70奈米高的花瓶…

即使沒有現代的醫療知識，古人也能進行截肢這類外科手術，不過手術很成功，但是病人死掉的狀況也不意外。一項考古研究宣稱發現已知最早的截肢手術，地點位於東南亞的婆羅洲雨林，年代距今 3.1 萬年。那麼久以前的原始人，真的有能力截肢嗎？

請注意，本文包含人類遺骸的圖像。

3.1 萬年前手術成功，而且病人活著？

之前知道最早的截肢手術年代是 7000 年前，法國新石器時代的 Buthiers-Boulancourt 遺址。

這項研究調查的地點是一處名喚 Liang Tebo 的石灰岩洞，位於婆羅洲東部。考古學家在這兒尋獲一位長眠者 TB1，估計於 3.1 萬年前去世。此時處於舊石器時代，一小群一小群人們不長期定居，沒有農業，以採集、狩獵維生。

考古學家由埋葬狀況判斷，排場儘管簡陋，應該為他人有意識的體面墓葬，骨頭保存相當完整。估計去世時 20 歲左右，憑藉骨盆無法判斷性別，他的身高不矮，可能是男生或高個子的女生。

經歷好幾萬年的歲月，遺骸少掉一些部位也很合理。然而，這位就是少掉左小腿中段以下的骨頭。考古學家仔細分析後，判斷他經歷過小腿的截肢（amputation）手術，之後至少又經過 6 到 9 年，直到去世。

考古學家根據什麼理由判斷他是截肢，而不是一般的斷腿呢？主因是他的小腿骨斷面非常平整，不像是事故摔斷，也沒有感染的跡象，表示腿骨離開身體後沒有造成嚴重的病變。

他左小腿保留的脛骨（tibia）和腓骨（fibula）尺寸比右邊小，明顯有生長落差。推論他在 10 歲多時由於未知原因，被身邊的人用某種利器將左邊小腿骨切斷，而且照護得宜，又生活至少 6 年，去世時受到妥善埋葬。

如果上述推論正確，這位 3.1 萬年前的東南亞人，就是世上截肢手術最早的成功紀錄。

東南亞的史前黑傑克

執行手術的工具不明，肯定不是金屬，可能是黑曜石或某種石材，或是鋒利的貝殼或骨製器具，甚至是加工處理過的竹子，都可能用於切斷骨骼，或是在手術中使用。

截肢不是簡單的小手術，當時的婆羅洲人懂得截肢手術需要的消毒、麻醉、止痛嗎？

即使是身強體壯的（十幾歲）原始人，完全沒有藥物輔助下，要在截肢後全身而退，連明顯感染都沒有，想來不太可能。當地環境一定找得到可供藥用的植物，雖然缺乏直接證據，不過可以假設施術者懂得這些知識。

手塚治虫創作的角色「怪醫黑傑克」開刀出神入化，黑傑克也成為動手術的代名詞。婆羅洲的史前黑傑克是如何習得開刀技能呢？

我自己的想法是，古早人處理動物時，可以獲得不少練習機會，對於骨、肉、血想必不會陌生。在決定截肢的時候，操刀者應該自認有成功的機會，有信心又技術熟練地下刀，否則不會有如此漂亮的手術結果。

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光憑極為零星的考古調查，無法估計當時的截肢狀況，不清楚這位是成功的特例，或是大批犧牲者中唯一的幸運兒。只能確定當時的婆羅洲人，不只已經有相關的醫療知識，還有團隊照顧的精神。

考古沒有發現，不等於真的沒有，也要考慮到遺骸保存的狀況。成功的截肢手術會在四肢留下痕跡，但是舊石器時代的遺骸，四肢骨頭保存往往不全，考古上難以辨識。我猜舊石器時代應該有更多截肢的成功案例，大部分卻無法被我們知曉。

之前研究得知東南亞的婆羅洲、蘇拉威西這塊區域，超過 4 萬年前便有壁畫等藝術創作。史前黑傑克與截肢者所屬的人群，應該和藝術家有關連。醫療、藝術，果然皆為高端的人類技能。

延伸閱讀

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參考資料

1. Maloney, T. R., Dilkes-Hall, I. E., Vlok, M., Oktaviana, A. A., Setiawan, P., Priyatno, A. A. D., … & Aubert, M. (2022). Surgical amputation of a limb 31,000 years ago in Borneo. Nature, 609(7927), 547-551.
2. Earliest known surgery was of a child in Borneo 31,000 years ago
3. Prehistoric child’s amputation is oldest surgery of its kind
4. World’s oldest amputation: Foot removed 31,000 years ago—without modern antibiotics or painkillers
5. Buquet-Marcon, C., Philippe, C., & Anaick, S. (2007). The oldest amputation on a Neolithic human skeleton in France. Nature Precedings, 1-1.

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。

搞笑諾貝爾獎每年都是新的開始，2022 年也不例外。今年「第 32 次第一屆搞笑諾貝爾獎」一共頒發 10 個獎項，藝術史獎 2 位學者的得獎理由是：

「以跨領域手法研究古代馬雅陶器畫面的儀式性浣腸（A Multidisciplinary Approach to Ritual Enema Scenes on Ancient Maya Pottery）」。

2022 年，肛門或成最大贏家！

浣腸（enema）別名灌腸，就是直接向肛門注入液體，刺激排泄。灌腸也指稱香腸的作法，浣腸讀起來比較有儀式感，本文之後就採用浣腸稱呼。

今年的生物學獎也和肛門有關，肛門或成最大贏家！有種蠍子斷尾求生後，連肛門都會一起脫落，而且無法再生，再也無法排泄，最終便秘致死。好在即使屁股沒惹一半，還可以再活幾個月，完成傳宗接代的蠍生大事。

同時看到馬雅人的浣腸研究，想說能不能幫斷尾的蠍子也浣腸一下，解決便秘問題……馬上想到它們已經沒有屁股，不再有機會享受浣腸的樂趣，嗚嗚。 😭

有趣的是（疑似贅句，本文應該沒有無趣的事），2022 年受到表揚的藝術史獎來自 1986 年發表的論文，本身就很有考古精神，36 年過去，如今得獎者都老惹。

大部分搞笑諾貝爾獎頒給近幾年的研究。但是一查之下大吃一驚，穿越歲月的表揚很少，卻不算罕見：

2022 年的藝術史獎頒給 1986 年的研究，時隔 36 年。

2021 年的昆蟲學獎頒給 1971 年的研究，時隔 50 年。

2013 年的安全工程獎頒給 1972 年的研究，時隔 41 年。

2013 年的公共衛生獎頒給 1983 年的研究，時隔 30 年。

2011 年的公共安全獎頒給 1967 年的研究，時隔 44 年。

2011 年的生物學獎頒給 1983 年的研究，時隔 28 年。

2010 年的公共衛生獎頒給 1967 年的研究，時隔 43 年。

2008 年的化學獎頒給 1985 年的研究，時隔 23 年。
……

研究民族藥物的藥理學家：一個博士不夠，就再讀一個！

今年等待 36 年的 2 位得獎者，是什麼來頭呢？馬雅是個位於中美洲，有數千年歷史的文化，如今依然有數百萬馬雅人樸實地生活著，儘管不如古代輝煌。研究馬雅考古的人，應該是考古學家吧！其中一位地獄慕斯（Nicholas Hellmuth）確實符合想像，他正是探索古馬雅的考古學家。

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然而，另一位德史密特（Peter A.G.M. de Smet）不是考古學家，而是藥理學家。這項探討馬雅浣腸的研究，源自他博士論文中的一部分，而且這是他的第二個博士學位。

德史密特是荷蘭人，就讀烏特勒支大學（Utrecht University），公元 1979 年取得「藥學博士（Doctor of Pharmacy）」，具有一流的藥理學專業。後來他對民族藥物，也就是各地的草藥、菸草等傳統藥物產生興趣，於是 1981 年起又深造數年，1985 年再取得一個 PhD 博士。

他的博士題目叫作《美洲的儀式性浣腸與鼻菸（Ritual enemas and snuffs in the Americas）》，這段期間他幹勁十足地完成多達 11 篇論文！這麼多素材都被整合進博士論文，後來有出書。

這位藥學博士在第二個博士論文中（第 13 頁），一整個理組嗆文組的 fu：

「儀式性用藥的資料中，不當使用藥理學數據，是驚人的常見錯誤。實際上這不太意外，因為這個領域中的作者，往往缺乏藥理學背景。」

初出茅廬的德史密特，整理當時藥理學、民族學、考古學的多方資訊，加上自己的實驗，探討美洲原住民在浣腸、吸菸兩項行為的材料、手法、效果，使他成為以現代科學探討民族藥理學（ethnopharmacology）的先驅。

40 年來他身兼藥理學家、民族藥物學家的雙重身份，兩個領域都頗有建樹，總共發表上百篇論文，有些引用數相當可觀。2011 年還出過一本書，由 20 世紀初的明信片討論各地的民族藥物。

藥理學×考古學：馬雅人為什麼浣腸？

馬雅人為什麼浣腸？馬雅世界後來成為歐洲人殖民地，早在殖民時期便有紀錄，馬雅人以浣腸行醫療用途。這也是當今受過醫學訓練的醫師、護理師之基本專業。

然而，1977 年重現於世的古代陶器，上頭的浣腸畫面卻不像醫療，而是某種儀式的場景。此後累積愈來愈多證據，現在可以肯定馬雅人不只為了醫療浣腸，還會在儀式性的場子中浣腸，有搞別人屁股，也可以自己搞自己屁股，還有互相浣腸的。

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馬雅浣腸是德史密特的博士論文中，少數有關考古的題材，他不懂考古學，因此找到前輩地獄慕斯助拳。地獄慕斯搜藏不少馬雅小本本（主要是 6 到 9 世紀的古典期晚期），在其協助下，德史密特能充分發揮藥理學專業，跨領域探討古代馬雅人的浣腸學問。

「儀式（ritual）」的目的千變萬化（很多人類學家不知道怎樣解釋就說是儀式，老套路），馬雅浣腸的目的是什麼？德史密特認為一項意義可能是「淨化」。浣腸就是人為強制排出消化道中的廢物，在淨化儀式中適合作為象徵。

有些浣腸的目是追求快感，馬雅人應該也不例外，畢竟有些浣腸儀式的畫面，看起來就是派對。在儀式中使用藥物、興奮劑助興，不論古今都很常見。馬雅浣腸多半也是令參與者愉悅的儀式。還有人浣腸的目的是保健，像是現在也有人提倡咖啡浣腸。由此推敲，浣腸儀式能達到綜合性的目的。

浣腸跨越時空。福大命大的法蘭西大皇帝「太陽王」路易十四，便以喜愛浣腸聞名，別稱「大腸王」，據說一生浣腸超過 2000 次。當時浣腸和放血一樣，是流行的醫療與保健手段，不過懂玩的路易十四，想必也從中獲得不少快感。

提醒各位讀者，浣腸未必會傷害人體，但是一定有風險。不論目的是醫療、愉悅或保健，都要審慎進行，一旦碰到狀況，快點尋求醫療協助。尤其千萬不要用屁股直接喝酒或興奮劑！肛門、腸道細胞的吸收效果好，恐怕會不知不覺地中毒。

實驗精神，注入！

注入肛門的液體是浣腸關鍵，浣腸液的配方、用量大有學問。幾乎可以確定馬雅人會用酒精浣腸，畫像中便能見到稱為「balché」的含酒精發酵飲料。

一堆博士牲讀的要死要活，即使僥倖畢業，也常常像 Long COVID 後遺症般，罹患遺憾終生的 Long PhD。德史密特的博士生涯卻充滿趣味，他拿自己的屁股做實驗，測試不同濃度與用量，讓讀者也猝不及防地上車。

讓人享受快感的浣腸，要將浣腸液留在腸道一段時間，不能馬上排出，所以不能注入太多。

德史密特在博士論文第 57 頁寫到，現代西醫操作下，超過 200 cc 只作為刺激排泄使用。古代藝術品中，有些看起來 size 很大大大的注射器，能注入不少浣腸液，其目的看似為快速大爆射的淨化功能，而非慢慢醞釀，體驗灌腸的愉悅感。

然而，德史密特又指出，他用自己屁股做實驗發現，即使注入 500 cc 的酒精灌腸液，也能輕易地維持不會大爆射。因此不能說注射器比較大支，就一定無法享受快感。

大腸王路易十四直呼內行：這荷蘭仔，懂玩！

浣腸液除了酒精，馬雅人還有哪些素材？

酒精以外，德史密特還測試過 DMT（dimethyltryptamine，N,N-二甲基色胺）浣腸，沒什麼特別感覺，不過他謹慎使用的劑量非常低。致幻劑 DMT 可以調製死藤水（ayahuasca）等迷幻藥，吃多會出人命，千萬不要胡亂嘗試。

作為藥理學家，德史密特討論多款可能的成分，不過沒有自稱試用過。像是咖啡因、尼古丁、迷幻蘑菇（psilocybian mushroom）、毒蠅傘（fly agaric，學名 Amanita muscaria）、睡蓮（water lily）、柯拉豆屬植物的蟾毒色胺（Anadenanthera alkaloid bufotenin，巴西植物 paricá 的種子）等等。

德史密特認為，他探討的大部分化學物質都不適合用於浣腸液，或是有機會被馬雅人使用。稀釋的咖啡因、尼古丁溶液肯定能用來浣腸，而且效果不錯。可是沒有馬雅人使用咖啡因、尼古丁浣腸的鐵證。

還有睡蓮值得一提。有些陶器畫面上出現睡蓮，可能作為儀式用途；而某些種類的睡蓮中又含有可作為致幻劑（hallucinogen）的成分，這才懷疑到睡蓮。但是睡蓮是否用於浣腸，至今仍缺乏可靠的證據。

這些研究看似搞笑，有什麼意義呢？不少人類學家、民族學家、考古學家，歷史學家做研究時，會接觸藥物與儀式，卻時常缺乏足夠的藥學知識，對於目的、用法、用量、效果等問題無法深入探討。人類學家 David J. Minderhout 在 1987 年的書評提到，德史密特以藥理學的視角切入，能彌補人類學、民族學的不足，對藥用植物感興趣的人，這類研究頗有參考價值。

總之就是，叔叔有練過，大家不要模仿。浣腸是有風險的行為，不論出於什麼目的，都要謹慎操作。

2022 年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮影片（藝術史獎從 47:50 開始）：

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參考資料

1. 2022 年搞笑諾貝爾獎得獎名單
2. Here are the winners of the 2022 Ig Nobel Prizes
3. 德史密特在 WHO 旗下 International Classification of Traditional Medicine（ICTM）的網頁
4. 德史密特 1985 年的博士論文《Ritual enemas and snuffs in the Americas》
5. de Smet, P. A., & Hellmuth, N. M. (1986). A multidisciplinary approach to ritual enema scenes on ancient Maya pottery. Journal of ethnopharmacology, 16(2-3), 213-262.
6. Minderhout, D. J. (1987). Ritual Enemas and Snuffs in the Americas. Peter AGM de Smet.

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。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《近場光學顯微術，開啟奈米世界大門》
• 作者／簡靖航｜科技大觀園特約編輯

傳統光學顯微技術發展幾個世紀之後，從 20 世紀後半⾄今，突破光學繞射極限成為顯微技術的重要課題。繞射極限是光波所能聚焦的最⼩尺寸（約為光波長的⼀半，以可⾒光來說約 200-350 nm），仍遠⼤於分⼦和奈米材料。顯微鏡的發明是進入微觀世界的⾥程碑，⽽突破光學繞射極限後就能開啟進入奈米世界的可能性。 

突破光學繞射極限的超⾼解析度顯微技術⼤致上可以分為遠場（far field）與近場（near field）兩⼤類，這兩者的差別在於是否利⽤探針在靠近樣品距離遠⼩於⼀個波長（約數⼗奈米）處進⾏量測，若有則為近場，其餘則屬於遠場。⽽遠場顯微技術若要達到奈米級別的超⾼解析度， 需要以特殊螢光標定加上大量電腦計算來輔助。 

中央研究院應⽤科學研究中⼼研究員陳祺，專攻近場光學顯微術，屬於探針掃描顯微術（Scanning probe microscopy, SPM）中與光學相結合的分⽀。 

探針掃描顯微術，家族成員眾多 

探針掃描顯微術泛指使⽤探針來掃描樣品的顯微技術，依照原理的差別再細分成多個類別。在整個探針掃描顯微術家族中，最早的成員為 1981 年問世的掃描穿隧顯微鏡（Scanning tunneling microscope, STM），其主要機制是偵測探針與待測物表⾯間的量⼦穿隧電流（註1），作為回饋訊號來控制針尖與待測物的距離，⽽得到待測物表⾯次原⼦級別的高低起伏。1986 年發明的原⼦⼒顯微鏡（Atomic force microscope, AFM）則是⽬前最廣為應⽤的探針顯微技術，其以針尖接觸（contact）或輕敲（tapping）物體，藉由偵測針尖和物體表⾯間之凡得瓦⼒，得知物體表⾯的高低起伏。 

在探針掃描顯微術中，控制針尖與物體的相對距離是重要的課題，STM 可控制距離在一奈米以下，AFM 則可在一奈米到數十奈米間變化。此外，要在奈米世界「移動」並不是⼀件簡單的事。因為⼀般以機械⽅式的「移動」，其尺度都會在微米級別以上，這就像是我們沒有辦法要求⼤象邁出螞蟻的⼀⼩步⼀樣。所幸 1880 年居禮兄弟發現壓電材料會因為外加電場，⽽導致晶格長度的伸長或者收縮，即可造成奈米級別的「移動」。⽬前所有的探針顯微術都是以壓電效應達成對針尖或樣品「移動」的控制。 

近場光學顯微術，探針加上光 

依 STM/AFM 控制針尖的技術基礎，外加光源於針尖上，即為近場光學顯微術（Scanning near-field optical microscopy, SNOM），依照光源形式的不同可區分為兩⼤類： 

1. 微孔式近場光學顯微術（aperture SNOM，簡稱 a-SNOM） 
2. 散射式近場光學顯微術（scattering SNOM，簡稱 s-SNOM）

a-SNOM 是利用透明的 AFM 針尖，先鍍上⼀層⾦屬薄膜，並打上⼩洞，讓光從⼤約 50-100nm 左右的⼩洞穿出，得到⼩於光學繞射極限的光訊號。s-SNOM 則是外加雷射光源聚焦於針尖上，並量測散射後的光訊號。其中，針尖增強拉曼散射光譜顯微鏡（Tip-enhanced Raman spectroscopy, TERS）是屬於 s-SNOM 的⼀種特殊近場光學模式，主要為量測拉曼散射光譜，即可識別分⼦鍵結的種類。由於拉曼訊號相對微弱，透過探針鍍上⾦屬薄膜，即可利⽤針尖端局域電場的放⼤效果，來增強待測物的拉曼訊號，並利用針尖的移動來得到奈米級空間解析度的拉曼成像。 

陳祺的研究歷程與觀點

在陳祺就讀博士期間，其研究領域主要為結合低溫超高真空 STM 的單分子光學量測，需要極度精進探針掃描顯微鏡的穩定與解析度。畢業之後將⽬標轉向室溫室壓下的探針掃描顯微術與光學的結合，用以量測更多種類和不導電樣品。

陳祺在博⼠後期間的⼯作以 TERS 為主，曾發表解析度⾼達 2 奈米以下的成果，維基百科的 TERS 條⽬，也引⽤了陳祺當時發表在《Nature Communication》的論⽂。回國進入中研院之後，陳祺也開始 a-SNOM 的研究。

無論 TERS 或 a-SNOM，兩者的實驗設計都是建構在 AFM 上，因此陳祺會⾃⾏架設更精準的 AFM，以達成近場光學顯微術更佳的穩定性。 

近場光學實驗操作上的困難除了針尖的製作之外，穩定的 AFM 掃描其實也相當不容易，是維持針尖品質的關鍵。傳統上 a-SNOM 都是以接觸式（contact mode）的 AFM 方式掃描，以防止輕敲式（tapping mode）起伏會干擾光訊號，代價就是 AFM 的解析度極差。陳祺將⾃架的近場光學實驗放進⼿套箱裡，能讓針尖在輕敲式時維持極⼩的振幅（在⼀個奈米以下），可以大幅提高 AFM 的形貌解析度，也幾乎不損傷針尖。由於陳祺有非常豐富⾃架儀器的經驗，才能很⼤程度突破⼀般商⽤儀器的限制。 

⼀般認為 TERS 有較佳的解析度，但由於 TERS 在散射訊號影像上有很大程度的不確定性，經常導致假訊號或假解析度的發生。近年來陳祺反⽽把研究的主軸轉向 a-SNOM，因為她更看重是否能由 AFM 得到的材料結構和高度，來解釋近場光學所量測的結果，以期研究材料背後的物理或化學現象。

另外，陳祺近期最重要的突破是在⽔中完成 a-SNOM 的量測，將針尖與光學元件整合在自製的腔體（cage system）之中，得以在保持生物樣品的活性之下得到超高解析度的影像，這將是開啟利用近場光學研究⽣物課題的重要⾥程碑。

最後，⾝為擁有兩個孩⼦的女性研究員，「如何兼顧⼯作與家庭」或許是⼀般新聞媒體會問的問題。然⽽，陳祺分享⾃⼰的⼼得：「是不可能兼顧的啦！先集中精神做好⼀件事，等另⼀件要爆掉的時候再去救它。」可能坦承⾃⼰沒有辦法做好每件事， 反⽽讓陳祺在實驗上永遠能找到促使⾃⼰改進的動⼒。 

註解

註 1：量⼦穿隧電流：在量⼦世界中，物質同時具有波動和粒⼦的特性。因具有波動的性質， 當電⼦撞擊⼀層很薄的障礙物時，有不為零的機率穿過去，並產⽣穿隧電流（tunneling current ）。穿隧電流與障礙物厚度成指數函數遞減，因此可藉由量測穿隧電流強度計算出待測物表⾯極微⼩的⾼低起伏。