科學月刊 – PanSci 泛科學

李國偉／中央研究院數學所兼任研究員。

汽車跑得快，不叫「人工馬」；飛機飛得高，不叫「人工鳥」。怎麼計算機本領大了，就要稱作「人工智慧（Artificial Intelligence, AI）」？

人工智慧一詞的創造

麥卡錫。圖／GeeJo @wikimedia

故事要由麥卡錫（John McCarthy）講起。麥卡錫早年就顯露很高的數學天賦，24 歲從普林斯頓大學拿到數學博士，並在萊夫謝茨（Solomon Lefschetz）指導下寫出學位論文〈射影算子與偏微分方程〉（Projection Operators and Partial Differential Equations）。

1955年，麥卡錫獲聘為達特茅斯學院（Dartmouth College）的助理教授，9月向洛克菲勒基金會提出一份申請書，希望獲得「達特茅斯人工智慧夏季研究計畫（Dartmouth Summer Research Project on Artificial Intelligence）」的經費補助。計畫書裡出現的「人工智慧」名稱，是公認麥卡錫首創的新詞。

麥卡錫放棄微分方程轉往全新領域，其實有端倪可循。1952年夏季，他到貝爾實驗室擔任大名鼎鼎夏農（Claude Shannon）的助理，協助夏農編輯有關「自動機（automata）」的論文集。也正是夏農後來幫他跟洛克菲勒基金會牽線，在申請經費補助時當共同提案人（雖然此事多被後人淡忘）。

圖／wikimedia

根據麥卡錫在紀念研討會50 周年時回憶，舉辦這項活動的主要目的就是要「豎立鮮明旗幟（nail the idea to the mast）」。

研究計畫的主題沒有採用自動機，因為他嫌夏農太偏抽象數學理論。他也迴避使用另外一個火紅的名詞，就是維納（Norbert Wiener）發明的「控制論（cybernetics）」，一方面是嫌控制論研究對象還牽扯到類比機制，另一方面則是不願與好辯的大老交手。

為了想凸顯自己研究發展路徑的特色，他也拒絕重複別人用過的名稱，像「複雜訊息處理」、「機器智能」等。他豎立的人工智慧這面鮮明旗幟，非常能激發人的想像，從而抓住人的眼球。命名要「性感」，可謂「名稱政治學」巧妙的第一步！

圖／giphy

名稱雖性感，但是如何替內容畫界呢？麥卡錫在經費申請書裡開宗明義說：

「從事本研究的基礎立足於以下的臆測：關於學習的每個方面，或者智慧的任何其他特徵，只要原則上能精確地給予描述，那麼就能使機器做出模擬。」

所以麥卡錫勾勒出的範圍幾乎是沒有範圍，因為一切都仰仗預設「只要原則上能精確地給予描述」須成立。似有還無的界線使得攻守兩宜，這是「名稱政治學」巧妙的第二步。

名稱漂亮又如何

在著重商業行銷的美國，即使是學術領域的興衰，也經常與帶頭人的行銷技巧密切相關，由前兩步可看出麥卡錫顯然深得其中三眛。但是，不管1956年夏季的研究活動多麼新穎，如果沒有研究基地、經費與人員的持續投入，新的學科也很難健康茁壯，這當兒麥卡錫剛好得到天時眷顧。

在美國毫無預警的狀況下，1957年10月蘇聯成功地把史普特尼克人造衛星放上太空。因為警覺到國家安全遭受嚴重威脅，美國把大量經費投入高校，積極推動強化國防的研究工作。

圖／Sethwoodworth @wikipedia

在達特茅斯經費申請書上排名第二的是閔斯基（Marvin Minsky），1958年他與麥卡錫都到了麻省理工學院。有一天他們倆在走廊上碰到部門主管，麥卡錫伺機向主管表示想成立人工智慧實驗室。當主管問他們需要什麼的時候，麥卡錫提出實驗室空間、一位秘書、一台打卡機、兩位寫程式的技術員。主管不僅馬上答應，還同時奉送他們六位研究生。

原來新增經費多養了六位數學系研究生，主管不知該怎麼安排，索性叫他們去搞新花樣吧！人工智慧號稱能產生機器自動翻譯，幫美國軍方閱讀蘇聯的各種文件，從而得到國防經費的長年挹注。其實自從冷戰時期開始，很多重要科技進展的研發經費，都直接或間接受到軍方的支持。而這有效引起國防軍工當局的青睞，也是「名稱政治學」的重要撇步。

將新學科命名「人工智慧」是非常成功的策略，甚至可能有點過於成功，導致對於人工智慧產出的期望過高。當大量金錢投進研發，而成效往往達不到原先宣傳的願景時，熱潮就不可避免會衰減。人工智慧的發展有過幾回戲劇性的起伏，還歷經兩次所謂的「人工智慧的冬天」，到1980年代末幾十億美金的相關產業逐漸蕭條。人工智慧烏托邦的泡沫化，留下了「名稱政治學」辯證發展的軌跡。

圖／JordanHoliday@pixabay

「人工智慧」將成歷史名詞？

自從2016 年AlphaGo 打敗圍棋高手李世乭之後，新一波人工智慧的浪頭簡直勢不可擋。2005年數位時代預言家庫茲威爾（Raymond Kurzweil）在《奇點臨近》（The Singularity Is Near: When Humans Transcend Biology）書中曾說：

「許多觀察家仍然認為人工智慧的冬天就是故事的終結，自此之後人工智慧就毫無創建了。其實今天成千上萬的人工智慧應用程式，已經深入包含在每種工業的基礎建設裡。」

為什麼這種類似「隱姓埋名」的策略會發生呢？道理就在於這些發展本來就是計算機該做的事，人工智慧標籤好用的時候就拿出來用，不好用的時候就打出其他招牌，像什麼「機器學習」、「以知識為基礎的系統」、「認知系統」、「智能系統」、「深度學習」，不一而足。

圖／MedicalFuturist

這一波人工智慧的振興，主因之一是克服大量增加類神經網路層次的難關。模擬神經網路的研究早已有之，但是閔斯基與派普特（Seymour Papert）在1969年出版了影響力極大的《感知器》（Perceptron）一書，暴露了類神經網路處理非線性問題本質上的不足。所以今日人工智慧的核心方法，曾經被人工智慧領袖幾乎掃地出門。今昔對比，可說是「名稱政治學」裡借殼上市鹹魚翻身的一章。

現在飽受矚目的人工智慧應用，其實都是在特定範圍裡增廣人的能力，因此顯現超越人力的結果本應在預期之內。像涂林測試（Turing test）所瞄準的不限範圍的機器智能，目前距離最終目標還相當遙遠。我們預期當人們對各個領域五花八門的人工智慧產品習慣後，「人工智慧」在「名稱政治學」的場域裡，終將完成其階段性任務，從而退隱為歷史名詞。

〈本文選自《科學月刊》2018年4月號〉

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林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，科學月刊總編輯。

萬那杜的首都是維拉港，也是萬那杜最大的城市。圖／Phillip Capper@wikipedia

萬那杜（Vanuatu）是指位於新幾內亞島東南方與斐濟（Fuji）西方海域上的島嶼，目前為萬那杜共和國的治權範圍。先前的考古學研究顯示，這個深入太平洋中心、由 80 餘個島嶼所組成的區域上，有關人類的活動僅能追溯到 3000 年前，幾乎可算是地球上最晚發現人類活動的區域，是地球上最後一塊被人類觸碰到的淨土。

萬那杜的居民從何處而來？

拉匹達文明的地理位置。圖／Christophe cagé @wikipedia

這是一個人類學上相當有趣的研究議題。語言學家們的研究發現，當地居民的語言根源於東南亞語系，透過與鄰近區域考古學證據顯示，第一批到達萬那杜的居民，跟其他遠大洋洲（Remote Onceania）島嶼上落地生根的先驅者應該同屬於拉匹達（Lapita）文明。

拉匹達文明最早發現於位於新幾內亞島東北部的俾斯麥群島（Bismarck Archipelago），是一個生活於沿岸，以採集為主的新石器文明。從已出土的文物當中發現，拉匹達文明已經具備相當精緻的製陶技術，並能利用貝殼製作大量的生活工具。

目前的考古學者認為，拉匹達文明源自東南亞，從文明特徵以及在大洋洲相關文明發現的時間序列來看，整個拉匹達文明可能源自於臺灣早期的原住民，在距今5000~6000 年前經海路逐步擴散到大洋洲的諸島。

拉匹達文明擁有相當精緻的製陶技術。圖／Torbenbrinker@wikipedia

這樣的人口擴散方式又是以何種形式發生呢？是逐步的擴散，每到一個地區便與當地人種通婚產生子代，落地生根以後再向其他島嶼擴散？或者是像有目的的旅行一般，在很短的時期不斷移動所造成？

在 2016 年發表的研究中，考古學家透過分子生物學技術，研究 3 具發現於萬那杜與東加群島的先祖遺骸，發現這些迄今 2600~3000 年前的遺骸身上鮮少有鄰近新幾內亞島上人種的 DNA 特徵，反而跟東南亞的人種在血緣上更為接近。顯示這些遠古先祖在遷徙的過程，可能鮮少與當地居民通婚以致沒有血統混合的現象，或者是因為這樣的遷徙是發生於短時間的，並非經歷數代所造成。一段源自臺灣原住先民透過海上旅行到達地球最後一塊淨土的傳奇故事就這樣被發表出來。

即便透過考古學以及語言學的深入研究勾勒出一段如史詩般的故事，但仍難以完美解釋我們目前所觀察到的現象；現今的萬那杜居民雖仍以南島語（Austronesian）作為主要的語言，然而從血緣的角度來看，現在的萬那杜居民，不論在骨骼型態的角度以及基因學上的表現，均已幾乎找不到先民們的血緣。這種語言與血統上錯位（mismatch）的現象更增添了這傳說中的神祕色彩。

圖／Graham Crumb@wikipedia

全基因體定序用於考古學研究

分子生物學技術用於考古學上的研究其實至少有 3、40 年的歷史。透過位於染色體上基因序列的相似程度，來推算動物物種之間或是先祖遺骸與現代人之間血緣關係的問題。

傳統的研究當中，基因標的（target gene）的選擇相當重要，科學家們需要選擇適當的基因，以這些基因在不同來源材料之間的序列（sequence）差異，做為比較的基礎；通常這類基因需要具備「適當的變異，但又不能太有變異」的微妙特性，來符合判斷不同時間尺規（scale）中對親源性分析的要求。

像是利用分子生物學技術鑑定魚種間親緣關係（可能有數千萬年以上的差別）與人類人種之間的研究（數千到數萬年），所選擇用來比較的基因標的就會有所不同。

根據粒線體DNA之群體遺傳學推斷出的早期人類遷徙路線。圖／Chronus @wikipedia

在眾多指標之中，粒線體DNA 是較為人所熟知的一個標的。粒線體是細胞當中的一種胞器（organelles），被認為是古代細菌寄生於細胞後共生的結果，稱作內共生學說（endosymbiotic theory）。

在高等哺乳動物當中，我們認為子代的粒線體皆源自母親的卵子，故粒線體DNA 可作為母系遺傳的重要指標。在早先的研究中，粒線體DNA的定序與比對數據提供了我們在形塑現代人類起源的概念上相當有利的參考，包括提出「粒線體夏娃（Mitochomdrial Eve）」的概念。

研究表明，目前世界人口中最接近的共同女性先祖，也被稱作是「幸運的母親」為非洲的單一人口，推測存活於距今14~20萬年前。

圖／C. Rottensteiner @wikipedia

相對於先前需要以特定 DNA序列進行分析比對的研究方式，全基因體定序是截然不同的做法。所謂基因體（genome），就是人體所有的遺傳訊息，目前已知是包含有 32 億個鹼基對（base pair，DNA的單位）的龐大資料庫。

隨著電腦科技的進步與基因定序方法上的演進，針對研究標的進行全基因體定序並比對分析已成為可能，雖然這類研究的成本仍然相當的高（現今約新臺幣 30 萬元／每個人類基因體樣本）。由於並非針對單一與數個基因進行 DNA序列上的比對，全基因體的研究可以避免像是盲人摸象式的狹隘觀點，使得研究的結果更為可信。

這裡所提到有關萬那杜人口來源的相關研究，就是用全基因體定序分析的方式進行。

像這樣的遺傳分析儀使基因組測序的早期工作得以自動化。圖／Mark Pellegrini@wikipedia

發生於距今約2300年的人種改變事件

今（2018）年2月，2 篇學術性論文的發表，分別對萬那杜人種之謎提出新的證據與看法。其中瑞克（David Reich）發表於《當代生物學》（Current biology）的研究當中，特別針對 14 具發現於萬那杜的先祖遺體以及 185 名現居於萬那杜的居民檢體進行全基因體定序以及分析，結果揭露出幾項更為明確的推測。研究團隊認為，最早到達萬那杜的第一批先祖應該是拉匹達文明，在距今約 2900 年前左右到達萬那杜群島。

但到了距今約 2300 年前，這些遠大洋洲先祖的 DNA 特徵便從現存的遺骨中消失，完全由生活於新幾內亞的種族所取代，這個現象一直到距今約 150 年前的遺骨中均有相同的現象，跟現代萬那杜人的基因體中同時具有 3 種新幾內亞人種特徵以及遠大洋洲人種特性的現象有截然不同的對比。

另一篇近期登載於《自然生態學與演化》（Nature Ecology & Evolution）的文章當中也提出相同的觀察結果。科學家們對於這樣的研究結果進行多種猜測，例如瑞克的研究團隊就認為，由於新幾內亞種族的移入，迫使原本生活餘萬那杜的那些屬於拉匹達文明的先祖們離開了這些島嶼。

圖／Phillip Capper @wikipedia

先祖可能在附近區域進一步與新幾內亞的人種進行通婚，並將語言保留了下來。

這種可能性或許可以從萬那杜人所使用的南島語中發現，其實仍含有新幾內亞種族語言的特徵，例如雙脣顫音的使用，代表兩種文化間的一些交流，不過，這樣的語言特徵並未受到所有語言學家的認同；也有學者認為基因特徵的突然改變可能是一場滅族式的屠殺所造成，首批跨海而來的遠大洋洲先祖在這場種族間的爭鬥中消滅殆盡。

到底真相為何？依舊是人類學者持續想要解答的問題。更多先祖遺骨的發現與全基因定序研究的投入，或許能針對這個謎團有更進一步的發現。

延伸閱讀

Ewen Callaway, Ancient DNA offers clues to remote Pacific islands’ population, Nature, 2018/3/1.
Lipson et al., Population Turnover in Remote Oceania Shortly after Initial Settlement, Current Biology, Vol. 28:1-9, 2018.

〈本文選自《科學月刊》2018年4月號〉

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蔡孟利／宜蘭大學生物機電工程學系特聘教授

2016 年底在著名的「出版後同儕審閱（post-publication peer review）」網站 PubPeer，陸續出現 60 餘篇內容有造假嫌疑的臺灣學者之論文於其上。

經歷 2017 的造假風坡，沒想到 2018又來了一次……。圖／wikipedia

2017 年 3 月 30 日臺灣教育部與科技部的調查結果共認定郭明良、張正琪、蘇振良等人的研究團隊於 2004～2016 年13 年間，共有 11 篇刊登在著名期刊上的論文造假。這些文章的共同作者還包括有當時的臺大校長楊泮池、中研院院士洪明奇、臺大醫院副院長林明燦以及臺大醫院內多位擔任過高階行政職的醫師。

沒想到事隔剛好一年，在 2018 年的 3 月 31 日，媒體揭露了美國俄亥俄州立大學的調查報告，確認中研院生化所的前所長陳慶士特聘研究員，他在 2006~2014 年於美國的任職的期間共有 8 篇論文造假。雖然陳慶士立即辭去了中研院特聘研究員的工作，不過中研院仍然對外宣稱將調查此人於臺灣任職期間的研究成果是否也有問題。

這兩起造假事件都重創了臺灣的學術信譽，讓其他眾多殷實工作的研究人員也蒙受群眾的異樣眼光。不過這樣的論文造假事件，並非是臺灣的特殊狀況。在 2016 年 6 月美國微生物學會的電子期刊mBio 出版的論文「生物醫學論文中不當複製圖像的普遍性（The Prevalence of Inappropriate Image Duplication in Biomedical Research Publications）」中，作者檢視了 1995~2014年間發表在幾本期刊上的2 萬餘篇論文，發現平均有 3.8%的文章出現了文內圖片與臺灣多篇論文一樣的造假情況。

造假事件後：懲罰、經費追回、撤搞，這樣就夠了嗎？

如何降低、修補造假論文對產業造成的傷害，也是處理的重點所在。圖／pixabay

然而每當一件論文造假案被揭發時，一般社會大眾甚或是不少學術界的人士所關注的焦點，通常只是在造假之人有沒有受到相值的懲罰、被虛擲的研究經費能不能被追回、已刊出的論文是否有撤稿而已（關於撤稿這點，臺灣的學術單位與官方則是毫不在意）。

但是對於學術研究和以學術成果為基礎所發展的各式產業來說，如何降低或修補這些造假論文所帶來的傷害，也是需要處理的重點所在。就像是黑心食品被發現上架販售了，該處理的事情不僅只是將製造者法辦而已，食品如何迅速下架、已經吃下了這些黑心食品的大眾之健康是否有受到影響，則是更應該受到關注的兩個事項。

但就學術界現在的運作實務來說，不管是調查發動程序的繁瑣與耗時、撤稿或警示問題論文的公告方式，以及問題論文所造成的損害之彌補與控管等，目前的做法均無法有效地抑遏造假論文的產生以及其危害的蔓延。

處理學術造假：如何加快處理時程？

實際上，由於人力的問題，光是要發現有嫌疑的論文就已經是個大問題。圖／pxhere

首先，光是要如何發現哪些論文有造假嫌疑，就是個大問題。

不管是期刊方面或是問題論文的任職單位，其調查的發動通常是非常被動的；雖然這些單位可以主動查察，但實務上大都是有人舉證告發了才會受理，因為這些單位不可能有足夠的人力與時間去進行大規模的查察作業。

現今「開放取用」（open access）的論文數量。圖／wikipedia

不過，現在我們可以利用資訊時代網路互聯的優勢來克服這些問題，例如，現在科學文獻的發行已經以電子期刊為主，特別是「開放取用（open access, OA）」越來越盛行之後，電子期刊更將成為科學文獻來源的主流。

因此，若能在每篇論文的網頁都仿造一些「開放取用」期刊的設計在文末附設討論區，甚至是更有效率的將諸如 PubPeer 這般專業的「出版後同儕審閱」之網頁內的相關內容也自動連結至該篇文章的討論區中，這樣期刊的編輯群就比較可能及時察覺問題論文之所在，而問題論文的讀者也可以從中得到即時的警示，自行判斷文獻的可信度。

過去問題論文需要經過很長時間的調查，圖／pixnio

當問題論文浮現後，接下來的關鍵則是問題論文的調查能否更快速進行？

近期在 PubPeer 所揭露有問題的文章，大部分均為圖表經過明顯的變造，包括切割圖像、剪貼翻轉、一圖兩用等，很容易就現有文章內容進行判斷是否造假。若這些粗糙的造假也要依以前之慣例請求作者任職的單位進行調查，那麼這些明顯造假的論文之確認時間將會被曠日廢時的行政程序拖延，徒增其危害蔓延的程度。

若再碰到像臺大造假案如此複雜的情況，由於有造假嫌疑的論文作者牽涉到該校校長與其他高階主管，在處理程序上的爭議將更大、時間上也會拖延更久。所以關於此類手法粗糙的論文造假事實之認定，各期刊的編輯委員群是否有可能跳過原作者單位的調查程序，逕行裁定文章的真偽：

若認定為可勘誤的無心之過則主動通知原作者；而認定為造假的文章則直接以撤稿處理？

如果能以此方式處理，就可以讓有問題的論文盡快下架，降低造假論文對科研實務的衝擊，避免研究人員引用錯誤的參考資料。而那些屬於作者群與經費提供單位內部的責任歸屬以及懲處問題，則可在真假確定後再由作者的原任職單位依其所在國家的法律追究。當然，如果造假的情況是比較「細緻」的，需要到詳細調查實驗細節甚至得重複實驗的狀況，就還是得回到原有的調查程序為之。

處理學術造假：如何週知科研社群？

當有問題的論文被確認之後，下一個問題是要如何週知科研社群。圖／pxhere

當問題論文的學術不端被確認之後，接下來一個更重要的課題則是：已被確認有問題的論文，要如何有效地廣泛週知科研社群？

目前對於需勘誤或者是撤稿的文章，通常只有公告在該期刊本身的網頁以及紙本出版物。近年來，雖然有如 Retraction Watch 這類的網站出現，但基本上，都仍是屬於消極的被動作為，若是研究者不主動去這些網頁或期刊查看，就無法得知哪些論文以及其作者造過假、勘過誤。這些有問題的論文很可能還會一直的被引用作為研究計畫研提與撰寫新論文時的參考資料。

因此，在網路技術發達的今天，各期刊出版社之間，是否能就已勘誤或撤稿的論文，建立起一個互相通報的系統，讓各期刊的編輯委員們，在審閱新投稿進來的論文時，對於投稿者的信譽（reputation）能有個客觀的參考依據，也對於新稿件中所引用的文獻之可信度，能夠更準確的判斷。

此外，這些已勘誤或撤稿的論文，是否也能夠在公告的當下，同時將資訊主動傳給曾經引用這些問題文章為參考文獻的其他論文作者或是專利的發明者，讓他們能夠及時評估這些文獻對於其研究所造成的傷害程度並避免繼續誤用下去。

隨著研究資源的日益緊縮但發表管道卻不斷增加之現實狀況，從事學術研究的工作者面臨了比以前更殘酷的發表壓力。因此可以預見的是，未來學術不端的事情不會消失，而且會越來越嚴重。從最近臺灣所面臨的這兩場學術造假風波之經驗顯示，論文造假事件的處理已經到了必須尋找更迅速、更有效的方法才能對抗的時候了；這不只是臺灣的課題，也是全世界科研界的共同課題。

〈本文選自《科學月刊》2018 年 5 月號〉

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范賢娟／科普寫作者

氣候變遷是個讓現代人感受深刻的議題，許多人都為此感到憂心。臺灣大學生物環境系統工程學系童慶斌教授則根據研究表示，我們所面對的是過去不曾見過的現象，很難從經驗中去找答案。然而，只要善用科學知識並具分析與整合的能力，說不定可從中找到發展的新契機，甚至開拓新的產業、聰明生活。

今（2018）年 3 月 24 日，童慶斌在高雄科工館舉辦的《健康科學大師在科工講座》跟聽眾分享「在氣候變遷的影響下，我們如何聰明的用水生活」。演講一開始他針對題目「用水生活」一詞更正，覺得或許用「與水生活」會更好，其中深意請讀者慢慢閱讀體會。

圖／pxhere

臺灣獨特的自然環境

臺灣山多且高，河川短急，降水後很快便流到海洋，雖然這在多人眼中是缺點，但從另外一個角度來思考，萬一淹水時就可以快速地排水恢復。在水資源供給上的缺點卻變成在淹水議題的一個優點，這是臺灣地形一個很有特色的地方。

臺灣的天氣是雨季（5~10月）與乾季（11~4月）明顯，尤其南部地區一年約 2500 公釐的降雨量有 90% 是集中在雨季，乾季僅有 10%。因此正常來講，4 月會是臺灣最缺水的時刻。如果 5、6 月適逢乾梅，7、8 月又少颱風，那就會有更嚴重的缺水問題，因此在水資源管理上會是個考驗，因為大量的雨水很快就流掉了，能收集的很有限。而在全球暖化的影響下，極端旱澇交互出現，這些極端的氣候事件規模越來越大、頻率越來越高，的確增加了風險管理的難度。

猶記得 2009 年莫拉克颱風來前原本預計會對北部帶來較大的風雨，南部則希望能給極度乾渴的水庫帶點水，原本 8 月 7 日水利單位還召開抗旱會議，沒料到 8 月 8 日南部受到旺盛西南氣流影響帶來大量的雨水，留下許多歷史紀錄。想看看：

一個水庫管理者，從極度乾涸的低水位，看到幾個小時內水庫水位不斷上升，他怎麼知道未來流入的水量是水庫可以容受，還是要即早洩洪？

石門水庫。圖／wikimedia

災難處理雖不完美，但恢復很快

2001 年的納莉颱風曾在 9 月 17 日造成臺北大淹水，當初捷運的擋水閘門以百年回歸頻率洪峰的規模設計，沒想到輕易被超越，大量泥水進入包括臺北火車站的捷運地下空間，雖讓許多機具受損，但也及時成為蓄水池使得地表淹水不至於更嚴重。臺北捷運當時有 10 多個站體空間都淹水，但經過 3 個月的搶修，最後在該年 12 月 15 日全線恢復通車，這樣的復原速度相當快。

童慶斌強調，世界上很少有地區像臺灣一樣雨量那麼大、那麼集中，臺灣的都市防洪設計標準是每個小時排水量大約 70 公釐，不過近年來的降雨常常超過此數字，自然會淹水。不過，國外有些區域時雨量 20 公釐就開始淹水，所以臺灣現有的排水設施絕對比多數地方還好，雖然在面對越來越多的短時大量降水，現有設施還是稍嫌不足。

圖／wikimedia

因此，應思考還能如何進行輔助，而非全然否定掉現有的方式，否則將會越改越糟。童慶斌建議，不要光靠一個中央集中方式來處理，例如可以讓建築物在降水時都可吸收儲存部份的水量。納莉風災時的水淹捷運站雖是個諷刺，代價太昂貴，但也的確可考慮建造人工溼地、蓄水池等方式，這些積少成多的做法，多少可以緩衝大雨來時的傷害。

然而，實際執行會遭遇許多困難，例如若利用建築短暫的滯留降雨，就牽涉到建築法規的修改，故需要跨層級、跨領域、跨部會的溝通，這在現行體制下很不容易完成。童慶斌還建議大家心態上不要奢求大雨時完全不淹水，要達到這樣的成本太大；反之該抱持著如果雨量太大太急就能接受淹水事件，但要有良好的預警系統保護人命安全，而災後也可快速復原。

圖／flickr

善用知識與資訊，防災更聰明

這些應變策略不該只是憑著個人經驗來思考，童慶斌建議要參考現在各部門既有的各項資料，然後根據「政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）」對氣候變遷風險的架構考慮三個面向作系統性的分析：一是危害（hazard），例如強降雨、乾旱等；二是脆弱度（vulnerability）用來表示我們所關心人事物的本身特質，例如在強降雨下是否容易淹水或坡地崩塌等；三是暴露（exposure），指的是在空間上的分布，也就是所關心的人事物是否會於該處出現。

藉由指標分析與空間分布，可呈現氣候變遷下的熱點區域及各地區可能遭受特定災害的風險程度。藉由風險圖的等級區分及展示，了解風險區位相對分布，即可提供政府單位決策者參考。

圖說：IPCC氣候變遷風險。（IPCC第五次評估報告）圖／永續發展研究室

在童慶斌的分析架構當中，這不光是政府的事情，也要邀請利害關係人（包括決策者、科學家、民眾等）針對關鍵議題來討論，公私協力一起製作出危害地圖與風險地圖，進一步擬定策略。目前政府各單位已經建置許多資訊雲，但如何讓這些既有的「雲」凝結成「雨」降落下來，使其功用發揮，則似乎仍有段距離。或許從政府角度來說要思考該如何做不容易，但可以考慮放手讓資訊公開透明且正確，鼓勵有興趣的軟體開發者想辦法去開發相關的資訊服務應用，這說不定是最容易水到渠成的事情。

而這些應用也不光用在防災，也可讓我們擁有更好的生活。例如你想去哪邊旅遊後，帶點名產回家烹煮，有個 APP 參考當地氣象、農產菜價之後，能提供一些建議。這些訊息的整合，可以讓我們更積極地迎向知天、順天、樂天的生活。然而，也有人會擔心有些資訊公開後會有重大影響，譬如知道哪些地段常淹水，說不定水災風險高的地方房價低靡，造成現行屋主抱怨。

不過換個角度來看，過去汐止常淹水，房價曾經低靡許久，但後來政府意識到淹水嚴重性，推動員山子分洪道工程，2005 年完工之後多次啟用分洪，汐止淹水的問題就徹底解決，房價也水漲船高。因此，不須過度擔心資訊公開後短暫的衝擊，而該放長時間去看這樣才有助於讓大家正視問題，一起尋求解法。

哪些區域在那些情況下可能會淹水，這些都應該可以運用資訊來表明。圖／wikimedia

順應自然、掌握知識運用創意

童慶斌不斷提醒大家，臺灣特殊的環境讓我們所面臨的危機比其他地區還大，而國人在其中應變調適很快，恢復能力很強，因此在國際上跟別人分享臺灣經驗是很有價值的。未來就看國人在順應自然的時候，能不能掌握知識並用更富有創意的眼光去設想未來情景，結合臺灣產業在軟體、製造業的專長，譬如說設想水下生活、城市梯田等方式，用系統的方法與知識服務來支援發展調適路徑，以達成有品質的永續未來。

〈本文選自《科學月刊》2018年5月號〉

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廖英凱／非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、能源與科技政策研究，對資訊與真相有詭異的渴望與執著，夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。

近日有政治人物受訪時表示，因日本時期（1895~1945）在臺自來水的建設，使「當時的自來水，跟日本一樣是可以直接飲用的」。

圖／pixabay

對比起人們小時候仍有水要煮過才能喝的印象以及今日國內外的旅遊網站，多會出現關於各國自來水能否生飲的疑惑與建議，日本時期的自來水是否真的如政治人物所述般可以生飲，似乎有必要提出質疑或否證。本文旨在整理與此時期自來水相關文獻，並彙總筆者於此議題討論時，關於推論方式的多方觀點。

日本的自來水歷史＊

*註：文中關於日本的法案名稱，均以日本官方使用的英文名稱為準。

現在日本的自來水可安全生飲，也是歷經了近一世紀的努力，才有如此成果。日本厚生勞動省在該網站介紹日本自來水歷史時，在制度的更迭上，提及了從最早在1890年制定的「水務條例（The Waterworks Ordinance）」，至1908年新增作為水質檢驗標準的「水質檢驗共識原則（Agreed Method of Water Examination）」均未規範飲用水水質標準。

圖／pxhere

20世紀初期，日本的自來水供水系統從港口和大城市開始設立並逐步提高鋪設率；1921年，東京市首次在自來水供水系統中加氯消毒；但直至1940年代，因戰後美國控制下加強的消毒措施，才開始顯著消減霍亂、痢疾、傷寒和副傷寒等「水媒病（water-borne diseases）」的病例。

1957~1958年間制訂的「水道法（Waterworks Act）」，更規定自來水需加氯消毒，使水源性疾病的病患人數有效減少，對日本近代自然水發展影響甚鉅。該法案也首次制定了嚴格的政策目標：自來水就算未煮沸也必須可以安全飲用。

日本近代水媒病患者人數，因自來水落實氯化消毒而有顯著改善。圖／科學月刊提供

回到1895~1945年間。雖然我們對於臺灣當時的自來水品質還不清楚，不過至少知道當時日本政府並未落實在自來水中投氯消毒。因此，這段時間日本的自來水，顯然不適合生飲。而政治人物對於日本時期時，「臺灣當時的自來水，跟日本一樣是可以直接飲用的」的主張，也明顯有誤。

如果穿越回古代該不該生飲自來水？

雖然在今日的自來水供水系統中，已經完全包含了水源處的取水到家戶管線的鋪設，包括曝氣、過濾和加氯消毒等淨水流程以及水質檢驗至可生飲的標準訂定。但從上述近百年來的歷史中，其實可以發現自來水、淨水設備或方法以及飲用水的標準，其實曾經是在3個不同時期出現，直至近代才被整合為一的技術思維。

塞哥維亞輸水道保存良好，為伊比利亞半島居民帶來豐厚的水資源。圖／wikipedia

自來水是個早在公元前，羅馬人建立城市內的輸水渠道時就出現的概念。但關於水質的淨化與處理，在近代科學尚未發展起來以前，各個國家或民族也都發展出了關於飲水的指引。

例如《周禮》內的百官分工有著「掌除水蟲。以炮土之鼓驅之，以焚石投之。」；日本現存最早的醫書「醫心方」，記述了「《養生要集》云：凡煮水飲之，眾病無緣得生也。」；公元前古梵語和古希臘的著作中也推薦利用過濾、陽光曝曬、煮沸等水處理的方式。

圖／pixabay

時至當代，世界衛生組織依然建議將水煮沸，是因應缺乏消毒、不安全的飲水處理與儲存、急難狀況，或是無法確認水質等旅遊情境下，足以消滅致病細菌，病毒和原生動物的方式。

因此，雖然1913年起，日本政府成立「臺灣總督府研究所」承辦水質的生物學性檢驗，也有學者認為日治時期針對水質標準，建立了至少10項檢驗項目，因而達到相當程度公共衛生改善。但考量到二戰前日本仍未普及加氯消毒，也尚未建立飲用水標準，在衛生條件相較理想的歐美，自來水生飲也未成習慣，水源性疾病也未少到可忽視的程度，如果真穿越回1940年代，不管你的水是從何處取得的，我想還是先依循古法，煮過再喝吧！

驗證真偽的否證試誤

不過，上述論證方式在議題討論過程中仍引來多方評論。如慈濟大學生科系葉綠舒教授認為，上述論證雖能確認政治人物意見的謬誤，但不足以佐證當時臺灣自來水能否生飲。由於缺乏臺灣當時的水質資料，因此日本時期臺灣自來水能否生飲，仍欠缺進一步證據證明。

到底可不可以跟貓貓一樣直接喝咧。圖／pixabay

「簡單哲學實驗室」創辦人朱家安則認為原始論述「當時臺灣的自來水，跟日本一樣可以生飲」，可以代表兩種不同意義的命題：

當時臺灣的自來水品質跟日本一樣，且當時日本的自來水可以生飲；
當時臺灣的自來水可以生飲，且當時日本的自來水可以生飲。

如果是（1），則前文中的考證足以證實原命題有誤；如果是（2），雖然無法提出足以證明原始論述中，對當時臺灣自來水品質的判斷是錯的，但至少也提供了理由去質疑原始論述。

確實在前述論證中，是透過考證日本的官方論點，而不是臺灣的水質資料是否適合生飲，來判斷原始論述的真偽。但無論是考證日本或臺灣的資料，其實也都可以成為驗證原始論述真偽的途徑。在此，我們可以利用「假設檢定」的概念來理解為什麼不同驗證途徑，可以指向同樣的目標。

圖／wikipedia

假設檢定是基於波普爾（Karl Popper）所提出的否證論，由此發展出驗證真偽或運用於統計上判斷是否顯著的方式，亦即如果要證明某一個命題為真，則只要證明該命題的虛無假設（與該命題互斥的所有假設）不成立；反之若虛無假設成立，則代表原命題有誤必須修正。

以檢驗「當時臺灣的自來水，跟日本一樣可以生飲」這個命題為例，這個命題的虛無假設可以有非常多種可能，例如：日本的自來水不能生飲、臺灣的自來水不能生飲、臺灣的自來水跟日本的自來水能否生飲的狀況不一樣、臺灣（或日本）沒有自來水等，對於以上幾種虛無假設，由於前文中已經有明確證據證明當時日本的自來水不能生飲。

儘管並未對其他虛無假設提出驗證，但也足以宣告原始命題有誤。同樣地，如果能驗證其他虛無假設成立，也都可以否定掉原命題。由此可以發現，要檢驗一個命題的真偽，可以有很多種方式。對於想驗證同一命題的不同人，也可能會提出不同的驗證途徑，而有不同的資料需求或驗證方式。

這樣的驗證方式，被廣泛運用於心理、公衛等仰賴推論統計的學科中。藉此可以試著體會否證論所標榜的科學精神：對於你所想要確認的論點，努力搜尋各種可以否證該論點的反例，再修正論點，並繼續搜尋反例。目的不在於找到永恆正確的真理，而是透過永無止盡的否證試誤，持續地邁向科學真理未明之境。

致謝

本文之完成特別感謝沃草公民學院主編朱家安於哲學與寫作的專業指正；感謝各方評論促使論述更為多元全面；亦感謝某政治人物對此議題的發言，促成深入探討動機。

參考文獻

三立新聞網，〈國民黨來之前自來水可生飲？王浩宇：課本不願意說的真相〉，2018年4月16日。
Japan, Ministry of Health, Labour and Welfare, Water Supply in Japan.
沈佳珊，〈日治時期臺灣細菌性免疫醫學發展之研究─從中央研究機構的制度面考察〉，《臺灣學研究》第13期161-184頁，2012年。

〈本文選自《科學月刊》2018年6月號〉

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張敏娟／任職輔仁大學物理系副教授兼任副教務長。《科學月刊》副總編輯。

古埃及人建造金字塔，相傳是過世的法老（國王）陵墓。金字塔陵墓基座為正方形，四面由四個相等的三角形構成。金字塔既然主要用途是為了讓法老可以安心往生，其象徵的宗教意義也相對強烈。

古埃及人所建造的金字塔號稱古代世界七大奇蹟之一，仍存有許多未解之謎。圖／Cezzare@pixabay

有座相當有名、位於埃及吉薩市的胡夫金字塔（Great Pyramid of Giza，又稱「大金字塔」、「奇歐普斯金字塔」、「古夫金字塔」），相傳是胡夫法老王死後安放墳墓的地方。目前該金字塔，是全球觀光客的愛好景點、號稱古代世界七大奇蹟之一，同時也是唯一一個依然存在於現代的奇蹟。

47 層樓高的大金字塔

這座胡夫金字塔由約 230 萬塊巨石所建成，高度約 140 公尺、底邊長約 230 公尺。科學家們相當好奇這座金字塔是怎麼蓋起來的？以現在一層樓高 3 公尺來粗估，這座金字塔約47 層樓高，實在驚人，到底4500 年前的埃及人是怎樣做到的？

若是以現代文獻推估，這座金字塔是利用20 年的時間建造而成，230 萬塊巨石除以 20 年，平均每小時需將 13 塊巨石安裝到位，且必須日夜不休。更驚人的是，古埃及學家皮特里（Flinders Petrie）於 1880~1882 年對金字塔進行了第一次精確的測量，他的報告指出金字塔外部的石壁與內部墓室的石材都被高度精準地組合在一起，石塊與石塊之間的空隙平均只有 0.5 公分。

埃及學家皮特里（Flinders Petrie）是古埃及文明的研究先驅，留下了許多珍貴的紀錄。圖／Stephencdickson@wikipedia

這 230 萬塊巨石，約用了 550 萬噸石灰石、800 噸花崗岩和 50 萬噸的灰泥，當作石材。外包石塊則用打磨過的白色石灰石包起來，然後經過仔細切割。依照石材的材料，推估工人需要從採石場挖掘、再透過尼羅河運送到金字塔地點。古埃及學家提出，工人們應該是利用關鍵路徑法運送石塊。運送這些石塊時，因為沒有發現古埃及工人使用滑輪、輪子或鐵器，很可能是直接用人力慢慢移動石塊重心，以左右搖擺的前傾姿態，用人力以接力賽的方式拉過去金字塔建造地。

早期有學者提出金字塔是由大量的奴隸建造的，然近代則藉由找到建造金字塔工人的生活用品，改而認為建造者是一群優秀的工匠，而且過著不錯的生活與擁有不錯的社會地位。畢竟需要聰明的頭腦與精準計算過的設計圖，不太可能是受到日夜虐待的血汗奴隸做的，反倒是過著不錯生活的快樂工匠才比較有可能做到。

利用渺子探測金字塔內部構造

回到胡夫金字塔的內部結構，早期考古學家透過各種方式，找到了入口、王后墓室、大走廊和國王墓室等，也發現了盜墓者挖掘的通道。由於擔心古蹟倒塌，科學家盡量減少使用破壞性方式去尋找新通道。

最新的一篇發表文章，於 2017 年 11 月初發表在《Nature 期刊》，是粒子物理學家們使用渺子（muon）偵測器發現了胡夫金字塔內一個從來沒有被發現過的、跟自由女神像差不多高的超大空間。粒子物理學家們知道大氣中、由宇宙而來的大量宇宙射線中，含有渺子。而渺子可以穿透石頭。渺子是基本粒子標準模型中的輕子，與電子（electron）具有類似特性，但與電子不同的是，渺子質量約為 105 MeV/c²，約是電子質量的 200 倍。渺子帶負電，穿越物質的軌跡訊號，可以藉由渺子偵測器獲得。

只要將渺子偵測器放在金字塔周圍，等待夠長的時間，就能得知由宇宙射線而來的渺子，通過金字塔後，在哪些位置的渺子數量訊號較多、哪些較少，藉此推估出金字塔的內部結構。渺子偵測器在加速器實驗早已廣泛被使用，但是粒子物理學與考古學結合的跨領域，倒是非常特別。

科學家嘗試利用減少使用破壞性方式去了解其構造。圖／作者提供。

這個渺子偵測器放在王后墓室的位置，可以偵測其上方空間的渺子數量。這個計畫開始於 2015 年 10 月，粒子物理學家必須設計一種渺子偵測器，只能使用電池作為長期偵測，因為偵測器放在金字塔裡面。這個研究的目的是想利用渺子偵測器替金字塔照相，照出內部結構透視圖，類似用 X 光替人類拍出骨骼、牙齒的技術。

能利用渺子偵測器替胡夫金字塔拍攝內部結構照，讓很多粒子物理學家感到很羨慕（好吧，至少我很羨慕）。渺子偵測器裡面有閃爍體，閃爍體會在接收到帶電粒子之後，產生光。光訊號透過光電倍增管轉換成電訊號，搜集電訊號就能得知渺子的通過數量，代替人眼，看見渺子訊號。這個被渺子偵測器透過非破壞性的方式偵測出來的超大空間，考古學家們對其存在的位置相當感興趣。

這個超大空間的位置，在法老墓室走廊通道的正上方，這是為了防止金字塔過重、當作金字塔的減壓室嗎？這麼長的走廊和挑高的空間，是為了放藝術品給法老靈魂觀賞用的嗎？是讓法老靈魂升到天國的通風井嗎？種種的疑惑，在發現了這件事之後，引發諸多研究聯想。

〈本文選自《科學月刊》2018年1月號〉

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作者／林宮玄│任職於中研院物理所，兼任科學月刊副總編輯。

學術界的期刊付費高牆

出版商付作者稿費在一般人看來是天經地義的事，但在學術界不見得如此。　圖／terimakasih0 @Pixabay

寫文章有稿費，好像滿正常的；但是在學術界，學者會付費請出版商刊登研究成果。大部分科學研究，主要由政府資金支持，學者也會用科研經費支付論文刊登費用。而這些國際期刊主要也是由研究機構與大學之圖書館付費訂閱，要說學術期刊出版社的運作，主要來自學術界或政府的資金支持，一點也不為過。

近年來，學術界開始有聲浪表示出版商利潤過高、訂價策略不合理，以致於大學圖書館開始聯合抵制出版超過 2500 本期刊的荷蘭出版商 Elsevier，抗議年年上漲的訂閱費，而臺灣眾多大專院校及中研院等研究機構，也在 2016 年底加入聯合抵制 Elsevier 這家出版社的行列。眾多抵制聲浪中，以德國學術界最為強硬。2017 年底，德國幾百所大學聯合與 Elsevier 談判再次破局，並宣布 2018 年不訂閱 Elsevier 旗下所有期刊。

值得玩味的是，今年初 Elsevier 宣布，雖然德國幾百所大學不支付 2018 年訂閱費，他們仍可取得旗下電子論文。出版商顯然很清楚，他們的利潤幾乎完全來自於學術界的資金支持，但學術界若不團結，仍有可能被各個擊破。詳情可參閱本文末延伸閱讀。

學術期刊出版巨人 Elsevier，旗下有超過 2500 本期刊。　圖／Elsevier 官網

「公開取得出版」學術論文免費公開

免費下載的論文有助於知識傳播，但這種「公開取得出版（open access publishing）」的商業模式隱藏著外界所不知道的弊病。　圖／coyot @Pixabay

德國大學所協商的內容，是愈來愈普遍的新興商業模式，稱為「公開取得出版（open access publishing）」，由論文作者支付電子論文處理費用，公開之電子論文內容可由大眾免費取得，不需訂閱。通常政府所支持的科學計畫，會希望研究成果公開讓民眾可免費取得，這個商業模式有助於知識傳播。

但是一篇論文該支付多少費用，才是合理的訂價？筆者不知道，但以下數據可供讀者參考。學術論文的權威出版商 Nature Springer 期下的 Nature Communications，即為公開取得出版的電子期刊，沒有紙本，其 2016 年出版 3526 篇論文，每篇文章作者需支付美金 5200 元（約 15 萬元臺幣），故會有 5.5 億臺幣左右的收入。此期刊審查較嚴，實際處理的論文可能超過 1 萬篇，加上有支薪的專任編輯，營運成本也許較高。Nature Springer 旗下另一個公開取得出版的 Scientific Reports，2016 年發表 20473 篇論文，每篇文章作者需支付美金 1675 元（約 5 萬元臺幣），因此約有 10 億元臺幣收入。根據 2012 年 Scientifc Reports 公佈的統計數據，論文接受率為 55%。

公開取得出版的電子論文，除了沒有印刷成本，還有更驚人的事實。即使不是公開取得的商業模式，學術期刊的編輯大部分由學術界學者免費兼任，也是由學術界學者免費審查內容正確性。如果出版商有一個夠聰明的 AI（人工智慧）平台，作者投稿後自動媒合到適當的免錢編輯、再由免錢的學者幫忙審查，最後由 AI 協助論文符合出版格式，經付錢的作者校稿後發表在電子平台。在這個極端狀況下，營運成本可能只需要電腦主機、伺服器與電費。也許真的太極端，但一個期刊每年若有 10 億臺幣收入，很難想像其利潤會不高。

支撐期刊內容的是從編輯到審查，一連串「免費高知識勞工」。在這樣的工作模式中，出版商的營運成本可能低到難以想像。　圖／StockSnap @Pixabay

筆者提出一個公開問題：為什麼學者願意免費幫出版商做編輯與審稿工作？另一個問題筆者捫心自問：Nature Communications 是學術界普遍認定的好期刊，如果訂價高得不合理，筆者會投稿嗎？答案是：當然會。

刊登論文在公認的好期刊，能帶來學術界各種肯定，並有資金挹注支持未來研究，畢竟螳螂是沒辦法擋車的。1 萬隻螳螂聯合起來對抗，也只是一起被輾過而已。如果利潤真的不合理，需要夠強的變形金剛出來擋車，卡通主角「波力」等級可能不夠。

掠食性出版商的騙局

這個在科學界看似荒謬卻又習以為常的狀況，使「掠食性出版商（predatory publisher）」出現。掠食性出版商幾乎不會協助審查論文，向作者收取一篇論文 5~10 萬元臺幣不等的費用，協助公開發表電子論文。是不是很好賺？更有掠食性出版商利用詐騙手法，引誘作者投稿後，要脅其支付發表費，筆者常收到並忽略這類期刊的邀稿，但最近筆者遇到新的手法而差點受騙。

掠食性出版商（predatory publisher）」是「公開取得出版」模式下發展出的學術詐騙手法。　圖／MonikaP @Pixabay

首先，筆者收到聲稱是德國出版社的編輯邀請信，協助審查一篇介紹性科學文章，因為文章作者是筆者所認識的美國資深教授，不疑有他便答應協助審稿。在取得筆者信任後，該編輯進一步邀請筆者也寫一篇介紹性科學文章。筆者本著科學普及的熱誠，寫完文稿不但順從編輯要求，提供相關領域的學者清單給編輯挑選審稿者，並簽署乍看只是文章授權的合約之後，該「出版社」才表示，合約內有一個網址，其網頁內容表示提供文章，簽署者就同意支付折合臺幣約 8 萬元的費用給該「出版社」，之後又寄給筆者蓋有「波蘭公司章」的「律師函」，要脅筆者若不支付，就要在臺灣面對民事求償與罰金。

筆者第一時間面對這樣的心理壓力，會不會匯款？答案是有可能的。若要從筆者口袋掏出 8 萬元匯款，難度當然高。但學術界發表一篇公開取得論文的發表費，動輒 5 萬元以上，甚至可到 15 萬元臺幣。在對方以法律威脅下，筆者若擔心怕事，很容易就會動用計劃經費，支付文章出版費用。幸好，筆者第一時間求助許多朋友，一開始是法律專家，接著是資通訊專家，最後才確定這是一起學術詐騙事件。

其「德國出版社」背後的「波蘭公司」，在外交部駐波蘭辦事處的協助下，證實不是登記有案的公司。事後才發現，當初該美國教授將筆者列入審查學者名單給該出版商，筆者才會收到審稿要求，並取得筆者對該「出版商」的信任。在 165 反詐騙建議下，筆者就近在南港分局舊莊派出所完成快兩小時的筆錄，以「詐欺未遂」報案。感謝協助筆錄的蔡姓員警，這起國際詐騙，沒匯款上當，牽涉金額也只有臺幣 8 萬元左右，是否能透過警察的國際合作破案，誰也不知道，但筆者能做的努力僅止於此。

最後，感謝所有被筆者詢問過的人，讓筆者能安然渡過這起詐騙案件。感謝中央研究院的院方及物理所協助，特別感謝臺灣法律專家黃琦媖律師、李奕逸法官、陳伯翰律師，歐洲法律專家中研院法律所邵允鍾博士及黃松茂博士，還有臺灣 IBM 工程師郭澄祐及不願具名的美國 Google 工程師，協助保全證據、提供給警方。

延伸閱讀：

楊芬瑩，〈推倒貪婪期刊付費高牆！學術界揭竿而起〉，報導者，2016 年 3 月8 日
Valerie Hung，〈不只台灣，德國和祕魯恐將於 2017 年與 Elsevier 學術期刊分手〉，2016 年 12 月 29 日
Quirin Schiermeier, Germany vs Elsevier: universities win temporary journal access after refusing to pay fees, Nature News, 2018/1/4

本文轉載自《科學月刊》2018 年 2 月號 578 期，原文標題為〈詐騙未遂之冒牌出版商〉。

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文／嚴宏洋│國立海洋生物博物館特聘講座教授

金色箭毒蛙（Phyllobates terribilis）　圖／kirahoffmann @Pixabay

南美洲哥倫比亞西北邊山區的喬科省（Chocó）原住民長久以來一直將「分趾蟾科（Dendrobatidae）」中的「毒葉蛙屬（Phyllobates）」蛙（土著將它稱之為 kokoi 蛙）的皮膚分泌液（也是稱之為 kokoi）塗抹在箭頭上，用來麻醉被射中的獵物。早在 1869 年有位哥倫比亞的研究者阿朗戈（Posada Arango）首次以論文報導這毒物的生物特性。1957 年時瓦斯森（S. H. Wassen）對如何製作此箭毒及其藥理特性給了簡單的描述。

哥倫比亞原住民的麻醉藥：箭毒蛙毒液

但對這種蛙毒進行系統性的研究，要等到 1960 年代起才開始，由美國的研究人員馬吉（M. Märki）及威特科普（B. Witkop）對黑腿箭毒蛙（Phyllobates bicolor）毒液的生化特性及對神經的毒性，做科學化的研究。

kokoi 蛙體重約有 1 公克、體長約 2~3 公分而已。一般是藏身於地表的植被內很難被看到，但土著們會在吹口哨時，同時用手指頭敲擊臉頰，而發出 fiu-fiu-fiu 的聲音。kokoi 蛙就會發出相同的回應叫聲，土著們就可以藉此定位去抓這蛙。因為經驗的關係，土著們在抓這蛙時都要用樹葉包著手，避免直接碰到蛙的皮膚，然後將牠們裝在竹筒內帶回部落。處理時用竹子製做成的竹籤（名稱 siuru kida），從蛙嘴穿過身體，放在火上烤，會使得乳白色毒液從背上的皮膚釋出。土著們就將箭頭沾上這毒液，然後晾乾。一隻毒蛙所分泌的毒液，可以製備約 50 隻箭頭。箭頭後方會裝上棉花狀的填充物，使其能與吹箭筒可以密合。而吹箭筒主要是用「芎榙棕櫚（chonta palm）」葉脈而製作成的中空吹筒，長度約為 20~25 公分。

過去在部落間的戰爭時，毒箭頭曾被用來射殺敵人；但目前只用來獵取豹、鹿、猴子及鳥類時使用。獵物在中箭後會導致癱瘓，然後死亡。獵人會用刀割下中箭部位周邊的肌肉及箭頭，以避免事後誤食。事實上這種毒素，與來自植物的「箭毒（curare）」一樣，是不會經由口腔進入體內。但若口腔黏膜有傷口，就會導致中毒。

蛙毒化合物研究

1962 年 8 月時馬吉及威特科普團隊的拉薩姆（M. Latham）女士在「杉莞流域（Rio San Juan）」地區採集了330 隻 kokoi 蛙，然後每十隻一組用乙醚麻醉安樂死後，將皮膚取下切成小片，在室溫下用甲醇粹取約 2~3 小時。然後倒掉上層溶液，再添加新的溶液，經過一夜後再過濾，進行真空乾燥，再冷藏於冷凍庫內。以白老鼠為材料，確認了這蛙毒的 50% 致死濃度（LD50）為 570（±40）μg/kg。這些初步的研究工作，以今天的標準來說是簡陋了些，但是對後續的研究工作，奠定了基礎的知識。

接著在美國國家衛生研究院工作的達利（J. W. Daly）在 1964、1966 年也加入蛙毒的研究。當時在鄰國巴拿馬從事兩棲、爬蟲類研究的邁爾斯（C. W. Myers）向達利提出，共同合作有計畫的對分佈於「杉莞流域」地區所有的毒蛙皮膚分泌的有毒化合物，進行整合性的研究。

箭毒蛙的體色越是鮮艷，牠的皮膚分泌物的毒性越高？研究並沒辦法證明這個假設。 source：wikimedia，圖中為 Ranitomeya amazonica

當時他們想要測試的一大假說是：若箭毒蛙的體色越是鮮艷，牠的皮膚分泌物的毒性，也會相對的高，以達到「警戒色」的目的。但結果卻令他們很失望，因為所得到的數據無法支持他們的假說。但是這些大規模長達 30 多年的持續研究，發現到毒蛙所分泌的毒素，包括蟾毒素（batrachotoxin, BTX）以及一些雙環的生物鹼，如高毒性的普密力托辛（pumilitotoxins）、三環類（coccinelline-like tricyclics）、表巴蒂啶（epibatidine）、愛濟啶（izidines）、吡咯啶（pyrrolidines）和幾乎無毒的十氫喹啉（decahydroquinolines）。

來自合成，也來自食物攝取的天然毒化物

達利與邁爾斯多年的工作和其它研究者們的努力，一共分離出超過 800 種生物鹼和至少 20 多種新的化學結構。更獨特的是這些天然化合物，只存在於毒蛙的分泌物。

毒蛙的毒液所含的生物鹼，到底是透過什麼生理機制而導致動物的死亡呢？後續的研究發現這些生物鹼與細胞膜上的鈣離子和鈉離子通道受體結合後，會使得這些離子通道無法正常的關閉，造成離子的流失，從而影響神經、肌肉和心肌的功能，而導致死亡。

蟾毒素（batrachotoxin, BTX）的化學結構。儘管達利等人無法證實原先的假說，但這長達 30 年的蛙毒研究依然豐碩：分離出蟾毒素等超過 800 種生物鹼和至少 20 多種新的化學結構。　圖／wikipedia

在研究毒蛙的分泌物過程中，研究者們發現到這些蛙不會自己合成有毒的生物鹼，而卻是從食物中攝取到含毒的物質，然後儲存到皮膚上的毒腺。研究成果顯示這些箭毒蛙可以從攝食到的許多昆蟲，包括：螞蟻、甲蟲、蚜蟲和馬陸，獲取高達 800 種以上的生物鹼類毒物。

箭毒蛙如何「死道友不死貧道」，不會毒死自己？

但這項發現又引發了另一個有趣的問題，那就是：這些毒蛙是用什麼樣的機制，避免自己被累積的生物鹼所毒害呢？這問題多年來困擾了許多研究者，而要到最近研究者們經由使用電生理及分子生物學技術，去研究箭毒蛙細胞膜上離子通道基因的突變，才得以找到答案。

2017 年 9 月 22 日美國德州大學奧斯汀校區整合生物學系扎康（Harold Zakon）教授（筆者博士論文的指導教授之一，也是第一個博士後的指導教授）的團隊在 Science 期刊發表了論文，顯示了蛙毒之一的「表巴蒂啶（epibatidine）」之所以有毒性，主要是它會與尼古丁乙醯膽鹼受體結合，導致了正常的乙醯膽鹼無法與受體結合，從而阻斷了神經訊號的傳導。而且即使是微公克（microgram）的劑量，就會導致死亡。

對 28 種分趾蟾科的毒蛙及 12 種不含毒物的蛙，經由電生理及分子生物學的研究，確認了在毒蛙身上的尼古丁乙醯膽鹼受體上，有一個胺基酸序列的變異，導致蛙體內尼古丁乙醯膽鹼受體靈敏度的降低，因而不會與「表巴蒂啶」蛙毒結合，體內累積的毒素，不會對毒蛙自己造成毒害。但是乙醯膽鹼是毒蛙要活下去所必要的神經傳導物質，雖然受體上的突變，可避免與累積的蛙毒結合，但也會降低與乙醯膽鹼的結合。因而演化上的另一傑作，就是乙醯膽鹼受體上有另一個胺基酸序列的變異，使得它能與乙醯膽鹼正常的結合，進行神經訊號的傳導。

換句話說，受體上兩個胺基酸的替換，一方面可使毒蛙不被自己儲存的毒素殺死；而另一方面，卻又能維持正常的乙醯膽鹼神經傳導的功能。

乙醯膽鹼（Acetylcholine）化學結構。毒蛙以變異乙醯膽鹼的方式避免毒害。　圖／wikipedia

很湊巧的是，在上述的論文發表 4 天後，紐約州立大學阿爾卑尼校區的黃秀雅、王經國夫婦（筆者臺灣大學動物系高兩屆學長、姊。我曾於 2001 前往王經國教授在哈佛大學醫學院的實驗室，進行鈉離子通道電生理的研究。）在「美國國家研究院學報（PNAS）」上發表了一篇金色箭毒蛙（Phyllobates terribilis），如何避免被自己儲藏的蛙毒所害的機制的論文。

正在吃飯的金色箭毒蛙

金色箭毒蛙能透過食物將蟾毒素（BTX）儲藏在皮膚，以達自衛的作用。蟾毒素進入動物體內，會使得「電壓門控型鈉離子通道（voltage-gated Na+ channel）」持續保持開啟的狀態，而導致動物的死亡。他們發現在蛙體上，鈉離子通道上的蟾毒素受體上的天門冬醯胺酸（asparagine）被蘇胺酸（threonine）所取代後，蟾毒素就不會與鈉離子通道結合，因而不會對自己造成毒害。造成這胺基酸的取代主要是由 AAC 核苷酸，突變成 ACC 所導致的。

蘇胺酸（threonine）化學結構。以蘇胺酸取代天門冬醯胺酸（asparagine）是金色劍毒蛙免於毒害的關鍵。　圖／wikipedia

前述的兩篇論文，分別分析了箭毒蛙如何演化出避免表巴蒂啶及蟾毒素這兩種生物鹼，在牠們體內造成毒害的機制。但除了這兩大類的生物鹼外，毒蛙對其它種類的生物鹼，是使用哪些機制來保護自己，會是很有挑戰性的研究題目。

流行的，還有一般的感冒

入冬以後的臺灣氣候多變化，感冒的盛行率（prevalence rate）一如往常地正悄悄地進入到高峰期。感冒，是一種由病毒所引起之呼吸道感染的疾病，但真要詳細地說，感冒的成因其實有些複雜，到目前為止，科學家發現超過 200 種以上的病毒與感冒的發生有關，我們最常發生的疾病，事實上成因並不簡單。

一般的感冒（common cold）又稱傷風，由於成因複雜，醫生多半都會囑咐患者多喝水、多休息或開些減緩鼻塞、發燒、頭痛等症狀的藥，改善病人不適的症狀。不過，流行性感冒（influenza）則是完全不一樣的故事。

流行性感冒（流感）主要是由屬於正黏病毒科（Orthomyxoviridae）的流感病毒所引起的，它是一種以 RNA 為基因體的病毒，有別於一般生物以DNA為遺傳物質的情況。一般而言，流感的症狀比一般傷風嚴重許多，除了前述的症狀之外，還伴隨著強烈的肌肉痠痛與併發腸胃道不適等症狀，對於老人與小孩也有較高的致死率。

到目前為止，科學家發現超過200 種以上的病毒與感冒的發生有關。圖／Myriams-Fotos@pixabay

近年來，藥廠已針對病毒生理研發治療流感的專屬藥物—— 包括國人所熟知的「克流感（Tamiflu）」，這種藥物是以流感病毒的唾液酸酶（neuraminidase）為主要的抑制標的。在病毒感染細胞、製造了數億顆病毒後代之後，需要唾液酸酶的作用才能順利地釋放散播，所以，克流感藥物的使用可以阻礙並減緩病毒散播的速率，替體內的免疫系統大軍爭取寶貴的時間。

對於一般性的感冒而言，由於病毒的作用機轉並不相同，克流感藥物幾乎沒有什麼效果，這也是醫師在用藥之前，會使用快篩試劑檢驗病人罹患感冒種類的原因。

變異太快，流感疫苗

若說疫苗之間也有想成為「網紅」的種類，我想流感疫苗應該是最能搏版面的疫苗了吧！似乎每年都會出現令人難以忽視的、有關流感疫苗的相關新聞。前些日子新聞報導，由於世界衛生組織（World Health Organization, WHO）的預測失準，2017 年的流感疫苗保護效力欠佳，所以無法達到有效控制疫情的目的。

或許有人心中會納悶，怎麼疫苗的製作，是用「猜」的呢？

這是由於流感疫苗所要對付的是一種 RNA 病毒。地球上的生物對遺傳訊息的看法大多希望保持其忠實性，精確的將族系繁衍下去，但其實有另一類的生物則喜歡求新求變，像是以寄生為主的生物，會不斷的進行突變，來迷惑宿主的免疫系統，在夾縫中尋求生存。就像是 RNA 病毒，一般而言就比 DNA 病毒更容易產生變化，這就是傳統疫苗多半設計用來對付 DNA 病毒的原因。

圖／Judy Schmidt @publicdomainfiles

由於流感對人類健康具有相當之威脅性，因此從 1973 年起，世界衛生組織便開始提供流感疫苗來防堵疫病的擴散。也因為流感病毒的變化多端，世界衛生組織建立了「全球流感監控網路系統（Global influenza surveillance network）」。

這個網路主要由散佈於世界各地的實驗室所組成，在這些實驗室中的主要工作，就是分析當地流感病例中病毒的型別，並對它們的 RNA基因體進行基因解序的工作，然後將結果向上匯報給世界衛生組織。世界衛生組織的專家會議會將這些匯報彙整之後，歸納出未來數個月內病毒的流行趨勢，決定啟用病毒庫中的哪株病毒進行疫苗的製備，整體的工作有點像是氣象預報員，預測未來可能擴散的病毒類型。

Google 創投挹注研發廣效流感疫苗

最近生技界的一大新聞是Google 集團旗下的創投單位，最近挹注了一筆高達 2700 萬美元給英國的 Vaccitech 公司，協助該公司所發展的廣效型流感疫苗（universal _u vaccine）在北美進行近年來規模最大的臨床試驗（clinical trials）。

Vaccitech 公司是由劍橋大學（University of Cambridge）的研究團隊所組成，他們宣稱，有別於以往流感疫苗需要逐年施打，該公司的廣效型流感疫苗可以提供長達數年的保護效力，其關鍵技術在於疫苗的設計揚棄原本以病毒外部蛋白為主要抗原，而以病毒內部的蛋白為主。相對於外鞘蛋白，病毒內部的蛋白質基於執行特定功能的需要，一般會有高度的保留性。又或者說在天擇的壓力之下，產生突變的病毒株會因為無法執行功能而被淘汰，只有能執行正確功能的病毒才可存活。

via giphy

整個故事聽起來宛如童話故事般的美好，不過我想，稍微具備病毒學與疫苗學的科學家們，應該都會想到這樣的策略關鍵在於：

如果說抗原位置是位在病毒的內部，人體內免疫系統又該如何偵測到它們，將其辨認後殲滅呢？

像是目前世界疫苗大廠—— 賽諾菲（Sanofi）、格蘭素克林（GlaxoSmithKline）還有諾華（CSL’s Seqirus）等生技製藥公司就對這樣的說法存疑。

Vaccitech 公司是由牛津大學金納研究所的研發團隊所創立，而這所以牛痘疫苗發明人——金納（Edward Jenner）醫師為名的研究所在2005 年成立，並以發展新型態疫苗防治全球性傳染疾病為主要的研究宗旨，我想，應該能在這樣的問題上有其解決方案，只是礙於商業機密，恕不奉告。另外值得一提的是，Vaccitech 公司的這項計畫並不只有 Google 這個金主，其他的名單當中也包括中國的紅杉資本中國資金（Sequoia China），充分顯示對岸積極跨足國際生技醫療產業的強烈企圖心。

〈本文選自《科學月刊》2018年3月號〉

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李國偉／中央研究院數學所兼任研究員。

汽車跑得快，不叫「人工馬」；飛機飛得高，不叫「人工鳥」。怎麼計算機本領大了，就要稱作「人工智慧（Artificial Intelligence, AI）」？

人工智慧一詞的創造

麥卡錫。圖／GeeJo @wikimedia

圖／wikimedia

根據麥卡錫在紀念研討會50 周年時回憶，舉辦這項活動的主要目的就是要「豎立鮮明旗幟（nail the idea to the mast）」。

圖／giphy

名稱雖性感，但是如何替內容畫界呢？麥卡錫在經費申請書裡開宗明義說：

「從事本研究的基礎立足於以下的臆測：關於學習的每個方面，或者智慧的任何其他特徵，只要原則上能精確地給予描述，那麼就能使機器做出模擬。」

名稱漂亮又如何

圖／Sethwoodworth @wikipedia

圖／JordanHoliday@pixabay

「人工智慧」將成歷史名詞？

「許多觀察家仍然認為人工智慧的冬天就是故事的終結，自此之後人工智慧就毫無創建了。其實今天成千上萬的人工智慧應用程式，已經深入包含在每種工業的基礎建設裡。」

圖／MedicalFuturist

〈本文選自《科學月刊》2018年4月號〉

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林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，科學月刊總編輯。

萬那杜的首都是維拉港，也是萬那杜最大的城市。圖／Phillip Capper@wikipedia

萬那杜的居民從何處而來？

拉匹達文明的地理位置。圖／Christophe cagé @wikipedia

拉匹達文明擁有相當精緻的製陶技術。圖／Torbenbrinker@wikipedia

圖／Graham Crumb@wikipedia

全基因體定序用於考古學研究

根據粒線體DNA之群體遺傳學推斷出的早期人類遷徙路線。圖／Chronus @wikipedia

研究表明，目前世界人口中最接近的共同女性先祖，也被稱作是「幸運的母親」為非洲的單一人口，推測存活於距今14~20萬年前。

圖／C. Rottensteiner @wikipedia

這裡所提到有關萬那杜人口來源的相關研究，就是用全基因體定序分析的方式進行。

像這樣的遺傳分析儀使基因組測序的早期工作得以自動化。圖／Mark Pellegrini@wikipedia

發生於距今約2300年的人種改變事件

圖／Phillip Capper @wikipedia

先祖可能在附近區域進一步與新幾內亞的人種進行通婚，並將語言保留了下來。

到底真相為何？依舊是人類學者持續想要解答的問題。更多先祖遺骨的發現與全基因定序研究的投入，或許能針對這個謎團有更進一步的發現。

造假事件後：懲罰、經費追回、撤搞，這樣就夠了嗎？

如何降低、修補造假論文對產業造成的傷害，也是處理的重點所在。圖／pixabay

處理學術造假：如何加快處理時程？

實際上，由於人力的問題，光是要發現有嫌疑的論文就已經是個大問題。圖／pxhere

首先，光是要如何發現哪些論文有造假嫌疑，就是個大問題。

現今「開放取用」（open access）的論文數量。圖／wikipedia

過去問題論文需要經過很長時間的調查，圖／pixnio

當問題論文浮現後，接下來的關鍵則是問題論文的調查能否更快速進行？

若認定為可勘誤的無心之過則主動通知原作者；而認定為造假的文章則直接以撤稿處理？

處理學術造假：如何週知科研社群？

當有問題的論文被確認之後，下一個問題是要如何週知科研社群。圖／pxhere

當問題論文的學術不端被確認之後，接下來一個更重要的課題則是：已被確認有問題的論文，要如何有效地廣泛週知科研社群？

〈本文選自《科學月刊》2018 年 5 月號〉

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范賢娟／科普寫作者

圖／pxhere

臺灣獨特的自然環境

一個水庫管理者，從極度乾涸的低水位，看到幾個小時內水庫水位不斷上升，他怎麼知道未來流入的水量是水庫可以容受，還是要即早洩洪？

石門水庫。圖／wikimedia

災難處理雖不完美，但恢復很快

圖／wikimedia

圖／flickr

善用知識與資訊，防災更聰明

圖說：IPCC氣候變遷風險。（IPCC第五次評估報告）圖／永續發展研究室

哪些區域在那些情況下可能會淹水，這些都應該可以運用資訊來表明。圖／wikimedia

順應自然、掌握知識運用創意

〈本文選自《科學月刊》2018年5月號〉

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廖英凱／非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、能源與科技政策研究，對資訊與真相有詭異的渴望與執著，夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。

近日有政治人物受訪時表示，因日本時期（1895~1945）在臺自來水的建設，使「當時的自來水，跟日本一樣是可以直接飲用的」。

圖／pixabay

日本的自來水歷史＊

*註：文中關於日本的法案名稱，均以日本官方使用的英文名稱為準。

圖／pxhere

日本近代水媒病患者人數，因自來水落實氯化消毒而有顯著改善。圖／科學月刊提供

如果穿越回古代該不該生飲自來水？

塞哥維亞輸水道保存良好，為伊比利亞半島居民帶來豐厚的水資源。圖／wikipedia

圖／pixabay

驗證真偽的否證試誤

到底可不可以跟貓貓一樣直接喝咧。圖／pixabay

「簡單哲學實驗室」創辦人朱家安則認為原始論述「當時臺灣的自來水，跟日本一樣可以生飲」，可以代表兩種不同意義的命題：

當時臺灣的自來水品質跟日本一樣，且當時日本的自來水可以生飲；
當時臺灣的自來水可以生飲，且當時日本的自來水可以生飲。

圖／wikipedia

致謝

本文之完成特別感謝沃草公民學院主編朱家安於哲學與寫作的專業指正；感謝各方評論促使論述更為多元全面；亦感謝某政治人物對此議題的發言，促成深入探討動機。

參考文獻

三立新聞網，〈國民黨來之前自來水可生飲？王浩宇：課本不願意說的真相〉，2018年4月16日。
Japan, Ministry of Health, Labour and Welfare, Water Supply in Japan.
沈佳珊，〈日治時期臺灣細菌性免疫醫學發展之研究─從中央研究機構的制度面考察〉，《臺灣學研究》第13期161-184頁，2012年。

〈本文選自《科學月刊》2018年6月號〉

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文／李依庭 │ 東海大學生命科學系生物醫學組碩士。在領略過實驗百態後，嘗試承擔起文字的重量，但目光總不自覺被生醫產業吸引，現任《科學月刊》編輯。

在穿過滅菌設備、緊急沖淋器與無塵系統等相關設備後，從穿廊望去，一字排開的是 3 間並排房間。

左邊緊閉的門上透明玻璃窗，映入眼簾的是一個個堆疊放置在特殊架上的系統缸，架下的泵浦則隆隆作響的負責水缸內的各種恆定；持續往前走，在還沒走至下一道門前，就能聽到陣陣撞擊金屬的聲響，金屬架上安放著一個個的塑膠籠，上頭覆蓋著不鏽鋼網蓋；走廊盡頭的房間，是在聽到逐漸靠近的腳步聲後，從房門的另一側傳來的騷動聲響也漸趨急促，倚著玻璃窗，可以看到一個個巨大的飼養籠。

這裡是動物房，是斑馬魚、小鼠與兔子等各種模式生物的家，也是承載著每位研究者夢想與希望的所在。

實驗小鼠的動物房。圖 / kennethr @Pixabay

模式生物的試驗

各種大大小小的生物學研究、基礎的生物醫學實驗或新藥開發前的臨床試驗皆離不開模式生物，牠們幫助人類預測出許多可能會發生的結果，找到全新的發現。長年以來，為了減少實驗中的變異，研究人員選擇讓模式生物居住在獨立且空無一物的空間中，以提升實驗的準確性。

然而，越來越多的研究發現這樣的實驗方式可能會物極必反，不僅是實驗室之間再現性低之外，近期的研究也發現 9 種通過動物試驗的新藥，最終只有 1 種通過人類臨床試驗，這是否也代表著模式生物所生活的環境或許也是造成這些問題的一部份？

最為人所熟悉的模式生物莫過於小白鼠了。牠們在看似「純淨」的實驗室中生長，真的就「無雜質」嗎？這非自然的生活是否真能帶來「準確」？　圖／Kapa65 @Pixabay

現今實驗室中的小鼠，一隻隻住在只有約鞋盒大的籠子中，大鼠甚至無法站直身體；兔子也只能坐在與自己身形相去不遠的鐵籠中；有別於水族箱裡華麗的造景，透明的水缸內僅有幾隻斑馬魚游動著。負責提升實驗動物福祉、史丹佛大學（Stanford University）的行為學家加納（Joseph Garner）表示，

「如果人們期望透過動物得知在人類身上會發生的事情，那必須對待牠們更像個人類一樣。」

但實驗動物終究不是人類，要如何對待牠們更像人類一樣？科學家提出增加設備、使牠們生活豐富化（enrichment）的想法，提供相關設備讓牠們有機會探索、活動，臨摹動物在野外的生活。

歷史上的豐富化實驗

現今的實驗兔子只能如圖中一般，坐在與自己身形相去不遠的鐵籠中，這樣狹小的環境讓他們的生長不再「自然」，卻能讓科學家掌控一切可能變因。（示意圖，非真實實驗兔）　圖／hifijohn @Pixabay

其實，實驗動物並不是一直都生活在這些狹小且荒蕪的空間中。19 世紀中期，研究人員開始飼養大鼠（rat）來進行科學性的實驗，當時的鼠籠中還會擺放相關設備供牠們挖洞與跑步。但到了 1960 年代，由於動物規範與控制變因等因素，各實驗室開始選擇單一、小型且便宜的無菌籠，因為對於研究而言，若實驗動物沒有明顯的外傷或痛苦，動物的天然習性就顯得為次要，並且不受到關注。

現在，科學家所提出來欲提升實驗動物生活豐富化的這個想法，從長久以來的文獻中也有跡可循。

1947 年，心理學家赫布（Donald Hebb）發現比起飼養在實驗室中的小鼠，飼養在家中能夠自由跑動的小鼠有更好的學習能力。到了 1960 年代，研究人員在飼養籠中放置木製積木和旋轉迷宮，能擴大大鼠腦中的感覺區域（sensory redions）。2000 年，澳洲墨爾本大學（University of Melbourne）神經學家漢納（Anthony Hannan）受到文獻中豐富化會激發新神經元生長的啟發，嘗試為實驗室裡的小鼠增添生活樂趣，他準備了築巢的紙板、鮮艷色彩的球、爬梯和繩索，供小鼠攀爬和玩樂，發現相較於住在一般飼養籠中的小鼠，在這種豐富多彩的環境生長，能成功地延長亨丁頓舞蹈症（Huntington’s disease, HD）的發病時間，這也是豐富化第一次被證明，它確實會在神經退化性疾病上的產生影響。爾後研究團隊遵循相同模式進行研究，結果在自閉症、憂鬱症和阿茲海默症（Alzheimer’s disease, AD）的實驗也都得到相似驗證。

許多實驗結果都顯示，將小鼠放在猶如遊樂園的多采多姿環境中，會產生正向影響。　圖／Free-Photos @Pixabay

時間推移至 2010 年，科學家甚至將豐富化應用在癌症上。俄亥俄州立大學（The Ohio State University）的癌症學家曹（Lei Cao）在 1 平方公尺的場地中擺滿滾輪、迷宮和各種不同顏色的拱形圓頂小屋，此布置被她女兒戲稱為小鼠的迪士尼樂園。實驗先將癌細胞打入小鼠體內，一段時間後檢查腫瘤，發現 80% 生活在樂園中的小鼠腫瘤小於對照組，有些甚至沒有腫瘤的形成。在這份報告中更提出一種可能的機制：環境的豐富會活化腦內的下視丘，影響著從情緒到癌症擴散的賀爾蒙調節。

模式生物的福利與法規

縱使研究顯示飼養模式生物不能只是餵食，也必須豐富其心靈，然而，至今卻鮮有任何改變，唯一有所改變的是靈長類動物。1985 年，美國動物福利法要求實驗室需正視猴子、猩猩心理狀態，提出給予更大空間、玩具和同伴等相關規定；1996 年更進一步增加條件，包括提供毯子製作巢穴、適時給予音樂聆聽和電影觀賞等。

依動物的天性，盡可能使之擁有接近其原始生活的豐富度，是目前豐富化提倡者的倡議核心。　圖／Free-Photos @Pixabay

2011 年，日益漸增的豐富化相關文獻讓國家研究委員會（National Research Council）修改指南，表示具社會化的物種就應依照社會化的方式飼養，並且提倡各物種的豐富化，而不侷限於靈長類動物。然而，若科學家認為豐富化之間會存在差異性或影響研究，則可省去。畢竟，豐富化製造更多的快樂，使模式動物生活得更相似人類，但並不足以證明能在每一個研究中發展出最好的科學研究，仍有許多科學家希望有更多證據能證明豐富化能提升實驗結果的質量。

提升各種模式生物的生活環境豐富化

為了證明豐富化會有更佳研究成果，不只是加納，世界各地都有實驗室進行了豐富化革新。

密西根大學（University of Michigan）的獸醫洛夫格倫（Jennifer Lofgren）在 2014 年也擬定一項計畫，目標是為更了解動物的生活經歷，因此嘗試在不同模式生物中增加豐富的設備。她在斑馬魚缸中放入一些五彩的彈珠；試圖讓魚缸內的造景模擬魚類在野外的生活。將兔子飼養在一起，並放入充滿乾草的紙袋讓兔子能夠一起玩樂，也提供許多塑料物品讓牠們啃咬。

科學家期望增加鼠籠中的豐富度，包括滾輪、拱形圓頂小屋、管狀迷宮與小木頭等。圖／科學月刊提供

加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）生物學家威爾利（Daniel Weary）則準備 4 倍大的鼠籠，讓大鼠可以站立、爬梯子或提供真實土壤牠們挖洞。葡萄牙的米尼奧大學（University of Minho）動物中心更建造出一個包含多種不同類型的活動區域（PhenoWorld），將空間隔成運動區、用餐區和實驗區，大鼠若想穿梭自則必須學會如何打開當中的隔間，帶給牠們不同的挑戰。中心負責人卡洛斯（Magda João Castelhano Carlos）表示，這些動物生活在更為自然的環境，對於研究精神障礙而言是更好的模型，因為牠們較不會產生非自然的焦慮與抑鬱。

持反證的聲音

當然，有贊成的論點必定會有反對的聲浪，有些學者擔心涉及到研究時，這些豐富化設備帶來的缺點可能會多於優點。例如，當科學家試圖透過塑膠管，降低每週更換鼠籠所帶給實驗小鼠壓力的同時，伴隨而來的是費用問題。增加的相關設備每週的清洗、滅菌，無疑是需增加大量的人力與時間，更不用說是龐大的添購費用。

俄亥俄州立大學的神經科學家戈德布特（Jonathan Godbout）和其他的科學家也質疑豐富化是否真能提升研究、抑或只是破壞研究的一致性？當每個實驗室使用不同的豐富化設備，導致其他實驗室無法重現實驗結果，是否會造成再現性困難的危機？況且，他也認為在實驗室中的實驗動物生活在食物無虞、無掠食者的環境，已是十分美好的生活，不需要建造遊樂園讓牠們更快樂。

利用實驗小鼠研究酒精中毒行為的行為遺傳學家克拉布（John Crabbe）則表示，或許某些疾病類型，如癌症，可能適合豐富化的實驗設計，但不意味豐富化適用於所有實驗，尤其是精神疾病。

針對研究的支出，漢納也不可諱言地表示，豐富化的確會增加研究的花費，但若此方法能模擬出更接近人體內真實的情況，從長遠來看實是節省科學家們的時間與金錢，或許做的研究會變少，但做出來的研究會更好。

儘管面對諸多質疑與挑戰，洛夫格倫仍對於豐富化的推動充滿信心，因為相較於 21 世紀初，在2016 年，已有超過 160 篇實驗動物設備豐富化的相關文獻，且在美國實驗動物科學協會會議上， 171 個報告中有 83 個是關注在動物設備豐富化，是 2009 年的 2 倍之多。

結語

對於曾參與實驗室研究或執行動物試驗的人而言，設備豐富化固然會增加研究經費與工作量，畢竟現今在臺灣，對於研究經費年年壓縮的實驗室主持人而言，每一筆實驗支出都必須花在刀口上，更不遑論人力的分配。

不過，試想人類若被關在固定、制式的空間中，只提供食物和生活最低需求的設備、進行各種測試或實驗時，是否也能忠實呈現人體內的各項生物機制，對醫學研究做一個合理的詮釋？儘管豐富化的好壞為何目前尚不得而知，但誠如洛夫格倫所說，無論是為了科學或是動物本身，豐富化應逐漸成為規則而不是例外。人們必須盡可能地給予實驗動物最好的生活，因為，牠們是用珍貴的一生換得人類汲取欲知的真相。

我們不是模式動物，難以知曉牠們是否滿意自己的生活，但想像一下，自己從出生到死亡都生活在單一潔白的空間，那樣的人生是真正的「人生」嗎？　圖／RyanMcGuire @Pixabay

別隨便把做夢的人叫醒，快速動眼期很重要阿！

透過腦波圖 (electroencephalography, EEG) 的幫助，科學家們很早以前就發現人類的睡眠是由2種截然不同的生理狀態交替出現而完成，並且依據其特徵，區分為快速動眼期 (rapid eye movement, REM) 以及非快速動眼期 (non-rapid eye movement, NREM)。在一段完整的睡眠當中，人類大約需要經歷4~5次的「非快速動眼期–快速動眼期」的循環。

非快速動眼期的生理狀態，在概念上似乎比較與我們傳統對「休息」的想像相符合；這時期的腦波所呈現的是和緩的、特殊的波形；而快速動眼期則是相當有趣的一種生理狀態，從腦波圖的研究顯示，此時大腦的活動與人清醒時的狀態其實沒有什麼差別，所以又被稱為「弔詭的睡眠 (paradoxical sleep)」。

快速動眼期的存在對人類睡眠的品質其實相當重要，科學家嘗試著用一種稱為剝奪快速動眼期的睡眠實驗：受試者需頭戴腦波電極入睡，然後在進入快速動眼期時將其強制喚醒。研究結果顯示，當這些被喚醒的受試者再度進入夢鄉時，由於先前的快速動眼期被干擾中斷，造成有補償性的生理反應發生，在生理學上稱之為快速動眼期反彈 (REM rebound) 的睡眠現象；這些受試者在整晚睡眠當中，快速動眼期所花費的時間則比一般睡眠時平均增加19.2～26.6%。

圖為睡眠多項生理檢查 (Polysomnography, PSG) 的快速動眼期階段紀錄，紅框標示處為腦波圖，紅線處則為眼球運動狀況。圖／wikipedia

鴨嘴獸睡覺和海豚睡覺差很多！

世界上形形色色的動物在睡眠表現上也具有南轅北轍的差異。概略的來說，高等脊椎動物（哺乳動物、鳥類及部分的爬蟲類）才具有快速動眼期的睡眠。當然，快速動眼期在不同物種的睡眠占比有相當大的差異。從資料中可發現，掠食者的睡眠中，其所佔的比例較被捕食者來得高。

而在動物發育過程當中，快速動眼期在整個睡眠當中所出現的時機也會隨著物種有相當程度的不同，例如鴨嘴獸，這種相當於原始的哺乳動物，幼年期時期每天的快速動眼期睡眠可高達8小時；而海洋哺乳動物當中，鯨豚類動物的幼兒則直至發育階段的晚期，才會有快速動眼期的睡眠現象發生。

如同人類，快速動眼期對動物的睡眠也是相當的重要。在針對大鼠 (rat) 進行連續一周的剝奪快速動眼期的睡眠實驗中，科學家發現受試大鼠會有體重減輕、失溫甚至死亡的發生，顯示快速動眼期對高等動物的重要性。

科學家針對大鼠進行睡眠實驗，發現了快速動眼期對於高等生物的重要性。圖／pixabay

北方海狗的奇葩睡覺模式之謎

不僅如此，生活在海洋中的哺乳動物，其睡眠其實跟生活在陸地上的生物有很大的不同。先前的研究顯示，鯨豚類的生物具有「半腦入眠」的特異功能，運用輪班的方式讓左右半球的大腦輪流的睡覺，以因應海上生活中需要時時保持警覺的特殊要求。畢竟對於用肺呼吸的生物而言，水中的環境仍具有相當的危險性，再怎麼疲累，還是要定期的呼吸換氣，以免被淹死。

北方海狗 (Callorhinus ursinus)，是一種生活於北太平洋中、體型最大並且會隨著季節遷徙的動物，每年冬天會到達美國加州中部的海灘避寒，然後在夏季時會回到太平洋北端白令海峽區域生活。一年當中，北方海狗會花費8個月的時間進行往返南北的長途旅行，這段期間北方海狗會維持與海岸線保持至少10英里以上的距離，從不上岸落腳，行蹤相當的神祕。

北方海狗會花費8個月的時間進行遷徙。圖／wikipedia

如同鯨豚類動物一樣，北方海狗在演化上也發展出「半腦入眠」的特異功能，來因應長期的海上生活上的凶險，此時海狗的睡眠當中，也如同鯨豚動物一般，鮮少有快速動眼期形態的睡眠出現。不過，當北方海狗恢復陸地生活時，睡眠的型態則恢復到2種動眼期交替出現的現象，就如同一般陸地哺乳動物的睡眠狀態。基於北方海狗生理上的特殊性，使得科學家們想透過北方海狗的睡眠研究，來瞭解哺乳動物睡眠當中快速動眼期發生的生理意義之謎。

科學家們以機構中豢養的4隻北方海狗進行相關研究，並設計了一個可供高度調整的平台，來操控這些海狗在陸地或水中進行睡眠。這些受試的北方海狗在研究進行時也需要安裝各式的電極，監控腦波、心電圖以及肌電圖的訊息變化，即時掌握受試海狗的生理狀態。

這篇登在於《當今生物學》(Current Biology) 期刊的最新研究結果令人玩味，當他們針對陸地睡眠狀態下的海狗進行剝奪快速動眼期的睡眠時，研究顯示受試海狗再度入睡之後，並未出現先前出現於人類與大鼠研究中快速動眼期反彈的睡眠現象，且在實驗連續進行長達數周後，北方海狗也沒有如同在大鼠研究中，具有體重減輕等不良影響，從外部觀察或生理監控所得到的數據，均無法看到剝奪快速動眼期後對北方海狗有任何的生理影響。

快速動眼期在高等動物睡眠當中所扮演的角色目前仍眾說紛紜；有些科學家認為快速動眼期的存在跟學習與記憶重整有關，也有人認為快速動眼期與生理上的節律性相連結，不過不論是哪種可能，對北方海狗而言，快速動眼期在睡眠上的重要性似乎是不存在的。

執行本研究的加州大學 (University of California) 西格爾 (Jerome Siegel) 教授研究團隊提出一個相當有趣的解釋來說明這樣的現象，他們認為生活在寒冷地區的北方海狗，在陸地睡眠中快速動眼期的發生可能與保持大腦溫度有關，海上生活時由於隨時有一個大腦保持運作，似乎就沒有快速動眼期發生，用以提升大腦溫度的必要。當然，並非所有的學者都會認同這樣的說法。無疑的，北方海狗的特殊體質，或許正可以成為我們釐清快速動眼期在高等脊椎動物中所扮演的真正角色，成為未來更為深入了解睡眠生理現象的一塊敲門磚。

〈本文選自《科學月刊》2018年7月號〉

什麼？！你還不知道《科學月刊》，我們48歲囉！

入不惑之年還是可以當個科青

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文／臺灣公共衛生促進協會。

2018 年 3 月，臺灣民眾陷入一陣麻疹恐慌中，人人搶打疫苗，唯恐惹病上身。早些年，麻疹在臺灣是相當常見的疾病，幾乎人人都得過；而在後續的疫苗施打政策下，使目前青少年對麻疹病毒有免疫力。但為何這波疫情會引起這麼大的恐慌，值得我們進一步探究、分析。

回顧麻疹流行期間的新聞，似乎是媒體的資訊散播影響了社會大眾的行為，如以下報導標題：

〈麻疹傳染力強醫師：併發症嚴重可致命〉、〈一人染病禍及千人！麻疹防不勝防成年的你…反而最危險〉等。

這些新聞標題，似乎嘗試告訴我們其致命、散播及嚴重程度。若在不理解臺灣疫苗施打與曾得過麻疹民眾所形成的群體免疫力之下，確實易引起恐慌，其主要來自於對健康風險的擔憂，追本溯源是對傳染病的認識不足。甚至有人投書形容這波疫情的民眾行為，如同先前搶衛生紙風潮，人人搶打導致疫苗缺貨，而使醫護人員、機場勤務人員等第一線工作者沒有疫苗可用。

圖／pxhere

對傳染病的認識不足，因而對它產生懼怕，引起社會恐慌，這在臺灣社會並不新鮮。2003 年的 SARS、2006 年的禽流感、2009 年的 H1N1 流感、2012 年的 H5N2 疫情和 2015 年登革熱疫情等，類似的恐慌一而再地發生。而這些傳染病都在在警示著我們：

隨著交通便利、資訊傳播快速與健康風險意識抬頭，傳染病及其相關資訊──不論正確與否都會快速散播。所以，全民防疫的時代已來臨，民眾參與防疫是一項不容忽視的課題。

首先，對傳染病的教育紮根刻不容緩，若沒有正確觀念，容易因各式各樣的資訊及媒體報導而造成恐慌。有鑑於此，本文將初步介紹麻疹的基本知識及過去臺灣曾發生過的疫情，讓社會大眾對這個傳染病有基本的認識。接著，依照過去臺灣公共衛生促進協會所投入民眾教育的經驗，提出應重視公衛體系問題及民眾主動參與社區防疫的重要性。

麻疹的基本知識

麻疹期間會在出現柯氏斑點的3~4天後，出現全身皮疹。圖／wikimedia

之所以被稱為麻疹，除了其症狀會發高燒、鼻炎、結膜炎與咳嗽外，特別在發燒的 3～4 天後口腔黏膜上會出現柯氏斑點（Koplik spots），而在出現柯氏斑點的 3~4 天後，會出現全身皮疹，也是取名為麻疹的原因。主要由麻疹病毒引起的，傳染方式是經空氣、飛沫或直接與病人鼻腔或咽喉分泌物接觸，在出疹的前後 4 天內具傳染力。因其傳染力很強，在疫苗尚未問世前，幾乎人人都會被感染。

施打「麻疹、腮腺炎、德國麻疹混合疫苗（Measles, Mumps and Rubella, MMR）」進行預防，已是臺灣的常規疫苗政策。在小孩出生滿 12 個月及滿 5 歲、入國小前各會接種一劑，因此，大部分的人都對麻疹病毒有免疫力，使麻疹疫情不易在臺灣流行。

source：U.S. Air Force photo/Airman 1st Class Matthew Lotz

值得注意的是， 1980 年以前出生的成人，因自然免疫之故多有抗體。根據衛生福利部傳染病防治諮詢會預防接種組（ACIP）建議，1981 年以後出生的成人，雖小時候有打過例行性接種，但隨著時間抗體效力會逐漸減弱。所以，若要前往麻疹流行地區，建議自費接種 1 劑疫苗。疾管署也建議，在前往麻疹流行地區時，應該做好勤洗手、出入公共場所配戴口罩等預防措施。

圖／疾管署

麻疹的治療方法是以支持性療法〔註一〕為主，並注意避免中耳炎、肺炎與腦炎等併發症。雖然在疾管署資料顯示麻疹致死率達 5~10％，但這項數據僅限於兒童、營養不良、患有白血病，癌症及免疫缺損或生活環境較差的人。

過去麻疹在台灣的歷史

翻閱過去臺灣的麻疹歷史，不難發現臺灣曾是麻疹主要流行地區。根據臺灣省衛生處的統計年報記載，1953~1961 年間，每年有 700~900 個麻疹死亡病例，且佔 5 歲以下兒童十大死亡原因之一。

臺灣麻疹疫情曾在 1976 年大規模爆發，至 1978 年才開始實行對嬰幼兒施打麻疹疫苗的政策。完成兩劑接種的孩子，預防率可高達 99％，完成一劑接種，預防率也達 94 ％。因此，除了 6~12 個月的嬰兒外，絕大多數的臺灣人對於麻疹是有一定抵抗力。

自 1968 年起，麻疹減毒疫苗就已引進臺灣，但一直到 1978 年政府才推動免費接種，全面推行出生後 9 個月和 15 個月各接種一劑，才讓麻疹疫情得以有效控制。1992 年 1 月，臺灣開始實施「根除三麻一風計畫」後，改為出生後 9 個月接種第一劑麻疹疫苗，15 個月再接種第二劑麻疹、腮腺炎、德國麻疹混合疫苗，因此近年未見麻疹再爆發大流行。

圖／疾管署

近年來，仍有些許麻疹群聚感染的現象發生，主要為與中國大陸或東南亞等麻疹流行地區交流頻繁，回臺後傳染給未施打疫苗的人所致。儘管如此，在大部分臺灣民眾皆施打疫苗的狀態下，此波麻疹疫情，實在無須過分擔心。

臺灣公衛體系問題與民眾主動參與：社區防疫的重要性

麻疹疫情爆發後，衛福部疾管署針對此疫情進行一連串的宣傳，包含「疾管署說明麻疹個案接觸者追蹤方式及困境」、「為因應 MMR 疫苗需求量遽增，疾管署呼籲讓高風險族群優先接種」等新聞稿，另外也製作許多麻疹衛教的海報，張貼和宣導相關資訊，嘗試讓民眾了解目前麻疹疫情與控制狀況、要如何預防與該如何自主管理。

但這樣廣泛的宣導，似乎無法完全有效抑制恐慌的蔓延。根據「衛促會」長年民眾教育的經驗，民眾對麻疹的擔憂來自於生命及健康風險。在疾管署、網路與媒體等各種資訊交雜下，勢必產生許多疑慮，而疑慮的化解，必須建立在與民眾和社區的雙向溝通管道，而不是僅透由單向的宣導策略。

圖／pixabay

「衛促會」自 2003 年起，發現公衛體系有嚴重的問題需要進行改革，例如公衛體系重醫療、輕預防。全國醫療保健支出，20 多年來都不到 5％的經費是用於公共衛生、預防的工作上，絕大部分都是用在治療疾病上。

民眾教育缺乏經費投入，基層衛生人力也不足以應付突發的傳染病事件，無法建立起長期穩定與民眾溝通、互動的機制。「衛促會」為深耕民眾教育，也曾做過多次社區民情調查，根據調查，發現民眾對於傳染病疫情感到害怕，是因為不知道如何保護自己，對於傳染病的致病、傳染機制和疫苗功用等認識不足。

恐慌來自對傳染病的一知半解，就如醫生投書〈別搶打麻疹疫苗　醫師：20 年沒人重症死亡。〉。因此，「衛促會」認為唯有平時紮實的民眾教育，才能累積臺灣社會理性判斷的能量，並進而建立維持政府與民間的風險溝通的機制與信任。

在此也向政府、臺灣社會及公共衛生界建議，長遠目標應該扭轉公衛體系重醫療、輕預防的問題；短期而言則應該嘗試建立起與民眾風險溝通的平台與機制，制訂出有效的教育內容與推廣模式，以利平時的疫情風險溝通及疫情爆發時的緊急處理，以科學知識戰勝社會恐慌。

〈本文選自《科學月刊》2018年8月號〉

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郭璿／屏東科技大學野生動物保育研究所。

2018 年 6 月 25 日，林務局公告，將原本8種應予保育之野生動物降級為一般類野生動物，其中又以臺灣獼猴（Macaca cyclopis）最受矚目。

圖／科學月刊

臺灣獼猴主要分布於中低海拔森林地區，而在部分鄉村環境中與人類生活區域相鄰，導致資源利用重疊，人猴衝突油然而生。覓食本是動物天性，會在攝食及攝食風險之間作出權衡（trade-off），若風險小於攝食，那麼動物會選擇攝食；若風險大於攝食，動物則會選擇迴避。

在果園周圍的獼猴亦是如此，當人類在果園內活動時，獼猴會選擇迴避風險，並且在果園外圍的樹叢或制高點觀察。當人類一離開，獼猴便會想盡辦法進入果園大快朵頤，畢竟在果園取得的食物熱量比在野外覓食快多了，這也造成許多農民不得不使用各種驅猴工具，一邊照顧水果一邊跟獼猴鬥志，靈長類的戰爭就此展開。

是誰決定了臺灣獼猴的去留？

無論是網路或新聞媒體，不乏充斥著臺灣獼猴到果園偷吃的各類負面報導，獼猴無知、農民無奈。受到負面觀感的影響，人類對於獼猴的仇恨被渲染開，變成了過街「獼猴」，人人喊打，使要求獼猴降級及控制族群數量的民怨聲浪更是不曾間斷。

在尚未公告臺灣獼猴是否降級之前，新聞媒體便以「今年 6 月有望降級」等字眼下標題，似乎預告臺灣獼猴降級已成定局。且在臺灣獼猴被降級的當下，各種對臺灣獼猴大開殺戒的社群貼文更是紛紛湧出。

圖／pxhere

究竟是什麼原因造成人類跟獼猴之間有如此深仇大恨？靈長類學習能力強，比起其他野生動物，在危害防治方面需要注意到更多細節。靈長類被認為是有智力的野生動物，因此，在農作物掠奪部分常被視為是故意或帶有惡意的。

農民花費了許多金錢及心力在防治上，但當仍有危害產生時，便會尋找更激進的手段來解決猴害。猴害問題一直是管理單位──林務局的燙手山芋，中央主管機關以及地方政府均有對於危害防治的設備（例如：電圍網）進行補助，但當獼猴成為一般類野生動物後，主管機關則成了地方政府，因此也不免讓人聯想，獼猴降級是否為中央主管機關卸責的表現？雖林務局聲明表示，降級與獼猴造成的農損無關，但若沒有落實輔導農民進行有效的危害防治，農民與獼猴最終都是環境衝突之下的受害者。

臺灣獼猴降級，造福了誰？

適逢同學從事農民對於臺灣獼猴態度的研究調查，因此筆者時常跟著同學一同拜訪作物受到獼猴危害的農民，許多農民都會抱怨：

「猴子太多了啦！幹嘛保育呢？」

但獼猴從保育類名錄中除名之後，受害的農民又得到了什麼好處？沒有。獼猴依舊光顧結實累累的果園。在野保法第 21 條就已載明：

即使是保育類野生動物，在緊急的情況下，危害到農林作物、家禽、家畜或水產養殖，得以使用人道的方式予以獵捕或宰殺。

人猴衝突往往源自於，農民時不時需要停下手邊的工作，處理獼猴問題。圖／pixabay

等同於在還沒降級以前，農民即可自行處理猴害問題，乃至降級之後，依舊可以因受到危害等事由，進行人道處理。再者，獵捕或宰殺並非最好的選擇，除了社會輿論觀感不佳，也顧及道德問題，致使成效可能不如預期。因此農民想要的不是能不能正大光明處置獼猴，而是有沒有良好的防治措施，保障他們的果園不再受到危害，或者能在受到危害之後獲得補償。

臺灣獼猴降級仍是大多野保人士及動保人士不欲樂見的結果。先不論野保法的法條如何，以目前一般類野生動物的處境來看，許多受到不當對待致死或是將野生動物帶回家飼養者，也鮮少有受到管束或懲處；就算臺灣獼猴還在保育類名錄時，仍傳出有獼猴被毒殺、虐待或綁架幼猴的事件。這是除了野保法執行力未能落實外，民眾對於野生動物生命價值觀的落差。

臺灣獼猴的未來

許多野生動物之所以被列為保育類，自始至終乃是希望維持或增加此物種族群數量。當物種數量穩定，不再受到生存上的威脅，經調查評估後，原本列為應予保育之野生動物即可列入一般類。將野生動物從保育類轉移到一般類，依據以上原則，原是一件歡天喜地的事，且臺灣獼猴經專家在族群量估算上，發現其確實有增加的趨勢，但生存上就不再受到威脅了嗎？

臺灣獼猴與人類之間的衝突隨著自然環境被開發而增多，人類處理與野生動物之間的衝突往往是依照個人道德標準衡量，例如還是有人一看到蛇就要打死的觀念，認為是為民除害。但每個物種都有牠生存的權利，若沒有威脅到人類的生命安全，就不應剝奪牠的生命。目前臺灣民眾保育觀念普遍提升，對於臺灣野生動物有基本的認知，且能以同理心對待野生動物，並譴責虐待動物的行為。

圖／pixabay

因此，現階段應該思考的是如何在人類與其他野生動物之間取得共存的平衡，而不是農委會主委所提議的將獼猴安置到離島，或是將人類與其他野生動物隔絕，各過各的，不相往來。

人類開發了自然環境，而野生動物也利用人類所營造出來的人為環境覓食、棲息，例如鳩鴿科的鳥類利用人類的公園樹林、行道樹作為棲所；許多的猛禽、甚至是瀕臨絕種的石虎會利用農田捕捉老鼠。在這一場場野生動物的食物鏈中，我們不是旁觀者，而是輔助者。

對於臺灣而言，任何一種野生動物都是重要的自然資源，也期盼藉由這次臺灣獼猴的降級，能夠重新審視野保法的執行能力以及民眾在保育觀念上的正確性。

〈本文選自《科學月刊》2018年8月號〉

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文／簡麗賢，北一女中物理教師。

畫錯卡絕對是最令人最為懊悔的事情。圖／pxhere

每年 1、7 月的學測和指考可說是臺灣高中生的成年禮，各科試題出爐後，受訪考生、教師的反應和評論成為媒體爭相報導的題材。今（2018）年，受訪的考生和教師對物理命題的難易度反應不一，但共同點是：題目新穎、貼近生活情境，且需要閱讀理解題意才能作答，即大學入學考試中心強調的「素養導向命題」。

素養導向命題

何謂素養導向命題？閱讀今年的物理題，大概就能掌握其梗概。成績公布後，大考中心對媒體說明，未來的命題趨勢將以素養、生活及整合跨域等理念規劃命題，並呼籲學校應從期中考命題著手，讓學生適應素養命題方向。

據大考中心的說明，精進素養導向命題三大重點如下：

情境化：試題素材引用生活情境或學術探究情境。

整合運用能力：測驗學生是否能整合運用知識與技能，以處理真實世界或學術探究的問題，包含閱讀理解、邏輯推論、圖表判讀、批判思考、解釋辨析和資料證據應用等。

跨領域、跨學科：測驗學生是否能夠融會貫通，善用不同領域或學科所學處理一個主題中的相關問題。

圖／pixnio

以今年指考物理科選擇題「數位相機的光圈數與曝光時間的關係」為例：

照相機鏡頭透鏡的焦距和光圈直徑大小的比值稱為 f 數（也稱為光圈數或焦比），已知單位時間通過鏡頭的光能和光圈的面積成正比。某一數位照相機鏡頭透鏡的焦距固定為 50 公釐（mm），當 f 數設定為 2，可得最佳照片的正確曝光時間為 1∕450 秒，若將 f 數設定改為 6，則其最佳的曝光時間應為多少秒？

這一題被部分教師質疑「超出課綱」，其實不然，而是引用生活情境的「閱讀與理解」素養題。考生若能理解題意，以基本的數學能力，掌握 2 項關鍵「照相機鏡頭透鏡的焦距和光圈直徑大小的比值稱為 f 數」及「單位時間通過鏡頭的光能和光圈的面積成正比」，應能解出答案為 1∕50 秒。不過題目如能加上「通過鏡頭的光能不變」則會更完整。

圖／wikimedia

又以今年指考非選擇題的「微波爐」為例：

題幹中清楚說明「水分子H2O的負電荷（-q，q>0）靠近氧原子，而等量的正電荷（+q）靠近2個氫原子連線的中點，正負電荷分離固定距離r」定義為「電偶極」，並引導考生以數學向量式表達「電偶極矩」。考生若能依循題意「順藤摸瓜」，根據高三學過的「電位定義」，即可回答第1小題；以學過的力矩概念可證明水分子所受的力矩量值關係式，再代入已提供的數據，則可得到第2小題「水分子所受的力矩量值」。

第3小題「微波爐產生的微波可用來加熱食物，而一般市售微波爐的微波頻率約為數個GHz」，應用前一題「電偶極矩」和「力矩」定義，可判斷命題委員「不用計算，用文字說明微波爐能迅速加熱食物最主要原因」的用意，寫出類似參考答案「食物中的水分子為極性分子具有電偶矩，在外加電場作用下受力矩而使水分子以其質心為轉軸向電場方向轉動。故微波爐產生微波波段的電磁波後，食物內的水分子隨微波電場方向的變動，每秒產生數個109次高頻率的轉動，藉此與食物中周圍的分子擠壓與摩擦，因而快速產生熱量」的核心概念。

福衛五號飛越台灣上空的想像圖。圖／wikipedia

再以今年學測自然科「福衛五號衛星」為例，此題即為學術探究的新聞時事素養題：

臺灣首枚自主研製的高解析度遙測衛星「福衛五號」，於 2017 年 8 月順利升空在距地表 720 公里處繞地球作接近圓軌道運轉。一般在此高度繞地心等速圓周運動的衛星，其週期約 100 分鐘。已知地球半徑約為 6400 公里，若為特殊目的發射一新衛星，使其沿圓軌道繞行地球一周所需時間約為 800 分鐘，則此新衛星離地面的高度約為多少公里？

上述題目結合高中物理課程內容，就新聞時事設計成短文閱讀的學術情境素養題。考生若具有「克卜勒行星運動第三定律（週期定律）」的先備知識，依據資料數據判斷，應可估算答案接近 22000 公里。

以上的物理試題顯示學生培養「閱讀與理解」能力的重要性。題目取材自生活中的科學新聞，測驗目標在評量考生的理解能力，期望能理解衛星運行軌道的概念。學生能理解和說明生活現象的原理，就是一種「素養」。素養存在生活中，生活中表現素養，因此，素養導向命題的源頭在生活經驗與新聞報導中。

以新聞時事為例，說明科學、生活與素養

我們知道颱風天會影響飛機正常起飛，然而，氣溫太高也是影響因素，為什麼？

圖／pixabay

去（2017）年6月，國際新聞報導天氣太熱，飛機不能飛，美國鳳凰城市氣溫飆升到攝氏49度，有40多個航班被迫取消。媒體進一步報導「受全球暖化影響，未來飛機不能起飛的情況或許會更嚴重」。專家學者受訪時表示：

從飛機航行的科學而言，飛機無法在真空中飛行，飛行條件之一，必須有空氣形成氣流，透過流速與壓力差而形成升力效應，讓飛機具有動力而起飛，因此，可推論飛機無法在高溫下起飛。

「氣溫多高，飛機才不能飛行？」美國哥倫比亞大學（Columbia University）的科學家曾在2015年發表「極端高溫對飛行影響」的研究報告，指出高溫天氣會限制飛機載重量。並說明「檢視美國機場的條件，丹佛機場的緯度高，空氣層原本稀薄，飛機起飛時更容易受到高溫影響，改進之道是加長跑道。」「以波音737客機而言，在攝氏 37度的高溫下，若仍要依既定航班起飛，只能減少旅客人數和託運貨物重量。」閱讀上面這一則科學新聞，筆者的腦海立即縈繞素養命題的圖像。

圖／wikipedia

例如「依據上述短文和物理概念，天氣太熱，飛機不能正常起飛的最主要原因為何？」參考答案可為因熱膨脹會使大氣空氣層的氣體分子密度變低，機翼無法與足夠的空氣分子交互作用，形成機翼上下的壓力差，可能無法產生足夠的升力讓飛機起飛。其次，可繼續問學生：「因應高溫天氣，為不影響旅客權益，讓飛機能正常起飛，有何改善之道？」參考答案可為加長跑道以增加飛行初速率；減少搭乘班機的旅客人數及承載的托運貨物重量。

物理教師取材新聞報導內容作為命題素材，可延伸主題改寫短文，再從短文中設計題目，測驗學生閱讀理解能力，並繼續延伸問題，測驗學生的科學推理和表達能力。題型可為 1~2 題的選擇題，並搭配1題簡答題，混搭題型設計可達到素養導向命題的目標。

結語

有人認為命題很容易，是因為複製考古題。若要創新題目，符合素養導向命題的三大重點，可不簡單，誠如王安石的詩句：「看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛。」筆者只能說素養導向的創新命題看似容易卻實則艱辛。當我們看到大考中心設計出「漂亮」的升學試題，都該是「有讀、有回、有按讚」的現代「益者三『有』」。

〈本文選自《科學月刊》2018年9月號〉

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戴至平／現任職於美國國家癌症研究院，從事癌症動物模型建構。

癌症治療，在漫漫長夜中演進，至今已將近 2 個世紀。從一開始的手術切除、放射治療和化學療法等，直到近 20 年的標靶療法與免疫療法，終於露出曙光。與感染疾病相比，癌症療法的發展相當緩慢。一方面是因為癌症十分複雜，另一方面則是癌症易於演化、擴散與產生抗藥性所致。雖然癌症療法日新月異，機制也各有不同，但基本原理是一樣的：

除去癌細胞的速率必須超過癌細胞生長回復的速率，並壓制其至某個界限以下。

如此一來，連續治療的毒性可能過高，必須採用間歇治療，同時在過程中還需監控癌細胞數量，以免復發。這個原理看似簡單，但早期的研究者認為只要除去腫瘤即可，並沒有「殘留疾病（residual disease）」與「復發（recurrence）」的觀念，以至於治療只有暫時作用，甚至完全無效。

圖／wikipedia

發現此原理的醫學界先驅，幾乎可謂是現代癌症療法的發明人。而他是誰呢？

他叫李敏求（Min Chu Li），人類歷史上第一個治癒腫瘤（solid tumor）的醫師。事實上，他是腫瘤化療的「真正」發明人。在他之前，惡性腫瘤是無藥可救的。這樣的先驅，大多數人卻不聞其名，為什麼呢？

我來說說他的故事。

起源自黑暗的化學治療

氨甲蝶呤（methotrexate）。圖／wikimedia

人們對化療有不好的印象是正常的，因為化療的發現不是來自於光明的醫學研究，而是極為黑暗的殺人工具──化學武器。一次大戰時，有艘載運芥子氣（最早的化武）的貨輪停靠義大利港口，卻意外洩漏，造成慘重死傷，病理檢驗發現死者體內的骨髓細胞全部死光。

當時白血病是絕症，因此便有人想到，白血病是生長不受控制的骨髓細胞，而芥子氣專滅骨髓細胞，也許可用於治療白血病？不過芥子氣太毒，於是化學家將之改造，成為芥氣類烷化劑（alkylating agents），其中一種化合物──環磷醯胺（cyclophosphamide）一直到現在仍在使用，並從那時候興起篩選化療藥物的熱潮。不久後，哈佛大學（Harvard University）的法柏（Sidney Farbe）醫師利用毒性較低的葉酸拮抗劑──氨甲蝶呤（methotrexate）治癒白血病童，因而聲名大噪。

但治癒的終究是少數，且因有劇烈副作用，多數專家仍不喜歡化療，更不用說一般人聽了就害怕。因此惡性腫瘤的治療，開刀還是優先選擇，但患者時有復發的現象。面對復發，醫師通常怪罪當初切除的「不夠乾淨」，以致切除範圍越來越大，病患聞之色變。

史上第一次以化療「治癒」惡性腫瘤

史隆．凱特林癌症中心今景。圖／wikipedia

1944 年，李敏求從瀋陽盛京醫科大學畢業之後，前往美國繼續深造。大概因國共內戰的慘烈，他沒有返鄉，而留在美國擔任住院醫師。1953 年，他前往紐約知名的史隆．凱特林癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）進行早期的化療研究，也使用氨甲蝶呤治療子宮毛膜癌（choriocarcinoma），腫瘤卻似乎沒有反應。

不過，他發現開始治療後，病患尿液中的人類絨毛膜促性腺激素（hCG）持續下降。他認為 hCG 是由腫瘤分泌的，因此當化療殺死癌細胞後，激素明顯降低。治療其實是有效的，只是因除掉的癌細胞不夠多，腫瘤又長回來，化療的結果才看似無效。李敏求不但構想出化療的正確方式，而且發現癌症治療史上第一個腫瘤標記（tumor marker），成為後來所有「癌症指數」的濫觴。

顯微鏡下的絨毛膜癌成像。圖／wikipedia

1955年，李敏求帶著滿腦子的構想，加入國立癌症研究院（National Cancer Institute, NCI）內分泌科主任赫茲（Roy Hertz）的團隊，擔任助理產科醫師，繼續研究以化療治療絨毛膜癌的方法。某天，一名海軍牙科技術員的妻子被緊急送往國家衛生研究院（National Institutes of Health, NIH）的臨床研究中心。絨毛膜癌已擴散到她的肺部，像葡萄般一顆顆聚集，造成肺部破裂，血液滲滿胸腔。醫生們手忙腳亂地從她的肺部抽出血液，暫且穩定住病情。但哪怕是最樂觀的醫生，都認為她熬不了幾天。

與藥理學專家進行一番討論後，李敏求決定放手一搏，以氨甲喋呤治療。腫瘤迅速消退，她的狀況也穩定下來。治療持續幾週後，患者狀況明顯改善。幾個月後，李敏求與赫茲驚訝地發現，X光片上已看不到腫瘤的蹤跡。他們重新檢查一次，確認這項結果。這是史上第一次以化療「治癒」轉移的惡性腫瘤。

赫茲的團隊很快地完成論文，投稿也迅速被接受。這是劃時代的成就，編輯迫不及待將其刊登。但李敏求發現許多病患尿液中的hCG量仍超過標準值甚高。他想，唯一的解釋是腫瘤細胞沒有消除殆盡，雖然肉眼看不見，但它們還躲在組織的角落裡。若殘留的腫瘤未完全清除，不久後便會捲土重來而「復發」。雖然沒有明確地寫進論文，但李敏求實際上發現「殘留疾病」的觀念、癌症復發的機制及第一個腫瘤標記，這也是現代癌症藥物治療的三大基礎。

他認為腫瘤雖然消失，但化療應持續到 hCG 回復標準值才停止，現在稱此方式為預防性輔助化療（adjuvant chemotherapy）。但在1955年，即使是專家也害怕化療的毒性，臨床委員會要求李敏求停止化療。不過他堅持繼續投藥，使委員會大怒，認為他不顧人命而將他開除。走投無路的李敏求回到史隆‧凱特林癌症中心，要求老友收留。

現代化療之父：發展出化療「比例消滅」模型

圖／pxhere

李敏求被迫離開後，那些腫瘤消失後就停止治療的患者全都復發，而在他離開前持續治療、直到 hCG 恢復正常標準的患者，腫瘤再也沒有回來。李敏求的同事弗雷瑞奇（Emil Freireich）寫文章為他翻案，表示他的三大觀念是「癌症治療中非常重要的新原理」。在李敏求試驗成功前，90％的子宮絨毛膜癌患者在 1 年內死亡。如今，任何狀況的子宮絨毛膜癌幾乎無需手術，都可以化療治癒。

回到癌症中心後，李敏求繼續研究化療。1960 年，他證明轉移性睾丸癌可以透過化療來治療。1970 年代，至紐約拿索醫院（Nassau Hospital）擔任醫學研究主任，後來轉到洛瑪琳達大學醫學院（Loma Linda University School of Medicine）擔任醫學教授。1977年，他發表氟尿嘧啶（fluorouracil, 5-FU）可改善結腸癌患者的生存率，使氟尿嘧啶成為結腸癌化療的標準用藥，直到今天依然如此。

他的研究奠定現代癌症化療方法的基礎。1960年代，阿拉巴馬南方研究所（Southern Institute）的史基柏（Howard E. Skipper）利用小鼠模型試驗李敏求的觀念，發展出化療的「比例消滅（fraction kill）」數學模型，成為醫學教科書上化療的標準觀念。因此，稱李敏求為「現代化療之父」，一點不為過。

1972 年，他與當年 NCI 的 15 位同事一起獲得醫學界的最高榮譽──拉斯卡獎（Lasker-DeBakey Clinical Medical Research Award），表彰他們對開發癌症化療的貢獻，其中包括李敏求被開除時不置一詞的赫茲。如今，在 NIH 臨床中心的走廊，還能看到他們兩人的照片掛在相鄰的位置。李敏求比任何人有資格成為第一位獲諾貝爾生醫獎的華人，但他連中研院院士、中科院院士也沒選上過。不，是連提名都沒有，今天的醫學生更是沒聽過他的名字。

1980 年初，李敏求因心臟病併發腦血栓逝世，享壽 61 歲。

〈本文選自《科學月刊》2018年9月號〉

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