2007/05/22

從諾貝爾的角度出發,看待「科學研究」

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2007/05/21

酒癮,會遺傳嗎?

 

                                                  2007/05/20 第93期 訂閱╱退訂 看歷史報份

科學頭條新聞 酒癮會遺傳嗎?
發燒新鮮事 來自夏爾村的證據
科學家觀點 No More Tears, Sisters
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酒癮會遺傳嗎?

找出讓酒癮基因,將可對症下藥,並幫助高危險群做出聰明的人生抉擇。

撰文╱能柏格(John I. Nurnberger, Jr.)、彼拉特(Laura Jean Bierut)
翻譯╱潘震澤

長久以來我們就知道,沉溺杯中物的習性具有家族遺傳。對某些人來說,那只不過是給這個複雜習性的昭彰惡名,多添上一筆罷了;但對科學家而言,卻顯示酒癮背後存有某種可以代代相傳的基因組成,讓人容易染上這個毛病。

過去10年來,隨著鑑定及分析基因功能的科技進展,研究人員也越來越能夠掌握像是藥物濫用以及成癮等複雜毛病的生物學根源。他們具備的本事,包括在廣大族群中檢視遺傳的形態,以及調查每個人基因組當中成千上萬個微小變異,因此能夠找出對某人的生理及罹病風險具有或大或小影響力的特定基因。

酒癮與許多其他的人類疾病類似,成因不只一端,自然也不全然由遺傳造成,但基因卻扮演了重要的角色。對於身體與大腦的運作,它們之間以及與個人人生經驗的互動,從而產生了讓人免於或易於上癮的不同作用,基因都有影響。要釐清這些作用是件困難的工作,到目前為止,經鑑定出跟酒癮有關的基因還不滿一打,可確定的是,仍有許多基因有待發現。

這些已知基因的各式變異,對某人是否容易對酒精上癮只有些微的影響力,但由於這些基因變化在人類族群中相當常見,它們還可能影響了飲酒習慣、其他癮頭或不良行為,以及抑鬱與焦慮等毛病。因此,找出參與酒精反應的人類基因,並了解其作用,將使我們更了解許多不同的疾病。如果曉得是哪些生物反應,造成人類對酒精上癮並沉迷其中,也將有助於挑選現有療法及設計新法,以破除這項惡習。

人類變異的線索

人類基因產生了約10萬種不同的蛋白質,每一種不是直接影響了身體與腦子的日常運作,就是調節了其他基因的活性;因此,基因對人體生理的影響,可是巨大無比。在發現了第一個可影響酒精成癮風險的基因之後,基本生理變異與某人是否容易對酒精上癮之間具有強烈相關,就更為清楚了。

數十年前,研究人員著手研究在華人、日本人或其他東亞人士常見的酒後臉紅現象。對飲酒容易臉紅者所做的抽血檢查,發現酒精分解產物「乙醛」的濃度增加了,因而造成了皮膚發熱、心悸及虛弱等不舒服感。到了1980年代,研究人員找到了引起這項反應的禍首,是某個參與酒精代謝反應的酵素:醛脫氫;最終,也發現了攜帶該酵素編碼的基因ALDH1。該酵素的作用是分解乙醛,但在飲酒容易臉紅的人身上,由於該基因DNA編碼的些許變化,使得酵素作用較為緩慢。這些人在飲酒後,會有乙醛在體內堆積;而高濃度的乙醛可能具有毒性。

之後的研究發現,這項ALDH1基因的變異在亞洲人當中相當普遍:44%的日本人、53%的越南人、27%的韓國人、30%的華人(漢人則高達45%)帶有這種變異,然而在歐洲人後裔則屬罕見。可以想見,擁有這種基因變異、造成乙醛代謝緩慢的人,對酒精上癮的風險也較低,可低達1/6,這也是基因變異能讓人免於染上酒癮的例證之一。more

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來自夏爾村的證據
〈魔戒〉裡的哈比人真的存在過嗎?

撰文╱明克爾(JR Minkel)
翻譯╱涂可欣

三年前,考古學家在印尼的弗洛瑞斯島發現了一個頭顱化石,它隸屬於一種體型非常小、綽號為「哈比人」的人族。這項發現立刻引發了激烈的爭議:發現化石的科學家將這一公尺高的人族劃分在另一個存在於1萬2000年前的人類物種之下;但有些科學家認為,他只是患有小頭症(腦無法長大到正常大小的疾病)的現代人種。最新證據支持了新物種學說。美國佛羅里達州立大學的古人類學家,根據九名小頭症患者製作了頭顱模型,他們的結論是,哈比人的頭顱和小頭症模型的尺寸比例並不相符。

這支研究團隊將結果發表在2月13日的《美國國家科學院學報》上。或許更重要的消息是,印尼官員已經重新開啟了發現哈比人的洞穴,和一間位於洞穴下方的新房室,這裡可能還埋藏著新物種。more

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No More Tears, Sisters
烽火中,來自世界各國的科學家,含淚展開科學人權的救援!

撰文╱曾志朗

斯里蘭卡是印度大陸南邊的一個大島,像一顆淚珠似的懸掛在印度洋的最北端。由世界上各國科學院所組成的人權網絡委員會,第一次選擇在這個發展中國家的首府可倫坡舉行第七次檢討會議,會議的主題只有一個:如何以實際行動救援科學人權被剝奪的科學家。

這個會議是由美國國家科學院在1993年號召世界各國的科學院所組成,每兩年開一次檢討會,搜尋並確認世界各地被剝奪人權的科學家之實例,然後根據各國各地的政治與社會文化環境,擬定抗議聲明,發動全世界科學組織一齊連署、發信給違反科學人權政府的政要們(總統、總理、議長、大法官等),並和聯合國的人權組織結合,一齊譴責該事件,並呼籲即時停止該違反人權的各項作為。13年來,這個會議確實成功的解救許多被剝奪人權的科學家,最近的例子是迫使衣索比亞政府釋放多位該國沒有經過合法審判就鋃鐺入獄的經濟學家,他們之所以被捉,只不過因為持有和政府不一樣的經濟理念!

以往這些會議都在已發展國家舉辦,對發展中國家的科學人權常有隔靴搔癢的遺憾,雖然大部份違反人權的事例都發生在發展中國家,但當地科學家對自我權益的認知卻也相對低落,加上寒蟬效應,很多更嚴重的事例就很難找到有效的舉證人士。兩年前的倫敦會議中,決定採取更積極的行動,把會議移到發展中國家舉行,讓當地的科學家有機會感受到全世界科學家對他們的關懷,希望這些科學家關懷人道的理念與成效,能逐漸擴散到最需要被關懷的地方!

我代表台灣中央研究院來到了斯里蘭卡。會議在3月初舉行,就在出發前一個星期,機場附近的空軍基地受到反政府游擊隊塔米爾之虎的自殺攻擊,雖然在兩天的戒嚴之後,機場又開放了,但我一下機,就感到四方行走、全副武裝的軍人目光銳利直盯著來者,讓人心裡發毛。出了機場,斯里蘭卡國家科學院的派車很快把我們幾位同機來的參與者駕上車,並迅速駛離機場,一路往南奔向在可倫坡南端郊區海邊的旅館。人潮、車潮之擁擠,使57公里的路程走了足足四個小時。

天黑漫漫的,我們終於到了開會的地方,登記住宿的沒有效率又佔去了半個小時,旅館入口和四周都有便衣警衛站崗,是保護還是監視?他們倒是很客氣,卻藏不住腰間鼓鼓的騰騰煞氣,令人看了膽顫。這裡就是那個在僧伽羅(Sinhalese)語中意指「光明與富饒土地」的斯里蘭卡、也是那個被稱為「海的天堂」的可倫坡嗎?但一路折騰,我已經疲累不堪,也不管肚子咕嚕叫,找到房號,看到床鋪,倒下來就睡著了,屋外下了一陣又一陣的熱帶雨,劈里啪啦打在窗邊的芭蕉葉上,竟似遠處機關槍聲聲作響,迷糊之中,耳邊依稀有人在對我說:「來對了!早該來的,這才是科學家最該關心的地方!」more  

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2007/05/06

眼睛如何幫腦看?

 

                                                  2007/05/06 第92期 訂閱╱退訂 看歷史報份

科學頭條新聞 眼睛如何幫腦看?
發燒新鮮事 全球暖化到底有多嚴重?
科學家觀點 總編輯的話
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眼睛如何幫腦看?

視網膜處理資訊的能力遠超乎任何想像,竟然能同時上傳十二部不同影片給腦。

撰文╱魏布林(Frank Werblin)、羅斯卡(Botond Roska)
翻譯╱黃榮棋

人們對自己驚人的視覺能力太過習以為常,因此少有人會佇足思考,我們究竟是怎麼看東西的。數十年來,科學家將人類的視覺處理機具比擬成攝影機:眼睛裡的水晶體將入射光聚焦投射到視網膜的感光受器陣列。這些光偵測器神奇地將光子轉變成電訊號,沿著視神經傳送給腦處理。不過,我們兩人與其他人最近的實驗指出,這種比擬並不恰當。實際上,在眼睛的視網膜就已經執行了相當可觀的前處理,然後才將一連串各別的圖像資訊傳送給腦解讀。

這個令人驚訝的結論,來自我們對兔子視網膜的研究(我們的蠑螈實驗也得到類似的結果)。兔子的視網膜與人類很相似,看起來像一小片新月形的腦組織,跑到周邊器官(眼睛)中來直接面對外界。視網膜如何建構它所要呈現的內容呢?這些內容到達腦的視覺中樞時,「看來」會是個什麼樣子?又如何傳達真實世界的浩瀚資訊?這些呈現的內容是否透露什麼意義來幫助腦分析影像?這些不過是本研究才剛開始要回答的一部份重要問題。

總的來說,我們已經在視網膜深處找到了會投射堪稱為「12條影帶」(視覺世界的不同萃取)的特化神經細胞(神經元)。每一條影帶包含影像中某個面向的原始圖像,視網膜隨時會更新並傳送給腦。舉例來說,有一條影帶只會傳送描繪物體邊界的線條細節,另一條影帶只會傳送通常是某特定方向的運動,有些影帶則傳送有關陰影或亮部的資訊,其他影帶所傳遞的內容則難以分類。

每條影帶由視神經裡的專屬神經纖維傳送到腦裡的高級視覺中樞,在那兒進行更精密的訊息處理。(人類的聽覺系統也有類似的架構:每條聽覺神經只攜帶小範圍的音調訊息,再由腦整合。)研究視覺皮質的人指出,運動、顏色、深度與形狀等特性由各個腦區處理,特定腦區的受損會造成某種視覺特性的感覺缺失。但腦還能對這些特性有感覺,一開始還是來自視網膜的影片。

接下來幾頁的圖,將解釋視網膜如何創造超現實影像來告知腦子。我們持續研究,漸漸知道每一條影帶是怎麼做成的,但現在絕對還無法提供完整解釋;這12條影像包含了腦所需要用來闡釋視覺世界的所有訊息,但我們還不明白腦如何將這些資訊整合在一起。有可能影片只是個基本線索,充做某種鷹架,好讓腦建構思想。這個想法類似熟知的「心智之眼」,將小說裡的字詞編織成有意義的故事。

視網膜呈現的內容雖然看似完全捕捉了景象的視覺事實,像是餐桌、瀑布或說話的臉,但似乎還是缺了某些要素。這裡頭沒有任何與感受、態度、材質或景象重點有關的成份存在。也許這些特性多少就存在腦所解讀的影帶中,或者,也許因為我們用的是兔子的視網膜,所以沒找到所有人類視網膜可能會捕捉到的圖像,這種「高解析度」圖像或許能以尚不清楚的方式萃取出諸如感受這種特質。

不過,視網膜呈現的內容無疑形成一種視覺的自然語言,現在了解這種語言是非常重要的,因為世界各地的研究人員都想在視神經前面裝入人工偵測器,以取代視網膜,恢復盲人的視力。這方面的研究是有進展,但結果還很粗糙,所能傳送的訊息還只是模糊的基本圖樣。美國南加州大學杜漢尼眼科研究所已經在進行人體實驗了,韋恩州立大學醫學院也將要展開。這些實驗要達到最終的目標,可能還需要很久的時間。成功與否,在於是否能夠讓腦接收到類似正常視網膜會產生的活性樣式,也就是視覺的自然語言。後續的挑戰是了解如何將每種萃取出來的東西「連接到」恰當的視神經纖維。

要建造有效的義眼裝置,必先詳細了解視網膜裡影像的自然語言。同時,這種了解也能幫助研究人員更清楚眼睛與腦是如何共同看清世界、如何遭受錯覺愚弄、如何追蹤快速移動的物體,以及如何填補電視、電腦或露天電影連續播放的影像之間的空白部份。我們希望對視網膜前處理能力的描述,能讓我們更接近這個目標。more 

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全球暖化到底有多嚴重?
IPCC官方文件可能低估了氣候變遷問題

撰文╱比艾羅(David Biello)
翻譯╱林筱雯

全球氣候變遷的徵兆非常清楚:冰河融化、春天提早來臨、氣溫上升。事實上,過去12年中,有11年的氣溫登上了最熱年份排行榜。今年2月,跨國氣候變遷研究小組(IPCC)的科學家和外交人員在討論之後,發表了大眾期待已久的摘要報告。這份摘要報告認為全球暖化現象「非常顯著」,但卻刪去一篇有關暖化加速的參考文獻。IPCC剔除了引發爭議的內容,更限制資料只能來自期刊論文,結果完成了一份保守的文獻,它有可能低估全球暖化的效應,就跟該小組在2001年發表的報告一樣。

IPCC今年總計會發表四篇報告,由來自154國、超過2000位的科學家合作。已發表的第一份報告只檢驗氣候變遷的科學部份,報告的草稿由科學家撰寫,再由主要撰稿人分出章節,例如氣候變遷的歷史或區域預測等。在草稿階段,政府代表和其他審稿人提出的意見超過三萬則。最後,主要撰稿人和外交官在巴黎齊聚一堂,逐字審閱最後定稿,更改用字(例如用「非常顯著」取代「顯著」),或刪除爭議性的發現。

例如,在沙烏地阿拉伯和中國的反對之下,IPCC報告刪除了這個句子:人類活動對地球熱收支的影響,是太陽活動的五倍。主要撰稿人、英國里茲大學的佛斯特(Piers Forster)說:「比對歷史記錄,太陽現在對地表每平方公尺多輸出0.12瓦特,而人類活動留住的熱,每平方公尺有1.6瓦特。所以,其實影響差異有10倍之多。」

IPCC報告會這麼保守,其實也反應了氣候變遷科學的現況。許多模式採用不同的暖化腳本來預測海平面上升程度,預估結果從18公分到59公分都有。而且,這些模式並未完全把格陵蘭和南極的冰河融化列入計算,這兩個地方的冰都在陸地上,撰寫模式的氣候學家無法把陸冰融化寫成簡單的方程式(例如:多餘的熱量X=融化量Y)。格陵蘭和南極的冰河對海平面的潛在影響,可能比預估的更大。

格陵蘭的冰河正在融化,移動速度也加快了,然而變化卻不是線性的。例如位於格陵蘭東岸的康格隆薩(Kangerdlugssuaq)開始融化之後,冰河的質量降低,就無法推擠冰塊來加快冰塊移入海的速度。另外,根據美國華盛頓大學科學家霍華特(Ian Howat)的研究,冰河融化增加的流量,80%發生在一年之內,隨後冰河又回到平衡狀態。賓州大學的冰河學家艾利(Richard Alley)指出:「冰河正在融化,融化程度隨時間增加,目前冰河並不是海平面上升的主要原因,但它還是十分重要。」事實上,控制格陵蘭冰河的變數很多。艾利說:「我們正試著研究一頭離我們很遙遠、組成又很複雜的巨獸,這絕不是簡單的事。」more

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總編輯的話

撰文╱李家維 《科學人》雜誌總編輯、清華大學生命科學系教授

酒是極好的防腐劑,鳥獸魚蟲泡進70%的酒精溶液就不朽了,它連脆弱的DNA分子都能完整保存,原因是細胞會脫水,而細菌在裡面也活不了。酒又是人間極品,想那酡紅女子的流轉眼波和飽學文士的輕狂詩詞,莫不是這奇妙液體的傑作。

昨天我在中國山西博物院的文物庫房裡,賞玩著剛出土的西周酒爵,精美的工藝和寬大的容量,足證人類酖迷於此由來久矣。晚宴席中,大家一口乾了52度的杏花村汾酒,大讚其醇美。主人不久前訪問過台灣,笑談在台北喝58度金門高粱的豪情,眾人哪有什麼穿腸毒藥的顧慮?

人生多苦,酒能忘憂,原是好事,但不能過量,有了酒癮似乎就和頹唐人生劃上等號。個人的酒量差異實在不小,有人能連碗大口灌,有人卻一沾唇就滿臉紅通通。本期〈酒癮會遺傳嗎?〉中,美國印第安納大學的能柏格和華盛頓大學的彼拉特為我們細說根由。我讀了才知道容易上臉的人是真不舒服,他們體內的乙醛量會過度累積,發熱、心悸和虛弱感讓他們不能享受酒的浪漫,也就遠離了上癮的危險。我喝起酒臉不改色,自恃是好酒量,原來自己竟可能處在危險群中。酒癮是個複雜的疾病,有過半可歸諸於遺傳因子,科學家抽絲剝繭已找到近10個和沉溺杯中物相關的風險基因,這就開啟了預防和治療之道,未來將可對症下藥,幫助高風險群擺脫那可能的宿命。

近幾年,台灣人的快樂指數明顯下降,相伴的是急劇上升的酒癮比例。在〈酒癮不只是遺傳〉一文中,中央研究院的鄭泰安和國家衛生研究院的羅爾維指出,從基因組合來看,漢人喝酒後比較容易臉紅、噁心,因此我們原本應該少有酗酒問題,然而台灣人的酒癮罹患率在過去18年間卻大幅增加,去年我們進口的蘇格蘭威士忌已位居全球第六。兩位作者對這個趨勢的發展相當憂心,尤其是原住民的死亡竟然至少有一半和飲酒相關。

世間萬物只有人類喝酒,因此生命演化不曾、也來不及幫我們解決這問題,在萬靈丹問世前,就只有靠社會規範了。但這又是何其難,東方人喜以指沾酒讓孩童吮,說可練酒量,而美國18歲以下的年輕人不能沾酒,卻可赴戰場殺人。問酒為何物,仍是風雅與墮落的難題。more  

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