科學月刊 – PanSci 泛科學

文／林家妤 │ EnterSpace 數學藝術總監，以 Shark Lin 為筆名，進行跨域的數學寫作策展與藝術創作，希望能為世界帶來一點樂趣。

對一般大眾而言，數學給人的印象常是生硬且有距離感，而認識數學的場所幾乎都是在重複著計算與考試的教室，絲毫無法激起任何的想像力或熱情。讓人不禁想問：是否有遠離教室；真正親近、探索數學的地方呢？

也許有人聽過一些國外的案例，像是德國 Imaginary 機構於海德堡策劃的數學購物中心──將數學元素融合於賣場中，讓民眾親近數學的空間。但不要以為這麼有趣的地方只在國外有，其實臺北一個同樣特別的空間── EnterSpace 咖啡廳，結合了密室、謎題、咖啡、數學、藝術等多重元素的奇妙場域。

充滿了謎題與數學驚喜的咖啡廳

起初咖啡廳只是密室玩家的接待區，老闆們為了讓大家玩完遊戲之後，能夠有個地方能夠嘻笑討論與享用餐點，便決定設置咖啡廳提升整體質感，並以「EnterSpace 進入空間」為名，希望來到這裡的每一個人，都能體會到各種新奇有趣的事物──無論是蔚為風潮的密室逃脫、咖啡廳的實境遊戲，甚至是創意餐點與飲品。

圖／Enterspace 提供

店裡的招牌「可可實驗組」就是一個新奇有趣的範例：將未知口味的糖漿放入試管中，搭配附上的熱牛奶、法芙娜 70％巧克力與海鹽，讓客人用滴管吸取不同的糖漿品嘗，挑戰猜出各色糖漿的口味之餘，還能夠在燒杯中進行味覺實驗，自由調配出獨一無二的風味，在餐桌上體驗探究未知的科學精神與樂趣。

另一個引人注意的是，每一張桌子上都有 3×3×3 之立方體積木，乍看之下就像索瑪立方體（Soma cube），其實是由科芬（Stewart Coffin）設計的 Half Hour Puzzle，作者認為一般人應可在半小時內解出此積木的唯一解，因而命名之。不光是在桌上，Half Hour 積木化身成裝潢元素甘蔗板，以方塊形狀點綴輕工業風的空間，到處充滿了謎題與數學驚喜。

將數學本的靈光與藝術美感分享給更多人

為什麼咖啡廳會有這些數學巧思呢？其實是 EnterSpace 創辦人家中收藏了許多 puzzle 與數學科普書籍，他們父子認為這些東西不該只是私人收藏，更想與大家分享數學的樂趣，因此在咖啡廳放了不少收藏以及讓人會心一笑的彩蛋，讓整個空間就像是一個小型博物館，等待有緣人探索與發現。

這間咖啡廳十分有趣且數學味濃厚，因此我在今年（2018） 1 月時加入 EnterSpace 團隊，希望能把小時候在葛老爹（葛登能，Martin Gardner，1914~2010）數學書中感受到的喜悅──「啊哈！我解出來了（Aha! reactions）」，以及數學本身蘊含的靈光與藝術美感分享給更多人。

咖啡廳內 puzzle 展示區。　圖／EnterSpace 提供

來尋寶吧！帕索爺爺的數學寶物

3 月 14 日是國際圓周率日（π Day）與國際數學日，也恰好是 EnterSpace 的生日。在別具意義的這一天，我們推出了「帕索爺爺的數學寶物」解謎遊戲暨集點挑戰，透過挑選難度與類型不同的puzzle，期待玩家可以手腦並用，感受空間解謎的樂趣！

藉由故事與遊戲化的呈現，加上精緻的視覺設計，成功引起許多玩家的好奇心，即使沒有接觸過，也能沉浸在 puzzle 的小宇宙。曾經有數學教授與家人來到 EnterSpace 咖啡廳，邊喝下午茶邊動手解 puzzle，最後一家人共同完成任務，玩得不亦樂乎。

一位喜愛天文與收藏 puzzle 的帕索爺爺，最近莫名喪失了記憶他的收藏之中有許多蘊含宇宙秩序規則的數學寶物，解開這些謎題就能夠連起北天的七顆星喚醒他的記憶。你能夠接下這個任務成為帕索爺爺的指引嗎？

《錯視維度》：與數學呼應的當代錯視藝術展

數學蘊藏了宇宙秩序的原理，其視覺化與實體化就是一種藝術。我們決定在這裡做個全新嘗試，以錯視藝術為主題策展，並且在 4 月 1 日愚人節進行展覽開幕。《錯視維度》（Dimension of Illusion）這一檔展覽從主視覺設計到展品挑選，無一不是呼應其核心概念──呈現當代錯視藝術的多重面向與趣味。

首先來看看展覽中的數學與藝術維度，吳寬瀛老師經典的〈柱面投影〉作品，利用軟體將正常圖像轉化成變形的圖樣（anamorphosis），再以不銹鋼柱面還原其原本面貌，製造出兩者之間的反差錯視。沈岳霖師生製作出立體碎形幾何──謝爾賓斯基四面體（Sierpinski Tetrahedron），將密碼〈YES, I DO〉巧妙藏在立體作品之中，得站在特定位置才看得到。此外，還有由杉原厚吉教授設計，讓人分不清到底是方還是圓的 Ambiguous Cylinder Illusion。

《錯視維度》不只呈現數學與藝術，還包含了文化與設計的維度。為了此次展覽，EnterSpace 特別與魔翻文創合作，以林國慶設計師的雙向字（ambigram）翻轉設計，製作出以臺灣地名為靈感的互動作品──喜「翻」台灣。每個臺灣人都可以在地圖上找到自己家鄉的雙向字，親自動手見證雙向字的奧妙。

雙向字翻轉設計作品──喜「翻」台灣。
文字設計：林國慶
地圖概念：Shark Lin、Ching-Yu Tsao
視覺設計：魔翻文創
展板製作：EnterSpace　圖／EnterSpace 提供

無獨有偶，我們還邀請到日本雙向字設計師野村一晟參展，也包含上回花蓮地震特別創作的〈台灣加油〉，為了讓觀眾了解雙向字創作的多元面向，同時呼應本次展覽主題，野村先生提供各種類型的雙向字作品，而這也是他首次海外展覽。

本展規模雖然不大，但多元且精彩的主題甚至吸引南部的觀眾特地來看展；我以本檔展覽策展人的身份，誠摯邀請正在讀這篇文章的你／妳，進入空間與我們一起眼見為憑，享受《錯視維度》的多重驚喜。（文末附有展覽資訊）

在咖啡廳裡一起科普

不單是遊戲與展覽，我們也嘗試以活動的方式推廣數學與科普，以及關注各種與數學相關的議題，例如曾經舉辦過「積木與組木實驗與軟體操作工作坊」，讓大眾親手體會 puzzle 中的數學趣味與巧思；在「台灣女性數學家紀錄片影展」，邀請《數學女鬥士》與《學數學的女孩們》系列紀錄片的兩位導演至咖啡廳映後座談，與現場觀眾一同討論如何突破性別在科技中的既定框架。

「台灣女性數學家紀錄片影展」王慰慈與井迎兆導演映後座談。　圖／EnterSpace 提供

在這裡，有時候會以為自己身在小型博物館，工作除了涵蓋博物館傳統的典藏、研究、展示、教育項目；咖啡廳本身還是一個傳達數學趣味與美感價值的場域，而這樣的空間很有可能是全球首創。未來，我們將持續把 EnterSpace 打造成公開展示數學藝術的場域，以及不定期的選書和選品，讓大家從不同角度發現數學各種有趣的面貌，並且期許未來有更多元的跨界混搭。

EnterSpace 咖啡廳基於對科學、數學、邏輯與謎題的熱愛，我們願意提供學術活動的場地贊助，希望透過各種研討會、講座或活動，推廣這些有意義的主題，若需要場地或希望合作的話歡迎來訊洽詢，一起讓大家體驗有趣新奇的事物。

《錯視維度》特展

「我們看錯了世界，卻說它欺騙我們。」
“We read the world wrong and say that it deceives us."──詩人泰戈爾（Rabindranath Tagore, 1861~1941）

長久以來錯視藝術令人目眩神迷，許多藝術家與設計師為此不疲，創造出衝擊世人感官與意識的圖形，模糊錯覺與真實的邊界；維度除了是描述時空座標的參數，也代表一件事物的特點與面向。本展試著透過國際與臺灣在地設計、文化、數學類的作品，呈現當代錯視藝術的多重趣味與驚喜。

Seeing is believing? 讓我們進入空間，一起眼見為憑。展期至 12 月 31 日，詳情請見 EnterSpace 官網。

EnterSpace

地址：臺北市中山區明水路 581 巷 15 號 B1

p.s.只要報上是《科學月刊》的讀者粉絲，餐飲將有特別優惠喔！

延伸閱讀：Mathematikon: A Mathematical Shopping Center

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劉玲根／1971 年獲美國羅徹斯特大學博士。1974~1996 年任教澳洲國立大學，1994~2007 年任職中央研究院。1974 年合成鈣鈦礦結晶形鎂鐵矽酸鹽，或稱劉氏石，約半個地球是由此類礦物所組成。

近年人類對火星上水的問題，從來就沒有失過焦。今（2018）年 7 月，歐洲太空總署（ESA）發布新聞表示，依據火星快車號（Mars Express）於 2012 年 5 月至 2015 年 12 月間所收集的雷達數據，並經科學家近 3 年的分析研究，在火星南極冰蓋（應是固態CO₂）下約 1500 公尺的深處，識別出一片 20 公里寬的異常明亮的反射體。在排除其他可能性後，最終論定此明亮反射體應該是冰蓋之下的一個介面，而介面下極可能是一個地下湖。

地下湖模擬圖。source：wikipedia

雷達數據無法給出湖水的厚度及其它細節，但能在零下幾十度的環境中仍不結冰，代表其鹽分含量極高，應該接近「鹵水」。巧合的是，今年 6 月，美國太空總署（NASA）也宣佈，火星探測器「好奇號（Curiosity）」發現埋藏在遠古沉積物中的複雜有機物質。大分子有機物質的發現也一樣提示著火星有水，更進一步暗示火星上的水已衍生出有機物質或生命的可能性。其實，早在 2008 和 2015 年 NASA 就曾發表在火星表面找到水，不過，嚴格地說，這些火星水報導的真實性還有待未來的驗證。

現今人類發射各式探測器至火星上偵測、採樣，就已發佈的新聞而言，在在證明火星是有水的。其實，上世紀科學家也早就從地球上仔細觀察過火星表面的地貌和地形，並推論出火星過去應該是有水的，而且還極有可能存在過大量的水或海洋。至於火星到底有多少水？

為了解答此問題，許多科學家都集中研究推估火星固化後釋放出來的水到底能形成一個多深的海洋。1984 年，斯奎爾斯（Steven W. Squyres）推估釋放出來的水只能形成一個 10~100 公尺深的海洋，而卡爾（Michael H. Carr）在 1986 年則推估火星海洋應有 500~1000 公尺深。但這也還只回答到問題的一部份，火星內部是否還有水？又有多少？而火星的水又由何而來？

火星上的水分示意圖。Credit: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

火星上的水從哪來？為什麼留不住？

科學家對此類問題的討論基本上也只能由一些觀察和假設來探討，而在 30 年前，1988 年筆者所發表的論文中，假設太陽系的內行星（terrestrial planets）是由類似原始固體微星（planetesimal）物質所依附會聚（accreted）成長而來的。微星物質中應該會含有少量的含水礦物（hydrous minerals），因為含水礦物在地球表面所發現的石隕石（stony meteorites）中是存在的，所以這樣的假設應是十分合理的。

年輕恆星形成的過程。source：wikipedia

在固體微星物質依附會聚的初始，微星物質相互撞擊的引力應該不是很大，只是相互依聚在一起而已，等到依聚體愈長愈大後，相互撞擊的引力也就愈來愈大。根據含水礦物的撞擊高壓實驗結果，在撞擊壓力超過 200仟巴（kbar）時，就會釋放出水（H₂O）；超過 600仟巴時，會釋放出所有的水。

綜合各科學家的推論，筆者假設原始固體微星物質中含有 0.33％重量比的水（這是最保守的數量），如此就能計算出金星、地球和火星在成長早期可能已埋藏相當於今天地球表面海洋的水量（大約1.4×10²⁴克），如圖一中的 M₁。再加上內行星半徑成長到超過約 2600 公里後因撞擊出現的岩漿海（magma ocean）融入的水，火星內部的水可能比地球表面的海洋還要多上幾倍。

火星是內行星中距太陽最遠，也是最冷的內行星，其總質量相對於金星和地球也小上許多，所以火星成長後外圍的岩漿海應該早已完全固化。若火星表面寒冷，在固化時或固化後，岩漿海或含水礦物中的水應釋放出進入大氣或直接以液態水滲出（degassing）表面。大氣中的水分子既會逃逸到外太空去，也會凝結成水而積存成海洋，就看孰快孰慢。火星半徑只有地球半徑的 0.53，並不需要太多的水，就能生成相當深的海洋。在筆者 1988 年的論文中推估火星固化後能釋放出大約 4.5×10²³克的水，若沒有揮發丟失的話，能在火星表面形成一個平均 3000 公尺深的海洋。依據火星內部溫度分佈的模型，論文中也推論滲出的液態水至今可能還存在火星的表層中。

假設金星、地球和火星會聚成長的過程。R1 的半徑相當於表面撞擊力達到 600 仟巴的時候，R1 內的質量為 M1，M1 內應已埋藏了大約 1.4 x 1024 克的水。內行星成長超過 R1 時，行星表面和撞擊上來微星所含的水會全部釋放出來並逃逸到外太空去，而且是一去不返的。等行星半徑長大到R2，而M1加上M2的總質量已大於8.06 x 1026克時，撞擊出的水就會被成長的行星抓獲成為它的原始大氣。
火星的半徑要比水的 R2 小，所以火星的質量或引力無法抓獲氣體水分子成為它大氣的一員。同樣的道理，地球半徑要比氦、氫的R2小，所以氦和氫就無法成為地球的大氣了。不同氣體的 R1、R2、M1 和 M2 數值大小是不相同的，（M1+M2）的大小與氣體分子量大致成反比，而M3的大小就要由行星的總質量來決定了。內行星會聚成長到半徑大於約2600公里後因撞擊會生成岩漿海，此時撞擊釋放出來的水會全部融入岩漿海中。source：作者提供

而筆者在 2014 年的論文中，則推算出行星的總質量至少要大於 8.06×10²⁶克才有可能抓獲氣態水分子，而火星因不具有像金星和地球的 R₂和 M₃，質量只有 6.419×10²⁶克，所以火星從來就沒有夠大的質量或引力能抓獲氣態水分子成為它大氣的一員。如此日久天長，無論火星表面是有海洋還是冰，都不可能持久的，最終所有的水都會很快消失殆盡。

地球上的水從何而來

近年來，有些天文物理學者主張，地球的海洋是在地球成長固化後，由外太空的髒雪球（dirty snowball）撞擊地球而形成。此主張很難交代清楚為何金星是滴水不存的？又火星是否也有水？而水又去了那裡？

髒雪球不應該只會撞擊地球，當然，不可諱言，地球上有一小部分的水也極有可能是來自髒雪球。而火星上有水，這正好證明火星的水是與生俱來的（即來自原始固體微星），火星上的水不可能是在火星成長固化後，再由髒雪球等外物撞擊火星而來，因為髒雪球中的冰在撞擊火星後一定全會氣化成水分子，而火星的引力又抓不住它們，氣態水分子只能逃逸至外太空去。而且，如果火星的水是與生俱來的，那我們實在沒有太多理由相信地球上的水主要是由髒雪球撞擊地球而來。

髒雪球不應該只會撞擊地球。source：NASA

延伸閱讀

Liu, L., Water in terrestrial planets and the Moon, Icarus, Vol. 74: 98-107, 1988.
Liu, L., Critical masses for terrestrial planet atmospheric gas species and water in/on Mars ,Terr. Atmos. Ocean Sci., Vol.25: 703-707, 2014.

〈本文選自《科學月刊》2018年10月號〉

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金升光／任職於中央研究院天文及天文物理研究所。

微中子在所有已知的基本粒子中，可算是科學家最不了解的一種。

粒子物理標準模型裡的微中子只透過弱交互作用和其他粒子起反應，和光子一樣沒有靜止質量。電子、緲子（muon）、陶子（tauon）和分別對應這不同三代的微中子及它們的反粒子共同組成了輕子（lepton）家族。

喀擦，來個家族照吧。source：wikipedia

近年來，實驗證實微中子振盪的存在〔註一〕，電子微中子、緲子微中子與陶子微中子彼此之間可以相互轉換，顯示微中子靜止質量應該不等於零。然而，沒有人知道微中子的確切質量，也不確定微中子和它們的反粒子是否相同。另一方面，地球的大氣層持續受到高能量宇宙射線轟擊，主要成份包含質子和其他更重的原子核，這些帶電粒子受到銀河系與地球磁場的影響，很難去追蹤它們的來源。

微中子不帶電，不受磁場影響，還能輕易穿透星球的核心，是電磁波、重力波之外，天文物理學家夢寐以求的第三隻眼。然而，此特性卻也是微中子偵測的困難處，必須透過 10 公尺以上甚至公里等級的大型裝置才能捕捉分析少數來自外太空的微中子。多年的研究只確認太陽和超新星1987A發出的微中子，直到去（2017）年9月，位在南極的「冰立方（IceCube）」微中子天文台偵測到一顆高能微中子 IceCube-170922A，才露出一線曙光。

冰立方與高能微中子

基本粒子的質量和能量通常用電子伏特（eV）為單位。電子質量約 0.5 MeV；質子質量約 938 MeV，接近 1 GeV；目前估計微中子的質量約在 eV 數量級以下。太陽微中子的能量大部分處於 100 keV~1 MeV 量級之間；超新星微中子的能量能夠達到 10 MeV 的量級，爆發時的激震波有可能產生 TeV（10¹² eV）級的高能微中子。

當年偵測到超新星的日本神岡偵測器，是個寬、高約16公尺的大水箱；後續建造的超級神岡微中子偵測器（Super-Kamiokande）則寬、高約40公尺。高速的微中子與水中的質子、電子等粒子碰撞產生高速的電子或正子。當帶電粒子運動速度超過水中的光速時，就像超音速戰機產生音爆，會發出契倫科夫輻射（Cherenkov radiation），由密布的光電管接收並偵測分析。

而冰立方則使用南極的冰層代替神岡的純水，86 條垂直的洞穴深入約 2450 公尺的冰層，在每個洞穴最底端的 1 公里處都布置 60 個 10 吋大的光電裝置（digital optical modules），含數位處理電腦，將之串成 1 串。相鄰洞穴間隔 125 公尺，總共 5160 個光電裝置在地底形成 1 個體積立方公里等級的 3 維陣列，是目前世界上最大的微中子偵測器之一。

IceCube的鑽孔設備大到要用全景才有機會完整拍攝。source：wikipedia

神岡測得的信號多半來自電子微中子。高能緲子微中子產生高速的緲子放出契倫科夫輻射，會在光電裝置陣列中留下明顯的軌跡，是冰立方主要的偵測目標之一。回溯分析緲子軌跡，反推微中子的入射方向，可達0.3°的準確度。

宇宙射線在大氣層中碰撞後產生的緲子或微中子數量可能是外太空信號的 10 萬倍或百萬倍，數公里厚的岩層或冰層則有助於降低雜訊。南極的偵測器對於來自北半球天空的信號比較靈敏，而且，大氣層產生的微中子有特定的能量分布，超過 100 TeV或 1 PeV（＝10¹⁵eV＝1000 TeV）多來自外太空，IceCube-170922A即為一例。分析冰立方所窺見的緲子能量（約24 TeV），估計這顆從地平線下入射的緲子微中子能量約 290 TeV。不到 1 分鐘，2016 年 4 月才啟用的即時自動警報系統隨即向全球網路 GCN∕AMON Notice〔註二〕發出通告。

這並不是系統頭一次發出類似的微中子警報。觀測網上的成員，包含位在地中海海底的微中子偵測器和地面或天上的望遠鏡，通常不是沒看到特定目標，就是無法從眾多目標中辨別出真正的來源。直到 6 天後，NASA 的費米太空望遠鏡團隊 Fermi-LAT 透過《天文電報》（Astronomer’s Telegram）報告他們的分析，指出 1 顆已知的「耀變體（blazar）」TXS 0506+056 正處於活躍期（亮度增加 6 倍），和冰立方估計的方位相符，接續的多波段觀測進一步支持這個結論。

通過費米太空望遠鏡在伽馬射線（能量大於1 GeV）中觀察到的TXS 0506 + 056的位置。source：wikipedia

包括上千位共同作者的綜合研究報告和相關論文在今（2018）年7月13日正式刊出。冰立方計畫的主要資助者美國國家科學基金會（National Science Foundation, NSF）照例先在華府召開記者會，此間各媒體多有轉述報導。依照 2004 年美國國家科學院報告中的估算，總建造經費含開辦費用應該超過 2億 5000 萬美元。

高能宇宙射線與「耀變體」

人造的加速器還沒有能力產生 PeV 甚至 EeV（10¹⁸ eV）的高能粒子束，宇宙射線卻可以。許多可能的天文物理機制和可疑的天體，像是伽瑪射線爆（GRB）、超新星殘骸（SNR）、波霎、黑洞雙星和活躍星系核（AGN）等都是熱門的候選者。

某些理論認為，產生高能粒子的相同機制或相關環境也會伴隨產生能量等級相當的伽瑪射線。2008 年升空的費米太空望遠鏡觀測到的伽瑪射線源已經編成目錄定期追蹤，2015 年發表第三版，通稱「3GFL（the third Fermi Large Area Telescope source catalog）」，包含 3033 個伽瑪射線源和它們逐月的亮度變化，其中超過半數是活躍星系核，以耀變體為主。先前有研究將微中子信號和這些特定天體比對，不過都沒能成功確認微中子的來源。

耀變體（又稱為活耀星系核）是目前已觀測到的宇宙中最劇烈的天體活動現象之一，圖為模擬圖。source：wikipedia

粒子能量越高，受銀河系內磁場的偏轉影響越小。專門偵測高能宇宙線次級粒子射叢（shower，或稱簇射）的奧格天文台（Pierre Auger Observatory）團隊在去年發表論文指出，能量超過 8 EeV以上的超高能粒子應該是來自銀河系以外。8 EeV 接近 1.3 焦耳，也就是說，單單這一顆粒子的動能就足以抬高 1 公斤的物體離地 13 公分！理論上，宇宙射線（如質子）的能量如果太高，會和遍布的宇宙微波背景輻射光子產生反應，產生 GZK截止點（GZK cutoff），這是以提出此理論的 3 位科學家 Greisen、Zatsepin和Kuzmin 姓氏首字母來命名的宇宙射線能譜截止點。如果宇宙射線粒子是鐵原子核，此截止能量還會再高一點。

TXS 0506+056是3GFL目錄上亮度排名前 50 的耀變體，可見光星等約 15 等，不算是特別突出。耀變體是活躍星系核的一種，可參閱《科學月刊》527期〈類星體 50 年〉一文的介紹。原文 blazar 一詞是在 1979 年所提出，將「蠍虎天體（BL Lac objects）」和部份有亮度劇烈變化的類星體合稱，並寫在1980年天文與天文物理年度評論裡遂成為正式名詞。在TXS 0506+056非熱輻射的連續光譜中幾乎看不出任何譜線，無法確認它的距離，也不能計算真正的光度。透過加納利群島上口徑10.4公尺的望遠鏡（Gran Telescopio Canarias, GTC），最近終於辨認出幾條微弱的譜線，紅移0.3365，約相當於57億光年，這使得TXS 0506+056成為在此方圓之內光度最強的耀變體之一。

高能微中子天文學

活躍星系核、黑洞或中子星系統中的高能噴流，甚至一般吸積盤噴流的組成、構造和起源向來都是理論和觀測研究的焦點之一。高能微中子的存在意味著強子（可能是質子）加速及後續的碰撞與衰變過程，透露噴流的秘密。高能微中子的產生究竟是正比於伽瑪射線強度、伽瑪射線的變化、特高能（very high energy）伽瑪射線強度或另有其他，真正的關連仍有待釐清。

另一方面，縱使耀變體是高能微中子的來源，恐怕也只能解釋一部份偵測到的高能微中子。除持續累積觀測數據，提升多元訊息天文學（multi-messenger astronomy）多波段聯合觀測的效率，新一代的微中子偵測器KM3NeT、Hyper-Kamiokande、IceCube-Gen2可望能將高能微中子天文學，乃至於宇宙線、暗物質與基本粒子研究推展到新的境界。

〔註一〕此項實驗獲得2015年諾貝爾物理獎。
〔註二〕GCN／AMON Notice

延伸閱讀

IceCube Collaboration et al., Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science, Vol. 361: eaat1378, 2018.

〈本文選自《科學月刊》2018年10月號〉

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李岳倫／臺灣大學生化科學博士，美國Scripps研究院博士後研究。任職於國家衛生研究院癌症研究所，專攻粒線體在腫瘤微環境癌細胞免疫逃脫之角色，以及癌症治療藥物之研發。

如果人類社會因大數據、人工智慧和機器人正在進行第四次工業革命，那麼，與癌症的博弈也因免疫治療而進行觀念顛覆。

圖／pixabay

前言

癌症連續 36 年蟬聯國人 10 大死因的首位，令人聞癌色變。不過，其實癌症並不一定是絕症，尤其近年免疫治療出現後，讓癌症治療不只是狙殺癌細胞，甚至成為一種可控制的慢性病。現今，衛福部健保署也已同意將第一代免疫治療藥物納入健保給付；接著在今（2018）年9月6 日公告法源，開放特定癌症病人自體免疫細胞療法，宣示進入癌症免疫治療的新階段。

過去 4、50 年來，外科手術、化學療法、放射療法和標靶藥物一直是最主要的4種癌症治療方式。這些療法的確讓癌症病人的5年存活率增加。

然而，癌症並沒有因此銷聲匿息，令人不禁想問，我們真的用對了策略嗎？因為以殺死癌細胞為目標的高劑量放射線、化療或標靶藥物，一旦出現抗藥性後，癌細胞會變得更加兇猛，最後導致死亡，這也讓癌症研究者不得不重新思考對抗癌症的新策略。

2009 年，來自美國默菲特癌症中心（Moffitt Cancer Center）的蓋騰比（Robert A. Gatenby）在Nature期刊發表一篇名為〈改變對於癌症的策略〉（A change of strategy in the war on cancer.）的文章，建議「控制癌症（即下文之免疫治療）」的策略可能比「治癒癌症」更適當。

和治癒癌症相比，控制癌症或許是未來的一條出路。圖／pixabay

癌症免疫治療歷史

癌症免疫治療是最近才開始發展的嗎？其實不然。早在 19 世紀末有位名叫柯雷（William B. Coley）的外科醫師，發現手術後受感染的癌症病患，復發的情況比沒受感染的病患少。他認為細菌感染啟動身體某些機制去抵抗癌症，然而當時並沒有受到重視，因為放射治療的出現，掩蓋住免疫治療出線的機會。

1970 年代，發展出免疫監視假說（Immunosurveillance），認為癌細胞每天都存在你我身體內，腫瘤的發生是因躲過免疫系統的監控，但此觀念卻直到 2001 年才被廣泛接受。

1980 年代，則開始藉由施打干擾素（interferon, IFN）、介白素─2（interleukin 2, IL-2）等活化免疫功能來治療癌症，如介白素─2的治療是由癌症免疫治療的先驅──美國國家癌症中心的羅森伯格（Steven A. Rosenberg）開始；然而，治療卻帶來嚴重的副作用，且僅在少數腫瘤中有效。

免疫治療主要包括免疫檢查點抑制劑、T細胞輸入療法、嵌合抗原受體T細胞療法（Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T）和癌症疫苗等。其中，2014 年唐獎之生技醫藥獎和 2018 年諾貝爾生理學或醫學獎就頒給了艾利森（James Allison）和本庶佑（Tasuku Honj），表彰他們分別發現 T細胞表面的 2 種免疫檢查點抑制因子：CTLA-4 和PD-1。那麼，免疫治療又是如何走上癌症治療的主舞台？

早期免疫治療的副作用很高，經歷了一番波折才重新開始受到重視。圖／pixabay

場景應由一位從絕望到重獲新生的 7 歲美國白血病小女孩艾蜜莉（Emily Whitehead）揭開帷幕。2010 年 5 月，她被診斷出患有急性淋巴白血病，和大多數白血病病童一樣，開始接受化療，16 個月後，血癌復發，危在旦夕，於是轉到費城兒童醫院接受賓州大學正進行的血癌 T細胞治療的實驗性臨床試驗。

治療期間，雖出現 CAR-T 治療的副作用──細胞激素風暴，產生高燒、呼吸衰竭和休克等症狀──不過治療結果非常成功。

編按：細胞激素風暴，為免疫系統接受到過度分泌的細胞激素而產生過激的免疫反應。可見延伸閱讀：病毒讓免疫系統深陷「發炎過激」的險境，該如何控制住場面？CLEC5A受器是關鍵！（2018/12/13新增）

2012 年，艾蜜莉成為全球第一位接受 CAR-T免疫療法治癒的案例，再也沒有復發過，她的父母還成立基金會，用來支持免疫治療研究。也因此點燃大家對 CAR-T 細胞免疫療法的研究熱潮。2017 年，美國藥物食品管理局（FDA）核准通過用於臨床癌症治療。

艾蜜莉的康復，使得CAR-T免疫療法逐漸受到重視。圖／pixabay

時間往前轉，另一個明星──免疫檢查點抑制劑也早已悄悄登臺扮演開路先鋒的角色。1996 年，艾利森在Science期刊發表使用抗 CTLA-4抗體，成功清除小鼠體內腫瘤的研究。

2011 年，經美國 FDA 審核通過用於癌症治療，2013 年，「癌症免疫治療」便被 Science雜誌挑選為當年最大的科學突破！除了 CTLA-4 外，1992 年，京都大學的本庶佑在 T細胞表面發現受體蛋白 PD-1 可抑制 T細胞的活化。

從此，PD-1 成為閃耀的新星，藥廠積極開發以此蛋白為標靶的抗體，並於 2014 年審核通過，成為癌症治療用藥。前美國總統卡特（Jimmy Carter）就是使用第一個 PD-1 抗體治癒的，他的成功再為免疫療法打進一劑強心針！

癌症免疫療法的未來

未來，免疫療法是否一帆風順呢？未必，免疫療法雖讓人感到樂觀，但仍有許多問題需要解決，例如，檢查點抑制劑對患者的反應比例不高，抗 PD-1 療法只有 20~30％；治療費用昂貴，動輒上千萬臺幣，免疫抑制劑治療費用雖便宜些，但也需 300~400 萬；具有致死的副作用，如細胞激素風暴、心臟毒性等；腫瘤微環境的調控可能使免疫治療失效。

從這些負面訊息顯示，尚有許多機制及技術可再精進，例如 CAR-T 針對實體癌症（solid tumor）仍有努力空間；全盤了解癌細胞所處的腫瘤微環境；藉基因大數據、生物標記與免疫評分的協助，透過部位、病理、基因突變和免疫特性，將病患分類，以達到個人化免疫療法，減少副作用，並尋找加入免疫療法的組合治療。

而在癌症免疫療法大浪潮下，對研究者及年輕學子又有何啟發？首先，筆者認為利用個人免疫系統來治療、控制癌症，而不一味追求消滅癌症，是正確的大方向，符合人體自然原則，較有機會成功。這也是為什麼已有人提出「與癌症共存」概念的原因吧！

與癌症共存，而非將之消滅，或許是未來癌症醫學的發展趨勢。圖／pixabay

那為何之前沒有成功？主要是對人體免疫系統運作機制不夠清楚，且在思考癌症治療策略時，只針對癌症細胞本身，而忽略癌細胞周圍互相影響的細胞所共同構成的腫瘤微環境。因此，加緊投入上述的基礎研究為首要工作，若能更了解癌症到底是如何躲過免疫系統，愈有機會預防與控制癌症。

另一方面，在思考免疫系統與腫瘤微環境概念時，別忘了中醫治癌早已提出「帶瘤生存」、「種子與土壤」等理論，其實這與西方醫學目前根據個人微環境及生物標記（體質）進行免疫療法的觀點是不謀而合的。因此，在理念相通的情況下，未來中、西醫結合治療癌症也許是一個不錯策略。

結語

癌症免疫治療雖有數十年的研究歷史，但隨著對癌症免疫學的更多認識，近年來免疫治療才能在臨床治療上得到突破性的進步。然而，現階段仍有許多尚待解決的問題，期待未來可利用個人化免疫治療來控制癌症，而不一味追求消滅癌症。

也許有一天，人們在面對癌症時，也能像治療高血壓、糖尿病之類的慢性病一樣，透過藥物控制，與其和平共處，維持有品質的生活。

延伸閱讀

鄭安寧、李岳倫，〈癌細胞免疫逃避可恥，但是很有用〉，李岳倫癌症科學研究室。
李岳倫，〈治癌變控癌讓它變成慢性病〉，聯合新聞網。
鄭志凱，〈從科學新知、到創業、到科普──CAR-T正顛覆癌症醫療，臺灣在哪裡？〉，獨立評論＠天下。

〈本文選自《科學月刊》2018年11月號〉

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蔡孟利／國立宜蘭大學生物機電工程學系教授。

臺灣大學不具自治該有的品格，教育部沒有善盡監督的責任，科技部缺乏計畫管考的能力。今（2018）年 10 月 1 日，《癌症研究》（Cancer Research）這本著名期刊中的 1 篇簡短撤稿聲明，可以作為這些事實的佐證。

這篇不到 150 個英文字的撤稿聲明全文如下：

This article is being retracted at the request of the editors. Following an institutional review by the National Health Research Institute (Taiwan, Republic of China), the authors were unable to provide original data for any of the figures published in the article, and the investigation team concluded that the data were fabricated intentionally. As a result of these findings, the institution recommended retraction and, upon internal review, the editors agree with this recommendation. A copy of this Retraction Notice was sent to the last known email addresses for all nine authors. One author (M.-C. Hung) agreed to the retraction; one author (J.-L. Su) did not agree to the retraction; the seven remaining authors (T.-Y. Chang, H.-A. Chen, C.-F. Chiu, Y.-W. Chang, T.-C. Kuo, P.-C. Tseng, and W. Wang) did not respond.

此篇聲明清楚地說到，因臺灣的國家衛生研究院調查後認定該篇論文的數據為蓄意造假，所以國衛院具體建議該期刊應撤銷此論文；該期刊的編輯群經過內部討論之後決定接受國衛院的建議，主動撤銷此論文的刊登。而期刊也將這項撤稿決定副知該篇論文作者群，雖然只有 1 位作者（洪明奇）同意，通訊作者蘇振良不同意，而其他 7 位作者則對此事沒有表示意見，但目前該篇論文仍然已經被《癌症研究》註記為「已撤銷刊登（This article has been retracted.）」。

論文數據蓄意造假是現今學術界常有的爭議。圖／pixabay

造假事件的後續發展

然而，截至今年 11 月 5 日為止，當初臺大論文造假案中被科技部、教育部及臺大認定為造假的 11 篇論文中，除了事件初期 2 篇主動撤稿的論文，其餘的，在事件經過 2 年之後，仍然高掛在那些傑出期刊的版面上受眾人引用，仍是具有高影響係數的學術著作，也就是說，發表造假論文的人，依舊是學術界中優秀的學者。儘管臺大、科技部和教育部都審定為造假，但這 11 篇中的其中 3 篇，竟還完成勘誤的程序 [註]，將當初被質疑為造假的地方，以抽換圖表的方式修正，成為依舊被期刊認可、正確無誤的論文。

筆者曾在去（2017）年 1 月號的《科學月刊》評論中提到：「對於科學社群而言， 1 篇造假的論文，特別是因造假而發表在頂級期刊的論文，會讓後續從事此類研究的人員虛擲了金錢與青春，更會拖累了相關領域的進展。所以先讓有問題的論文下架，不要讓其妨礙科學的進展，降低對科研公領域的衝擊，是處理學術倫理事件的第一要務。」

這是個不需專業知識，僅憑常識就能夠清楚判斷的道理。就像政府若發現某黑心食品在市場流通，第一要務一定是先將該黑心食品全面下架，若發現某樣機器零件的安全係數是偽造的，當務之急也一定是設法先全面回收；而不是兩手一攤無奈地表示：基於那是製造廠商與販賣場所之間的商業關係，如果製造廠商沒有主動至販賣場所將黑心產品下架回收，政府便無任何可使力的地方。

有問題的論文就如同有問題的食品一樣，若不及時下架，將會帶來許多問題。圖／pixabay

然而，這種正常人一定會想到的正常做法，臺灣的教育部、科技部與臺大卻怎麼想都想不到！除了去年 3 月報載科技部生科司司長蔡少正的名言：「對於現在已經發現有問題的論文，如還沒去函相關期刊更正，基於作者與期刊間約定，作者應主動與期刊更正，科技部無任何可使力的地方。」之外，科技部也在去年 3 月底發布新聞稿表示：「科技部以專業審查原則，依循法規積極審理違反學術倫理論文。關於學術期刊論文之撤稿或更正，可參考國際出版倫理委員會（Committee on Publication Ethics, COPE）訂定之規範。國際出版倫理委員會主要是針對期刊編輯（editor）、作者（author）、研究機構（research institution）、出版期刊的學會執行委員（Board of Directors of Learned Society Journals）、審查委員（peer reviewers）等提出相關的指引，其中並無對提供研究經費的單位（funder）可以要求期刊撤稿的敘述。」企圖再次說明科技部不需也不能主動去函相關期刊要求撤稿。

而在去年 8 月底，筆者就那些被認定為造假論文的撤稿與勘誤問題向教育部及科技部提出質疑，科技部的回覆是：「查上開違反學術倫理事證業經專業軟體分析比對並完成審議在案。至於是否同意論文更正，事屬期刊編輯之判斷與權責，本部原則尊重。」；而教育部的回覆則是：「有關張正琪涉及違反學術倫理等情事，因期刊是否予以勘誤或撤稿，係屬該期刊與投稿人雙方著作財產權授與契約規範處理，並不受政府部門是否認定違反學術倫理影響。」

面對論文造假爭議，科技部的回應傳遞了他們不需要也不回應的態度。圖／pixabay

勘誤vs造假

在討論教育部與科技部是否瀆職之前，關於「勘誤」的觀念必須先界定清楚。在過去2年來各單位於調查造假案的過程中，造假者最常用的說法是有問題的圖表都是誤植，因此都是可勘誤的無心之過。雖然「勘誤」為專業期刊上常常可以看到的啟事，但是，可被大眾接受的「誤」，應該是非蓄意為之的偶發性錯誤才行；如果是蓄意加工變造、偽造，那就不能以勘誤來處理，只能撤銷其刊登。

而在臺大造假案中，被判定為主要造假者所犯的錯誤類型並不是非蓄意為之的偶發性錯誤。因此，若沒有人善意告知期刊編輯「誤」的類型是善意或蓄意，期刊總編輯在缺乏相關事證下，當然只能信任原作者的說法，讓造假論文變成可勘誤的文章。

撤稿的權限與職責

那，到底造假者的任職單位、學術行政管理單位、提供研究經費的單位，甚至是路人甲乙丙能不能去函期刊，檢證告訴他們在其刊物上有造假的論文，好讓期刊能夠據以作為調查與判定的依據呢？目前世界上找不到任何一本專業期刊有規定誰才有資格檢舉問題論文，更遑論會有限制說檢舉者不能是各國的官方調查機構。不過，臺灣的教育部和科技部卻告訴人民：他們辦不到。但是今天，實例不假外求，臺灣的國家衛生研究院以實際行動告訴我們，可以的，而且是有效的。因此，除非臺灣的科技部與教育部能提出足夠論證說明為什麼國衛院可以而它們不可以，或是科技部、教育部乾脆承認調查有誤，冤枉了被指控為造假的作者。否則，科技部的「至於是否同意論文更正，事屬期刊編輯之判斷與權責，本部原則尊重。」與教育部的「係屬該期刊與投稿人雙方著作財產權授與契約規範處理，並不受政府部門是否認定違反學術倫理影響。」，兩部會有志一同兩手一攤，什麼作為也沒有的說詞，就會是兩中央部會嚴重瀆職的證明。

而臺大，在高舉「大學自治」到處裝可憐的時候，請不要忘了「大學自治」的基礎是什麼？那是因為大眾認為在大學裡工作的人，不管是對知識與學問的追求、對道德與誠信之自律，都比一般人有著更高的自我期許，所以不需要政府以行政權力過度干涉，要讓大學自己管理自己，好讓大學成為社會的良心與國家進步的動力。所以，如果國衛院可以在事發不到 1 年半的時間內就促成造假論文自期刊上撤稿，那臺大在經過 2 年之後，又要以什麼理由來說明自身的怠惰與瀆職？而臺大又有何資格向大眾證明「國立臺灣大學」值得「大學自治」這 4 個字？

[註解] 3 篇被認定為造假但目前已完成勘誤的論文如下：

Corrigendum to “Connective Tissue Growth Factor and its Role in Lung Adenocarcinoma Invasion and Metastasis”, Journal of the National Cancer Institute, Vol. 110 (6): 683, 2018.
Correction to “CCN2 inhibits lung cancer metastasis through promoting DAPK-dependent anoikis and inducing EGFR degradation", Cell Death and Differentiation, 2018.
Corrigendum to “MicroRNA-17/20a functions to inhibit cell migration and can be used a prognostic marker in oral squamous cell carcinoma [Oral Oncol. 49 (9)(2013) 923–931]", Oral Oncology, Vol. 72: 202-203, 2017.

本文轉載自《科學月刊》2018年12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。

近年在科學獎項上表現傑出的日本，是如何辦到的？

每年10月份起，伴隨著一絲秋意，年度科學盛事諾貝爾獎的得獎名單陸續揭曉。每年的此時是《科學月刊》編輯部最忙的時候，為了讓讀者對年度諾貝爾獎得獎者及其研究有更深入淺出的瞭解，在得獎名單公佈之際，科月編輯部便會邀請國內相關領域專家撰文，匯集於 12 月號的「諾貝爾獎」專輯，以饗大眾。

這是一個需要與時間賽跑的工作。同樣地，今（2018）年這項專輯的籌劃工作也正緊鑼密鼓地執行當中，請大家拭目以待。

近年來，日本籍科學家在諾貝爾生理學或醫學獎（簡稱醫學獎）有相當的斬獲。在 2012 年以前，原本只有 1 次醫學獎獲獎紀錄的日本，近 7 年來卻有高達 4 次的獲獎紀錄，分別是 2012 年的山中伸彌（iPSCs幹細胞）、2015 年的大村智（蛔蟲的治療）、2016 年的大隅典良（細胞的自噬機制）以及 2018 年的本庶佑（發現免疫細胞的負回饋機制併用於癌症的治療），彌補了原先日本在生醫獎項上得獎數偏低的遺憾。

2018年日籍諾貝爾生理學或醫學獎得主：本庶佑。圖/wikipedia

直至目前為止，日本籍科學家總共獲得了 23 次諾貝爾獎科學類獎項的殊榮，包括 11 次的物理獎項、7 次的化學獎項與 5 次的醫學獎項。從世界的角度來看，日本籍科學家的整體表現也相當亮眼，除卻美國（333次）、英國（104次）、德國（90次）及法國（37次），目前暫居排行榜的第 5 名。

日本人是怎樣辦到的？傳統上我們會認為，東西方教育理念的不同造就日後在科學表現上的差異；西方的教育講究順勢而為，鼓勵孩子探索自己喜歡的事物，東方式的教育則以集體式管理為主，強調規矩以及潛移默化的形塑個人未來應有的社會規範，在此筆者並無意評論 2 種制度的孰優孰劣。

只不過，東方式教育發展極致的日本，其實在科學上的表現也能同樣的傑出，令筆者想要瞭解一下其中的道理。臺灣的教育體制其實受日式教育影響極深，早年筆者於國、高中階段經歷的髮禁及聯考制度，均為日式教育的翻版。在日籍科學家發光發熱之時，臺灣能否也能有相對的優異表現？這是筆者想要探討的主題。

筆者雖未親身經歷日式體制，但周邊不乏有於日本進行科學研究工作經驗的朋友，一陣閒聊之下歸納些許關鍵，在此野人獻曝，跟各位讀者分享。

科學學習氛圍，帶來基礎研究的能量

相較於臺灣，日本人對科學學習是比較熱衷的。這點可以從臺灣的科學啟蒙書籍大多從日文書籍翻譯而來，可以見微知著。學術獎項的取得其實有點類似於參加國際上的體育競賽，雖說最終榮耀歸於一人，事實上背後還涉及許多無名英雄的付出。

以生物醫學相關的研究為例，實驗室研究人員的研究素質、誠信與對研究計畫的執行效率，攸關最後學術成果發表的品質及其對科學社群的影響力。實驗計畫主持人即便有著無與倫比的聰慧智力，缺乏強而有力的專業團隊，透過實驗驗證理論基礎也是枉然。

團隊人力的培養有賴社會氛圍的支持，有如日本職棒市場的雄厚能量來自於全民棒球運動的基礎。如果說大家對於基礎科學研究興趣缺缺，自然缺乏這種推升的動能引領科學研究超凡入聖。

閱讀習慣，鍛鍊獨立思考的能力

想要針對某一個議題上有別於前人之開創性的見解，需要大量而廣泛的閱讀，然後透過獨立思考來獲得。圖/wikipieda

相較於臺灣，日本人的閱讀習慣是好很多的。這點可從兩地出版業的榮枯略知一二。閱讀習慣為什麼會跟科學能力有關聯呢？科學研究注重研究上的新穎性（novelty），想要針對某一個議題上有別於前人之開創性的見解，需要大量而廣泛的閱讀，然後透過獨立思考來獲得。

基於日人的閱讀能量，出版界有著合理的利潤，將大量的國外書籍翻譯成日文，形成一股正回饋（positive feedback），滋養著國民獨立思考的基礎，這使得日人在相關創造性產業的開發均較亞洲各國有長足的領先。這種「全面翻譯」的方式當然也有它的缺陷，其中一項問題便在於日本國人普遍性外語能力的薄弱，反映在托福等國際性英語測驗的平均成績上。英文化的不足也反映在日本在國際期刊上投稿數與投入經費不成比例的問題。

有關於教育上「國際化」，「英文化」一直是國內教育推行目標，立意是良好的，不過筆者認為最大的問題還是來自於執行層面能夠真正落實的程度，這其實與學生的素質息息相關。例如大學中的科學教育常常標榜原文書教學，但囿於學生英文能力，往往變成專業沒學好，英文也沒學好，造成雙輸的格局。筆者認為優質基礎科研教科書的中文化仍然是臺灣科技推動的基礎，學生需要透過相當量上的閱讀形塑屬於自己的科學觀。

研究團隊組成，集中科學動能

日本實驗室文化自成一格，具有相當的組織性，研究團隊由 1 至數名教授領軍，向下由副教授、助理教授、助教、助理、博士後研究員及研究生所組成。相較於臺灣，研究室的規模通常較為龐大，且每個團隊中學術專業人員比例較高。

這樣的文化有利有弊，主持教授在資源、研究方向及人事權上擁有相當的權力，考驗著體制內的種種人性，但若指揮調度得當，大編制的研究單位好處是科研動能得以集中，對於有價值的研究主軸可以乘勝追擊，取得主要的學術成就。

臺灣近年來透過鼓勵整合型研究計畫的提出企圖將研究能量予以整合，其中不乏有相當優異的成果，不過這種任務性的編制團隊能否透過互動激發出真正的研發能量，需要更細膩的政策配合以及考驗著計畫總主持人的智慧。

日本科研的成本效益偏低

對比臺灣，日本整體科研體系的花費是巨大的。目前，日本科學界的年度預算約占 1400 億美元上下，約佔世界科研預算的 10％，不過國際期刊中文獻的產出並未達到相對的成效。根據荷蘭著名期刊出版商 Elsevier 公司所做的統計分析顯示，日本科學家平均每 100萬美元的科研預算投資僅造就 0.7 篇科學文獻的產出，相較於第一名的荷蘭（3.7）低上許多。日本在世界期刊論文發表數於近年來更有明顯下降的趨勢，在 2015 年甚至被急起直追的印度超越，總排名滑落至世界第 5。

他山之石，可以攻錯

科學研究的成效是什麼？是得到諾貝爾獎的光環加持，學術期刊發表數，全民素質的提升，抑或是科研活動所產生的產業技術推動力？一直以來就是科學界爭論的議題。這是一個相當複雜的議題。但無疑的，時至今日，日本籍科學家在諾貝爾獎項上的亮麗表現，是長期全民投入的開花結果。

相較於臺灣，日本科研環境仍是令人相當羨慕的，雖然收入不豐，科學家在日本社會上仍然保有相當的地位，年度科學經費中的80％來自企業出資，使得科學研究議題與產業形成更密集的結合，暢通未來高科技人才培育後的就業管道，筆者認為這些都是值得臺灣思索以政策形塑科研體制時的參考。

延伸閱讀

日本諾貝爾獎得主，https://goo.gl/E6thbb。
各國諾貝爾獎得主人數，https://goo.gl/4VPy6N。
楊子晴，〈荷蘭出版社調查指出日本科研現狀：投入大成果少〉，《環球網》，2018年3月26日，https://bit.ly/2CgPK1d。

〈本文轉載自《科學月刊》2018年11月號〉

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馬士元／銘傳大學都市規劃與防災學系副教授。

2018 年 10 月 21 日，發生在宜蘭線新馬站的普悠瑪列車出軌翻覆事件，除造成重大人命傷亡外，在釐清事故原因過程中，也讓臺鐵營運與安全管理的種種問題浮現。令人震驚的是，事故前的所有安全防線全數失守，從列車採購驗收與維修、駕駛員調度、設備可靠性和運轉安全紀律，每一環節都發生嚴重失誤，更從此事件中發現臺鐵竟沒有專責的營運安全管理體系 (safety management system, SMS)。

這個已有百年歷史的組織到底出了什麼問題？是否還有其它沒有浮現的風險？未來要如何建構一套可行的安全管理體系？

臺鐵竟沒有專責的營運安全管理體系 (safety management system, SMS)。這個已有百年歷史的組織到底出了什麼問題？圖／pixabay

安全管理領域的「海恩法則」

在安全管理的領域裡，常常被提及的海恩法則 (Heinrich’s Law)，是美國工業安全先驅者海恩 (Herbert William Heinrich) 在 1931 年所寫的著作《以科學方法探討工業意外的預防》 (Industrial Accident Prevention: A Scientific Approach) 中提出。理論基於以下幾個論點：

類似事故的數量，與其嚴重程度之間存在數學關係。
工傷事故最常見的原因是員工的不安全行為。
減少工作場所受傷的總體頻率，可以讓嚴重傷害的數量相對減少。

而海恩法則最讓人熟知的，就是所謂事故三角錐 (accident triangle) 的概念，此法則的提出，帶動工業國家對於事故預防的科學化分析方法，日本國鐵還曾據此推動「330運動」，以此降低事故風險。雖然海恩法則的數據與不同產業環境所歸納的實證調查有所出入，但這種重大災害並非單純的「個別事件」，而是牽涉到背後的組織安全紀律管理、安全維護資源配置等問題，且必須透過有系統的分析，挖掘所有組織內部導致不安全因素的風險管理體系。在日後開枝散葉到航空、高鐵、高科技製造業等新興工業領域，甚至應用在各類災害的防災工作上。

每一次重大事故的背後，都意味著組織內部已發生 29 次輕微事故、300 次幾乎造成事故的失誤及 3000 件不安全的狀況或者行動。而解決重大事故發生的危機，就必須從最基本的面對「危險事件以及不規則狀況 (dangerous events and irregular looks, DEVIL)」開始。這就是所謂的安全文化的建立。圖／科學月刊提供

臺鐵事故的背後結構

回到臺鐵的問題，軌道運輸系統是非常複雜的機制，涵蓋軌道與車站基礎建設、電力（能源）設備、通訊與號誌系統、人員與列車調度運轉及車輛養護維修等。而傳統鐵路又有著古典與現代並存的特質，各車種複雜、客貨運交互運行、平面與道路交會及站體配置多樣化等特性，使得營運管理與安全維護的難度非常高。

回到臺鐵的問題，軌道運輸系統是非常複雜的機制，使得營運管理與安全維護的難度非常高。圖／pixabay

鐵路事故的歷史跟鐵路一樣悠久，從煤炭燃油的類比時代到今日電力資訊的數位時代，許多事故發生的原因，大多在於人機界面沒有得到妥善的管理，必須從組織運作如何建構失效安全 (fail safe) 的防禦中尋找對策，也就是所謂機械物理失效安全、電子電機失效安全及程序失效安全三大方向來找出解決方案。

以臺鐵 2014~2018 行車異常事件為例，在 2397 件中車輛故障佔 1117 件，運轉保安裝置佔 500 件。車輛故障的經常性發生，表示維修與品管能力發生問題，而臺鐵在欠缺備援車輛調度狀況下，為紓解營運壓力，不得不放寬安全標準讓列車上線運轉，造成駕駛員必須同時在行車時處理故障問題，導致資訊紛雜超過負荷而釀災，這也是行政院調查報告指出的重點。

而運轉保安裝置故障，在鐵路系統中更屬於不可忍受之風險。再者，資訊時代訓練出來的駕駛員，極端仰賴自動安全設備，因此在人機界面無法有效溝通、列車自動保護系統 (automatic train protection, ATP) 也無法保險狀況下，是造成普悠瑪事故最主要的原因。所以，臺鐵當務之急為降低事故三角錐底部的異常狀況數字，以避免下次的災難性事件。

臺鐵除車輛設備與運轉保安裝置故障外，近年來多次發生電力線斷落、軌道路基不實導致出軌，則為更嚴重的問題。圖／pixabay

但臺鐵除車輛設備與運轉保安裝置故障外，近年來多次發生電力線斷落、軌道路基不實導致出軌，則為更嚴重的問題。在近年，臺鐵引進太魯閣與普悠瑪兩系列傾斜式列車，車輛行駛過彎不減速的設計，對位於彎道路線的軌道施加非常大的應力，因此需大幅提高的軌道品質。

以臺鐵宜蘭線雙軌化區間的路線數據為例，曲率半徑小於 600 的彎道路線達到 25 公里，佔全國 86.7 公里的 28％，而曲率半徑大於 600 的彎道路線 134 公里，佔全國 514 公里的 26％，且沿線軌道品質不佳，導致列車晃動嚴重，更可能因此勾斷電車線。但負責養護的宜蘭工務段，編制 431 名卻僅有 338 名，缺員高達 22％。而臺鐵據以大幅降低人力需求的「軌道結構安全提升計畫」，包括軌道更新、採購養護車輛等項目，卻要到 2025 年才能完成，在此條件下，要能夠控管行車風險，就成為非常困難的工作。

避免重大事故發生，解決方向為何

由於普悠瑪失事的衝擊，社會各界對臺鐵產生非常嚴重的信心危機，因此從安全管理的角度重整營運，再延伸解決經營獲利的難題，才是根本解決事故背後結構性問題的有效途徑。以下提供幾個可能方向：

建立安全管理體系，由外部專業團隊協助，以合理風險抑低 (as low as reasonably practicable, ALARP) 原則，定期檢討異常原因，並建構改善對策，甚至開放民眾對服務品質的調查，進行問題溯源。
臺鐵各安全訊號與行車管制應建立整合系統，重新以人機界面原理訂定行車安全準則，避免駕駛員接收過多資訊，無法在安全的環境下駕駛列車。
安全備援的成本應該合理計算，並且納入票價定價機制中。
建立專門車種的駕駛員證照制度。
應計算各路線區間合理的維修人力與資源需求，包括車輛檢修、軌道、電力和號誌維修等需求應該整合評估。
應重新檢討臺鐵組織型態，以區域劃分為基礎，各區域建立責任經理制，將運務、工務、機務和電務號誌等功能重新整合。
以提升員工薪資至少 10％為目標，來規劃國營公司化方案。可參考臺北捷運公司模式，結算臺鐵之虧損與負債，將資產與營運分離，以營運公司型態向政府承租資產運作，並推動多元化的經營，保存鐵路文化資產、結合永續觀光和動態運作及各種提升獲利的創新。
建立本土化維修能力，並鼓勵基層維修單位進行設備改良之研發，讓列車與設備能夠隨服役年限增加，具備自主升級且持續服務的能力。

建立「再小的異常都應該記錄並且問為什麼」的職人精神

臺鐵用煤炭時代的組織，來運轉資訊時代的高速系統，已到迫切需要再造的時刻。實際上以安全管理為核心的營運制度建立，並不一定是大幅增加人力或大買設備才能達成，而是要徹底改變組織對於安全的認知，且合理計算為確保安全應有的成本，將其納入企業服務定價的核心。再者，必須建立「再小的異常都應該記錄並且問為什麼」的職人精神，貫徹海恩法則、失效安全管制和合理風險抑低等要求，才能真正對症下藥，預防下一次悲劇的發生。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年1月號〉

一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

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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。

最近生命科學界爆發一宗廣受關注的事件：

中國科學家賀建奎博士將 CRISPR/Cas9 活體基因編輯技術用於人類胚胎的編輯，並經植入孕母著床懷孕後，於日前成功產下 2 名基因體受到修改的女嬰。

賀建奎博士宣稱，該計畫主要針對具有人類免疫缺陷病毒（HIV，即一般人俗稱的愛滋病毒）感染的夫妻，研究其對胎兒垂直感染的可能性，並藉由將受精卵中名為 CCR5 基因剔除來達到防治之目的。

賀博士似乎對此研究信心滿滿，但透過網路視頻的發表與媒體專訪披露之後，反而引發科學界與社會的震驚。在中國，數百名科學家幾乎在第一時間便聯署聲明譴責，稱此瘋狂的實驗存在著嚴重的生命倫理問題，並要求政府補上監管漏洞。聲明更直言該實驗在技術上沒有任何創新，唯一的突破是科學家的倫理道德底線。

賀建奎博士將 CRISPR/Cas9 活體基因編輯技術用於人類胚胎的編輯。
圖／wikipedia

顯然，這樣的研究跨越了科學界普世道德標準。即便是一般社會人士，相信對於這樣的研究也會感到有所不妥。不過生命科學的相關研究道德尺度在哪裡？其實這仍有嚴謹的脈絡可循。

人體試驗的普世道德標準

探索生命一直是人類積極發展的科學議題，在人類進化的歷程當中，科學研究方向大抵朝向增進人類福祉為目標，但其中也不乏一些黑歷史，像是二次世界大戰時期納粹德國對集中營中的猶太人及日本 731 部隊對戰俘所做一系列不人道的人體試驗，這些研究顯然有其道德上的不公義性。不過，即便在承平時期，科學研究也有出岔錯的時候，例如美國發生塔斯基吉梅毒試驗 (Tuskegee syphilis experiment)，原本立意良善的梅毒治療研究，在時空環境的改變下演變成為殘忍的見死不救。這些血淋淋的案例一再地揭示，以人類為主體的研究，似乎應該有明確的道德規範，藉以防止這類事情的不斷的重演。

參加塔斯基吉梅毒實驗的試驗者。
圖／wikipedia

有鑑於此，國際相關研究社群開始著手訂定人體試驗所應遵守的倫理規範。這些規範雖並非全然具有法律上的約束力，但這些凝聚國際團體共識的議定界定了普世對人體試驗中倫理的基本要求，因此幾經更迭修改，許多規範仍沿用至今，例如紐倫堡宣言 (Nuremberg Code)、赫爾辛基宣言 (Declaration of Helsinki) 及貝爾蒙特報告書 (Belmont Report) 等。

基本上，這些宣言與報告楬櫫人體試驗中應該遵行的 3 項重要的倫理基礎，分別為：

對人的尊重 ── 包括對人權的維護以及對受試個人的尊重。
善意的對待 ── 窮盡實驗的設計與執行降低對實驗者的傷害。
公平正義。

這些意涵也被各國的立法單位所重視，並將精神落實於立法之中，例如目前臺灣的「醫療法」中，即規定「人體試驗委員會」的設立，針對凡涉及人體及其組織檢體的研究進行實質上的審查，透過審核機制的管控確保研究計畫的品質，並保障對受試者的尊重以及各種權力的維護。

人類胚胎的研究與對社會的衝擊

人類胚胎的研究一直是生命科學研究上道德的邊緣地帶，爭議的觀點有很多，除了部分宗教裡對於「人」形成的見解之外，更廣泛的關注在於胚胎是否應視為人而賦予其等同於人的權利。

雖說我國《民法》中規定「人之權利能力，始於出生，終於死亡。」，但並不意味著可對未出生的人類胚胎得以高唱科學為名為所欲為。在 1997 年透過核轉殖技術成功培育出第一隻高等哺乳動物「桃莉羊」，隨即引發人類社會的重視，其中的原因就是意識到人類科技的進展以迅雷不及掩耳的速度發展至今，已有操弄胚胎，改變生命的可能。發明人威爾穆特博士 (Sir Ian Wilmut) 在成名之後旋即受到梵蒂岡天主教教宗的召見垂詢，足見其影響性。即便這類高等動物的複製技術未來商機無限，科學家宣稱可以透過預定的方式訂做一個 mini me，作為未來器官移植的備料庫，但更多反對的聲浪也接踵而至，例如這樣直接取用他人器官的方式是否合法的問題。

第一個成功複製的哺乳動物，複製羊桃莉。
圖／wikipedia

生命科技進展對社會的另一次震撼教育發生於人類胚胎幹細胞 (embryonic stem cells) 的相關研究，所謂胚胎幹細胞係指位於囊胚期 (blastocyst) 胚胎中位於特定區域；內細胞團 (inner cell mass) 中游離出來的細胞。先前的研究顯示，胚胎幹細胞具有多元分化 (pluripotency），可以透過誘導技術分化成人體內任何一種型態的細胞，故具有相當的醫療未來性。

然而，人類胚幹細胞株的建立必須透過破壞一顆胚胎來獲得，這種殺生式的救人科學在道德層面上有著尷尬的地位。美國國會曾於 1996 年通過所謂的迪基維克法案 (Dickey-Wicker Amendment)，禁止聯邦的經費資助足以製造或摧毀人類胚胎幹細胞用之研究，企圖從金源上來限縮該領域的發展，然而囿於龐大的醫療商機，確保戰略上的科技競爭優勢，該法案已於 2009 年由美國聯邦法案明令廢止。

讓我們再回到賀博士的問題

談到這裡，相信讀者會明顯的感受到問題的渾沌性，所有論述似乎只有原則與道德上的說明，而無明確的、法律上的明文規定。

看起來的確如此，科技進展如此迅速與日益複雜，立法部門很難跟上腳步；另從實務的角度來看，法律保障的對象仍以現身在世者，在民主國家的政權當中更可能進一步的限縮於那些具有投票資格的選民，畢竟其為所謂的「民意基礎」，花心思在一個並不存在的個體為其設立法律謀求應有的福祉，並不是立法機構的首要任務。所以一切的把關機制，完全存乎研究主事者一心。

CRISPR/Cas 9 技術無疑是 21 世紀生物科學界最偉大的發現之一，透過這項技術可以實踐在世界上絕大多數生物體內誘導基因體的修改。然而此技術的不確定性也是眾所周知──整個技術如同拿霰彈槍獵鳥，除了目標，也會有「脫靶」造成其他基因被誤擊的可能──對人類胚胎而言，這意味著致癌機率的增加及未來衍生之代謝疾病發生的可能性。

更離譜的是，該實驗的設計與問題解決之間並沒有存在著必然性，反而有極大的機會衍生更多的問題。流行病學中研究中所論及的是擁有特殊亞型之 CCR5 基因的白血球可以降低 HIV 病毒感染的特性，但賀博士的作法是極端地利用 CRISPR 技術將 CCR5 基因的運作硬生生停止， CCR5 基因在器官發育等生理機轉中均扮演著重要的角色，僅為防止 HIV 病毒入侵的可能就大費周章的摘除宛如削足適履。

筆者認為，除了急功近利，實在看不出這樣的研究真正的學術價值。人體胚胎研究不比實驗動物，我們必須為出生的生命負責，不知道賀博士是否有想過這樣更深層的意義？

人體胚胎研究不比實驗動物，我們必須為出生的生命負責。
圖／pixabay

延伸閱讀

臺灣學術倫理教育資源中心
林翰佐，〈物種基因剔除技術爆炸性的新突破 ─ CRISPR/Cas9 技術淺談〉，《科學月刊》，第 552 期，2015 年 12 月。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年1月號〉

一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

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張猷忠／微免博士、獸醫師，現服務於銘傳大學生物科技學系。

非洲豬瘟 (African swine fever, ASF) 最早於 1921 年在非洲肯亞發現，起初疫情為非洲撒哈拉以南和馬達加斯加島，其後散播至歐洲的葡萄牙、西班牙和法國及南美與加勒比海周邊國家。往後，經歐洲大規模的撲殺，非洲豬瘟於1990年代被撲滅，唯目前義大利撒丁島 (Sardinia) 仍有疫情。

然而，2007 年，非洲豬瘟又在高加索地區的喬治亞共和國被發現，隨後蔓延至亞美尼亞、亞塞拜然、伊朗、波蘭、立陶宛、愛沙尼亞、拉脫維亞、白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯等國家。2017 年捷克和俄羅斯遠東地區伊爾庫茨克州也傳出非洲豬瘟的疫情，2018 年保加利亞及中國大陸更首次爆發非洲豬瘟疫情。在中國非洲豬瘟的疫情，更因豬隻南北調運、許多養豬戶仍用未完善蒸煮的廚餘餵養豬隻和病豬被屠宰製成加工食品而迅速蔓延，截至 2018 年 12 月 4 日共計有 23 省傳出疫情，且已累計撲殺生豬超過 63 萬頭。

著名伊比利豬的產地：西班牙，也曾發生過非洲豬瘟。圖／pixabay

非洲豬瘟，非豬瘟也

非洲豬瘟是一種具高度傳染性的家豬和野豬出血性病毒性疾病，雖不會感染人，但可造成養豬產業和國家經濟嚴重的損失。其病因──非洲豬瘟病毒 (African swine fever virus, ASFV) 是屬非洲豬瘟病毒科 (Asfarviridae)、非洲豬瘟病毒屬 (Asfivirus) 的病毒，也是目前唯一已知的 DNA 蟲媒病毒(Arbovirus)，長約 190 千鹼基對 (kb)，可編碼超過 170 種病毒蛋白，其中至少有 28 個是結構蛋白。

需特別說明的是，非洲豬瘟和最近在日本爆發的豬瘟 (Classical swine fever, CSF) 不同，日本豬瘟是由黃病毒科 (Flaviviridae)、瘟疫病毒屬 (Pestivirus) 的病毒所引起的疾病，該病毒屬 RN A病毒。患豬瘟的病豬常有神經症狀，但無非洲豬瘟常見的血痢。此外，不同於非洲豬瘟病豬脾臟鬱血腫大，豬瘟病豬的脾臟則是周邊梗塞。

此次爆發的非洲豬瘟為罕見的DNA病毒。圖／pixabay

病毒的傳播與豬隻感染症狀

臨床上，非洲豬瘟主要是感染豬隻單核吞噬細胞，如網狀細胞、單核球和巨噬細胞。常見的強毒株所引起急性臨床症狀為高燒、食慾不振、嘔吐、血痢、發紺和母豬流死產等，並可在感染豬隻的耳尖、腹部及四肢末端皮膚可見紅色瘀斑等，7~10 天內死亡率可達 100％。至於中間型毒株和弱毒株則可引發次急性或慢性症狀，症狀通常較為輕微，如消瘦、輕微發熱、無食慾、抑鬱、咳嗽、慢行皮膚潰瘍和關節腫脹發炎等，豬隻常在 3~4 週內死亡，死亡率則在30~70％之間。

不同豬種對不同基因型的非洲豬瘟病毒易感性可有不同，如家豬和美歐野豬會感染發病，但是非洲野豬 (Phacochoerus aethiopicus－疣豬 )、叢林豬 (Potamochoerus sp.) 和大林豬 (Hylochoerus meinertzhageni) 感染非洲豬瘟病毒時，常沒有臨床症狀，這使得這些豬種成為天然的保毒者或病毒庫。

非洲豬瘟病毒的傳播途徑十分多樣，除直接接觸感染的家豬或野豬，藉由其血液、排泄物、口鼻分泌物交換或透過上呼吸道而感染外，也可經由餵食汙染有病毒的廚餘、飼料或是消毒不完全的豬隻載運車而散播病毒；而透過鈍緣蜱屬 (Ornithodoros) 的軟蜱 (soft ticks) 和廄蠅屬 (Stomoxys) 的螫蠅 (biting flies) 為病媒傳播，也是感染的途徑之一。

由於感染豬隻病癒後，可長時間持續排毒至環境（感染後 70 天以上）及於周邊血液單核球中檢出病毒核酸（感染後 500 天以上），加上非洲豬瘟病毒對環境的耐受性極強，可在室溫的糞便中存活超過 11 天、冷藏肉品中超過 5 個月、冷凍肉品更可超過 3 年仍有感染力。若加熱處理肉品，70˚C 至少需要 30 分鐘，90˚C 至少需要 5 分鐘，才能讓肉品中攜帶的病毒失去活性，即一旦遭受非洲豬瘟病毒入侵，要把汙染環境中的病毒完全清除是極為困難的，而慢性或持續性感染的豬隻，則可能成為區域流行疫情的病毒來源。

即使用90˚C 熱水殺菌，也至少需要5分鐘，才能讓肉品中攜帶的病毒失去活性。圖／pixabay

臺灣現狀與防疫措施

目前在防疫上，由於臺灣仍不是非洲豬瘟的疫區，主要重點應為境外阻絕，莫讓可能帶有非洲豬瘟病毒的生鮮豬肉和豬肉加工品，藉由走私、網購或旅客攜帶入境，同時也禁止從有相關疫情國家輸入或轉運輸入添加有血漿蛋白粉∕肉骨粉的飼料和這類飼料添加物等，來防堵非洲豬瘟病毒的入侵。對於是否可以繼續使用廚餘餵養豬隻，專家意見並不一致。目前，有建議成立數個中央廠房來統一蒸煮廚餘，再以清淨專車載運廚餘至養豬場；或完全禁用廚餘，將廚餘全數化製成堆肥的作法。

雖說廚餘養豬為許多國家疫情蔓延的主因，但在非洲豬瘟尚未引入前，先建立好上述方法處理廚餘，均為可接受的防疫作為；若非洲豬瘟已然引入，自然不應再繼續用廚餘餵飼豬隻。此外，國內豬隻載運車輛及相關裝備的消毒和管理亦應落實，除可減少島內既有豬隻疾病的散播，若非洲豬瘟真引入，也可大幅減低病毒在豬場間的散播，使疫情不至失控。

疫苗開發的難題

以病毒性疾病防治來說，開發疫苗常是最好的選擇；但由於非洲豬瘟尚無合適疫苗可用於防疫，所以多以撲殺來處理疫情。即便非洲豬瘟目前有減毒疫苗、DNA 疫苗和重組次單位疫苗等的開發，但為何仍未開發出合適的疫苗，原因大致如下：首先是非洲豬瘟病毒基因型多，不同分離株抗原所誘發的抗體，常無交叉保護作用；其次，現階段仍不清楚哪些病毒抗原可以誘發廣效且有交叉保護作用的中和抗體；第三則是目前仍不清楚非洲豬瘟病毒感染細胞的機制，以及病毒和宿主如何調節產生免疫反應。

在非洲豬瘟的疫苗研究上，我們仍須多加了解，才能研發出有效的疫苗。圖／pixabay

在減毒疫苗開發上，目前實驗接種的安全劑量和有效劑量間隔太小，容易造成次急性或慢性感染，且無論是傳統或遺傳工程改造的減毒疫苗，缺乏交叉保護作用更是一大障礙。在次單位疫苗研發上，雖然已知p30、p54、p72 和 CD2v 等病毒蛋白可誘發中和抗體，但臨床試驗所誘發的抗體，也只能提供部分保護效果，甚且由昆蟲桿狀病毒所表現的 p30、p54、p72，並無法誘發保護性抗體，這使得病毒抗原難以量產。

理想上的疫苗必須安全有效，至少對大部分非洲豬瘟病毒分離株有保護效果，也必須是「能區別診斷受野外病毒感染與疫苗接種之動物 (differentiate infected from vaccinated animal, DIVA)」疫苗，這樣用於非疫區，始能區別豬隻體內抗體，是由接種疫苗或是感染所產生。在疫苗的研發上，須先對非洲豬瘟病毒的複製週期和生物學有更多的了解，才可能開發出真正可用於防疫的疫苗。

憂患之心不可無

很慶幸有臺灣海峽與周邊大陸相隔，使臺灣不會有野豬傳播疫病的風險。不過，一旦非洲豬瘟入侵，其病毒的高致死率和高環境抵抗性，除像口蹄疫再次重創臺灣的養豬產業外，亦不易清除。防疫工作不應只是動物防檢疫人員、獸醫師、養豬業者或邊境管理人員的責任，如果全國人民都能配合政府的施政命令，不要攜帶或網購來自任何國家或地區的生鮮肉品或加工食品，疫病自會阻絕於境外，也可大幅減低國內防疫工作的負擔及風險。防疫需要大家的共同參與，保護臺灣的養豬產業，你我都有責任。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年2月號〉

一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

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林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，本刊總編輯。

人類的大腦是生命科學研究中最富挑戰性的議題之一，筆者甚至認為，光是要讓一般大眾理解這個問題的挑戰性，本身就是一件具有挑戰性的事情。

沒有最複雜，只有更複雜：我們的大腦結構

眾所周知，大腦是高度特化的神經器官，而人類大腦約由 83~1000 億個神經細胞所組成，人們之所以會思考、有人性，最根柢均源自於神經細胞間興奮傳導後的結果。神經細胞間的興奮傳導並非原汁原味，整個過程有點類似小朋友團康中常玩的傳話遊戲 (telephone game) ──參賽者在次第傳遞的過程中，會對訊息內容有意無意地加料與刪減，使得同樣的訊息在不同傳遞路徑下有著出人意表的答案，這正是孩子們喜歡這個遊戲的主要原因。

不過，神經元之間的傳話遊戲玩得更為複雜。

首先，訊息的傳遞路線並非是單線的：1 個下游的神經元往往會同時接受數個上游細胞的訊息，這些刺激在加以綜整後才會被傳遞出去。再者，同樣的上游訊息，可能會因不同的下游細胞而有全然不同的解讀，例如擁有興奮性突觸後神經電位 (excitatory postsynaptic potential, EPSP) 屬性的神經元會對上游訊息的到來呈現興奮反應，而擁有抑制型突觸後神經電位 (inhibitory postsynaptic potential, IPSP) 特性的神經元則呈現壓抑神經興奮的結果。此外，神經系統的運作其實並不只單靠神經細胞而已，想要保持正常的運作，神經膠細胞 (glial cells) 的輔助也相當重要。

理解神經系統的運作基礎如此大費周章，更遑論要理解神經系統中像是認知 (cognition) 等高層次功能的運作原理，因此需要在把議題搞得更為複雜之前，先行打住。

腦神經細胞傳遞訊息就像小孩愛玩的傳遞遊戲，但更為複雜。圖／pixabay

如同青春不復返，腦神經受損也無解？

雖說大腦如此複雜，但有些更為直接了當的 YES ∕ NO 問題還是值得先行探索，畢竟大方向的理解有助於科學研究方向的決定，同時也能為人類帶來希望。其中一項亙古以來的大哉問就是：成年人大腦中的神經細胞是否還能再生？

好的，這個問題可以從很多方向來推測，雖然這些觀察只能間接呼應問題。人們常說「老狗玩不出新把戲」，神經組織學的研究顯示，人類大腦細胞間的突觸在 25 歲發展高峰後似乎會減少，是否會因此限制新事物的學習與發展，而這些突觸的消失又是否意味著老化的開始？人類大腦是否有它的「替補機制」，像是有原始的、未分化的幹細胞來對抗這樣的老化現象？

先前科學界對這些問題的答案是悲觀的，從人類醫療的經驗上來看，神經系統的損傷能夠成功復原的比例其實相當有限。眾所周知，像中風等急性腦損傷其實都有搶救上的黃金時間，一但延誤搶救時間，後續的預後狀況會越差，這似乎暗示著大腦並沒有什麼修復機制。

被選中的癌症受試者，他們腦神經真的再生了

不過此概念在 1990 年代開始有了重大的轉折。在徵得受試者同意之後，當時的科學家們嘗試著在 5 位癌症末期成年病患身上注射一種特殊的化學藥品──溴化去氧尿苷 (Bromodeoxyuridine, BrdU)，並在這些癌末病人過世後研究他們大腦中 BrdU 的所在位置。

BrdU 是一種人工合成的核苷 (necleoside)，一種致癌物，可以在細胞進行 DNA 合成時會被細胞誤認為胸苷 (thymidine)，進而嵌入合成中的染色體；所以，如果在大腦中發現細胞中的染色體含有 BrdU 的成分，就意味著這些細胞在受試人施打 BrdU 的這段期間正處於細胞分裂的狀態，間接證明神經細胞再生的行為。

這是生命科學研究中慣常使用的，一種稱為「短暫標記追蹤分析法 (pulse-chase analysis)」的實驗設計。透過這樣的研究，科學家們在大腦海馬迴 (hippocampus) 中的齒狀迴 (dentate gyrus) 發現一群分裂旺盛的細胞，打破了以往人們對神經系統無法再生的既定概念。

可是傑克，一般人的腦神經也能類推嗎？

故事說到這裡，我想大家都會準備相信，大腦即便到了成年，還是會有機會持續成長再生的。陸陸續續的證據也支持這樣的論點，例如細胞學家的確從人以及其他動物的大腦中游離出神經幹細胞 (neural stem cells, NSC)，這種分化能力優異的細胞具有相當特別的細胞特性，在未分化的狀態下，神經幹細胞會聚集成團並且呈現懸浮的狀態，這點相當的特別。

不過在論證上，前述的研究都仍有一些邏輯上的盲點，例如：BrdU 的人類大腦研究中，樣本並不是取自「正常的」生理狀態，海馬迴中分裂旺盛的細胞是否肇因於受試者先前臨床上的癌症治療手段？神經幹細胞的出現固然令人興奮，但人類的大腦是否真能終其一生保有再生能力？

生命科學研究的實驗設計上有時無法那麼完美，畢竟這方面的研究是「掉腦袋」的研究，若沒有癌末患者的自願奉獻，實在很難一窺人類大腦再生的奧秘，研究人員又有什麼可以挑三揀四的呢？

畢竟這研究需要將腦剖開，一般人的腦神經是否會再生，也能這樣類推嗎？圖／IMDb

對於大腦中是否具有再生能力的問題，2018 年可說是相當有趣的一年。首先是科學家索雷爾斯 (Shawn Sorrells) 與帕雷德斯 (Mercedes Paredes) 等人於 3 月份著文發表，宣稱在捐贈成年人類大腦的海馬迴區域，無法發現任何神經再生的證據，認為先前研究對於大腦中存在持續分裂生長細胞的描述可能有誤。

由於研究團隊來自頗負盛名的美國加州大學舊金山分校，所以對學術界的震撼力可想而知。這篇文章收錄在著名學術雜誌 Nature 當中，在研究上自然有其嚴謹度，且是作者們透過廣大的合作關係，檢查了 59 個大腦樣本，並利用組織染色及光學與電子顯微鏡觀察後所作的結論。研究團隊宣稱，在海馬迴的區段中，新生的神經元數目隨著年紀增長急速下滑，在 13 歲齡的大腦檢體中已經所剩無幾，這是頭一次利用同一種研究策略針對不同年齡的人類大腦樣本進行地毯式的研究，在樣本之間顯然有較為一致的比較基礎。

爭論繼續，新的研究發表持續出爐

至此，所有人們所認知有關大腦再生的知識，又要反轉了嗎？筆者認為不需要那麼快的做出判斷。即便作者老練且小心地想要規避所有可能的爭端，但要在邏輯上證明一件事情的不存在，其實並不容易，正如英國倫敦國家學院腦神經專家休瑞德 (Sandrine Thuret) 博士所言：「沒看到並不代表沒有。」果然，在2018 年又相繼的刊出 2 篇結論截然不同的研究結果：

就在上述報告發布後 1 個月，一篇登載於《細胞幹細胞》(Cell Stem Cell) 中的研究，宣稱在人死後的大腦檢體中發現新生神經元。
而在 7 月份，第三組研究團隊於《大腦皮質》(Cerebral Cortex) 中發表文章，表示他們未在成人大腦的死後檢體中發現任何新的神經元。

看到這裡，讀者可能覺得科學家好像很沒用，怎麼連這種存在與不存在的問題都說不清楚呢？其實生命科學的研究有它的複雜性，筆者認為，大腦的再生神經元隨著年紀增長會衰退應該是大家都同意的事實，但衰退的速度及到達生命終點前能剩下多少，這個問題顯然見仁見智。

科學界所追求的是「逼近的真」，隨著科學的進展、方法上的革新，人們對科學的理解也才更為真確。就因為科學知識的取得是如此的大費周章，所以學術界對於造假事件才會如此的「零容忍」；一但學術討論中滲入人工加料的錯誤訊息，科學家就必須花費更大的力氣釐清訊息的真偽，最終將會拖累學術研究的進展。

新課綱重點：跳脫框架，加強思考與提問

筆者曾讀過一則印象深刻的幽默短文，聯合國出一道題目給全世界的小朋友回答：「對於其他國家糧食短缺的問題，請你提出自己的看法。」非洲的小朋友看完題目後，不知道什麼是「糧食」；拉丁美洲的小朋友不知道什麼是「請」；英國、法國的小朋友不知道什麼是「短缺」；美國的小朋友不知道什麼是「其他國家」；而臺灣的小朋友不知道的，是「自己的看法」。

雖然這只是一則網路短文，然而臺灣追求標準答案卻是不爭的事實。思考和探究是培養科學素養的二部曲；符合標準答案卻少了自己的看法，是新課綱教學值得省思的課題。

韓愈在〈進學解〉提到「行成於思，毀於隨。」《論語》則說：「學而不思則罔，思而不學則殆。」強調讀書和行動都要能思考，而不是跟隨別人。以高中物理課程教學為例，引導學生了解定律的內容及其侷限性、思考物理學家的理論與實驗或能探究生活中的現象，這些都比標準答案更重要。

儘管十二年國教的必修時數減少，教師教學時，仍需引導學生澄清物理概念，鼓勵學生多思考多提問。從思考和提問中解惑，學得更多，更能建立深厚的科學概念。

適當融入趣味題材，激發學習創意

若在考題和學習過程中，可以增加有趣的題材，也能挑起學習的興趣。圖／pixabay

筆者在課堂教學中，常以提問引起學生學習的動機，融入升學考試的題目轉化成問題，刺激學生思考。此外，也藉此同樣的主題，引導學生提出疑惑，呼應新課綱溝通互動的核心素養面向。以 108 學年度學測試題為例，修改後成為教師提問與學生思考的素材：

某科幻小說中的情境曾提及，月球公轉方向與現在相反，但公轉速率不變。如果此情境為真，其他影響潮汐變化的因素亦不改變。回答下列問題：

月亮會自西方升起，東方落下嗎？
月亮每天會提早約50分鐘出現嗎？潮汐的時間是否也改變呢？

回答以上問題，必須具備地球自轉、月球繞行地球公轉和牛頓萬有引力的概念。潮汐是地球受到太陽及月球的重力與地球、月球間運動的交互作用造成引潮力的結果，因月球距離地球較太陽距離地球近，因此潮汐變化受月球引力的影響較大。月球從地平線東方升起，西方落下是地球自轉造成的現象，與月球公轉方向無關，故月球仍然從地平線東方升起，西方落下。月球繞地球公轉方向與地球自轉相同，潮汐變化時間與月球位置有關。

依據高中教材，月球公轉地球 1 圈 360 度，以朔望月 29.5 天計算，月球公轉 1 圈後，因地球同時自轉，月球出現在天頂位置時會比前一天延遲大約 360÷29.5÷360×24×60＝48.81 分鐘，也就是翌日的月升月落和滿潮時刻都會比前一天延遲約 50 分鐘。若其他影響潮汐變化的因素都不變，而月球公轉地球的方向相反，則月升月落及潮汐現象變成每日提早 50 分鐘。

儘管這是科幻小說出現的情節，卻是延深思考和科學推理的提問素材，引導學生思考和畫圖，提出自己的看法，培養科學素養。

加入生活情境，文字、圖像輔助答題

又如 108 學年度學測的題組題，亦是教師提問的好題材：

一座水庫的蓄水量與從壩底算起的水位關係如表所列，水位 250 公尺時為滿水位。在滿水位下方 120 公尺處，設置壓力水管將水引入發電機，進行水力發電，發電機位於滿水位下方 160 公尺處，如圖所示，且越接近壩底，水壩的厚度越厚。（重力加速度 g 為 10 m∕s²，水的密度為 1.0 g∕cm³）

水庫水位與蓄水量

依據圖中所示的水力發電設計，就能量轉換的觀點是哪些能量形式的轉換？
滿水位時，水庫水面的面積最接近多少百萬平方公尺？
已知發電廠設計的水流量為 30 m³∕s ，若本發電裝置僅可將水力所提供能量的轉換為電能，且水庫在維持滿水位情況下發電，則本發電廠的最大發電功率約為多少 MW？

回答上述的提問，必須根據能量形式、水的密度單位轉換、功率定義及力學能守恆的先備知識。

第一小題的參考答案為水的重力位能轉換成動能，再轉換成電能。
第二小題討論滿水位時，水庫水面的面積最接近多少百萬平方公尺，關鍵詞有滿水位、水面的面積最接近等。且提供的數據中，水位自 245 公尺升高至滿水位 250 公尺，水位差 ΔH＝250-245＝5 公尺，水量差ΔM＝1264-1217＝47 百萬立方公尺，故水面的面積最接近 A＝△M∕△H＝47∕5＝9.4 百萬平方公尺。
第三小題討論發電廠設計的水流量再維持滿水位時，發電裝置僅可將水力提供的能量進行 25％轉換，同時要注意題目的最大發電功率約為多少。上述的關鍵句若僅聚焦高中生學測命題範圍內的力學能守恆，可說明如下：最大發電功率發生在滿水位時，水流量為 30 m³∕s，重力位能完全轉換後的 25％轉換成電能。依據題意知道，重力加速度 g 為 10 m∕s²為 1.0 g∕cm³水的密度換算單位為 1.0×10^-3∕10^-6＝10³ kg∕m³，且題目又說明水流量為 30 m³∕s，相當於每一秒水的質量為 m＝體積×密度＝ 30 m³∕s×10³ kg∕m³＝3.0×10⁴ kg。滿水位至發電機位置的高度差 Δh 為圖中的 160 公尺，每一秒水的重力位能變化 ΔU＝mgΔh＝3.0×10⁴×10×160 焦耳，故轉換成電能僅 25％轉換，功率為 3.0×10⁴×10×160×25％＝12×10⁶瓦特，亦即12 百萬瓦特（MW）。

上述說明是升學考試命題範圍內的高中課程內容，僅為閱卷需要的參考答案作考量，或許學生或物理教師會有不同的想法。就命題設計而言，應是呼應素養命題原則，素材引用生活情境，命題設計情境化，評量考生的整合運用能力，考察考生是否能夠整合運用知識，綜合閱讀理解、邏輯推論與圖表判讀等能力。

就考生回答問題的困難度而言，推測回答第二題時，可能直接引用表格最後一格數據，以水量和水位的數據相除，得到滿水位時的水面表面積，這樣的直觀不算合理，因為水庫並不是立方體或圓柱體，而且越接近水庫底部壓力越強，水壩結構需越厚。思考題意，看到「滿水位」的關鍵詞句，合理觀點應看表格最後 2 格的數據，再以水量差除以水位差得到最合理答案。

第三題可能困在「發電廠的最大發電功率」的定義以及水的密度如何換算。考生很可能採用 120 公尺和 160 公尺的數據，以兩者數據差代入 ΔU＝mgΔh，並且乘以 25％得到 3 MW，卻不是正確答案。若單純依據力學能守恆，最大發電功率是重力位能完全轉換後，乘以 25％後得 12 MW，即找到答案。

上述命題和參考答案，畢竟侷限於升學考試題目；然而引入教學思考與提問，或許可以聽到學生多元想法和見解，針對學生的疑惑、盲點和迷思，甚至獨特看法，都可能激盪出更多的教學思維。從學測試題找出思考與提問的素材，是教師教學的可行方向。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年3月號〉

一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

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劉志安／現任臺北市天文協會常務理事，FB社團臺灣星空守護聯盟版主

人類過度放閃，已成環境公害？

光害，是一種新型態的環境問題，一直以來大眾對它很陌生。隨著人類工商業日漸發達、夜間活動的型態越來越多元，對於夜間照明的需求也越高，光害所造成的影響也就愈發顯著、爭議也開始多了起來。從能源的浪費、身體的健康、農作物的生產，一直到對自然生態、野生動植物生存環境的影響等，比比皆是，當然還包括對於天文研究與觀星的影響。

因此，光害漸漸受到世界各先進國家的重視，制定相關法案並施行防治措施，以減輕光害對於環境的不良影響。不僅外國如此，國內的環境光害近年來也日趨嚴重──政策面該如何來面對這問題？技術面該從何處下手解決？民眾如何建立新觀念、改變夜間使用燈光的習慣？眾多問題一湧而上，可說是萬事起頭難啊！

我要賞星星；不要賞路燈！星空保護區就此誕生

多年來，臺灣熱心的天文同好，在全臺各地透過舉辦各種天文相關活動，一方面推展天文科普、一方面也帶領大眾領略星空之美，藉以宣揚光害防治的理念。經過一番努力，在機緣成熟之下，筆者與這些同好順勢推動一項史無前例的計畫：創建一個可以與國際並駕齊驅的「星空保護區」，以建立模範指標。

隨著夜間照明的需求增加，光害對自然生態、野生動植物等已造成影響。圖／pixabay

在南投縣政府、太魯閣國家公園管理處和林務局東勢林管處等單位的支持下，合歡山暗空公園計畫正式推動，成為國內首個官方認可的星空保護區。經過半年的積極籌備與努力策畫，筆者團隊終於在 2018 年 7 月底向國際暗空協會 (International Dark-sky Association, IDA) 遞送「合歡山暗空公園」的申請文件；10月，規畫多時、預計前往國際暗空協會與位於美國西部幾座暗空公園的參訪之旅終於啟程，這趟行程象徵臺灣在光害防治與星空保護方面的工作與理念，正式與國際接軌。

感謝IDA的努力，守護小鎮村的夜空

IDA 是位於美國亞歷桑納州土桑市 (Tucson) 的國際性非營利組織，致力於推動全球的光害防制工作，其影響力遍及全球各大洲，許多國家設立的國家公園、生態保護區等都改善光害來參與響應，目前世界各國提出申請而獲得認證的暗空公園、暗空保護區與暗空社區等項目，總和已經超過 100 多處。最新通過認證的是德國的富爾達小鎮，人口約有 68000 人，位於倫山 (Rhön) 附近，為一由聯合國國際教科文組織認證的生態保護區，同時也是 IDA 認證的暗空保護區的西部邊緣；從 2014 年開始進行小鎮的光害防制計畫，經過這麼多年的努力，終於通過了國際暗空社區的臨時認證（表示還有些需要改進的地方），是德國第一個認證的國際黑暗社區。

到底要多暗？天黑又閉眼這麼暗嗎？

國際暗空協會所做的認證有其獨到之處，並不是完全無光害、無人居住的荒原，因為那太容易了！他們所要的是人們經常造訪或有人居住的地方，有既成的人為光害燈源，但經過協商、意見溝通與整合後，一起進行環境光害的改善，且能符合所訂定的低光害標準，才會給予認證，是相當有意義的一個過程。讀者可能會問，所謂推動光害防治，是要消滅所有的燈光嗎？這誤會可大了！其實簡單來說，就是要適當、合理且友善環境地使用室外燈光。如何做到這些要求？

國際暗天協會提出以下 5 點建議：

只在需要的時候照明。
只在需要的地方照明。
不應超過必要的亮度。
將藍光照射減到最小。
指向下方的完整遮罩。

大家可以試著檢視生活周遭的夜間燈具燈光，不難發現，有大部分的燈光照明是浪費的。比如說，有些燈是沒有加裝燈罩的，它照射出來的光線四散，有絕大部分照向天空，而這以燈光發光源為中心的水平面以上，照向天空的光就浪費掉了，同時這就是暗夜中最大的光害源。另有一些燈具雖然在沒有燈光照射面是平的，但是安裝時沒有水平面向下，有部分光線仍會照射到天空，這也是光害的來源。所以，要達成低光害的要求其實並不難，只需要做到燈緣的水平面向下照射或加裝燈罩，讓燈光不直接照射天空，光線只照射需要被照明的地方，就能解決大部分的光害源問題。

降低光害，從周邊的路燈開始著手

這趟美國的參訪行程中，筆者團隊走訪約書亞樹國家公園 (Joshua Tree National Park)、仙人掌國家公園 (Saguaro National Park) 及大峽谷國家公園 (Grand Canyon National Park) 等，幾乎所有的室外燈具燈光都符合低光害的要求，加燈罩或燈緣水平面向下、並採用低亮度的橘黃色光源。

美國的路燈。圖／劉志安攝影

此外，團隊也針對所經過的大小城市進行觀察，包括洛杉磯、鳳凰城、土桑市、旗桿鎮與卡納布等，絕大部分的路燈也都是燈緣水平面向下的設計，這是美國國家訂定的標準，值得臺灣參考學習。更神奇的是，位在暗空公園附近的小城鎮，除了路燈、街燈、住宅居家的室外燈依循低光害要求外，就連加油站、大型賣場的招牌、停車場或如麥當勞、7-11 的招牌燈光等，都是低亮度、加燈罩的照明，著實展現先進國家對環境負責任的態度與風範！真的會讓人在心裡自問：「我們臺灣能做到嗎？」

夜衝合歡山，臺灣首座暗空公園即將誕生

回國後，在南投縣政府的支持之下，團隊積極安排邀請國際暗空協會成員造訪臺灣，並邀請他們來合歡山暗空供院預定地現場場勘，給予團隊意見改進。合歡山是一個指標，團隊透過樹立一個指標，將星空保護的理念宣揚推展出去，讓更多的地方來跟進與學習，才能讓臺灣其他同樣適合觀星地點的美麗星空都可以受到保護。不只如此，團隊也透過理念的宣揚，讓想要親近、觀賞美麗星空的人們，更懂得要珍惜、保護它，那才是推動合歡山上美麗的星空成為國際暗空公園的重要意義。

國內推動光害防治剛起步，目前，團隊已拜訪經濟部工業局及主管環境保護的環保署，希望未來能制訂臺灣光害防治法案與技術規範，讓此願景可以早日達成。面對光害防治，臺灣仍有漫漫長路要繼續努力！

參考資料

國際暗空協會官網：https://www.darksky.org。
Fulda, Germany Earns International Dark Sky Community Status, First in the Country, International Dark-sky Association, https://bit.ly/2H6gLYb, 2019∕2∕7.

〈本文轉載自《科學月刊》2019年4月號〉

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蔡政修／任教臺灣大學生命科學系，生態學與演化生物學研究所，本刊副總編輯。

癌症，似乎已經完全融入人們的生活，雖然當大部分的人在得知親朋好友罹患癌症時還是會很難過，但也漸漸地學會接受這不可避免卻又殘酷的事實。

廣義來說，癌症是身體細胞不正常增生或分裂的現象，而此情況會發生在身上各個部位，如肺癌、大腸直腸癌、胰臟癌、血癌及骨癌等不同器官的病變。於是，大量的資源、心力每年固定投入相關研究，希望可以更瞭解該如何預防、治療癌症。

古生物不只會生病，還可能罹癌

古生物學和癌症似乎八竿子打不著，但如果仔細想想這 2 個領域所涵蓋或被涵蓋的範圍，就會發現兩者也有重疊的部分，因為古生物學的研究也包含過往生物的病理學，也就是古病理學 (paleopathology)，而要理解癌症的起源、演化或發生原因等議題，當然也涵蓋在病理學的範疇裡，有了古病理學的知識後，就可以更進一步地解開那真正引發癌症的根本原因。

從這樣的思維起頭，古生物學不只和癌症研究離得不遠，甚至可以填補人們對於理解現代癌症起源、演化所不可或缺的一個關鍵學門領域。2019 年 2 月的《美國醫學協會腫瘤學》(JAMA Oncology) 就刊登了一篇新的研究發現：2 億 4000 萬年前左右的癌症紀錄！

2 億 4000 萬年前，也就是地質年代中生代 (Mesozoic) 三疊紀 (Triassic) 中期，是大家所熟知及熱愛的恐龍類群即將要開花散葉，在地球上演化的時間。所以，不訝異的，這篇研究並不是談論人類身上所發現的癌症，而是在一隻存活於 2 億 4000 萬年前的早期烏龜所發現的癌症。

2 億 4000 萬年前左右的癌症紀錄，這個時期約在三疊紀中期。圖／IMDb（三疊紀世界）

究竟罹癌的是誰？牠…是烏龜的祖先？

這隻「烏龜」的來歷可不小，在 2015 年才剛被正式發表在 Nature，並命名為一種新屬新種。此物種名字為羅辛祖龜 (Pappochelys rosinae)，pappos 在希臘文中為祖父的意思，而希臘文中的 chelys 是烏龜，另外的 rosinae 是以修復、整理這件化石標本以供研究的清修師羅辛 (I. Rosin) 命名。

光是從羅辛祖龜命名的方式，大概就可以想像其背後有著有趣的演化故事，雖然名字有「龜」，但是其「祖父」的含義，意味著這其實不是平常所認知的烏龜，而是在「真正的烏龜（Testudines，龜鱉類群）」演化出來前，可能的烏龜祖先。因此，在生物的分類群中，羅辛祖龜是被歸在泛龜類 (Pan-Testudines)。光從名稱來看，就可以感受到羅辛祖龜對於瞭解龜鱉類群早期演化及起源等議題有著相當重要的地位。

最早羅辛祖龜的化石標本於 2006 年在德國的礦場被發現時，前後陸陸續續有大約 20 件標本被挖出來。大多數的化石是不完整的，甚至難以確定是否為同一個體，但藉由觀察化石是否有重複的部位，能大致判斷零散的化石是否為同一生物。

2015 年發表在 Nature 的羅辛祖龜研究成果當然很令人興奮，但是一篇研究並無法涵蓋所有的研究面向，更何況有 20 件左右的化石標本可供研究，許多的未知與可能性仍待更多後續的研究。

羅辛祖龜在 2015 年才剛被正式發表在 Nature，2019年又被發現得了癌症？圖／wikipedia

不只得癌症，竟然還是骨癌？！

當德國柏林自然史博物館 (Natural History Museum, Berlin) 的研究人員檢視存放於斯圖加特州立自然史博物館 (State Museum of Natural History Stuttgart) 羅辛祖龜們的標本時，一件標本編號為 SMNS 91680、左大腿骨標本看起來不太尋常的羅辛祖龜，立刻吸引他們的目光。以肉眼觀察左大腿骨上半部，可清楚看到骨頭外部有著不尋常增生或創傷的痕跡。柏林自然史博物館古生物學家們集結醫生及研究人員，進一步利用微米級電腦斷層掃描 (micro-computer tomography) 等方式觀察骨頭內部，確認有無任何內部的形態結構及特徵能判定這隻生活在 2 億 4000 萬年前的羅辛祖龜承受什麼疾病的折磨。

斷層掃描後發現，在骨骼增生的大腿骨範圍中，從結構上來判斷，大致可以分成 3 層：內部的骨髓腔 (medullary cavity)、中間的皮質骨 (cortical bone) 和最外面的增生層。其中最大也最重要的問題就是：外面的增生層是什麼原因所造成的？

醫學上的病理判斷和生物分類的方式有異曲同工之妙，都需找到可以分門別類進行診斷 (diagnose) 的特徵。外部的增生層幾乎是整面、完整包覆中間的皮質骨，這在病理特徵上排除大腿骨增生是由外生骨瘤 (exostosis)，再加上：

外部粗糙、凹陷的表面
皮質骨層的外圍看來是原生的表層，沒有任何溶解過或損傷的現象及
內部的骨髓腔看來也沒有受到任何的影響等特徵

綜合上述，可以判定這外部的增生層應該是由骨膜骨癌 (periosteal osteosarcoma) 所造成！

雖然，從僅存一部分的化石標本判定，很難完全的蓋棺論定這就是研究論文判定的骨膜骨癌，畢竟尚無任何的軟組織可以進行病理組織學 (histopathology) 上的確認。不過，科學研究有趣的就是有幾分證據進行幾分的推測，現有的假設、推論很有可能會因後續更多的發現而被推翻，但如果沒有這些初步的研究、論述，更多的後續研究也就無法被開啟。

幾乎所有的癌症或大部分病症都需要有軟組織的構造才能在病理學上有更確切的斷定，但是以骨頭研究為主的古生物學，仍可以帶給人們許多的驚喜去瞭解在骨骼上留下跡象的疾病起源及演化歷史等重要線索。如同羅辛祖龜的骨癌例子，或在 1997 年的 Nature 也刊登一則有趣的研究，研究人員從化石骨骼發現，暴龍也會得痛風！

癌症不是文明病，「舊」病例拓展新視野

能在化石紀錄中找到癌症或其他疾病的紀錄至今仍少之又少，但每一個新發現都能帶給人們很大的啟發，從這 2 億 4000 萬年前的骨癌例子就清楚的指出，目前困擾著現代人類 (Homo sapiens，智人) 的癌症其實在脊椎動物演化史中有著相當久遠的歷史脈絡，而不是近代才演化出來的「文明病」，相信這樣的古生物學研究也將會給醫學相關的研究人員有一定的啟發，重新去看待並以不同視野去尋找該如何應對癌症等棘手的問題。

最後，如《科學月刊》591 期的臺灣古生物專輯，試著讓大家知道臺灣的古生物研究也是有著相當的潛力及可能性。如果大眾能抱有這樣的思維，生存在臺灣的古生物或古人類們也曾罹患過癌症或其他疾病，便能夠更進一步探討疾病或相關議題，就待人類何時能「喚醒」沉睡在千百萬年前、腳底下的失落世界。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年4月號〉

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黃相輔／倫敦大學學院科學史博士，研究興趣是通俗科學的文化與歷史

「現在還有人記得五四喔？」這是當筆者提及 2019 年是「五四運動」100週年時，幾位前輩當下的反應。

五四運動曾經是海內外華人知識分子省思的焦點，也是研究近代中國學者歷來反覆談論的主題。論文、紀念文章及各種史料編纂，在五四運動後超過半世紀的時間，仍持續以不同形式發表。曾幾何時，近 10 幾年來政治生態的轉型，臺灣社會對於「中國」這個詞彙的認知已有很大變化，連帶牽涉到對於中國與其近代史的態度。五四運動變成一個大部分臺灣青年無感，甚至是事不關己的過往雲煙。

五四運動的源起：100 年前北京盛大的學生運動

狹義的五四運動，指的是 1919 年 5 月 4 日在北京爆發的學運。由於不滿中國政府在巴黎和會（Paris Peace Conference）的外交失利，愛國情緒高漲的學生遊行抗爭，後續軍警的鎮壓又引發全國各地串連罷課、罷工與罷市的政治事件。然而，五四運動的意義不僅限於一時一地的學運風潮，更常與廣義的「新文化運動」密不可分。

這股從 1910 年代開始醞釀的思潮，到 1920 年代初達到高峰。新文化運動質疑中國傳統儒家權威、家庭價值和社會體制，訴求全面學習西方制度的改革。新文化知識分子呼籲大眾追隨 2 位來自西方的好榜樣：「德先生」與「賽先生」──也就是民主 (democracy) 與科學 (science)。唯有提倡民主與科學，方能使老朽的中國脫胎換骨、重新振作。這場燎原野火翻轉中國後來的政局，也改變中國社會與文化，影響仍綿遠延續至今。

五四運動的意義不僅限於一時一地的學運風潮，更常與廣義的「新文化運動」密不可分。圖／wikipedia

不只物理化學，賽先生也開啟人文研究的實證精神

其實，賽先生不是什麼新鮮的陌生面孔。倡導科學救國的想法與實踐，並不是從五四運動才開始，但五四運動是中國知識分子最高調宣揚系統性的科學思想及其價值的時期。

新文化運動的代表人物胡適，除了讀者們熟知的提倡白話文外，也致力提倡科學方法。胡適師承美國哲學家杜威 (John Dewey) 的實用主義（Pragmatism，胡適自己翻譯為實驗主義），強調「大膽假設、小心求證」，以「科學實驗室的態度」分析人生的各種問題，不隨便在缺乏證據的情況下將任何理論奉為真理。

五四運動時身為北京大學學生領袖的傅斯年，後來也有一句名言：「上窮碧落下黃泉，動手動腳找東西。」生動地形容做學問該運用各種方法與材料去求證。傅斯年後來開創中央研究院歷史語言研究所，強調即使是人文研究，也要集合一切自然科學手段處理問題。傅斯年曾舉例，量化統計有益於調查思想史上的思潮變遷，而天文學、地質學知識也能幫助歷史（或考古）研究。這些現在看似老生常談的方法，在當年可是激進的創新。

提昌白化運動，我手寫我口的胡適先生。圖／wikipedia

當理論遇上現實，科學能不能解決所有問題？

雖然五四運動將科學提升成新的權威甚至信仰，但同時也是一個對科學最多懷疑與思辯的時代。

第一次世界大戰（1914~1918年）對歐洲的破壞，使世人反省科技的負面影響與極限。在中國，這樣的檢討反映在 1923~1924 年的「科學與玄學論戰」，各路知識分子對科學的功過展開前所未見廣泛且深入的爭論。其爭論的問題，包括科學知識的範疇與定義、科學能不能指導（甚至統一）人生觀，還有科學在教育中的角色等。

胡適和幾位志同道合的科學界朋友，例如丁文江與任鴻雋在這場論戰中挺身捍衛科學的地位，二人皆是民國科學界第一代的歸國學人。丁文江在英國格拉斯哥大學 (University of Glasgow) 學習地質學，任鴻雋則在留學美國康乃爾大學 (Cornell University) 時，以美國科學促進會 (American Association for the Advancement of Science, AAAS) 為榜樣，發起近代中國第一個科學學術社團「中國科學社」。

後來於 1928 年在南京創建的中央研究院，就是以中國科學社的成員為骨幹。胡適等人相信科學萬能，以今日的眼光來看，不免有點過於樂觀和理想化。然而也多虧他們與對手的筆戰，留下近代中國學術界一場可說是空前絕後的「華山論劍」，讓身處於現代的人們能一窺當代知識分子對科學的認識與態度。科學與人類文明前途的問題，即使在百年後的今日仍然沒有定論。

五四運動的延燒，那份憂國憂民的精神

五四運動這種反抗權威的自由精神及憧憬賽先生的理想，其實距離大家並不那麼遙遠，在臺灣也留下不可抹滅的痕跡。就以《科學月刊》為例，其創立過程隱然有一種向五四運動看齊的意味。

《科學月刊》最初是 1960 年代末由一群滿腔熱血的臺灣留學生在美國創辦。那是一個臺灣仍自認肩負「復興中華」重任的年代，內有威權統治的肅殺，外有前途未卜的憂患，青年人的苦悶與焦慮不輸五四運動前。創辦者們抱持科學興國的理念，摩頂放踵催生了這份科普刊物。有些成員，便將提倡科學的行動與五四運動作歷史聯繫，在精神上傳承自五四運動以來各種對家國前途的反省。遺憾的是，歷史似乎總是有那麼點殘酷的相似。正如五四運動是隨著學運而起，《科學月刊》早期許多成員，尤其是海外留學生，因參與 1970 年代初風起雲湧的保釣運動，為了愛國付出青春，卻因而陷入政治風暴，甚至不能全身而退。

科學普及的現代，更別忘了百年前的那場啟蒙運動

一晃眼，《科學月刊》也快走過半個世紀，五四運動也即將迎來 100 週年。這100年來，賽先生變了很多，世界的情勢也不可同日而語。然而，回首百年前的賽先生及半世紀前為《科學月刊》奔走的臺灣學子，人們可以明白一些物質的、非物質的傳承與啟發。回顧過去不一定能理解未來，但至少能讓人們對當下的處境有更明晰的觀照。

五四運動屆滿百年之際，中研院將舉辦一場盛大的紀念會議，國內知名的出版社也即將出版 1 本集結不同領域國際學者藉由回顧五四運動的論文集。筆者也欣見《科學月刊》最近的新企劃，回顧創刊早期的老文章並對照最新的科學發展，看看賽先生多了哪幾條歲月的皺紋。

左：中國科學社於1915年創刊的《科學》雜誌封面。右：《科學月刊》於1970年的創刊號雜誌封面。兩者象徵不同時代科學精神的傳承。圖／作者提供

2D變3D，實驗小鼠腦細胞圖譜立體化

2018年11月，在經歷 5 年的資料分析與整合後，藍腦細胞圖譜 (Blue Brain Cell Atlas) 於瑞士的神經科學研究機構洛桑聯邦理工學院 (École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL) 誕生。這個號稱第一個提供小鼠全腦數位 3D 細胞圖譜的平台，讓神經科學相關研究人員得以查閱與下載 737 個腦區的細胞資訊（如數量、密度與 3D 位置）、神經元調控性質（興奮性、抑制性或調節性）的類別及多種神經膠細胞的組成細節，且該圖譜還維持其動態性並可持續更新。

在此之前，類似可得的數據，只有來自不同研究機構分散在特定小區域的研究，僅占不到全腦細胞的4％，此圖譜一次補足了之前缺乏的 96％，其中很多腦區細胞量化分析過去較少被碰觸，因此彌足珍貴。然而，這樣的公開資料發表，只是一個過往雲煙的科學新聞，或是一個科學進展新的里程碑呢？

翻開神經科學的教科書，提到大腦分區的內容時，常會看到大腦表面起伏曲折的腦迴及不同切開的剖面，有如著色本，塗上不同的顏色，標註著一區一區的數字或名稱。這源自德國學者布洛德曼 (Korbinian Brodmann) 在 1909 年發表的專書，根據腦組織切片染色呈現的細胞分層結構變化訂出界線，將腦區分出的 52 個區域，百年來持續被沿用著。

帕西諾 (George Paxinos) 和華森 (Charles Watson) 合著的《大鼠腦圖譜》(The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates)，曾是神經科學研究者不可或缺的工具書，無論手術、打藥或埋設記錄電極前，總要來回翻閱圖譜標示的核區名稱與座標，參照用尼氏染色 (Nissl stain) 或乙醯膽鹼酯酶染色 (Acetylcholinesterase stain) 的組織切片，在腦海中想像目標的樣貌。這本書自 1982 年出版後，帕西諾等人多次修訂更新，除了紙本之外，也發行過電子版，讓讀者可以在電腦螢幕上翻閱、縮放與複製，著實便利了許多。除了大鼠之外，圖譜的物種也擴增到小鼠、恒河猴、狨猴、雞和人等版本，這一系列的腦圖譜著作，至今被引用超過 6 萬次，其重要程度不言而喻。

瑞士神經科學研究機構洛桑聯邦理工學院，花費五年時間建立的小鼠全腦數位 3D 細胞圖譜平台。截圖自：Blue Brain Cell Atlas

滑鼠一點即知，互動式圖譜新體驗

已故的微軟創辦人之一艾倫 (Paul Allen)，在 2003 年贊助種子基金所成立的艾倫腦科學研究所 (Allen Institute for Brain Science)，短短幾年內便建立網路版的腦圖譜，提供即時圖文雙向互動的新體驗。

當滑鼠在腦圖上移到想要查閱的區域，結構的名稱隨即出現，亦可透過腦組織層級架構的樹狀名錄點選，或從搜尋框輸入結構名稱或縮寫，找到的結構會立即顯示在圖譜上。除此之外，可用滑鼠直覺式地縮放與拖曳，同步顯示的比例尺，切換標示圖譜或組織相片的顯示，甚至轉換不同方向的切面與不同年紀的多套圖譜，都可在一瞬之間完成。和傳統的紙本圖譜相比，互動式的網路圖譜是一大進化，這份標示超過 700 個腦區的參考圖譜，也成了日後在圖譜上增建多層資訊的骨幹。

從平面到立體；從模糊到清晰，數據累積ing…

在參考圖譜上線的同時，大量規模的原位雜交 (in situ hybridization) 基因表現研究，以工業化式的方式在艾倫腦科學研究所進行，2006 年上線的基因表現圖譜 (Anatomic Gene Expression Atlas, AGEA) 涵蓋了超過 2000 個基因於小鼠全腦表現的分布，2009 年正式論文發表時，基因數據倍增到 4376 個，時至今日約有 2 萬個基因表現數據已完成，同時搭配 3D 立體展示的瀏覽器「Brain Explorer 2」，讓腦圖譜的展示方式邁入 3D 的里程碑。

此外，艾倫腦科學研究所另一條生產線正在海量生產「神經連結路徑」的資訊。透過腺相關病毒 (adeno-associated viral, AAV) 載體攜帶的螢光蛋白基因，微量注射到野生型 (wild-type) 小鼠不同的腦區，該腦區的投射路徑會被螢光蛋白表現的訊號標示，或透過 cre 驅動 (cre-driver) 品系的基因轉殖小鼠，以 cre-loxp 重組技術產生螢光蛋白，標示特定族群的神經路徑。

完成路徑標定的全腦以膠體包埋固定，用全自動的切片裝置平整將其剖面，並以雙光子雷射掃描顯微系統將表層影像資訊數位化，每隔 100 微米逐層切削腦片同時取得影像，大約掃描 140 張切片，累積出 750 GB 的影像數據，解析力達到 350 奈米，如此建構出特定神經路徑在腦中的投射全貌，目前已累積 2995 個神經路徑追蹤的實驗數據。

腦圖呈現三級跳，大量數據、科技進步是關鍵

傳統 2D 標示區域的參考腦圖，短短幾年內便在艾倫腦科學研究所經歷多次進化。第一次的進化是「電子化」與「互動查詢」，整合多套不同年齡、切片方向、物種的參考圖譜於同一查詢介面，可即時切換。接著，第二次進化是對「腦區功能的探索」，約 2 萬種已知的基因，先後在全腦進行大規模的基因表現調查，用全新的觀點賦予腦功能分區新的定義。第三次再進化是加入的「神經連結路徑」，讓不同腦區之間協同運作的網路，有一個明確描述的藍圖。

目前，這些不同類型的資料，都已經和標準的 3D 腦模型結合，可以套疊多次路徑追蹤實驗或是多個基因表現的資料同時呈現，預覽實驗中不容易實現的狀況，並能利用遮罩選擇繪圖範圍，從任意視角選擇最佳縮放比例，視覺上呈現有如在虛擬空間中遨遊的效果。對任一位置上的基因表現或是神經路徑想要更仔細了解，還可以在滑鼠點擊之後，呼叫出高解析的原始組織切片，甚至能與標示詳細的參考圖譜並排顯示。而單機版的 3D 立體瀏覽器「Brain Explorer 2」也開始轉型為線上網頁的服務，目前 beta 版尚在建構中，相信進化完成後會帶來更先進功能的線上圖譜。

開放資源、跨域合作，研究成果持續優化中

有了橫切面與縱切面詳細標示腦區的 2D 互動式網路圖譜，有了 3D 的模型以及各種基因的表現數據，有了高解析腦區間投射的連結路徑，有了個腦區的細胞種類、數量、密度的資訊……，每隔一段時間，各種「有了」的喜訊再度成為新聞的焦點，進化中的腦圖譜便又立下一個新的里程碑。

而這次 EPFL 所發表的藍腦細胞圖譜，分析的原始腦切片資料與基因表現的數據，正是艾倫腦科學研究所的開放源資料。這個趨勢誠如該機構所倡議 Big science（大規模、標準化）、Team science（跨領域、跨團隊）與 Open science（非營利、開放源）的發展方向，沿著這種進化的方向，持續將多元的資訊，加注到數位化的腦圖譜架構中，相信不久的將來，可以看到功能更強大，資訊更多元的數位腦圖譜。

進化中的腦圖譜。（點圖放大）（上）2D圖譜，提供位置名稱與座標供查閱；（中）2D互動式圖譜，滑鼠指到的位置，名稱即時出現，並可與組織切片原始圖像同步顯示；（下）3D互動式圖譜，可套疊多層基因表現或神經路徑的資訊，任意視角與縮放顯示，並可調閱任一點的原始數據圖像與參考圖譜。圖／作者提供

球員兼裁判？美國知名癌症研究機構爆發的利益事件

2018 年 9 月，紐約時報和 ProPublica ^註一聯合報導美國知名乳腺癌藥物研究醫師巴賽立噶 (José Baselga) 所發表的研究論文嚴重違反利益揭露規定的爭議事件。他是美國數一數二癌症研究非營利機構──斯隆凱特琳紀念癌症中心 (Memorial Sloan Kettering Cancer Center, MSK) 的首席醫療長。

美國數一數二癌症研究非營利機構──斯隆凱特琳紀念癌症中心。圖／wikipedia

自 2013 年任職 MSK 迄今發表在《新英格蘭》(NEJM) 和《刺胳針》(The Lancet) 等頂級醫學期刊論文近 180 篇，竟有 60％未如實揭露研究利益衝突，且情況逐年嚴重，2017 年更高達 87％完全未揭露與廠商的利益關係！不僅如此，2015~2016 年期間，他還是訂定相關財務揭露規定的美國癌症研究協會主席，更為協會所發行的《癌症發現》(Journal of Cancer Discovery) 主編之一。然而，他所發表在該期刊的論文也未揭露從廠商端收到的金錢給付。

這則報導，突顯出醫學研究與商業利益的枝附葉連。當醫學研究揭露所有潛在影響研究結果的利益衝突後，是否仍值得信賴，可能連作者本身都沒信心，更曝露出目前專業期刊要求作者填寫利益衝突揭露的表格徒具形式，幾乎無任何審核。究竟所揭露事項夠不夠、資訊正不正確，全憑作者說了算！

然而，醫學研究利益衝突未揭露新聞，僅到此為止嗎？2019 年初，兩媒體又合作 10 多篇的後續報導。透過報導，人們赫然發現，醫學研究與醫藥器材商的緊密連結關係，早已不限研究者，而是連醫學研究機構都盤根錯節，即使是非營利機構也不例外。

此外，MSK 更被報導其 3 位高階員工所成立的新創公司「Paige.AI」，為提升癌症診斷能力，利用人工智慧判讀學習該機構所擁有的 2500 萬張病人癌組織影像。而新創公司的股權，除了 3 位員工及該中心持有外，連中心部分董事也有資金投入。雖然表面上不違法，但 MSK 是非營利機構，每年還對外募款，似有挾公眾資產以圖利特定人員之嫌。這下不只社會譁然，該中心員工也都對自家機構目前營運政策表達強烈不滿，甚至對首席執行長湯普森 (Craig B. Thompson) 進行不信任投票。

在兩媒體報導下迄今半年，巴賽立噶醫師最後以嚴重背信 (breach of trust) 被迫請辭，湯普森博士也辭掉兩家上市醫藥器材公司的董事。今年 1 月，MSK 更宣布未來禁止高階人員擔任每年可收取豐厚報酬的上市公司董事職位，並承諾在內部討論出可供期刊查核研究利益衝突揭露的共同架構後，將盡速發布架構草案。

拿人手短？研究者與資方的利益衝突

所謂研究利益衝突，是指研究人員在專業工作上必須列為首要考量的利益，可能在追求私人或次要利益的過程中受到減損或負向影響，甚至因而未能遵守相關法律或專業倫理。例如研究人員可能為了追求財富、名譽或基於個人信仰和政黨傾向等，未能正確分析及公正闡釋研究結果；或為加速某種新藥的上市，未能遵守臨床試驗法規以至傷害受試者。

事實上，研究利益衝突是老問題了，且並未隨著規範越訂越多而被逐漸解決，甚至有日益嚴重之趨勢。在這系列報導中值得關注之處有三：

1.直接補助；間接贊助，有收錢就該公佈！

以醫學研究為例，目前有關醫學研究利益衝突的規範可溯源於美國醫學院協會 (Association of American Medical Colleges, AAMC) 於 2001、2002 年公布的個人、研究機構利益衝突監督政策及原則。不過這兩項文件都是針對臨床試驗，旨在保護人類受試者。如針對投稿期刊應揭露事項的規範，目前多以國際醫學期刊編輯委員會（International Committee of Medical Journal Editors, ICMJE）公布的「研究利益衝突揭露（ICMJE Form for Disclosure of Potential Conflicts of Interest）」表格為依準。

表格分成六部分，分別是個人資訊、投稿論文的研究經費來源、研究範圍之外相關財務活動說明、專利申請等智財權說明和其他上述未涵蓋但潛在利益衝突事項、揭露聲明等，其中，最主要是第二、三部分。

第二部分的「研究經費來源」必須勾選有無利益衝突。表格上敘明評估時，不只是獲得該研究經費的起訖時間，從概念發想、規劃、執行、論文草稿撰寫、統計分析到投稿為止都應該涵蓋，且經費資助單位的揭露應包含直接資助個人與透過機構間接資助者。換言之，只要研究有使用到作者任職機構給他的薪資以外的費用或服務，不論來自政府單位、基金會或商業公司等，表格上都應勾選「是」。

不論是直接補助或間接贊助，經費資助單位的揭露都應說明清楚。圖／pixabay

第三部分的「研究範圍之外相關財務活動說明」，得勾選有無利益衝突，且應條列與作者有直接或透過機構間接財務往來的單位名稱、財務類型（如屬於研究經費、個人費用支付或非財務性的支持等）、確切名稱（如擔任諮詢顧問、支持臨床試驗或董事會成員等）。其中，單位不限投稿論文所提及的研究，舉凡對研究結果有潛在影響的都應揭露。此外，作者還需揭露以往發表過的研究中，曾獲商業資助的情形，如曾發表某臨床試驗結果，其計畫經費雖來自美國衛生研究院，但試驗用藥是藥廠贊助，就需列出藥廠名稱、在財務類型上需勾選非財務性的支持且註記是支持臨床試驗。以上所有揭露事項的起算時間，則是從投稿時間往前溯至 36 個月內。

前述個案中的巴賽立噶未誠實揭露的事項，包含擔任商業公司付費諮詢顧問、科學或臨床諮詢委員、董事會成員、公司創辦或共同創辦人、股利分紅及相關投資等；有的是巴賽立噶直接獲益，有些是透過投資 MSK 的間接獲益。雖然他在被揭發後仍堅稱不是不知道揭露標準，而是沒揭露就是無關，但研究者如果對自我的要求遠低於該有的標準，難保不會有原形畢露而遭學界唾棄的一天。

兩媒體這次是比對巴賽立噶論文中的共同作者所揭露的事項及查詢 2013~2017 年期間，美國聯邦政府所建立的「公開支付 (Open Payments system)」資料庫中商業公司給付紀錄，才發現竟高達百篇文章未向投稿期刊如實揭露。

2.當需要跨界合作時，誰是那個最佳人選？

從報導中可發現，巴賽立噶與醫藥器材公司緊密的合作關係，正是他當初被湯普森延攬的主因。

MSK 董事會管理高層相中他擅長連結研究與商業的能力及關係，期待他帶領該中心未來研究皆能商業技術移轉，且研究人員除擔任商業公司的專業諮詢顧問外，亦能像他一樣多擔任商業公司董事，使該中心能獲得更多來自商業公司的醫學研究投資。這點或許讓巴賽立噶多少合理化何需揭露一般認為有潛在利益衝突的事項，因為對他而言，這些不早就被 MSK 承認甚至鼓勵？

從報導中可發現，巴賽立噶與醫藥器材公司緊密的合作關係，正是他當初被湯普森延攬的主因。圖／pixabay

醫學研究需要大量資金，研究人員也未必拿人手短，只是以往調查指出，經費來自商業公司資助的研究，通常正面結果居多，且社會大眾對商業公司所資助的研究，信任度總是比較低。但過去有關利益衝突的迴避，並未禁止研究人員擔任商業公司董事，且根據兩媒體報導 2014 年一篇《美國醫學會雜誌》(JAMA) 的研究指出，目前全球前十大上市製藥公司的董事會，約 40％成員為學術醫療機構領導者或高階管理人員。

問題是，商業公司董事有責任為公司訂定能獲取最大利潤的決策，而這可能與研究者應追求正確分析及公正闡釋研究成果有所衝突；更遑論研究者若同時也是投資客或可獲得股利分紅的人員，那麼研究成果是否能夠保證不被私人利益或專業上的次要利益所影響，可就更難說了。

3.放縱研究利益盛行？公信第三方該有的把關職責

期刊被媒體指謫對作者所揭露的事項毫無檢核作為或許會覺得冤枉，除了幾位期刊編輯無奈的表示人力不足外，對多數期刊而言，當初利益衝突揭露表格的設計，目的是讓作者主動將潛在利益衝突攤在陽光底下供審查人、讀者及大眾檢視；作者不僅得為研究結果負責 (responsibility)，也必須接受學術同儕和公眾課責 (accountability)。若作者的刻意隱瞞被發現，不僅讓人有此地無銀三百兩的嫌疑，也會使大眾對其研究結果價值打折扣。也因為這種潛在壓力的制約，所以期刊對作者的揭露聲明多持信任態度。

只是目前醫學研究與商業公司的關係，如眾所皆知已到緊密共生的地步，而巴賽立噶未誠實揭露並非個案，只是因他和所屬機構很知名且未揭露的利益龐大，才變成媒體注目焦點。但是，此個案也再次警示學術界，各期刊對於作者主動揭露的內容不宜再完全信任，因為不但會惡化研究利益衝突，也未善盡應幫讀者把關的社會責任。但檢核作者有無誠實揭露的責任，畢竟不該全推給研究完成後的論文審查單位，研究前期若機構未要求研究人員定期申報揭露、有要求但未檢核，或執行中的臨床試驗未有研究利益衝突審查等類似單位監督，期刊就算想把關也無能為力。

期刊要有效把關作者揭露聲明，涉及不同國家相關利益衝突規範是否完整，可能無統一解方。但或許可借鏡美國的公開支付資料庫，能公開查詢及下載有關醫師、教學醫院、醫藥器材製造商及聯合採購組織彼此間的財務往來。未來期刊可自行或聯合建立與此類資料庫連結的查詢平台，投稿作者未來所揭露資訊，必須直接與這類或所屬機構的資料庫連結。此概念或許類似目前有些國外期刊要求作者提供「開放研究者貢獻者識別碼 (Open Researcher and Contributor iD, ORCID ID)」。

期刊對於作者主動揭露的內容不宜再完全信任，因為不但會惡化研究利益衝突，也未善盡應幫讀者把關的社會責任。圖／pixabay

醫學發達的台灣，利益衝突規範何去何從？

目前國內醫學領域期刊多數設有利益衝突揭露欄位，但幾乎無提供如 ICMJE 表格的填寫說明及揭露標準。作者在該欄位通常也只需敘明研究經費補助來源，且一律宣稱無任何利益衝突即可。另外，目前提及研究利益衝突揭露，政府單位及多數研究機構只關注研究成果技術轉移，並只訂定如研發成果運用的利益衝突迴避規定。

科技部這幾年積極鼓勵研究機構產學合作，與之最相關的規範為行政院科學技術基本法，其中有關研究利益衝突的規定只有第十七條提及。但第十七條其實只針對研究人員需技術作價投資或兼職一事，以「應遵守公職人員利益衝突迴避法相關規定」簡單帶過。雖在 2017 年修法，但目的只是鬆綁規定，並非監督管理研究利益衝突。

至於最根本的，研究機構應規定所屬人員定期申報揭露個人薪資以外一定金額以上的業外收入及本職外不一定有獲取酬勞的兼職工作，且如發現無誠實揭露將有罰則等研究利益衝突相關之管理及規範，迄今多數研究機構仍付之闕如。僅管多數醫院的人體研究倫理審查委員會設有利益衝突審查小組，也有訂定財務利益及非財務關係申報、處置、評估及審查等規範，但僅涉及有送倫理審查的人體研究計畫。再者，此審查小組所附屬的倫審會功能，主要是監督臨床試驗執行，較不涉及試驗結束後的研究分析與成果發表，但這期間的人體研究計畫仍可能發生與投稿研究有關的利益衝突，便無從監督管理。

醫學研究要如何在增加醫學知識、促進病人健康和商業投資者獲取利潤的三者間，努力創造三贏局面呢？還是必要時可允許犧牲病人福祉以換取商業投資者、研究人員及其機構獲利？如果不是後者，目前臺灣研究利益衝突規範相較於國外的規範及意識，顯然有非常大的進步空間。

國際醫學期刊在經歷 MSK 事件後，可預期未來在揭露聲明上會有加強管控趨勢，若臺灣一直未積極與國際規範接軌，恐怕對於國內學者未來的投稿有所影響。這或許能從臺灣醫學研究機構當初成立倫審會的緣由之一，即國際醫學期刊不接受未經倫審通過研究投稿的歷史可窺知。

感謝宜蘭大學蔡孟利教授、中國醫藥大學牛惠之副教授給予寶貴修正建議。

備註

[註一]：美國知名的非營利調查新聞網站，於 2007 年在紐約曼哈頓創立，至今已得過 4 座普立茲獎 (Pulitzer Prize) 與 2 座艾美獎 (Emmy Award)，詳細資訊請參閱〈以「有感」調查改變世界！非營利媒體ProPublica：我們的力量來自讀者〉，《報導者》，2019年1月15日。

是什麼阻擋了植物產品跨國輸出的腳步？

臺灣於 2002 年起正式加入世界貿易組織 (World Trade Organization, WTO) ，依成員國間對國際公約，不能無原因或理由拒絕產品的自由進出口。所以，必須依循國際規範，在會員國間對等看待、公平處理任何植物產品的進口申請。當然，臺灣必須在受理後，著手進行後續申請與評估作業，而這項把關作業在臺灣則隸屬行政院農委會動植物防疫檢疫局。

動植物防疫檢疫局會針對植物進出口做嚴峻的審查。圖／pixabay

植物產品最常見在貿易上受到的限制，無法順利透過貿易方式順利進入輸入國或外銷至輸出國，主要原因多以植物產品上夾帶有害生物或是農藥殘留等議題為主。

植物產品農藥的殘留，與檢疫作業較沒有直接的關聯，通常將進口的植物產品進行農藥殘留分析檢驗，即可了解是否合乎標準，出口國往往會依植物產品進口國允許使用，且有殘留標準的農藥進行生產上的管理，符合標準才會將植物產品輸銷至進口國。

然而，植物產品上若藏著有害生物，因在運輸上極易不慎夾帶，具產生有害生物入侵的風險。所以，面對此風險的管控，世界各國均非常重視，並進行有害生物風險分析之評估作業。當然，這些評估作業有相關的規範可依循，稱之為國際植物防疫檢疫措施標準 (International Standards for Phytosanitary Measures, ISPM) ，此訂定的國際標準是由國際植物保護公約 (International Plant Protection Convention, IPPC) 所制訂，相關準則是以達到調和各個國家相關植物產品的貿易，並以減少非關稅貿易障礙為目標。

泰國山竹的全身健康檢查──有害生物風險分析

因此，當泰國進行山竹進口申請，相關申請文件送達後，政府部門認定屬必須進行風險分析的貨品，便會啟動植物產品進口之有害生物風險分析。而這些工作往往是委由有害生物領域的專家、學者進行協助，在風險分析的過程中，會將輸出國與貨品相關聯的有害生物進行名錄整理。這是一個繁雜但相當重要的工作，多數會以關鍵字在資料庫、研究報告、網際網路上進行搜尋，來掌握輸出國與貨品有關之有害生物的清單。接著再由清單中確認具檢疫重要性的有害生物，並試圖分析清單中最可能在貨品輸入時傳入有害生物風險分析的管制類有害生物。

有害生物領域的專家、學者一同對植物產品進行有害生物風險分析。圖／pixabay

楊桃果實蠅 (Bactrocera carambolae Drew & Hancock) 及木瓜果實蠅 (Bactrocera papaya Drew & Hancock) 便是在此分析的過程中，確定最可能隨泰國山竹的進口、具高度傳入風險的有害生物。然而，臺灣目前並沒有這兩種果實蠅，若不慎因輸入泰國山竹而導致傳入，將會嚴重影響農業的生態及農作物的管理。

果實蠅是什麼？台灣有嗎？

不過，在臺灣是否有其他果實蠅類呢？答案是有的，但主要是東方果實蠅 (Bactrocera dorsalis) 與瓜實蠅 (Bactrocera cucurbitae) ，且寄主植物相當多，前者危害國內所有農民種植的水果，後者則是葫蘆科瓜類作物的大害蟲。由於這類害蟲雌成蟲會將卵產在果實內部，卵孵化後的幼蟲形狀似蛆，以頭部黑色的口鉤來回搓刺果實，將組織搗碎後以其汁液為食，老熟幼蟲會跳入土中，於土壤表層縫隙中化蛹，羽化為成蟲後，體型大小及型態有點像蒼蠅，飛行能力強，在農業的環境中普遍存在著。受果實蠅產卵、幼蟲危害過的果實全無商品價值，所以，果實蠅的防治管理實屬不易，一直是國內農業生產環境的重要害蟲，也影響著臺灣水果類的生產及外銷的貿易量。

東方果實蠅。圖／wikipedia

現今東方果實蠅與瓜實蠅在臺灣持續出現，已經造成農作物相當程度的危害，也增加許多防治管理的成本。因此，當然不樂見也不願意有更多其他的果實蠅種類進入到臺灣，所以政府部門在農產品進口的把關便顯得更重要，肩負著守護臺灣農業生產環境永續的重要任務。

具有高度傳入風險的果實蠅類，目前在國際間有相關的檢疫措施標準可以參考。主要的方法就是在出口時能將鮮果進行殺蟲處理，倘若果實有夾帶檢疫害蟲時，亦能百分之百殺死，以杜絕有害生物入侵的風險。殺蟲處理多數是以高溫或低溫的條件處理，例如，此次泰國山竹進口的檢疫處理條件為「蒸熱殺蟲」處理，果實中心溫度達到攝氏 46°C 以上，相對濕度需在 90 ％以上，持續處理 58 分鐘，才能包裝進口輸臺。

專家遠渡重洋，直至產地做最嚴格的把關

另外，在有害生物風險分析之作業完備後，還有一個相當重要的工作，便是派專家實地前往出口國進行產地查證的作業，確定具杜絕果實蠅問題的能力。這個工作除了前往當地產地外，也必須查看集貨包裝場的設施、作業方式及最重要的檢疫殺蟲處理設備查證。以泰國山竹為例，臺灣在前往產地查證，觀察當地山竹生產情形、集貨包裝及檢疫蒸熱殺蟲的設施後，認定已具檢疫殺蟲處理能力時，便會新增檢疫條件修正的預告。

專家將會至進口產地查證，確保山竹的產製、運輸和滅蟲防疫的措施均符合本國的條件。圖／pixabay

因此，臺灣所預告第十八項附件泰國產山竹鮮果實輸入檢疫條件修正草案，便是在前述作業，逐一完成後，確立泰國已具備檢疫殺蟲的設備及處理能力時，進行公告日後泰國山竹進口需遵守的條件，明訂 12 點相關規定。這些條件便是泰國政府必須進行官方指導實施，進行病蟲害防範及相關管理的措施，而且臺灣在泰國每年蒸熱處理設施開始運轉前，必須前往當地進行蒸熱處理設施測試認證作業，測試合格後，始得進行蒸熱處理作業。每批進口的山竹均需進行檢疫殺蟲的處理，以有效杜絕有害生物的夾帶入侵。

慎重的進口規範，是對臺灣環境最堅實的保護

不用出國便可品嘗到世界各國的各種水果，其背後是政府部門層層的把關與繁瑣作業，才能食用到的美味。這些作業制度不外乎希望農產品在進口時，能將疫病蟲害的檢疫工作做到滴水不漏，百分之百防止並杜絕有害生物的侵入，才能確保國內農業生產環境不受外來生物入侵的衝擊，保護並維持臺灣原有的生態系統。

〈本文轉載自《科學月刊》2019年7月號〉一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

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舒宇宸／臺灣大學應用數學博士，用數學經歷過財務金融、奈米科技、醫學影像及科學防疫的跨域工作者。

「如果人們不相信數學簡單，那是因為他們不知道真實世界有多複雜。」

──諾伊曼（John von Neumann）

素養並非將考題回答正確，而是在持續思索探究期後留下的本質。 108 課綱以素養為導向，考題除了追求生活化並貼近日常，更重要的是培養學生融合各學科的思辨能力。本文將會考的數學題目出發，探討並思考各種問題的本質。

以國中會考「簡單」的數學題目為例

今 (2019) 年，國中會考出現一題「簡單」的數學問題（圖一）。以題目所提供的防護率公式，在第一小題由防護率反推防曬指標 SPF ，並於第二小題由 SPF 推導防護率。題目定義， SPF 25 的防護率是 24/25 = 96% ， SPF 50 則是 49/50 = 98% ，代表第二代防曬乳液只比第一代多提供 2% 的防護率，所以此文宣並不合理。看完本題，感覺似乎非常生活化，但是當筆者靜下心，用手指沾個水在腦袋上畫個圈，於此完美犯案的場景中，靈光一閃地說出柯南的招牌對白：「犯人，就在題目中！」

2019 年國中會考考題。圖／科學月刊提供

李組長眉頭一皺，案情似乎不單純

108 課綱採取素養導向，看得出大考中心試圖讓數學考題取材生活化，以檢驗學生是否能運用數學解決問題。

可是瑞凡，你知道真實世界有多複雜嗎？

防曬係數的問題留在課堂中探究會是一個非常好的課題，但基於這是數學考卷，那就只好假裝「簡單」地在實驗室中，處理這個數學問題。 SPF 25 指塗上防曬乳後只有 1/25 的灼傷輻射可以通過塗層到達皮膚，假設沒擦防曬乳會在曝曬 1 分鐘後曬傷，那麼擦了 SPF 25 防曬乳的曬傷時間就會增加為 25 分鐘。而 SPF 50 就只有 1/50 的灼傷輻射可以傷害皮膚，按時間計算是 50 分鐘，一堂體育課回來都不會被曬傷呢！

而筆者所說的完美犯案，就是題目的防護率公式，強迫讀者以防護率看待此問題。

所以，過程沒有錯，答案也非常完美。但仔細思考，能把皮膚曬傷的部分，應該考慮的變因是會穿透防曬乳的灼傷輻射比例，而非被阻擋掉的比例。

因此考慮 SPF 25 防曬乳的穿透比例是 1/25=4% ，而 SPF 50 的穿透比例降到 1/50=2% ，不就是少一半的穿透光，提高對皮膚的保護 2 倍嗎？

這不該是個數學公式跟科學素養起衝突的年代，運用科學或數學解釋生活的情境，不正是希望學生學會的嗎？如果考生以上述穿透比例方式作答，在標準答案的框架下可能不會得分，因為對老師而言，考試的答案要能簡單批改用此考題來測驗科學素養，合適嗎？

在這樣的考題裡，學習數學與科學素養兩者之間，似乎產生了矛盾。圖／pixabay

這一題不只科學素養，連媒體素養也可以探討！

談完科學素養，接著討論媒體素養。這次的會考據說示範如何以數學考題檢驗媒體素養，甚至有粉絲專頁提到讀者曾讀過相關網路文章。

會造成此情況，筆者認為有一類的網路文章是假新聞中較難破解的，舉例來說，一篇假新聞中 87% 使用數學工具等難以被推翻的過程，接著給讀者豁然開朗的精神刺激，再夾雜著13%的假資訊（註一），人們便很容易信以為真。於是筆者搜尋相關資料，發現之前網路上曾流傳防曬乳從 SPF 25 到 SPF 50 防護只有提升 2% 的文章。筆者沒想到這種不會考也不該考的網路文章居然真實成為會考的考題！

這類文章，常常誤導思考，網路上的數學題「為何多／少了一塊錢」就是一例：

某人原先口袋中有 50 元。購買 20 元的防曬乳與 15 元的數學考卷，再買 9 元數學答案卷，再把剩下的 6 元買零食。然後他就利用試算表將交易的細項做成表格：哇！花費的加總沒錯，但找錢的加總卻比原來多 1 元！

因為誤導思考而多出來的 1 塊錢。圖／科學月刊提供

此題目讀者或許能一眼看出問題，但是在生活中筆者也曾遇過類似案例，尤其是在記帳時，將消費時找回來的錢記在收入，導致總計越來越多的窘況。同理，防護率公式並沒錯，只是會引導學生錯誤的思考方向。在今年 1 月舉辦數學建模黑客松時，就希望學生們學習運用數學方式破除假新聞。當時邀請的師大電機系教授賴以威，示範利用數學分析新聞中的數字估計。他曾在數感實驗室撰寫一篇關於高雄跨年夜市賣出 2 萬杯木瓜牛奶新聞的看法。這些案例都是提醒讀者，當看到誇大的新聞或文章時，是不是該靜下心來，思考內容的邏輯與數字的關聯性？筆者感嘆：「這不就是我們希望學生獲得的媒體素養嗎？」

千萬不可以小看這個世界，它很不簡單！

其實要處理真實世界的問題，除了簡單的數學，還有許多應考量的因素。

舉例來說，在處理學生成績問題時，是否應依照考試的成績結算，還是同理學生在學習上的挫折進行非線性調分？在生活方面，因生活費有限，是否利用數學最佳化規劃預算，或全用在結婚紀念日給內人一個驚喜？生活中，數學能處理的，僅僅是「簡單」的層面。買禮物付錢是減法，而收禮人的心情雀躍則是魔法。如同忙碌的生活中，會有撰寫此文章的衝動，除了讓學生對會考的題目有正確的認識，另一個關鍵點是今年的數感盃。

2019數感盃｜青少年數學寫作競賽。來源／數感實驗室官網

活動當中，有一篇高中組的得獎作品在網路上被大肆批評，工作團隊及小編出面為該篇作品辯護。但意外的是，原作者來信表示要自己面對，並給出說明。這對一個高中生來說實屬不易，也感動了團隊。當筆者翻閱自己對該篇作品的評審紀錄，筆者在數學上並無給予高分。但由於評審們是一個跨領域的團隊，評分方式不只侷限於數學，進而觸發整起事件。

在思考探究數感盃事件之後，筆者認為這其實是跨領域團隊所帶來的效益，或許上述的會考題目經過物理老師檢視後會有所不同。所以筆者在此也邀請更多數學家能參與類似的跨域活動，轉換一下思想的羅盤，跳脫數學的邏輯框架。舉例而言，在面對數感盃的新詩或專題寫作，數學與文學的跨域對談，絕不能死守數學非黑即白的領域；其中詩詞間的想像、男女之間的愛情或兄弟之間的義氣等，會感動人的，極少是邏輯推理的結論，反而是人與人之間的情義。

在真實的世界中，如果每件事情都能預料，那還會有驚喜嗎？而不在邏輯推理範圍內的，是人性。而唯一看透真相的，不是柯南，是數學。

筆者認為：「如果人們相信數學簡單，那是因為他們已體悟真實世界的複雜。」

（註一） 87% 與 13% 源於網路用語，並非真實數據。

延伸閱讀

〈本文轉載自《科學月刊》2019年7月號〉一個在資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫的科普雜誌。

編按：透過教育，能帶領我們更快的認識世界。但在學校時，卻有好多壓力推拉著我們前進，於是周遭的風景模糊，甚至不知道自己的目的地；直到徬徨地到站，還有些人不知自己身在哪裡、該往哪去。這真的是我們希望的教育嗎？
在108課綱上線之際，本月《科學月刊》的轉載文章正好也與本次泛科學的專題《科學教育科科科》相互呼應。一起來
就來一起聊聊科學教育，和讓我們不能與科學成為朋友的那些事吧。

【特輯】科學教育科科科：為何我們不能是朋友？

莊汶博／臺灣大學農藝系助理教授

今 (2019) 年全臺最火紅的昆蟲議題，絕對非秋行軍蟲 (fall armyworm, FAW) 莫屬了！這個近期飄洋過海來臺灣的外來種，為何會重要到被全民「通緝」？牠的出現，又會對本土農業實務與管理帶來什麼巨大的挑戰？

蟲蟲危機哪裡來？

秋行軍蟲，又名草地貪夜蛾 (Spodoptera frugiperda) ，原分布於美洲大陸，於 2016 年突然入侵非洲奈及利亞，且 2 年內在非洲造成重大的經濟危害，隨後於 2018 年入侵印度。此外，秋行軍蟲除了今年 1 月在中國雲南現身，臺灣苗栗的飛牛牧場也於今年 6 月初發現第一例入侵案件，不到一個月，經全民通報與形態確認後發現破百個案例，現今連日本鹿兒島都能發現秋行軍蟲的蹤跡。

玉米植株上的秋行軍蟲幼蟲。圖/莊汶博攝影

秋行軍蟲的名聲之所以這麼響亮，是因為其幼蟲的寄主範圍廣且主要危害玉米、水稻及十字花科等農藝園藝主要作物，且植物受損的狀況相對其他害蟲來說嚴重許多，這隻蟲幼蟲的危害程度之大，令人感到驚訝。

以玉米為例，在玉米上看到的危害大都會發生在玉米輪生期，秋行軍蟲的幼蟲偏好輪生期的未展開葉，並可從未展開葉一路往下吃到植物頂端的分生組織，造成玉米的產量損失。也因為如此，田間通常可透過玉米危害狀及昆蟲糞便量的觀察，來判斷秋行軍蟲危害的可能性。

為何秋行軍蟲喜好這部份的葉片？首先，輪生期未展開葉的木質素尚未建構完成，因此幼蟲攝食這部份的葉片比較容易消化且可相對得到較多的營養；而輪生期未展開葉的濕度夠，幼蟲躲在這裡比較不會因為溫度太高或是太陽直射造成水分喪失；最後，幼蟲躲在輪生期的未展開葉裡，可以躲避天敵的攻擊。

什麼！原來秋行軍蟲還有分種類喔！

在美洲，秋行軍蟲大多都出現在玉米田，然而該蟲有少部分族群在水稻及小型禾本科植物被發現，進而得知秋行軍蟲有 2 個品系，分別為玉米品系 (corn strain) 及水稻品系 (rice strain) 。

令人頭痛地，這兩品系無法利用外型來區分，目前可辨別的方法，主要是針對品系間的遺傳差異，以分子鑑定來做區分。此外，這兩品系的取食行為及成蟲交尾時間也明顯不同。

然而，現今臺灣的通報案例雖皆在玉米田區發現，但分子鑑定的結果大多為水稻品系，僅有苗栗縣飛牛牧場鑑定結果為玉米品系，相當不尋常。不過，其實品系的不同，並不代表在玉米上取食的一定是玉米品系，反之亦然，牠們只是對寄主植物的喜好程度不同而已。

尤其這一波隨著西南氣流飛往臺灣的秋行軍蟲族群，可能為非洲或是亞洲入侵的少數特殊族群，已經無法利用原本美洲族群的相關研究來判斷其行為。

現今臺灣的通報案例皆在玉米田區發現。圖/PublicDomainPictures@Pixabay

我們與秋行軍蟲的距離

根據研究，利用分子鑑定發現，在非洲危害玉米的秋行軍蟲大多為水稻品系，這表示在非洲的族群對於寄主植物的偏好性已經跟在美洲族群不太一樣。這些灘頭堡的族群可能已改變其取食行為，因此臺灣的相關研究學者需了解這些族群的特性，例如取食行為等。

現階段，大多數的研究都支持遷飛族群主要的寄主植物為玉米，在臺灣也是發現一樣的危害狀況。然而，需要思考的是，倘若當玉米採收後，在田間無玉米植株的狀況下，秋行軍蟲雌蛾會在哪些植物上產卵、替代植物或作物可能會受到哪些危害。

由於秋行軍蟲入侵非洲的時間為 2016 年，也代表著在短短 3 年內，已從非洲入侵到亞洲甚至東北亞，變成全球化的入侵物種，速度超乎眾人想像，也使得聯合國糧農組織 (Food and Agriculture Organization, FAO) 將此蟲列為全球預警的重要農業害蟲。

接下來，秋行軍蟲是否可以在入侵地區繁衍下一代，便成了重要的議題。在臺灣，已知該蟲的遷飛族群成功在此產出下一代的卵，也知道該子代已成功利用寄主植物（玉米）成長並化蛹，更有田間證據表示該族群已成功羽化成蛾。這些新羽化的族群是否能在臺灣建立起族群，為現在學者及政府單位觀察的重點。

草地貪夜蛾成蟲，是夜蛾科夜盜蛾屬的一種蛾。圖/維基百科

此外，倘若秋行軍蟲能在臺灣立足，它的長距離遷徙行為是否會造成在監測管理上的困難？倘若無法立足，在中國的族群是否會如同在北美的遷飛方式（每年從南方遷飛至北方）隨著西南氣流飛抵臺灣？若真如此，臺灣政府部門可能要有相關的配套措施。

現代問題需要現代手段，秋行軍蟲也需要防治手段

殷鑑入侵臺灣的秋行軍蟲為水稻品系，而水稻為臺灣最大的種植面積作物，其是否會受到秋行軍蟲的危害，格外受到重視。

目前為止，臺灣還尚未在水稻上發現秋行軍蟲，筆者也詢問過國際水稻研究院的昆蟲專家相關問題，得到的回應是目前他們也在仔細觀察全世界的水稻是否會受影響，但目前為止並沒有發現這樣的現象。

農業界對於秋行軍蟲的危害有 2 種不同的看法。一方專家認為，秋行軍蟲跟一般廣食性害蟲一樣，可利用現今的害蟲防治管理。

另一方專家則認為，由於秋行軍蟲的寄主植物範圍遠大於現今在臺灣危害的害蟲，再加上其為新興入侵害蟲且有報導指出，秋行軍蟲對部份農藥具有抗藥性，故對於秋行軍蟲的入侵，需有比較謹慎並積極的管理策略。

臺灣還尚未在水稻上發現秋行軍蟲。圖/Crop Science

筆者認為，秋行軍蟲是否可能在臺灣立足尚待觀察，然而對於這種新興入侵昆蟲的可能危害，需要比較謹慎地看待，理由有幾點如下：

第一，輪作制度的優點之一，便是利用種植不同類的作物使田間病蟲的危害無法延續下去；倘若秋行軍蟲能在臺灣立足且其寄主範圍仍跟美洲族群相似，那臺灣現今的輪作制度將受到挑戰。第二，雖然臺灣現今有休耕補助，然而，雜草或綠肥作物可能也會成為秋行軍蟲的寄主植物，故休耕政策可能也需要有討論的必要。

最後，則是有機農業及學校單位食農場域的管理方式──秋行軍蟲在臺灣是否會有天敵尚未了解，但筆者相信一些寄主範圍較廣的天敵昆蟲應該有機會作為防治的方法。

不過，這些天敵及現階段的生物防治資材，如蘇力菌、黑殭菌等，是否能有效管理秋行軍蟲的危害，仍有待觀察。

未雨綢繆總是好，秋行軍蟲別再跑

以上所提出的問題不盡然皆會發生，將有待政府相關單位及大專院校相關老師去做進一步的探討及研究。根據臺灣的防檢疫能力及田間管理能力，筆者相信，秋行軍蟲的危害可能不會像非洲或其他亞洲鄰國這樣的嚴重，然而仍需針對秋行軍蟲有一套害物整合管理 (Integrated Pest Management, IPM) 策略來因應其可能造成的危害。

本文摘自《科學月刊 08 月號/2019 第 596 期：仿物種智慧》，科學月刊社出版。

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文／林俊良│國家太空中心主任與成大航太所博士。曾任助研員、講座教授、系主任、產學營運中心主任及副校長。
方振洲／國家太空中心福爾摩沙七號星系計畫系工經理、系統工程組研究員及國立交通大學光電工程研究所博士。

過去，國家太空中心發射的福爾摩沙衛星三號，曾在 2009 年莫拉克風災前預測其超高降雨量，也準確預測 2012 年侵襲美國的珊迪颶風 (Hurricane Sandy) 的路徑，並協助美國政府進行緊急疏散。

如今，福衛三號計畫的資料已免費公開給超過88個國家近4000個單位使用。而福爾摩沙衛星七號，也於今 (2019) 年成功發射，將擴大改善全球的劇烈天氣預測準確度，成為福衛三號後「2.0 版」的太空溫度計。

發射升空！—臺灣太空新里程

上 (6) 月 25 日，於臺灣時間下午 2 點 30 分，搭載 6 枚褔衛七號的美國 SpaceX 獵鷹重型火箭 (Falcon Heavy) ，偕同此次美國空軍的其他 18 枚衛星，順利於美國甘迺迪太空中心 (Kennedy Space Center, KSC) 發射升空。

發射後 91 分鐘，國家太空中心獲得由獵鷹重型火箭所傳回衛星與火箭分離時刻的狀態向量，隨即進行軌道計算，為後續地面站追蹤衛星的依據，同時將結果傳至位於澳洲的達爾文 (Darwin) 海外站及其他地面站，接收衛星資料。

發射後 165 分鐘，中心先與其中 2 枚成功通聯，後續再與其中的 3 枚完成通聯。最後，於當天臺灣時間下午 8 點 48 分於臺南的歸仁衛星信號接收站聯繫上最後 1 枚。

至此，6 枚衛星全部與地面完成通聯，並停留在離地表約 720 公里的同一個暫駐軌道上，確定第一階段任務成功。

福爾摩沙衛星七號模型。圖／維基百科

褔衛七號計畫是怎麼誕生的呢？

褔衛七號計畫為臺美大型科技合作計畫，雙方於 2010 年完成合作協議簽署，執行單位為臺灣國家實驗研究院國家太空中心 (National Space Organization, NSPO) 與美國商業部國家海洋暨大氣總署 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 。

褔衛七號的任務目標，是由高度 520~550 公里、24 度傾角的軌道上部署的 6 枚衛星組成的星系，建立高可靠度的氣象衛星系統，每日提供南北緯 50 度間約 4000 筆的掩星資料，大幅幫助天氣預報、劇烈天氣預報準確度及電離層太空天氣監測。

福衛七號所肩負的使命

福衛七號的 6 枚衛星，每枚皆裝載全球衛星導航系統無線電訊號接收器 (TriG GNSS Radio occultation System, TGRS) 的主酬載，該儀器可接收全球定位系統 (GPS) 和全球導航衛星系統 (GLONASS) 的無線電掩星 (radio occultation) 信號。

透過掩星訊號接收天線接收訊號，再利用阿貝爾轉換公式 (Abel transformation) 算出折射率，因大氣壓力及溫度與折射率有關，故由該折射率可進一步轉化成氣象預報使用的大氣觀測數值。

一般而言，天氣預報所涵蓋的大氣範圍為對流層，當折射角度越大，代表氣體密度越高，而氣體密度與溫度、溼度和壓力亦有關，後續資料經地面處理和校正後，可推算大氣層及電離層垂直分布結構的詳細資訊。

由於此次任務是 24 度傾角的圓形軌道，收集的資料集中於南北緯 50 度範圍內，有助於臺灣在內的低緯度地區氣象資料預測準確度。

福衛七號有助於臺灣在內的低緯度地區氣象資料預測準確度。圖／Gunter’s Space Page

另外，福衛七號也攜帶 2 個科學酬載儀器，分別是離子速度儀 (ion velocity meter, IVM) 及無線電射頻信標儀 (radio frequency beacon, RFB)，前者可量測電離層的離子密度、速度、溫度與行進角度，評估太空天氣對太空船和通信的影響；後者則可透過地面站接收該射頻信標儀的閃爍訊號，進而獲得區域性電離層異常區的分布。

看看我的發射載具，已經變得這麼厲害了

福衛七號外型為長方體，於單側裝載太陽能板，燃料加注後總重約為 300 公斤，衛星採用鋰離子電池，通訊頻段為 S 頻段，衛星本體裝置 GPS 接收儀以進行導航，設計壽命是 5 年。

而伴隨福衛七號搭載的衛星分屬 15 個計畫，總共 24 枚衛星。全部衛星總重 3.7 公噸，其中福衛七號總重 1.8 公噸，為主要的任務衛星。

發射載具方面， SpaceX 公司所研發製造的獵鷹重型運載火箭，由1枚強化後的獵鷹 9 號為主推進核心，外加 2 枚側掛的側推力器。

除了第一節火箭外皆可回收重複使用，本次發射採用的獵鷹重型運載火箭側推力器，為前次任務所回收的通信衛星再重新填注燃料組合而成。另外，這次採用回收側推力器及夜間發射皆是史無前例的壯舉。

回收側推力器及夜間發射皆是史無前例的壯舉。圖／Joel Kowsky@NASA

別再說天氣預報不准啦！

為了得到均勻分布的觀測資料，各枚衛星設計在 520~550 公里高的 6 個任務軌道執行任務，該操作將在發射後所有衛星完成本體和酬載的健康檢查後陸續進行。

預計在發射後的 19 個月完成星系部署，衛星本身不做軌道轉換時仍會協同暫駐軌道上的其他衛星持續對經過的區域進行氣象觀測。

操控方面，褔衛七號計畫包含衛星發射及初期軌道操作、任務軌道部署控制、在軌任務操作及海外支援地面站指令資料傳輸等。

操控系統包括位於太空中心的衛星操控中心、國內外網路系統及美國所部署於夏威夷等 10 個海外地面站，綿密的網絡系統可在平均 30~45 分鐘內，取得大氣層垂直分布結構的最新觀測資料。包含溫度、濕度、降雨率、太陽活動程度、太陽黑子數、行星際磁場和太陽風密度、太陽風風速及預估地磁對臺灣地區擾動等。

此外，福衛七號所提供的資訊將與其他訊息提供管道進行資料同化 (data assimilation) ，透過數學模型擬合大量的觀測數據，以提供最後的氣象預報結果，未來天氣預報精準度將可提高約 10％。

也許在天氣預報精準度提高10％的未來，我們比較不會遇到被天氣預報騙得淋雨的情況了吧。圖／Genaro Servín@Pexels

福衛七號的資料應用，中央氣象局結合學界建立本地掩星資料應用系統，落實氣象數值模式的應用效益，提升劇烈天氣的預報能力、降低災害預警的不確定性。

舉例而言，將掩星資料與既有觀測資料同化後，對 2009 年莫拉克颱風的歷史資料進行模擬分析，發現颱風行進預測路徑非常接近實際颱風行進路線，顯見掩星技術具體實現後的效果。

福衛七號若成功，氣象資料多更多

目前， 6 枚福衛七號衛星已與臺灣地面站成功通聯，規劃在發射後 1 個月內完成衛星全部功能測試，接著開始衛星軌道調整，由 720 公里的暫駐高度，逐漸下降至 550 公里，每枚衛星包含酬載資料校正需時約 108 天。

此時衛星即可接收全球定位衛星的資料，分析大氣層垂直結構的溫度、氣壓、濕度及電子密度等。

隨後進行資料校正與比對驗證，預計發射後第 7 個月可提供全球氣象界使用大氣量測資料及產品；而發射後第 16 個月則可提供全球氣象界使用福衛七號的電離層量測資料及產品；第 19 個月，6 枚衛星將全部部署到高度 550 公里的任務軌道，自此可提供中低緯度均勻分布的掩星觀測資料，該衛星系任務便正式開展。

本文摘自《科學月刊 08 月號/2019 第 596 期：仿物種智慧》，科學月刊社出版。

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