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喜歡變化的我,如何在生技領域找到適合的位置?——《撕下標籤,成就最好的自己》

商周出版_96
・2021/06/03 ・4381字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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  • 作者 / 丹尼爾‧古德曼
  • 譯者 / 許可欣

珍妮佛.帕克(Jennifer Park)

我小心地用鑷子操作放在組織培養箱裡的小管子,在管子中放了已經培養一週的膠原蛋白,膠原蛋白中養著幹細胞。所有東西都經過仔細的消毒——管子、管件和鑷子,下一步是把這個管子插入一個小箱子裡,希望裡面由脈動幫浦產生的規律「心跳」可以誘使細胞變成循環系統的平滑肌細胞。

一週後再檢查這項實驗,我已經可以聞到失敗的味道了。生長媒介散發出淡淡的雞湯味,配件周圍開始長出黴菌,某個煞費苦心的步驟裡,細菌入侵了。我不得不重新開始,把這個失敗、昂貴的實驗清理掉,並找到出錯的環節。一再而再重複。這就是我的研究所生活。

圖/Giphy

我喜歡變化,我喜歡到新的地方旅遊,嘗試新的食物,探索各種愛好。許多不同的事物都會引起我的興趣,所以多年來,我一直難以深入鑽研某一主題。我追求變化的欲望吸引我到麻省劍橋的塞爾文塔生技公司(Selventa),這家公司利用計算技術,使用系統生物學的方法來理解疾病和藥物的反應機制。

塞爾文塔的工作和我在研究所的生活大不相同——相較於專注於單一疾病,我學到的是許多疾病。我可以看到不同疾病間的機制趨勢,理解它們的差異。我覺得塞爾文塔的工作是有效率、廣泛且直接的——我們發展的藥物在未來幾年即可用來治療病患,而不是試圖了解未來某個時候可用在治療上的細胞功能。

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我也喜歡工作中的溝通,喜歡和不同的團隊合作,一起完成專案。我在塞爾文塔工作的時候,從個人貢獻者轉為研究總監,監督團隊合作和溝通。我最近加入另一個波士頓區的生技公司,在那裡我進一步進入管理層,成為業務發展總監。我在新的職位和客戶溝通,了解客戶及公司內部專案團隊的問題和目標,確保我們能滿足客戶的需求。我研究許多疾病,滿足了我對變化的渴望,我也繼續學習新的藥物、疾病和生物機制,這份工作有助於設計出真正有機會進入臨床的最佳療法。

科學和人文的早期學習

我在休士頓一個叫清湖(Clear Lake)的郊區長大,在很好的公立學校上學,父母都是太空總署的承包商,工作地點在詹森太空中心(Johnson Space Center)。父親在俄克拉荷馬州立大學取得電機工程博士,母親在費爾里.狄金生大學(Fairleigh Dickinson)攻讀英文碩士時認識了爸爸,但搬到休士頓後,她又在休士頓大學取得另一個電腦資訊系統碩士學位。

學習科學和人文知識對我們家來說,是成長的重要部分,我拿化學裝置做實驗,我爸會在我和妹妹上學途中提出數學問題,也會幫我們做科展的題目。透過我的母親,我也能接觸到藝術和音樂,她帶我們去聽古典音樂會,幫我們報名音樂和藝術課程。高中時,我參與了樂團,夢想自己能在紐約愛樂交響樂團(New York Philharmonic)演奏單簧管。

高中畢業時,兩大首選大學是柏克萊和康乃爾大學,我選了康乃爾,我想在美麗的郊區城鎮開創人生,而不是搬到已經有姐姐在那裡上大學的城市。在康乃爾,我修讀科學、工程、文學和音樂課程,我在管樂團和爵士樂隊演奏單簧管,心裡好奇當個音樂家會是什麼樣子的。我對自己的職業方向感到矛盾,但身為一個有務實教養的務實人,我選擇追求科學,這個選擇感覺比較穩定,也更有社會影響力。

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康乃爾大學。圖/Wikipedia

創造人生

康乃爾有個校外實習計畫,你可以在寒假期間跟著校友一起工作。因為我考慮之後從事醫學職業,我觀察到休士頓安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center)有名整型外科醫生會在病患移除腫瘤後重建他們的外型。我看到了病患諮詢和手術的過程,看著他們做出困難的決定,看著他們的結果,給我留下了深刻持久的印象。等回到康乃爾,我決定不當醫生了,我要做生物工程師,創造新的器官。

我有三次機會在康乃爾從事生物工程研究。第一個研究經驗是在大二後的暑假跟著賴瑞.沃克(Larry Walker)教授,我得以進入由國家科學基金會贊助的計畫,研究如何利用纖維素酶分解纖維素,以進行廢物處理。大三後的暑假,我在喬治亞理工學院(Georgia Tech)馬克.李文斯頓(Marc Levenston)博士的生物力學實驗室找到組織工程的研究機會,我在那裡學習細胞培養技術,利用不同的細胞外基質,從軟骨細胞裡培養類軟骨組織。在大四的時候,我被馬克.薩爾茨曼(Mark Saltzman)博士聘為大學部研究助理,協助進行牙科組織工程計畫,再次研究細胞和基質,創造組織替代物。

大四時,我花了很多時間在大學爵士樂隊演奏單簧管,幫助管理樂隊,同時練習單簧管、做研究還有上課。大四的最後,我發現一個親密的樂隊朋友,同時也是我的爵士老師要在秋天搬到舊金山灣區,所以我決定申請加州大學柏克萊分校就讀生物工程博士學位,我可以繼續研究組織工程,並和朋友兼爵士樂教授一起演奏音樂。在我心中仍存在一個可能性,我考慮當個音樂家,而不是生物工程師。

圖/Giphy

柏克萊是個研究生物工程的好地方;好幾個教授都在我感興趣的領域進行研究,我加入了法蘭克.索卡(Frank Szoka)博士的藥物運輸和基因治療實驗室。但因為我不確定要專注於哪個計畫,我認為自己需要更多的指導。所以也參加了李松(Song Li)博士的實驗室,李博士利用幹細胞和奈米纖維進行組織工程研究,他是一個新進教授,在實驗室裡還會親力親為,也有時間和學生在一起。後來我選擇李博士作為我的博士論文指導老師,成為他的第二名研究生。

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迷人的領域但乏味的實驗

在二○○一年,組織工程還是個新領域,希望能在實驗室培養出患病器官的生物替代品。幹細胞治療也是新的研究方向,它的願景是在適合的環境內,產生可以變成器官的細胞種類。我們的實驗室還紡出了由生物相容性材料組成的奈米纖維,作為細胞排列的支架,這在血管或神經的應用中非常重要。結合三個未來概念——組織工程、幹細胞和奈米纖維——我的研究論文似乎是劃時代又令人興奮的。我的博士論文聚焦於利用在機械力刺激分化幹細胞,創造血管組織,取代動脈粥樣硬化的血管。

雖然這項科學聽來很迷人,實際實驗卻很乏味,而且經常失敗。研究經驗中最棒的部分是分析資料,以及找出生物化學論文和顯微術影像的趨勢,從這項工作中,我知道自己偏好分析,而不是直接實驗。六年後,我完成了研究,發表了有關機械刺激誘發幹細胞分化成不同細胞種類的論文。

圖/Giphy

研究所畢業後,我決定進入業界,從事會發展最終產品的實用計畫,但我很難找到這樣一份工作。大多數開出的職位需要博士後或業界經驗,我最後在麻省伍斯特的生技新創公司找到工作。先進細胞科技(Advanced Cell Technology,ACT)想利用胚胎幹細胞製作血液細胞,這個領域和我在研究所的心血管專業相似。在ACT工作一年後,我發表有關從胚胎幹細胞中分化出紅血球的論文,然而,這家新創公司的財務狀況不佳,我決定離開。

更好的選擇

我在求職搜尋引擎(Monster.com)上找工作,教育程度設為博士,業界工作經驗為零到一年。在所有開放的職缺中,只有一個符合這些指標,塞爾文塔這家公司的職位看起真的很有趣——分子和計算生物學的分析工作,但不用進實驗室。這個計畫讓我可以學習多種疾病,公司從事系統生物學的開發,專注於大局,在多年辛勞的實驗室生活後,這真的很吸引我。工作地點在劍橋,那裡是麻省生技業的中心,搬到劍橋的話,想參加音樂活動或是結識志同道合的年輕人也比較容易。

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不過,這份工作要利用電腦程式進行計算生物學,這兩個領域我都不熟悉。但我在面試時,對方說那些技巧都可以在就職後學習,他們需要的是有強大分子生物學背景的人,他要能讀懂生醫研究的期刊論文的人,我有他們要求的背景,也喜歡那裡的人、那份工作,所以我以科學家的身份加入塞爾文塔。

在塞爾文塔,我們為多種炎症、腫瘤和代謝疾病(如潰瘍性結腸炎、肺癌和糖尿病)創建了計算藥物模型。電腦做出統計預測後,我們會檢查機制,確保在該疾病的生物學上是合理的,然後利用已知機制、新的機制和相關文獻建立網絡。

圖/Giphy

一開始進入塞爾文塔,我感到不知所措,我從未做這麼深入的分子生物學,身邊的人看來都聰明又博學,但我最終找到了方法,不再拿自己和同事比較,我開始領導專案和團隊,也和客戶有更多互動。我知道自己的優勢在於管理技巧,例如內部溝通及解釋專案結果、對客戶的影響等。我的專長不是想出新奇的科學創意,而是連結人與人,看到大局,利用我對科學的知識,以及對里程碑、時間表的實際理解,幫助團隊更有效率地完成目標。

在塞爾文塔工作七年後,我決定利用我在溝通、管理、大局理解的優點,尋找生技界的另一個職位。我在二○一六年離開塞爾文塔,到另一個波士頓區生技建模公司應用生物數學公司從事業務開發工作。

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在應用生物數學公司裡,我們利用數學模式,幫助製藥/生技公司更加理解他們的藥物,找出最佳特性和劑量方案。我們的分析可以在臨床試驗前模擬病患的結果,以加速藥物開發的過程,讓實驗能安排優先順序。我會見客戶,確保我們的專案團隊能符合客戶需求,並尋找新專案的機會。我還是得做一些科學研究,必須了解疾病和有效的藥物機制,但我的角色主要是溝通。在我的新工作中,我可以看到全局,學習藥物開發的各個階段,我喜歡這份工作,從協助加速新藥開發、嘉惠病患中獲得滿足感。

關於主角

珍妮佛.帕克是麻薩諸塞州林肯市應用生物數學公司的業務開發總監,她擁有康乃爾大學的生物工程學士學位,和加州大學柏克萊分校的生物工程博士學位。

——本書摘自《撕下標籤,成就最好的自己》,2021 年 3 月,商周出版
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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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「牠」比人類更懂團隊合作?生存 3000 萬年的選址專家,蜜蜂用搖擺舞選擇完美家園——《跟達爾文學投資》
今周刊出版
・2024/12/07 ・2877字 ・閱讀時間約 5 分鐘

搖擺舞的祕密:蜜蜂如何用舞步傳遞築巢地點?

蜜蜂已經存續 3000 萬年。牠們經歷了多個冰河時代、數以千計的環境災難、大大小小源源不斷的掠食者,以及地球歷史上最具破壞性生物的到來:人類。

蜜蜂一生中最重要的決定,就是選擇牠們的家。我稱之為「決定」,因為這就是個決定:這似乎遵循一個過程,可能需要數小時甚至數天,而蜂群中的每隻蜜蜂似乎都有發言權。不同於進食、交配或戰鬥,對蜜蜂來說,選擇一個家,似乎是一個刻意又「深思熟慮」的過程。

蜜蜂是高度社會性的生物,生活在數以千計的蜂群中,彼此之間距離非常靠近。蜂巢裡通常有一個由工蜂餵養和保護的女王蜂,這些工蜂全都是不育的雌蜂 。一個蜂群通常在冬季結束時分裂成幾個蜂群(swarm)。每一個蜂群都需要找到一個新家來建造蜂巢,扶養工蜂幼蟲,並為下一個冬天建造儲藏蜂蜜的蜂房。

因此,當蜜蜂創造一個新的蜂群時,牠們最重要的任務是找到合適的築巢地點以建立蜂巢。牠們的家需要一個空腔體積,來容納足夠的蜂蜜以度過整個冬天。此外,入口需要離地面夠高,以防止地面上的掠食者瞄準蜜蜂。入口也應該很小,以確保隱蔽性和溫暖,以便蜂巢免受極端強風等惡劣天氣因素的影響。

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那麼,蜜蜂如何選擇建蜂巢的地方?牠們會跳舞。

假設各位決定研究蜜蜂如何選擇築巢地點,那麼將會觀察到這樣的情形。當來自母蜂群的蜜蜂分裂成一小群時,幾十名偵察員會朝向不同的方向飛去,查看方圓5公里內適合的築巢地點。當偵察員遇到一個吸引牠的地點時,牠會回到蜂群並表演搖擺舞,向姊妹們傳達該地點的距離、方向和品質(雄蜂是懶惰鬼,牠們不做任何事;牠們唯一的工作就是使女王受孕)。舞蹈的持續時間與到新地點的距離成正比,蜜蜂搖擺的角度代表牠們相對於太陽向外飛行的角度,搖擺的強度(舞蹈次數)表示新地點的品質。

由於偵察兵已經飛越了一大片區域,所以牠們會向蜂巢夥伴宣傳許多相距甚遠的地點。蜂群中的蜜蜂跟隨各種偵察員的腳步,檢查廣泛分散的地點,然後返回蜂群進行搖擺舞。

因此一開始,偵察員會宣傳幾個可能的築巢地點,似乎試圖將牠們的同伴招募到每個選定的地點,這看起來是一個相當混亂的場景。然而,幾個小時或幾天後,所有蜜蜂都開始跳舞,只支持一個地點。一旦達成共識,蜂群就會飛到選定的位置。但是,其實蜂群是沒有領袖的(女王蜂只是一部繁殖機器,完全依賴工蜂提供食物和福利)。因此,我們會得出一個(正確的)結論,築巢地點的選擇是由所有蜜蜂參與的民主過程完成的。

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一旦觀察到這種現象,各位可能會問以下一些問題:這種幾乎百分之百共識的民主過程,是如何運作的?

Close-up of one Bee on a sunflower

從混亂到共識:蜂群如何民主選擇完美地點

正如我之前提到的,蜜蜂需要選擇一個高品質的地點來確保牠們的生存。但不明顯的是,如果牠們可以有多個高品質的地點供選擇,牠們幾乎總會選出一個最好的地點。這些挑剔的蜜蜂不會接受「夠好」的選項。當科學家在蜜蜂的飛行範圍內,人為創造一些良好的築巢地點時,他們發現蜜蜂幾乎總是聚集在最好的地點。更令人驚訝的是,蜜蜂很少先找到最佳築巢地點;但一段時間過後,即使蜜蜂發現最佳地點的時間比其他稍差的地點晚得多,最終還是會達成共識選擇最佳地點。

研究人員已經證明,蜜蜂在評估築巢地點的品質方面有著絕對的標準。牠們搖擺舞的活力轉化為跳舞的次數,代表特定場地的品質。蜜蜂需要 15 分鐘到 1 小時來評估一個潛在的地點。牠會檢查空腔的外部,並花很多時間在裡面四處走動和短途飛行。如果蜜蜂在第一次檢查時發現築巢地點很理想,就會回到蜂群中,用搖擺舞來宣傳該地點。如果另一隻蜜蜂跟著牠來到這個地方,當這隻蜜蜂回到蜂群時,她會跳(持續時間和強度)幾乎完全相同的搖擺舞。蜜蜂有一個評估巢穴品質的通用標準。

所有蜜蜂在選擇築巢地點時,都有一致的興趣。牠們的共識是經過一段時間才建立的,因此,最後所有蜜蜂都只支持一個地點,而這幾乎總是最好的地點。但是,共識是如何達成的?

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最初,科學家們假設蜜蜂偵察員將舊巢的地點與新地點(其他跳舞的偵察員把牠找來新地點)進行比較。如果她發現新地點的品質比較高,就會不再支持舊的地點,並更積極地跳舞以表示對新地點的肯定,但事實證明這是錯的。大多數蜜蜂只會前往一個築巢地點,很少有蜜蜂會前往 2 個以上的地點。

Close up view of the working bees on honey cells

湯瑪斯.西利(Thomas Seeley)和其他人的艱苦研究揭示了建立共識過程背後的奧祕,只有兩個要素。首先,正如我們已經知道的,蜜蜂會為了一個品質更好的地點而跳更多舞;第二,蜂群中的蜜蜂會隨機跟著在跳舞的蜜蜂,以探索新的地點。

但是,這兩個簡單的行動如何導致對最佳地點近乎百分之百的共識?

簡單卻高效:蜜蜂如何以數學模型找到最佳家園

假設有3名偵察員,牠們評估 3 個可能的新築巢地點— A、B 和 C —品質各不相同。假設地點 A 是最好的,地點 C 是最差的。在評估了地點 A 之後,第一個偵察員返回蜂群並跳了 20 次舞。第二個偵察員評估地點 B 並跳了 10 次舞。最後,第三名偵察員在評估地點 C 後,只跳了 5 次。

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讓我們假設蜂群中有 100 隻蜜蜂在等待牠們的偵察姊妹回來。請記住,牠們會隨機跟隨任何一隻跳舞的蜜蜂,然後去探索令這隻蜜蜂興奮的地方。由於第一隻蜜蜂的舞蹈占了 57%(20 ÷ 35),因此蜂群中的 100 隻蜜蜂有 57 隻會跟著第一隻蜜蜂。按照同樣的邏輯,29 隻蜜蜂會去評估地點 B,只有 14 隻蜜蜂會評估地點C。當這 100 隻蜜蜂回到蜂群時,會發生什麼事?

來自地點 A 的 57 隻蜜蜂每隻跳 20 支舞=1140 支舞

來自地點 B 的 29 隻蜜蜂每隻跳10支舞=290 支舞

來自地點 C 的 14 隻蜜蜂每隻跳 5 支舞=70 支舞

因此,地點 A 現在貢獻了蜜蜂表演的舞蹈循環總數的 76%(1140÷1500),而第一輪為 57%。在下一輪中,蜜蜂隨機跟著任何一隻跳舞的姊妹。因此 76% 的等待蜜蜂會去探索地點 A。

如果這個過程繼續下去,就會發現對最佳地點 A 的應援將繼續暴增—在第三輪中,按照同樣的邏輯,對地點 A 的支持度將增加到 88% —直到幾乎所有蜜蜂都只支持地點 A 為止。

各位是否像我第一次讀到這個過程時一樣感到目瞪口呆?大家了解這是什麼情況嗎?蜜蜂要做出一個非常複雜且充滿挑戰的決定。但牠們卻利用一個非常簡單的過程:為一個更好的地點而更加努力地跳舞,並隨機跟著一隻跳舞的姊妹。

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——本文摘自《跟達爾文學投資:取經大自然,從物競天擇脫穎成為市場贏家!》,2024 年 10 月,今周刊出版,未經同意請勿轉載。

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