存」,陳建仁認為最重要的是應對環境與病毒變異,隨時調整策略,信賴專業領導,避免過多政治干擾。他觀察世界衛生組織 (WHO) 在近期的表現,認為已較疫情初期改善許多,而有了這次經驗,面對未來難以預知的各種公衛挑戰,全世界都將準備得更好。

泛科學獲得文化部補助,正在製作 《Taiwan Keywords》 系列影片。以 12 個關鍵字為主題,呈現臺灣地區 12 項前沿科技與科學發展。本次採訪內容之精華將在影片製作完成後,於 Taiwan PlusPanSci 的 YouTube 頻道播出,不想錯過的話,就先訂閱起來,開啟小鈴鐺吧!

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陳建仁出新書,用「因果螺旋」試想 COVID-19 的防疫之道──《因果螺旋:跨越時空的探索與思辨》
圓神出版‧書是活的_96
・2022/07/31 ・1798字 ・閱讀時間約 3 分鐘

因果螺旋如何幫助我們?

因果螺旋模式最主要的功能,就是在遇到新的健康問題時,協助我們思考到底病原是什麼?宿主如何受到暴露?宿主感受性如何?引起個人發病的自然史有哪些重要階段?個人的三段五級預防對策為何?如何擴大影響到家庭、社會、國家、甚至全世界?如何遏止疾病的蔓延擴散?

透過因果螺旋的理論,也許我們能夠成功找到解決疫情的答案。圖/envato

像 COVID-19 這樣的新興人畜共通傳染病,也可以利用因果螺旋模式來試想可能的防疫之道。

用因果螺旋來看待 COVID-19

世界衛生組織是在 2020 年 1 月 7 日宣布 COVID-19 的病原體是新的病毒,與 SARS 和 MERS 同屬冠狀病毒家族,並將其命名為 2019 新型冠狀病毒(Novel coronavirus, 2019-nCoV)。

由於 COVID-19 蔓延得很快,它的傳染窩、傳染途徑、潛伏期、症狀徵候、自然史等特性也很快地被釐清。可惜的是,它未能在最早的發源地被有效控制,以致擴散到中國各省市以及全球 190 多個國家。截至 2022 年 5 月 16 日,已造成至少 5.18 億名確診病例,以及至少 627 萬人死亡。

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整個全球大流行的演進,如下圖所示,從一個病毒感染到首位人類宿主,侵入表現 ACE2 受體的細胞,致使病毒大量複製繁殖,持續感染其他的細胞,造成組織與器官系統的病理變化,產生嚴重臨床症狀、呼吸衰竭甚至死亡。

因果螺旋的模型可以帶領大家走出這次的危機嗎?。圖/圓神出版

在該病例發病期間,透過密切接觸或汙染環境,而將病毒傳給醫護人員、家人親友、同學同事。病毒就會擴散到家庭、學校、職場、社會、國家、全世界,使因果螺旋的範圍籠罩整個地球,「星星之火、足以燎原」就是最好的寫照,COVID-19 因此帶來家庭生計艱困、社會恐慌、國家動盪、全球蕭條。

一個人會不會得到感染、病毒在體內會不會繁殖很快、是否發病?決定於宿主的遺傳基因、免疫能力、健康行為、預防接種。

從宿主、親友、醫護到整體社會,一切都至關重要

一旦進入潛伏期,能否快速篩檢、早期發現、隔離治療、適切使用抗病毒藥物,就決定了個人是否會發生症狀徵候、重症和死亡。

在個人感染到痊癒或死亡的第一階段,宿主與社會(醫護)環境扮演很重要的角色。

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要預防病毒由個人傳給醫護人員、親朋好友、同事同學而造成社區傳播,醫療體系的超前部署、院內感染管控的落實、篩檢量能的提升、疫調匡列的確實執行、居家隔離的嚴格監控、自主健康管理的強化、口罩等防疫物資的量產與分配、個人衛生習慣的實踐、避免減少群聚活動、實名制進入公共場所等與精準防疫有關社會環境因素,在第二階段的社區防疫就變得很重要。

要讓疫情對家庭、社會、國家的衝擊降至最小,在第三階段還必須對低收入家庭、殘障人士、老弱婦孺、受創行業,進行救濟紓困。為了維持中小企業的發展,振興券的有效率而有效益地發放也很重要。在疫情期間的線上上班上課、電子商務、遠距醫療等宅經濟的發展,減少健康不平等、降低城鄉落差,可以穩定社會經濟的發展。

在自由民主多元開放的國家,疫情的公開透明對於建立民眾對政府的信任相當重要;落實個人資料與隱私權的保護,才能鼓勵民眾配合防疫規定。換句話說,包括跨部會整合的社會環境因素,在社會安定和國家安全扮演最重要的角色。

大家都在同一條船上,沒有人是局外人

現今,人與人、國與國的連結比昔日更密切。在 COVID-19 大流行的網羅下,沒有一個人是安全的,除非每一個人都安全;也沒有一個國家是安全的,除非每個國家都安全。

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以疫苗接種為例,截至 2022 年 5 月底,世界上還有許多國家的疫苗覆蓋率相當低,特別是非洲國家,亟待他國大力支援。要應用接種疫苗來遏阻大流行,就是要達到「四海一家、世界大同」的理想,積極協助低收入國家早日普及接種,使所有國家都能阻斷病毒的擴散、複製與突變,避免新變異株的產生。

—本文摘自《因果螺旋:跨越時空的探索與思辨》,2022 年 7 月,圓神出版,未經同意請勿轉載。

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圓神出版‧書是活的_96
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書是活的,他走來溫柔地貼近你,他不在意你在背後談論他,也不在意你劈腿好幾本。 這是一種愛吧。 圓神書活網 www.booklife.com.tw