用精蟲王選拔打開繁殖科學大門—蔡沛學的生命探索

當我第一次驚喜瞥見打破對稱性的可能起源時，我驚訝地發現到這段歷程似乎很早就開始了，而這也為我運用綠色螢光蛋白追蹤細胞分化的研究鋪起了大道。卡羅琳娜與我想要進一步探索這個研究發現，所以我們提出了一個有關其終極源頭的簡單問題：精子進入卵子的位置是否對於胚胎一開始失去對稱性有任何影響？在線蟲與青蛙這類動物的胚胎中確實是這樣，但在哺乳動物（例如小鼠）的胚胎中也一樣嗎？

對稱藝術

當我們將生命的起源以動畫演繹出時，常常看到的影像就是精子設法進入沒有任何特徵的圓形卵子上，並融入其中。若情況是這樣的話，就很難看出精子進入卵子的位置是要如何對未來一切發育有所影響。在這個理想化的卵子上，任一處表面都與其他表面沒有任何差異。不過，當然還是存在有個參考指標，那個等同於「這邊是上面」的指標就是：極體。

極體是從減數分裂的不對稱過程中所產生，細胞「骨架」在這個過程中會聚集以協助細胞進行分裂。這個細胞骨架稱為紡錘體，它會從細胞中心點往細胞邊緣移動，產生出一個大大的卵子與一個小小的極體。我們可以合理認為，紡錘體與染色體的移動可能打破了卵子的對稱性，也造成了擠壓極體的發育。許多人的確注意到極體最終總是會落在受精卵進行分裂的那個平面上。

理查．加德納這位我們之前見過的科學家，發現極體會附著在卵子上，它不只會確立受精卵首次分裂成兩個細胞的那個平面，它還會在幾天後確立出囊胚的對稱軸。這項發現讓我們有所啟發。這真的是因為卵子中的軸向資訊會一直持續到囊胚階段，還是有其他的因素會影響胚胎發育的對稱性？在我們進行科學研究的過程中，我與卡羅琳娜在當下這個時間點想要知道的是，精子進入卵子的位置是否也會影響胚胎發育，並提供第二個定位線索。

卵子上的座標——精子進入的位置會影響胚胎發育嗎？

就像在地表上某個地點跟北極的相對位置，可以定義所謂的經線，我與卡羅琳娜想要知道，精子進入卵子的位置是否也可以提供相對於極體位置的另一位置資訊。若真的是這樣，我們就能更精準確立進行首次分裂的那個平面。這感覺起來很合理，因為極體的形成與精子的進入位置都會重新排列之後會運用在卵子分裂上的細胞骨架。若不是這樣，分裂的那個平面與精子的進入位置之間就只有隨機的關係。

以現代科技來說，我們很容易就可以解決這個問題。我們可以將這個過程拍成影片，來看看從精子進入卵子後到後續細胞進行分裂的幾天之間究竟發生了什麼事。但在我們開始研究的那個年代，不存在這樣的選項。我們無法拍攝小鼠胚胎從受精開始進入發育的影片，要等到幾天後胚胎進入囊胚階段才行。我們只能想辦法去標記精子進入的位置，以便可以追蹤它與受精卵在數小時後首次分裂的那個平面之間的關係。

我一開始想著要用某種自然一點的東西，像是胚胎幹細胞這種非常微小的細胞，在卵子受精後馬上附著在精子進入點上，因為那時還可以看到進入點，但最後我有了更簡單的辦法：我們改用肉眼看不見的微小螢光珠。我們成功了，但我很後悔沒有給這些珠子取個像「微球體」這樣酷炫的科學名稱。當然，同領域人士不認同的不僅僅只是這些珠子要怎麼命名，但「珠子」這個名稱有種簡樸感，所以批評者會用這個名稱來貶低我們的研究，這就是我們得要付出的代價。

一開始很容易就能看到精子是從哪裡進入卵子的。它會留下一個名為受精錐（fertilization cone）的小小凸起。受精錐是由卵子的細胞骨架所建構，並由肌動蛋白的纖維所組成，它大約會凸起半個小時。這時間剛好足夠嵌入一至兩個珠子來標記位置。

我們將這些珠子浸到名為植物血凝素（phytohemagglutinin）的蛋白質混合物中，珠子就會具有黏性。植物血凝素常用於讓細胞聚集在一起。因為人的手不夠穩定，所以卡羅琳娜會以一隻機械手臂來拿取具有黏性的珠子，並將珠子放到卵子的表面上，同時還會以另一隻機械手臂牢牢固定住剛受精的卵子。

雖然珠子很小，直徑只有 0.0001 至 0.0002 公分，但在紫外線的照射下看起來大多了，亮綠色的點讓我們很容易就可以追蹤它的命運。觀察受精卵的發育時，我們發現珠子最終會來到細胞首次分裂所產生的兩個細胞之間的邊緣，或者是非常接近這個地方。

受精卵的分裂平面真的是由精子決定的嗎？

我們一直都在挑戰我們的思考與發現。上述情況有可能是任何落在卵子表面的珠子都會掉進分裂溝（cleavage furrow）中。所以為了確認，我們進行了一項對照實驗，卡羅琳娜將另一顆類似的珠子隨機放在卵子表面的其他地方。令我們欣慰的是，這顆珠子最終沒有掉進細胞分裂時所產生的分裂溝中。對我們而言，這表示精子進入卵子的位置以某種方式「被記住」了，並且成為受精卵偏好進行分裂的地點。換句話說，若我們是對的，受精卵之所以會在這個平面進行分裂，是因為偏好（biased）而非隨機（randomly）。

我們持續獲得了各種新發現。在胚胎從兩個細胞發育成四個細胞的階段中，帶有精子進入標記的那個細胞，會傾向於先進行分裂。這個細胞的命運之所以會改變，是因為精子帶入的物質滋養了它嗎？受精的三天後，精子進入標記會留置在囊胚兩部位之間的邊緣處，一個部位是含有會形成胚胎本體的胚胎部分，另一個則是胚外部分。

這表示了，兩細胞胚胎內的其中一個細胞較容易發育成胚胎，另一個則傾向於變成胚外部分。我們感到震驚。我們觀察影像好幾個小時，甚至好幾天。我一開始根本不敢相信這些發現，所以我請卡羅琳娜一再重複進行實驗，打破早期對稱性的證據怎麼這麼簡單，會不會太簡單了？

可以理解地，對此感到懷疑的人士可能會吹毛求疵地表示，決定分裂平面的不是精子進入點，而是將珠子嵌在進入點的這個動作。為了驗證這個可能性，我們進行了許許多多的對照實驗，我之後會提到。我們已經確認過，將珠子放置在受精錐以外的任何一個地方，都不足以決定分裂的平面。但我們還有諸多其他事項要一而再、再而三的確認，因為我們必須很確定。

——本文摘自《生命之舞》，2023 年 9 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

美劇《The Big Bang Theory》第 11 季第 6 集裡，Howard Wolowitz 狼吞虎嚥，深怕術前禁食餓著。旁邊的 Raj Koothrappali 也狂吃紓壓，聲稱為這個拜把兄弟深感焦慮。^[1]雖然 Raj 是「看人食米粉，你咧喝燒」，^[註1]操心撈過界；但不可諱言，輸精管結紮手術（vasectomy）總是令眾家好漢，聞之色變。實際上，這種侵入性醫療行為，通常無須禁食，^[2]事前會打麻醉，術後還有口服止痛藥，^{[3, 4]}理應免於嚴重蛋疼。不過，大家真該想清楚的，是將來不見得能生育的風險。^[5]有鑑於「反起反倒」^[註2]的人性不容忽視，近來體貼的科學家，發明了一項新科技，賦予男性隨時後悔的權力。

傳統與無刀口輸精管結紮術

在進入正題之前，我們先來複習舊有的技術，當作待會兒比較的基礎。男性結紮是為了預防在沒戴保險套的情形下，將精子射進女性體內，使之懷孕。^[4]手術步驟的摘要，大致如下：

1. 從陰莖至陰囊，甚至任何會遮蔽此部位的毛髮都要刮除。^[2]
2. 徹底把下體清洗並消毒乾淨。^{[2, 6]}
3. 施打局部麻醉。^{[2, 4, 6]}（少數選擇全身麻醉的男性，^[3]為防範食物從過度放鬆的胃部跑進肺臟，請務必預先禁食。^[7]）
4. 如果採取傳統輸精管結紮（incision vasectomy或conventional vasectomy），那麼外科醫師會從陰囊上方二側，分別劃道 1 至 2 公分的切口；若是無刀口輸精管結紮（no-scalpel vasectomy），則僅戳個 1 公分的小孔。^{[2-4, 8]}
5. 截斷輸精管，即破壞睪丸至尿道，這條精子聯外通路的其中一段。^{[4, 6]}
6. 用可吸收縫線或膠水收闔傷口；但無刀口的或可省略。^{[3, 4]}

ADAM 水凝膠結紮的原理

上述的結紮方法成功率高，術後一般頂多輕微不適，幾天即可恢復正常生活。^{[2, 3, 6]}然而，輸精管的廢存猶如革命建國，套句孫文的話，就是「建設難而破壞易」。^[9]重建程序相較複雜，^[4]依手法與其他因素而定，結紮逆轉後順利授孕的比率，約為 30% 至 90% 以上，並無百分之百的保障。^[10]為此，在美國維吉尼亞的 Contraline 公司，開發出一種名叫「ADAM」的暫時性結紮專利水凝膠，來避免絕育。^[11]

有些外科醫師本來就愛在結紮時，跟病人分享音樂，或同步講解流程。^[6]這會兒嘗試新科技，要是來首范瑋琪的〈到不了〉，肯定再貼切不過。局部麻醉後，一把狀似熱熔槍的推進器，前端穿過男性陰囊的皮膚，將水凝膠送入輸精管裡。^[5]灌進去的 ADAM，如同封堵水管的熱熔膠，阻塞輸精管，「♫不敢漏掉／一絲一毫♫」。^[11-13]往後肆無忌憚地無套射精，發散空包彈時，「♫你眼睛會笑／彎成一條橋♫」；因為精子發現「♫終點卻是我／永遠到不了♫」～^{[12, 13]}

據說短短 10 分鐘的手術，效果竟能維持二年，^[5]副作用又比現行的結紮方式更小。^[11]ADAM 水凝膠會自然降解，和排不出去的精子一樣，都能被身體吸收。^{[3, 11]}到期後輸精管恢復通暢，便可以積極增產報國（aka 製造全球人口負擔）。^[11]

ADAM 水凝膠的未來

2022 年 11 月 11 日，美商 Contraline 公司宣佈，澳洲墨爾本 Epworth Freemasons 醫院的團隊，已經成功地將 ADAM 水凝膠注射到 4 名男性受試者體內。除了於當地繼續努力，他們也計劃在 2023 年稍晚，展開自己國內大規模的臨床試驗。^{[11, 14]}期盼用所得的結果，於 2025 或 2026 年之前，換取美國食品藥物管理局的上市許可。^[11]將來一旦商業化，Contraline 還打算推出 1 年或 3 年等不同效期的產品，並與醫療保險公司洽談合作，提供男性消費者負擔得起的多元選擇。^[11]倘若哪天在臺灣或您所居住的國家也有此技術，您或您的伴侶會考慮使用嗎？

謝辭

平常多半撰寫鑑識相關的死人故事，難得有如此正向的作品。謹以本文獻給長期支持筆者創作的母親 Yun-yu Chen 女士，以及摯友 Chinling Huang 老師。希望二位不會介意，這是針對生理男性的衛教短篇。

備註

1. 看人食米粉，你咧喝燒：臺語發音 khuànn-lâng-tsia̍h-bí-hún，lí-leh-huah-sio；意思是替別人瞎操心。^[15]
2. 反起反倒：臺語發音 huán-khí-huán-tó；意指出爾反爾、反覆無常。^[16]

參考資料

1. ‘Big Bang Theory Quote 9327’. The Big Bang Theory. (Accessed on 12 NOV 2022)
2. ‘Vasectomy’. (03 FEB 2022) Cleveland Clinic.
3. ‘Vasectomy (male sterilisation)’. (18 MAR 2021) U.K. National Health Service.
4. Stratton KL, Zieve D, et al. (01 JAN 2022) ‘Vasectomy’. Medline Plus.
5. Brown M. (11 NOV 2022) ‘Male contraceptive being trialled in Melbourne dubbed a game changer by researchers’. ABC News.
6. Stormont G, Deibert CM. (17 JUL 2022) ‘Vasectomy’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
7. ‘General anesthesia’. (18 DEC 2020) Mayo Clinic.
8. Australian State Government of Victoria. (08 AUG 2019) ‘Contraception – vasectomy’. Better Health Channel.
9. 陳春生（2014）〈第二章 孫中山政黨思想之演進〉《政黨論:孫中山政治思想研究（一）》，第21頁；臺灣商務印書館
10. ‘Vasectomy reversal’. (20 AUG 2021) Mayo Clinic.
11. Gupta S. (10 NOV 2022) ‘This company is creating a new kind of birth control for men’. Fast Company.
12. ‘Male Contraceptive Initiative Awards Grant to Contraline null’. (24 JAN 2019) Contraline.
13. 福茂唱片（02 FEB 2012）「范瑋琪 Christine Fan ─ 到不了（官方版MV）」YouTube.
14. ‘Contraline Announces First Patients Successfully Implanted in Male Contraceptive Study’. (11 NOV 2022) Contraline.
15. 許晉彰、盧玉雯「看人食米粉，你咧喝燒」《台灣俗語諺語辭典》，第458頁；五南圖書出版股份有限公司
16. 「反起反倒」（2011）教育部臺灣閩南語常用詞辭典

有種說法是「一夫一妻制才是人與動物的差別」，但這樣的說法並不正確，像這樣的單配偶制，在鳥類中十分普遍，高達 90% 以上的鳥類都是一夫一妻制。鳥是專一的動物，牠們總會試著學習和其他個體建立最好的伴侶關係（有時也會失敗）。只要牠們找到合適的伴侶，通常都會終生相守。目前所知，只有 1% 的信天翁在選擇終身伴侶後離婚。

但近期發表在《皇家學會》（Royal Society journal）雜誌上的新研究，在觀察福克蘭群島上 15,500 對信天翁「夫婦」長達 15 年後得出一個結論：當全球溫度異常的情形增加，自然界最忠實的伴侶之一——信天翁的「離婚率」也越來越高。伴隨地球暖化的程度提高，目前為止大概有多達 8% 的信天翁夫婦、伴侶已經在鳥生路上分道揚鑣。

不是終生相守嗎？說好的幸福呢？

事實上，很多一夫一妻制的動物如果在一年內沒有順利繁衍出後代，就會在隔年跟他的伴侶分手，信天翁也是如此。牠們會為了生育，而與無法和自己繁殖的伴侶分開，以便在下一個繁殖季的時候找到新的伴侶，這也就直接影響了信天翁的「離婚率」。

對動物來說，牠們的邏輯是「如果我們成功生了小孩，我就會繼續跟你在一起；如果沒有，我就會試試看跟其他人在一起。」研究團隊還發現，比起沒有成功孵化小鳥、或是雛鳥死亡的狀況，生不出孩子的伴侶離婚的可能性高了五倍，但是有些信天翁伴侶，即使曾經成功繁殖了後代，也還是會分手。但分手的理由也不完全只是因為生不出小孩。目前，造成信天翁分手機率上升的原因有兩種不同的理論，然而背後都是相同的原因——氣候變遷。

鳥不照天理，天不照甲子！分手都是因為天氣太熱！

第一種理論和「聚少離多」有關。在繁殖季節之外，動物經常遷移到食物更充足的地區休息，並養活自己，以利準備繁殖。因為氣候變遷的關係，海水表面溫度連年上升，高於正常值太多，使食物鏈底部的生物（如浮游植物）難以生長。這也就表示，在海上的食物鏈中，食物鏈更上游的動物（如海鳥）的食物會越來越少。溫暖的水域迫使信天翁必須更加努力地尋找食物，而不得不飛得更遠、更久。這樣的飛行路途大大增加了牠們受傷或健康狀況下降的可能性，進而讓覓食與照顧雛鳥等工作變得更加困難。

這種時候，鳥兒可能會將自己的困難錯誤地歸咎給伴侶，覺得自己之所以受苦，都是因為伴侶沒有盡心盡力照顧雛鳥，只讓自己一個人忙碌，而不會知道其實這些辛苦都是因為環境狀況已經低於可以讓牠們順利繁衍的標準。飛行距離過長導致的遠距離戀愛，還會產生另一種悲劇。如果外出覓食的鳥兒們不能在繁殖季節及時回到伴侶身邊，在繁殖地的伴侶很可能會被其他鳥追走。

第二種理論是，如果環境變得惡劣（例如水域變暖）會讓信天翁的壓力荷爾蒙增高，加上食物短缺等原因，使得繁殖條件更加艱難，其中一方就會因為另一方「表現不佳」而相互責備，繼而導致雙方分手離婚。

不只是離婚，而是可能「逐漸消失」

在動物的世界中，由於性競爭的關係，挑選伴侶往往會受到一些制約，讓許多伴侶關係是退而求其次的結果，這也是為什麼離婚對許多動物有益，但這對信天翁來說卻是雪上加霜。如果氣候變遷提升了離婚率，可能會減少新生信天翁的數量，隨著時間的推移，整個群體規模就會逐漸縮小。像這樣由環境原因造成的離婚，可能是氣候變遷帶來的一個被忽略的嚴重後果。

這個研究的時機，剛好是全球多處地區信天翁數量減少的時候。2017 年的數據顯示，信天翁繁殖伴侶的數量只有 80 年代數量的一半多一點。雖然目前似乎還不用擔心福克蘭群島上信天翁的數量是否減少；但是，在那些信天翁數量本來就很有限的地區，族群維持與生長的情況則令人擔憂。

研究人員表示，這是他們首次記錄在困難的環境下，會對一夫一妻制信天翁的繁殖過程產生什麼樣的影響。而這些研究成果也表明，我們需要花費更多心力來更仔細研究這些由氣候所驅動、對動物群體產生影響的模式，是否也會出現在其他物種身上，並且盡可能去洞察並理解，氣候變遷會影響與我們共享地球的動物們的方式，進而防止這種情況更加惡化帶來無法挽回的後果。

資料來源

• Supplementary material from “Environmental variability directly affects the prevalence of divorce in monogamous albatrosses”
• Albatrosses divorce more often when ocean waters warm
• 氣候與環境：新研究稱氣候變化讓信天翁「離婚率」升高
  

本文轉載自顯微觀點

「我覺得那個震撼度沒有實際親眼看到（精子）這麼震撼；而且就算實際親眼看到的震撼度，也絕對沒有比看到你旁邊那個同學的精子長什麼樣子還要震撼！」

台大獸醫系有一門大四必修－獸醫繁殖障礙及產科，課堂舉辦的「精蟲王選拔」堪稱該系的年度盛事，授課的老師便是台大副學務長蔡沛學教授。

蔡沛學的研究專長為繁殖生理。他提到自己從念獸醫、從臨床轉向研究，再到回台教書一切都是「偶然」。

當初大學會選填獸醫系，完全是因為「成績到了」，加上從小家裡一直有養狗貓，於是「不討厭就念了」。有別於大多數獸醫系同學選擇臨床，蔡沛學走向研究，他則笑說是源於大學「交了女友要打工賺錢」而到狗舍當起工讀生。

每當打掃完狗舍回到實驗室，就會看到許多研究所學長姐正在做實驗，蔡沛學受到好奇心驅使開始了解學長姐在做的研究。這些研究讓他感到新奇有趣，加上考量未來若走臨床，生活彈性大幅壓縮，因此畢業後便留學踏上研究之路。

雖然流行病學並非真愛，但蔡沛學心知肚明碩士只是研究路上的過渡期，便在考量語言、經濟等各項因素後，赴荷蘭烏特列支大學（Utrecht University）攻讀流行病與經濟學。但他也仍然結合最愛的繁殖生理，運用流行病學的角度，以大規模數據分析不同類型的轉殖基因造成的繁殖生理問題。

面對人生低潮 參加會議刺激想法

一路從碩士到博士，在荷蘭歷經將近十年寒暑，蔡沛學仍抱著一絲「美國夢」，於是申請到美國的麻州大學醫學院進行博士後研究，卻也迎來人生第一個低潮。

蔡沛學解釋，當時待的實驗室在繁殖領域非常厲害、學術產出也非常多，但美國生活緊湊，和講求生活與工作平衡的荷蘭截然不同；加上實驗室過於偏向分生領域，蔡沛學很快就失去研究動力。

另一方面，當時他和太太、小孩住在波士頓，和麻州大學雖然都在麻薩諸塞州但通勤時間長，往往出門孩子還沒醒、回到家孩子也正要睡。「當時覺得說我為什麼要來這邊尋找我的『American dream』，待在荷蘭好好的我幹嘛呢？」和家人相處時間短並非蔡沛學想要的生活，於是他過沒多久就辭去這份工作，轉往哈佛大學醫學院繼續博士後研究。

這個實驗室主要是系統生物學（system biology）的研究團隊，也是核心的影像中心。蔡沛學形容，一進去就有六台且不同類型的共軛焦顯微鏡，應有盡有。「只要能夠讓我照影像、看到亮亮的螢光，我都可以」，雖然蔡沛學加入的是腎臟研究團隊，並非獸醫、繁殖領域，但基於對影像的熱愛，加上離家近，他工作得非常愉快。

雖然在哈佛從事博士後研究做很多蔡沛學喜歡做的事，日子過得還算愉快，但太太這時跟他說了一句話：「It’s time to find a real job（該找個正式的工作了）」，而且正巧台灣大學獸醫系有個職缺，成了他回台教書的契機。

但回國後蔡沛學反而迎來第二次人生低潮。

由於覺得在哈佛做的研究很有趣，蔡沛學回國後很直覺地想要延續部分想法，再改良成實驗室新的題目。但當他知會前老闆時卻被斷然拒絕。

「他很明確地跟我說，你有這些研究想法（thoughts）也是因為你在哈佛而發展（develop）出來的，所以這些想法是屬於哈佛的，你不能用。」蔡沛學表示，除了研究方向還沒確定，回到台灣擔任教職，也從原本只需專心做研究變成需要兼顧教學，過程非常難熬因而陷入低潮。

面對低潮，蔡沛學建議可多參加不同類型的會議或是研討會。

「也許你覺得沒有太大的意義，但是（研討會）會讓你遇到很多人、跟很多人聊天，我覺得很多idea（想法）就從那邊出來」，蔡沛學提到印象深刻的是剛回國時參加台大光電所教授孫啟光辦的影像攝影展。當時雖然並未參賽，但抱著「看一下人家在幹嘛」的心態去參加，會中和很多人聊天都會成為日後研究的養分。

「就算是不是你做的領域，去聽、去看都會發現『原來還可以這樣看細胞啊』、『原來影像不是只有 Confocal（共軛焦），還有 Lightsheet（層光），還有 spinning（spinning disk confocal，轉盤式共軛焦）啊』，那對我們來講都是大開眼界」。蔡沛學說，聊天過程中慢慢發現大家不同的領域專長，其實可以在自己原有的興趣基礎往上疊加，不需要拘泥於過去所做的研究。

而他現在實驗室的研究領域廣泛，包括繁殖生理、细胞膜蛋白與囊泡傳輸機制、抗氧化/自由基機制、瀕危物種、野生動物保育等，只要和繁殖障礙以及影像這些他喜歡的興趣有關，都有所涉獵。

歡樂氣氛帶領學生辨別精蟲好壞

除了研究，大學教職另一個重要任務便是教學。蔡沛學教授的「獸醫繁殖障礙及產科」是大四的必修，也是阻擋學生可以順利進入大五實習的最後一門課。第一年，蔡沛學只是按部就班地了解不同動物的精子樣態及如何評估精子優劣，光上完課就「阿彌陀佛」了。但到了第二、第三年，他開始思考什麼樣的上課方式學生比較容易吸收，加上自己喜歡「把事情搞大」的個性，於是有了「精蟲王選拔」的教學構想。

過去上課雖然用了非常多圖片、影片讓同學「看到」精子的樣態，但就算如此，蔡沛學認為這些都不會比親眼在顯微鏡下觀察、甚至是觀察周遭同學的精子來得更有印象。因此他徵求志願的同學捐精（女生也可以拿男生朋友的精子）並給予加分，學生則在課堂上可以觀察這些混雜在一起，裝著動物和各志願者的不同試管。

「上課就會出現此起彼落的驚嘆聲，『你看 3 號兩個頭』、『2 號幾乎不會動』，整堂課就非常歡樂。」蔡沛學笑說，過程中只有老師知道試管編號對應的身分以及當事者知道自己的編號，因此當學生知道精子主人在身邊卻不知是誰的時候，氣氛更加熱絡。而他認為這才是上課應該要有的氣氛，學生也在歡樂的氛圍之中了解何謂好的精子品質。

精子品質的評估首先得先認得不同動物的精子型態。以精子頭部為例，狗和牛與人一樣，都是橢圓形、禽類的像根棍子；而齧齒類的呈現鐮刀狀，在顯微鏡下就必須辨別和紅血球的差異。

評估也包含多種面向，如濃度、運動方式、活力等，而要觀察這些不同面向，就必須使用不同的顯微鏡觀察法。

蔡沛學解釋，在顯微鏡下看到精子游動，可能只有 60% 至 70%「真的在動」，因為也許精子本身已經死亡但受到介質擾動而出現流動的樣子。

精子游動也不像我們一般想像，以平面左右擺動方式直線前進，而是以螺旋、弧線向前游動；且當要與卵子結合時，弧線的弧度降低、直線性增加。因此可藉由可以呈現立體影像的顯微鏡或是使用輔助軟體進行路線追蹤。

另外，精子的頭部其實是像牛舌餅一樣的圓形厚片，因此在游動時有時看起來是粗的、有時看到卻是細細的一條線，這時就必須使用如 DIC（微分干涉相差顯微鏡）才能看清楚頭部的樣子。又或是使用原子力顯微鏡分析精子表面的變化，才能針對精子品質進行繁殖障礙的精密評估。

當PI支持學生瘋狂想法

現在，蔡沛學的實驗室已經扎穩根基，目前主要研究方向為自由基對繁殖的影響，除了研究機制，也針對自由基傷害的不孕症研究治療方法。另外實驗室也和農場、動物園合作，研究如何增進動物繁殖能力或是如何有效保存動物精液。

雖然有多項研究計畫正在進行，蔡沛學還接任台灣大學副學務長一職，更將擔任本屆（2025）Taiwan顯微攝影競賽的評審。面對這些繁忙的公事，蔡沛學笑說：「少睡幾個小時就行啦！」

他也表示，直到去年自己都還親自進實驗室做實驗，但現在確實已分身乏術。不過蔡沛學覺得最主要還是要把實驗室當作家庭一樣經營，當實驗室負責人（PI, Principal Investigator）最重要的就是能夠支持學生瘋狂的想法且不能藏私，「只要和學生、助理關係很好，事情就會很好」。

而對於即將擔任顯微攝影競賽評審，蔡沛學認為，或許有很多參賽者會為了追求影像好看而刻意「擺拍」進行後製，但他更期待看到研究中無意間發現的奇特影像，例如他就看過美國得的朋友曾在臉書上發布一張無意間觀察到精子圍繞成1顆愛心的圖像。

「那個 motivation（動機）比較強，而不是為了去競爭某個獎而拍出來的」，蔡沛學如此說道。

📋採訪後記

蔡沛學老師的實驗室和研究室充滿生氣，也可以感受到他與學生、家人間的感情緊密。

除了櫃子裡擺放陪兒子追星而愛上的韓團偶像，當天蔡沛學還帶了最近剛認養的小貓坐鎮辦公室。

而實驗室門後畫著一家人的圖案。蔡沛學解釋，因為位於隔壁的研究室門後畫著的是某一繪本中「精子向前衝」的圖案，於是學生們便畫上這幅圖案，象徵精子突破重重難關，終於誕下新生兒。

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