推理要在實驗室：為什麼有些細菌會致病、有些不會呢？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《春季流感來勢洶洶，別再當成一般感冒！專家提醒，錯誤用藥觀念恐讓病情惡化》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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春季流感別當小感冒！若有持續高燒、呼吸困難等重症警訊應盡速就醫。專家提醒，流感需以抗病毒藥物治療，誤用抗生素不僅無效，更恐養出超級細菌，正確用藥才能遠離威脅。

春季流感不容小覷，不少民眾以為冬季結束，流感威脅就跟著下降，事實上在忽冷忽熱的春季，病毒依然活躍。且流感往往來勢洶洶，可能上午還精神充沛，下午就高燒、全身痠痛到彷彿被一拳擊倒。而在過去流感大流行期間，不少四、五十歲且沒有慢性病史的中壯年族群突然病情惡化，甚至有孕婦因免疫力相對較低而陷入重症危機，顯示流感不分年齡，所有族群都不能掉以輕心！

別把流感當小感冒　出現這些症狀恐是重症前兆

高雄醫學大學附設中和紀念醫院感染內科陳惇杰醫師說明，流感常見症狀包括發燒、咳嗽、喉嚨痛、全身痠痛與疲倦，嚴重程度與當時流行的病毒型別有關。對健康成人而言，症狀通常數日內都能逐漸緩解；但對於免疫功能低下的長者，或患有心臟病、慢性阻塞性肺病、腎功能不全等慢性疾病者，流感可能引發更嚴重的併發症。

流感病毒會破壞呼吸道黏膜與纖毛功能，使痰液清除能力下降，增加續發性細菌性肺炎的風險。一旦併發肺炎或造成器官功能惡化，患者可能需要住院，甚至入住加護病房。若發燒超過三至五天未退，或症狀好轉後又再度高燒，甚至出現呼吸困難、意識改變、食慾下降等情況，都有可能是重症警訊，切勿拖延治療，應盡速就醫。

高風險族群應及早治療　抗病毒藥可降低重症機率

在治療方面，陳惇杰醫師說明，並非所有流感患者都需要抗病毒藥物，症狀輕微者經休息與支持性治療也可能自行康復。但對於高風險族群或症狀較為明顯者，使用抗病毒藥物不僅可縮短病程，還能降低併發症與重症風險。

目前常見抗流感病毒藥物包括需連續五天服用的口服藥物，以及單次靜脈注射劑型。近來亦出現新型單次口服抗流感病毒藥物，使用更為便利，只需服用一次即可完成治療。臨床經驗顯示，此類單次口服藥物在改善與緩解流感症狀方面，效果與傳統療程相當，且可較快降低體內病毒量，有助控制傳播風險，也提供患者更多元的治療選擇。

別再把流感當細菌感染，錯誤用藥恐增抗藥性

面對難以控制的發燒與不適，不少民眾會認為應該要服用抗生素，但事實上，流感是病毒感染，抗生素只對細菌有效，對病毒毫無作用。若在沒有細菌感染證據的情況下濫用抗生素，不僅無法改善症狀，還會助長抗藥性問題。「目前台灣與全球都進入了多重抗藥性超級細菌時代」，陳惇杰醫師觀察，有些民眾會私自停藥或將藥物留待下次使用，甚至要求醫師多開幾天備用，這些錯誤的觀念都可能以致於未來真正需要時反而無藥可用。

陳惇杰醫師也提醒，隨著國人出國旅遊頻率提高，病毒跨境傳播風險增加，A型與B型流感皆有增加趨勢，民眾出國期間應特別注意個人衛生與防護，以免將流感當伴手禮帶回家。春季流感看似低調，卻潛藏威脅，民眾除了留意重症警訊，也應善用疫苗預防才能降低感染與併發症風險。流感不能輕忽，早期診斷、用對藥、預防到位，才能守住健康防線！

筆記重點整理：

• 若出現發燒超過3–5天未退、症狀好轉後再反彈、呼吸困難、意識改變、食慾下降等症狀可能是重症警訊，應積極就醫勿錯失黃金治療期。
• 長者、免疫力低下者、心肺或腎功能不全患者等高風險族群，重症風險大，感染流感可能引發併發症甚至住院，不容輕忽。
• 目前有多種治療方式，使用抗流感病毒藥物可快速緩解症狀、降低併發症與傳播風險，單次口服療程便利且副作用低。
• 濫用抗生素可能助長抗藥性，未來真正需要時可能無藥可用，呼籲民眾應遵醫囑按時用藥。

人類最早的足跡

爬著蜿蜒的山路，前往位於現代以色列的迦密山洞穴，不難想像史前時代這一帶的壯麗環境。

地中海型氣候應是四季宜人，氣溫只會小幅變動。附近青翠的山谷裡，穿山越嶺曲折流過的溪流，應是飲用水的來源。山脈旁的森林應適合狩獵鹿、瞪羚、犀牛、野豬。再向外，在毗連狹長海岸平原及撒馬利亞山脈的開闊荒野地帶，應生長著史前品種的穀物及果樹。四周的溫暖氣候、多樣性生態及生食材料，應使迦密山洞穴成為萬千年來，無數狩獵採集族群的理想家園。

這些古代洞穴，如今是聯合國教科文組織（UNESCO）的人類演化世界遺產，從中挖掘出的遺物確實證明，在數十萬年間，這裡曾有一連串史前人類棲息地，同時智人與尼安德塔人（Neanderthals，譯注：遺跡最早在德國尼安德河谷被發現的史前人類）可能曾經相遇，引人遐思。

在此地和世上其他遺址的考古發現，顯示遠古及早期現代人類，是緩慢但持續學會新技能，善於用火，打造出越來越精細的刀刃、手斧、黑燧石及石灰石工具，也創作藝術作品。這些文化與技術進步，逐漸成為人類特徵，使我們有別於其他物種，而關鍵的推力之一，是人類腦部的進化。

人腦為什麼能發展得如此特別？

人類的腦部非比尋常：容量大且經壓縮，比所有其他物種的腦部都複雜。人腦的大小在過去六百萬年裡長大三倍，這種變化大都發生於二十至八十萬年前，以智人出現前為主。

在人類歷史的長河中，人腦的能力為何能擴展到如此強大？答案乍看之下或許不言而喻：頭腦發達顯然使人類可以達到地球上沒有其他生物辦得到的安全與繁榮水準。然而，事實真相要錯綜複雜得多。要是像人腦那樣的腦部，真的如此明確有益於生存，那其他物種經過數十億年演化，為何未發展出類似的腦部？

我們暫且來看看其間的差別。以眼部為例，它是沿幾條演化路徑獨立發展。有脊椎動物（兩棲類、鳥類、魚類、哺乳類、爬蟲類）的眼部，頭足類動物（烏賊、章魚、墨魚）的眼部，還有較簡單形式：單眼，見於蜜蜂、蜘蛛、水母、海星等無脊椎動物。這種現象稱為趨同演化（convergent evolution），就是不同物種各自演化出相似的特徵，而非來自共同祖先的既有特徵。眼部之外的例子不勝枚舉，像是昆蟲、鳥類、蝙蝠都有翅膀，魚類（鯊魚）與海生哺乳類（海豚）為適應水下生活而體形類似。

顯然不同物種是各自發展而獲得近似的有利特徵，但是能夠創作文學、哲學、藝術傑作，或發明耕犁、輪子、指南針、印刷機、蒸汽引擎、電報、飛機、網際網路的頭腦，卻是例外。這種頭腦只演化過一次，在人體上。

這麼強大的腦部，具有明顯的優勢，為何在自然界絕無僅有？

這個謎題的解答，有部分要歸咎於腦部的兩大缺點。一來人腦需消耗龐大能量。它只占人體二％的重量，卻要消耗二○％的能量。其次人腦很大，使新生兒頭部很難通過產道。因此比其他動物的腦部，人腦更壓縮或更「褶皺」，並且人類嬰兒出生時，腦子只有「半熟」，需要好多年的微調才能成熟。

所以人類嬰兒無生活能力：許多動物的幼兒出生後不久就會走路，也很快就能自己覓食，人類卻需要兩年時間才能穩穩地走路，至於物質上自給自足，還要很多年。既然有這些缺點，那當初是什麼因素導致人腦的發展？

研究者曾認為，或許有數種力量共同促成這一過程。

生態假說（ecological hypothesis）主張，人腦是出於人類暴露在環境挑戰下而進化。當氣候起伏不定，附近動物的數量隨之增減，腦部較發達的史前人類更能夠找到新的食物來源，設計捕獵採集策略，發展烹煮及儲存技術，使他們在棲息地生態條件不斷變動下依舊能夠生存並興旺。

反之，社會假說（social hypothesis）主張，在複雜的社會結構中日益需要合作、競爭、交易，這促成更精進的腦部，才更有能力去理解他人的動機，預期他人的反應，於是成為演化優勢。同理，能夠說服、操弄、恭維、敘述、娛人，這些都有利於個人社會地位，也有它本身的好處：刺激大腦發展及說話、論述能力。

文化假說（cultural hypothesis）則強調人類吸收及儲存資訊的能力，使資訊能夠代代相傳。依此觀點，人腦的獨特優勢之一是能夠有效率地學習他人經驗，養成有利的習慣與偏好，不必仰賴緩慢許多的生物適應過程，即可促進在各種環境下存活。換言之，人類嬰兒雖然身體上無能為力，但是頭腦裡備有獨特的學習能力，包括能夠領會及保留，曾幫助祖先存活、也將協助後代興盛的行為規範，那就是文化。

另一種可能進一步推動腦部發展的機制，是性選擇（sexual selection）。即使對腦部本身沒有明顯的演化優勢，但人類也許形成了對頭腦較發達的配偶的偏好。這些先進的頭腦或許具有對保護及養育子女很重要的隱形特質，有意找這種配偶的人，從可辨認的特徵像是智慧、口才、思慮敏捷或幽默感，能夠推斷出這些特質。

科技進步下越來越聰明的大腦！

人類獨有的進步以人腦進化為主要推力，尤其在於它有助於帶來技術進步：以日益精進的方式，把周遭自然物質及資源轉為我們所用。技術進步又塑造繼起的演化過程，使人類得以更成功的適應不斷變動的環境，從而進一步推動新科技及加以利用。這種重複且具強化作用的機制引導著科技加速向前邁進。

尤其有人主張，越來越熟諳用火的早期人類開始烹煮食物，因而減少咀嚼和消化所需的能量，以致熱量充裕，並空出原本由顎骨和肌肉占據的頭顱空間，更加刺激腦部成長。這種良性循環或許促進烹飪技術更多創新，繼而又使腦部進一步成長。

不過腦部並非人類與其他哺乳類唯一有別的器官。人的手也是其一。與腦合作的雙手，也在一定程度上為回應技術而演化，尤其受益於製作及使用狩獵工具、針、烹飪器皿。

特別當人類長於雕刻石頭、製作木矛等技術時，能夠強力使用並正確加以改良的人，存活的可能性就增加。擅長狩獵的人能夠更可靠地養家活口，扶養更多子女長大成人。相關技能的世代傳承，使人口中能幹的獵人比例增加。再來，進一步創新的好處，如更堅硬的矛和後來更強的弓、更尖的箭等，又提高狩獵技藝的演進優勢。

類似性質的正面回饋循環，見於整個人類歷史：環境變遷與技術創新，促進人口成長，引發人類去適應變化中的棲息地和新工具，這些適應增強人類操縱環境、創造新技術的能力。在後面會看到，這種循環是理解人類歷程，解開成長謎團的關鍵。

———本書摘自《人類的旅程》，2022 年 10 月，商業周刊，未經同意請勿轉載。

細菌的身世之謎

為什麼有些細菌會致病、有些不會？為什麼有些細菌需要依賴宿主存活、有些不用？要回答這些問題，需要比較不同的細菌，找出其中基因的異同處，就如同推理劇般一步步推敲細菌們的演化史。

為什麼研究細菌？

細菌的多樣性非常高，因為演化的歷史比動植物長很多，可以生存的環境也很多樣。

目前證據顯示細菌在三十億年前就在地球上出現，而多細胞生物的演化史則不到十億年。另外動植物能生存的範圍蠻窄的，但無論在高溫、低溫、高壓、低壓、低氧……什麼奇怪的環境都能找到細菌，所以能探討的題目就很多。

我從博士後訓練時期開始投入「細菌基因體演化」的研究。一開始先問巨觀的問題，例如說有什麼演化趨勢是在大部份的細菌都會發現。 2010 年起在中研院建立自己的實驗室，興趣也轉向針對微觀的細節深入研究。近年來主要的研究材料是柔膜菌綱中的「植物菌質體」和「螺旋菌質體」。

細菌演化有何奇妙現象？

在演化的歷程中，細菌擁有的基因「種類」和「數量」會有劇烈的變化。

若以基因體大小和宿主依賴度來分，細菌可分為「環境微生物」、「兼性共生菌」、「絕對共生菌」。

在細菌演化的歷程中，一開始的環境微生物基因體較大，帶有各式各樣在自然環境中生存所需的基因。但經過「第一次過渡事件」後，就從完全不依靠宿主，變成兼性共生菌，在有些條件下和宿主一起存活。

當需要依靠特定的動植物時，細菌的族群就不能比宿主大，一但細菌的族群變小，「天擇」的力量就會減弱，由隨機事件掌控的「遺傳漂移 (genetic drift) 」就變得比較重要。許多突變，即使對細菌本身不利，都有機會因為隨機事件遺傳給下一代，甚至到族群中所有個體。

族群大，天擇重要；族群小，遺傳漂移重要。

細菌基因體的突變，最常見的形式是「基因丟失」，這些被丟失的基因不是絕對必要、比較像「備用工具」，若失去這些備用工具平時不會產生大影響，這個結果就容易遺傳給下一代。

到了「第二次過渡事件」，細菌從兼性共生變成絕對共生，不能再離開宿主，例如柔膜菌綱的「植物菌質體」。這時候因為很多營養可以改成從宿主身上取得，許多自行合成氨基酸、脂質等養份的基因就像不再被需要的備用工具，也自然從細菌的基因體中消失。也因此這些細菌可能走入演化的死巷，難以再轉換到其他的生態棲位。

細菌三十億年前出現在地球上，這些基因演化發生地多快多慢，目前並不清楚，因為細菌不像恐龍有化石紀錄，很難定年。

實驗室在研究哪些細菌？

我們實驗室主要研究柔膜菌綱中的細菌。這類細菌最廣為人知的是「黴漿菌」，引起很多人類跟動物的重要疾病，世界上有很多實驗室在研究。而我們則主要研究「植物菌質體」和「螺旋菌質體」，並比較這三群細菌間的異同。

植物菌質體是一群由昆蟲傳播的植物病菌，幾十年來都無法被人工培養。我們透過基因體定序，由受感染的植物中分別解出「植物」和「植物菌質體」的 DNA 序列 ，並將「健康的植物」和「被感染的植物」做比較分析，來了解植物菌質體如何讓植物生病，這對農業非常重要。

植物菌質體進入植物體內後，會分泌小小蛋白質、調控植物細胞裡基因的表現，讓該開花的部位長出很多葉子。

植物菌質體可以將植物「開花」的機制切換成「長更多葉子」的機制，如此一來植物無法傳宗接代，在演化上等於死掉一樣。而且因為植物無法開花結果，對農業生產造成很大的問題。

除此之外，植物菌質體還會降低植物用來防禦昆蟲的化學物質、吸引昆蟲來吃植物，這麼一來植物菌質體又能藉由昆蟲散播到新的宿主。我們正在研究植物菌質體是利用什麼機制來調控這過程。

相對於「植物菌質體」都會讓植物宿主生病，同屬於柔膜菌綱的「螺旋菌質體」，大部分是節肢動物的共生菌，有的會讓宿主生病、有的不會。

這是螺旋菌質體好玩的地方，我們能從「比較基因體學」的角度，去看螺旋菌質體這個屬內的「病菌」和「非病菌」物種的基因哪裡不同，是多了或少了某個基因造成這種差別；也能探討這些演化是如何發生，是藉由「垂直基因遺傳」、或是「水平基因轉移」。

為什麼有些細菌會致病、有些不會？

我們這幾年研究蚊子身上的螺旋菌質體，結果發現有致病性的 S. taiwanense 能夠消化的「碳水化合物」較少，但因為帶有一組非病菌所沒有的 glpO 基因，能在蚊子體內改吃甘油、並生成「過氧化氫」等「活性氧物種」，造成蚊科宿主的細胞溶掉、釋放出細胞裡的蛋白質和脂質， S. taiwanense 就能吃這些蛋白質和脂質作為養分來源，相當具有侵略性。

S. taiwanense 這樣苦苦相逼宿主有什麼好處？它採取的策略是，只要我傷害宿主可以多複製幾個細胞，提高傳播到下個宿主的機會，就是有利的生存策略。反過來說，若宿主是獨居性的動物，一座山頭只有一隻，共生菌就會傾向與宿主和平共存，因為若傷害宿主、細菌也無法存活。

共生菌要多具有侵略性，受限於宿主的「族群密度」和「傳播機會」。

會做這個題目是因為，我們透過文獻知道 S. taiwanense 和 S. diminutum 這兩種螺旋菌質體都是蚊子的共生菌，但 S. taiwanense 會使蚊子生病， S. diminutum 卻不會。我們選了一些與 S. taiwanense 、 S. diminutum 親緣關係相近的菌種，比較這些菌種的演化史，看看是哪個基因造成這種差別。除了多瞭解台灣本土的昆蟲共生菌之外，也許有機會發展於登革熱的生物防治。

細菌會水平轉移基因？

以前課本教：基因是爸媽遺傳給我們，因此一般會認為生物演化大多是「垂直基因遺傳」，再慢慢累積突變，造成物種間的差異。而「水平基因轉移」的意思是，一個物種可以從其他物種得到自己原本所沒有的新基因，這是細菌演化上很重要的機制。

細菌是體細胞兼生殖細胞，所以很容易「水平轉移」基因。

如下圖，我們分析細菌的親緣關係，發現剛剛提到的 glpO 基因是從別的菌種「水平轉移」拿來的。這些新拿來的基因不只存在於細菌基因體中裡，還會被納入基因調控的分子機制中、產生新的反應。

「超級細菌」是怎麼回事？

目前人類了解的細菌不到整體百分之一，而新科技的發展讓我們開始慢慢了解許多過去沒研究過的細菌。有在實驗室被成功培養出來的細菌中、會讓人類生病的是少數中的少數。

大約一百年前，抗生素剛被發現就像「魔法子彈」，可以治療幾乎所有細菌感染的疾病，但後來抗生素開始失去效果，因為細菌經由基因突變、或藉由水平基因轉移，可以抵抗抗生素。「超級細菌」是因為具備多重抗藥性，已經湊齊能抵抗不同抗生素的基因，除非醫學又開發出新型的抗生素，否則醫生就無藥可用。這過程就像人類和病菌間持續的軍備競賽。

帶有這個抗藥性的基因對細菌有利，這是人類造成的天擇。

天擇造成的生存壓力很大，本來只有某種細菌有某個特定的抗藥性基因，但不同的細菌之間容易互相藉由「水平轉移」傳播抵抗不同抗生素的基因。在疾病管理上，盡量不要讓不同病人帶有的病菌有機會互相接觸。

若要避免產生超級細菌，唯一有效的方法是不要用抗生素。因為在有抗生素的環境中，細菌帶有抗藥性的基因是有利的；但若在沒有抗生素的環境下，細菌帶有抗藥性的基因就變得多餘。

實際上，不要用抗生素真的很難，若非得要用，就要用得徹底，醫生開給你七天的藥就要吃完，讓足夠的藥劑量將病菌在發展出抗藥性前徹底殺死。

如何找到實驗靈感？

沒有公式可以依循，失敗的題目遠比成功的多。

我們從文獻上知道有哪些細菌存在、知道前人做了什麼、有哪些可以做還沒做、有不有趣。做完這些評估，我們再來想想實驗室能不能做到，覺得有希望就試試看。

失敗的話怎麼辦？就偷偷傷心一下下再努力（笑）。例如說賣雞排，倒掉的店也比賺大錢的多，這點可能各行各樣都差不多。

走學術研究這條路，從研究所開始就是不斷面對失敗的訓練。當上老師後不但要分擔學生的挫折，還要為了研究計畫的申請跟成果的發表奮鬥。雖然不斷面對失敗免不了難過，但回頭看過程中學到的經驗，怎麼把困難的問題理出頭緒，找到自己的看法，最後能有幾個有趣的故事可以說出來跟大家分享，這就是做研究迷人的地方。

延伸閱讀

1. 郭志鴻的個人網頁
2. 〈蚊科昆蟲共生菌的致病基因演化〉，作者：羅文穗、郭志鴻
3. Wen-Sui Lo, Ya-Yi Huang, Chih-Horng Kuo* (2016) Winding paths to simplicity: genome evolution in facultative insect symbionts. FEMS Microbiology Reviews, 40, 855-874.
4. Lo WS, Gasparich GE, Kuo CH* (2015) Found and lost: the fates of horizontally acquired genes in arthropod-symbiotic Spiroplasma. Genome Biology and Evolution 7: 2458-2472.
5. Chang TH, Lo WS, Ku C, Chen LL, Kuo CH* (2014) Molecular evolution of the substrate utilization strategies and putative virulence factors in mosquito-associated Spiroplasma species. Genome Biology and Evolution 6: 500-509.
6. Lo WS, Ku C, Chen LL, Chang TH, Kuo CH* (2013) Comparison of metabolic capacities and inference of gene content evolution in mosquito-associated Spiroplasma diminutum and S. taiwanense. Genome Biology and Evolution 5: 1512-1523.

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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位