網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

鴿子、網路、跟科學的意義

Write Science
・2012/01/14 ・2871字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

作者:Shane L. Larson

愛因斯坦有句話非常有名,他說這宇宙間最難以理解的事情,就是宇宙居然是我們可以理解的。我們用來窺探世間奧妙、瞭解世界如何運行的小小孔隙,就稱為科學。我們觀察世界、整合知識經驗,歸結出看似有邏輯、有意義的科學模式,再以這些模式去預測未來、解釋過去。

不過,在我看來,現今社會有個極為不妥的傾向,就是好像只把以科學工作當作職業的人視為「科學家」。這就跟認定「廚師」一定是在餐廳裡工作同樣沒道理;如果你是在家裡下廚,不論是煮給自己還是煮給全家吃、不論是因為有煮飯的必要還是純粹出於興趣,大部分的人都會同意你是個廚師。那如果「科學家」這個稱呼也同樣適用這麼簡單的標準呢?我很確定我的同行中,有些頑固不化、眼界狹隘的科學家聽到這話就怒不可遏了。但對我來說這樣的標準很好,因為這關係到你對「科學家」的定義是什麼!

科學,就是用以瞭解這世界的學問。這是一段人類自己開始的發現之旅,就我們所知,也只有人類在致力於瞭解科學,而這純粹是出於好奇心和瞭解事物的渴望。科學,就是我們渴望瞭解一切事物的證明!我們從哪裡來?水為什麼往下流?昆蟲的翅膀為什麼有時看起來是透明的,有時卻閃著虹光?我們為什麼需要睡眠?我們的孩子為什麼跟我們如此相像,卻又這麼地不同?為什麼樹木不會像人類一樣衰老、死亡?章魚是如何學會噴墨汁?金桔怎麼這麼好吃?土星為什麼有行星環?金屬為什麼不是透明的?還有數也數不盡的其他問題,人類都盼望透過科學獲得解答。由此說來,「科學家」的關鍵,應該是好奇心。據我觀察,每個人都會對某些事情抱有好奇心,也就是說,每個人都是科學家。

當然這其中還是有程度之別,就像廚師也分高下一樣。我不可能走進丹麥頂級餐廳Noma去跟大廚雷瑞皮(Rene Redzepi)單挑廚藝,但我還是可以在家裡做出一道美味的義大利千層麵,讓前來晚餐的客人大快朵頤。同樣地,若要和諾貝爾物理學獎得主卡爾威曼(Carl Wieman)辯論玻色-愛因斯坦凝聚的原理,大多數人都應付不來,但我敢打賭,你一定曾用微波爐實驗該怎麼加熱才能讓巧克力馬芬吃起來恰到好處。

發揮你的好奇心,Google一下「draw a scientist」(畫個科學家)看看吧。結果大概不出所料,你會看到一堆瘋狂科學家,身上穿著實驗衣、手裡拿著燒杯,可能也有卡通《飛哥與小佛》裡面神經質的邪惡科學家杜芬舒斯;你還會不時看到一張張手繪的小孩自畫像,上面就只寫著「我」。孩子對探索這件事情比任何人都瞭解,甚至比專業的科學家更懂。孩子在這世界上不斷實驗、解讀、又重複試驗,他們整個生活的中心就在於發現事物、瞭解世界,他們會放下所有顧慮,懷抱著熱情、興奮、還有對新鮮事的熱愛,讓永不饜足的好奇心帶他們體驗一件又一件事物。以科學家的定義來說,孩子就是小小科學家他們探究世界不是為了什麼目的,純粹只是想要知道而已。他們累積實際經驗,藉由觀察,改變他們對世界的想法。通常孩子的探索除了讓他們對世界的認知增加以外,不太有什麼實際的作用,但有時他們也會因此學到一些以後可以用到的事情,像是把毛衣放在太陽下晾曬,穿起來就會特別溫暖(這是我女兒最近跟我說的)。

還有另一個故事,也是關於一段不會帶來什麼結果的探索過程,但背後隱含著深遠的科學寓意,我偶然從兩件顯然毫無交集的事情中推導出這個心得,且讓我娓娓道來。第一,我住在猶他州鄉間,緊鄰洛磯山脈南端的凱許山谷;那裡的天空大多很暗,因為路燈之間距離很遠,但這也意味著很難享受到穩定的寬頻連線服務。第二,我有個朋友住在科羅拉多州,她和她的孩子最近帶了一隻信鴿回家,然後將鴿子放飛,讓牠飛回牠原本棲息的丹佛自然歷史博物館。看到這裡,你可能正搔著頭想:「這兩件事有什麼相關?」然後開始考慮是不是該就此打住不必讀下去了,上Youtube找找有沒有好看的影片還比較有趣。

信鴿的故事促使我做了一件現代科技世界中非常常見的事情:我查了所有關於信鴿的資料,還有維基百科上的「信鴿」條目。這舉動不出所料地帶我進入一連串檢索的洪流,正如所謂的「知識之樹」無限衍伸(有人說這是「維基百科的問題」,請見http://xkcd.com/214/),直到我偶然看到一則非常不得了、令人肅然起敬的消息:把信鴿用來做為網路傳輸的方式。「鳥類IP通訊」是在兩地間傳輸封包的通訊協定,一開始是1990年4月1日出現的惡搞;但對於願意接受新想法的人來說,許多事情都有更深的核心關鍵,這個鳥類IP通訊協定也不例外。想想看,讓信鴿攜帶一張記憶卡,以今日的技術可以裝載超過10G的資料,而信鴿一小時可以飛越大約30英哩(約48公里),輕輕鬆鬆就能擊敗大部分寬頻連線的傳輸速度!

為證明這個論點,南非一家電信公司2009年舉辦了一場競賽,參賽者是電信公司豢養的鴿子溫斯頓、以及當地一家寬頻系統供應商。溫斯頓帶著一張4GB的microSD記憶卡飛行60公里,花費了2小時6分鐘57秒,這其中包括了在起點與終點裝卸記憶卡的時間。溫斯頓獲得壓倒性勝利,因為在牠完成傳輸任務時,寬頻只傳輸了4%的內容。溫斯頓現在以科技網路界英雄的身分,過著巨星級的生活(就像這樣吧:

「鴿子比網路更快」這個實驗,能讓我們學到什麼?我想會學到三件事情。第一:實行這個實驗的人很怪,但絕對是英雄。他們應該是每個人的英雄,因為他們對生活和知識抱有好奇心和熱情,不以求知為恥,是我們效仿的表率。第二:自然本身就具備了各種能力,像是將資訊傳輸到另一個地方,而我們則始終在試圖趕上、達到這樣的成果。我們應該觀察、模仿,努力達到和自然界同等的效率、簡約、和美感。第三:想出這種超酷實驗的那些怪人,就是科學家。你也是科學家,每個人都是科學家。表面上看來,讓信鴿和寬頻網路競速毫無必要,但就有人敢於實驗、樂於求知。也因此,我們在一些小地方有了新的領悟和瞭解,而這可能也正是我們應該注意的地方。

每次你抬頭看天空、用過往經驗來預測天氣,就是在解決氣象學上的複雜難題;每次你調整加熱馬芬蛋糕的時間,就是在進行熱力學實驗;每次你在洗衣間的門下塞木片、在食品櫃裡給架子加上支架,你就是以建設公司的設計為基礎,在為你的房子進行改良工程。難道這就代表你要去設計橋樑、去瑞士建造強子對撞器嗎?應該不是,因為那需要多年訓練以及你還不具備的技術,但這並不代表你沒辦法研究科學,不代表你沒辦法發掘新的事物,不代表你不能深入瞭解你周圍的世界。

學學你的孩子吧。現在就出門去,探索、實驗、好好瞭解你周圍的世界!發掘一點新鮮事,在後院做點彈道實驗(先讀讀William Gurstelle的後院彈道學 “Backyard Ballistics”),也可以研發下一款人人必備的生活小道具(就像能讓咖啡降溫速度變快、保溫時間變長的魔豆Coffee Joulies),或者就只是拿起雙筒望遠鏡,好好看看宇宙深處的奇幻奧妙,也是科學生活的一部分。除了這些以外,請記得你也是人類發現之旅的一份子,就像一部盪氣迴腸的史詩,訴說著數千年以來人類的自我發現。就是現在,喚醒沉睡在你心裡的那個科學家吧!

就寫到這裡了,我也要離開你們來做點實驗啦。我有一張SD卡,而我家附近有隻貓在遊蕩……

本文原文為Pigeons, the Internet, and the Meaning of Science[2011-12-17],經作者同意後翻譯並發表於PanSci。

文章難易度
Write Science
17 篇文章 ・ 0 位粉絲
A collaborative project to practice the craft of communicating scientific ideas.


0

9
4

文字

分享

0
9
4

揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

文章難易度
科技魅癮_96
1 篇文章 ・ 2 位粉絲
《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》