0

4
0

文字

分享

0
4
0

對抗全球蝦白點病,解開生物界哥帝爾斯結的關鍵領導者羅竹芳——《她們,好厲害》

PanSci_96
・2019/12/31 ・6940字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

  • 文/楊泰興

羅竹芳畢業於輔仁大學生物系,陸續取得國立台灣大學動物系碩士學位、日本東京大學農學部水產學科博士學位。一如 AIDS,因 1983 年確認了 HIV 病毒,防治之路出現契機;蝦白點病的研究在 1994 年也終於獲得重大突破,致病的病原體蝦白點病毒終於被純化出來。領軍的,就是羅竹芳與郭光雄教授所領導的研究團隊,讓全球的蝦病防治終於邁出關鍵性的一大步。

人類歷史發展呈現多元面向,從歷史的脈絡裡我們可以發現豐饒的文化資產、輝煌的藝術成就等各種美好;然而,這些美好卻不可免地伴隨著戰爭、衝突、疫病等苦難陰影。

疫病帶給人類的痛苦與傷亡,嚴重程度與經濟損失常遠高於戰爭,例如:中世紀橫行歐洲的黑死病(腺鼠疫),造成當時歐洲近三分之一人口死亡;1918 年全球爆發的大流感,染病死亡者遠超過第一次世界大戰全球死亡人數。世界衛生組織估計,全球目前約有兩億六千萬人口遭受瘧疾感染侵害;而受血吸蟲感染的人口,約達兩億之眾。

疫病帶給人類的痛苦與傷亡,嚴重程度與經濟損失常遠高於戰爭。圖/wikimedia commons

若將人類歷史比喻為一部人類對抗疫病侵擾的戰爭史,我們力抗疫病的武器,來自科學進步帶來的醫學發展,每一時代的科學典範引領醫學成就,減輕人類痛苦並賦予幸福。自農業時代以降,人類賴以維生的糧食等生物資源亦屢遭疫病侵襲。我們倚賴的糧食作物、畜牧禽畜或養殖產業一旦發生病變,輕則造成經濟損失、重則引發大規模糧荒饑饉。例如:

  • 19 世紀愛爾蘭因馬鈴薯受真菌感染而嚴重歉收,導致「愛爾蘭馬鈴薯饑荒」與後續的可怕災難
  • 1970 年代,美國曾發生由真菌感染的玉米枯葉病,造成玉米農業嚴重損失並衝擊農業與經濟

全世界人類所種植的重要經濟作物,幾乎都曾遭逢重大疫病與病變侵襲;畜牧與養殖業亦對疫病的侵襲抱持臨淵履薄的心境,分毫不敢大意。在人類疾病與醫學發展史上,醫生協助我們對抗疫病並維持公眾健康;然而,捍衛農牧養殖產業並確保人類糧食供給無虞的不是醫生,而是生物學家。

解開生物界的哥帝爾斯結

台灣在對抗造成全球養蝦產業災難式崩盤的疾病——白點病 (white spot syndrome virus) 的防疫戰時,經歷過一場艱困的前哨戰,解開這生物界的哥帝爾斯結 (Gordian Knot)後,讓台灣的蝦病研究執世界牛耳迄今。這個成就得歸功於一位傑出女性科學家,現任成功大學生物科技與產業科學系講座教授羅竹芳。

面對蝦子的白點病防疫戰,羅竹芳教授帶領臺灣打了漂亮的一仗。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

所有故事,需從 1992 年這一年說起。那一年是全球養蝦業產值獲利的高峰,卻也是開啟衰敗的濫觴。

根據水產養殖文摘數據,1992 年全球養殖蝦產量 72.1 萬噸,雖然當時台灣養蝦業早已飽和並萎縮,但全球養蝦業卻蓬勃發展;此時一場蝦白點病風暴無預警地襲來,重創所有養蝦大國,全球產量驟減 16%,只剩 60.9 萬噸。

回顧曾號稱「草蝦王國」的台灣,在 1987 年曾是世界產量第一位,高達 11 萬噸(一說九萬五千噸),但 1988 年台灣水產養殖區的蝦病肆虐後,養蝦產業開始由盛而衰。1989 年銳減剩 2 萬噸;後來台灣曾力圖振作,到 1992 年時,一度產量可達 5 萬噸。

但這場席捲全球的白點病,再次嚴重打擊了台灣養蝦業。當時台灣養殖業每放養十隻蝦子,收成不到一隻,養殖業受創甚劇難以恢復。感染白點症病毒的草蝦全身會出現白點,一週後隨即死亡;更嚴重的是病毒會經由雌蝦卵「垂直感染」導致後代致病。

感染白點病病毒的草蝦全身會出現白點。圖/研究圖片

蝦白點病起源於中國大陸華南一帶,號稱養蝦業的 SARS(因都起因華南)。當時全球 78% 蝦養殖業產量集中在東半球,養殖戶又多沿襲台灣的高密度精養法,蝦白點病疫情造成台灣水產專家們束手無策,全球業者更是困坐愁城。

對此,當務之急莫若於找尋致病的病原體。一如 AIDS 因 1983 年確認了 HIV 病毒,防治之路出現契機;蝦白點病的研究在 1994 年也終於獲得重大突破,致病的病原體蝦白點病毒終於被純化出來。這份榮耀歸於台大動物系教授羅竹芳與郭光雄所領導的研究團隊,讓全球的蝦病防治終於邁出關鍵性的一大步。

羅竹芳研究團隊在 1996 年建立蝦白點症分子診斷技術平台,隨後更完成該病毒的基因定序與基因圖譜。1997 年由國科會檢測技術授權給台灣瑞基海洋生技公司生產商業化試劑組,現在台灣已是蝦類病毒疾病商業檢驗試劑最大的產製國,全球市占率高達 80% 以上,其中白點病毒試劑組 (IQ2000 WSSV detection and prevention kit) 獲得世界動物衛生組織認證,成為國際知名品牌。

儘管迄今防治蝦白點病的有效疫苗尚未問世,但透過羅竹芳研究團隊開發的試劑,已經可以事先預防感染。根據 1999 年泰國的使用報告,試劑檢測能成功將蝦死亡率壓低到 5% 以下。終於,這場對抗白點病的戰爭獲得寶貴的初步成果。除了被動性防疫措施外,羅竹芳研究團隊正積極與國內外產業合作,進行抗病蝦的選育,近期將有大幅進展,希望可以把成果盡快回饋給社會。

帶領學術界迎戰白點病,一步步地把台灣建構成全球蝦病研究重鎮,關鍵領導者就是羅竹芳教授。她的個頭不高但有雙靈動大眼,說話慢條斯理卻不失邏輯理性,嬌小的身軀內,隱含著巨大研究能量與強烈的科學家靈魂。

生涯路上的曲折,造就她的不凡

羅竹芳年輕時並非大家刻板印象所標榜「來來來,來台大,去去去,去美國」的典型菁英教授。她畢業於輔仁大學生物系,台灣大學動物所碩士畢業後回輔大任教十餘年,直到 1984 年才負笈日本東京大學進修獲論文博士。儘管她的博士學位是在東京大學完成,但出國求學之前,她已經是輔仁大學生物系正教授,是罕見由台灣本土培養出的學術人才。而這努力過程中,有著她嚴厲自我要求的刻苦與上進。

畢業於新竹女中的羅竹芳,從小熱愛數理、生物科,也喜歡自然生態與花草蟲魚,總是在自家庭院觀察生物,甚至還親手挖了一個小魚池。因聯考失常,僅考上輔大生物系,未能進入夢寐以求的台大,但羅竹芳很快就愛上了輔仁大學,也服膺該校神父、教授一絲不苟的教導與實驗訓練。當時輔大生物系是受教會資助的新創科系,新穎的儀器設備全是從國外購入,硬體條件甚至比多數國立大學還要好。

「大學聯考時,好朋友都上了台大,但我在輔大找到了人生立足點,」羅竹芳回憶年輕歲月時說到。每個人都必須了解自己的長處,找到適合自己的研究議題後,堅持不懈方能竟其功。

求學時期的每一天,羅竹芳都是第一個到宿舍自習室自修的學生。「修女舍監都會私下把燈打開,方便我自修,」她至今仍感念修女的通融。畢業後順利考上台大動物學研究所,完成碩士學業後回輔大母系任教十五年,之後轉至台大任教。

羅竹芳形容自己十分內向,但她凡事總是全力以赴,這種執著個性讓她克服了一路以來的諸多先天與後天限制。例如:她先天害羞,即使已從事教學工作一輩子,直到現在,無論上台、上課或者演講,仍會手心冒汗,有時甚至會緊張得說不出話。但她卻克服了內向與緊張問題,成為 2008 年首屆全國傑出通識教育教師獎得主。

當羅竹芳初在台大教授科學領域通識課程時,學生們課前還會大喊:「老師加油!」為講台上緊張無助的她打氣。最後她以萬全的準備,克服了個性弱點,「我第一年幾乎是不眠不休地準備教材,為了教一堂兩小時的課,得花上 24 倍的準備時間。」最後這門「生命科學與人類生活」通識課,終成為台大廣受好評的課程之一。

此外,羅竹芳到現在還是會對一個人出國感到惶恐,出國開會常需要有學生或家人陪同,但是當年她卻隻身前往東京完成博士學業。1986 年暑假,她甚至獨自到美國學習最新的桿狀病毒表現載體系統的操作與應用。「當時國科會不批准我的學習計畫,認為經費應該提供給熟稔重組 DNA 技術的人;但我不服輸,自費新台幣三十多萬元自己去學習,」後來,這項技術果真成了她專攻蝦病毒研究的重要關鍵。

「在美國實驗室第一次完成實驗時,同仁都不相信我是第一次操作重組 DNA 技術。……其實有著過去的研究基礎,只要按部就班來,道理都是相通的,不要對新的技術與知識產生恐懼,」羅竹芳深信,天底下沒什麼克服不了的事情,只要努力學習,一定會有所成。

另外,羅竹芳個性中有一項很重要的特質,就是遇到事情不畏懼。學生們都知道,她有一句著名口頭禪:

「頂到天」,這是她常掛在嘴邊的話,是鼓勵學生勇於嘗試的起頭語,意思是「最壞也不過這樣,更何況天塌下來自有『高人』撐著,」這也顯示她豁達而積極進取的人生觀。

羅竹芳常以「頂到天」鼓勵學生勇於嘗試。圖/取自書籍《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界

跨出舒適圈,讓一切學術成就從零開始

1994 年,她再度以行動實踐她的「頂到天」哲學,「這是我人生非常重要的轉捩點,」羅竹芳說。

1994 年台灣遇到全球性的白點病風暴,苦無對策,此時的羅竹芳從輔大轉任台大動物系五年有餘,她與郭光雄基於想協助蝦農的使命感,在國科會的支持下,各自結束原有的研究領域,另起爐灶將研究重心轉移到草蝦的白點症病毒研究,這個決定等於讓自己的一切學術成就從零開始。

一開始連種蝦長什麼樣子都不知道,羅竹芳卻毅然跟過去的成就揮別。她形容,跨入新領域就如同走坎坷路,很少有人願意跨出既有的舒適環境,「但好走的路不是人生唯一的選擇。」

羅竹芳形容自己有相當強的歸納分析能力,看到實驗數據便能發現關鍵點,「這歸功於過去按部就班的扎實訓練。」她的學生形容,老師是一個研究狂,常常假日晚上還看到老師在實驗室出沒。

「機會是給準備好的人,」羅竹芳總是這麼說。當時,為了盡快掌握研究狀況,甚至農曆年都在實驗室中度過。扎實的訓練背景與密集努力,讓她成功地發現這次蝦病毒與先前已知的桿狀病毒之差異,首度將白點症病毒純化出來,全新品種的蝦病毒也引起了學術界轟動。

不求個人利益,關鍵技術不私藏

從 1995 年首度發表病毒報告迄今,十多年來羅竹芳研究團隊的探索範疇,從基礎研究到產業對策的發展,從病毒危害到種蝦培育,從病毒基因體學到病毒功能性基因體學,從蝦免疫反應到蝦基因體學的研究不勝枚舉,可謂圍繞著蝦病毒,建立起巨大的學術研究堡壘。

羅竹芳的實驗室當年榮登台灣唯一被聯合國動物合作組織 (OIE) 指定的參考實驗室,研究成果深受國際肯定,現在實驗室裡還常看到前來取經交流的外國學子。除了專注,羅竹芳也絕不藏私,一有新發現,就迫不及待地將最新實驗結果公布在一流國際學術期刊。翻開《國際病毒學》雜誌,曾在半年內刊登了羅竹芳論文達五篇之多。

她說:「我習慣在同一期刊上發表論文,除了累積實力,也希望讓讀者追蹤我的研究。」她的白點病毒經典論文是該領域被國際引用次數最高的論文之一;這樣傑出的學術表現,讓她得到 2001 年國際經典引文獎 (ISI)。期刊編輯還曾對不藏私的羅竹芳建議:「不需要將基因序列公布得如此清楚,這可是關鍵技術呢!」

甚至當開發出檢測病毒的試劑組時,羅竹芳只以極低廉的價格,便把技術移轉給民間,不求個人利益,只求能造福台灣的蝦類水產養殖戶。為了推廣病毒檢測試劑,身為不諳台語的客家女兒,羅竹芳還特地請學生寫好羅馬拚音的「小抄提示」,讓她可以下鄉當面跟蝦類水產養殖戶溝通。

2013 年 9 月,羅竹芳接任成功大學生物科學與科技學院院長,主要也是為了在南台灣成立台灣唯一的種蝦養殖中心,以裨台灣與亞洲學術研究同業有不虞匱乏的研究材料。

回歸初心,為何走上科學這條路?

如此傑出的女科學家,歷經過什麼樣的成長脈絡?

她的夫婿王重雄教授 2012 年剛從台大昆蟲系退休,當年王重雄還是輔大助教時,帶過羅竹芳的實驗課,之後兩人締結良緣,並一同在輔大生物系服務。羅竹芳說:「我們在同一個辦公室工作十五年,直到我轉任台大為止……我們是最佳合作夥伴,他的巧手跟我的分析能力,是絕佳的搭配。」

當年剛完成碩士學業回系上擔任助教的王重雄,對羅竹芳這位學生的第一印象是「這位小女生,實驗報告寫得有條不紊,圖畫得真好!」

羅竹芳把她今日的學術成就,歸功於兩個生命中的重要人物。一位是他的中學理科老師,「中學時,老師十分欣賞我的實驗報告,打趣地跟我說:『你以後有機會拿諾貝爾獎!』這對我是莫大的鼓勵,驅使我堅決地走上這條奮鬥之路。」

另外一位生命中的重要人物,則是父親羅富生。羅父畢業自日本中央大學,是新竹中學傳奇校長辛志平的左右手,與辛校長一樣崇尚自由開明的教育理念。這位影響女兒至深的羅主任頗具俠氣,在二二八事變期間,勇敢地保護學校的外省籍教職員安全。竹中校友、諾貝爾化學獎得主李遠哲博士回憶當年還記得,羅主任特別從竹東挑來一百斤白米資助躲在學校裡的外省人。

畢業自竹中的詩人鄭愁予也回憶道,當年二二八事變時期,群眾聚集於辛校長東門街宿舍滋事,羅富生一夫當關,如俠士般地擋在門口,義正辭嚴地說服群眾離開。

兒時記趣,就這麼挖了一個「池塘」

猶記年幼時,羅竹芳羨慕辛校長家的大池塘,一日夥同弟妹在家裡挖了一個池子,灌了水、放了魚,羅主任回家才發現子女的傑作,依舊笑嘻嘻地任由子女們恣意胡鬧。童年溫暖的家庭生活,讓羅竹芳回憶起來總是忍不住微笑。

喜歡池塘?那就自己動手挖一個吧!圖/GIPHY

轉眼,現在的羅竹芳年逾耳順,望著修復成紀念館的辛校長故居,回憶起「後庭的那條木板長廊最有特色,我老愛坐在長廊邊,懸著腿看著樹上芒果,眼巴巴地期望它掉下來,就是這棵芒果樹,」羅竹芳接著說:「我小時候就喜歡生物,總是跟辛校長的女兒一起在後院玩耍,結果我們兩個都走上生物學研究這一行。」

就是這樣正直、開明、溫暖的成長氛圍,讓羅竹芳有了最佳的身教與快樂的童年。承襲父親的道德勇氣,羅竹芳在 2005 年剛接任台大生命科學院院長之際,家人都十分擔憂,認為剛直的她將會碰得頭破血流。結果她的行政服務與實踐能力深獲好評,連任兩屆院長。羅竹芳感念地說:「這也必須歸功於小時候常常坐在客廳,聽父親跟辛校長聊天談如何辦教育、執行行政工作的功勞。」

跨域學習吧!只要有心就能去理解

羅竹芳特別鼓勵學子們進行跨領域研究,對選修她通識課程的台大外文系學生說:「莎士比亞的作品那麼難,你們都能流暢閱讀了,何況是生物學!」在課程中,她以《羅倫佐的油》(Lorenzo’s oil) 詮釋說明:只要有心,所有人都可以對生物學有相當的理解;如同羅倫佐的父母,為了救孩子,在很短的時間內自我學習,更進一步突破傳統的角度,以「水管阻塞」原理來思考人類代謝的異常,最後發明「羅倫佐的油」,還創立「髓磷脂修復計畫研究室」,造福全球廣大病友。

羅倫佐的父母為了愛子自學,真實事蹟後來被改編成知名電影。圖/imdb

對於子女,羅竹芳也是抱持著盡可能尊重其選擇的態度,而不盲目迷信國外知名大學;一對兒女均在台灣完成博士學業後,走入生物學領域學術研究。換言之,這個學術家庭的專業訓練與養成,幾乎都在台灣完成,也貢獻所學於斯土。

遺傳到母親慧黠大眼的女兒王涵青,先就讀公共衛生,碩士時期鑽研海洋,最後也在台大生科所完成博士學位,接著投入蝦病毒研究,近期因在蝦子類抗體分子的創見與發現,備受學界矚目。她一臉認真地說:「我們全家人回家可以合開一個小型學術會議。」而羅竹芳更是欣慰地表示:「她已經超越我了。」

舊地重遊,望著年幼時曾令羅竹芳羨慕不已的辛家池塘,數十載未見,她歡喜又感嘆,不忍離去地說:「這是當初那個池塘嗎?怎麼這麼小!」其實當年那泓鯉魚悠游的水池並沒變小,而是多年前那位小女孩長大了;不但開枝散葉,更把在這裡所受的身教、言行與美好傳承下去。

兒時的羅竹芳目睹這池塘的美,於是親自動手實踐挖了一個水池;而今這位對抗蝦白點症病毒的女科學家,如同幼時在原本空無一物的起始點,創建出台灣蝦病毒的研究重鎮——台大「甲殼類病毒研究室」。如同她的信念與初衷,人生勇於走這條充滿挑戰之路,一切是因她的學術理念:「在荒漠裡也可發現美好。」

台灣傑出女科學家獎設立於2008年,是台灣第一個專為表彰傑出女科學家、並鼓勵女性參與科學而成立的獎項,由台灣萊雅及吳健雄學術基金會共同主辦。

註解:

  1. 哥帝爾斯結 (Gordian Knot) 指十分困難、無法輕易解開的難題。傳說小亞細亞古國佛里幾亞 (Phrygia) 國王哥帝爾斯 (Gordius) 曾經做了個極複雜的繩結 (knot),號稱誰能解開這個結,就會成為整個東方世界的主人,結果亞歷山大帝 (Alexander the Great) 一劍劈開了這個結。「cut the Gordian Knot」也被用以形容以果敢或非常手段迅速解決難題。

 

本文摘自《她們,好厲害:台灣之光.18位女科學家改變世界》,2013 年 12 月,遠見出版。

文章難易度
PanSci_96
1006 篇文章 ・ 976 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

1

2
1

文字

分享

1
2
1
徒手探索宇宙的超級偵探!——李瑩英專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/12 ・6769字 ・閱讀時間約 14 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

  • 2019 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十二屆傑出獎得主
  • 本文的採訪時間為 2021 年 1 月 25 日

在採訪李瑩英教授之前,照慣例做了不少功課,但不得不說這是最徒勞無功的一次,因為真的太難了。不過與其說我感到挫折,反倒是覺得興奮,並由衷佩服頂尖數學家在破解宇宙語言上的成就,對這次的採訪也更加期待。

李瑩英是 2019 年第十二屆台灣傑出女科學家獎「傑出獎」得主,在數學領域的成就當然不遜於任何一位過往的得主,但她與其他來自物理、化學、生物等領域的科學家之間,有著「巨大」的差異:她沒有實驗室、沒有任何一台身價不凡的研究設備、甚至連辦公室裡這台桌上型個人蘋果電腦,也只是用來打字寫論文,有或無絲毫不影響她的研究。

「我不太需要電腦去做計算。有的人可能弄的東西是比較複雜,需要幫忙處理複雜的計算。我做的東西大部分是推理,然後想出證明,所以不太需要用到電腦。」李瑩英說得輕鬆。於是我問:如果今天在家族聚餐、吃喜酒、同學會上,被問到「數學家在做什麼」會怎麼回答?她笑著表示,數學家通常可以獨立作業,也不太需要跟非專業者溝通,因此要回答這問題反而比較困難。

攝影/呂元弘

從實體到抽象,再回到實體

她說,從一隻羊、兩本書等實體,抽取出「數」,再進行推導,就是數學。「數學會有用,就是因為它抽離出來,不直接連結到事情。」李瑩英表示當科學家研究一樣東西,可能就只對這個東西有用,但數學研究的是共通的規律,只要發現同樣的結構,規律就可以派上用場。

「一開始原始的問題可能出自自然界,但是當提了一個這樣的問題後,我們(數學家)就想說『這是不是共同的現象?還有沒有其他的可能性?它自己本身是不是完整的?』然後越推展越遠,有些人就覺得抽離現實的世界了。」她以「歐氏幾何」為例,其曲率為零,然而若不堅持第五公設,則能推導出曲率為正或負的「非歐幾何」,由此發展出的黎曼幾何就被愛因斯坦用在廣義相對論,描述重力現象。

此外,在量子計算中用到了數學家很熟悉的希爾伯特空間(Hilbert Space)、在物理學應用場論、在密碼學中則用上了數論及橢圓曲線,數學被運用在其他領域的例子屢屢可見。她認為數學就是在實體與抽象之間,與各領域不斷互動。也因此儘管身為純數領域的數學家,李瑩英積極跟外界對話。之前擔任中華民國數學會理事長時(109年~110年),便打算透過網站收集跟呈現數學的有趣應用和案例,希望吸引更多年輕人對數學感興趣。

她認為數學家的訓練讓他們能夠比一般人更快看到問題核心,而且比較嚴謹,就像是學語言學久了會有語感,學數學久了就會有數感。一般觀眾看《天才無限家》這部描寫印度數學家拉馬努金的電影,會被劇中拉馬努金天才般的能力給震撼,但同樣作為數學家,她在電影中看見的是拉馬努金透過不斷不斷地計算、磨練,才將數學能力磨成直覺。令她也心有戚戚。

從數學到物理,再回到數學

雖然李瑩英從小知道自己數理能力好,解題就像遊戲般好玩,讓她享受從不知所以到豁然開朗,但她沒想過會成為數學家。記得升大學選填志願時,她曾在物理跟數學之間猶疑,「因為我都很喜歡」。她認為讀基礎科學打底肯定不會浪費,就算未來要轉到其他方向,如工程跟電資等科系也可以。本來填的第一志願是臺大物理系,不過就在最後一刻被高中同學說服,認為她更適合唸數學,而改選了臺灣大學數學系為第一志願。

念數學系能幹嘛?那時剛上大學的她對職涯沒太大概念,但因為都是自己喜歡的課程,她可說是如魚得水。後來大學畢業的暑假,她動了一場大手術,在復原期間讀了朋友送她的書《近代宇宙觀中的空間與時間》。宇宙的概念及有沒有邊界,是小時候困擾她許久的謎題,書中提到宇宙是一個三維緊緻無邊界的流形,而且還在不斷擴張。數學訓練讓她立刻理解這個說法,並解答了心中被遺忘多年對宇宙邊界的困惑。這再度喚醒她對物理的熱情,並開始閱讀一些物理、特別是數學物理的書籍。她形容當時再次接觸物理的自己「衝勁十足,因為物理把很多東西寫得很吸引人。」

但讀著讀著,她心中又泛起了迷霧。

「從物理書籍的敘述方式,我沒辦法清楚判斷及確認其中什麼是假設、什麼是推論。它全部都混在一起。 」李瑩英認為,相較於混雜的物理,數學非常簡單而清楚。何為定義、何為推理;什麼是對的、什麼是不對的,在數學裡沒有模糊空間;物理則是在迷霧中建構模型,以逼近解釋自然現象的道理。在物理學中,曾經被視為正確理論,還是可能會被推翻或修改,對於正確及論理的要求並不像數學那樣嚴格。雖然再次受到物理吸引,但當她感到兩門學術間文化的差異,她再次做出了選擇。

想要解開更多數學問題的她,越鑽越深。然而要解答任一個數學問題,往往牽一髮動全身,時常得對整個結構、領域、現象都了解透徹,才能得到答案,過程中又會觸發更多問題,為了解答問題還得發展很多工具,接著又引出更多其他問題。「出發點可能只是為了解決一個人類的好奇心,但在過程中往往觸發了很多數學的研究。」她說。

就像李瑩英研究的專長之一為「拉格朗日極小子流形」(minimal Lagrangian submanifold,或譯拉格拉奇極小子流形),其實研究的出發點單純只是因為好奇,她也沒有想到會與物理學上的「超弦理論」(Superstring Theory)有關。「我們原來是從幾何的觀點,把黎曼結構跟辛結構結合起來,我覺得這個子流形有一些很好的性質,會是更自然的代表元,就想去了解這個東西。」她表示物理學家也很厲害,雖然是獨立發展,但與數學家所見略同,才能把拉格朗日極小子流形的研究跟弦論結合。

可以想像,理論物理學家跟數學家都很習慣獨自作業,然而跨域交流的確帶來更多可能,這也成為自 2021 年起身兼國家理論科學中心數學組主任的李瑩英的目標。「我必須說,過去交流都一下子而已,然後又各自忙了。我們希望跟別人多一點合作跟交流,不見得是我自己的研究,而是推動整個數學界跟中心的發展。」她表示。

身兼多職的她,除了會議跟授課,剩下的時間當然還是投入在研究中。每天她都會先上網看看 arXiv.org > 數學 有沒有更新,讀讀新文章,再繼續想自己的問題。當思考極度投入,算著想著就忘記時間是常態。「我有一個合作者是牛津大學的教授,以前去短期訪問他時,每天基本上就是早上 10 點一直談到下午 5 點。討論、提想法,閱讀相關文獻,各自計算論證及思索,然後繼續交流討論。不斷循環,直到柳暗花明找到突破點。」對數學家來說這就是做研究。

在她辦公室,有一塊寫著各種算式的大白板。「有時候需要動手寫下來比較容易看得清楚。」她說她也曾把所有計算及證明寫在許多大張的月曆紙背面,鋪滿地板然後再連起來。據說 Maryam Mirzakhani(第一位,亦是唯一一位得到數學界最高榮譽菲爾茲獎的女性數學家)也會這麼做。這麼說來,儘管數學家不需要大間實驗室擺放各種實驗跟研究設備,但似乎也需要大坪數的辦公室?她開玩笑說:「不見得啦,因為沒辦法走那麼遠。」

攝影/呂元弘

從學生到親師,再回到學生

數學需要專心,越是念茲在茲,就越有「感覺」,對於數學家來說是這樣,對學生學習來說也是如此。自 1993 年起,教育部推動「建構式數學」與過往教學有極大差異,在教學現場接續出現許多爭議及問題,也引發許多社會輿論反彈。2000 年左右,眼見九年一貫進入試行,同時接受「建構式數學」的一代進到國中引發爭議,李瑩英與數學界其他憂心的學者一同投入改革,希望能扭轉造成傷害的趨勢,並且解決已經發生的一些問題。她表示,另一個促使她關心這個議題的原因是當時她女兒即將上小學,覺得有必要瞭解女兒即將面臨的教育制度及內容。

在花時間仔細閱讀各版本的建構式數學教材,以及 9 年一貫綱要後,李瑩英發現許多嚴重的問題,因此寫了一些文章發表意見,也和幾位數學界同仁一起去找當時的教育部長黃榮村,提出一些看法、憂慮與建議。後來對於臺灣的數學教育,李瑩英投入許多,從國際比較、綱要修訂、與數學教育界爭辯論述,到後來負責銜接補強計畫,以及擔任國立編譯館教科書審查的主任委員 ,在這 5、6 年期間,她所投入的時間及工作份量,幾乎是一個全職工作。

李瑩英提到:「建構式數學的原來出發點其實蠻好……但是學習一個東西,例如學習語言,首先要有些基本能力,才能談更進階的。而基本能力建立時,需要反覆練習,就像小朋友學說話,要不斷地模仿、不斷地練習。」李瑩英認為當時建構式數學的最大問題是,要求小孩在基本能力還未建立前,就要從嘗試中自己發現規律,例如重新發現加法、乘法、乘法交換律等,學習變得非常瑣碎。

另外,要能教建構式數學,老師也需要有很好的能力,教學方式也要充滿彈性,但在臺灣的環境實在很難實踐。實際發生的狀況常例如學生已經會用乘法了,老師卻要求一定得用「建構式」連加法,學生用乘法明明得出了正確答案,卻還要被打一個大叉。

李瑩英不諱言當時跟提倡建構式數學的數學家之間的確有衝突,但後來還是能彼此合作、尋求共識,最終的方案也吸取了建構式數學的優點,可視為一種「改良式建構式數學」。在當時,除了主持最困難的小學數學綱要修訂,她還接著規劃新舊版綱要的銜接計畫,並擔任教科書審查、確認新版教科書能落實新綱要的要求。整個過程就像是穿著衣服改衣服。

十多年後的此刻,回望當時的努力跟後來的演變,她嘆息說:「我覺得教育改革中比較大的問題是無法累積成果,常常一個新方案就把舊的全部東西打掉,重來一次。雖然大家都花了很大的力氣,但是卻像向量和,不是在直線上累積,而是彼此抵消回到原點。」她認為教育改革最重要的是要先建立一個有效率的平台及機制 ,讓各方意見可以溝通整合、漸進調整,讓大家的努力及正面效益能不斷累積,不應該一味求快、期望某種做法能一體適用。

對於目前的數學教育,李瑩英表示這幾年並未投入時間及精力,僅就過往經驗分享一些想法。例如,每個學生的需求及能力不同,李瑩英認為硬性規定高中數學課程及教學時數並不合宜,她最關注的是要讓真正對數學有興趣及有需求的人能獲得扎實的訓練。她認為現階段臺灣高中數學的訓練,對未來有志往理工科技發展的前端人才並不足夠;與國外相比,許多國家優秀人才的學習其實跑得非常快、也很扎實。另外,許多人批評現在學生面對數學普遍不求理解、無法清楚論述答題。她建議要讓學生養成作題時仔細寫下每一個步驟,同時將理由註解在每一個步驟旁的習慣。如此假以時日一定可以論理清晰,數學功力大增,也不容易犯錯,這也是她國中時數學老師對他們的要求。

「數學是結構性很強的東西,前面不懂,就會影響後面的學習。在學校可能進度比較趕,沒有讓學生照自己的步調把東西學起來……其實不管步調多慢,只要把東西搞懂,就會讓人覺得非常愉快。」她說,學數學的成就感,就來自於從本來不會,到後來能夠想通理解。最大的挫敗感,則來自一直沒辦法掌握,其癥結常常就是前頭有地方漏掉了,卻沒時間補起來。

她在協助修改課綱時,一些家長曾跟李瑩英說他們非常害怕數學,所以對孩子總是一副「你都不要來問我」的態度,這自然影響了孩子對數學的態度。她建議這些家長,陪著孩子重新學,肯定學得會,而當自己對數學的陰霾消散,就會有信心不排斥,也可以跟孩子分享自己以前哪裡搞不懂,以同理心給孩子支持。

當然,李瑩英並不是希望人人都能成為數學家,她也認為無需勉強不擅長的人,硬搞齊頭式教育,徒增痛苦。但數學是人類文化的重要資產,若能夠藉由數學熟悉抽象思考,對未來生活或是往其他理工科發展,都至關重要。畢竟小至看穿保險推銷員話術,大至面對人工智慧時代的各種黑箱演算法,都得仰賴抽象思考。

儘管在目前的中小學教育環境裏要做到因材施教、自訂進度,難度非常高,李瑩英表示已經有學校嘗試做跑班,也就是同一年級可以有不同的進度,讓一些人繼續衝刺、一些人逐步補強。她不認為線上教育是終極解方,因為在中小學階段,面對面與人互動、討論,能夠讓學生懂得去理解別人的思路,在學習上給老師的回饋也更直接。老師也能透過「小老師」制度,讓領先的學生協助落後的學生,同時增加學生的表達及其它綜合能力。

從傑出科學家到研究生,再到高中生

李瑩英記得,小時候的自己就是這樣培養能力。她從小學到中學都常擔任小老師,負責出題且樂在其中。身為數理強的女生,不管是初中時男女合班,或是高中時讀純女校,她都不曾覺得受到刻板印象威脅。對此,她認為老師能不能設法平衡是關鍵,例如在一個班上,若一開始是男生數學比較好、舉手回答舉得很快,漸漸就會變得都是男生在發言;而老師也順水推舟的話,就可能讓班上的女生更不願意表現。當然,在女校也不見得就沒有其他的問題,例如若老師認為班上都是女生,所以教的數學偏簡單,也會讓競爭跟刺激不足。

李瑩英認為數學適合所有對數學有興趣的人,不會因為性別、年齡或階級而有差異。畢竟數學的對跟錯很清楚,而且數學人的個性,通常也不看重那些與數學無關的標籤。

數學也給予研究者很大的時間跟空間彈性,例如她的男性同事就有不少位負起接送小孩的責任。她認為政府可以透過提供優質豐沛托育環境跟養育設施、措施,讓所有人──不只是數學家或科學家──可以在工作與自我實現上更無後顧之憂。以數學家來舉例,若得照料小孩,許多學術會議可能就去不成,因此如果學術會議能提供托育相關措施,便能讓女性與男性都受益,不至於系統性地打壓了某一性別。

「在科技部也是有這樣的現象。女性計畫主持人相對來說比例較低,可能因為在職涯中有幾年專注在家庭,回來時就比較辛苦。因此應該要建立機制,看怎樣鼓勵及扶持,讓不管是男性或是女性,即使有一段時間中斷,還是有機會再投入研究,做出好成果。畢竟要訓練一個人真的很不容易,他們都是國家寶貴的資產。」她表示。

由於先前提到的量子運算、密碼學、人工智慧等熱門領域都高度仰賴數學,各國國安單位、華爾街的金融產業與矽谷的科技業都大量聘用數學家,其他最具發展性的職涯也多半與數學相關(如資料科學家、精算師、統計學家、資訊安全分析師、軟體工程師等)。根據李瑩英掌握到的消息,在國外許多大學一年級主修數學的人數可能多達 400-500 人,然而「在台灣,這個現象還沒有發生。」

像她這樣的數學研究者除了沒有實驗室跟眾多設備以外,相較於其他領域,其實還有一個很大的差異。在其他領域,博士生通常都已能幫老師做研究,但在數學領域裡,即使是博士生,多還在接受教導跟訓練,幫不上老師的忙。因此老師不太能收很多學生,更遑論收高中生來培育,實在是心有餘力不足。

因此,為了降低 “pipe-leaking” ──也就是隨著大學、碩博士、學術工作等階段,女性越來越少的現象,李瑩英認為女性科學家除了到學校演講吸引學生興趣,更應該給予大學生或研究生專業職涯上的協助。傑出學者能給正在抉擇關卡的研究生直接的協助,告訴他們在專業路上如何繼續走、碰到困難可以怎麼做,特別是在女性比較少的領域裏,這些幫助尤為重要。而研究生們也能協助帶領或與年輕學子分享,尤其年紀較為接近對學妹們可能更容易親近,達到力量的加乘效果。

因為頭會怕冷而戴著帽子的她,一談到如何幫助後進,語調雖然溫柔,眼睛卻特別炯炯有神,期望能發揮身為傑出學者更大的價值跟影響力,不怕自找麻煩,看見各種結構的規律,試圖算出最適切的解答。我想,這就是李瑩英的數學家本色吧!

攝影/呂元弘

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

台灣數學女超人李瑩英博士,頂尖幾何分析成科學金鑰-第十二屆台灣傑出女科學家獎得主/YouTube

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

所有討論 1
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
147 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

2
1

文字

分享

0
2
1
就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
147 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

2

3
1

文字

分享

2
3
1
餵飽全人類,需要她與她的科學——余淑美專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/03/29 ・5129字 ・閱讀時間約 10 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

  • 2014 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第七屆傑出獎得主

余淑美帶我們走進她在中研院分子生物研究所的辦公室,小的讓我意外。一台小型的葉片式電暖器放在門邊,就佔掉了一大塊空間。「這是給植物保暖用的,因為最近比較冷。」我們這群採訪者擋在門口還來不及動作,貴為院士的她就俐落地收起電暖器的插頭,將其移到另一側。「這舊電暖器要移動有個角度,我比較知道怎麼推。」她隨即拉來兩張椅子招呼我們坐下,採訪這天下午一連多日的寒流稍退,冬陽在此時斜斜曬入,點綴著大小綠色植栽的辦公室,在我眼中突然像是森林一隅,變得好大。

氣候條件跟植物生長狀況息息相關,這點你知、我知,我們老祖宗也知,因此才有了一萬多年前,被某些學者指稱為「農業革命」的時代,越來越多人類族群放棄狩獵採集,發展農牧生活型態。只不過這革命因為各種因素,過程極為緩慢、停停走走有時甚至還逆轉,而且並不是只帶來益處……。一萬多年後的此刻,科學家對農業與農作物的理解比老祖宗高出何止百萬倍,但人口暴增、耕地破碎、過度施用肥料與農藥、土壤與水源污染、加上氣候變遷造成的高溫、乾旱、洪患、海平面上升等,就連像余淑美這樣最頂尖的科學家也擔憂。

但比起現在才在煩惱氣候變遷的你或我,她早就採取了行動。

圖/余淑美提供

農業要發展,育種很重要

「農業其實跟我們生活息息相關,可是太廉價容易獲得,所以大家都不珍惜,辜負了辛苦的農夫。」余淑美院士小時候就跟許多同年代的孩子一樣,在農村成長,在水稻田邊玩邊學。雖然家庭經濟狀況不佳,但父親一直鼓勵她讀自己真正有興趣的,不要為了家境委屈求全,因此她從北一女畢業後,雖然同時考上國防醫學院護理系,可以畢業即就業,但從小就喜歡植物的她,最後選擇就讀中興大學植物病理學系,就此一直鑽研水稻,勤奮不懈,成為國際上舉足輕重的「水稻教母」。

就像 SARS-CoV-2 這新冠病毒不斷變異,余淑美說所有的生物基因都在不斷變化,就像人類的癌症來自基因突變,而現代社會能豐衣足食,也要感謝育種學家跟農夫持續透過作物雜交來改造基因。她說最早的玉米跟現在長得一點都不一樣,只有幾顆種子,而且又硬又難吃。不過透過化石證據,發現 7,000 年前到 500 年前這段時間的玉米不斷經過育種,外表已跟目前非常接近。另外,如今我們常吃的蔬菜,像是高麗菜、白菜、花椰菜、青花菜、羽衣甘藍……等,雖然名字跟外型差很多,但祖先其實都是十字花科的油菜,基因定序後會發現只有非常小部分不同,這都是育種多年的成果。

然而「育種多年」,也就等同速度太慢,而且也不一定想育什麼種,就出什麼種。過程艱辛也使得田間育種的人才越來越少。因此,新的生物技術接連誕生,有的使用化學藥劑,有的則透過放射線來誘發基因突變,速度雖然快了一些,但依舊是隨機突變,會出現難以預料的性狀,而且通常是我們不想要的。

基因轉殖,或你可能更常聽見的「基改」,則是速度更快更精準的育種方式,也是余淑美實驗室的專業。「我們知道很多水稻基因的功能,非常容易複製及插進好的作物品種基因體裡面。目前有技術可以精確地控制要插在哪裡,不會影響基因體其他基因的功能。」相較於其他育種方式起碼要六年到八年,余淑美表示基因轉殖兩到三年就可以完成,創造了已廣泛種植的基改玉米跟黃豆。因此,現代育種需要結合分子生物學、生物化學、物理化學、生物資訊學、組織培養技術、農園藝、病蟲害防治等技術,才能在短時間培育出好品種。余淑美說目前更已進入電腦育種時代,透過運算讓已經縮短的育種時間更短、產出更佳。

30 年來投入水稻研究,從 1993 年完成全世界第一個利用農桿菌轉殖水稻基因,到建立臺灣水稻突變種原庫、參與國際 C4 水稻計畫,余淑美持續突破,於前年(2019)10 月發表在《美國國家科學院期刊》加長版(PNAS, Plus)的研究,更發現了水稻抵抗逆境的關鍵機制。雖然這份研究在實驗時還是用基因轉殖技術,但隨著基因編輯技術發展盛行,她也向我們透露實驗室已經用基因編輯成功實現。

「我們平常追求 100 分的產量,可是如果雖只有 90 分的產量,水卻只用三分之一,經濟成本是很划算的,我們希望將來可以推這些技術。」對基因編輯稻米新品種,她樂觀期待。

基改的難題:要克服的不只有技術,還有人心

余淑美相信基因轉殖改良的作物能夠為世界創造更高的價值。以玉米這種易受玉米螟、玉米穗蟲加害的主要作物為例,農民可以噴灑蘇力菌(Bacillus thuringiensis Berliner, Bt)來防治。這種細菌的孢子會產生結晶蛋白,當幼蟲吃進腸道裡,會導致腸道穿孔,而且不同菌種有特定的殺蟲對象,能避免誤殺益蟲,也是對人類很安全的一種農藥。孟山都公司以此原理,透過基因轉殖技術,讓植物自行產生這種抗蟲蛋白,就可以連蘇力菌都不用噴了,而且一樣安全。
除了玉米之外,大豆、棉花、油菜、馬鈴薯也都陸續由生物科技公司開發出基改抗蟲品種,因此大幅降低了農藥的噴灑量達 3/4,間接保護了農人與消費者的安全,降低了環境保護跟生產的成本。另外像是香蕉萎縮病、木瓜輪點病等極難防治的疾病,影響貧窮地區的人民甚鉅,透過基因轉殖創造新品種也是最有效的作法。余淑美認為有些生技公司儘管名聲不好,但其對全球大量減少使用殺蟲劑的貢獻足以獲得諾貝爾和平獎。

科技上不斷突破、讓育種比過往更快更精準,降低農藥與肥料施用,從而減少環境影響;增加產量跟營養,讓食物更便宜可親。但在許多國家地區的政策跟民眾觀感中,基因轉殖作物始終過不了關,包括臺灣。

攝影/呂元弘

余淑美認為,相較於其他更不精準的育種技術,基因轉殖作物受到的要求太高了。生物安全評估的成本一層層疊加,「所以你可能十塊錢的成本,一塊錢是研發,九塊錢是花在生物安全評估上。」她說,這也使得這遊戲只有大公司玩得起,有志創新的小公司反而被排擠。

雖然臺灣面對少子化、人口下降,但就全球來說,總人口依舊還在快速增加,往 95 億前進,即使是此刻,全球也有 10 億人處於飢餓狀態。而一份統整了 500 篇研究的報告,顯示糧食生產的速率完全趕不上人口成長,屢創紀錄的自然災害,如旱災、洪荒、野火、高低溫、病蟲害等,更讓余淑美估計糧食危機將提早到來。

以稻米來說,「日本原來的品種都比較適合低溫,現在溫度越來越高,他們到臺灣來要品種去做雜交,因為他們的稻米現在已經開始不耐高溫了。」她接著指出前年(2020)花蓮有機米也因為高溫產量減少四成,桃竹苗第二期稻作也因為乾旱而休耕,去年(2021)中部許多地方第一期也休耕。她表示其實只要政策願意開放,她有把握可以育出不需要用那麼多灌溉水的品種。

除了耐旱,耐鹽也是余淑美認為值得開發的特性。像是歐洲唯一的稻米區——法國與西班牙南部就遇到地中海海平面上升、鹽水侵襲的問題;同樣的問題在臺灣,余淑美指出也有 30,000 公頃的耕地地層下陷受鹽害,影響範圍從彰化到臺南,在這些地方耐鹽的品種就能派上用場。

那現在最熱門的「基因編輯」呢?余淑美表示基因編輯的厲害之處,就是可以有效精準改變與改進基因,而且沒有外來基因,能夠提升消費者的接受度,她的實驗室也已經在做,但基因轉殖依舊是最能解決糧食問題的育種方式。余淑美認為,有機與基改其實訴求一致,都是要避免化肥跟農藥過量傷害環境與人體,尤其在臺灣每公頃農藥用量為亞洲第一的情況下,其實更該反思現行農法的問題。或許隨著教育、科普、跟糧食危機逼近,社會對基改作物的接受度也會逐漸提升吧!「我們家的豆腐都是挑基改的買喔!」她笑著說。

不斷前行的步伐與堅定的意志

除了力挺基改食材,身為研究糧食作物的生物學者,余淑美還有別的堅持,例如自己做飯。

「孩子小時候我都給他們每天帶便當。我雖然很忙,沒辦法幫他們做很多事,可是有些事情我很堅持。」余淑美回顧自己剛回國時的生活:兒子才滿月,女兒也只有兩歲,與先生趙裕展(同為中研院分生所研究員)互相配合,例如自己下午五點下班回家做飯,晚上八點回辦公室,換先生回家陪小孩,然後到十點換她回家顧小孩,輪到先生回辦公室繼續工作到十二點。

不過難以想像的是:回國 33 年,這般勤奮竟然一直延續至今!兩人如今還是每天早上九點半到辦公室,晚上抽空回家做飯、然後又回到辦公室,近半夜十一點半才回家。真的是連學生都不得不努力了。

「我小時候媽媽身體非常不好,我從小學一年級開始就要做很多家事,洗衣燒飯。冬天很冷,屋瓦上都會結霜,還是要到溪邊去洗衣服。」也因此,即使研究工作再忙再累,余淑美或許早已習慣,做事極有效率。身為家中老大,下有三個妹妹、一個弟弟的長女,成長的年代也曾感受過被視為「賠錢貨」的社會氛圍。負面的刻板印象反而刺激了她,讓她更努力,要讓所有人看見女生可以做得跟男生一樣好。

攝影/呂元弘

2014 年,得到第七屆「傑出女科學家」的肯定,余淑美因此多了許多到高中女校演講的邀約。她總是以自身為例,鼓勵學生要衝破家庭與學校教育給他們的窠臼,就像她父親告訴她的:想要唸、可以唸就往上唸,沒有一定要幫家裡賺錢或是早點出來工作。而當了母親的余淑美也總是鼓勵一對兒女盡量接觸各種興趣,自行探索方向。

就算在原本的路上撞了牆,或是想換條路走,余淑美也覺得沒什麼關係,但她建議學生要把握原有的基礎,在那之上學習新東西,才能為自己加分。「因為這種跨領域的人才其實更少,在這麼競爭的環境下,更可以凸顯你的能力。」她表示。

相較於其他科學領域,生命科學領域堪稱性別平衡,以余淑美所在的中研院分子生物研究所來說,男女比就幾乎各半,工作領域也無同工不同酬的問題。另外她認為,相較於美國女性婚後大多冠夫姓,臺灣沒有這情形,算是很不錯。

不少女性研究者在家庭裡負擔較多的工作,例如照顧長輩跟小孩,她認為的確比較辛苦,也因此另一半非常重要。她就有一些學術領域的朋友,因為先生跟家庭不太能諒解她們長時間待在實驗室而起衝突。她自己分析,即使生命科學領域女性跟男性比例平衡,但有許多女性未婚或沒有生育;若是成家有小孩的,另一半也幾乎都是學者,比較能體諒研究者的需求。由於分子生物領域非常重人力,進行各項精細實驗皆仰賴研究者的細心與耐心,加上也不太耗體力,她認為很適合女性。然而在她的學生當中,也會有女學生遇到職涯與家庭的兩難考驗。余淑美當然會予以鼓勵,但若她們仍舊放棄,在尊重其決定之餘,有時也不免覺得可惜。她認為每一個人都應該有權利追求自己的興趣,人生才有意義,但仍需要一定的幸運。

如今帶領多國學生的余淑美,笑著說實驗室像是聯合國一樣,巴基斯坦、印度、越南等許多南亞與東南亞國家的學生紛紛慕名而來,一方面是因為在這些國家,稻米是很重要的作物,他們也覺得很有發展前景,另一方面,她說,因為臺灣的學生想研究農業科學的越來越少了,因此國際學生佔比就不斷提高。

「我很喜歡手機定時欸,可以訂好多不同的時間提醒我。」在跟我們分享她怎麼安排每天的工作時間與指導學生的節奏時,余淑美眼睛一亮地冒出這麼一句話,讓人覺得十分可愛。這句單獨聽起來一點也沒什麼的話,放在脈絡裡,其實是這位頂尖科學家 30 多年來日復一日、研究、教學、與服務不歇的證據。不論是在對基因轉殖的認識、採納上,還是對農業與糧食安全的體悟上,或許臺灣還需要一些時間趕上她的腳步,只不過,到時候余淑美肯定又已經走得更前了吧!

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

水稻基因改造的專家!中研院余淑美院士-第七屆台灣傑出女科學家獎得主/YouTube

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

所有討論 2
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
147 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia