「屎滾尿流」背後的科學奧秘 ——搞笑諾貝爾獎得主楊佩良專訪

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

無法分辨成體和幼體的生物

小孩與大人不一樣。但是有些生物的幼體形態與成體型態相同。

舉例來說，鱷魚的幼體與成體幾乎長得一模一樣，剛破蛋而出的鱷魚寶寶已經具有完整的鱷魚外形，出生後逐年長大，巨大的鱷魚可以長達好幾公尺。不過鱷魚的成長速度在不同環境和溫度下不盡相同，光從大小無法判斷年紀，只看外形也無法分辨是成體或幼體。有些生物的成體和幼體的形態則相差甚遠，好比蝴蝶和蛙類；也有些生物的成體和幼體沒有太大區別，如同鱷魚。

這兩類生物的差別是什麼？

海葵就是幼體和成體相差很多的生物。海葵幼體是一種很像水母的生物，叫做「浮浪幼蟲」 。浮浪幼蟲在海中自由自在漂游，找到喜歡的岩石區時就會落腳，落腳後就不再移動，附著在岩石上長成海葵。移動是海葵幼體的重要任務，長大後的海葵則是肩負產卵留下子代的使命。

蛙類和蝴蝶的成體與幼體形態也各不相同，不過任務分配上與海葵不同，負責移動的是成體不是幼體。
由此可見，如果一個生物的幼體與成體各有不同任務，彼此的形態就不會相同，而沒有區分任務的生物就具有相同形態。

人類的大人與小孩 

我們人類又是什麼情況呢？ 

人類不會因為長大而生出翅膀或尾巴消失。人類的大人和小孩的外型非常相似，但並非完全相同的個體。舉例來說，嬰兒在我們眼中看起來就很可愛。

小孩子可愛的祕密在於他們的寬額頭。嬰兒的眼睛和鼻子集中在臉的下半部，額頭顯得很寬闊，寬額頭會使得整張臉看起來就惹人憐愛。而且嬰兒頭大、四肢短，整體感覺圓滾滾的，帶有人類大人不具備的「可愛感」。假如出現了一個比成年人更巨大的嬰孩，所有人應該還是能夠辨識出他是個嬰兒。人類不像鱷魚，我們不會分辨不出來誰是大人、誰是小孩。 

人類的大人和小孩具有不同的外型。除了人類，貓狗的寶寶也長得很可愛，即便是凶猛的獅子與灰狼，牠們的幼崽看起來還是很討喜。哺乳類動物的一大特徵，就是「幼體很可愛」。

嬰兒為什麼可愛？

哺乳類動物的嬰兒擁有可愛的外型。

人類出生後先是嬰兒，嬰兒長大是兒童，童年時期的人類依然保有他們的可愛，但是在長大的過程中卻會漸漸失去這種特質。

蛙類的成體和幼體雖然具有不同形態，但是蝌蚪並不是很可愛；蝴蝶小時候是毛毛蟲，反而比較多人覺得毛毛蟲噁心，只有少數人認為牠們可愛。 

既然如此，哺乳類動物的嬰兒為什麼會可愛？

原因就在於，嬰孩需要大人的保護。哺乳類動物具有育幼行為，牠們的子代需要親代的養育。小孩的可愛外形是為了獲得大人的保護。烏龜以堅硬的龜殼防身，毛毛蟲透過毒毛保護自己，而哺乳類動物的嬰兒則是把「可愛」當護身符。 

嬰兒的額頭很寬。為什麼額頭寬看起來就比較討人喜歡呢？因為大人的腦袋裡內建了寬額頭等於可愛的程式。 證據就是只要額頭寬，不管是不是嬰兒看起來都很萌。不過額頭寬並不是為了可愛。

如果說紅燈是「停止」的信號，寬額頭就代表「不可以攻擊」與「要保護他」的信號。

對於哺乳類動物來說，大人要保護小孩，小孩要被大人保護。大人與小孩的外型相似卻又不盡相同，因為他們肩負不一樣的任務。這樣說來，小孩的任務是什麼呢？小孩的任務很明確，就是「長大」。一個人要有健全的童年，才能成為健全的大人，這就是小孩的任務。

不過近年來人類的大人和小孩越來越難區別了。 總覺得不像小孩的小大人一直在增加，長不大的巨嬰也很多。

——本文摘自《生物轉大人的種種不可思議：每一種生命的成長都有理由，都值得我們學習》，2023 年 8 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《好奇不設限，屎尿皆可探——搞笑諾貝爾獎得主楊佩良專訪》
• 作者／科技大觀園特約編輯｜曹盛威  

與胡立德教授（David Hu）團隊一同進行研究的楊佩良博士，曾以「尿尿時間是 21 秒」與「袋熊大便是方形」，兩次登上搞笑諾貝爾獎頒獎典禮。問起她是不是為了搞笑諾貝爾獎，刻意以「屎尿」作為研究主題，她只淡淡說了一句：「從頭到尾想都沒想過！」又追問她為什麼要做這些研究，楊佩良博士笑著說：「你不覺得這很有趣嗎？」

立定志向的演講

談起自己為何會開始生物力學的相關研究，楊佩良想起了大學時期聽到的一場演講，這場演講正是胡立德教授的研究分享，主題是「蛇的爬行方式」。

「如果光靠蠕動，蛇是不能前進的，還要靠鱗片的立放才能順利前進！」楊佩良說胡教授的分享為她的人生開啟了另一扇門，回想過去，小學時很喜歡看故事書，以為自己會當個作家，中學時則愛上了生物，到了高中又對物理與數學產生興趣，每個階段愛的都不同，「我愛的是生物加上力學，聽到兩者可以二合一的時候，有個念頭從我腦中一閃而過。」至於當時聽完胡立德的演講後有何感想，楊佩良說：

「很難的數學，很鬧的結果。」這就是楊佩良踏入科學研究的契機。

勇於面對質疑

在楊佩良求學過程中，其實也跟家人有過衝突，她說：「當然有阿！最常被問到的就是念了這個有什麼用？尤其我的博士論文（尿尿時間 21 秒）超怪的。不過畢竟是個博士，而且還是個不錯的博士（機械博士）。」

不只是家人有衝突，許多大眾在過去也很不諒解他的研究，「在還沒得獎（搞笑諾貝爾獎）之前，許多人聽到我的研究都是毀譽參半。」楊佩良分享之前接受美國媒體採訪的經驗，採訪的主題正是她的博士論文，當採訪上傳到 Youtube之後，like 跟 dislike 數是差不多的。

「不過在得獎（搞笑諾貝爾獎）之後，這些事情就沒發生過了。」楊佩良笑著說，也對搞笑諾貝爾獎傳播科學的能力感到驚訝，「以前都會說我們是不務正業、浪費資源，現在都說我們是有『玩心』的科學家。」

研究尿尿的契機

說起研究尿尿的原因，楊佩良分享了胡立德教授的生活故事。放假時，胡教授在家裡帶小孩，閒著無聊就開始觀察起小孩，發現小孩上廁所花的時間跟自己差不多，這個現象引起了胡教授的注意。

「我小孩跟我體型差這麼多，他的尿才那麼一點點，怎麼尿尿的時間會跟我差不多？」接著胡教授又跑去觀察他們家養的狗，發現尿尿的時間也跟自己差不多。

「那時候我剛進（胡立德的）實驗室，然後我自己不是那麼喜歡坐在辦公室，所以我那時候跟他（胡立德）說，只要你讓我去動物園，我什麼都願意。」後來，胡教授便把研究尿尿的重責大任交給楊佩良，說：「那你去幫我調查全世界最大的（陸上哺乳類）動物，尿尿的時間是不是也差不多。」

尿尿觀測小組

為此，楊佩良與另外兩位學生組成了「尿尿觀測小組」，他們先是在網路上搜尋大象（最大的陸上哺乳類）的尿尿影片，也去附近的動物園駐點觀測動物尿尿，此外，也跟動物園協商某些動物是否能近距離觀察或採集尿液。

楊佩良提到動物園的動物，生活作息其實非常規律，有經驗的飼育員甚至能精準告訴你哪隻動物現在要準備尿尿，這讓數據蒐集與採樣變得簡單，但也有非常難搞的，像是動物收容中心裡的流浪狗。

「如果站在狗的後面，他們會直接跑掉。」這些流浪狗對人的警戒心很高，最後他們用了寵物尿墊蒐集尿液，以前後重量差異的方式來估算尿液的重量。

NHK 再次驗證

研究發表後，不少人寄信給楊佩良，說這研究的誤差值太大（誤差值為正負 13 秒，平均尿尿時間也才 21 秒）或是自己尿尿的時間根本不是 21 秒，楊佩良解釋：「這可是 5 公斤到 5000 公斤的動物的數據，所以我想這應該是一個很小的離峰值。」此外，其他需要考慮的變數也很多，像是每個人對於「想尿尿」的感覺不同，有人可能膀胱還沒滿就跑廁所了。

「由於太多人問人類相關的問題，日本 NHK 就找我們，還協調了一位日本的泌尿科醫師來做這件事（測量人類小便的時間）。」在節目中，泌尿科醫生在車站外面招募參與者，請他們去上廁所並用碼錶記下自己上廁所的時間，最後收集了約有兩千位參與者的尿尿數據。

「平均起來大概是 20.5 秒吧。」這個數值十分接近楊佩良的研究結果，在分享這個數據的同時，楊佩良也鬆了一口氣，「其實我一直很怕自己做的東西無法適用在人類身上，雖然我的模型理論上是 21 秒，但我沒有（人類的）數據可以支持。」

古老的問題：袋熊便便是方的

「在沒看到樣品之前，我一直認為這是假的。」楊佩良博士如此說道。在澳洲，「袋熊便便是方的」如常識般流傳在民間，一般人認為這是因為袋熊肛門是方的，才讓便便變成方的。

「為此，我們聯絡了澳洲當地的袋熊專家（Scott Carver），他跟當地政府配合處理路殺袋熊。」Scott 告訴楊佩良，在解剖袋熊屍體時，就能看到袋熊的腸道中有方形便便，Scott 把樣本寄到美國，楊佩良這才確認了袋熊便便真的是方的。後來，楊佩良也針對活體袋熊做了 CT 斷層掃描，發現袋熊的肛門形狀是圓的，肛門是方的說法也就不攻自破了。

這些現象直指袋熊「便便是方形」的秘密就在腸道中。在解剖路殺袋熊後發現，這些便便要到腸道末端才逐漸變硬、變方，而要形成我們所見到的方塊便便，則大約是到了腸道末端 8% 左右的地方才能見到。

方形便便的力學分析

會有這個現象主要原因，是袋熊的腸道肌肉發育不平均，如下圖 (a) 所示，紅色處代表肌肉較薄，較容易變形的區域，藍色則是肌肉較厚，較不易變形的區域。

我們可以把袋熊腸道的截面模型，當作兩種不同的彈簧組合在一起，紅色的部分是容易被拉開的彈簧，藍色的部分是不容易被拉開的彈簧。為了維持力平衡，各處彈簧連接處的受力必須相等，拉開角度與伸長量的分析方法如 (b) 所示。

腸道蠕動的過程則可以簡單理解為有外力壓縮腸道，由於兩種彈簧受外力後的伸長量不同，因此腸道無法繼續維持圓形，最終形成類似橢圓形的形狀（如圖中 (c)、(d)、(e) 所示）。不過，這個模型是沒有便便在腸道中的模型，也沒有考慮腸道中兩種不同彈簧的受力伸長量（原文為 Stiffness，剛度）的差異，把這兩個變數考慮進去後，形狀就會接近正方形了！

註解：剛度比（C），數值越大表示腸道軟與硬的部分剛度差異越大；雷諾數（Re），數值越大表示流體慣性力越強，流體無法朝同一方向移動，此狀況下可簡單理解為糞便越乾越硬，不是稀稀水水的。

簡言之，如果腸道的肌肉分布越不均勻（腸道軟與硬的部分差異越大），以及糞便越乾，就越容易形成方形便便！這也說明了為什麼袋熊便便只會在腸道的最末端變成方形，除了多次擠壓之外，這時的便便也比較乾燥。

至於我們有沒有可能大出不同形狀的花俏便便呢？楊佩良則分享了一位腸胃科醫師的意見：「大腸癌的初期的患者，其實就是大腸的某個角落開始硬化，因此有可能大出來的大便形狀會不太一樣。」下次大便的時後，記得多看一眼便便形狀，搞不好能及早發現大腸的病變！

為了好奇心，學會名為「科學」的工具

「澳洲人很早以前就知道袋熊便便是方的，為什麼會等到我來做研究呢？」楊佩良的話令我們沉默，對楊佩良來說，數學或物理並不是課本中會考的知識，而是解決問題的「工具」。

也許澳洲人很早就發現了這個問題，也很想解開這個謎題，但這些想解開謎題的人，並沒有相稱的「工具」可以解謎，「澳洲袋熊專家（Scott）就是其中之一，因此當我告訴他想要研究這個問題的時候，他非常大方地提供各種幫助。」

「如果不是為了好奇心，手腳就會動得慢！」楊佩良認為自己學習的動力就是好奇，只要真的想做，總會有方法解決。她分享自己在大學時遇到的外文與物理雙主修的學姊，雖然數學是個門檻，但學姊最後還是完成了雙主修。

「算了一下，這位學姊在大學時花在物理跟數學的總時數，絕對超過我們花在高中的總時數。」楊佩良認為並沒有命定論這回事，再次回憶起自己過去的學習歷程，都是順著自己的心意，認真想要回答自己遇到的問題，才會到處學各種新的事物。

為了不抹滅學生的好奇心，楊佩良在自己的流體力學課上，要學生針對自己有興趣的現象，做出「流體可視化」當作期末報告，她說：「只要拍出來我就給過。」

楊佩良分享了幾位學生的題目，一位游泳隊的學生好奇為什麼自己在學校的泳池游泳比較快，錄下了在不同泳池游泳時的水流狀況，足球隊的學生則拍下了逆風與順風射門時的差異，而另一位沒有社團活動的學生，則拍下了無葉風扇的氣流是怎麼流的。

「生活中其實有很多流體力學。」像是香菸的軌跡，或是蛋白打發，都是流體力學的守備範圍。雖然深入分析需要流體力學與工程數學的協助，但「流體可視化」只要花點巧思，就能看見流體現象、比較差異，而這種回饋感，正是好奇心的來源，有足夠的好奇心，補齊「工具」也不會是難事。

無用的傳承與啟發

談起研究應用，楊佩良說：「有用的東西，是建立在無法運用的基礎上，傳承後的結果。」也分享近三年內，關於尿尿研究的後續研究成果，包含了智慧馬桶與導尿管的設計，「這些研究是我一開始沒有想到的，但如果沒有我的研究，他們也不會想到。」

未來，楊佩良也將繼續投入更多有趣（但可能無用）的研究題目上，像是鳥類（候鳥）群聚飛行時，為什麼不會有豬隊友讓他們撞在一起？而胡立德教授的團隊也持續研究各種有趣的現象，像是一大群蛆如何每隻都能吃到食物，或是動物舌頭的相關後續研究。

1. Yang, P. J., Lee, A. B., Chan, M., Kowalski, M., Qiu, K., Waid, C., … & Hu, D. L. (2021). Intestines of non-uniform stiffness mold the corners of wombat feces. Soft Matter, 17(3), 475-488.
2. Yang, P. J., Pham, J., Choo, J., & Hu, D. L. (2014). Duration of urination does not change with body size. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(33), 11932-11937.

上帝、教會與（有點長毛的）長毛象

幾乎所有文化在面對生命本源的問題時，都會用一些角色與故事回答問題。在希臘神話中，最初只有卡俄斯（Chaos）——虛無——的存在，接著蓋亞（Gaia）從虛無而生，然後生下天空烏拉諾斯（Uranus）。他們的後代包括泰坦（Titan）、獨眼巨人（Cyclopes）、百臂巨人（hundred-handed creatures）、諸神（赫斯提亞〔Hestia〕、狄蜜特〔Demeter〕、宙斯〔Zeus〕等），以及後來的人類。古蘇美人則相信母神納木（Nammu）生下了天與地，並且誕下動植物與人類。在拉科塔族（Lakota）傳說中，這個世界存在之前還有另一個世界，那個世界的人類罪孽深重，因此大靈（Great Spirit）用洪水淹沒大地，只有烏鴉康吉（Kangi）活了下來。大靈另外派三隻動物取了泥回來，由大靈塑造成土地與世界各地的動物，然後又用紅、白、黑、黃四色的泥塑造出男人與女人。而在基督教故事中，上帝先是創造出無形的荒蕪，接著創造光、天空、土地、動物，以及掌管所有生物、後來成為人類始祖的亞當與夏娃。

這些故事都編造於我們理解生物學、天擇與生命演化之前。《創世紀》（Genesis）記載了許多戲劇化的故事，故事中世界遭遇危難、一家人盼望生下孩子，還有人遠行尋找未來的家園，它的多位作者根本沒聽過好幾世紀後達爾文對於天擇的觀察，也沒聽過格雷高爾．孟德爾（Gregor Mendel）提出的遺傳法則。（若能研究《聖經》中幾個著名家族——例如撒拉〔Sarah〕、利百加〔Rebecca〕與拉結〔Rachel〕的家系——的基因序列，那也許可以找出她們難以懷孕或成功生育的原因。）

蘇格蘭哲學家大衛．休謨（David Hume）曾觀察到，我們人類共同的這些創世神話之所以存在，是因為我們需要用有因果關係的故事理解周遭世界，也是因為當社會規則有前後文脈絡時，社會才能運作得更好。那麼如今，隨著合成生物學打破我們自古流傳下來的規則，迫使我們重新思考這些規則的合理性、挑戰自己原先相信的起源故事，我們又該如何是好呢？到了今天，科學家忙著在數百間實驗室裡幻想、設計與生產生命的未來——而在其中一間實驗室裡，一位備受敬慕的研究者邀我們檢視與調和自己對科學及信仰的信念。

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喬治．丘奇在生物學界絕對算得上「大」人物，他同時是麻省理工學院與哈佛大學的教授與實驗室主任。即使不穿鞋，他的身高也達六呎五吋（約一百九十五公分），校區內甚至有幾道門太矮，他必須彎腰低頭才有辦法通過。他擁有天使般大大的可愛笑容、紅潤的雙頰、一頭茂密的白髮，以及蓬鬆的長鬍子。簡而言之，他可說是聖誕老人的遺傳學家弟弟，脾氣也和聖誕老人同樣和藹可親。人們常因丘奇的研究主題而將他和查爾斯．達爾文——甚至是更偉大的人物——相提並論。在討論如何利用合成生物學設計與操控生物學未來時，喜劇演員史蒂芬．荷伯（Steven Colbert）一度打斷了丘奇，急切地問道：「我們有重新設計的必要嗎？」他接著說道：「第一次發明我們的是上帝，是創造天地的主。先生，你這是在扮演上帝嗎？你這個鬍子的確很有假扮上帝的潛力。」荷伯也許沒發現，他這句笑話其實有幾分真實，因為丘奇花費了大量心血想創造新生命，以及復活已死的生物。

丘奇在一九五四年誕生於佛羅里達州麥克迪爾空軍基地（MacDill Air Force Base），從小在鄰近坦帕灣（Tampa Bay）的中產階級社區長大，生活環境不算特殊。丘奇的父親是空軍中尉，同時也是賽車手、光腳滑水運動員，比起寧靜的家庭生活，他對刺激的活動感興趣得多。丘奇的母親則是律師、心理學者與作家，她優秀又有想法，早就受夠了丈夫的行徑。她兩度再婚，第二次對象是一位名為蓋洛．丘奇（Gaylord Church）的醫師，蓋洛正式收養了當時九歲的喬治。喬治立刻對繼父包包裡的醫療器材深感興趣，蓋洛教好奇的兒子如何消毒針頭，甚至偶爾讓喬治為他注射藥物。

這段時期，丘奇在天主教學校的老師都對他頭疼不已。丘奇雖然禮貌，卻頻頻提出修女們答不上來的問題，經常帶著老師們鑽神學的牛角尖。他高中就讀麻州名聲極佳的寄宿學校——菲利普斯學院，也就是馬文．閔斯基的母校——這所學校就比較適合他了。他在此鑽研電腦學、生物學與數學——卻也發現自己越來越無法在夜裡完全入眠，日間也難以保持清醒，即使在他深愛的數學課上也會打瞌睡。其他學生不停拿這件事笑他，代數學老師甚至叫他乾脆別來上課了：既然他這麼常在課堂上打瞌睡，那就自己想辦法學數學吧。丘奇為自己辜負師長的期許而感到羞愧，同時也恨自己無法融入群體。

後來他就讀杜克大學（Duke University），睡眠問題仍不見起色，他常在會議或研討課中不小心睡著，睡幾分鐘後聽見自己的名字，他又會像沒睡著一樣猛然驚醒、回應對方。有次在一位系主任的課堂上，系主任見學生斗膽打瞌睡，甚至氣得拿粉筆丟他。儘管如此，丘奇還是在短短兩年內拿到了化學與動物學的學士學位，接著繼續在杜克大學讀生物化學研究所。他很快便被晶體學（crystallography）吸引，這在當時是一門新學問，可用以研究轉運 RNA（tRNA）的三維結構，深入瞭解這種負責解碼 DNA、將遺傳指令運輸到細胞其他部分的 RNA。

丘奇的睡眠問題並沒有好轉，大多數人都以為他不過是太無聊或在做白日夢，孰料他其實是無意間迅速進入了睡眠的快速動眼期（REM sleep）——也就是人們睡眠時做夢的階段——並且將清醒時的想法帶進了夢裡。在清醒夢狀態中，他看見了未來的各種可能性，探索了不同排列組合的科學方法——換作是清醒的人，絕不可能想到用如此古怪、瘋狂的方式應用科技。

在學生時期，丘奇老是因太過好奇與容易分心（當然還有打瞌睡）而惹上麻煩，他每週花上百小時做尖端晶體學研究，以致從不出席核心課程，最後想當然耳被當掉了。他被逐出了生物化學系，只能試圖轉系、繼續從事研究，然而他修的課程太雜、個人名聲不佳，而且研究領域又很奇怪，沒有教授想收他。此時的丘奇二十歲了，他發表過重大論文、獲得了著名的國家科學基金會（National Science Foundation）青年學者獎，卻被學術界的官僚體制拒之門外。

話雖如此，丘奇仍設法轉學到了哈佛，並下定決心讀完研究所。到了哈佛大學後的第一學期的早秋某一天，丘奇上課遲到了幾分鐘，於是他悄悄溜進教室、在最後一排找位子坐下。他取出筆記本、抬頭看向老師的投影片，赫然發現當日主題是自己的一篇論文。那堂課的教授是分子生物學界首屈一指的學者華特．吉爾伯特（Walter Gilbert），他沒發現丘奇也是這堂課的學生。（吉爾伯特在三年後因開發出 DNA 定序的早期方法之一而獲得諾貝爾獎。）

丘奇繼續做著生物化學相關的夢，提出了許多大膽的想法，其中之一是能低成本且快速解讀 DNA 的機器，還有一者是用現成分子改寫基因體、改良自然造物的方法。在他的想像中，他可以用特定的酶修改基因體當中不同的部分，還能讓神經多樣（neurodiverse）者——例如有強迫症或自閉症的人們——調控他們的特殊能力，而不是用藥物抑制這些能力。丘奇的想法被他帶進了實驗室，他致力於基因體定序與分子多工（molecular multiplexing）的研究，後者是能夠同時定序數條 DNA 的技術，不必像當時廣受使用的方法一樣，一次僅定序一條 DNA。這其實不是新技術，但大部分科學家認為這種想法太過荒謬，所以並沒有繼續順著這條路研究下去。丘奇證實了此事的可行性，一次定序多條 DNA 的方法很快便被許多人接受，大幅降低了 DNA 定序的成本。

——本文摘自《未來的造物者》，2023 年 11 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。