2015年8月6日

《科學月刊》2015年08月號閱讀意見調查問卷


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《科學月刊》2015年08月號閱讀意見調查 
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2015年8月4日

2015年08月號548期

564 8月科學趣
566 金門潮間帶的海葵
568 紅紫鸚哥魚
570 從網球看科學/蚊子獵食三步驟/臺灣成功建構長絲狀彎曲病毒模型
571 尋獲五夸克粒子!/尖叫聲可怕的祕密/北極熊已無法適應暖化的北極/空氣汙染釀暴雨
572 新視野號掠過冥王星!
574 評論:考題之外,你該知道的事/顧正崙
578 解.數:沙灘球的數學/游森棚
580 理.物:嘈嘈切切的傅立葉/曾耀寰
584 生.動:DNA之外的遺傳密碼/顏賢章
588 變.化:現代武器的基石—炸藥/趙君傑
592 天.地:從太空看地球/劉千義、羅敏輝
596 就是那道光:恆星演化之星口普查/金若蘭
600 1915~2015廣義相對論百年
602 封面故事:愛因斯坦與廣義相對論的誕生/聶斯特、陳江梅
608 封面故事:來自深空的交響詩—重力波/林俊鈺、游輝樟
614 封面故事:時間起源與量子重力/余海禮、許祖斌
620 月魚真的是溫血魚類嗎?/廖德裕、邵奕達
624 萃取古代生物DNA/程樹德
636 書摘:永遠的現在式

高通量表觀基因體定序的新發展

作者/歐陽太閒(就讀美國哥倫比亞大學電機工程研究所博士班,研究領域為系統生物學、高通量定序資料分析與癌症生物標記)

生物體中的核酸序列以及其上的化學修飾儲存著大量資訊,並與各種生命特徵的表現息息相關。但這些序列被緊密地壓縮在細胞之中,我們無從直接測定它們的鹼基順序。直到1977年,桑格(Frederick Sanger)提出鏈終止定序法,我們才開始有系統地測定生物體中的核酸序列。幾十年來,以桑格提出的方法為基礎,定序科技蓬勃發展,尤其近五年新世代定序(next-generation sequencing, NGS)技術的發展更是一日千里。新世代定序的特色是高通量的序列資料生產能力。藉助於大量平行化的霰彈槍式定序(shotgun sequencing),一次流程可以在數天內讀出樣本中數百萬至數十億段長度在數百鹼基以內的序列,以建立全基因DNA 序列圖譜或RNA表現圖譜。

新世代定序技術繁多,但其流程不外乎將基因體片段化,建立基因庫,以聚合酶連鎖反應(PCR)擴充後做定序和資料分析。目前較為成熟的技術有全基因體定序(whole genome sequencing)、外顯子定序(exome-Seq) 與轉錄體(transcriptome)分析有關的RNA定序,以及近兩年相當熱門的高通量單細胞、次細胞(subcellular)定序技術。許多用於表觀基因體學(epigenomics)的非高通量實驗,也藉著新整合新世代定序能以極高的空間解析度定量分析基因組的特性,在短短幾年間,發展到能夠提供全基因體的單鹼基定量資料之程度。

「表觀基因體學」研究的是在不更動DNA序列的情況下,由基因組之上的可遺傳化學修飾與結構,調控細胞中基因表現的機制。在生物學方面,已知部分細胞分化與個體發育的現象,可用表觀基因體學解釋。至於醫學研究方面,由於目前仍有許多疾病,如癌症等,仍無法完全以DNA序列變異解釋其致病機轉,但表觀基因體調控卻可提供可能的解釋,故表觀基因體學被視為相當具有潛力的研究領域。......【更多內容請閱讀科學月刊第548期】

2015年阿貝爾獎桂冠得主—約翰納許

作者/李武炎(曾任教淡江大學數學系,現為《科學月刊》編輯委員)

約翰納許(John Forbes Nash Jr., 1928~2015)
某個程度上,正常思考就是一種對現狀的順從。人們總是想傳達患有精神疾病者煎熬受苦的意象,但其實並沒有那麼單純,我認為精神疾病或瘋狂也可以是一種超脫。

就在幾個月前,今年5月23日,「賽局論」(game theory)大師、也是諾貝爾經濟學獎得主的美國數學家約翰納許與妻子艾莉西亞(Alicia Esther Nash)在美國因車禍雙雙喪命,事實上,納許5月19日剛在挪威奧斯陸領取2015年「阿貝爾獎」(Abel Prize), 他們出席相關活動後,返家途中搭乘了一輛計程車,不幸在新澤西州的快速道路上發生車禍,消息傳來,令人不勝唏噓。

納許的人生故事,尤其是長期掙扎於精神分裂的情節,曾在2001年被改編拍成電影《美麗境界》(A Beautiful Mind)轟動一時,更奪下2002年奧斯卡最佳影片,在片中飾演納許的影星羅素克洛(Russell Crowe)傳神的演技,更是令人印象深刻,真實的人生中,納許在1959年因「思覺失調症」入院接受治療,直到1970年方才出院。

納許本身是一位數學家,他在上個世紀五零年代就已經在數學的研究上作出很多重要的成果,只是外界比較熟悉的反而是他在「賽局論」上的成就,「賽局論」是一個與作決策有關的數學,它最早被應用在經濟學上,變成研究經濟學不可或缺的工具,如今「賽局論」也被廣泛應用於生物學、政治學及控制理論等等的領域。「賽局論」是研究理性決策者之間的衝突與合作所產生的效益的一種數學模式,例子很多,例如打牌、球賽、商務談判等。「賽局論」最有名的問題便是「囚犯困境」的經典例子:警方逮捕甲乙兩名嫌犯,但沒有足夠證據指控兩人有罪,於是警方將嫌疑犯分開隔離囚禁,而且分別向兩人遊說認罪並提供以下的選擇:

(一)若一人認罪並作證指控對方,而對方不招供,則此人將立即獲得釋放,而被指控者將被判刑10年。
(二)若兩人都不招供,則兩人將同樣被判刑半年。
(三)若兩人都認罪並互相檢舉對方,則兩人將同樣被判2年。

囚犯應該選擇那一種策略才對自己最有利?由於兩名囚犯是被隔離監禁,所以不知對方會選擇哪種策略,試想有理性的囚犯會作出何種選擇,若對方沉默,我指控對方,則我將獲釋,所以我會選擇指控對方;若對方指控我,我如果沉默,則我會被判刑10年,所以我也要指控對方才能獲得2年較短的刑期。因此我總是要採取指控對方的策略,結果理性的兩人都選擇相同的策略,也就是指控對方,其結果是兩人皆獲判監2年,這在「賽局論」中就是所謂的「納許均衡」(Nash equilibrium)。這也是納許在1950年獲得美國普林斯頓大學數學博士的論文中一個重要的概念,由於他的研究應用在經濟學上的貢獻,使得他與另外兩位「賽局論」的學者約翰海薩尼(John Harsanyi)與萊因哈德謝爾騰(Reinhard Selten)共同獲頒1994年諾貝爾經濟學獎。......【更多內容請閱讀科學月刊第548期】

萃取古代生物DNA

作者/程樹德(臺大理學士,哈佛大學哲學博士,任教於陽明大學,長久致力於科學及醫療衛生的知識普及)

今年六月首映的美國電影《侏羅紀世界》,由於其在世界各地陸續推出,總票房收入,當月底就已經超過了十億美元,打破很多首映的記錄,該算是既轟動又暢銷了,但就是吸引不了我這位資深青年,其原因何在?首先,我長久以來就厭惡好萊塢影片常見的絢麗、吵雜、誇張、血腥、暴力及政治宣傳,其次,總感覺,與其耽溺於虛幻的世界,真實世界卻更為悲慘、更為奇妙,了解它改造它,都還來不及呢!哪有閒情逸致走入電影院!或許這是我理工男的偏見吧!

但回想過去二十多年所見過寥寥幾部電影,對這系列的首部《侏羅紀公園》卻依然歷歷在目,當時我的研究生們也很瘋迷這片子,把它的廣告海報貼在實驗室各處,而它所以能吸引理工男,就是那絕妙的點子吧!

科幻小說的絕妙安排
想要讓恐龍重現,先要取得它的遺傳物質(即DNA),但DNA在水中,會漸漸水解掉,變成越來越短的聚核苷酸,而恐龍骨頭就是沉積在水底泥沙很久,經過礦化後,所變成的化石,其中的DNA恐怕早就水解完畢了,如何得到長條的DNA呢?這小說《侏羅紀公園》的原作者克萊頓(John Michael Crichton)學識很豐富,知道松樹分泌的樹脂常包裹小動物,如蜜蜂蚊子等,這些松香若掉入水中,日久變成沉積岩,就是珍貴的琥珀化石,在波羅的海沿岸、印度及中美洲的多明尼加等地,常有這種化石被挖出來,並以高價出售給收藏者。

所以哈佛才子克萊頓醞釀了一個點子,侏羅紀的蚊子吸了恐龍血後,立刻就陷入松香池裡,最後變成化石,而恐龍血內的DNA也較完整地被儲存在琥珀內,然後一位研究生取出琥珀中的蚊子腹內完整的恐龍DNA,用它來取代當今爬蟲類(例如大鱷魚)卵內的DNA,由這恐龍遺傳物質,指導鱷魚卵的發育過程,讓恐龍重現於滅絕了六千六百萬年後的今天。

即使用現有的技術,來評估這一九九零年的主意,也覺得這仍然是天方夜譚,例如蚊子體表及腹內,當有許多種細菌,會有水解酵素來降解DNA,已經斷成千千萬萬片段的聚核苷酸,怎樣準確縫合成原貌?而且卵的發育早期,是由母體DNA所編碼製造的蛋白質來指導的,這群鱷魚的蛋白質與恐龍DNA,已分歧演化了至少兩億五千萬年,它們能精確配合,演奏出發育這齣大戲嗎?讓我們想像一下,一位漁獵時代的樂師,懵懵懂懂初次步上當代樂團的指揮台,就能一舉成功地指揮《黃河交響曲》嗎?......【更多內容請閱讀科學月刊第548期】