48億公里的旅程–新視野號接近冥王星

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作，泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯，那誰來負責逮捕？

許多人第一時間想到的，可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實，我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強，為什麼癌症還是屢屢得逞？關鍵就在於：癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」，騙過免疫系統的菁英部隊；更厲害的，甚至能直接掛上「免查通行證」，讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見，大搖大擺地溜過。

過去，免疫檢查點抑制劑的問世，為癌症治療帶來突破性的進展，成功撕下癌細胞的偽裝，也讓不少患者重燃希望。不過，目前在某些癌症中，反應率仍只有兩到三成，顯示這條路還有優化的空間。

今天，我們要來聊的，就是科學家如何另闢蹊徑，找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略，會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎？

免疫療法登場：從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前，我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」，就像威力強大的「七傷拳」，殺傷力高，但不分敵我，往往是殺敵一千、自損八百，副作用極大。接著出現的「標靶藥物」，則像能精準出招的「一陽指」，能直接點中癌細胞的「穴位」，大幅減少對健康細胞的傷害，副作用也小多了。但麻煩的是，癌細胞很會突變，用藥一段時間就容易產生抗藥性，這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀，人類才終於領悟到：最強的武功，是驅動體內的「原力」，也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折，也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

你可能不知道，就算在健康狀態下，平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙，全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制，看到癌細胞就立刻清除。但，癌細胞之所以難纏，就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中，有一批受過嚴格訓練的菁英，叫做「T細胞」，他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺，會在自己身上掛出一張「偽良民證」，這個偽裝的學名，「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」，縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時，T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」，叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」，簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時，就等於是在說：「嘿，自己人啦！別查我」，也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子，這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨，等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號，因此 T 細胞就真的會被唬住，轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 （immune checkpoints）」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」，作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效，T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋，重新發動攻擊！

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草，理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用；標靶藥物雖然有效，不過在用藥一段期間後，終究會出現抗藥性；而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤，所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者，也能獲得比起化療更長的存活期，以及較好的生活品質。

不過，儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局，這些年下來，卻仍有些問題。

CD47來救？揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破，但還是有不少挑戰。

首先，是藥費昂貴。 雖然在台灣，健保於 2019 年後已有條件給付，但對多數人仍是沉重負擔。 第二，也是最關鍵的，單獨使用時，它的治療反應率並不高。在許多情況下，大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說，仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果，而且治療反應又比較慢，必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說，這種「沒把握、又得等」的療程，心理壓力自然不小。

為什麼會這樣？很簡單，因為這個方法的前提是，癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢？

想像一下，整套免疫系統抓壞人的流程，其實是這樣運作的：當癌細胞自然死亡，或被初步攻擊後，會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時，體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動，把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說，它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

接著，巨噬細胞會把這個特徵，發布成「通緝令」，交給其他免疫細胞，並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」，就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

而PD-1/PD-L1 的偽裝術，是發生在最後一步：T 細胞正準備動手時，癌細胞突然高喊：「我是好人啊！」，來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢？如果第一關，巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題，根本沒發通緝令呢？

這正是更高竿的癌細胞採用的策略：它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子，就像一張寫著「自己人，別吃我！」的免死金牌，它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α，SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號，大腦就會自動判斷：「喔，這是正常細胞，跳過。」

結果會怎樣？巨噬細胞從頭到尾毫無動作，癌細胞就大搖大擺地走過警察面前，連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布，T 細胞自然也就毫無頭緒要出動！

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中，癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有！

為了解決這個問題，科學家把目標轉向了這面「免死金牌」，開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路，可說是一波三折。

不只精準殺敵，更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥，就像打造一把神兵利器，太強、太弱都不行！

第一代 CD47 藥物，就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」，你可以想像是超強力膠帶，直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時，這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc，這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子，吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了！CD47 不只存在於癌細胞，全身上下的正常細胞，尤其是紅血球，也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果，第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略，完全不分敵我，導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊，造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小，導致一些備受矚目的藥物，例如美國製藥公司吉立亞醫藥（Gilead）的明星藥物 magrolimab，在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病（AML）的單株抗體藥物。

太猛不行，那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體，而是改用「融合蛋白」，也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置，但結合力比較弱，特別是跟紅血球的 CD47 結合力，只有 1% 左右，安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元，收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白，可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上，TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622，則是在6月29號，研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

但第二代也有個弱點：為了安全，它對癌細胞 CD47 的結合力，也跟著變弱了，導致藥效不如預期。

於是，第三代藥物的目標誕生了：能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力，但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」？

為了找出這種神兵利器，科學家們搬出了超炫的篩選工具：噬菌體（Phage），一種專門感染細菌的病毒。別緊張，不是要把病毒打進體內！而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造，再加上AI的協助，就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後，就開始配對流程：

1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖，能打開的通通淘汰！
   
2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖，從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」！

接著，就是把這把「神鑰」的結構複製下來，大量生產。可能會從噬菌體上切下來，或是定序入選噬菌體的基因，找出最佳序列。再將這段序列，放入其他表達載體中，例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」，就大功告成了！

目前這領域的領頭羊之一，是美國的 ALX Oncology，他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1，對巨噬細胞的吸引力較弱，需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的，是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台，從上億個可能性中，篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時，他們選擇的標籤蛋白 IgG4，是巨噬細胞比較「感興趣」的類型，理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中，就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點，有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外，還有漢康生技的FBDB平台技術，這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如，把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果，多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑，到破解「免死金牌」的 CD47 藥物，再到利用 AI 和噬菌體平台，設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說，最棒的好消息，莫過於這些免疫療法，從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力，都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」，帶來了更多的希望。

• 作者／語星葉，與一隻米克斯黑狗簡單地生活在新竹，正在努力成為天文學家。

在浩瀚的太陽系裡，冥王星一直是個迷人又「謎人」的存在。關於冥王星精彩的故事很多：1930年被鍥而不捨的天文台助理發現、2006年被從行星殿堂「降級」為矮行星、2014年新視野號成功飛掠並帶來無數珍貴的照片與科學資料……如今關於冥王星的新研究又帶來驚喜──或該說是驚嚇？

冥王星與海王星的「雙星共舞」

冥王星是第一顆被人類發現的「海王星外天體（Trans-Neptunian object, TNO）」。如今我們已知海王星軌道外有數百顆這類的天體，並且數量還在增加中。這類天體雖繞行著太陽，但其軌道週期之大，宛如被太陽遺忘在邊疆的散兵。有些 TNO 還長得奇形怪狀，例如妊神星（Haumea）雖然有 1/3 個冥王星的質量，但其外型不是球型，而是一顆橢球，且其長軸比短軸長了一倍！

上圖最左上角是冥王星系統，其中最大的衛星凱倫（Charon）甚至大到使這個雙體系統的重心在冥王星之外，因此也稱冥王星是個雙（矮行）星系統。而妊神星（Haumea）則硬生生長成恐龍蛋形狀，因其自轉一圈只花 4 小時，這樣的高自轉速度使它無法成球體。值得一提的是，已知的 TNO 體積都小於月球。

冥王星本身更是有許多有趣的現象。冥王星的軌道偏心率高，呈橢圓狀，而且軌道平面是傾斜的，跟太陽系盤面差了 17 度角（見下圖）。除此之外，冥王星跟海王星的關係可謂糾葛難分──冥王星的軌道跟海王星有些微交錯，即某些時候冥王星會轉到海王星軌道的內側，此時冥王星比海王星離太陽更近！這樣難道兩顆星不會因為太過靠近，而使彼此的軌道不穩定嗎？天文學家發現，冥王星與海王星的軌道呈和諧的共振關係，兩顆星就像在跳方塊舞，互相受彼此的重力牽連著、卻不會因距離太近而打破軌道的平衡。

這兩顆星的和諧軌道共振有兩個要素：首先，冥王星跟海王星的軌道週期呈現近乎 3：2 的比例，且當冥王星在近日點時，海王星大約在與其軌道長軸呈垂直的位置。更精確地說，冥王星的近日點位置是會浮動的，在天體力學中稱為冥王星近日點的天平動（Libration，指的是天體軌道角度的週期性震盪）。

若由上往下看太陽系盤面，冥王星的近日點天平動會與海王星軌道保持上述的關係，因而不會與海王星太過接近。另一個要素則是軌道傾角方向的天平動。由於先前提到的軌道傾斜，冥王星的近日點能保持在遠高於海王星軌道平面的位置，因此更加確保兩顆星不會相遇。

上圖為冥王星軌道與八大行星軌道對照圖。截圖自The Sky Map | 3D Solar System Simulator 。
有興趣的讀者可以上這個網站，搜尋 Pluto 並勾選 animate ，調整合適的時距，便可以隨心所欲從任意角度觀察冥王星與八大行星的軌道運動。只是 3D 模擬運算量大，網站頗容易當哈哈……

你以為天體運行繞一圈就結束了嗎？讓影片畫給你看

其實天體力學的軌道計算非常的複雜。連結是神人用 Python 寫的開源模擬所繪製的影片。前半段影片顯示的是冥王星與海王星的軌道共振狀態，冥王星以紅色標示，海王星以藍色標示，坐標系則隨著海王星一起公轉；後半段影片展示一個無軌道共振的系統作為對照，冥王星質量的天體以綠色表示。

影片中，左上圖是從上往下看太陽系盤面，可以看見海王星的位置其實有微小的變化，這是因為海王星的軌道並非正圓；而冥王星的軌跡則顯示出上下兩個對稱的弧線，這是近日點的位置，可以發現平均下來近日點跟太陽的連線，的確跟海王星位置跟太陽的連線是垂直的，還可以觀察到近日點天平動的幅度。

而下方兩張圖則是從側面看太陽系（平行於太陽系盤面看過去），可以看出兩側高凸的近日點位置的確遠高出黃道面（z=0）。這個模擬的時長為 2 萬年，冥王星約繞行太陽 80 圈，可以看見其軌跡是有跡可循的；相對的，影片後半沒有軌道共振的對照組，其近日點在這兩萬年內不斷地漂泊，繞行軌跡也相當混亂無序。

上述的模擬只考慮了太陽、海王星與冥王星的三體運動（雖然已經極為複雜了），那麼其他已知的氣體行星，會不會對冥王星軌道造成微小的擾動呢？欸嘿， N-body simulation 出場了！（筆者表示害怕）

天體力學下的平衡

美國亞利桑那大學的天文學家 Malhotra 與日本國立天文台的 Ito 研究員，在他們的模擬中考慮了太陽以及所有氣體巨行星──木星、土星、天王星與海王星──對冥王星的重力作用，並且把模擬時長拉長到50億年（上述 Python 模擬的 16 萬倍），也就是預期太陽剩餘的壽命。他們想嘗試回答，在太陽穩定照亮世間的漫漫時光裡，像冥王星這樣軌道如此精巧的天體，究竟是否能長久和海王星跳著方塊舞呢？

在模擬中，他們分別測試了不同的行星組合，以判斷各巨行星對冥王星軌道的影響。一如過去所知，模擬結果顯示了海王星的重力主導了冥王星近日點在平行太陽系盤面方向的天平動，也就是保持著 3/2 的和諧共振。然而，對於軌道傾角方向的天平動，海王星並未握有太大實權。拉長時間來看，冥王星近日點的天平動無論在平行盤面、軌道傾角兩個方向上，對巨行星們的一舉一動都頗為敏感。巨行星們的重力作用會使冥王星軌道產生微擾（Perturbation），使冥王星軌道產生天平動，只要天平動限縮在穩定的範圍內，就不用擔心冥王星會被耍得團團轉。

令人驚訝的是，根據模擬結果，他們發現在平行盤面的方向上，天王星竟在破壞冥王星的軌道穩定！不過別擔心，這個軌道穩定破壞者正被木星和土星給鎮壓著──在不含天王星的模型中，冥王星平行盤面的天平動和實際情況相去不遠，然而在移除木星和土星、只考慮天王星及海王星的模型裡，冥王星軌道只能在千萬年之內保持穩定。然而在軌道傾角方向上，天王星又有其貢獻，因為只有在考慮所有巨行星的模型裡，此方向的天平動才是與現實相符且長久穩定的。

因此，在維護冥王星精密的軌道平衡上，四大行星可謂缺一不可。更令人驚奇的是，在漫長的 50 億年模擬中，冥王星的天平動雖被限縮在一個安全穩定的範圍內，但這個穩定範圍其實非常的狹窄！若冥王星稍有不慎，掉到了安全範圍之外，其軌道將變得無序而渾沌，便不再跟海王星跳著和諧的方塊舞了。

太陽系就是個大舞池

看到這裡，你是否震撼於冥王星的軌道之精密，簡直像是被刻意調整過的呢？就如同生物演化的優勝劣汰，過去太陽系也曾盛大進行著重力之舞淘汰賽，只要一有天體踏出重力穩定帶，便可能被逐出舞池、或者惹上其他天體的麻煩。

今日現存的太陽系成員都是重力之舞的佼佼者，它們因緣際會來到為數不多的重力穩定帶，尋得屬於自己的舞步，悠然繞旋至今。然而在過去，它們可都曾有過波瀾壯闊的瞬間──或許是與其他天體擦身而過、或許是被逼到穩定帶的邊陲……透過精細演算太陽系天體的移動，天文學家得以窺探這場重力之舞淘汰賽的精彩回顧，甚至可能發現被淘汰天體所遺留的蛛絲馬跡。

如今在太陽系這浩瀚的舞台上，行星、衛星、彗星、 TNO 等天體組成舞團，相互配合著對方的舞步，漫遊於其中。它們已是訓練有素的舞者，所演出的每一支舞都令人為之震撼，值得反覆品味、研究，就連遠在五十億公里外的冥王星，都使天文學家為之神往。究竟從冥王星複雜而精美的舞步中，還能挖掘出什麼有趣的新發現呢？讓我們拭目以待！

註：關於冥王星的故事，非常推薦閱讀精采的《冥王星任務》（時報出版）一書，由新視野號主持人共同執筆寫下，高潮迭起、充滿笑與淚，會讓你一看就停不下來！

參考資料：

paper本體https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2118692119

科普新聞 https://www.space.com/pluto-orbit-influences-from-giant-planets

冥王星軌道開源模擬 https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ac3086, https://github.com/renumalhotra/2021-Pluto-Neptune-Resonant-Dynamics-Visualized-in-4D

2019 年抵達尾聲，每每科學技術的突破與新研究的產生，都讓我們更了解這個世界，也使我們的生活產生巨大的變化。在迎接 2020 之際，照慣例，讓我們一起看看《Science》為今年選出的科學年度大事有哪些？而究竟今年最重大的科學突破是什麼呢？

丹尼索瓦人的長相公開

丹尼索瓦人 (Denisovan) 為 5 萬年前一支滅絕的人屬，與著名的尼安德塔人 (Neanderthals) 以及現代人曾存在於同時期。過去從其他人種的 DNA 中，可以發現到丹尼索瓦人血緣的蹤跡，證實了這支族群曾廣佈亞洲大陸。但形態部分的資訊一直不足，科學家一直難以得知其長相。

今年 (2019) 九月，科學家透過西伯利亞所發現的丹尼索瓦小女孩遺骸，從小指中的 DNA 之表觀遺傳學資料，配合基因資料庫中對基因表現的認知，重建了丹尼索瓦人的面貌。而研究重建得出的長相，在後續的研究中與已證實屬於丹尼索瓦人的下顎化石進行比對後，發現預測模型與結果近乎完美的相符，顯示本次重建結果的可信度相當高。

延伸閱讀：沒有化石，也能用表觀遺傳學重建丹尼索瓦人的長相？

Google: 量子霸權已經達標！IBM: 這個嘛……

今年 (2019) 10月，Google 宣告他們研發的量子電腦已可解決一般電腦無法解開的難題，進入了新的里程碑「量子霸權」(Quantum supremacy)。傳統電腦以二位元運作，進行資料編譯、傳輸或儲存；然而量子電腦的量子位元 (qubit) 為「0」、「1」或「同時為 0 和 1」，能在面對問題時藉由量子波的晃動，使錯誤的解決方案因互相干擾而抵消，最終呈現正確的解決方法。這項設計使量子電腦面對龐大運算時會更快速得出正確的解答，擁有破解當前網路安全協議 (security protocols) 的計算能力。

Google 的研究人員表示，本次發表的量子電腦利用超導金屬製成了具微小路徑的 53 量子位元晶片，在 200 秒內就解決用以測試的抽象問題，相比於傳統電腦計算需耗費萬年成效驚人。對手 IBM 對 Google 的宣稱表示了懷疑，認為現行的超級電腦若以正確的演算法應能在兩天內解決該問題。

成熟的量子計算需使量子位元有自我校正的能力，但當前該技術仍尚未完成。再者，量子計算機設備的擴張更具挑戰。儘管 Google 的成就備受讚揚，應用量子計算時代要真正來臨，可能仍需數十年的研究與努力。

延伸閱讀：量子電腦為何比傳統電腦強大？量子運算的發展又有哪些挑戰呢？

以腸道細菌戰勝營養不良

依國際衛生組織 (WHO) 的統計，每年約有 35% 的兒童死於營養缺乏。這項資訊除了暗示人類世界中資源不均的問題外，實際上還存在著某種醫療處境：有些營養缺乏的兒童即使獲得救助並攝取到足夠的食物後，仍無法有效改善營養不良造成的病痛，甚至依舊發育遲緩。

經過十年的研究，研究人員發現此情況與腸胃道菌相不成熟有關。標準的援助食物主要以奶粉和大米補充營養，但缺乏使關鍵腸道菌生長的成分。今年一款低成本、主要材料為鷹嘴豆、香蕉、大豆和花生粉的營養補充品被研發推出，以促進腸道菌相的生長、並改善後續的營養吸收。

目前小規模的臨床試驗中，確認之前研究認定的 15 種重要菌種有良好的反應；且孩童的血檢也驗出出更高的血蛋白及體內代謝物數值，顯示這些孩童的身體狀況獲得改善。這些孩童後續將被長期追蹤，若結果理想，將相關的配方推廣至醫院之外，其影響範圍預計會十分深遠。

隕石撞地球，到底會怎樣？生物大滅絕之謎取得線索

宇宙力量何其大，世界末日的電影題材中「隕石撞地球」已成為一個常見的套路，然而事實是人類一直未能還原過去這種浩劫的情景與事件發生的經過。那些滅絕的生物何時死亡、如何死亡，以及後續生態復甦的情況又是如何？一切都在科學家從墨西哥尤卡坦半島（YucatánPeninsula）提取出沉積物岩芯 (sediment core)，配以美國挖出的豐富化石，才終能一窺六千六百萬年前的災難修羅場。

從現已沉於尤加坦海岸 (Yucatán coast)的希克蘇魯伯隕石坑 (Cráter de Chicxulub)，科學家鑽取了長 835 米的岩芯，重建隕石撞擊時的地表狀況：撞擊引起地震，地震引起海嘯並席捲地表生物。從岩芯中含硫物種的所剩無幾，可以推估遭撞擊的地表當時所有物質都被蒸發，並可能導致全球急速冷卻與黑暗。

但從美國科羅拉多州採集到的花粉、植物化石、動物骨骼等遺跡，可知生態復甦速度也頗快。該隕石撞擊事件標示了白堊紀的終結以及古近紀的開始，蕨類和小型哺乳動物倖存。該地棕梠樹在隕石撞擊後的 1000 年內就取代了蕨類的地位、在 30 萬年內則由核桃類植物成為強勢物種。哺乳動物的體型與多樣性於 10 萬年間增長兩倍，甚至部分體重可達 50 公斤。

海洋生態在 3 萬年內恢復運轉，但因撞擊造成的海洋酸化減少 50%海底有機質，而抑制了海洋生物的生長近百萬年。

延伸閱讀：恐龍輓歌—壓垮白堊紀末生物生存的最後一根稻草

新視野號成功拍到古伯帶天體 Arrokoth！

NASA 耗資 8 億美元的「新視野號」 (New Horizons) 探測太空船於成功探測了天體 2014 MU69 的資料，成為人類史上探測過最遠的星體。這個小行星位於海王星外的古柏帶 (Kuiper belt)，一個距離地球 66億公里遠，預估長達 36公里寬的物體。原本被暱稱為 Ultima Thule（中文可譯為「天涯海角」或「終極遠境」），因為用字上有爭議（與納粹有關），而後正式被命名為 “Arrokoth” ，源自美國原住民波瓦坦語 (Powhatan)與阿爾岡昆語 (Algonquian) 的字彙，意指「天空」。

Arrokoth 外觀猶如雪人，由兩個球狀天體接合形成。大球約為小球體積的三倍大。依科學家推論，這兩個球狀天體應是各自形成後，才又碰撞接合再一起。

延伸閱讀：終極之遠，新視野號在古柏帶探測星體

真核生物身世之謎被解開了？

真核生物的起源一直是科學家爭論不休的問題。而就在 2019 年，日本一支研究團隊歷經過 12 年的努力，對真核生物的起源取得了一個重大的線索。這支研究團隊從深海沉積物中培育出了微生物 Prometheoarchaeum syntrophicum strain MK-D1，這是種最近被認可為阿斯加德微生物群 (Asgard) 的古細菌。

其基因體定序的結果顯示，有部分基因片段是過去科學家以為只有真核生物中才會發現的。經 DNA 分析後，科學家推論，阿斯加德微生物群或其遠古親戚很可能與真核生物的起源有關，意味著生物分類學的三域說（古細菌、細菌、真核生物）有可能併作兩域，真核生物成為古細菌域底下的分支，古細菌域與細菌域唯二併立。這大膽的推論目前證據尚嫌不足，還有待更多證據出現。

能醫治多數囊狀纖維化患者的藥物終於出現！

今年 10 月，罕見遺傳性疾病：囊狀纖維化 (cystic fibrosis, CF) 的治療藥物 Trikafta 終於通過驗證進入臨床療程。囊狀纖維化是由於第7對染色體長臂上 CFRT (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 基因的缺陷造成的基因突變造成的遺傳性疾病，會造成呼吸道、胰臟、腸胃道、汗腺等外分泌腺體器官的功能異常，患者的平均壽命 40 歲。囊狀纖維化依種族而有不同程度的發病率，由於歐美種族帶因者較高，北歐裔白人發病率最高達 1/3,200，而亞裔帶因者比率較少，發病率僅有 1/31,000。

新藥 Trikafta 結合多種針對不同 CFTR 蛋白缺陷的藥品，適用於高達 90% 的患者，將囊狀纖維化轉為能受控制的慢性病。但現今 Trikafta 藥品成本所費不貲，一年標價超過 30 萬美元，且需要終身服用；批准使用的年齡段（需大於12 歲）也有所限制，另外尚有 10% 的病患不適用該療程，皆是需要持續研究的方向。

伊波拉病毒感染者的一線希望

從 1976 年起肆虐全球至今的伊波拉病毒，長久以來都缺乏有效的治療藥物，而今終於出現了一線曙光。今年 (2019) 確認 mAb114 和 REGN-EB3 兩種抗體藥物在早期治療的情況下，可大幅降低致死率。

這兩種藥物分別取自於 1996 年倖存者身上分離出來的抗體，以及由模擬人類免疫系統的小鼠所產生的三種抗體的其中一種。科學家於試驗中比較四種藥物，發現使用其他兩種藥物僅有約 50％的存活率，而接受該兩種藥物的患者有超過七成的存活率。

自與伊波拉相遇，人類終於出現了有效的療程。本次發現的藥物效果顯著，提高了患者的生存機會，但在疫情第一線抵抗伊波拉，還需鼓勵畏懼檢測的人們及早尋求治療，以有效抵抗伊波拉。

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人工智慧終於也征服了多人卡牌遊戲？

人工智慧（Artificial intelligence, AI）於目前最受歡迎的撲克遊戲：無限注德州撲克 (Texas hold’em)中首次擊敗了世界頂級玩家，意味著 AI 已能攻克玩家無法獲得完整資訊的多人遊戲。AI 在遊戲領域稱霸看來也只是時間問題，2007 年起已經有 AI 程式在西洋棋中攻無不克；而 2016 年 AlphaGo 更是打敗了圍棋的頂尖棋手。

德州撲克由於無法確知其他玩家擁有的手牌，被視為比棋盤遊戲更嚴峻複雜的遊戲。2019 年 8 月，來自賓夕法尼亞州匹茲堡卡內基梅隆大學 (Carnegie Mellon University in Pittsburgh) 的團隊宣告他們製造的 AI：Pluribus，成功在多人遊戲中擊敗了世界一流的玩家。

Pluribus 的玩法在雙人與多人對戰時略有不同，在雙人對戰時著重尋求「不輸」的途徑，即使用納什均衡 (Nash equilibrium) 的策略，保證了對手平均而言會變得更糟，除非他們也使用完全相同的策略。但在牌局中有數名玩家的情況下，則難以確保這樣的策略奏效，因此 Pluribus 只是尋求在已知情況下最有效的玩法。

延伸閱讀：AlphaGo成為「棋靈王」是有多厲害？人工智慧未來又要怎麼走？

最後揭示今年度今年科學年度突破大事，Science 票選的科學大事的第一名：就是於 2019 年 4 月 10 日晚間公布來自於 M87 星系的黑洞相片啦！

終於看到你！人類幫黑洞拍的第一張照片

巨大的黑洞無所不在、無處不有，然而過去人類僅能藉著黑洞的引力與周圍物體互動意識到它的存在，沒有辦法直接看見黑洞本身。直到今年四月，事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 團隊發布了一張驚人的黑洞 「影像」圖：照片中，一個黑色的中心被光圈環繞。

目睹黑洞影像的當下，身作黑洞攝像團隊成員的海諾·法爾克 (Heino Falcke) 表示自己宛如「看著地獄的大門」。 EHT 為結合世界各地的研究團隊，於各地使用電波望眼鏡觀測共同目標：M87 星系黑洞的電波波段（其中特別鎖定毫米波），來增進其解析力。這張黑洞照相驗證了廣義相對論，與許多科學家數十年來的研究成果。

延伸閱讀：

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• 當你凝視深淵：人類首度直擊黑洞真面目！──科學超抖宅報

本文編譯自 〈2019 BREAKTHROUGH of the YEAR 〉