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美國新總統川普該上的六堂科學課 (上)

鄭國威 Portnoy_96
・2016/10/28 ・3734字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

11/9更新:美國人民已經做出選擇,川普當選第四十五任美國總統,本文標題隨之更改。

美國第四十五屆新總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17763607
美國第四十五屆新總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

編譯/鄭國威

總統通常不是科學家,但該不該有科學思維呢?自從開始經營 PanSci 之後,我才注意到美國的科學界在總統大選前都會積極地提出問題給總統候選人,要求表態回應。這次也不例外,包括民主黨的希拉蕊.柯林頓(Hillary Diane Rodham Clinton)、共和黨的唐納.川普(Donald John Trump)、綠黨的吉爾.史坦(Jill Ellen Stein)、以及自由人黨蓋瑞.強森(Gary Earl Johnson)都回應了 《美國科學人》(Scientific American )雜誌提出的 20 個科學治理問題

而雖然沒有直接替柯林頓背書,《美國科學人》卻史無前例地直接點名共和黨的川普(更新:也是總統當選人),認為他對科學毫不尊重的態度令人擔憂,基本上也等同於挺柯林頓了。除此之外,學術期刊《科學》另列出 6 門科學課,要下一任美國總統趕緊準備好,因為考驗就在眼前。其實這 6 門課也不是只是美國的問題,而是在台灣的我們也該密切注意的,這 6 門課如果要湊成六字訣,就是「疾」、「基」、「溢」、「痴」、「智」、「直」。很好背吧!在這篇我們就先來討論「疾」、「基」和「溢」!

第一堂課:疾疾,護法現身?

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圖/Pixabay

首先,「疾」指的就是「疾病」,而且是「疾速」演化的「疾病」。大家都知道,病原體病毒、細菌、真菌和寄生蟲等,無時無刻不在人、家畜、野生動物、樹木、農作物等宿主身上進行激烈的軍備競賽。壞消息是病原體的贏面比較大。這些病原體發展的速度有如猛踩油門,有時肇事逃逸無蹤、更可怕的是不時來個彎道超車,把宿主的防禦能力拋在後頭,成為我們身體裡的超級惡棍。像是大腸桿菌(Escherichia coli)可以在短短的 17 分鐘裡將自己的數量翻一番,我們開發新治療方法的速度實在看不到他們的尾燈。

其實就像《全境擴散》這部超寫實電影中所描繪的,可以抵抗所有抗生素的超級細菌,以及從蝙蝠、禽類、豬傳來的致命流感病毒,很可能在不遠的將來引發全球大流行,殺死百萬人。細菌甚至可以通過稱為「基因水平轉移」(horizontal gene transfer)的過程來與其他細菌交易基因,加速擴散抗藥性。在美國,每年有兩百萬人感染不怕抗生素的細菌,其中約 23000 人會因此喪生。

世界衛生組織 WHO 則估計,在 2015 年,有 58 萬個病例對兩種最強大的結核病用藥產生抗藥性,而瘧疾、愛滋病毒和其他重大疾病的抗藥性增加,更會嚴重打擊目前控制疫情蔓延的手段。而近年驟然躍上檯面的新威脅,如茲卡病毒跟伊波拉病毒,也會以我們難以預測的方式突襲。最後,有時候為了開發療法,科學家也得與危險的病原體共處,甚至透過基因工程創造新種,但如果意外發生或病原體故意被釋出,也可能造成難以想像的後果。(延伸閱讀:〈科學期刊該描述科學家是如何製造致命感冒病毒嗎?〉、〈科學家公布致命禽流感病毒株研究細節〉)

疾病沒有疆界,《科學》認為美國需要做好國際合作與協調的準備。疾病監測系統、診斷跟治療的工具都需要改進,但要找到金援來做這些事很難。政策要能確保研究致命病原體能在安全的環境,也別因為太過擔心而使必要的研究停擺。下一任美國總統還需要實現 2015 年推出的國家打擊抗藥性細菌行動計劃,以遏制醫療業和農業濫用抗生素。新政府也必須提供製藥公司開發新抗生素的誘因,來取代無效的藥物。

新總統川普,這就是你的第一堂課。

第二堂課:「基」不可失

「基」指的是「基因編輯」,也就是已經火速成為美劇主題的 C.R.I.S.P.R.基因編輯技術。這種技術可以更簡單、快速、便宜的方式來改變任何生物體的 DNA。

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圖/Netflix 的漫威戲劇《盧克凱吉》。

CRISPR 技術除了對基礎研究是有用的工具以外,更能用來治療人類遺傳性疾病、創造產量更高的抗病蟲害農作物跟牲畜。但,就跟基因改造一樣,CRISPR 也可能引發倫理和監管問題。這項技術讓我們得以修改精子、卵子、與人類胚胎的基因,這意味著改變將傳遞給後代。而且,透過所謂的基因驅動(gene drive),CRISPR可以用於永久地改變整個物種的基因組,藉此改變其演化路徑和生態角色,甚至將其徹底終結。舉例來說,基因驅動可以幫瀕危物種提振繁殖能力,破壞雜草得以抵抗除草劑的防禦能力,或使攜帶疾病的病媒蚊滅絕

下一任美國總統要接招的就是:如同曾經高度爭議的胚胎研究,政府是否應該資助為了研究而做的人類胚胎基因編輯呢?要是有人用 CRISPR 來使嬰兒免於已知的遺傳缺陷,甚至增強這些嬰兒的特定能力,如更好的夜視能力或能夠投出更強的球的臂力,那該怎麼辦呢?美國隊長或金剛狼離我們實在不遠,下一任總統要面對的爭議還有,到底該不該用規範基改的方式來規範 CRISPR?美國農業部今年發表過意見,認為 CRISPR 技術修改過的農作物 DNA 不來自其他生物,因此不受基改作物相關規範。而像是基因驅動的相關計畫(滅絕病媒蚊之類的)又該如何管理呢?新總統川普,開始做功課吧!

第三堂課:溢、溢出來啦!!!

紐約時報今年九月針對海平面上升淹沒海岸的專題報導 http://www.nytimes.com/2016/09/04/science/flooding-of-coast-caused-by-global-warming-has-already-begun.html?_r=0
《紐約時報》今(2016)年九月針對海平面上升淹沒美國海岸的專題報導

是的,雖然並不像是地震跟颱風那麼激烈,但海平面上升淹沒海岸並不是可以輕忽之事。隨著全球暖化,海洋每年平均升高 3.2 公分,從 1993 年以來大概高了約一台 iPhone 5 這樣的高度。很多人其實不理解為何會這樣,其實原因很簡單,40% 的升高是因為海水溫度提高,遇熱膨漲,其餘則是由於融化的高山冰川、面積越來越小的格陵蘭島跟南極冰蓋。如果目前的趨勢持續下去,本世紀結束前,海水高度將上升 150 公分以上。

然而海平面上升這回事不是整整齊齊地,像往水盆裡加水一樣單純。基於不同區域的地質、洋流、以及超大冰蓋融化產生的引力改變,大海的上升其實不均勻。以美國來說,美國東海岸因為海水上升而氾濫的風險比其他地方來得高,有些地方如馬里蘭州、卡羅萊納州,就跟台灣的雲林彰化屏東一帶類似,因為抽取地下水更加劇了地面沉降。另外,大西洋洋流的減弱,也會讓海水更朝陸地晃動,最後,這些力量使得東海岸的海平面以全球平均兩倍的速度在上升,而在維吉尼亞州則是更嚇人的三倍速。這也是 2016 年 9 月《紐約時報》專題報導的主題。

這個議題,無獨有偶地,獲得了終於成為影帝的李奧納多關注,他與國家地理頻道合作推出的紀錄片:《洪水來臨前》,近期也將上映。

由於將近 40% 的美國總人口居住在海岸附近,許多基礎設施,包括公路、鐵路、港口、軍事基地、能源設施跟管線、水廠和污水處理廠都離海岸線很近,這代表美國要花上數十億美元來保護或更換這些設施。目前,在海平面上升的熱點,像是維吉尼亞的漢普頓路與佛羅里達的邁阿密海灘,鄰近的社區即使在陽光明媚的日子也會遇上潮汐洪水,讓交通堵塞,使草坪死亡,金屬器械遭腐蝕。像是濕地和海草床等有助於保護海岸線免於風暴、同時繁殖重要經濟魚類的生態系統,也都被淹沒。內陸地區也會受創,因為暴風雨帶來的影響將因此更深入內陸地區。

對下一任美國總統來說,其實溫室氣體也都排了,海平面一定會升高,所以重點是政府怎樣幫助社區準備跟調適,聯邦等級的政策制定者要避免跟州政府重複做同樣的事情,或甚至陷入誰該做啥誰不該做啥的拉鋸戰。要確認指揮體系,決定誰來決定何時社區應該防禦,何時該撤守。政府該資助什麼樣的氣候與調適研究,例如如果地方規劃者能夠透過研究更明白格陵蘭島跟南極西部冰蓋融化的情形,會對海平面上升帶來什麼影響,就能降低規劃未來的不確定性。當然,還有我們到底該如何減少溫室氣體的排放,畢竟這才是推動海平面上升的源頭。這肯定是總統要好好與全球領袖共同協商的啦~


以上就是《科學》期刊建議下一任美國總統要補的六門課中的三門,雖然我們不是美國總統,也可以問問我們自己面對這些爭議跟挑戰,會如何下判斷,做決策,當台灣自己要處理這些問題時(其實現在就該處理了),我們也才能對政治人物的做法有建設性的回應,負起公民之責。另外三門課——「痴」、「智」、「直」——同樣重要,而且同樣與我們密切相關,咱們下篇繼續聊。


  • 《科學》也用簡單的影片來總結這六堂課,直接點擊觀看!

 

原始報導:David Malakoff & Jeffrey Mervis, Science lessons for the next president, Science, 2016.10.20.


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文章難易度
鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 532 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。