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以「拾金不昧」測量公民誠信度?科學家在全球各國丟了上萬次錢包作實驗……

何如
・2020/03/20 ・3853字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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編按:去年六月,《科學》期刊上發表了一篇〈全球公民誠信度 (Civic honesty around the globe)〉的論文,當中的實驗和論點引起軒然大波,各界議論紛紛,也提出諸多看法和駁斥,到底是怎麼一回事呢?

實驗研究助理(粉色小人)會走進建築物裡,並接近櫃台的工作人員(藍色小人,隨機實驗對象),跟他搭話,並將實驗用的錢包(灰白色方形)放在櫃檯上並推給他,之後便直接離開,沒有留下任何資訊。

進行這項實驗的研究團隊在全球 40 個國家、355 座城市,做了共計 17,303 次「遺失錢包」的實驗,並為每一個錢包都建立獨立的電子信箱做為聯絡方式,記錄從「遺失錢包」的第一天起,一百天內收到的電子郵件,以「收到錢包的人是否會藉由資訊連絡以進行歸還」來當作實驗評估的指標。

實驗以透明名片盒做為錢包,藉此確保收到的人不需打開就可以看到裡面的模樣。內容物包含名片、雜貨清單和一把鑰匙,名片上以當地的語言寫著錢包所有者的姓名和電子信箱,以示意錢包所有者是當地居民。圖/論文補充資料

本實驗主要以錢包中「沒錢」和「有錢」為操作變因,來進行「通報歸還率」的比較,並將此結果作為論文中「公民誠信 (civic honesty)」的程度代表。

看到這裡,你可能已經發現,直接將「聯繫歸還的通報率」當成「公民誠信度」似乎不太精準,這便是引起爭議的其中一點。另外還有「各國使用電子信箱的比例不同」、「可能放到失物招領處了」、「風俗文化」等各界對實驗方式的駁斥與質疑。

那麼先撇開這些爭議點,我們能透過這項實驗看到什麼呢?

在錢愈多時,錢包越可能被通報歸還?

從各國通報率的比較圖可以看到,絕大多數的國家在錢包「有錢」的狀況下通報率比較高,這個出人意料的結果,讓研究團隊懷疑起一個最基本的原因:

是錢不夠多嗎?(還不夠多到具有經濟意義上的重要性)

為了測試這樣的可能性,研究團隊在美國、英國、波蘭增加進行了「很多錢」的實驗組。然而如下圖所示,三個國家在「很多錢」的狀況下通報率都更高,總和三個國家的數據平均下來,通報率由低至高依序為「沒錢」的 46%、「有錢」的 61%,以及「很多錢」的 72%。

根據實驗設計,錢包「有錢 (Money)」的金額量為美金 13.45 元(約新台幣 407 元),「很多錢 (BigMoney)」的金額量則為美金 94.15 元(約新台幣 2848 元)或有錢狀況的七倍。圖/論文

錢愈多,反而通報率愈高,為什麼會這樣子?

對此研究團隊提出了三種解釋:

  1. 收到錢包的人擔心會因為「沒有歸還」而受到法律上的懲罰,錢愈多的時候愈是如此。
  2. 實驗僅以錢包的通報率作為評估指標,但收到的人可能私吞了裡面的金錢後才歸還
  3. 收到錢包的人希望能夠獲得報酬,並認為錢愈多報酬愈高。

然而在進行了解、調查之後,研究團隊對於以上三種解釋並沒有找到足夠充足的證據支持。

嗯……讓我想想。圖/GIPHY

除了以上的可能性,還有別的因素可以解釋實驗結果嗎?

研究團隊重新檢視分析整個實驗的結構,認為實驗結果主要由四個因素相互影響:

  1. 留著錢包的經濟效益
  2. 聯絡失主所耗費的心力和時間
  3. 為了錢包失主的無私著想
  4. 自我意象的負面代價,也就是覺得自己像個小偷一樣,即「偷竊厭惡 (theft aversion)」

並由此列出了公式,同時進行一個簡單的行為模型測試,來對比原實驗數據。研究團隊認為,一個人(實驗對象)會依據上述四個因素,為了達到下列公式的最大值而做出「不歸還 (a = 0)」或「歸還 (a = 1)」的決定

max {(1-a)m + (m+v)-(1-a)γmac}.

a 為是否採取歸還錢包的行動,只有兩個數值:0 為不歸還,1 為歸還;m 為錢包裡的金額量;α 為「無私著想」的程度;v 為錢包裡除了錢以外的其他東西;γ 為「偷竊厭惡」的程度;c 為歸還錢包所耗費的心力。

將此公式套入實驗後,研究團隊將收到錢包的人簡單分為以下四類:

  • A. 低無私著想、低偷竊厭惡的人(低 αγ ):
    只受到物質上自利 (self-interest) 的刺激,無論什麼情況下都不會歸還錢包
  • B. 高無私著想、高偷竊厭惡的人(高 αγ ):
    只要此二者大於歸還所花費的心力,無論什麼情況下都會歸還錢包
  • C. 高無私著想、低偷竊厭惡的人(高 αγ ):
    會在錢少的時候歸還錢包,但在足夠多錢時不會歸還
  • D. 低無私著想、高偷竊厭惡的人(低 αγ ):
    錢少的時候不會歸還,但在足夠多錢時會歸還錢包

這四種類型在所有收到的人當中的分布數量決定了「錢包通報歸還率」與「錢包裡的金額」本質上的關係。

A 區代表了第一種怎樣都不會歸還的人;B 區代表了第二種怎樣都會歸還的人;C 區代表了第三種僅在錢少時會歸還錢包的人;D 區代表了第四種僅在錢多時會歸還錢包的人。圖/論文補充資料

根據上圖可以歸納出:在「有錢」狀況下的通報率為 (B+D) / (A+B+C+D);在「沒錢」的狀況下通報率為 (B+C) / (A+B+C+D)。結合原實驗結果:「有錢」通報率較高,我們可以得知:D 區的人數比 C 區的人數更多。

也就是,高偷竊厭惡的人比高無私著想的人還多

那麼,「無私著想」和「偷竊厭惡」到底代表什麼呢?團隊做出以下解釋:「無私著想」會考量到錢包中「只對失主具有價值」的內容物,例如鑰匙;「偷竊厭惡」則只考量錢包中「對收到的人有價值」的內容物,例如錢。

為了區別此二因素對行為的影響程度,研究團隊設計了不同的實驗和調查。

圖/GIPHY

首先,他們在英國、波蘭、美國另外進行了相同金額下,錢包中「有」和「沒有」鑰匙的實驗,就三國實驗的平均結果而言,「有鑰匙」的通報率比「沒鑰匙」的通報率高 9.2%。從這樣的結果推得:收到錢包的人之所以會歸還,有部分是基於對他人的「無私著想」,他們在乎若自己沒有通報,會對失主所造成的傷害。

而關於「偷竊厭惡」,同樣在英國、波蘭、美國進行了調查,請受訪者一一想像實驗過的四種狀況:「沒錢」、「有錢」、「有錢沒鑰匙」、「很多錢」,並評定各種狀況下「若沒有歸還錢包,會讓自己感覺像在偷竊一樣」的程度,從 0 到 10,數字愈高表示程度愈重。

據受訪者們的調查資料顯示,在錢包中「很多錢」的狀況下沒有歸還,最讓人感覺像在偷竊,其次則為「有錢」,最後才是「沒錢」。這便代表著:因為沒有歸還錢包而付出的自我意象負面代價(即偷竊厭惡),會隨著金額升高而增加,此調查結果亦與之前實驗通報率的行為資料一致。

然而,對比「有錢」與「有錢、沒鑰匙」的調查結果,卻未觀察到偷竊厭惡程度上的確切差異,這可能表示了「偷竊厭惡」這樣的想法,與「只對失主有價值的內容物」無關。

儘管調查的反應結果不能完全概論真實行為與動機,不過這些結果的確和研究團隊的假說一致:

「由不誠所得到的金錢效益愈大,跟心理上負面代價的增加有關」

甚至在取捨時,「避免心理上負面代價的增加」比「透過不誠行為得到微量的經濟獲益」來得更為重要。

我們會不知不覺誇大他人的「自私自利」?

在研究的最後,團隊找來一般民眾與經濟學家,讓他們預測實驗結果。以美國的實驗數據為預測目標,一般民眾認為「沒錢」的通報率最高,「有錢」次之,「很多錢」最低;經濟學者則預測「沒錢」跟「有錢」的通報率都較高,「很多錢」的通報率較低。

圖 A 為美國各個狀況下的實際通報率;圖 B 為 299 位民眾預測各個狀況下通報率的平均;圖 C 為 279 位經濟學家預測各個狀況下通報率的平均。圖/論文

然而不論是大眾或專家,預測都跟實際情形有明顯的差異,這也帶給研究團隊另一啟發 ── 這其實反映了「誇大自利作用」的人類行為心智模型:

當錢越多,大家越會預期「自利心態」增加、對失主的「無私著想」逐漸消失,並認為「偷竊厭惡」對通報率造成的影響很小。

圖/GIPHY

最後,團隊還從實驗結果發現一件事:儘管已盡量客觀地進行實驗,仍能看出「各國」歸還錢包的比率,其間的差距相當可觀,範圍從 14% 分布到 76%。就算將國家 GDP 也考量到實驗設計中(依 GDP 調整錢包金額),這樣的差異還是普遍存在。

各個國家聯繫歸還錢包的通報率。紅點為在「有錢」狀況下的通報率,橘點為「沒錢」狀況下的通報率。圖/原論文資料

如此結果在某種程度上也顯示出,除了國家財力,還存在著其他因素影響了通報率,同時,理論模型也需要考量除了無私著想和偷竊厭惡之外,其他可能影響的動機再進行修正。

對此研究團隊分析,對經濟上有利的地理條件,包括政治制度 (political institution)、國民教育 (national education)、強調「道德規範超越個人的內團體 (in-group)1」的文化價值等等,也同樣與公民誠信度具有正向相關 (positively associated)。期許未來的研究能夠更進一步分辨這些「其他因素」究竟如何促成人們行為上的社會差異 (societal differences)。

註解:

  1. 內團體 (in-group):指具共同利益關係,成員間彼此具有歸屬感,並且密切結合的社會群體,類似小圈子或自己人的概念。

資料來源:

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「因為人因思想而獨特,但不說出來就什麼都不是。」 —為自己的冗言話多辯解的小菜鳥。

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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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2021 年《Science》年度十大科學突破
PanSci_96
・2021/12/29 ・5289字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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轉眼就來到 2021 年的尾聲。今年,《Science》雜誌評選的「年度十大科學突破」橫跨眾多領域,包括 AI、天文、物理、生物、醫學,以及備受矚目的能源議題,趕快來看看究竟是哪十項突破吧!

十大突破之首——利用 AI 預測蛋白質結構

AI 預測兩種蛋白質如何在酵母菌中形成參與修復 DNA 的複合物。圖/SCIENCE

蛋白質是組成生物體不可或缺的分子。在 1950 年代,科學家透過分析 X 射線繪製蛋白質結構。然而,既有的方法在繪製成本上過於高昂,往往得耗費數年時間,因此在 1970 年代,科學家開始運用計算機建模,預測蛋白質的折疊方式。直到 2018 年,Google 旗下的 DeepMind 團隊開發了 AI 軟體「阿爾法摺疊」(AlphaFold),使得該領域研究取得突破性進展。

多虧這項 AI 技術,科學家得以精準、快速、大量繪製蛋白質結構。今年 7 月,DeepMind 團隊宣布他們成功分析了 350,000 種人體蛋白質,佔所有已知人體蛋白質的 44%,更預計在明年發布所有已知物種的蛋白質結構,約莫 1 億個。團隊也正在進行更進一步的研究,預測這些蛋白質如何在生物體內相互作用,用來製作新型抗病毒藥物。

在這 COVID-19 肆虐的大疫之年,科學家更利用阿爾法摺疊模擬 Omicron 變種病毒,研究棘蛋白突變帶來的影響,試圖找出中和抗體失效的原因。AI 預測蛋白質結構的技術不僅徹底革新分子生物學領域,也勢必在醫學領域大放異彩!

探勘古代洞穴,解鎖 DNA 寶庫

在墨西哥 Chiquihuite 洞穴記錄沉積物樣本的研究員。圖/SCIENCE

誰說沒有化石就不能研究古生物?科學家今年踏足古代洞穴,採集土壤裡的人類細胞核 DNA,藉此重建古代生態系,釐清世界各地穴居人的身份。在美國,Satsurblia 洞穴存有尼安德塔人未知譜系的女性 DNA;在西班牙,Estatuas 洞穴中的土壤 DNA 揭露 8 萬至 11.3 萬年前人類的遺傳特徵,證實在 10 萬年前的冰河時期結束後,某個尼安德塔人譜系取代了其他眾多人類譜系。

除了人類以外,這種研究方法還可以運用在其他生物上,比如在墨西哥 Chiquihuite 洞穴中,有研究員採集到 1.2 萬年前的黑熊 DNA。與現代熊 DNA 比對後,科學家發現黑熊在上個冰河時期結束後,向北遷徙到阿拉斯加。

「核融合反應」的歷史性突破

192 道雷射光聚在微小的燃料芯塊周圍,準備進行融合反應。圖/SCIENCE

太陽之所以能發光發熱,供給地球能量,都要歸功於太陽內部不斷進行著的核融合反應。長期以來,科學家為了解決地球能源不足的問題,不斷嘗試人工進行核融合反應,可是要達到足夠產生融合反應的壓力和溫度非常困難(請參考:融合能量增益因子/維基百科)。今年,美國國家點火設施(NIF)運用 1.9 兆焦耳的雷射脈衝,壓縮胡椒粒大小的氘(氫的同位素),產出 1.35 兆焦耳的能量,遠高於先前實驗獲得的 17 萬焦耳。

目前,NIF 仍持續進行實驗,試圖藉由更換燃料或調整雷射脈衝數值來提高能量產出,找出能夠最大化能量轉換比例的組合。未來,或許融合反應能夠成為供給地球能源的主流方法!

COVID-19 口服藥「莫納皮拉韋」問世

默克藥廠研發的 COVID-19 口服藥「莫納皮拉韋」。圖/SCIENCE

COVID-19 口服藥終於問世啦!今年秋季,美國默克(Merck)藥廠發布數據,證明其研發的 COVID-19 口服藥「莫納皮拉韋」(Molnupiravir)可將未接種疫苗者的重症和死亡率降低 30%;如果在出現症狀的 3 日內服用輝瑞開發的口服藥 PF-07321332,則可降低 89% 住院率。

雖然口服藥無法取代疫苗接種,卻扮演非常關鍵的角色。若是 Omicron 變異株造成大量突破性感染,或許口服藥就能接棒,防堵病毒擴散。

創傷後壓力症候群的新興療法——搖頭丸

正在進行 MDMA 治療的創傷後壓力症候群患者。圖/SCIENCE

什麼?搖頭丸還能治病?沒錯!這份發表在《Nature Medicine》的研究證實搖頭丸的主要成分「3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺」(MDMA)可以減輕創傷後壓力症候群(PTSD)患者的症狀,而且效果十分顯著。該研究將 76 名受試者分成 MDMA 組和安慰劑組,接受 3 次療程,發現 MDMA 組有 67% 的病患試後不再符合 PTSD 的診斷標準,而安慰劑組僅有 32%。

可是這項結果也引起了對於雙盲實驗的質疑,因為試後有高達 90% 的受試者表示他們其實知道自己的組別,這可能大幅影響症狀改善的機率。目前正在進行更大型的實驗,若實驗結果確定 MDMA 能治療 PTSD,預計將在 2023 年提交美國食品藥物管理局(FDA)批准上市。

開發單株抗體,對抗各類傳染性疾病

單株抗體(紅色和藍色)對抗 COVID-19 病毒(紫色球狀物)假想圖。圖/SCIENCE

單株抗體(mAb,簡稱單抗)是融合腫瘤細胞與免疫細胞製造而成的人工抗體,不但有腫瘤細胞不斷分裂的能力,也有免疫細胞產生抗體的能力——簡單來說,單抗可以大量製造相同的抗體,更有效地打擊病毒。除了往年的伊波拉病毒、炭疽病、狂犬病單抗以外,今年也順利合成了瘧疾、愛滋病和呼吸道合胞病毒(RSV)的單抗。目前,科學家正在積極開發更多種類的單抗,首要目標是打擊流感、茲卡病毒和巨細胞病毒(CMV),使得這項新技術有望成為打擊傳染病的「標配」。

「洞察號」揭密火星內部結構

地震波顯示火星有一層薄薄的地殼、地函和液態核心。圖/SCIENCE

自 2018 年「洞察號」(InSight)登陸火星至今,科學家蒐集 35 筆地震數據,藉以估計火星的地殼厚度、地函結構和地核大小。今年的數據分析結果出爐後,發現這顆紅色行星的平均地殼厚度不到 40 公里,地函非常淺,而且只有一層(不像地球有上、下兩層地函),地核特別巨大,佔了火星體積一半,主要組成元素是低密度的液態鐵和液態鎳,以及硫、氧、碳和氫等較輕元素。這是人類首次使用地震數據探測其他行星的內部結構,也是探索神秘火星的一大步。

改寫粒子物理學模型的繆子實驗

繆子在美國費米實驗室的磁場中旋轉。圖/SCIENCE

在 1960 年代,粒子物理學家提出理論解釋強核力、弱核力和電磁力,這三種理論被稱為標準模型。然而,科學家今年發現「繆子」(Muon)——一種比電子更重、更不穩定的粒子——其實際測得的 g 值(自旋角動量與磁性大小之間的關係)比標準模型所預測的還要大,且兩者的誤差範圍沒有交集。

目前,眾多科學家正在美國費米實驗室(FNAL)進一步分析實驗數據。假如繆子實驗沒有任何閃失,這樣的結果將撼動物理學界,徹底改寫擁有 50 年歷史的標準模型。

CRISPR 基因編輯——確實能在體內發揮療效!

RNA(藍色)將 DNA 切割酶(白色)引導至目標(橙色)。圖/SCIENCE

去年,科學家運用 CRISPR 基因編輯技術,在實驗室修改造血幹細胞,治癒鐮刀型貧血和乙型(β 型)地中海貧血。今年,科學家更大膽了,直接在人體內部署 CRISPR!研究結果顯示,這種基因編輯技術可以有效減少一種有毒的肝臟蛋白質數量,甚至改善遺傳性失明患者的視力,讓兩名幾乎完全失明的患者能夠感覺到光線,並且在昏暗的光線下避開障礙物。

體外胚胎培養——研究生命體早期發育歷程

在罐中成長的小鼠胚胎可以幫助科學家更了解人類發育的早期階段。圖/SCIENCE

透過研究胚胎,科學家得以找出先天性缺陷和流產的原因,但礙於倫理學和法律規範,目前對於體外胚胎培養的了解並不多。今年,有團隊利用誘導性多能幹細胞(Induced pluripotent stem cell,簡稱 iPS 細胞)成功複製人類的囊胚(受精後準備孵化及著床的胚胎),另外有團隊發現皮膚細胞經 iPS 細胞誘導、轉化後,也可以產生類似囊胚的結構,作為體外胚胎實驗的替代品。

除了十大科學突破以外……

《SCIENCE》今年也特別列出三項影響科學發展的重大阻礙,包括難解的氣候議題、備受爭議的癌症新藥,以及在疫情之下遭受猛烈砲火抨擊的科學家。

越來越熱!減碳目標恐難以達成

這座位於德國博克斯貝格(Boxberg)的燃煤電廠預計 2038 年才會關閉。圖/SCIENCE

自從工業革命以來,全球氣溫升幅達到了 1.2°C,近年極端氣候事件更是層出不窮。對此,今年的聯合國氣候變遷大會(COP26)達成多項協議,包括將全球氣溫升幅限制在 1.5°C 以內、確立碳交易市場架構,以及減少碳排放量。然而,全球經濟現在依然大幅仰賴化石燃料,況且聯合國協議不具約束力,是否能達成減碳目標,必須取決於各國政策制訂。

充滿爭議的阿茲海默症新藥「Aduhelm」

正子斷層掃描(PET)顯示 Aduhelm 能有效清除 β 類澱粉蛋白斑塊。圖/SCIENCE

美國食品藥物管理局(FDA)近 20 年來首次核准阿茲海默症藥物,即百健(Biogen)藥廠開發的 Aduhelm。經臨床實驗證實,這種藥物能清除異常堆積在患者腦內的「β 類澱粉蛋白斑塊」,也就是失智症發病和惡化的原因。照理說,這是患者和家屬期盼以久的好消息,卻被不少大型醫院和醫學中心拒絕採用,因為在兩項大型臨床實驗中,只有一項實驗證明其改善認知功能的療效勝過安慰劑,卻沒有證據顯示 Aduhelm 有顯著的改善效果。

當疫情碰上政治形態——夾縫中求生存的科學家

比利時病毒學家範蘭斯特(Marc Van Ranst)收到來自極右派狙擊手柯寧斯(Jürgen Conings)的死亡威脅後躲避自保。圖/SCIENCE

長期以來,科學家遭受攻擊的事件層出不窮,但在今年,對於 COVID-19 的政治分歧引發大眾對科學家前所未有的敵意,包括各種形式的恐嚇、抗議和死亡威脅。遭受威脅的有美國首席防疫專家佛奇(Anthony Fauci)、英國首席醫療官惠提(Chris Whitty),以及世界各地的學者和防疫工作者。

《Nature》訪問 321 名研究人員,發現有超過 50% 的人信譽受到攻擊,15% 的人收到死亡威脅,甚至有許多人從此辭去他們熱愛的研究工作。

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2020《Science》年度十大科學突破出爐啦!醫藥科學飛速發展的一年
Peggy Sha
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2020 年終於過完啦!對於許多人來說,今年都是變化特別大的一年,新冠肺炎疫情全球蔓延、美國大選、東京奧運延期、眾多名人逝世……

那麼,在科學界中,又有什麼重大的變化與突破呢?讓我們跟著《Science》一同回顧 2020 的年度十大科學突破。

本文編譯自《Breakthrough of the Year 2020

是你嗎?新冠肺炎疫苗

能對抗新冠肺炎病毒的疫苗,要出現了嗎?圖片來源:Pixabay

說到 2020 年最重要的科學突破,就一定得提到眾多科學家在疫苗開發上所花費的苦工,為了盡早找到可用疫苗,各國科學家們都卯足了全力進行研發。

然而,疫苗研發可不是魔術,新開發的疫苗不只得通過安全性、有效性測試,更需要進行臨床試驗,一般情況下是需要數年時間的漫漫長途。

由於疫情的壓力與科技的進展,這一年來,Moderna、BioNTech 與 Pfizer 等廠商的疫苗開發進程都陸續傳出了捷報,可說是為疫情應對燃起了一線曙光。

延伸閱讀:

史上第一個 CRISPR 治療成功案例?

科學家嘗試使用 CRISPR/Cas9 技術治癒遺傳性血液疾病。圖片來源:Science

CRISPR/Cas9 技術自從 2011 年首次公開亮相,便吸引了全世界的目光,更在 2020 年獲得了諾貝爾化學獎的肯定,除了得獎之外,它更完成了另一項創舉,成功治癒了兩種遺傳性的血液疾病:β型地中海貧血、鐮形血球貧血症。

為了治療患者的疾病,研究人員採取了 CTX001 療法,先從患者身上取出造血幹細胞、於體外進行基因編輯。而後,透過化療清除患者體中原有的造血幹細胞,並將編輯後的細胞重新植入患者體內,這樣不僅能降低患者的輸血需求,也能減緩衰弱與疼痛。

這些治療初步獲得了不錯的成果,雖然患者曾經歷一些副作用,但研究團隊認為與此療法無關。未來,是否可以將 CRISPR/Cas9 技術應用在更多疾病治療,是許多研究者仍在努力找尋解答的事。

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站出來發聲吧!科學家們!

今年,許多科學家都表達了自己對於少數族裔的支持。圖片來源:Science

今年 5 月下旬時,紐約市的中央公園發生了一起衝突,一位非裔的賞鳥者與一位遛狗的白人起了衝突。接下來的幾天內,大批科學家湧入 Twitter、Zoom 和各種社群平台聲援這位非裔的自然愛好者,還利用「#BlackBirdersWeek」標籤來表達自己的支持。

而除了生物之外,後來包括神經科學、物理學等等領域的專家也陸續加入戰場,打破了領域的邊界,用自己的方式表達支持。這種種的行為,都展現了科學社群在 BLM 運動之後,對於有色人種相關議題的反思,雖然短時間內難以確認未來是否能促進長久的改變,但不少人都對於這樣的轉變樂見其成。

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人類終於做出室溫超導體啦!

給它一堆壓力,把它變成超導體!。圖片來源:Science

「在室溫下也不會產生電阻的導電材料」聽起來是不是很讚?科學家也覺得很讚,但問題是很難找啊!

科學家們花了數十年時間試了又試,才終於在今年利用碳、氫和硫元素,合成出含有碳質的硫化氫 (carbonaceous sulphur hydride)。

研究者發現,15℃ 的溫度下,只要對這種硫化氫施加 270 GPa 左右的壓力,它就能擁有零電阻又抗磁性的超導體特性。不過,270 GPa 也不是隨時隨地都可以獲得的,所以說,雖然找到了室溫超導體,但距離實際應用還是有一~大~段距離。未來究竟何時能找到能在日常中使用的超導體呢?真是令人期待啊!

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蛋白質如何折疊?你為何不問問神奇 AI 呢?

AI 終於可以精準預測蛋白質結構了(拭淚)/圖片來源:Science

近年來,科學家一直在致力解決生物學上的大挑戰:精準預測蛋白質的結構。就在 2020 年,研究人員開發出一個 AI 程式,可以預測大部分的蛋白質結構,精準程度就跟在實驗室做出來的差不多。

胺基酸可以用非常多種不同的方式進行相互作用,因此,一個單一蛋白質可能擁有的結構基本上會有無數種可能,要完全參透可不容易。不過,為什麼研究人員需要知道蛋白質的準確形狀呢?這是因為蛋白質的形狀決定了它的生化功能,可以協助研究人員了解疾病的機制、開發新藥物、培養耐旱植物或製造廉價生物燃料。

那我們過去是如何了解蛋白質結構的呢?那可得大費周章地使用低溫電子顯微鏡和 X 光晶體學。正因為需要如此「搞剛」,在 2 億種已知的蛋白質之中,我們僅獲得了約 17 萬種的詳細分子圖譜;多年來,研究者們一直在尋找一種方式,可以補上那空缺的部分。

1994 年,結構生物學家們發起了一個兩年一次的競賽「CASP」,他們會給參賽者 100 種蛋白質的氨基酸序列,在不知道蛋白質結構的狀況下分為兩組,一組負責預測結構,另一組則要想辦法在實驗室中繪製出結構,之後再進行比對。雖然在分析簡單的蛋白質時沒什麼困難,但遇到較大較複雜的蛋白質時,預測的技術卻一直跟不上實驗室的腳步。

不過呢,這些差距終於在 2020 年被打破啦!人工智慧實驗室「DeepMind」所開發出的「AlphaFold」,居然在面對超級具有挑戰性的蛋白質時,拿到了 87 分,成功預測 2/3 的三級結構。更令人開心的是,比賽規則要求參賽者使用的方法需要公開共享,所以,或許不久之後就會有其他團隊也達成這樣厲害的成就!

(註:是不是覺得 AlphaFold 這個名字很眼熟?沒錯,團隊也曾開發出圍棋軟體 AlphaGo)

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地球會變得多暖?科學家做出更精確的預測了

太熱了!未來會有多熱?科學家算給你聽!圖/GIPHY

40 多年前,世界頂尖的氣候科學家們聚在麻州的伍茲霍爾海洋研究所 (Woods Hole Oceanographic Institution) 想要解答這個問題:假設人類不斷排放溫室氣體,地球到底會變得多熱?

根據當時的氣候模型,他們給出的答案有點廣泛:地球的氣候敏感性約在 1.5°C~4.5°C 之間。所謂的氣候敏感性是什麼意思呢?它指的是:如果大氣中的 CO₂ 濃度達到工業化前的 2 倍,那地球最終將上升 1.5°C~4.5°C,基本上這個跨距之大,既可能造成毀滅性的衝擊,也可能沒什麼太大的影響。(……等等這樣是可以的嗎?)

科學家一直想要取得更精確的預測,卻遇到了不少阻礙,在過去,想要知道知道雲層是如何捕獲與反射熱量是非常困難的事情,它們的厚度、位置、組成都會有很大的影響。而經過數十年的科學發展,科學家終於可以透過衛星去打造更清晰的雲層模型。透過這些模型,他們發現全球暖化會使得低層那些能遮光的雲變薄了,因為較熱的空氣蒸乾了那些雲,同時還阻礙了能形成這種雲的亂流。

而科學家們對於古代氣候的研究也有助暖化的相關預測,今年,世界氣候研究計劃(World Climate Research Programme) 的 25 位科學家將氣候敏感性縮小到 2.6°C~3.9°C 之間。

研究雖然已經排除了一些極端狀況,但依據現有資料,幾乎可以推斷,暖化趨勢將會淹沒沿海城市、增加極端熱浪,使得百萬人流離失所。如果這些預測可以督促人們採取行動,或許還能有一線轉機,反之,人類的未來實在令人擔憂。

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有 HIV 病毒也不怕!神秘的精英控制者

感染 HIV 病毒也沒事的菁英控制者,究竟有何特殊能力?圖/picpedia

HIV 病毒的邪惡之處,在於它可以把自己的遺傳物質整合到人類的染色體中,藉此隱匿自己的足跡,躲避免疫系統的偵測,而感染 HIV 病毒後,可能會導致愛滋病,使身體抵抗力降低,無法抵抗環境中的病毒與細菌。

不過,有一群「精英控制者」在感染 HIV 病毒後,就算不進行治療,卻仍然身強體壯。他們的免疫系統似乎可以自己發揮類似抗病毒藥的作用,可以抑制病毒,讓病毒難以傳輸也無法複製。

雖然我們對於菁英控制者的了解並不能直接治癒其他患者,但卻提供了一種新的策略,或許可以讓其他受感染者不用治療也能活上數十年。

科學家發現,精英控制者體內的 HIV-1 序列會被放在不利於其轉錄複製的位置。而未來,研究者將思考如何讓其他人的免疫系統也可以產生類似反應。

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找到你了!快速電波爆發的來源

磁星的磁場約是地球任何磁體的一億倍。圖/GIPHY

安安你有聽過快速電波爆發 (Fast Radio Burst, 簡稱 FRB) 嗎?它指的是來自遙遠星系,既短又強的無線電波,13 年來,有非常多天文學家都嘗試了解這種現象背後的原因。

今年,科學家們發現了可能的原因:磁星 (Magnetar)。還記得我們剛剛說 FRB 很短嗎?這表示它的出處應該是嬌小又強烈的能源,這樣對照起來,磁星挺符合標準的,不僅擁有極強的磁場,也會在衰變過程中不斷地釋放高能量電磁輻射。

就在今年,一個天文研究團隊透過加拿大氫強度測繪實驗 (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment,CHIME) 發現位於銀河系中心的磁星「SGR 1935+2154(簡稱 SGR 1935)」,似乎發射出了 FRB 訊號,亮度比銀河系內所有電波脈衝都還要高 3,000 倍。

不過,雖然天文學家找到了 FRB 的出處,卻仍搞不清楚磁星到底是如何產生 FRB 的,這背後神秘的機制,就等他們未來破解吧!

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史前畢卡索畫作出爐!圍獵畫面維妙維肖

冰河時期的創作出土了嗎?圖/RATNO SARDI

今年的研究發現印尼蘇拉威西島 (Subloesi) 中的壁畫歷史可能有長達 4 萬多年的歷史,可說是直到目前為止最早的具象藝術。

這些畫面維妙維肖地呈現了獵人圍捕野豬與野牛的畫面,有趣的是,有些獵人的嘴或鼻子看上去特別長,就像是戴著面具一樣。研究人員認為這可能是在描繪獵人們偽裝的行為,也或許是象徵神話中的動物。

不過,為什麼科學家能知道這是 4 萬年前的畫呢?主要是因為這些畫作覆蓋著一種狀似爆米花的白色礦物,其中的鈾以固定的速率衰變,讓研究者得以定年,根據他們發表的內容,這些礦物約有 44,000 的歷史。

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我是一隻小小小小鳥!有多聰明你可能不知道

鴿子可能比我們想像得更聰明?圖/GIPHY

鳥類雖然只有小小的腦袋瓜,但今年卻有兩項研究發現,牠們可能比人類原先想像得更聰明!其中一個論文發現禽類的腦袋有一部分類似人腦中的新皮質,而這正是我們智力的來源。另一項研究的結果則發現到烏鴉遠比科學家想得更聰明,甚至可能具有意識。

人類中的新皮質是一層層水平狀的組織,存有許多的椎體細胞和其他細胞,讓我們得以進行複雜的思考。而鳥的腦袋呢?我們原本以為它只是一堆神經細胞組合而成的簡單構造。但透過了 3D 偏振光成像技術,神經解剖學家發現到鴿子與貓頭鷹的前腦神經不僅有垂直連結,也有水平連結,似乎有點像是我們的新皮質。

另一項研究則訓練了一些烏鴉,讓牠們在看到電腦螢幕上的燈光以特定方式閃爍時轉頭。而研究員利用電極檢測,發現在烏鴉們看到光跟轉頭之間的空檔,大腦會出現神經活動。同時,就算在難以辨識光的時候,大腦仍有活動,表示這不完全是碰到刺激才會產生的反應,而是一種「感官意識」存在的象徵,也是自我意識的基礎形式。

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看完了這些研究,哪一項讓你印象最為深刻呢?S 編自己真的非常期待找到快速電波爆發的真實成因,也很想看到室溫超導體真的能實際應用的一天啊!

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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

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以「拾金不昧」測量公民誠信度?科學家在全球各國丟了上萬次錢包作實驗……
何如
・2020/03/20 ・3853字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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編按:去年六月,《科學》期刊上發表了一篇〈全球公民誠信度 (Civic honesty around the globe)〉的論文,當中的實驗和論點引起軒然大波,各界議論紛紛,也提出諸多看法和駁斥,到底是怎麼一回事呢?

實驗研究助理(粉色小人)會走進建築物裡,並接近櫃台的工作人員(藍色小人,隨機實驗對象),跟他搭話,並將實驗用的錢包(灰白色方形)放在櫃檯上並推給他,之後便直接離開,沒有留下任何資訊。

進行這項實驗的研究團隊在全球 40 個國家、355 座城市,做了共計 17,303 次「遺失錢包」的實驗,並為每一個錢包都建立獨立的電子信箱做為聯絡方式,記錄從「遺失錢包」的第一天起,一百天內收到的電子郵件,以「收到錢包的人是否會藉由資訊連絡以進行歸還」來當作實驗評估的指標。

實驗以透明名片盒做為錢包,藉此確保收到的人不需打開就可以看到裡面的模樣。內容物包含名片、雜貨清單和一把鑰匙,名片上以當地的語言寫著錢包所有者的姓名和電子信箱,以示意錢包所有者是當地居民。圖/論文補充資料

本實驗主要以錢包中「沒錢」和「有錢」為操作變因,來進行「通報歸還率」的比較,並將此結果作為論文中「公民誠信 (civic honesty)」的程度代表。

看到這裡,你可能已經發現,直接將「聯繫歸還的通報率」當成「公民誠信度」似乎不太精準,這便是引起爭議的其中一點。另外還有「各國使用電子信箱的比例不同」、「可能放到失物招領處了」、「風俗文化」等各界對實驗方式的駁斥與質疑。

那麼先撇開這些爭議點,我們能透過這項實驗看到什麼呢?

在錢愈多時,錢包越可能被通報歸還?

從各國通報率的比較圖可以看到,絕大多數的國家在錢包「有錢」的狀況下通報率比較高,這個出人意料的結果,讓研究團隊懷疑起一個最基本的原因:

是錢不夠多嗎?(還不夠多到具有經濟意義上的重要性)

為了測試這樣的可能性,研究團隊在美國、英國、波蘭增加進行了「很多錢」的實驗組。然而如下圖所示,三個國家在「很多錢」的狀況下通報率都更高,總和三個國家的數據平均下來,通報率由低至高依序為「沒錢」的 46%、「有錢」的 61%,以及「很多錢」的 72%。

根據實驗設計,錢包「有錢 (Money)」的金額量為美金 13.45 元(約新台幣 407 元),「很多錢 (BigMoney)」的金額量則為美金 94.15 元(約新台幣 2848 元)或有錢狀況的七倍。圖/論文

錢愈多,反而通報率愈高,為什麼會這樣子?

對此研究團隊提出了三種解釋:

  1. 收到錢包的人擔心會因為「沒有歸還」而受到法律上的懲罰,錢愈多的時候愈是如此。
  2. 實驗僅以錢包的通報率作為評估指標,但收到的人可能私吞了裡面的金錢後才歸還
  3. 收到錢包的人希望能夠獲得報酬,並認為錢愈多報酬愈高。

然而在進行了解、調查之後,研究團隊對於以上三種解釋並沒有找到足夠充足的證據支持。

嗯……讓我想想。圖/GIPHY

除了以上的可能性,還有別的因素可以解釋實驗結果嗎?

研究團隊重新檢視分析整個實驗的結構,認為實驗結果主要由四個因素相互影響:

  1. 留著錢包的經濟效益
  2. 聯絡失主所耗費的心力和時間
  3. 為了錢包失主的無私著想
  4. 自我意象的負面代價,也就是覺得自己像個小偷一樣,即「偷竊厭惡 (theft aversion)」

並由此列出了公式,同時進行一個簡單的行為模型測試,來對比原實驗數據。研究團隊認為,一個人(實驗對象)會依據上述四個因素,為了達到下列公式的最大值而做出「不歸還 (a = 0)」或「歸還 (a = 1)」的決定

max {(1-a)m + (m+v)-(1-a)γmac}.

a 為是否採取歸還錢包的行動,只有兩個數值:0 為不歸還,1 為歸還;m 為錢包裡的金額量;α 為「無私著想」的程度;v 為錢包裡除了錢以外的其他東西;γ 為「偷竊厭惡」的程度;c 為歸還錢包所耗費的心力。

將此公式套入實驗後,研究團隊將收到錢包的人簡單分為以下四類:

  • A. 低無私著想、低偷竊厭惡的人(低 αγ ):
    只受到物質上自利 (self-interest) 的刺激,無論什麼情況下都不會歸還錢包
  • B. 高無私著想、高偷竊厭惡的人(高 αγ ):
    只要此二者大於歸還所花費的心力,無論什麼情況下都會歸還錢包
  • C. 高無私著想、低偷竊厭惡的人(高 αγ ):
    會在錢少的時候歸還錢包,但在足夠多錢時不會歸還
  • D. 低無私著想、高偷竊厭惡的人(低 αγ ):
    錢少的時候不會歸還,但在足夠多錢時會歸還錢包

這四種類型在所有收到的人當中的分布數量決定了「錢包通報歸還率」與「錢包裡的金額」本質上的關係。

A 區代表了第一種怎樣都不會歸還的人;B 區代表了第二種怎樣都會歸還的人;C 區代表了第三種僅在錢少時會歸還錢包的人;D 區代表了第四種僅在錢多時會歸還錢包的人。圖/論文補充資料

根據上圖可以歸納出:在「有錢」狀況下的通報率為 (B+D) / (A+B+C+D);在「沒錢」的狀況下通報率為 (B+C) / (A+B+C+D)。結合原實驗結果:「有錢」通報率較高,我們可以得知:D 區的人數比 C 區的人數更多。

也就是,高偷竊厭惡的人比高無私著想的人還多

那麼,「無私著想」和「偷竊厭惡」到底代表什麼呢?團隊做出以下解釋:「無私著想」會考量到錢包中「只對失主具有價值」的內容物,例如鑰匙;「偷竊厭惡」則只考量錢包中「對收到的人有價值」的內容物,例如錢。

為了區別此二因素對行為的影響程度,研究團隊設計了不同的實驗和調查。

圖/GIPHY

首先,他們在英國、波蘭、美國另外進行了相同金額下,錢包中「有」和「沒有」鑰匙的實驗,就三國實驗的平均結果而言,「有鑰匙」的通報率比「沒鑰匙」的通報率高 9.2%。從這樣的結果推得:收到錢包的人之所以會歸還,有部分是基於對他人的「無私著想」,他們在乎若自己沒有通報,會對失主所造成的傷害。

而關於「偷竊厭惡」,同樣在英國、波蘭、美國進行了調查,請受訪者一一想像實驗過的四種狀況:「沒錢」、「有錢」、「有錢沒鑰匙」、「很多錢」,並評定各種狀況下「若沒有歸還錢包,會讓自己感覺像在偷竊一樣」的程度,從 0 到 10,數字愈高表示程度愈重。

據受訪者們的調查資料顯示,在錢包中「很多錢」的狀況下沒有歸還,最讓人感覺像在偷竊,其次則為「有錢」,最後才是「沒錢」。這便代表著:因為沒有歸還錢包而付出的自我意象負面代價(即偷竊厭惡),會隨著金額升高而增加,此調查結果亦與之前實驗通報率的行為資料一致。

然而,對比「有錢」與「有錢、沒鑰匙」的調查結果,卻未觀察到偷竊厭惡程度上的確切差異,這可能表示了「偷竊厭惡」這樣的想法,與「只對失主有價值的內容物」無關。

儘管調查的反應結果不能完全概論真實行為與動機,不過這些結果的確和研究團隊的假說一致:

「由不誠所得到的金錢效益愈大,跟心理上負面代價的增加有關」

甚至在取捨時,「避免心理上負面代價的增加」比「透過不誠行為得到微量的經濟獲益」來得更為重要。

我們會不知不覺誇大他人的「自私自利」?

在研究的最後,團隊找來一般民眾與經濟學家,讓他們預測實驗結果。以美國的實驗數據為預測目標,一般民眾認為「沒錢」的通報率最高,「有錢」次之,「很多錢」最低;經濟學者則預測「沒錢」跟「有錢」的通報率都較高,「很多錢」的通報率較低。

圖 A 為美國各個狀況下的實際通報率;圖 B 為 299 位民眾預測各個狀況下通報率的平均;圖 C 為 279 位經濟學家預測各個狀況下通報率的平均。圖/論文

然而不論是大眾或專家,預測都跟實際情形有明顯的差異,這也帶給研究團隊另一啟發 ── 這其實反映了「誇大自利作用」的人類行為心智模型:

當錢越多,大家越會預期「自利心態」增加、對失主的「無私著想」逐漸消失,並認為「偷竊厭惡」對通報率造成的影響很小。

圖/GIPHY

最後,團隊還從實驗結果發現一件事:儘管已盡量客觀地進行實驗,仍能看出「各國」歸還錢包的比率,其間的差距相當可觀,範圍從 14% 分布到 76%。就算將國家 GDP 也考量到實驗設計中(依 GDP 調整錢包金額),這樣的差異還是普遍存在。

各個國家聯繫歸還錢包的通報率。紅點為在「有錢」狀況下的通報率,橘點為「沒錢」狀況下的通報率。圖/原論文資料

如此結果在某種程度上也顯示出,除了國家財力,還存在著其他因素影響了通報率,同時,理論模型也需要考量除了無私著想和偷竊厭惡之外,其他可能影響的動機再進行修正。

對此研究團隊分析,對經濟上有利的地理條件,包括政治制度 (political institution)、國民教育 (national education)、強調「道德規範超越個人的內團體 (in-group)1」的文化價值等等,也同樣與公民誠信度具有正向相關 (positively associated)。期許未來的研究能夠更進一步分辨這些「其他因素」究竟如何促成人們行為上的社會差異 (societal differences)。

註解:

  1. 內團體 (in-group):指具共同利益關係,成員間彼此具有歸屬感,並且密切結合的社會群體,類似小圈子或自己人的概念。

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何如
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「因為人因思想而獨特,但不說出來就什麼都不是。」 —為自己的冗言話多辯解的小菜鳥。