實驗就是從失敗中找成功:由大海中找出人類世的蛛絲馬跡──任昊佳專訪

「抱歉,我剛帶孩子去幼稚園,小朋友比較多狀況,所以晚到了。」臺大地質系副教授任昊佳衝忙地趕來研究室。她的研究室古色古香,鋪著木地板,桌子和櫃子都是木頭質地,還擺著兩張五顏六色用印尼廢棄的船板做的椅子。研究古海洋和古氣候的她也特愛逛古物店,正如古生物的標本,每件古物背後都有它的故事和環境的刻記。辦公室的一小角放著寶寶圍欄,任昊佳笑著說:「我的二寶剛滿兩個月,現在還是媽媽幫忙帶,之後我要帶來研究室,邊工作邊帶孩子,我大寶就是這樣帶的!」

旁人看來雖然辛苦,但任昊佳覺得很幸運,教職工作的彈性,讓她可以同時身兼數職,無論是當母親,還是科學家或是老師,都是她最喜歡的事情。

女生只會考試,不會做研究?任昊佳不自我設限,研究屢登國際期刊

任昊佳在研究上也有卓越表現,曾獲得中研院榮譽博士後,32 歲至臺大地質系任教,是當時臺大最年輕的老師,專攻氮的生地化循環、古海洋和古氣候研究的她,發表文章數度登在《Science》與《Nature》等國際頂尖期刊上,在今年獲得由吳健雄學術基金會和台灣萊雅公司共同主辦的「台灣傑出女科學家新秀獎」。

儘管學術成就令人刮目相看,任昊佳自認不是會讀書的料,能夠上北京大學實是緣分。她笑說,自己是因為高中參加太多課外活動,因而獲得「山東三好學生」得到保送至北京大學地質系的機會。

讀北大時,老師在課上說:「女生只會考試,不會做研究。」此時任昊佳正猶豫要不要繼續讀博士,為了確認老師說的是不是真的,就去圖書館找西蒙波娃的《第二性》來看。從中她理解到「女性所設下的限制大部分來自於自己」,所以決定聽自己的聲音——赴美國攻讀博士。

任昊佳是台灣相當傑出的女地質學家,現為臺大地質系副教授(圖片提供/任昊佳)。

開發反硝化細菌的生物方式,解析氮同位素

在美國普林斯頓大學攻讀博士時,她的指導教授主要是做「氮 (N2)」的生地化循環研究,不過相較「氧」同位素可以直接對照是溫度變化的信號,氮循環相當複雜,因為每種生物使用氮的方式不同,所以很難確定是環境的因素影響氮同位素的訊號,還是生物本身的代謝影響,處理起來相當麻煩。

過往研究會分析泥土中的氮同位素,但泥土會受到生物作用的影響,訊號已經改變,難以做出合理的結果。此時,她的指導教授就給她一個任務,將未受干擾的有孔蟲殼下之氮訊號,透過反硝化細菌的生物方式來解開,因為反硝化細菌會將生物體中的硝酸鹽轉化為一氧化二氮氣體,最後再用「穩定同位素質譜儀」來測定一氧化二氮氣體的同位素組成。

藉由反硝化細菌的生物方式來做,會比傳統將有機氮燃燒為氮進行同位素分析的效果更好、靈敏度至少高 100 倍。任昊佳解釋,有機氮燃燒擷取氮的過程需在真空的環境下進行,容易受到汙染,測量難度相當高。

有孔蟲的化石樣貌,大部分有孔蟲的大小是小於一毫米(圖片提供/任昊佳)。

可是,當時她只知道這個方式理論上行得通,但全世界還沒有人成功做出來,而使用生物方式的最大難題就是得找到細菌喜愛的生長環境,否則牠不分解,你也拿牠沒轍。

為了找到可行的測量方式,任昊佳不斷調整菌種的養殖環境,「每次實驗結果要出來,我都會好緊張,然後帶著電腦站在穩定同位素質譜儀旁邊等待結果,指導教授看到就跟我說『I like your energy!』。」

任昊佳實驗室內的穩定同位素質譜儀機,裡頭有許多設備是自行開發的,讀博士當年她就是常常站在機器旁邊等待實驗結果(圖片提供/任昊佳)。

她在經歷過無數的失敗後,花費半年才找到最合適的實驗方式,而這個氮分解的研究方式至今在世界上仍是數一數二。

任昊佳笑說:「我的個性就是很拗吧!越做不出來,就越想做出來,我認為凡事一定有解答,失敗就趕快試其他方法。」或許是這份對真實的執著,及渴望尋找答案的熱情,任昊佳坦言,自己特別適合從事學術工作,也喜歡挑戰困難、沒有人做過的研究。

在珊瑚體內發現人類排氮污染的痕跡

「厲害的科學家都在學校裡!」任昊佳的老師曾這樣跟她說,因為知識是需要傳播和討論的,因此她在美國哥倫比亞大學、中研院完成博士後研究,就到臺大地質所任教。

任昊佳表示,臺灣的研究資源不多,但分配比較平均,讓每個老師都有充分發揮的空間,儘管做古氣候和古海洋的研究者不多,但臺灣做出來的東西在全球都有知名度。

她在臺大透過反硝化菌分解氮的方式,首次直接證實人類活動排放的氮已經影響到遠洋環境,研究成果登在《Science》期刊。任昊佳解釋,那時台灣剛好在東沙環礁群島成立研究中心,她與研究團隊就追蹤東沙環礁的珊瑚中的排氮訊號,因為人為排放的氮通常比自然環境中的氮含有更多輕的同位素,從中測量分析,得知珊瑚中有機氮的同位素組成。

東沙環礁群島的採樣照片(圖片提供/任昊佳)。

「我們那時候發現也相當驚訝!」她表示,之後研究團隊也在百慕達和澳洲大堡礁追蹤珊瑚的同位素,但就沒有像東沙一樣有顯著的發現,推估可能是東沙海域是邊緣海,生地化的調節效果不如開放海域好,所以人為造成的氮才會透過大氣,直接沉降在該區域的狀況比其他區域明顯。

任昊佳與美國哥倫比亞大學研究團隊推翻盛行已久「把鐵加入海中抗暖化」假說,該假說認為鐵會促使海中藻類增加,能增加攝取溶於海水中的二氧化碳。

不過,任昊佳與研究團隊針對赤道太平洋約 2 萬年前冰河期海底沉積物進行研究,發現對海洋藻類施鐵肥,雖會促進特定藻類生長,但也會用光其他藻類所需的營養鹽,而限制其生長,因此施鐵肥在減少二氧化碳和減緩全球氣候暖化上效果不如預期。此篇研究推翻假說、具有新意,榮登頂尖期刊《Nature》雜誌。

近期任昊佳在綠島飼養有孔蟲,希望能找出有孔蟲紀錄海洋沈積物訊號的方式及原因。

活體有孔蟲的樣子(圖片提供/任昊佳)。

基於真實的研究,都能逐步累積知識

「我對於生物與環境的關係相當感興趣,因為研究的對象取自於真實世界,而我的研究也無法告訴大家是百分之百正確,只是給個說法讓大家來辯論。」任昊佳笑說,循著線索找答案,刪除比較不可能的選項,這件事情相當有趣。

儘管自己的研究屢登國際期刊,但她坦言,只要是基於真實數據做出來,且能夠找出讓人信服的解決方式,都是很棒的研究,大部分科學研究都是這個領域的逐步累積,未必能夠這麼幸運能登上一流的國際期刊。

最後,研究古海洋的她也語重心長地對大家喊話:「地球是包容度很大的地方,它經歷過冰雪覆蓋,也遇過溫暖無任何冰河的環境,現在人類排放污染尚未完全改變它的平衡,但哪天會失衡,我們並不知道。」所以人類一定要正視這些情況,開始改變,而她身為科學家能夠藉由研究,進而改變政策,和喚起大眾對環境的重視,是一件很有意義的事情。

任昊佳(右三)與研究室夥伴、美國學者的合影(圖片提供/任昊佳)。


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關於作者

Suzuki

超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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