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染色體「X 檔案」解密!——談談女性「X 染色體去活化」機制

賴昭正_96
・2021/04/03 ・4338字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 566 ・九年級

在數學和科學中,男人和女人的智力沒有差異。男性和女性之間基因的差異只是Y 染色體,與智力無關。

Christiane Nusslein-Volhard(1995年諾貝爾醫學獎)

當過父母親的讀者大概都注意到,男、女孩在非常早期,就已經顯示出非常不同的特質:例如將玩偶女娃與玩具汽車擺在他們之前,大部分的女孩都會選擇前者,而大部分的男孩則會選擇後者。這到底是後天受影響還是天生的「演化」結果,大概將永遠爭論不休。但男女身體構造不同(最明顯的當然是生殖器官),則是一個無所否認的事實!

現在科學家已毫無疑問地確定男女間的生理差別是因為「遺傳因子」不同造成的,這些遺傳因子就存在細胞核的染色體內。檢視比較男女的染色體,可以清楚地看出,在 23 對染色體中,男女之間有一對明顯地非常不同的「性染色體」:女性那對外表相似的性染色體為 X;而男性除了一條 X 外,另一條則被一位身材矮小、被稱 Y 的染色體取代!顯然造物者是有點不公平,但是對誰不公平呢?

本文擬探討,性染色體 XX 與 XY 的發現與運作機制,男女之間多(少)一條 X 染色體,是怎樣的機制使其正常運作的呢?

遺傳物質藏身處:染色體的發現

德國生物學家弗萊明(Walther Flemming, 1843-1905)為研究細胞的遺傳物質及染色體之「細胞遺傳學」(cytogenetics)的創始人:他首先觀察並系統地描述正常細胞分裂期間之細胞核中染色體行為的人。1879 年時,弗萊明發現在細胞分裂過程中,細胞核中呈顆粒狀的結構能大量吸收紅色合成苯胺染料,並從希臘語「顏色」一詞中將這些結構命名為「染色質」(chromatin)。

四年後德國解剖學家瓦爾德耶爾(Heinrich Waldeyer)改稱為「染色體」(chromosome)。染色技術使弗萊明能夠詳細地觀察到在細胞分裂的過程中,這些染色體呈線狀縱向分裂產生兩個相同的兩半,因之將此過程稱為「有絲分裂」(mitosis)[註一]

有絲分裂示意圖。圖/wikimedia

儘管弗萊明有敏銳的觀察力,但他並未意識到細胞分裂可能與遺傳有關。1865 年,被稱為「遺傳學之父」之孟德爾(Gregor Mendel)的豌豆實驗顯示遺傳應以離散單位傳輸,每個單位有上代父母親之半個單位組成。1902 年,美國遺傳學家和醫師薩頓(Walter Sutton)謂孟德爾遺傳定律可以應用於生物體細胞內的染色體(現稱為 Boveri-Sutton 染色體理論)。他描述了現代遺傳學的細胞基礎:細胞含有父母雙方每個染色體中的一個;後代從每個父母那裡透過卵子受精各獲得一條染色體,從而形成一對染色體。當然,我們現在知道孟德爾的遺傳單位就是 DNA 裡面的基因,而 DNA 就是「躲藏」在染色體內。

男女有別,差在染色體

人類細胞內有多少對染色體呢?1923 年,美國動物學家潘特耳(Theophilus Painter)由他所謂的「最佳細胞」或人體睾丸的最佳部分「證明」了人類具有 48 條染色體。這錯誤一直持續到 1956 年,才由瑞典隆德(Lund)遺傳研究所的齊歐(Joe H. Tijo)和雷面( Albert Levan)確定實際數目是 23 對(46條)染色體。

這 23 對染色體當中,有一對非常突出不同於其它的:那就是男性具有稱為 X 及 Y 的不同染色體,而女性則具有一對相似的 X 染色體!

男女生理上的差異源自性染色體的組成不同:男性具有 X 及 Y 染色體,女性則有一對相似的 X 染色體。圖/pexels

當然,因為男女有別,這一發現應該不會讓令人驚奇。X 染色體相當大,約含 1300 個基因;這些基因在大腦功能上佔了不成比例的重要性,在卵巢或睾丸形成的各個階段、以及雄性和雌性的其他生育能力上也扮演了許多必要的角色。而 Y 染色體則特別小,只含 40 – 50 個基因而已:當然其中許多是雄性生殖所必需的。 

就性別決定而言,Y 染色體中最重要的是一個稱為 SRY 的基因;SRY 蛋白激活胚胎中決定睾丸的途徑,促使產生最重要之「男性」睾丸激素,使胚胎男性化。萬一 Y 染色體內缺​​少了SRY 基因或 SRY 基因受損,則該男性的外表將出現女性化。而如果父親的精子在形成過程中,Y 染色體中的 SRY 基因的一小部分「不小心」地轉移到 X 染色體上,則性染色體為 XX 染色體的孩子,也會出現男性的特徵。

前面提到,X 染色體中的基因在大腦功能上佔在有相當重要的地位。因此亞當可能會反對為什麼上​​帝只賜給他一個 X 染色體,但卻給夏娃兩個!還好生物學家發現染色體多並不是好現象!事實上除了編號為 21 的染色體外,任何其它多一條染色體的胚胎都沒辦法正常發展,只有胎死腹中一途!而多了一條 21 號染色體的胚胎呢?那正是出生後患有「唐氏病」(Down’s syndrome)的原因!

「唐氏病」是由第 21 號染色體出現三體現象造成的遺傳疾病。圖/wikimedia

由此看來,細胞的基因表現上,一對染色體中多 50% 顯然不是什麼好事,那麼女性的 X 染色體比男性的 X 染色體整整地多了一倍,那上帝不是在故意給夏娃找麻煩嗎?

過猶不及—— X 染色體的去活化

英國遺傳學家瑪莉.里昂(Mary Lyon)。圖/wikimedia

沒有 X 染色體當然是不行,但顯然太多也不是福。在 1960 年代初期,英國遺傳學家瑪莉‧里昂(Mary Lyon)提出了 X 染色體「劑量補償」(dosage compensation)的假設。 她預測:

  1. 正常雌性的細胞僅含一條活性(active)X 染色體;
  2. 另一條 X 染色體在早期胚胎發展過程中就被「去活化」(inactivation)了;
  3. 被去活化的 X 染色體可能是父親或母親的版本,在每個細胞內個別隨機發生;
  4. 發生在「體細胞」[註一]內的去活化是不可逆的,隨細胞分裂一代一代地傳下去。

經過半個世紀多的研究,這些預測現在被證明是完全正確的,因此有些教科書稱此一「去 X 染色體活性」「里昂化」(Lyonization)⎯⎯不少生物學家、細胞學家、遺傳學家認為里昂有資格獲得諾貝爾獎。看來上帝還是公平的:夏娃雖然有兩條 X 染色體,但只有一條具有活性,另外一條看來只是裝飾用的。

由於 X 染色體與其他染色體有所不同,我們的身體顯然有特別辨識及計數的機制,如前面所介紹的,除了 21 號染色體外(唐氏症),多出任何其它染色體的胚胎都沒辦法正常發展。因為這個辨識、計數、及去活化的機制,多條 X 染色體的胚胎常常可以生存下來,只是生理機能上會出現某些缺陷!

突變的性染色體的遺傳疾病

在筆者在蘇俄最後沙皇與血友病 (科學月刊 2020 年 6 月號) 一文中,提到血友病通常是一種因 X 染色體中單個基因突變造成的遺傳性出血疾病。男性因為只有一個 X 染色體,所以只要它不正常,就足以引起血友病。女性因有兩個 X 染色體,加上血友病基因為「隱性 」(recessive),故兩個拷貝都必須發生突變才能引起這種疾病(非常罕見)。

著名血友病基因攜帶者亞歷山德拉和俄羅斯帝國末代沙皇尼古拉二世的訂婚照。圖/wikimedia

女性每個細胞內確實是有兩個 X 染色體,但是只有一個具活性!還好去活化的過程是隨機的,因此對帶有一個拷貝血友病基因的女性來說,機率上應該有半數的基因表現正常!但就幫助受傷後之血液凝結卻已經足夠了!

但在雷特綜合症(Rett syndrome)這方面,就是另一個故事了。雷特綜合症是一種罕見的神經系統疾病[註二],主要發生在女孩中,常造成語言和協調障礙,以及重複性動作,影響了孩子各方面的生活。

雷特綜合症的起因與血友病相似:X 染色體上的一個名為 MECP2 的基因突變引起的。但與血友病不同的是:具有類似突變的男孩通常會在出生後不久就死亡,因此很少看到患有此症的男孩。只有一條正常 X 染色體的女性就不像血友病那麼幸運:經 X 染色體去活化後,只有一半正常 MECP2 基因來製造蛋白質已不能阻止雷特綜合症了!可想而知,正在研發中治療此病的一個方法是設法活化被去活化的正常 X染色體。

與諾貝爾獎失之交臂的瑪麗·里昂

「里昂化」,即 X 染色體去活化,彌補了 XX 雌性和 XY 雄性之間基因劑量的差異。提名里昂為 1984 年英國皇家勳章得主之推薦信謂:「它(X 染色體去活化)為雌性哺乳動物長期存在的 X 劑量補償問題提供了解決方案,揭示了細胞中存在異常數量的性染色體的本質,改變了人類某些腫瘤和慢性粒細胞白血病起源的觀念,並為思考關閉基因的基本機制提供了參考。正如科學家很快將其稱為里昂化一樣,它也許比任何最近之生物學概念開闢了更多的研究領域,及激發了更多的工作。」

儘管做出了重大的貢獻,卻不知道為什麼里昂與諾貝爾獎無緣?如果是因帶兩個 X 染色體的關係,那顯然諾貝爾獎委員不了解她的 X 染色體去活化理論。里昂於 1984 年獲得英國皇家勳章獎,1997 年獲得被稱為是貝爾獎重要預測指標的沃爾夫醫學獎(Wolf prize)[註三]

沃爾夫基金會標志。圖/wikimedia

本稿完成於「淡淡的三月天,杜鵑花開在山坡上,… 」[註四]之際:適逢 3 月 8 日為全世界婦女節,三月為美國、英國、及澳洲的婦女歷史月,僅以此文獻給被諾貝爾獎委員會遺忘的瑪麗·里昂。

注解

  • 註一:有絲分裂即是一般執行普通身體功能之體細胞(somatic cell」的分裂方法。多細胞生物體內尚含有負責傳遞遺傳信息的生殖細胞(germ cell);它們可以分裂產生精子和卵子。1883 年,比利時細胞學家 Eduoard van Beneden 發現精子和卵子只含半數染色體。為了說明性細胞中染色體的減半,德國生物學家魏斯曼(August Weismann)在 1887 年提出必須有另一種不同類型的細胞分裂;到1900年,生物學家終於了解了此一減數分裂(meiosis)的細胞分裂過程。
  • 註二:大部分是因為突變造成的,不到 1% 是遺傳的。
  • 註三:沃爾夫基金會成立於 1978 年,設立每年頒發一次的醫學、農業、化學、數學、物理、和藝術六項沃爾夫獎。 該獎項被認為是科學界第二負盛名的獎項,為諾貝爾獎的重要預測指標。但因諾貝爾獎不發給死人,因此即使諾貝爾會員現在想發給里昂(1925-2014),也是「樹欲靜而風不止,子欲養而親不待」了!
  • 註四:《杜鵑花》是1950 年代台灣孩子耳熟能詳的一首歌,其實它卻是原籍廣東省的作曲家黃友棣創作於 1941 年,中國「對日抗戰」中期,描述烽火時代兒女情長的歌曲,在四川、雲南等大後方受到青年學子的喜愛而流行一時、廣為傳唱,是一首「抗戰時代歌曲」(取自 2015-03-25民報 )。是筆者小時候非常喜歡的一首歌。

延伸閱讀

  • Nessa Carey, 「The Epigenetics Revolution」,Columbia University Press, New York, 2013。

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。


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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook