兩個爸爸沒有媽媽！世上第一隻孤雄生殖小鼠誕生

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。

人類對螞蟻可謂無比熟悉，許多人還不識字就認識螞蟻了；相關的科學研究也十分豐富，產出如威爾森（E. O. Wilson）這類科學大師。2022 年底問世的一篇論文，卻出乎意料地報告一條普遍存在，此前卻一直受到忽視的現象：

螞蟻的蛹會分泌液體，作為成蟲與幼蟲的營養液。

螞蟻社會的內循環營養液

螞蟻是完全變態的昆蟲，有卵、幼蟲、蛹、成蟲 4 個階段。眾所皆知螞蟻是社會性昆蟲，整個蟻巢運轉精密，但是蛹有好幾天固定不動，除了佔空間以外，在蟻巢裡好像沒什麼存在感。

這項研究主要的對象是畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) ，近年成為探索螞蟻奧秘的主力。照論文的寫法，一開始目的很單純，就是把蛹從蟻巢中移出，看看孤獨對螞蟻有什麼影響。

被移出巢穴的蛹，羽化成蟲的比例有 90% ；即使周圍沒有同儕，絕大部分的蛹似乎也能成功轉大蟲。然而過程沒這麼簡單。

蛹在成功羽化的前幾天會黑化，論文觀察到當蛹開始黑化不久，也就是羽化的 6 天之前，每天都會分泌出液體。留著液體會害蛹被自己淹死，人為將液體移除，蛹才能順利羽化。

如果是在原本的蟻巢中，蛹排放的液體還來不及把自己淹死，就會慘遭黴菌入侵感染而亡。所幸慘劇實際上不會發生，因為成年螞蟻會將液體去除。

將藍色染劑注入蛹，一天後觀察到成蟻的消化道都出現藍染，可見蛹產生的液體，都隨即轉移進入前輩同儕的肚子。分析蛹產生的液體，得知營養十分豐富。

完全變態的昆蟲，從幼蟲到成蟲的過程中經過蛹的階段，將幼年的身體砍掉重練。螞蟻蛹分泌的液體顯然來自蛹期分解的身體，可謂原汁原味的液化螞蟻。這些容易吸收的成分，在巢穴中直接轉移給同類，毫不浪費。

這些幼體原汁原味形成的液體營養豐富，其他會化蛹的昆蟲也會產生類似的產物，為什麼不會把自己淹死，或是被黴菌感染？應該是由於那些昆蟲會將其回收利用，轉化為成年身體的建材。社會性生活的螞蟻卻是直接排放出去，變成其他個體的食物。

同時餵養更老與更小的同儕

成年螞蟻以外，蛹產生的液體也是寶寶的營養補充液。螞蟻幼蟲移動能力有限，成年螞蟻會將寶寶放到蛹的旁邊，方便它們液來伸口。沒有液體也能正常長大，不過有得吃的幼體，生長速度更快、存活率更高。

近來在台灣出名的紅火蟻（Solenopsis invicta）雖然兇狠，卻也是畢氏粗角蟻的菜單美食之一。有個實驗是給予紅火蟻和蛹，讓成年蟻選擇，結果大部份都優先將寶寶放在蛹旁邊，可見它們認為蛹提供的善液，是更佳的育幼食品。

換句話說，螞蟻在幼年階段到成年之間的蛹，同時支持更老與更小的同儕。

奧妙還不僅如此，和一般印象不同，畢氏粗角蟻沒有特定蟻后，也缺乏男生，所有成員皆為工蟻，再透過孤雌生殖進入生殖時期。

• 延伸閱讀：蟻生online上線：如何決定成為要生寶寶或是做工的螞蟻？

奇妙的是，蟻巢中處於不同階段的螞蟻，時程非常協調。當卵孵化出寶寶的一天後，蛹也開始分泌液體。也就是說寶寶從出生以後，馬上就能獲得營養補充液，概念實在很像哺乳動物的哺乳。

畢氏粗角蟻只是一種螞蟻，論文還調查螞蟻分類上其他 4 大群的成員，發現各種螞蟻的蛹都會分泌液體，而且內容物極為相似。由此推敲，這是螞蟻大家族的普遍現象，可能在眾蟻尚未分家之前已經存在。

螞蟻巢穴的內部循環如此協調，充分反映出社會性昆蟲的優點，但是同為社會性昆蟲的蜜蜂沒有。這應該是螞蟻演化為社會性的重要一步，卻不是其他社會性昆蟲的特徵。

想來也很奇妙。人們對螞蟻很熟，研究螞蟻、養螞蟻的人一大堆，可是這回報告的現象儘管普遍，卻只是首度被明確指出。我猜以前應該有人發現這件事，只是沒有深入鑽研。

等待探討的問題，無所不在，只要有心。

延伸閱讀

• 如何用CRISPR 技術，揭開螞蟻複雜社會行為之謎？——《科學月刊》
• 台灣紅火蟻防治司令部——王忠信與他的千軍萬「螞」
• 對抗紅火蟻新兵法：破解關鍵基因，讓工蟻對蟻后下剋上？

參考資料

1. Snir, O., Alwaseem, H., Heissel, S., Sharma, A., Valdés-Rodríguez, S., Carroll, T. S., … & Kronauer, D. J. (2022). The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature, 1-7.
2. A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae
3. Anatomy of a superorganism: Ant pupae secrete fluid as ‘milk’ to nurture young larvae
4. Pupating ants make milk — and scientists only just noticed

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

回憶過往，父親除了和我們一起玩樂，還有許多重要功能，像是：玩我們（？）

關於父親有哪些科學故事呢？和我們一起看下去吧！

摩洛哥國王真的有可能成為888個孩子的父親！

摩洛哥國王伊斯邁爾（Moulay Ismael）有著一項非常傳奇的紀錄：據說他在 30 年內生了 888 個小孩，平均每年生將近 30 個，每兩個月生將近 2.5……嗯，小孩用小數點聽起來有點恐怖，每兩個月生5個。

伊斯邁爾國王這種媲美蟻后的行為真的有可能嗎？

這是一個數學問題，長話短說：可以的。

維也納大學團隊使用 Python 撰寫了 Wilcox-Weinberg、Jöchle、Barrett-Marshall 三種不同的受孕模型，運用此模型跑數值模擬，發現在假設隨機行房的情況下，國王平均每天各需要 1.97、0.83、2.30 次行房（每個模型結論略有差異），持續三十年不間斷，就能達到傳說中的兒女數。

得到初步結果後，研究團隊加入更多因子設法讓模型更貼近現實狀況。比方說，當時的習俗不允許在女性經期內行房，此習俗會提升受孕的機率，減少國王白做工的比例，三種模型下的平均行房次數會各自下降成 1.59、0.75、1.87。如果國王再精明一點，還懂得叫人去算排卵期，那麼他可以再輕鬆點，平均只需要 0.68~1.44 次的行房就能生出破千位子女。當然，這可能得需要一個團隊來幫他算，畢竟國王的後宮高達五百多人。就算用 Google calendar 來管理也是一件工程浩大的事情。

然而，現實生活中也有不盡如人意的事情，不是每次懷胎九月都能順利生產的，再考慮到這些不順利的狀況後，國王平均每天約 0.83~1.63 次行房。數據是給出來了，但能不能真的做到，我想是很講天分的一件事（可能比絕大多數的事情都還要講天分吧）。

• 本段內容摘錄自《摩洛哥國王有可能是888個孩子的父親嗎？——2015搞笑諾貝爾數學獎》

為什麼在很多語言中父親都叫 Papa？

根據語言學家 Jakobson 的分析，mama/papa 這兩個詞很有可能是小孩的父母親創造的。

當嬰兒進入了呀語時期，就開始會發出他的父母熟悉且可以辨識的音，哪些聲音呢？這會與發音的困難度有關，分成子音和母音來看，最容易發的母音是 [a]，因為你只要張開嘴巴、震動聲帶、送出氣流，音就發出來了，舌頭和嘴唇幾乎都不用動；子音則是 [m]、[b]、 [p]。因此，[ma]、[pa]、[ba] 可說是最容易產生的發音組合。

當小孩發出 mama 的音時，母親會很興奮的認為小孩在與他互動，並且認為小孩是在叫她，而不是在叫家裡的狗、桌上的食物等。接著，母親就會開始認為，這是小孩所說的第一個字，「叫 mama、叫 papa」就是常見的父母親和小孩的 baby talk。

接下來， mama/papa 這兩個詞會開始擴展，父母會向親戚好友說：「我的小孩會開始叫 mama/papa 囉」。從小孩的牙牙學語到親朋好友的認知，於是 mama/papa 開始代表著父親和母親的意思，詞彙開始進入這個語言的系統裡，社會上就有越來越多人這樣使用。

• 本段內容摘錄自《為什麼有那麼多的語言都叫母親為 Mama，父親為 Papa？》

基因上有兩個爸爸是有可能的？

事實上，同性生殖在其他物種並非罕見的現象，很多爬蟲類、鳥類、鯊魚以及一些昆蟲和植物都有同性生殖的現象。這些同性生殖的後代通常來自雌體的細胞，因此有另一個大家較為熟悉的名詞：「孤雌生殖」，也就是子代的兩套染色體都來自母親。

然而孤雌生殖並不存在於哺乳類中；與之相對的「孤雄生殖」更是聞所未聞，僅在一種斑馬魚上發現過而已。

在這個研究中，研究團隊在實驗室中培育出了兩邊的基因都由雄性提供的小鼠──也就是實驗室內的孤「雄」生殖。

研究團隊比較了父源與母源單倍體胚胎幹細胞的差異，發現他們在發育過程都會出現相近的甲基化模式，因此推測孤雄小鼠是有潛力被創造出來的。研究人員在父源單倍體胚胎幹細胞篩選出了七個基因印記並將其去除，再將之與另一顆精子結合。最後這些細胞成功發育成活的孤雄小鼠，只是都在出生後兩天內死亡。

原先在動物界極為少見的孤雄生物，居然可以在哺乳類被建立出來！只是不難想像，如果要培育出正常發育且具生育能力的孤雄小鼠，還需要相當多的實驗和努力。

• 本段內容摘錄改寫自《兩個爸爸沒有媽媽！世上第一隻孤雄生殖小鼠誕生》

有爸可靠，影響女兒的成熟速度？

眾多研究早已發現，父親對孩子的各方面影響都很巨大。但是萬萬沒想到，在父親消失或失格的家庭中，女兒的性成熟速度竟然會比較快，此外，這些失父之女會提早發生性行為，而且懷孕生子的年齡也會提早！

這究竟是怎麼一回事呢？

從演化心理學的角度來看，其中一個解釋可能是：父親所展現出來的親子照顧行為品質，會成為女兒判斷周遭未來配偶之品質的依據。

當家中爸爸的親子照顧行為失格、或者根本就「出國深造」（跑路）時，女兒會認為自己生存環境中其他男性也具有類似特質。女兒在這種預期心理（潛意識）之下，可能就會不知不覺的改變自己的生殖策略，來讓自己更有繁衍優勢。那是怎樣的生殖策略呢？答案：性早熟、提早發生性行為、以及提早懷孕生產。

最近幾年的研究中都顯示，父親在家庭中的參與狀況，的確都會影響到孩子的表現。在有爸可靠的家庭中，嬰兒的死亡率、孩子的生病風險、學童在學校的課業成績、以及小孩長大後的社經地位等各項指標，都有較佳的表現。

• 本段內容摘錄自《父親失格，導致女兒性早熟？》

伴隨父親節的來臨，老掉牙出去吃個大餐，或是跟爸爸抱一下、適時表達自己情感什麼應應景。還是要提醒大家，表達情感不用等節日，隨時都可以跟家人朋友好好道謝或分享心情喔！

祝天下的好爸爸們父親節快樂！

延伸閱讀：

你知道嗎？最近有同性生殖的小鼠在科學家的手中誕生了。

學界其實一直探尋著：究竟同性的哺乳類能不能生殖、產下後代？ 2018 年中國科學院的科學家在國際期刊《Cell Stem Cell》上發表了一個腦洞大開的研究，成功讓實驗鼠完成同性生殖^[1]。

同性生殖很奇怪？自然界裡其實很常見

事實上，同性生殖在其他物種並非罕見的現象，很多爬蟲類、鳥類、鯊魚以及一些昆蟲和植物都有同性生殖的現象。

這些同性生殖的後代通常來自雌體的細胞，因此有另一個大家較為熟悉的名詞：「孤雌生殖」，也就是子代的兩套染色體都來自母親。然而孤雌生殖並不存在於哺乳類中；與之相對的「孤雄生殖」更是聞所未聞，僅在一種斑馬魚上發現過而已^[2]。

幾乎所有動物都有孤雌生殖的能力，唯有哺乳類在演化的過程中淘汰了這項能力，這背後藏有什麼樣的秘密？科學家能藉由實驗和推理越過這道演化上的鴻溝嗎？

2004 年，日本科學家 Kono 曾經在未成熟的卵中消除兩個「基因印記」，而後結合另一個卵；這個由兩個卵所組合而成的胚胎意外地培育成功，使得科學家成功得到了孤雌小鼠^[3]。這是人類第一次創造出孤雌生殖的哺乳類，只不過這些小鼠在出生不久之後就死亡。

基因的識別戳章：基因印記

什麼是基因印記呢？學過基礎生物的你，一定知道孟德爾的豌豆以及等位基因理論：孩子各從父母得到一半的基因，如果兩個基因都是隱性會表現出隱性的樣子；反之，只要父母有一方是顯性，孩子的表徵也會是顯性。

然而並不是所有的基因都符合等位基因的理論；有些基因只需要來自父親，有些則只需要來自母親，因此細胞會將不需要的那一方以「甲基化」的方式讓基因不表現，這個甲基化的現象就稱為基因印記 (Genomic imprinting)。

簡單來說，基因印記就像個戳章，如果來自爸爸的基因蓋上這個戳章，細胞就知道爸爸這邊的基因不必表現；相對的，孩子由母親得到的基因就必須是正常的，子代才會正常。反之亦然，如果卵子上的基因有印記，精子的基因就必須是正常的，否則孩子的基因會有缺陷。

知道基因印記背後的原理之後，就不難理解為何 Kono 的團隊要先消除基因印記；因為來自同樣母親的基因會有相同的印記，如果不將此印記剔除的話，要創造出來的孤雌小鼠基因就會有缺陷。換句話說，剔除基因印記後，可以讓卵細胞的基因表現看起來「比較不那麼雌性」。

刪兩個還不夠，三個才能成功

理論很美好，現實很殘酷，在一開始的實驗中，雖然已經自卵細胞消除了基因印記，生出的小鼠卻還是有缺陷。爾後，中科院的學者們試著以單倍體胚胎幹細胞 ( haploid embryonic stem cell, haESC )[註] 重新挑戰這項研究。

他們在母源單倍體胚胎幹細胞中消除了 Kono 研究發現的兩個基因印記，之後將另一顆卵子注入，最後出生的孤雌小鼠的確有缺陷。不過這段旅程也並非無所獲，他們在過程中發現了一個表現異常的基因印記：Rasgrf1。

最後的嘗試，他們同時刪除單倍體胚胎幹細胞了包含 Rasgrf1 的三個基因印記，得到的結果證實是 Rasgrf1 造成了孤雌小鼠的缺陷。在刪除了三個基因印記之後，出生的孤雌小鼠便與正常的小鼠無異。人類第一次獲得了在各方面都正常、甚至有生育能力的孤雌生物。

消除基因印記後……哺乳類首見孤雄生殖成功了！

成功創造出孤雌生殖小鼠後，接下來研究團隊比較了父源與母源單倍體胚胎幹細胞的差異，發現他們在發育過程都會出現相近的甲基化模式，因此推測孤雄小鼠是有潛力被創造出來的。

研究人員在父源單倍體胚胎幹細胞篩選出了七個基因印記並將其去除，再將之與另一顆精子結合。最後這些細胞成功發育成活的孤雄小鼠，只是都在出生後兩天內死亡。

原先在動物界極為少見的孤雄生物，居然可以在哺乳類被建立出來！只是不難想像，如果要培育出正常發育且具生育能力的孤雄小鼠，還需要相當多的實驗和努力。

生物科技已經有如科幻電影一般的境界了，僅僅利用胚胎幹細胞和基因剪輯的技術，就可以破解哺乳類的生育原則。科技能解決和觸及的領域無遠弗屆，我們也不妨想想：這些孤雄或孤雌的小鼠後代是否合乎實驗倫理規範？該怎麼讓孤雌孤雄小鼠有正常的生理機能？這項技術有機會應用在其他物種身上嗎？

這個研究已經在學界產生一股旋風，各個研究機構的相關人員想必已經開始策劃實驗了，身為讀者的我們就拭目以待吧！

• [註]：幹細胞裡的楊過：單倍體胚胎幹細胞 (haploid embryonic stem cell, haESC) 就如同一般胚胎幹細胞，有分裂分化的能力。不過單倍體胚胎幹細胞的特點在於：每個細胞都只有單套染色體！獨臂的楊過仍可施展黯然銷魂掌，單套染色體的胚胎幹細胞也有其優點：有利於研究一些未知的隱性基因突變。

參考資料：

1. Cell Stem Cell. Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. 2018 Oct;11. (23): 1-12。
2.  Genetics. Production of androgenetic zebrafish (Danio rerio). 1996 Apr. (4): 1265-76.
3.  Nature. Birth of parthenogenetic mice that can develop to adulthood. 2004 Apr;22. (428): 860-864。