2025-01-28 22:00:00
本文轉載自顯微觀點
2024 台灣顯微攝影競賽金獎「致命之美：癌細胞的雙面表演」清晰呈現癌細胞分裂前張牙舞爪的瑰麗生命力。作者何俊達身為神經科學領域的博士後研究員，拍攝這張獲獎照片的動機卻是興趣使然。
處在嚴謹專業的學術領域，何俊達不僅把顯微攝影看作必要的研究技術，也是他蒐集奇妙影像、磨鍊美感的方法。何俊達笑說，「細胞愈奇怪，我就愈喜歡。我有一個小資料夾，叫做 Ugly Beautiful Cell，專門放這些奇怪的細胞。」獲得金獎的乳癌細胞影像，就屬於這個珍藏資料夾。
何俊達說，「這張照片其實是無心插柳1，我大概只花了 30 分鐘拍攝。第一眼只覺得『好怪，好漂亮！』後來嘗試不同套色的時候才發現，我拍得滿不錯。」他補充道，雖共軛焦系統得到的螢光訊號一開始僅是單色的，但使用者可自行選擇套色，而顏色的選擇就反映了這個人的色彩美學，還有當下對影像的感受。
1. 金獎作品之細胞材料由Ｄrexel University, the Romano Lab – Olivia El Naggar 提供，作者何俊達鳴謝其協助。
這個資料夾舊名「Unknown Beautiful Cell」（UBC），後來何俊達想到「醜」的台語/閩南語（䆀，bái）諧音像「my」，改名為「Ugly Beautiful Cell」，台英混合就讀做「Bái/My Beautiful Cell」。
拍攝這幅影像時，他直覺「必須省略一些資訊，才能得到最好的畫面。」便取消細胞中心區域將近一半的顯微掃描。因此影像中細胞周邊放射狀的偽足（filopodia）骨架相當清晰立體，但是細胞中心的「屋頂」骨架卻並未呈現，觀眾能直接看穿細胞膜，視野直達癌細胞的生命中心。
這個細胞即將進行分裂，染色質逐漸凝聚成染色體，在核酸染色之下形成諸多鮮明的獨立色塊，而不是螢光均勻的常見細胞核。因為染色質（chromatin）只有在細胞複製期會疊合纏繞成染色體（chromosome），其餘時候四散分布在細胞核內。
何俊達強調，「這個影像是調整染色體疊合比例的成果，透過刻意減少一部分的疊合，反而可以讓不同深度的染色體看來更有稜有角、具立體感。疊加所有的Z軸影像，反而會讓畫面變雜亂」
何俊達的構圖想像力，源自他在大學時期對攝影的愛好。他感嘆，以前經常拍攝自然風景、人物等多樣題材，在博士班期間忙碌到必須擱置相機。「有一天我用著顯微鏡，忽然想到，這樣進行顯微攝影，我其實也是在拍攝風景！」他對攝影的愛好日漸投射到顯微攝影，融入他的科學生涯。
何何俊達與實驗室主持人穆琪教授攝於卓克索大學醫學院藥理與生理學系。 何俊達提供俊達得獎感言：「 感謝顯微觀點給我這個獎項，這個金獎對我而言意義重大。我的科學研究道路並不順遂，跌跌撞撞的也過了 20 年。從微生物學，病理學，到了神經科學，我一直都相信好的結果也必須使用好的呈現方法，不然只是孤芳自賞，所以不曾忘記磨鍊自己的取景視角以及畫面美感。
我發現「美」不必然只與正常的事物有關聯，只要細細地整理觀察，美其實存在於許多小角落中，包含癌細胞之中。最後，雖然無法親自領獎與大家討論細節著實可惜，但希望大家可以享受這個展覽，體會顯微世界的美好。」
在費城卓克索大學進行博士後研究的何俊達，也曾在台灣讀過生物領域的博士班，但他直言，他的顯微攝影技術在美國才得到大幅進展。
技術進步的最大關鍵，是在卓克索大學可以得到「自由使用顯微鏡的時間」。他說，「同仁都很準時下班，因此晚上我可以待在實驗室，自由使用共軛焦顯微系統，得到反覆trial and error的機會。」
例如，不同解析度、對影像反摺積（deconvolution）計算的次數，許多細微的差別只有在分析數據的時候才能發現。
何俊達指出，實驗室主持人穆琪教授（Dr. Olimpia Meucci）也不介意他下班後持續練習使用顯微系統。他說，「這邊的風氣比較寬容，很願意提供試錯的機會。嘗試很久也沒關係，能夠一起檢討、最後產出足夠的成果就好。」
對於晚間繼續操作顯微鏡的辛苦，何俊達笑稱，「一個留學生晚上就算只回家看電視，還是要花電費。我在實驗室用顯微鏡反而省錢。」這些摸索顯微技巧的時光省下多少電費是未知數，但是在後來的研究中大幅提升了影像處理的效率。
顯微攝影技術之外，何俊達也在穆琪指導下得到較多的實驗自由。他在台灣讀博士班時「感覺自己像是教授的手」，雖然看似對實驗方法有選擇空間，但實際上只能採用指導教授偏好的作法。
何俊達提及，他在美國遇到的教授通常不會對實驗方法直接提供選擇，因為許多學生的研究題目因為時代的不同，或許已經有了更新穎的工具可以回答，那他們自己對這些工具沒有使用的實際經驗，「他們會問『你想怎麼做？』然後爬梳這個提案的合理性、可行性，透過實驗設計的邏輯和經驗進行評估。」
他也坦承，在美國的生醫研究資源比較豐富，通常不用擔心經費。即使研究提案包含團隊裡無人熟練的技術，教授也通常樂意協助學生到其他實驗室去學習並合作，或是安排技師前來教學。
2024 年夏天，何俊達終於獲得博士學位。他的研究集中於細胞趨化因子 CXCL12 如何調控神經細胞樹突棘（dendritic spines）生成及活動，並延伸到對腦皮層網絡結構的影響，未來可能成為腦部疾病的新藥物基礎。
樹突棘是神經元樹突上的小凸起，會與其他神經元的軸突末端形成突觸，接收外來訊號，是學習與記憶的基礎神經構造。新的體驗與學習行為，會讓神經元生成新的樹突棘。
何俊達以體外培養的方式純化大鼠腦部皮層的神經細胞，並使用顯微技術成像與量化分析觀察 CXCL12 分子，發現它可以促使樹突棘的新生成、導致樹突棘聚集密度增加，並穩定尚未完全成熟的樹突棘，以吸引更多的突觸蛋白質(synaptic protein)累積於樹突棘，進而得到穩定的突觸結構，鞏固神經之間的連繫。
同時，何俊達也以活體細胞成像方法，使用鼠腦急性切片（acute slice）觀察 CXCL12 的作用。他將實驗鼠大腦取出，迅速在低溫溶液中切片，浸入常溫人工腦脊髓液，以保持腦神經活性，確保在顯微鏡下觀察到腦神經接近活體的狀態。
這項技術對穆琪團隊而言相當新穎，何俊達說，「光是以類腺病毒將綠色螢光蛋白正常表現，且讓螢光能在樹突棘上漂亮表現出來，就花了我一整年的時間，連真正的實驗都還沒開始。」因為腦神經很脆弱，要找到能表現足夠螢光、同時維持神經活性的載體病毒種類、濃度並不容易。
動物自然衰老或因疾病導致的腦部病變過程中，經常觀察到程度不一的樹突棘退化。例如阿茲海默症患者腦部經常出現嚴重的樹突棘減少、分布逐漸稀疏、萎縮等現象。而人類免疫缺乏病毒 （Human Immunodeficiency Virus/HIV）陽性的患者，也有可能會遭遇樹突棘構造退化，並發展出認知衰退障礙症（HIV- Associated Neurocognitive Disorders, HANDs）。
何俊達解釋說，「相對於台灣的肝病比例較美國多，美國則是 HIV 相關的疾病比台灣多上許多。雖然患者現在可以用雞尾酒療法抑制體內病毒的複製，血液中檢驗不出病毒量，但將近一半的患者可能因為潛伏在腦中的 HIV 出現神經發炎反應，導致神經細胞以及其樹突棘的退化，且我們已知這些退化現象與認知衰退有著高度相關性。」
他補充，自第一起美國的 HIV 病患開始（1980 年代），多數患者現在年事已高，臨床上不容易判定是腦部的自然年老衰退，或是 HIV 產生的病毒蛋白、甚至由於雞尾酒藥物本身導致神經元加速退化，但認知衰退是 HIV 患者間亟需正視的臨床現象。
同時，美國 HIV 患者的感染率與藥物濫用的問題有高度相關，鴉片類藥物與 HIV 可能同時對他們的腦部產生傷害。這個集體健康議題備受美國社會重視，穆琪實驗室選擇從藥理、神經生理層面切入研究，因此得到公共經費的充分支持。
何俊達笑稱，他很感謝他太太沒有要他放棄博士班研究。他回憶道，「前年 12 月，我太太來美國找我慶祝聖誕假期，準備一起去德國再度蜜月。我因為實驗進度不夠，還跟她說『我會晚一點回家』，她難以置信我要晾她一人在家。」幸好在聖誕節之前，何俊達順利得到實驗成果。
何俊達能加入資源豐沛、自由度高的科學團隊，並非出自好運或美國遍地都是研究經費，而是經過明確的現實考量。他解釋說，「我知道這個團隊的興趣與我相符，並且實驗室經費資源以及系所資源多元豐富，才做出選擇的。申請的門檻與競爭當然也不容易。」
當年，何俊達決定中斷讀到第五年的本地博士班，轉投海外從頭來過。他笑說，「畢竟前一個博班只讀到一半，所以投了20多家學校，沒有一家要收我。」後來經過朋友介紹，他才知道卓克索大學醫學院重視藥理與生理，畢業校友在生醫業界有一席之地。因此他瞄準了資源充沛、志趣相符的穆琪團隊。
何俊達申請加入穆琪團隊的過程並不簡單，儘管那時何俊達已經在台大的博士班磨練了5 年，他並沒有直接取得博士班的入取許可，反而是先取得了碩士班的機會。他回憶，「為了把握這個機會，我只好貸款在費城讀碩士班。」
兩年後，何俊達與一位實驗室同儕競爭直升博士班的名額，這個轉換學程的考試，要在 3 周內寫 3 份報告，接著會有 3 位教授進行口頭審核。何俊達回想自己能獲得資格的原因，「這個考試看重的並不是答案完全正確，而是能解釋為什麼自己要這麼寫。」
儘管博士班路程比一般人想像的路程更加漫長，剛獲得博士學位不久的何俊達認為，自己比起很多人已經相當幸運。
他坦言，相對於可以快速應用的工程科學，多數生命科學家的研究成果無法在幾年內應用到臨床情境、形成社會貢獻，卻能持續得到公共經費進行研究，其實是幸運又奢侈的職業。
何俊達說，「其實基礎科學家像是被社會寵壞的一群夢想家，社會不問實際回報地支持他們做自己熱愛的夢。我想，社會允許這樣的一群人存在，是因為其中偶爾有一個人會做出改變社會的巨大貢獻。」他補充，「現實一點，也可以看成是對社會進步的保險」
何俊達獲得台灣顯微攝影競賽金獎，除了獎金還包含一台解剖顯微鏡。這台顯微鏡將轉贈給他的姪子。何俊達說，姪子小時候很喜歡昆蟲，負笈海外之後不知道姪子還喜不喜歡觀察昆蟲，但希望這台顯微鏡可以維持他對自然與生物的好奇心。
何俊達分享道，「每個人都該有個不求回饋的興趣，沒人提供報酬也可以得到快樂的興趣，像是攝影和顯微攝影帶給我的滿足。希望這台顯微鏡可以啟發我姪子建立自己的興趣。」
本篇專訪的英文版：“Beauty” Exists Beyond the Norm: An Interview with Chunta Ho
2025-01-27 22:08:17
喜出望外
海中糟粕化為盎然綠意
這個星球現在仰仗光合作用運轉。
──史緹耶可．戈盧比奇（Stjepko Golubic）
四十億年前，地球的陸塊相當單調，黑色、褐色、灰色的岩石上一片荒蕪，火山朝著無氧的大氣噴發毒素，人類乘坐時光機回到那時間點會立刻窒息。當時地球上僅有的生命形態是細菌，以及比英文句號還小得多的單細胞生物。然而若往前快轉幾十億年，來到距今僅三億五千萬年前後，會發現大氣中氧含量接近人類已經習慣了的百分之二十一，這是個很奢華的數字。
那個年代，海洋中滿是巨大生物四處洄游，植物入侵陸地並為人類的演化鋪路。地球從無法居住的荒土蛻變為藍綠色的生命樂園，這麼戲劇性的轉折是什麼力量在背後推動？
種種因素之中有一項特別醒目：直到一九六〇年代人類才開始意識到光合作用的力量不下於各種地質學事件，改造這顆星球的手段神祕且驚奇，非常難以想像。
改造過程中，光合作用或許曾經引發大規模生物滅絕。科學家一度認為其威力能夠與核戰浩劫相提並論，使這顆行星被寒冰覆蓋化作巨型雪球。但同時光合作用又輔助、甚至促成「不可能」的演化捷徑，進而提高生命多樣性，最終使植物甚至人類得以存在。科學家如何研究太古時代的自然變動？而光合作用又如何將地球鬧得天翻地覆？
十九世紀末期，有人找到能夠追溯光合作用悠久歷史的第一條線索。那時候沒有任何證據指向距今大約五億五千萬年的寒武紀之前有生命存在，然而一八八二年冬天美國大峽谷深處名叫查爾斯．沃爾科特（Charles Walcott）的岩石收藏家改變了一切，後來還當上史密森尼學會的主席。
沃爾科特的故鄉是化石天堂紐約州由提卡市（Utica）。小時候他生得瘦瘦高高，喜歡在父母的農場以及附近未來岳父擁有的採石場內找化石，十八歲離開校園之後先去五金行當店員，卻自己閱讀教科書、研究化石並撰寫論文、與著名地質學家通信來維繫心中熱情。他曾經蒐集古代海洋生物三葉蟲的化石標本，品質在全世界而言也是數一數二，後來慷慨出售給了哈佛大學。
沃爾科特的勘探技巧十分高明，也藉此就職於新成立的美國地質調查局。一八八二年十一月，地質調查局局長、同時自己也是探險家的約翰．威斯利．鮑威爾（John Wesley Powell）要求沃爾科特勘測迄今為止無法進入的大峽谷深處。
鮑威爾之前嘗試過，但只能乘坐小木舟趁漂流時稍微觀察最底層岩石，後來他就在偶爾有「刺骨寒霧、雪花飛旋」的地方紮營監督，帶人修建一條從峽谷邊緣延伸到下方三千英尺（約九百一十四公尺）處溫暖地帶的陡峭馬徑，並且讓時年三十三歲的沃爾科特帶著三名工人和足夠支撐三個月的食物、九匹上鞍的騾子沿著那條臨時小徑進入谷底。
「高原之後就會積滿雪，」鮑威爾告訴他：「春天之前你和搬運工無法離開峽谷。希望這段時間裡，你能好好研究地層序列，盡量收集化石。祝好運！」
對沃爾科特而言，這是千載難逢的機會。他已經發現一些已知的最古老化石，例如神似甲殼類但奇形怪狀的三葉蟲。此外，達爾文發表《物種起源》不過四十年前，但因為缺乏最原始的動植物或細菌化石而遭到很多抨擊。批評者仗著沒有化石這點堅稱所有物種都是神造，懷疑論者也要求達爾文證明古代有過更單純的生物，可惜他只能委婉表示若生物體很小就不容易留下化石，希望有朝一日會出現。
沃爾科特深知達爾文的窘境。他沿著陡峭原始小徑下降到幾乎沒有生命跡象的大峽谷谷底，然後用心觀察周遭環境。山谷、懸崖，除了石頭還是石頭，但這一隅紅色天地很得他喜愛，不過同行的化石收集家、廚師和馱獸管理員就未必能夠分享那份悸動了。
他們沿著八百英尺（約兩百四十四公尺）峭壁吃力前行，其中一段就是現在的南科維山徑（NankoweapTrail），一般認為是大峽谷裡最危險的路線，河流地形坡陡水急即使沿岸也難以行走，有時候不得不自己開路以求深入。後來一頭騾子死亡、另外兩頭受傷。旅程中至少一次，沃爾科特筆中的墨水結凍了，但又必須在篝火邊融冰為水給騾子飲用。但最可怕的其實是死寂與孤獨，才三個星期就導致那位化石收集家夥伴憂鬱求去。但沃爾科特不同，能來到谷底他太興奮了，堅持了七十二天才踏上歸途。
有一天他爬上爬下，對部分岩石中層層線條感到好奇，乍看很像切開的包心菜。這些圖案極不尋常，所以沃爾科特認定是生物，後來將其命名為藍綠菌（最初曾視為藻類）。他還聯想到自己在紐約州看過來自寒武紀時期的類似化石，取「隱含生命」的含義命名為隱藻化石（Cryptozoön）。然而大峽谷的情況有點不同，這些化石明顯可見，卻又位於更古老的岩層內，因此歷史比任何其他已發現的化石都久遠。
沃爾科特後來在蒙大拿州等地持續發現同樣古老的隱藻化石，接著其他古生物學家也在前寒武紀岩石內察覺到疑似化石的特殊圖案，種種線索指向最原始生命形式的證據可能保存在寒武紀前的石頭裡。即便如此懷疑論調不斷，尤其某個長期存在爭議的標本被證明了並非化石，而是火山石灰岩經過壓力和高溫形成獨特的礦物沉積。
一九三〇年代，沃爾科特去世的四年後，劍橋大學最具影響力的古植物學家蘇厄德（Albert Charles Seward）決定加入辯論，卻在後來被古生物學家肖普夫（William Schopf）形容是「讓煮熟的鴨子飛了」。蘇厄德在史稱「隱藻化石爭議」的事件中嚴格審視前寒武紀化石證據，得出結論認為這完全是一廂情願，所謂的化石與現存物種之間沒有明顯關係，大型結構並未顯示出由較小細胞組成的特徵。
他主張沃爾科特在隱藻化石找到的環狀圖案可能是海底富含鈣質的淤泥沉積，人類本來就不該期望細菌這樣微小的生物會被保存在化石，最後又語重心長告誡科學家：有些尋找化石的人太過一頭熱，他們宣稱找到特別古老的標本時不能輕信。
地位如此卓著的人物提出警告，導致地質學家不願再從岩石尋找距今約五億年以上的化石，畢竟找到的機率幾乎等於零。久而久之許多人認定了生命在地球上的歷史很短，這顆星球的前面四十億年、其歷史的九成之中根本沒有生命存在。微生物學家史緹耶可．戈盧比奇指出許多科學家以「前寒武紀」一詞指稱生命尚未問世的太古時期，其實這是陷入「現有工具檢測不到就代表不存在」的思考偏誤，將缺乏證據直接視為否定證據了。
時間來到二十年後的一九五〇年代中期，澳洲年輕研究生布萊恩．洛根（Brian Logan）隨地質學教授菲利普．普萊福德（Philip Playford）探索了位置偏遠的鯊魚灣，也就是澳洲西北海岸一片孤立的鹹水潟湖。站在這兒的海灘，淺藍色海水退潮時會露出如夢似幻的奇景：數百顆三英尺（約九十一公分）高的圓柱狀岩石林立，彼此間距很小，彷彿堅硬粗糙如石塊的蘑菇聚集叢生。
兩人詳細調查了這片怪異石陣，然後意識到理解沃爾科特隱藻化石的關鍵。眼前這些不僅是活化石，還能回答一個經典謎語：什麼東西既死又活？石頭表面曾經活著，是藍綠菌累積起來形成網罩般的構造。海水進出時，這層菌網會捕捉沉積物。而藍綠菌死亡後，沉積物固定在原位如海綿狀的石塔，於是又有新的細菌附著其上、形成新的一層網罩。
細菌以同樣方式在太古海洋中創造出沃爾科特的隱藻化石，現在稱為疊層石，語源是希臘文stroma（層）和lithos（岩）。目前只有鯊魚灣等少數幾個地方能找到疊層石，環境對其他多數生物過於鹹澀無法生存。但另一方面，已經化石化的古老疊層石則在世界各地皆有發現。
澳洲地質學家偶然發現還活著的疊層石，同時美國兩位地質學家史坦利．泰勒（Stanley Tyler）和埃爾索．巴洪（Elso Barghoorn）也宣布找到了蘇厄德口中不存在的化石標本，其中微生物有單細胞也有多細胞，藍綠菌絲也包括在內，而且這些化石都有大約二十億年歷史。「許多人很震驚的，」戈盧比奇表示：「原本以為生命在寒武紀才爆發，之前什麼都沒有。寒武紀應該是起點才對。」但現在普遍接受最古老的疊層石化石上微生物活在三十五億年前，依舊是地球誕生的十億年之後。達爾文和沃爾科特應該很欣慰。
哪種細菌造出最古老的疊層石？無法確定是已經會行光合作用的藍綠菌，抑或是它們的祖先。不過藍綠菌至少二十四億年前已經存在於海洋。
——本文摘自《你的身體怎麼來的？從大霹靂到昨日晚餐，解密人體原子的故事》，2025 年 01 月，商周出版，未經同意請勿轉載。
2025-01-25 22:00:00
想知道古地球如何得到水的行星科學家將矛頭指向大泥球。似乎數十億年前曾有彗星雨落下，為我們帶來大量的水。
但，彗星又來自何方？
科學家長期認為彗星誕生於比火星更遠的寒冷區域。一九九〇年代，學者更進一步認定大部分彗星已經被日益成長的行星吸收。然而荷蘭天文學家揚．歐特（Jan Oort）提出不同見解，主張可以有數以兆計的彗星在太陽系邊緣存活，它們距離行星太遠所以沒被重力拉扯，最終圍繞太陽系形成巨大球形外殼，現在將該區域稱為歐特雲。歐特雲的大量彗星可以填滿地球海洋，問題是它們太遠，是地日距離的數千倍，實在不大可能到得了。
於是又有研究者懷疑部分彗星在太陽系較內側存活，或許是土星軌道外，這樣也比歐特雲近了一千倍。然而僅僅停留在臆測，因為想要在那麼遠的地方找到直徑不過數十英里或更小的彗星太困難，大家沒有傻到去做這種嘗試。
唯二例外是年輕的麻省理工學院教授戴夫．朱維特（Dave Jewitt）和他的研究生盧珍（Jane Luu）。裘伊特頭頂高聳，笑容可掬，性格充滿英國式幽默，父母是倫敦的工廠工人和電話操作員。童年時偶然在夜空看見流星勾起他對天文學的迷戀。
一九八五年，他突發奇想將新的數位型光感測器 CCD（譯按：感光耦合元件）連接到望遠鏡，藉此在太陽系遙遠角落尋找彗星這種小天體。朱維特認為我們看不見不代表不存在，但研究需要資金，只可惜多數人都不相信，所以計畫案一次一次被拒絕。三十多年後，回憶起當初遭受的輕蔑他依舊義憤填膺。「最常得到的回答是『無法證明計畫裡的測量實際可行』，」他說：「我的天，這是什麼蠢邏輯？整個計畫的意義就是去做一些以前沒做過的嘗試。就算最後真的不可行又怎麼樣呢，重點不就是得試試看嗎？」批判他的人可能陷入了「現有工具檢測不到就代表不存在」的認知偏誤，習慣性地假設科學家尚未找到就代表目標處什麼也沒有。
朱維特和盧珍拒絕放棄，偷偷從其他研究案借用望遠鏡時間尋找數十億英里外可疑的微小物體。
很長時間毫無收穫。一年又一年，然後四年五年六年。直到一九九二年夏夜，他們在夏威夷大島茂納凱亞天文臺工作。那時候他們心灰意冷，覺得五年多光陰白費了，卻沒想到忽然發現了非常微弱的光點。察覺這個點微微移動時，朱維特還暗忖「不可能是真的」，但它確實存在。兩人找到的天體位於海王星外的軌道，後來進一步證實那邊還有數百萬顆彗星。該區域被命名為古柏帶，淵源是最早提出此概念的荷蘭天文學家30，他在一九五〇年代就探討了這個可能（諷刺的是他本人不相信）。
科學家在古柏帶找到大量彗星，人體內的水看似已經確定來源。地球形成後不久，彗星從古柏帶，或許一部分從更遠的歐特雲抵達，送來覆蓋這顆行星表面的水。彗星堪稱飛行的冰山，攜帶的水量確實足以填滿地球海洋。理論很快得到多數人接納及傳播，謎題終於得到解答。
真的嗎？一九九五年，波瀾再起。亞利桑那州鳳凰城附近一場觀星派對上，輪到混凝土供應公司零件經理湯瑪斯．博普（Thomas Bopp）借用朋友的望遠鏡，他留意到視野角落有個模糊光點。同一天晚上，新墨西哥州克勞德克羅夫特村天文學家艾倫．海爾在家中發現同樣物體。這顆新發現的彗星，是有史以來見過最亮的，命名為稱為海爾─博普彗星。
翌年，戴夫．朱維特隨學者團隊返回茂納凱亞觀測站，這次以強大的電波望遠鏡觀測海爾─博普彗星。他們在海拔一萬四千英尺（約四千兩百六十七公尺）的稀薄空氣中每十三至十六小時輪班一次測量夜間光譜，試圖比較彗星中一種罕見的水形式比例是否與地球海洋相符。
或許有些人還不知道其實水分子有不同形式。大部分水由氫原子組成，核心只有一個質子。但還有別種水存在，由於重量多出一成所以稱為重水，其氫原子是同位素，核心除質子外還包含一個中子。重水很罕見，在地球海洋中每六千四百個水分子只有一個是重水。因此，茂納凱亞團隊準備測量海爾─博普彗星時原本很有信心會找到相同比例的重水，畢竟地球的水應該來自彗星。
然而觀測結果並非如此。海爾─博普彗星重水含量是地球海洋兩倍。這就麻煩了，先前天文學家在哈雷彗星發現類似的高比例重水，當初只視為異常案例，然而後來在百武二號彗星又測量到相同數據。三次觀測結果一致成為難以忽視的證據，顯示彗星並不吻合地球海洋的水分子組成。
「天文學家對海爾─博普的觀測結果作何反應？」我問。
「嚇壞了。」朱維特的意思是指數據背後的涵義：「有點像新時代運動31的意識覺醒之類。」他笑了笑又說：「好像不該說這種話才對。」但顯而易見，學界頗受震撼，一夕間又不能靠融化彗星形成海洋了。雖然惠普爾沒說錯，彗星確實充滿水，但海洋來自太陽系其他地方。具體究竟是哪兒？
朱維特和其他許多學者一樣，注意力轉向飄浮在太空中的巨大岩石，即所謂小行星。
從石頭榨水，乍聽很無稽，但事實上有些岩石確實可以。如果加熱隕石，也就是從小行星落到地球的碎片，困在晶體結構內的水分子就能變成水蒸氣。多年前科學家已經知道小行星含水，這些岩石含水量差異很大。多數靠近太陽形成的小行星幾乎不含水，但在火星之外冰冷區域形成者水分含量則可高達百分之十三。
朱維特等人的想法是：如果撞擊地球的小行星夠大就會帶來豐沛的水。此外，天文學家還知道火星木星之間軌道上有一大群小行星，並將該區域稱為小行星帶。而且，小行星中重水與彗星不同，吻合地球海洋和人體。各種線索指向我們這兒的水應該來自宇宙岩石。
感覺好像結案了，但其實小行星帶距離地球三億英里遠。從那種距離要一桿進洞得有多高明的技術？有足夠數量的小行星算準角度飛向地球以水覆蓋地表，這個現象發生機率有多高？人類又如何進一步理解？
——本文摘自《你的身體怎麼來的？從大霹靂到昨日晚餐，解密人體原子的故事》，2025 年 01 月，商周出版，未經同意請勿轉載。
2025-01-24 13:00:00
「有位五十多歲的患者反覆出現腹瀉與腹痛，曾經在多家醫院接受治療。後來又因為發現直腸腫瘤合併肝轉移，而接受切片檢查。」高雄醫學大學附設中和紀念醫院院長暨大腸直腸外科王照元教授表示，「病理報告顯示，患者的腫瘤是神經內分泌瘤，大家才曉得原來導致反覆腹瀉與腹痛的主因是後腸神經內分泌瘤。」
經過討論後，患者接受了手術治療，後續也使用體抑素類似物（somatostatin analogs, SSA）治療，減少腫瘤分泌相關荷爾蒙，幫助緩解症狀並抑制腫瘤生長。王照元教授說，由此可知神經內分泌瘤的診斷、治療都相當具有挑戰性，往往需要多專科的配合，才能達到較好的治療成效。
神經內分泌瘤（neuroendocrine tumor）是源自各種神經內分泌細胞，很多器官都可能出現神經內分泌瘤。王照元教授解釋，在人類胚胎發育過程中，原始消化管可分成前腸、中腸、後腸，後腸會形成遠端橫結腸、降結腸、乙狀結腸、直腸等，出現在這些部位的神經內分泌瘤稱為「後腸神經內分泌瘤」。
後腸神經內分泌瘤較好發於中老年人，近年來的病例數有逐漸上升的趨勢。在台灣、日本、韓國等亞洲國家，後腸神經內分泌瘤的發生率較高[1]。經由大腸鏡檢查有機會在較早期發現後腸神經內分泌瘤。
神經內分泌瘤可能會分泌多種激素，而造成潰瘍、腹瀉、心悸、暈眩、咳嗽、氣喘、臉潮紅等症狀。不過大部分為非功能性神經內分泌瘤，僅有 10 至 20% 為功能性神經內分泌瘤。王照元教授說，後腸神經內分泌瘤也可能導致疼痛、出血等狀況[2]。
懷疑罹患後腸神經內分泌瘤時，醫師會安排進一步檢查，利用抽血、驗尿檢測腫瘤相關的生物標記，利用切片檢查、特殊染色來確認腫瘤的性質與分級，利用電腦斷層、核磁共振等影響檢查來評估是否有轉移至其他部位。
針對局部或早期腫瘤，建議採取手術治療，切除腫瘤及鄰近淋巴結。王照元教授說，針對晚期或轉移性腫瘤，可能考慮進行減積手術，盡量減少腫瘤體積，幫助減緩症狀，改善生活品質。
在腫瘤無法完全切除的狀況下，一般會搭配藥物治療、放射治療、標靶治療、化學治療等。王照元教授說，藥物治療主要是利用體抑素類似物，體抑素類似物能減少腫瘤分泌相關荷爾蒙，並抑制腫瘤生長，延長無惡化存活期。
傳統體抑素類似物採肌肉注射，每四週注射一次。王照元教授說，目前有新型長效體抑素注射凝膠採深層皮下注射，注射體積很小，僅 0.5 ml，幫助降低注射時的疼痛感，提升患者對治療的耐受度。根據真實世界數據，接受新型長效體抑素注射凝膠治療的患者，穩定治療時間平均比傳統療法長約 10 個月[3]。提高患者的治療順從度，也有助提升治療成效。
接受治療期間，醫師會定期安排檢查以評估治療成效並監測病情進展，患者如果有任何不適，請務必與醫師討論。
後腸神經內分泌瘤的診斷與治療經常會牽涉內科、外科、放射科、病理科等多個科別，因此多專科團隊可以提供較完善的照顧。王照元教授提醒，醫師會根據患者的年齡、合併症及對生活品質的需求，擬定個人化的治療計劃。患者要和醫師密切配合，才能達到較佳的治療成效。
[1] Das S, Dasari A. Epidemiology, Incidence, and Prevalence of Neuroendocrine Neoplasms: Are There Global Differences? Curr Oncol Rep. 2021 Mar 14;23(4):43. doi: 10.1007/s11912-021-01029-7. PMID: 33719003; PMCID: PMC8118193.
[2] Smith JD, Reidy DL, Goodman KA, Shia J, Nash GM. A retrospective review of 126 high-grade neuroendocrine carcinomas of the colon and rectum. Ann Surg Oncol. 2014 Sep;21(9):2956-62. doi: 10.1245/s10434-014-3725-3. Epub 2014 Apr 24. PMID: 24763982; PMCID: PMC4521622.
[3] Harrow B, Fagnani F, Nevoret C, Truong-Thanh XM, de Zélicourt M, de Mestier L. Patterns of Use and Clinical Outcomes with Long-Acting Somatostatin Analogues for Neuroendocrine Tumors: A Nationwide French Retrospective Cohort Study in the Real-Life Setting. Adv Ther. 2022 Apr;39(4):1754-1771. doi: 10.1007/s12325-022-02060-1. Epub 2022 Feb 22. Erratum in: Adv Ther. 2022 Jun;39(6):3059-3060. doi: 10.1007/s12325-022-02127-z. Erratum in: Adv Ther. 2023 Jan;40(1):387-388. doi: 10.1007/s12325-022-02335-7. PMID: 35190997; PMCID: PMC8989892.
2025-01-22 13:45:08
「醫師，我最近做健檢，發現肝指數很高。」體態肥胖的年輕人拿出一疊報告，報告顯示有嚴重脂肪肝。
「根據各種檢查，你的肝指數超標應該與體重過重、脂肪肝有關。」醫師說。
「脂肪肝會怎樣嗎？」年輕人問。
「千萬別小看肥胖對健康的危害！脂肪肝也會造成肝炎，甚至肝癌喔。」
會考慮減重手術的患者大多是考量到健康問題，馬偕紀念醫院減重暨代謝手術管理中心主任何恭誠醫師指出，因為肥胖會造成許多併發症，包括高血壓、高血脂、糖尿病、脂肪肝、高尿酸、心血管疾病、睡眠呼吸中止症、性功能障礙等，也會增加罹患多種癌症的風險。
根據衛生福利部公布之體位定義，18 歲以上成人的 BMI（身體質量指數）達 24 kg/m2 以上為「過重」，BMI 達 27 kg/m2 以上為「輕度肥胖」，BMI 達 30 kg/m2 以上為「中度肥胖」，BMI 達 35 kg/m2 以上為「重度肥胖」。
而醫師會根據患者的狀況進行評估，擬定個人化的減重計畫，包括飲食控制、藥物治療，或減重手術，例如：無痕胃拉提、胃內水球植入、胃繞道手術、胃袖狀切除術等。何恭誠醫師說，如果因為過度肥胖，手術風險較高時，建議採採用階段性進行治療，先採用無痕胃拉提，或胃內水球，幫助降低部分體重，後續再進行傳統減重手術。
根據健保的規定，如果 BMI 達 37.5kg/m2 以上，或 BMI 達 32.5 kg/m2 以上且合併有高危險併發症，例如高血壓、睡眠呼吸中止症、第二型糖尿病（糖化血色素經內科治療後仍大於 7.5%）等，皆是建議考慮接受減重手術的族群。
「無痕胃拉提」即「內視鏡袖狀胃成形術（ESG）」，俗稱「胃鏡縫胃術」，是一種幫助減重的胃鏡技術。馬偕紀念醫院消化科系賴建翰醫師解釋，在患者麻醉的狀態下，醫師利用胃鏡把特殊器械從嘴巴帶入胃裡面，然後用縫線進行縫合，類似縫束口袋，把線拉緊後，就能大幅縮小胃的容量。
接受無痕胃拉提後，患者就會吃得比較少，也不會很快就感到飢餓，平均可以減少體重達15%，如果合併使用減重藥物，可以達到更好的效果。
因內視鏡袖狀胃縫合術不會在肚皮上留下傷口，所以被稱為「無痕」。賴建翰醫師說，無痕胃拉提主要是針對 BMI 介於 27 到 32.5 kg/m2 之間的患者，尤其是還不需要接受外科減重手術但又想有效控制體重的人。不過如果本身有自體免疫或胃部疾病，可能就不適合採用這種方式，需要和醫師評估與討論。」
傳統減重手術（例如胃繞道手術或袖狀胃切除手術）的減重效果較好，但是在面對外科手術時，有不少人會猶豫不決。賴建翰醫師說，相較於傳統減重手術，無痕胃拉提具有幾項優勢。無痕胃拉提不需要切除任何胃部組織，不會改變腸胃的結構，手術風險相對比較低。因為是使用胃鏡操作，體表沒有傷口，恢復期較短，可迅速恢復生活與工作。無痕胃拉提術後也較少出現胃食道逆流、營養不良的狀況。
「跟所有的減重手術一樣，無痕胃拉提術後的照顧相當重要。」賴建翰醫師提醒，「做完無痕胃拉提後的前幾天，可能會有腹痛、噁心，絕大多數在服用藥物後就能改善，僅少數較嚴重的狀況才需要住院治療。另外，術後必須搭配運動及飲食習慣的調整，請依照減重中心團隊的建議進行，才能達到更好的效果。」
積極減重對健康有許多好處，能夠幫助控制糖尿病、高血脂、脂肪肝、高血壓等慢性病，在醫師的指示下，有機會減少藥物的使用。賴建翰醫師說，體重減少後，膝蓋的壓力減輕，活動能力提升，爬樓梯、散步或跑步這些過去覺得困難的活動都會變得輕鬆許多，有助於建立規律運動的習慣。隨著活力與體態的改善，很多患者的自信心明顯提升，還會發現自己更願意參加社交活動或聚會，這些都是心理上的正面改變。
接受無痕胃拉提後，患者會發現吃東西的習慣改變，食量減少也不會很快就感到餓。何恭誠醫師說，只要能與醫師密切配合，大約半年的時間便有機會達到目標體重，也可感覺到整體健康狀況顯著改善！
2025-01-20 22:10:00
世人接受新觀念分為三個階段：
A. 胡說八道
B. 早就有人想過了
C. 我們一直都是這樣想
──佛萊德．霍伊爾，轉述雷蒙．利托頓（Raymond Lyttleton）說法
一九二三年春天，二十一歲、身材高䠷的劍橋大學學生塞西莉亞．佩恩（Cecilia Payne）開始對未來感到惶恐。她熱愛天文學研究，夢想能走上研究道路，長期筆記自己成為科學家之後想研究的課題。但在校最後一年，她意識到面前可能是個死胡同。
那時代的英國，如她這般具備聰明才智的女性充其量只是當上女子學校的教師或校長。「彷彿腳下裂開一條深淵，」後來佩恩在自傳這樣比喻：「對我而言，當女教師是『比死亡還糟糕的命運』。」所幸悲慘命運沒有降臨在她身上，儘管面臨種種困難，佩恩仍舊在科學上做出突破，為二十世紀科學的轉捩點奠定基礎：她發現人體所有元素（除了氫）最初如何形成。
佩恩對科學的興趣萌芽於六歲，那年一顆流星給她留下深刻印象。十歲時，她在天主教學校做實驗測試禱告的力量，為一半考試的成績祈禱、另一半則不做祈禱。事後發現成績沒有差別時，她轉而肯定理性的力量，對科學的興趣於此扎根。至於宗教，佩恩後來相信一位論14。
虔誠女校長對佩恩說學習科學是「糟蹋她的天賦」。學校合唱團指揮古斯塔夫．霍爾斯特（Gustav Holst）雖然當時默默無聞但之後會創作《行星組曲》，他則鼓勵佩恩走音樂這條路。
但佩恩有自己的想法：她拿到劍橋大學獎學金，準備攻讀植物學。然而適逢第一次世界大戰之後物理學風起雲湧的時期，佩恩正好聽了天文學家亞瑟．愛丁頓那場劃時代講座，得知太陽引力場能夠扭曲光線路徑，而且一切符合愛因斯坦的預測。佩恩大受震撼，人生再次拐了個彎。她後來寫道：「我的世界天旋地轉，感覺差點神經休克。」那瞬間她徹底愛上物理學，所以隔天就去「面對校方」，申請從植物學系轉到物理學系。回家以後她幾乎逐字逐句默寫講座內容，為此三天沒怎麼睡。
劍橋卡文迪什實驗室的氣氛像是帶著電。發現電子的湯木生、發明雲室的威爾遜都在這裡，但最耀眼的常駐明星是發現原子核的傳奇人物拉塞福。對佩恩來說美中不足的是拉塞福不喜歡課堂有女性參與。儘管當時年輕女性不再需要年長者時時監護，但仍要求座位與男性分開。因此每次進入講堂，佩恩作為唯一女性必須單獨坐在最前排，而拉塞福更是刻意每堂課都以「各位女士先生」這句話開場。佩恩在自傳中回憶：「男生聽到教授意有所指總是很捧場，歡聲雷動之外還會老派地跺腳，每次上課我都想挖個洞鑽進去。」[38]
她很快投靠愛丁頓。愛丁頓理解她的熱忱，也比拉塞福更加包容，允許她參與研究團隊。同時佩恩還接觸到最新領域量子物理學，帶她入門的正是理論發現者之一尼爾斯．波耳（Niels Bohr）。即便如此，在學最後一年她又發現面前是死路，因為劍橋大學根本不允許女性獲得高等學位。（不授予文憑，也無法獲邀參加畢業典禮。）險阻重重，但她堅持不懈、動用一些關係，終於爭取到哈佛天文臺的女性研究員資格，能在臺長哈洛．沙普利指導下工作。
天文臺位於麻薩諸塞州劍橋市距離校園大約一英里的小山上，特點是願意僱用女性，因為前任臺長愛德華．皮克林（Edward Pickering）發現她們除了勤奮聰明還能大幅降低預算壓力。在一次史無前例的星體清點作業中，皮克林僱用超過八十位女性處理大量圖片，最終數量高達五十萬份。有些人將這群女性稱為「皮克林的計算機」，但更常見的諢名是「皮克林的後宮」。
一開始沙普利也期望佩恩幫忙利用照片來對星體進行分類和編目，但她才第一個獨立研究就急於解決劍橋教授提出的大哉問。當時人類對宇宙的理解有個顯而易見的盲點：星星是由什麼構成的？
科學家已經掌握部分答案。除了拍攝恆星，哈佛天文學家還會記錄玻璃底片上的光譜。光譜提供線索，可以判斷星星含有何種元素。星體發出的光包含各種顏色，但元素周期表中每個元素會吸收一組特定波長。換句話說，飄浮在星體大氣層的元素原子會在星光到達地球前吸收特定波長的光。天文學家觀察星體光譜的水平面會發現波長缺失部分出現細黑線，從這些黑線就能推測出光線被什麼元素吸收了。可以說感光玻璃板留下了指紋光譜、宇宙條碼，結論是星星含有許多地球上能找到的元素，例如鐵、氧、矽、氫。
隨之而來的問題是光譜模式有異常，想要詮釋並不容易。儘管玻璃底片能告訴科學家星星包含什麼元素，卻無法有效判斷各元素的份量。
儘管如此，天文學家卻認為自己已經知道答案是恆星和行星必定由相同物質構成。當時許多人認為行星是另一顆恆星經過時從太陽拉出大團熱氣體之後凝固而成，因此地球與太陽必然成分相近。就連恆星研究龍頭亨利．諾里斯．羅素也信心滿滿，他相信太陽就像地球有個巨大鐵核心，如果將地球地殼加熱到太陽的溫度就會散發出幾乎一模一樣的光譜。
這正是佩恩想研究的問題。她意圖藉由底片確認恆星中各種元素的比例，並提議採納最新的前沿理論：遠在加爾各答的傑出天體物理學家梅納德．薩哈（Meghnad Saha）指出新的量子力學理論中，電子只能在特定軌道圍繞原子核旋轉，能量越高就必須離原子核越遠。據此出發，薩哈認為恆星溫度各有不同，即使原子是相同元素，其中電子也很可能處於不同路徑（若是最高溫的恆星，原子還可能直接失去電子）。這些變化導致相同原子會吸收光線中的不同波長組合，混淆人類對星星光譜的理解。
工程浩大，但佩恩不畏挑戰，將薩哈方程式應用於哈佛的龐大底片館藏。哈佛天文臺也只有她具備足夠的量子理論知識能完成這項工作。[40]
佩恩辦公室位於紅磚大樓三樓，裡頭堆滿了底片。她不舍晝夜努力分析，數萬筆恆星光譜看得人眼花繚亂。底片至今仍保存在同一棟大樓，只是外面護膜泛黃了。曾經接受佩恩指導的天文學家歐文．金杰里奇（Owen Gingerich）拿了一張給我看過，上面的黑色帶狀紋路每條約四分之一英寸寬（約零點六公分），裡頭交織亮度不一的模糊細線，必須拿放大鏡才能判讀。「單純這樣看想必一頭霧水，」金杰里奇解釋：「但其實有一套辨識的系統，只要日復一日觀察就能跟它們變成朋友。」我盯著那些線條直呼不可思議。
天文臺臺長沙普利偶爾在夜裡經過那間辦公室，發現佩恩邊抽菸邊端詳底片，絞盡腦汁在模糊線條裡辨認出模式、與計算結果做對照。她自己也寫下：「我日以繼夜研究，時常處在疲憊崩潰的邊緣。」研究計畫從幾個月延長到將近一年，期間只能以「霧裡看花」形容，但皇天不負苦心人，佩恩運用薩哈方程式之後得到出乎意料的結果。
論文初稿中她大膽宣稱：儘管大家相信恆星與地球成分應該相同，但事實並非如此。恆星中幾乎沒有地球上最常見的元素如鐵、矽、氧、鋁。反之，每顆恆星有百分之九十八是氫和氦，而且太陽的氫比地球多一百萬倍。
太奇怪了，與她在劍橋所學不符，也與老師們對地球形成的理解不一致。「佩恩小姐？你很勇敢」，物理學家艾爾弗雷德．福勒（Alfred Fowler）這樣對她說。沙普利臺長很得意地將佩恩的論文草稿寄給自己以前的指導教授、普林斯頓大學著名天文學家亨利．諾里斯．羅素。
羅素回信以高度讚揚夾帶了強烈警語：他認為佩恩的主張，也就是星星幾乎完全由氫和氦組成，「顯然是不可能的」。否定這種說法的理由很充分，其中之一在於他們為何認為太陽中含有大量的鐵。太陽光譜中代表鐵的線條比其他元素更多，而且許多隕石也由鐵構成、地球的核心同樣充滿鐵。在羅素看來，種種現象指向任何天體都含有大量的鐵。
一邊是研究所學生，另一邊在學界已經聲譽卓著，佩恩自然接受了對方觀點，或者應該說她感覺自己不得不從，回憶時提到：「年輕科學家有沒有前途就看對方一句話。」於是她在論文加上一句前提，表示這部分結論「幾乎肯定不真實」。據佩恩的女兒告訴作家唐納文．摩爾（Donovan Moore），她一生都為這個決定感到遺憾，因為不出幾年量子理論進步了、其他人也透過其他方法得出同樣結論，羅素又回頭肯定了佩恩的發現。
後來很長一段時間裡，大家認為她寫出了天文學史上最傑出的博士論文。著名天文學家愛德溫．哈伯稱她為「哈佛大學最優秀的人（man）」。即便如此，佩恩在哈佛大學內部升遷卻花了很長時間，講座有非常多年沒被列入哈佛的課程目錄。原因出在校長勞倫斯．羅威爾（Lawrence Lowell）強烈排斥女性進入教職一事，還發誓有生之年絕不錄用，所以拖到一九五六年，羅威爾去世非常久以後，佩恩才終於當上教授。
她的發現改變人類對恆星運作的理解。確定恆星主要由氫和氦組成，研究人員得以解決另一個長期未解的謎團：星星以什麼作為燃料？他們發現恆星內部壓力極大，單質子的氫原子融合形成雙質子的氦原子時會釋放能量，太陽就以這種方式產生光和熱。也由於佩恩的貢獻與對恆星的新知識，學界終於有機會揭開重元素誕生的祕密，答案就在星星裡。
——本文摘自《你的身體怎麼來的？從大霹靂到昨日晚餐，解密人體原子的故事》，2025 年 01 月，商周出版，未經同意請勿轉載。
