科學人雜誌, 三月 | 誠品線上

科學人雜誌, 三月

內容簡介

內容簡介 牽動健康與疾病的凝聚體過去這些不受關注的微小團塊，蘊藏著細胞運作秘密，正在改變疾病治療的研究方式撰文／鮑爾（Philip Ball）繪圖／羅斯（Mark Ross）翻譯／鄧子衿沒有人預料到這些團塊會成為研究焦點。2009年，德國德勒斯登馬克士普朗克分子細胞生物與遺傳研究所的海曼（Anthony A. Hyman）領導的生物物理學家團隊，正在研究一種稱為 P顆粒（P granule）這樣類似團塊的結構，存在於棲息在土壤中微小蠕蟲的單細胞胚胎之中。這種團塊只會聚集在細胞的其中一端，也就是分佈不均勻。因此當細胞分裂時，兩個子細胞不會完全相同，研究團隊想要知道 P顆粒不均勻分佈的成因。他們發現這些由蛋白質和 RNA組成的團塊，會像潮濕空氣中的水滴那樣，在細胞的某一側凝聚，轉瞬間又在另一側消散。換句話說，這種團塊的分子組成物會如同物質在液體和氣體之間的相變（phase transition）那般轉換。在細胞生物學中，這是件相當弔詭的事情。但是一開始許多研究人員認為，這只是有點奇怪而已，並沒有引來太多注意。在那之後，研究人員觀察細胞時，發現那些現在稱為「生物分子凝聚體」（biomolecular condensate）的小團塊幾乎隨處可見，並且執行許多的重要任務。生物學家長期認為，要讓細胞中混亂的分子產生秩序與組織，得倚靠由膜所包裹的分隔構造，稱為胞器，例如粒線體。但是凝聚體不需要膜就能夠平白具有秩序，並做為細胞簡單的通用型組織，能夠隨時開啟或關閉。德國馬廷斯里馬克士普朗克生物化學研究所的舒維爾（Petra Schwille）解釋，這種機制讓許多生命運作所需的程序能夠進行。生物物理學工程師布朗文（Cliff Brangwynne）表示，這些凝聚體在生物界的各個「域」（domain）中都存在，並且「與細胞的每種功能都有關聯」。2009年時，他也是德勒斯登團隊的成員，現在自己在美國普林斯頓大學有一間實驗室。這些凝聚體能在致命的高溫和低溫時保護細胞，還能夠修補 DNA的損傷，並控制 DNA製造出關鍵蛋白質，因此一旦凝聚體發生異常，可能會引發疾病。現在看來，細胞要如何協調數不盡的分子彼此合作，生物分子凝聚體似乎是至要關鍵，它們讓分子組成委員會，做出讓生命續存所需的群體決策。布朗文說：「細胞生物學的終極問題不是哪幾塊拼圖如何拼在一起，而是放眼全局，了解那數十億個分子如何形成動態結構。」⋯

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產品目錄 【關於封面】博物館展示了許多歷史文物，例如圖坦卡門墓室的壁畫，為求妥善保存，近年來採用溫濕度監控設備。這般精心打造的極端乾燥環境，居然變成某些微菌棲息的樂園。許多機構選擇秘而不宣，但人類文明的瑰寶正遭微菌無聲侵蝕。封面設計：李婉琪6 總編輯的話 距離雖近卻如此遙遠——火星採樣的崎嶇路 文／孫維新8 科學人觀點 文／曾志朗專欄「我是企業家，也是科學人」暫停一次10 科學人新聞 野貓何時坐上沙發？｜用叫聲召集敵人的敵人｜視網膜電子紙解析度是手機的50倍｜越殺越多！人魚大戰20年｜名偵探黑猩猩｜織巢蟻的團結，就是力量｜小蜘蛛的巨大化分身20 機器思維 計算機理論科學的奠基者：密爾納 文／林一平21 科學棋談 獨自在世界盡頭打造火箭 文／張瑞棋22 微生物學 乾尬了，博物館有黴有秘密 文／布朗（Elizabeth Anne Brown）38 心理學 身心互連：為何心跳、呼吸能左右你的情緒？ 文／權（Diana Kwon）48 行星科學 火星樣本，可能永遠回不了地球 文／歐凱勒根（Jonathan O’Callaghan）62 保育 瀕危的虎鯨與挽救牠們的科學家 文／哈波（Kelso Harper）78 天文學 宇宙最亮的告別式，揭開宇宙閃光的秘密 文／芬克拜納（Ann Finkbeiner）90 健康 體內的奪命連環鎖，心腎疾病與糖尿病是同一種病？ 文／馬德胡蘇達南（Joyti Madhusoodanan）98 特別企劃 年年相約，就在冬至：最有溫度的科學饗宴 文／張孟媛、邱淑慧108 健康與科學 受傷後就該休息？ 文／丹維斯（Lydia Denworth）110 教養好科學 陪伴孩子，用自己的話說出情緒 文／克萊斯威爾（J. David Creswell）114 不懂就問科學人 一輛25億美元的車，卡在火星沙丘裡怎麼辦？ 講者／嚴正116 知識搖籃 不是殺人鯨，牠們是有文化的海洋公民 文／黃貞祥118 出航吧！探索未知的海 整理／洪志良

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自序 : 距離雖近卻如此遙遠——火星採樣的崎嶇路
從1997年第一代的「旅居者號」，到2004年第二代的「精神號」和「機會號」，到2012年第三代的「好奇號」，再到2021年的「毅力號」，NASA即將碰觸探索火星的聖杯：「火星採樣返回」。但現在看起來可能會功虧一簣，令人慨嘆！
文／孫維新

1997年7月4日中午，我出差回來剛下飛機，就接到了TVBS電視台的電話，邀我當天晚上到電視台上一個「午夜特別節目」。乍聽之下，我腦中浮出了一個圓圈，中間有個「18」再加上個斜槓，後來經過工作人員解釋，才發覺是我自己想太多，當天午夜1點17分（也就是美國東部時間7月4日中午1點17分），美國航太總署（NASA）的「拓荒者號」（Pathfinder）太空船將登陸火星，TVBS覺得這個任務是一個難得的科學傳播機會，就安排了實況轉播，邀我去做科學講解，和節目主播共同主持這個科學盛典。

相比於以前的火星任務，「拓荒者號」有兩個新穎創意，第一是它登陸的方式，以前的做法，是在太空船進入火星大氣時，先張開降落傘初步減速，接近地面時降落傘脫離，同時點燃「逆向火箭」往下噴氣減速，最終緩緩落在火星地表，完成「軟著陸」。但這一次「拓荒者號」降落的方式十分奇葩，竟然使用「氣囊」來「硬著陸」！可能是美國人做汽車安全氣囊做出心得來了，就把24個氣囊繞著太空船綁了個扎實，進入火星大氣時還是先用降落傘減速，但在離地面約300米時，這24個氣囊瞬間充氣，直接對著地面砸下去，彈跳幾次停下來之後，氣囊消氣，露出三角錐形狀的地面站，接著三面邊板緩緩放下，就出現了這個任務的第二個特色：「旅居者號」（Sojourner）探測車！

「旅居者號」是人類第一個設計在地外天體上進行移動研究的探測車，它有六個獨立懸吊的輪子，可以跨越崎嶇不平的地形。但這部車子實在很小，僅30公分高，重量只有10公斤多一點，使用8瓦的電力，但它能經由地面站接收來自地球的指令，在火星表面跨越障礙進行研究！想想我們吹頭髮所使用的吹風機，動輒1500～1800瓦，這部小車子簡直就是節能減碳的冠軍！

這部小車子也曾出現在2015年的電影「火星救援」（Martian）中，故事設定的時間是2035年，麥特戴蒙（Matt Damon）所飾演的太空人馬克，在探索任務中出了意外被單獨留在火星上，為了自救，他駕駛火星車長途跋涉，找到了1997年登陸火星的「拓荒者號」，重新啟動這架老舊的地面站，終於和地球建立了聯繫。有趣的是，他返回自己的基地時，順便也把「旅居者號」這部小車子帶了回來，修好了當寵物養。片中當馬克在基地裡和地球聯繫時，小車子就繞著他的腳邊轉來轉去，雖然只有幾秒鐘的畫面，但知道這部小車子來龍去脈的觀眾，就能欣賞導演暗藏的幽默！

「拓荒者號」地面站的設計壽命為30天，小車子「旅居者號」是7天，但任務在1997年9月27日因為斷訊而結束時，地面站和小車子已經運行了85天！地面站的壽命是原先設計的3倍，而小車子更達到了12倍，這是一個極為成功的任務。在任務結束的記者會上，負責小車子的科學家說：「我相信我的小車子沒有死，它仍然會在每個火星的清晨醒來，環繞著地面站運行，等著地球上的人們告訴它今天要做什麼……。」聽了好像是主人去世，寵物在旁邊徘徊不去的畫面，令人感動！

NASA公佈失聯的原因，是因為電池無法長期承受火星夜晚的低溫，在三個月的充放電後失效，連帶著地面站上的電子儀器和小車子也無法維持運作溫度，所以就斷訊了。但民間的版本不同，說是小車子被火星人開走了！

NASA自此信心滿滿，就在2004年初將兩輛一模一樣的探測車「精神號」（Spirit）和「機會號」（Opportunity）分別降落在火星的不同地點，這第二代的兩輛車子各自重量是180公斤，可就比「旅居者號」大得多了，而且它們不需要地面站做為中繼來傳送地球訊號，自己就具備地面站一切功能，所以可以跑很遠。

2012年8月6日，NASA第三代的探測車「好奇號」（Curiosity）降落火星地表，這輛車比前面兩輛又大了不少，每輛車重900公斤，使用核動力，到現在已經運行了13.5年，仍然生龍活虎。2021年2月18日，第四代探測車「毅力號」（Perseverance）登陸火星，這輛車重1000公斤，和「好奇號」幾乎一般無二，但多了兩個嶄新特色：一個是它能鑽取岩心存入試管等待後續任務帶回地球，另一個特色則是它帶了一架小直升機「機智號」（Ingenuity），可以在比地球大氣稀薄100倍的火星大氣中飛行！

這架小直升機在2021年4月19日首飛成功，原先預計能飛上5次就算成功，最終這架小直升機共飛了72次！創造了人類在地外天體上成功多次飛行的紀錄。大家看到了這個成果，都嘖嘖稱奇，但也不免會問：「在火星上飛無人機有什麼用？難道要給火星人送外賣？」

建立這個技術的目的，是為了要「撿試管」！這一期《科學人》中有一篇文章談的就是「火星採樣取回任務」（Mars Sample Return mission），NASA原先預計下一艘登陸器降落火星，會停在毅力號附近，然後派出小直升機去撿回「毅力號」留在地面上的岩心試管，回來放入登陸器中，登陸器再發射火箭，把這些試管送入火星軌道，對接在軌運行的太空船，轉交樣本試管，這艘太空船再飛回地球。這個規劃聽來十分美好，但本期這篇文章的標題卻是〈火星樣本，可能永遠回不了地球〉！因為下一艘要去取回樣本送返地球的太空船，經費已經被美國政府刪掉了。

認真回看，NASA前面幾個任務的技術累積都是為了最終取回火星上的樣本，這才是我們真正了解這顆紅色行星的關鍵。但行百里者半九十，要取回這些樣本試管現在看來遙遙無期。NASA現在最擔心的，是往後中國登陸火星，會給美國打個電話：「需要我們幫忙把這些試管帶回來嗎？」

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