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《關鍵少數》中的關鍵:那些電影裡沒告訴你的凱薩琳.強森

張瑞棋_96
・2017/01/13 ・2798字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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編按:2017年1月上映的電影《關鍵少數》(Hidden Figures)描述三位非裔女性數學家:凱薩琳強森(Katherine G. Johnson)、桃樂絲范恩(Dorothy Vaughan)、瑪麗傑克森(Mary Jackson),克服了性別、種族與專業上的種種考驗,於1960年代太空競賽時期在美國太空總署(NASA)貢獻一己之力的故事;而本篇文章著眼於《關鍵少數》的主角凱薩琳.強森。

1962 年二月,美國「國家航空暨太空總署」(簡稱 NASA)的水星計畫終於要進行極為關鍵的發射任務——首度將美國太空人送上地球軌道。這項任務的成功與否,不僅意謂著美國能否在太空競賽中趕上蘇聯,也關係著甘迺迪總統提出的登月計畫能否如期實現。

自從 1957 年蘇聯成功發射第一顆人造衛星以來,雖然美國大為震驚而急起直追,隔年即整合相關單位,成立專責機構 NASA 發展太空計畫,但在這場太空競賽中,卻一直落後給蘇聯,眼睜睜看著蘇聯率先達成許多重要的里程碑。當 1961 年 4 月,蘇聯太空人加加林(Yuri Gagarin)在三百公里處的地球軌道環繞地球一圈,成為第一位進入太空的人類後,甘迺迪決意要在進入 70 年代之前將太空人送上月球並安全歸來,以期一舉超越蘇聯。因此這次 NASA 是否也能讓太空人成功繞行地球、平安往返地球軌道,至關重要!

Astronaut John H. Glenn Jr. source:NASA
太空人葛倫上校(John H. Glenn) source:NASA

擔任這次飛行任務的太空人是葛倫上校(John H. Glenn),他不但是二次大戰的的空戰英雄,也是第一位駕駛超音速飛機橫越美洲大陸的人,備受敬重。NASA 還特別採用 IBM 新一代的電腦——內部的真空管改用電晶體取代,可以更迅速準確的算出太空船的返航軌道。不料,葛倫竟堅持指名一定要凱薩琳.強森(Katherine Johnson)親自計算軌道,確認電腦算出的結果無誤後,他才願意出任務!

這位女士究竟是誰?竟得到資深的葛倫上校如此信任!莫說當時女性在科學界與工程界中已屬少數,強森女士還是位黑人女性,更是異數!

凱薩琳.強森(Katherine Johnson)source:NASA
凱薩琳.強森(Katherine Johnson)source:NASA

凱薩琳.強森原姓柯爾曼(Coleman),1918 年出生於西維吉尼亞州。在她的家鄉,黑人只能讀到八年級,因此她的父親特地把妻女送到二百公里外的城鎮,讓小孩可以在那裏唸完高中,上大學。但父親自己卻因為工作的關係,只能留在家鄉,與家人分隔兩地。

凱薩琳自幼即展現數學的天份,因此即使當時社會仍瀰漫種族歧視的氛圍,她在求學過程中仍能得到許多教授的特別照顧與指點,十四歲就跳級念完高中,十八歲大學畢業。

熱愛數學的凱薩琳一心想以研究數學為一生志業,但西維吉尼亞州雖然沒南方那麼保守,也仍未開放黑人攻讀研究所,因此她大學畢業後只能到中小學教書。三年後,得助於美國最高法院的判決,凱薩琳才受母校之邀,重返校園,攻讀數學研究所。無奈沒多久,她的先生就罹患癌症,凱薩琳不得不中止學業,重拾教職,以負擔家中生計。

蘭利研究中心(Langley Research Center)
蘭利研究中心(Langley Research Center)source:wikimedia

1952 年,凱薩琳從妹夫處得知「國家航空諮詢委員會」(NASA 前身)的蘭利研究中心(Langley Research Center)正在招募女性數學計算員,不限膚色。這應該是她所能得到的,最接近夢想的工作了!於是凱薩琳毅然辭去教職,隔年如願進入蘭利研究中心。

起初凱薩琳只是女性計算員中的一員,她們的主要工作是把飛機的黑盒子所記錄的資料拿來計算分析;她笑稱她們宛如「穿裙子的計算機」。但有一天,她被暫派到一個都是男性的研究小組幫忙計算,結果她在解析幾何方面的能力令同事與主管都刮目相看,甚至解出許多男性同事解不開的問題,於是她就被留了下來,沒再回去當「穿裙子的計算機」。

1958 年 NASA 成立後,凱薩琳繼續與其他科學家共事,負責計算火箭升空與太空船返回地球的軌道。1961 年,美國第一位太空人薛帕德(Alan Shepard)駕駛的太空船,完全依照凱薩琳的計算結果,從次軌道安全降落海面,更是讓她贏得大家的信賴,也難怪這次葛倫上校只願意將自己的生命安危交給凱薩琳!之後葛倫果然成功繞行地球三圈,平安返抵地面,達成美國在太空競賽中一個重要的里程碑。

《關鍵少數》電影片段。source:福斯
《關鍵少數》劇照。source:福斯

在之後越來越困難複雜的太空任務中,凱薩琳也開始使用電腦做為輔助計算的工具。1969 年,阿姆斯壯(Neil Armstrong)成為第一位踏上月球表面的人,成功完成甘迺迪的大膽願景;凱薩琳獲贈一面隨行往返的小旗子,以感謝她的貢獻。而隔年阿波羅 13 號在途中向休士頓控制中心回報出了問題後,凱薩琳也隨即幫忙算出返航的路線,讓三位太空人得以安全回到地球。凱薩琳繼續參與了後續的太空梭、火星探測等太空任務,她在 NASA 服務前後長達三十三年,直到 1986 年,才以 68 歲的高齡光榮退休。

身為黑人,凱薩琳自小就得面對不公平的環境與不友善的對待,即使進了蘭利研究中心,頭幾年也因為隔離政策,限用黑人專用的餐廳與廁所,但她始終以不卑不亢的態度淡然處之。而且在太空中心內部有形無形的男性威權主義下,女性處處受限,但凱薩琳憑其卓越的專業能力,據理力爭,成功打破性別藩籬,贏得全體同仁的敬重。

凱薩琳在 NASA 內部獲獎無數,還與別人共同發表了26篇論文。退休後陸續獲頒名譽博士,多少彌補了她當年無法完成學業的缺憾。2015 年,她從美國第一位黑人總統歐巴馬手中接過美國平民的最高榮譽——「總統自由勳章」,可說別具意義。2016 年 5 月,美國第一位太空人薛帕德安全返航的 55 週年紀念日,NASA 新落成的計算研究中心冠以凱薩琳的姓名,以表彰她的貢獻與背後的時代意義。

2015/11/24 凱薩琳獲頒總統自由勳章。Photo Credit: NASA/Bill Ingalls
2015/11/24 凱薩琳獲頒總統自由勳章。Photo Credit: NASA/Bill Ingalls

儘管她被視為掙脫膚色與性別歧視的典範,凱瑟琳對此卻謙沖以對。她多次表示從來不覺得自己低人一等,因為她自小深信父親對她的剴切教誨:「妳絕不比鎮上任何一個人差,但是,你也沒高人一等。」凱瑟琳自認平凡,多年來甘於當個幕後英雄,世人也多不知曉。然而,對許多人而言,凱瑟琳絕對是個值得頌揚的楷模;你瞧,她的生日還恰好與美國的「女性平權日」——為了紀念 1920 年 8 月 26 日美國女性正式獲得投票權——同一天,多美妙的巧合啊!

《關鍵少數》電影片段。source:福斯
《關鍵少數》電影片段。source:福斯

參考資料:





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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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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

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《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》