「數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後，一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習，運用數學知識，培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力，盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2018數感盃青少年寫作競賽 / 國中組專題報導類佳作 之作品，為盡量完整呈現學生之作品樣貌，本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

• 作者：黃于庭、吳均浩、張書瑋／福和國中

還記得不久前有看到一則新聞：

一對美國情侶為了出名，用了一本百科全書想要把子彈擋下，結果男友被一槍打死，女友還被起訴過失殺人罪。雖然這樣的悲劇著實令人難過，但也激起我的好奇心：真的能用紙擋子彈嗎？如果可行，能實際運用嗎？（成功的話就能賺大錢啦，能替換掉厚重的防彈衣，也能換成更輕便的新裝備）

因此，我開始翻找網路上的各種資料。經歷一番尋找後，我得知他們使用的槍是沙漠之鷹，子彈則是 .50 口徑（約 12 mm）的子彈，初射的能量則至少達到 400 焦耳！（手槍的初速若為 400 m/s²，子彈重量為 6 g，則在不考量能量損失的狀況下，則為 480 焦耳）

由於在台灣的法律下，個人是不能允許擁有槍械的，所以我們可透過簡易、並假設為線性比例的實驗來證明手槍子彈貫穿書本厚度的推論是否合理。實驗需要的物品大致如下：黏土、釘子、紙和質量塊。我們先用黏土把模擬子彈的釘子固定在一疊量測好厚度的 A4 白紙上（A4 白紙用來模擬書本），接著，將質量塊從固定的高度放下，砸向釘子，查看釘子穿透了多少厚度的白紙，最後就能依照這些數據，依據線性比例的推斷，計算最後子彈在實際擊發時，真正能貫穿書本的厚度。

我們將紙的厚度設定在 4mm，質量塊的重量是 1.6 kg，放置的位置則在離鐵釘上頭 15 cm處，準備就緒，3…2…1！  第一次，失敗。因為高度太高，不管砸了多少次，都沒有辦法準確地打中鐵釘，每次都沒辦法插進紙中，所以我們將高度降至 5 cm，提高精準度，希望結果能有所改變。預備，3…2…1！  第二次，還是失敗。雖然高度的部分已經沒有問題了，但這次是厚度。沒想到鐵釘的威力如此強大，直接摜破將近45張的紙（然而鐵釘前端也同時鈍掉了）。如果完全貫穿就沒辦法推測大約要多少本書，我們只好多疊幾張紙，再次重來。開始！接著第三次，失敗…不！成功了！這次釘子卡在紙的中間，既沒有穿透，也沒有完全貫穿，非常剛好。如此一來，馬上就能開始計算了。

依照公式 U=m（重量，kg）g（重力加速度常數，9.8）h（高度，m），我們就能算出質量塊所產生的能量有多少。實驗中的質量塊為 1.6 kg，高度則是 5 cm，不過這裡的單位是公尺，所以替換成 0.05 m。算式如下：

U=1.6*9.8*0.05≈ 0.78（焦耳）

因此我們可以得知能量大約是0.78焦耳，接著，將槍的能量（400焦耳）除以0.78焦耳，在乘以釘子貫穿的紙的厚度（0.5cm），算式如下：

書本實際所需的厚度=（400/0.78）*0.5≈ 256 （公分）

如果一本書十公分，那麼這代表要 25 本以上的書才能擋住一顆子彈！（不過因為是用初速來計算，所以保守估計是 25 本，但實際上應該不用那麼多）我們也有在網路上看到一些實驗影片，拿了 10 多本超厚的字典才擋下一顆子彈。但是隨著槍枝或子彈的不同，需要的書本數也會跟著不同。

至於書本的實用性，我想是不言而喻，為了怕被子彈射到而選擇去買一堆書，還不如去買一件防彈衣比較實際，就算真的有那麼多書，要隨身攜帶想必也是十分困難的。所以，無防備的狀況下，用書本擋子彈是十分困難的。

不論是美國佛州校園的槍擊案造成師生 17 死、17 傷，還是賭城拉斯維加斯的掃射事件，都讓人了解槍枝的氾濫與可怕，雖然書本不能擋子彈，但我希望能在有能力時，創造一種隨手可得、方便攜帶的物品能阻擋子彈，讓人們不需活在恐慌之中。

更多2018數感盃青少年寫作競賽內容，歡迎參考 2018數感盃特輯、數感實驗室官網及粉絲頁喔。

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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。

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。

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。

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