吹泡泡

本文轉載自顯微觀點

每年，日本光學大廠Olympus都會舉辦「年度影像大賽」（Image of the Year），以光學顯微鏡所拍出的生命科學影像為主題，向全世界徵求優秀的顯微攝影作品。從繽紛的老鼠胚胎到宛如寶石的蝴蝶翅膀，每一張照片都呈現生命前所未見的面貌。

就在2019年，來自台灣的林明德，也因為一張照片而獲得榮譽獎（Honorable Mentions）。在這張照片上，有許多圓球狀的物體正發出綠色光芒，而每顆圓球都帶有一支長長的柄，好似一大串漂浮著的氣球。

這幅散發魔幻風格的景象，難以想像來自於一種昆蟲的卵巢內部。

昆蟲創造的另類世界

這種昆蟲稱為米爾頓釉小蜂，屬於膜翅目釉小蜂科，其幼蟲常會寄生於蓮霧，在台灣主要分布於嘉義、南投、屏東等蓮霧產區。

米爾頓釉小蜂在產卵時，會將產卵管插入蓮霧的子房，讓幼蟲寄生在蓮霧種子的內部，隨著蓮霧果實長大，種子也會因幼蟲發育而嚴重變形，形成所謂的「癭」。種子於是成為釉小蜂的食物，幫助幼蟲羽化成熟。釉小蜂變為成蟲後會離開癭室，並在蓮霧果肉上鑽出一個小隧道而飛離，因此蓮霧若遭到寄生，就會在表面找到許多細小的孔洞。

2006年，中興大學昆蟲學系教授楊曼妙首次在台灣鑑定並記錄米爾頓釉小蜂的存在，從此投入許多相關研究。因緣際會下，在數年前，楊曼妙委託林明德協助研究米爾頓釉小蜂的生殖系統。

楊曼妙之所以會委託林明德其來有自，林明德在慈濟大學分子生物暨人類遺傳學系所建立的實驗室，長期研究昆蟲的生殖系統，透過他熟悉的共軛焦顯微鏡，無論多麼細微的昆蟲結構也能一覽無遺。

於是，林明德解剖楊曼妙送來的樣本，取出釉小蜂的卵巢，經過處理後，拍下這微小樣本的真實樣貌。然而，眼前的畫面卻讓林明德出乎意料──每個圓俏的卵，都連接著一條長長的柄，這些柄又彼此纏繞在一起，形成一大束結構。

他曾用顯微鏡看過隱翅蟲、椿象、螽斯等各種形態的昆蟲卵巢，可是像米爾頓釉小蜂這種模樣的卵巢，林明德也是第一次見到。

米爾頓釉小蜂身形極小，成蟲長度僅有1毫米，而卵本身更是小到近乎透明，為了捕捉這些卵的輪廓，林明德在樣本中加入紅色與綠色的螢光染劑，並透過共軛焦顯微鏡偵測這些螢光訊號，「綠色的是細胞結構，像是卵細胞表面的那一層上皮細胞，而紅紅一點就是細胞核。」林明德說，照片裡的上皮細胞尚在發育，不久後細胞就會死亡，變成卵殼。

林明德能夠觀察到這些細節，都得仰賴共軛焦顯微鏡。這種顯微鏡能夠一層一層掃描樣本，解析樣本在不同深度的螢光訊號，最後將所有獲得的訊號拼接成一幅完整的圖樣，精準呈現生物組織的立體結構。因此，共軛焦顯微鏡也成為林明德實驗室的主力研究工具。

林明德除了研究昆蟲生殖細胞的發育，也以果蠅為材料來研究發育生物學，甚至利用斑馬魚來探討人類罕見疾病的突變等，研究題材十分廣泛。在研究這些題材的途中，拍攝過無數影像，不時也會發現一些讓雙眼為之一亮的事物。這些事物有些成為了科學研究的養分，有些則誤打誤撞成為了他參加顯微攝影比賽的契機。

研究途中誕生的驚喜

有趣的是，林明德第一次投稿的顯微攝影作品，是刊登在一間生技公司的產品目錄上。

當時的他就讀碩士班，正在研究「D型肝炎病毒」，常使用共軛焦顯微鏡來拍攝病毒蛋白在細胞裡的分布位置。「那時候，有一間賣螢光抗體的公司，叫做Molecular Probes（現稱Invitrogen）。」某一次，林明德在這間公司的產品目錄裡，看到一則廣告，「如果你用它的抗體，並把拍出來的照片寄給它，要是它採用的話，就會送你一支抗體。」林明德為了這支免費的抗體，特別拍了一張照片，結果還真的刊登在公司的產品目錄上，每次翻目錄都會看到那張照片。

前陣子林明德獲獎的Olympus年度影像大賽，則是偶然從Email收到比賽訊息，「第一名的獎品是鏡頭一組，我就想，實驗室好像缺了一些好鏡頭。」雖然最終林明德沒能得到首獎，卻也拿到一面獎牌。

林明德笑說，雖然榮譽獎沒有獎金，但這一面壓克力做的透明獎牌，上頭用雷射刻上了那張得獎作品，仍是個值得珍藏的紀念。

當問到最近還有沒有新的顯微攝影作品，他坦承，「我很少為了刻意要拍出一張照片而去把樣本染色，大部分還是因為實驗的需求才去做。」很多令人讚嘆的影像，都是在科學研究的路途上偶然獲得。直到現在，他仍然會對昆蟲的多變性感到驚訝，「不同昆蟲的卵巢顏色都不一樣，像小黑蚊吸完血後，卵巢會變橘色的；有些椿象則是綠色的。」米爾頓釉小蜂還有個親戚叫做「刺桐釉小蜂」，雖然同是小蜂，但卵卻長得像一支啞鈴，也沒有長長的柄。

他突然想起以前大學曾參加攝影社的往事，他說他那時才剛加入不久，就不小心騎腳踏車出了車禍，腳因此縫了十針，只能杵著拐杖在校園裡慢慢走，自然也就沒再進過攝影社。

不過他如今覺得，他在調整共軛焦顯微鏡的參數時，就猶如在操控普通相機一般，而且要拍出好成果，就得掌握樣本的特性，了解自己想要呈現什麼東西。因此，顯微鏡在不同人的操作下，就會得到不同的結果，「就像大家拿同一台相機，可是拍出來就會長得不一樣。」

另外，不只是共軛焦顯微鏡，使用者也可以根據不同需求，選擇偏光顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等各種類型的顯微鏡，「根據想呈現的東西，選擇適合的工具。」他如此強調。

此時此刻，林明德還有很多研究題目想做，他指著電腦上米爾頓釉小蜂的照片說，其實連接卵的這些柄具有何種功能，目前還無人知曉。果蠅、小黑蚊等昆蟲的生殖系統，也還有很多尚未解開的謎團。

林明德的下個顯微攝影作品，可能也暫時還不會出現在眾人眼前，但或許在某個研究的路途上，他會再度碰上另一個意外的驚喜。

• 作者／照護線上編輯部
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運動有許多好處，就曾有研究說，運動能幫助降低200種以上的疾病風險。無論為了你的心臟、血壓、腰圍、脂肪肝，運動都是必要的。甚至對於維持大腦運作與思考清晰，運動也扮演重要角色。尤其當我們進入高齡社會後，沒人希望自己是在中老年時被慢性病纏身，運動的重要性也就不可言喻。

很多人最怕的就是變老後腦袋不好使，變得「鈍鈍的」，認知功能下降。認知功能包括了什麼呢？能記住事情，做出適當的決定，以及好好思考，都是認知功能的範疇。而我們說的「失智」，就代表這些記憶及決策等認知功能受到影響。假使我們想要藉著運動來降低失智風險，究竟要做多少運動才算數？如果身體本來就沒有很強壯，動不太起來怎麼辦？

來看研究怎麼說：

一篇刊於2025年3月的研究。來自約翰霍普金斯大學彭博公共衛生學院的研究者想看看運動程度與腦部認知功能的變化是否有關係。主要研究對象來自英國，總數將近九萬人。在評估方面，分為兩個方向：本身虛弱程度與每星期中度運動至劇烈運動的時間長短。

在評估虛弱程度的時候，研究者會看受試者的手部握力、走路速度、及生活狀況。當一個受試者的手握力弱，走路速度慢，體重無預期下降，總覺得很累，體能活動很少，會被歸類為虛弱的狀況。

至於每星期中度運動至劇烈運動的時間長短，受試者需要戴著穿戴裝置追蹤活動方式、活動長短、與活動程度至少一星期，再根據運動程度和時間來計算每周中等至劇烈運動的時間長短。

平均每位受試者的追蹤時間超過四年，這近九萬名的受試者中，有735位最終被診斷為失智症患者。

研究結果大公開

研究發現，每星期中度運動至劇烈運動的時間長短，與失智風險相關。

• 每星期中度運動至劇烈運動的時間1到35分鐘，降低41%的失智風險
• 每星期中度運動至劇烈運動的時間36到70分鐘，降低60%的失智風險
• 每星期中度運動至劇烈運動的時間71到140分鐘，降低63%的失智風險
• 每星期中度運動至劇烈運動的時間超過140分鐘，降低69%的失智風險

然而，本身的虛弱程度卻與失智風險沒有明顯相關。也就是說，較為虛弱的人並不一定較容易罹患失智症。

這樣看待研究結果

所以，即使你覺得自己身體可能本來沒有很好，容易覺得累，動作慢，力氣小，不是每天活蹦亂跳的類型，也不代表就會注定失智。甚至，在這個時候如果你願意動起來，做一些中等程度的運動，一星期只要動一些，其實就能延緩認知功能的退化。

另外，很多人對運動「卡卡」的點常常是地點或時間長短，例如：「我今天沒有什麼時間，不能上健身房一小時，不然這樣跑出門又跑回家，光是車程就很麻煩，所以就不動了！」或是：「醫學建議要人每周做150分鐘中等程度的運動，或75分鐘的劇烈運動，這個目標太遙遠了，根本不可能，所以我就乾脆算了不要動！」

可是，這個研究告訴我們，即使一個星期只有做了總共30分鐘的中等程度運動，也能對降低失智風險有所幫助。所以我們可以用更自在的心情看待運動這件事。不需要抱著全有全無的心態，很多時候要動起來並不需要完整的運動訓練菜單，也不需要特定的地點。即使你是在家動個十分鐘，十五分鐘，對健康也是不無小補。從小段小段的運動開始，並不會因為運動時間短就毫無益處，甚至以長遠來看，一切都還是累積的力量。要累積的話，不需要為了做到激烈運動或長時間運動而受傷、累壞，打壞了自己對運動的胃口，才能有正向累積效果。

簡單居家運動，輕鬆開始！

這裡提供幾個介在10到20分鐘的居家鍛鍊方式：

• 站姿肌力訓練

鍛鍊大肌群有助於維持肌力與平衡，對行走穩定度與減少膝蓋痛也很有幫助。你可以試著用深蹲、弓步蹲、或屈膝禮弓步等方式訓練肌力。

• 踏步有氧

在家運動的好選擇就是踏步有氧，不佔空間也能練！即使是久坐族群也做得來，變化很多的時候不會覺得無聊，跟著動作常常也能帶來好心情！

• 動態伸展

動態伸展可以確保大關節都有適當的活動度，每天練習也非常適合，無論你用此作為一天的開始或結束，都能讓身體感覺更棒！

• 站姿有氧訓練

雖然只有十分鐘，過程除了鍛鍊臀腿力量之外，也很需要徵召核心穩定，前幾個動作比較輕鬆，後面會對心肺要求更高，繼續保持心率，對全身都是很棒的訓練。

別忘了動一動

這項研究認為，而且無論你現在虛弱程度如何，任何量的身體活動都有助於降低之後失智的風險。重點不是一次做到完美，而是從現在開始行動。今天別忘了動一動，為自己的大腦健康儲值！

延伸閱讀：

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• 記性差、性格變、容易受騙！失智症警訊愛注意

• 作者／顯微觀點
• 本文轉載自顯微觀點《顯微技術與流感解密》

2025年初知名藝人大S因流感過世，震驚社會；隨著冬季氣溫下降，流感疫情又將蠢蠢欲動。所幸得益於顯微技術的進步，科學家們在百年前「看見」流感病毒，現在進而拆解流感病毒進入細胞的動態過程，希望能進一步研發更有效的抗病毒療法。

流感是感染人類流感病毒所引發的急性病毒性呼吸道疾病，常引起發燒、咳嗽、頭痛、肌肉痠痛、疲倦、流鼻水、喉嚨痛等，多數國家每年均會發生週期性流行。

看不見的敵人，橫掃全球

除了週期性的地區流行，流感也曾出現大規模疫情，造成世界性大流行。其中1918年流感大流行（又稱西班牙流感）最為嚴重，導致全球數千萬人死亡。

1918年正值第一次世界大戰，美軍在主要入境港口之一，法國的布列斯特（Brest）首次出現流感疫情；4月中旬，波爾多軍醫院也出現了疫情。這些疫情持續時間短暫且無害，死亡人數很少，士兵們很快就從所謂的「三日熱」（the three-day fever）中恢復。

之後，法國和英國部隊也陸續出現流感病例，位於法國聖納澤爾（Saint-Nazaire）的年輕士兵成群感染。1918年5月疫情擴散至索姆河前線（Somme）和洛林地區（Lorraine），前線每天報告新增1500至2000名病例。巴黎於6月受到影響，疫情持續蔓延至英國、德國、義大利，西班牙也未能倖免。

但當時第一次世界大戰的主要參戰國家，如德、英、法、美等國為了避免影響士氣，嚴格管制媒體報導疫情。然而保持中立而未參戰的西班牙，因為沒有實施戰時審查制度，西班牙媒體自由報導著流感相關新聞，甚至連西班牙國王阿方索十三世（King Alfonso XIII）感染重症的消息也被廣泛報導，造成西班牙疫情特別嚴重的錯覺，也因此被命名為「西班牙流感」。

經由戰爭和海運，疫情擴散至全球，西班牙流感出現三波疫情高峰。第一波發生於1918年春季；到了1918年秋季，出現第二波疫情，是死亡率最高的一波；第三波則發生於1919年冬季至1920年春季，死亡率介於第一波和第二波之間。1918到1920年，估計西班牙流感造成全球約5000萬人死亡。

雖然流感造成的死亡人數更甚於一戰死亡人數，但人們還不清楚流行性感冒是由什麼病原體造成。許多科學家開始積極投入假定病原體的研究，大量患者體內存在流感嗜血桿菌（Haemophilus influenzae，前稱費弗氏桿菌Pfeiffer’s bacillus），但也有些病患體內無法分離出病菌，無法滿足柯霍式法則的條件。不過當時流感嗜血桿菌仍被認定是流感的病原體。

柯霍氏法則（Koch’s postulates）：

1. 病體罹病部位經常可以找到大量的病原體，而在健康活體中找不到這些病原體。
2. 病原體可被分離並在培養基中進行培養，並記錄各項特徵。
3. 純粹培養的病原體應該接種至與病株相同品種的健康植株，並產生與病株相同的病徵。
4. 從接種的病株上以相同的分離方法應能再分離出病原體，且其特徵與由原病株分離者應完全相同。

直到1933年，英國科學家史密斯（Wilson Smith）、安德魯（Christopher Andrewes）和萊德勞（Patrick Laidlaw）在倫敦國家醫學研究所（NIMR）分離並鑑定出人類A型流感病毒。他們在流感患者身上收集鼻涕和喉嚨漱口液，過濾後滴入雪貂體內。之後雪貂開始打噴嚏並出現類似流感的症狀，並且傳染給同一籠的雪貂。他們證明了這種感染是可重複的，顯示該病原具感染性，而不是偶然。

1936年，一名年輕的倫敦國家醫學研究所研究員意外接觸到已感染流感病毒的雪貂的噴嚏分泌物。兩天後，他也出現流感症狀，並在喉嚨分離出病毒，血清出現特定抗體。這次意外完成的傳播鏈，實現了柯霍氏法則第三條。之後，B型和C型流感病毒也分別在1940年、1947年被陸續分離出來。

揭開奈米級真實樣貌

儘管此時人們已經知道流感的病原體是可過濾、體積比細菌小的病毒，但一直沒有「見到本尊」。

1931年德國科學家克諾爾（Max Knoll）與魯斯卡（Ernst Ruska）合力製作並發表了史上第一台電子顯微鏡。電子顯微鏡以電子束取代光來觀察物體，由於電子波長短於可見光，解析度提升到奈米等級，也使得病毒得以現形。

用電子顯微鏡觀察，流感病毒呈現球形或絲狀；球形病毒的直徑約100奈米，絲狀病毒的長度則通常超過300奈米。

在電子顯微鏡下，其實很難僅靠外觀分辨A型和B型流感病毒。A型流感病毒的最外層是一層來自宿主細胞的脂質膜，就像穿上「外套」一樣。套膜外則有明顯的尖釘（spikes）構造，就像佈滿尖刺的球體。這些「尖刺」主要由兩種醣蛋白組成：血凝素（HA）和神經胺酸酶（NA），是流感病毒感染能力的關鍵，也正是H1N1、H3N2等亞型命名的由來。

病毒外殼上還零星分布M2離子通道蛋白（M2 ion channel protein），但數量非常少，平均每100至200個HA，才有一個M2。套膜下則有M1基質蛋白（matrix protein M1）支撐病毒結構，維持病毒穩定。B型流感病毒的整體結構和A型非常類似，只是膜蛋白組成略有不同，除了HA和NA之外，另有兩種B型流感獨有的NB和BM2蛋白。至於C型流感病毒，外型就和A、B型明顯不同，它們在感染細胞表面時，能形成長達數百微米的「繩索狀結構」。

然而，電子顯微鏡有其限制：樣本必須固定、脫水，只能看到「結果」，而非「過程」。雖然隨著螢光標記與活細胞顯微術的進步，研究者也開始追蹤流感病毒在細胞內的移動路徑。但螢光顯微鏡看到的是標記訊號，而非病毒的真實形貌；病毒如何與細胞膜互動、是否造成結構變形，仍多半停留在推測層次。

以「病毒視角」看流感病毒互動

蘇黎世聯邦理工學院分子醫學教授山內洋平（Yohei Yamauchi）帶領的研究團隊，使用改良的「病毒視角」原子力顯微鏡（virus-view atomic force microscopy），首次在活細胞表面即時觀察到單顆A型流感病毒進入細胞的過程。

原子力顯微鏡是以奈米探針，在樣本表面掃描，透過感測微小的力學變化來重建樣本形貌。研究團隊將原子力顯微鏡與共軛焦螢光顯微鏡整合，一邊確認顆粒的「身分」，一邊記錄其造成的細胞膜變形。

他們看到流感病毒在細胞表面並非立刻被吞噬，而是先停留一段時間，並在接觸處誘導細胞膜產生局部下陷。慢慢地病毒被細胞膜包覆，最終完成內吞。結果顯示病毒不是「自行闖入」，細胞也「主動」參與反應。細胞將對內吞作用重要的網格蛋白（clathrin protein）聚集到病毒所在的位置，細胞表面也會在病毒所在位置隆起，把病毒「往內拉」。如果病毒遠離細胞表面，這種波浪狀的膜運動也會增強，彷彿細胞要把病毒「抓回來」一般。

從光學顯微鏡的「看不見」，到電子顯微鏡的「看見結構」，再到原子力顯微鏡的「看見動態互動」，顯微技術的演進不只是解析度的提升，更不斷改變人們對流感病毒的理解，進一步為疾病研究和防治開啟新的可能。

參考資料：

• Bouvier, N. M., & Palese, P. (2008). The biology of influenza viruses. Vaccine, 26 Suppl 4(Suppl 4), D49–D53.
• Berche P. (2022). The Spanish flu. Presse medicale (Paris, France : 1983), 51(3), 104127.
• Yoshida, A., Uekusa, Y., Suzuki, T., Bauer, M., Sakai, N., & Yamauchi, Y. (2025). Enhanced visualization of influenza A virus entry into living cells using virus-view atomic force microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 122(38), e2500660122.
• A year-round disease affecting everyone. WHO

延伸閱讀：

• 用電子照亮世界──電子顯微鏡如何帶來科學革命(1)
• 用電子照亮世界──電子顯微鏡如何帶來科學革命(2)