0

0
0

文字

分享

0
0
0

【Gene思書齋】科學革命時代的血之祕史

Gene Ng_96
・2015/03/05 ・2394字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 505 ・六年級

血之秘史立體書最後S-560x700

71WkGqNoo3L

cover high res

我們大部分受過教育的人,都知道血液的功能。今天,「捐血一袋、救人一命」的觀念和行動,也是很令人熟悉的。可是過去有好幾千年,我們其實並不真正瞭解血液的功能,甚至以為「血」是可以直接遺傳給下一代的東西,所以才會有「血統」、「血緣」和「血親」等類似的名詞。

因此,在未曾真正瞭解血液的功能時,要把一個人的血輸到另一個人身上,甚至是把獸血輸到人體內,是匪夷所思,也是大逆不道的。過去歐洲盛行放血療法,血只有出沒有進的。

古歐洲人認為人生病主要是因為體內各元素不平衡所造成,只要設法排出體內多餘的元素,人體就會恢復健康,而血液則被認為是最容易排出的一種元素,因而他們認為放血是康復之要法。理髮師事實上就是外科醫師的鼻祖,因為醫師們認為這種放血工作是下等人做的事,不肯自己動手放血,因而委託理髮師代勞,於是理髮師就成了業餘的外科醫師了。理髮店門口紅藍白條紋相間的柱狀標誌,紅色代表流動的動脈血液,藍色代表流動的靜脈血液,而白色代表止血用的繃帶。

這本好書《血之祕史:科學革命時代的醫學與謀殺故事》Blood Work: A Tale of Medicine and Murder in the Scientific Revolution)就是要探討對過去的人來說,到底血液的本質是什麼?靈魂正確的位置在人體的哪裡?人和動物最大的差異是什麼?所謂「作為人類」的意思是什麼?這些大哉問。

《血之祕史》述說了一個鮮為人知的故事,那是歷史上第一則輸血的故事。同時也讓我們見識到三百多年前,英、法這個死對頭為了爭奪科學主導權而進行的明爭暗鬥,並提及了當時英、法兩國的科學與社會變遷。《血之祕史》作者霍利.塔克(Holly Tucker)是范德比爾特大學(Vanderbilt University)副教授,她同時受聘於醫學、健康與社會中心,還有法文與義大利文系,專研醫學史。

17世紀初的幾十年間,因為英國醫生威廉.哈維(William Harvey,1578-1657)宣布了對於血液循環的發現,顛覆了過去對於人體的種種理解。法國哲學家笛卡兒(René Descartes,1596-1650)也發表了他的激進宣言:「Cogito ergo sum」(我思故我在),宣稱心智與靈魂是獨立於身體的,並且主張,身體基本上是一具巧妙的機器。時值歐洲歷經許多宗教戰爭後仍在休養生息之際,上述兩種主張與其他理論都動搖了科學以及人體的傳統觀念,許多自然哲學家紛紛試著去探討其背後更深的涵義。

不過讓-巴堤.德尼(Jean-Baptiste Denis,1643-1704)當時仍被視為一個最危險的悖德者,他出身卑微,但野心勃勃地想在巴黎醫界成名。1667年6月15日,德尼進行了人類手術史上首次有詳細記載的輸血(異種輸血)。他將一隻綿羊的12盎司(約340.19克,1盎司約為28.35克)血液輸給了一位因水蛭而流血過多的15歲男孩。男孩最終因輸血得以倖存。

在此之前,英國皇家學會(British Royal Society)的成員們已試過把各種液體輸進動物的靜脈裡的實驗,打進動物血管裡的液體包括紅酒、啤酒、鴉片、牛奶與水銀。然後他們把狗的血輸進另一隻狗的身上,例如把大狗的血輸給小狗,老狗輸給年輕的狗,某個品種的狗輸給另一個品種。法國科學院(French Academy of Science)跟進,也進行了狗的輸血實驗,但令其感到氣餒的是,他們沒辦法複製英國的成功經驗。

德尼為一個勞工進行了另一次輸血。勞工也得以倖存。這兩個次輸血實例的成功很可能是因為實際上僅有少量的血液真正輸入到了受血者體內。這樣使得受血者得以抵抗過敏反應。德尼的第三個經受輸血的病人,瑞典男爵古斯塔夫.邦德(Gustaf Bonde,1620–1667),接受了兩次輸血。但在第二次輸血後,邦德不幸死亡。

在1667年冬季,德尼為安端.莫華(Antoine Mauroy)進行了數次小牛血液的輸入,第三次輸血時莫華不幸死去。圍繞著莫華的死,有許多爭論。莫華的妻子聲稱德尼應當為其丈夫的死亡負責。德尼被指控為謀殺。在德尼被宣判無罪後,莫華的妻子又因莫華的死亡而被控告。那次審判之後,德尼退出了醫界。莫華的真實死因隨後被證實為砒霜中毒。

德尼使用動物血液輸血的實驗在法國引起了激烈的爭論,未來如果要幫人類輸血的話,必須先經過巴黎大學醫學院(Paris Faculty of Medicine)的授權。這幾乎是不可能的,因為過去該院未曾掩飾過對於輸血實驗的敵意。兩年後,也就是在1670年,法國議會全面禁止輸血,英國、義大利與全歐各地也都停止了輸血實驗,一直到150年後才會繼續。直到1902年奧地利醫師卡爾.蘭德斯坦納(Karl Landsteiner,1868–1943)發現四種血型後,輸血才被認為是安全、可靠的。

《血之祕史》的歷史故事所涉及的科學與道德倫理的角力,生動地述說了當時英、法兩大國的科學和社會狀況。不過如果以為《血之祕史》只是想要述說一個三百多年前的故事,那就錯了!霍利.塔克真正要提出的,其實是至今我們仍然面對同樣的思辯,如在動物身上注入人體細胞等各種具爭議性的轉基因技術。

她指出,小布希的2004年國情咨文建議禁止透過幹細胞研究來創造人獸混種的怪獸,藉此避免某些「過於冒險或者悖德的研究人員」做出一些傷害人類物種卻又不為人知的事情。我們今天都知道,輸血已拯救過成千上萬人的寶貴性命,如果說我們今天能夠擇選,我們會去禁止三百多年前,那些「瘋狂」的科學家所進行的各種變態實驗嗎?

我們今天如果要禁止那些幹細胞研究、基因治療實驗等等,或者說阻撓轉基因作物等等,只是基於信仰或者不理性的恐懼,那麼三百多年後的子子孫孫,會用怎麼樣的眼光和心態來看待今天的人們呢?!

書摘:

血液實驗前的哲學問題-《血之祕史》

怪獸與奇觀-《血之祕史》

寫在卷尾語-《血之祕史》

本文原刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 16 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


0

0
0

文字

分享

0
0
0

什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

CASE PRESS_96
1 篇文章 ・ 3 位粉絲
CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策