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621 2021 9 月號

細胞突擊隊:集結! ALERT

利用自體成體細胞, 培養強大細胞軍隊, 對抗難治癒的疾病。

《科學月刊》榮獲 第 43 次中小學生 讀物選介推薦

ENEMY

Watch out!

經典專欄

解開星系謎團

詹姆斯.韋伯望遠鏡即將升空

科學×生物工廠

海洋公民科學家

大量製造蛋白質!

專訪海龜點點名&中華鯨豚協會

用昆蟲作為「生物工廠」

守護海洋生物!

NT$249 ISSN:0250-331X

9

770250

331001

09


Contents p08

封面說說話

封面故事引言

細胞大軍注意! 準備對抗各種疾病!

封面故事 1

p10

林泰元、黃彥華

p26

成為細胞治療整合平台

臺北榮總細胞治療核心實驗室 資料統整|謝育哲

2021 SEPTEMBER

〈T 細胞軍團登場!〉

T 細胞軍團的士官長正在傳授作戰計畫,分析癌細胞的特性及精準辨識。他們做出各種沙盤推 演與強化攻擊的訓練,準備對抗萬惡的癌細胞!

本期主題「細胞治療」,從細胞療法的步驟中,以「教育 T 細胞」的部分作擬人化,結合軍隊 的角色設定,讓畫面增添故事性。使用接近迷彩的配色,使整體更有作戰的氛圍。

細胞治療面面觀 為什麼我們需要細胞治療?

封面故事番外篇

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封面故事 2

p16

從退化性關節炎 看《特管法》的個案審查 張至宏、廖秀蓉

封面故事 4

封面故事 3

p22

臺灣的細胞治療之路 邱士華醫師專訪 採訪撰稿|謝育哲

p28

細胞治療的未來 陳淵銓

SCIENCE MONTHLY Vol. 52 No. 9

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Contents-2

填問卷.拿新書

News Focus

只要於 2021 年 9 月 30 日前,完

 4 經過長久馴化,狗的認知能力近似人類嬰兒?

整填寫讀者問卷調查,就有機

 5 減少電子垃圾 可被水溶解的智慧手錶

會獲得臉譜的新書《我從太空

 6 創作音樂沒靈感? 讓 AI 生成歌詞幫助你!

考古》。

 7 夏季熱浪頻繁來襲,各國城市該如何應對?

問卷內容請至 bit.ly/2XE8ggK 或 掃描 QR code,並詳實填寫,否

顯影 1

34 南洋杉科/植業病

則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2021 年 10 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站

專 欄

38 生生不息:都市裡吹來一股雜草風

(www.scimonth.com.tw)。

   臺灣原生野花草的應用實驗/伍淑惠 44 潛移默化:輪胎耐用的秘密:交聯高分子材料/陳俊太、陳羿帆 48 物換星移:萬眾矚目的詹姆斯.韋伯望遠鏡即將發射升空/歐柏昇 顯影 2

52 探索星霜屢移 金天獎 專題記錄類

精選文章

54 「生物工廠」是什麼?    如何建立一座蟲蟲生物工廠?/林家揚、林鈺淳、吳岳隆、黃榮南 60 如果化學像樂高,你想怎麼創作?/ C 球 顯影 3

64 南方白犀牛與北方白犀牛/游崇瑋

海海人生

66 海洋公民團體海龜點點名專訪    透過海龜向群眾講述美麗海洋的故事/採訪撰稿|曾文宣 72 保育臺灣海域的鯨豚!中華鯨豚協會曾鉦琮秘書長專訪/採訪撰稿|郭毓璞

書 摘

78 《我從太空考古》

2

科學月刊 2021.9

bit.ly/2XE8ggK


臺北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長:劉源俊 董 事:王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉

時序來到了 9 月,夏天已近尾聲,準備迎來的是金風玉露。入秋後天氣變化較大,

曾耀寰 羅時成

除了要注意身體健康之外,COVID-19 疫情在全球各地依舊嚴峻,即使近期臺灣的

秘 書:李金穗 出版者:科學月刊社

疫情狀況稍有好轉,大家還是不能鬆懈。

理事會 理事長:蔡孟利 理 事:曲建仲 于宏燦 朱慶琪 林翰佐 邱韻如 紀延平 曾耀寰 蔡政修

當我們感冒、生病,甚至身體出現狀況時,大部分的情況依舊使用傳統療法。不 過在近十年,利用病患自體細胞進行培養並作為治療手段的「細胞治療」,已在國 內外取得許多臨床試驗的佳績,是未來醫療的一項全新選擇。

執行總監:趙軒翎

《科學月刊》這個月將向讀者介紹這項新興的醫療手段,我們從細胞治療的起源

編輯部 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李志昌 李精益  阮明淑 周鑑恆 林秀玉 

故事說起,娓娓道來「細胞治療」的發展、方法、項目,以及未來的趨勢。由於 衛服部於 2018 年發布《特管法》,開放了 6 項細胞治療的應用,也等於為細胞治 療產業敞開大門,我們也期待這項治療方式能造福更多患者。

林宮玄 邱韻如 金升光  金必耀 門立中 紀延平  范賢娟 倪簡白 高啟明  高憲章 張大釗 張敏娟  陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東  單維彰 景鴻鑫 曾耀寰 

回到日常,在截稿日期前,全國已降至二級警戒,民眾的生活也能稍喘口氣。近 日,許多戶外開放景點逐漸湧現人潮,例如最近週休期間的海邊總是擠滿人群。 但在欣賞海景的你,是否曾留意過臺灣海域周遭的野生動物呢?

程一駿 程樹德 黃正球  黃相輔 楊正澤 葉李華  廖英凱 管永恕 劉宗平  蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家  鄭宇君 鄭運鴻 韓德生  嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平 編輯顧問:王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫

科月與海洋委員會海洋保育署將在接下來幾期雜誌中,透過專訪介紹各個臺灣的 海洋公民科學家與團體。除了認識這些團體對海洋環境的付出外,我們也希望讀 者能更加了解臺灣寶島周邊的海洋生物們,即使不是專業的科學家或研究人員, 身為海島國家公民的我們也能透過各種管道,保護這片美麗的海洋。

周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 孫維新 張 復  張勝祺 陳文屏 陳章波  陳國成 曾惠中 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主  編:謝育哲

主編 謝育哲

編  輯:羅億庭 美術編輯:黃琳琇 業務部 經  理:李金穗 業務助理:廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷:赫偉有限公司

本期為第五十二卷第九期 第 621 期 發行於 2021 年 9 月

地址:106013 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話:(02)2363-4910  傳真:(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址:www.scimonth.com.tw  電郵:scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部,廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有,非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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NEWS FOCUS

創作音樂沒靈感? 讓 AI 生成歌詞幫助你! 對於音樂創作者來說,除了生活經

network)生成出適合當下音樂情境

有使用者表示,即使他們並沒有打算

驗外,「靈光乍現」也是極為重要

的歌詞內容。研究人員表示,該系

為音樂添增歌詞,LyricJam 產 生 的

的創作來源。為了協助他們激發靈

統並不是直接幫創作者寫出歌詞,

文字就像是有位夥伴在一旁,不斷

感,加拿大滑鐵盧大學(University

而是藉由生成隱晦的文字及表達方

鼓勵創作者演奏與創作音樂。

of Waterloo)的自然語言處理實驗

式,給予創作者不同的想法,進而

目前,LyricJam 在今(2021)年 6 月

室( Natural Language Processing

激發出他們的創造力。

於網路釋出,已有超過 1500 位創作

Lab)團隊,開發了一款人工智慧系

舉例來說,音樂創作者若在即興演

者使用,有興趣使用的讀者可參考

統,以即時生成歌詞的方式,幫助

奏的過程中,看到系統提供的文字,

以下網址:https://lyricjam.ai。

創作者製作曲目與歌詞。

他們會立即改變當下演奏的和弦進

團隊製作了一款名為「LyricJam」的

程,創作出以往不曾嘗試過的音樂類

系統,能在作曲者彈奏音樂時,根

型或表達方式,甚至有些創作者會依

據當下演奏音樂使用的樂器、和弦、

照系統生成的文字,檢視自己的創作

節奏等條件,透過神經網路(neural

是否合乎原先預期的效果。此外,也

Olga Vechtomova, Gaurav Sahu and Dhruv Kumar, LyricJam: A system for generating lyrics for live instrumental music, Submitted to arXiv, 2021.

(Photo by Katarina Bubenikova on Unsplash)

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NEWS FOCUS

夏季熱浪頻繁來襲, 各國城市該如何應對? 今(2021)年 6 月 29 日, 遭 熱 浪

人體過熱症狀的辨識與處理能力。

侵 襲 的 北 美 洲 溫 度 再 創 新 高。 位

至於西班牙巴塞隆納則是從建築物

於加拿大西岸卑詩省的村莊利頓

下手,官方提供 75 %的高額補助,

(Lytton)氣溫直逼 50°C,比該國先

大力推廣幾款經過認證的綠化屋頂

前的高溫紀錄還要多將近 5°C,利頓

計畫。

更在隔天被野火波及幾乎全毀。而

除了綠化屋頂,塗上白色油漆、鋪

北美其他城市如溫哥華、波特蘭、

上能反射陽光且不吸熱的材質,也

西雅圖等,則有數百人死於這波為

可以有效降低室內溫度。不過這些

期 3 天的異常高溫。

方法都要實施到一定的規模,才能

隨 著 全 球 持 續 暖 化, 上 述 這 類 異

為城市帶來顯著的成效,因此有賴

常高於該地區平均溫度的極熱現

政府鼓勵與建築工業積極配合,並

象——熱浪(heat wave),出現頻率

且針對城市裡的高熱風險區域加強

與強度更勝以往,而且對城市的威

改善。

脅大過其他區域。專家估計,約有

所謂高熱風險區域,就是缺乏綠地

超過 1300 座城市的居民暴露於高熱

的角落,也通常是經濟弱勢群體的

風險,尤其是巴基斯坦的雅各布阿

居所,因為歷史因素導致當地環境

巴德(Jacobabad)與阿拉伯聯合大

品質低落。此外,亦有研究發現,

公國的拉斯海瑪(Ras Al Khaimah)

美國城市中有色人種的分布跟高熱

兩地,最熱、最潮濕的日子已經超

風險區存在驚人的相關性。因此哥

出人類的忍受極限。

倫比亞的麥德林(Medellín)就特別

面對這項潛在威脅,許多城市當局

針對這些低收入區域加強綠化,在

早已開始準備,例如印度第七大城

種植超過一萬棵樹後,它們也收到

阿 默 達 巴 德(Ahmedabad)在 熱 浪

表面溫度降低 2℃的成果。而法國巴

過後就擬定三項策略:提升民眾對

黎官方的做法,則是建立走道來連

高溫的危機意識,並學習如何自我

結散布在市內各處的「清涼孤島」,

保護;連結氣象預報,在熱浪可能

例如公園、泳池等設施,打造通暢

出現時盡早發出警告;加強醫護對

的清涼網絡來實現新興的概念──

(Photo by Raimond Klavins on Unsplash)

熱公平(heat equity)。 在氣候變遷加劇的現代,接下來我 們要面對的不只有地震、洪水、颱 風等傳統天災,極端天氣如熱浪也 應該被重視並提前部屬、多加防範。 畢竟,連位於中緯度的溫哥華都已 經飆出超過 49 ℃的高溫,臺灣位處 的亞熱帶更沒有置身事外、怠慢輕 忽的本錢。 Cities must protect people from extreme heat, Nature, Vol. 595: 331-332, 2021.

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封面故事

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從退化性關節炎 看《特管法》的個案審查

張至宏 亞東紀念醫院 副院長。

Take Home Message 退化性關節炎是國人常見的骨科疾病之一。由於軟骨細胞無法再生及修復,且軟骨組織的自我修 復能力有限,使得具有再生功能的細胞療法興起。過去細胞治療需進行長時間的人體試驗,自 2018 年起,衛福部擬定《特管法》,讓病患能及早接受相關治療。為了保護病患,並管控細胞 製劑的品質、功效、安全等,主管機關將針對細胞製備場所,進行查核、調閱相關文件、資料、

廖秀蓉 亞東紀念醫院博士 研究員。

紀錄等。此外,因細胞治療的費用昂貴,透過《特管法》將可把關醫療機構執行的細胞療法,將 這些費用送交衛福部審查,避免損害病患的權益。

退化性關節炎(osteoarthritis, OA)是最常見的骨科疾 病之一,國人常因為運動傷害、創傷、過度使用等因素, 使軟骨損傷破壞與發炎,造成漸進性的關節軟骨受損。因 此患者也常會有關節腫脹和疼痛感的困擾,長期影響生活 品質,造成許多家庭沉重的生活及經濟負擔。

根據臺灣衛生福利部(以下簡稱衛福部)統計顯示,退化 性關節炎的發生率會隨著人的年紀增長而增加。在臺灣

65 歲以上的民眾,有將近 80%在生活上受到退化性關節 炎的影響。

為何細胞治療受到高度重視?

目前常見的緩解關節疼痛的療法,包含具有消炎止痛的藥 物治療(類固醇及非類固醇消炎藥物),刺激軟骨細胞產 生醣蛋白的葡萄糖胺(glucosamine),潤滑軟骨表層的 玻尿酸製劑(hyaluronic acid, HA),含有軟骨生長因子 的血小板血漿(platelet rich plasma, PRP)等,以上治 (Photo by Towfiqu barbhuiya on Unsplash)

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療方法雖然適用於輕度軟骨受損及症狀的舒緩,但無法真


封面 故事 二 正修復或再生軟骨。由於這些療法取得便利且價格較親

日接受先進科技的治療。此外,特別辦法處理也可以管束

民,且比較不受法規限制及嚴格監控,民眾可直接前往診

不符合規定或地下細胞治療的亂象,讓醫療院所及品質優

所及一般醫療場所接受治療。

異的細胞製備場所,能進一步形成細胞治療產業鏈。

但因為軟骨細胞無法再生及修復,以及軟骨組織本身無血

2018 年,衛福部發布《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器

管的特性,所以其自我修復能力相當有限,即使是輕微傷

施行或使用管理辦法》修正條文(以下簡稱《特管法》),

害也很有可能導致漸進式的毀壞與退化。因此,至今尚未

目標為提供目前退化性關節炎的兩項先進細胞治療:「自

出現可以治療退化性關節炎的有效療法,這也使得具有再

體脂肪幹細胞」及「自體骨髓幹細胞移植」。《特管法》

生功能的細胞療法逐漸興起。也因為如此,不論是「幹細

開放至今,共有 32 家醫療機構,逾 200 多件申請案,已

胞療法」或是「軟骨細胞療法」,都已經成為臺灣醫界和

獲准 96 件計畫〔註〕。其中最大宗為自體免疫細胞治療,

科學界重點治療及研究之一。

其次為「自體脂肪幹細胞移植」,用於退化性關節炎及膝 關節軟骨缺損。除此之外,惡性腫瘤、皮膚創傷、脊髓損

《特管法》為國民把關

傷等也都包含在細胞療法的適應症中(表一),因此《特

過去細胞治療需要依照醫療法規定才能進行人體試驗。但

管法》推動了臺灣細胞治療前所未有的進展,讓原本只有

是這些試驗過程都需經歷較長時間,為了使細胞治療技術

少數的人體試驗格局,擴大為全臺民眾都有機會接受細胞

可以早日應用於有需要的國人,衛福部不斷修正細胞療法

治療。

的相關規定,將國外已施行、風險性低,或已經在國內實 施人體試驗累積達一定個案數,確認過其安全性且成效可

以上數據統計截至 2021 年 7 月 6 日。

預期的細胞治療項目,擬以特別辦法處理,讓國人可以早

項目

自體CD34+ Selection周邊 血幹細胞治療

自體免疫細胞治療

細胞治療的適應症(更新於2021年2月9日) .慢性缺血性腦中風

適應症

表一

.嚴重下肢缺血症

.血液惡性腫瘤經標準治療無效

.第一至第三期實體癌,經標準治療無效 .實體癌第四期

.慢性或滿6週未癒合的困難傷口 自體脂肪幹細胞治療

.退化性關節炎及膝關節軟骨缺損

.皮膚缺陷:皺紋、凹洞、疤痕的填補及修復

F)

自體軟骨細胞治療

.皮下及軟組織缺損

23R

自體骨髓間質幹細胞治療

.皮膚創傷受損

(1

自體纖維母細胞治療

.占總體表面積20%以上的大面積燒傷

.退化性關節炎及膝關節軟骨缺損 .脊髓損傷

.膝關節軟骨缺損

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臺灣的細胞治療之路 邱士華醫師專訪 Take Home Message 細胞治療是一種從病患身上取出所需的細胞,經培養後再輸回原病患體內的治療方式。衛服部於 2018 年發布《特管法》後,開放 6 項可於醫療院所實施的細胞治療應用。臺北榮總醫學研究部

採訪 撰稿 謝育哲 本刊主編。

部主任邱士華表示,細胞治療可作為新形態的醫療整合平台,為醫療人員開啟了一項新的選擇, 但相關的研究仍有許多挑戰等待克服。過去榮總曾與日本理研針對誘導性多功能幹細胞(iPSCs) 的研究進行合作,目前榮總在 iPSCs 的研究已有許多進展,未來將有機會實施人體試驗,為臺灣 的細胞治療研究邁出重大的一步。

細胞治療是一種從病患身上提取所需的特定細胞,經培養 後再輸回患者體內的治療方式。這種新興療法將有機會治 癒過去無法處理的病症,而臺灣衛生福利部在 2018 年, 發布《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器施行或使用管理辦 法》修正條文(以下簡稱《特管法》)後,讓全民都能接 受細胞治療。

而《科學月刊》本次走訪臺北榮民總醫院(以下簡稱北 榮),專訪了醫學研究部部主任邱士華醫師,談論臺灣在 細胞治療領域有哪些突破及挑戰。

臺灣細胞治療現況

舉凡修復細胞、腫瘤疾病、退化型疾病,或是組織受損壞 死等問題,都可以透過細胞治療的方式,盡可能重建並修 復受損的人體組織,恢復其原先功能。近 10 多年來的各 項重要臨床試驗,使得細胞療法在醫學應用領域佔一席之 地,能成為傳統小分子藥物、蛋白質藥物、手術、放療、 化療、免疫療法等治療方式之外,醫療人員與患者的一種 (Photo by CDC on Unsplash)

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新選擇。

(Photo by Annie Spratt on Unsplash)

封面故事


封面 故事 三

不過,邱士華提到,細胞治療仍有許多努力的空間。舉例

於癌症、急性淋巴性白血病、慢性淋巴性白血病等都有不

來說,細胞治療常需要大量培養細胞,這些從病患身上取

錯的治療效果,是目前細胞治療產業界最看好的領域。

出的細胞,每一批的種類、狀況都有所不同,但若要作為 治療之用,必須要求品質穩定。因此,如何建置合乎「良

此外,細胞治療可視作為一個新形態的醫療整合平台,包

好作業規範」(Good Manufacturing Practice, GMP)

含基因治療、幹細胞結合複合性材料等。邱士華認為,作

的實驗環境,讓細胞培養的過程,能夠像是製造藥物一樣

為整合各項醫療項目的細胞治療,未來將能針對處理特定

維持相當的品質,成為學界與業界需要共同努力克服的難

的疾病,或是各種病因,甚至是不同病患個體,例如癌症

題。在這個前提之下,我們才能進一步去思考如何增加細

與遺傳性疾病等。

胞治療的項目,以及挑戰引入新的治療概念等。

現階段的細胞治療,通常會進行複合性、多功能、多角

《特管法》帶來的革新與變化

以日本的經驗為例,研發一項新藥時必須經過三階段的臨

度 的 整 合 性 應 用。 以 嵌 合 抗 原 受 體 T 細 胞( chimeric

床試驗,等到驗證該藥物的療效後,才能實際投入市場使

antigen receptor-T cell, CAR-T)為例,CAR-T 細胞是

用。但對細胞治療來說,第三階段臨床試驗必須進行大量

一種將細胞產物結合基因改造的技術,而 CAR-T 細胞對

製造,這是目前細胞治療所面臨的困境。因此,日本以有

臺北榮民總醫院醫學研究部主任邱士華。(謝育哲拍攝)

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顯 影

南洋杉科 圖.文/植業病 @ plantsholic

    (Facebook 粉絲專頁) 掃描 QR code, 追蹤植業病吧!

裸子植物的介紹進入尾聲囉,沒有跟上的讀者可以回顧 《科學月刊》第 612 ~ 620 期。最後我們要來介紹的 是南洋杉科(Araucariaceae),它與其他科的最大區別 特徵在於其珠鱗和苞鱗為部分或完全癒合,而每個種毬 皆由非常多的種鱗組成,通常都超過 50 個。南洋杉科 植物的原生地僅分布在南半球,現今只有 3 個屬,分 別是南洋杉屬(Araucaria)、貝殼杉屬(Agathis)、 瓦 勒 邁 屬(Wollemia), 雖 然 臺 灣 不 產 此 科 植 物, 但 仍有栽培,尤其以南洋杉屬的小葉南洋杉(Araucaria

columnaris)最為常見。 小葉南洋杉在行道樹、校園或公園都很容易見到,每個 都長得非常高聳,搖搖欲墜的感覺,但其實它們的樹性 非常強健,病蟲害又少,是常被做為防風林的樹種。 有另一個和小葉南洋杉相似的樹種,名為肯氏南洋杉 (Araucaria cunninghamii),兩者主要差異在於小葉南 洋杉的枝條平展,葉柔軟不刺手,而肯氏南洋杉枝條較 為上舉,葉堅硬且刺手。

小葉南洋杉

小葉南洋杉的植株高聳入天

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顯 影

小葉南洋杉的種鱗

(Background vector created by freepik)

小葉南洋杉的枝條平展

小葉南洋杉的葉先端鈍

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專欄文章

都市裡吹來一股雜草風 臺灣原生野花草的應用實驗

伍淑惠 林業試驗所助理研究員,中山 大學生物學研究所博士候選人。 從事植物園經營管理工作,亦

圖一:台北植物園的野花園以多樣性及微棲地生態分區

長期進行墾丁高位珊瑚礁森林

為特色,呈現臺灣亞熱帶特色的原生野花草。

生態系長期動態監測、植物種 子生態相關研究。 (本篇照片皆由作者提供)

Take Home Message

今(2021)年的冬天比往年來得冷,年初迎來盛開的櫻

今年台北植物園新增了一個名為「野花園」的小

鵑花、風鈴木、花旗木、油桐花等花海景色,繽紛的春

為主角的公共花園。野花園裡有臺灣北部平野常

疫情日趨嚴重之下,賞花出遊的愉快情景讓臺灣在世界

型植物展示區,也是臺灣第一個以「原生植物」

天令人目不暇給。在 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)

見的物種,甚至是臺北都會區人行道旁就能看見

上顯得更為特別。

微環境類型,供以不同需求的植物。不同於單一

你喜歡花海嗎?但其實這些顏色鮮艷、大色塊交錯的花毯

主角。從枝葉繁盛到枯黃,讓人能從植物的生命

節性的裝飾品,它們在栽種完成時是最好的狀態,接下來

的種類,更區分出喜陽、耐陰、中性等三種不同

花海,野花園中的植物多樣性高,每種植物都是 變化中,感受到季節更替。

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花潮,以及輪番上陣的紫藤、木棉、鬱金香、薰衣草、杜

科學月刊 2021.9

卻是個幻影。那些被臨時栽種在河濱綠地的草花,只是季

就是開始倒數這些植物走向死亡的日子。而更為殘酷的事 實是,這些草花如同用過即丟的一次性商品,兩個月後終


生生不息

共花園(圖一)。野花園之所以稱為「野」有幾個意義:

第一、使用臺灣北部平野常見的物種,有些甚至在臺北 都會區人行道旁就能看見,在野花園裡 70 餘種植 物的種源,都來自野生環境。 第二、基於觀察植物在野外的天然生育地,安排以其適 合的光照強度進行分類栽植,以喜陽、耐陰、中 性,區分出三種不同微環境類型。 第三、植栽配置上師法自然,模仿植物在野地裡自然的 群聚錯落,再輔以景觀美學的專業調整和嘗試。

在野花園裡,有你我熟悉「鼠麴粿」食材原料使用的鼠 麴草,端午節高掛於家門避邪的艾草。而春天在公園草 坪上迎風搖曳的佛氏通泉草、民間中草藥常用的小金英 (兔仔菜)、雞角刺(南國小薊)、臺灣蒲公英,青草 茶配方要角又有「恰查某」之稱的原生種鬼針草,以及 過去丘陵平野常見,但因為過度採集或棲地破壞而幾近 消失的 20 餘種瀕危植物,都可以在野花園裡看到。

Biology

不同於單一的花海,野花園中的植物多樣性高,沒有最佳

主角,因為每種植物都是主角,它們有各自閃亮的季節, 無論繁盛或枯黃,逐次更替,藉由植物個別的生命變化讓 人感受季節尺度上的遞嬗。雖然野花園並不特別吸引眾人 將成為一堆垃圾,再過幾天又會有另一些「新人」補上。

注目,但在形式或感知上,卻能提供多樣性、變動性、演

替性、實驗性的新視野與觀賞角度,透過重複的造訪,無 人人都喜歡美麗的事物,在自然的事物中,除了日月星

論天氣是晴朗、下雨、清晨、黃昏,總能有新的發現與感

辰、風雨之外,花朵、植物是我們最容易接近的。花無

受,甚至隔年又會再以新的姿態原地呈現。

處不在,而「花」在自然法則中,用以養活野生動物及 人類,但對於習慣從便利商店和餐廳獲取食物,而不是

原生植物是主角

在野地裡採集的現代人來說,其實我們很難意識到——花

原生植物是野花園的主角,在形貌上更接近野地草原的

朵的用處不僅僅只是用來取悅人們。

景緻,也盡量減少管理作為,花開時得以欣賞,而果熟、 落葉、殘籽枯枝也會保留下來,希望呈現植物在不同生

城市中的野花園

活史階段的樣貌(圖二)。植物間的競爭與消長,是花

今年 2 月,台北植物園新增了一個名為「野花園」的小型

園裡連續且從不停止的節奏,不鋤草、少澆水、不施肥

植物展示區,這是臺灣第一個以「原生植物」為主角的公

並移除入侵性外來種,以低干預的方式為管理原則。

SCIENCE MONTHLY Vol. 52 No. 9

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專欄文章

輪胎耐用的秘密: 交聯高分子材料

陳俊太 陽明交通大學應用化學系教 授,研究之餘也熱愛冥想、 腹語、講脫口秀。

陳羿帆 陽明交通大學應用化學系博 士班學生,在實驗室裡與瓶 瓶罐罐打滾,同時也喜歡科 學教育。

Take Home Message 輪胎的主要材料為硫化橡膠,是美國發明家固特異在一次實驗中,意外將混有鉛、硫、橡膠的混合物潑灑到旁 邊的小火爐上,再經過火爐加熱製備出的產物。一般橡膠的結構為聚異戊二烯,其高分子主鏈上有很多雙鍵, 當硫被加入之後,硫與硫的分子就可以打斷雙鍵,並將不同的高分子鏈鍵結起來,形成一種化學性交聯。當材 料交聯起來後,橡膠即使經過長時間與較大的外力作用,變形後也依然可以恢復原來形狀,做成各種物品。

炎炎夏日,大家都知道盡量不要將塑膠類製品放在車子

雖然當時已經可以簡單使用這些天然橡膠,但卻一直無法

裡,以免在車內溫度隨著陽光曝曬不斷上升時,塑膠容易

廣泛應用於工業產品上,直到美國發明家固特異(Charles

軟化或變形。但一樣是在高溫下,為什麼同為塑膠產品的

Goodyear,圖二)開發出的新技術才有了重要突破。固

輪胎卻不會變形呢?其實這和輪胎的原料有關,而製作輪

特異當時對「橡膠」這種材料非常感興趣,也覺得它具

胎的主要材料則是硫化橡膠,不知道大家知不知道硫化橡

有很大的發展性。但天然橡膠的品質不夠穩定,不僅一

膠是如何被發明出來的呢?這其實是一個意外的發現!

加熱就會軟化,溫度低時又會變硬而失去彈性;最重要 的是,在長時間與較大外力的作用下,天然橡膠就會變

橡膠的發現─哥倫布的冒險

形而無法恢復原來的形狀。因此他不斷嘗試各種方法,

橡膠的由來可以追溯到地理大發現的年代。15 世紀時,

希望能夠改善這些天然橡膠的缺點,並創造出耐寒、耐

哥倫布(Christopher Columbus)第二次前往美洲新大

熱,且不容易變形的橡膠。

陸,意外發現當地原住民進行的娛樂活動中,會用到一種

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具有彈性的橡膠球。後來他們發現,這些具有彈性的橡膠

意外發現的硫化橡膠

球是由當地橡膠樹的汁液所做成的。當他們用刀子割開橡

秉持著改善材料特性的目標,固特異嘗試將不同物質加

膠樹皮後,橡膠樹就會流出一些白色汁液,只要將這些汁

入天然橡膠內,像是含有硫或鉛等不同材料,但依舊遲

液曬乾後就可以製成富含彈性的橡膠球(圖一)。

遲沒能得到預期的效果。直到 1844 年,有一天他不小心

科學月刊 2021.9


潛移默化 讓我們先回顧一下哥倫布當年看到的那個橡膠球。一 開始他所看到的這顆橡膠球其實是一種聚異戊二烯 (polyisoprene)的天然高分子材料,因為具有較大的 分子量,即使沒有添加化學性的交聯劑,還是能具有類 似交聯結構的物理特性。但因為缺乏真正的化學性交聯 (chemical cross-linking)結構,所以在長時間的外力 作用下,可能就無法恢復原來的形狀。

而固特異的實驗卻意外地改善了這個缺點!當天然橡膠與 硫經過加熱後,分子鏈就會交聯起來,此過程稱為硫化 (vulcanization,圖三)。而一般橡膠的結構聚異戊二

Chemistry

圖二:1844 年,固特異在研究如何

改善天然橡膠材料特性時,不小心將 樣品打翻,把混有鉛、硫、橡膠的混 合物潑灑出來,剛好旁邊有個小火 爐,由於火爐的加熱效果,意外製備

出了硫化橡膠。(Southworth & Hawes, public domain, Wikimedia Commons)

圖一:圖為橡膠樹流出的白色汁液。當我們以刀子割開橡膠樹皮 後,橡膠樹就會流出一些白色液體,將這些汁液曬乾後就能製成 有彈性的橡膠球。(PRA, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons)

圖三

將樣品打翻,把混有鉛、硫、橡膠的混合物潑灑出來,

天然橡膠的硫化過程

剛好旁邊有個小火爐,由於火爐的加熱效果,意外製備 出了硫化橡膠。而固特異的此項發現,其實並不只是單 純物質混合就能達到的效果,而是和橡膠的分子結構被 交聯與固化有關。

橡膠分子其實是一種十分常見的高分子材料。高分子 (macromolecule)又可以稱為大分子,基本上就是指分 子量很大的長鏈分子。一般來說,只要其分子量大於 1 萬

一般橡膠結構的高分子主鏈上有很多雙鍵,加入

以上,我們就可以稱它為高分子。而高分子的合成,就是

硫之後,硫與硫的分子就可以把雙鍵打斷,並將

把簡單的、重複的小分子單體(monomer),以共價鍵

不同的高分子鏈鍵結起來,此過程稱為硫化,是

(covalent bond)聚合起來。也因為它是利用聚合反應

一種化學性交聯。

而合成的,所以高分子也被稱為「聚合物」(polymer)。

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金天獎

專 題 記 錄 類

專題記錄類 一等獎

在四季交替, 歲、月循環裡,緣起不滅 陳芸雅∕高雄市立前鎮高級中學。

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Astro-Photography Award

探索星霜屢移 金天獎(Astro-Photography Award),為一年一度由高雄市立前鎮高中主辦的南區天 文攝影比賽。起源於 2014 年前鎮高中的校內天文攝影師生聯賽,自 2017 年起開放 全高雄市高中職進行競賽,而今(2021)年首次擴大為臺南、高雄、屏東等縣市高 中職生的南區競賽。競賽組別分為固定攝影類、追蹤攝影類、專題記錄類,以下為

金天獎粉絲專頁

今年度專題記錄類得獎作品。

專 題 記 錄 類

專題記錄類 二等獎

相遇與離別 余祥齊∕高雄市立前鎮高級中學。

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精選 文章

「生物工廠」是什麼? 如何建立一座蟲蟲生物工廠? 嚴寒的冬季往往是許多病毒歡樂肆虐的嘉年華,狡猾的它們趁著天 氣寒冷、人們免疫力下降時趁虛而入,並在人體內引起如發燒、咳 嗽、流鼻水等症狀。為了避免這樣的情況發生,許多人選擇施打疫 林家揚

臺大昆蟲

學系碩士生。

林鈺淳

臺大昆蟲

學系博士生。

苗以抵抗這些病毒,但是我們該如何快速生產這麼多疫苗來供應所 有需求?

傳統疫苗大多由蛋白質組成,而且需求量極高。因此需要一個能夠 大規模生產、效率夠高,同時成本較低的蛋白質生產模式,而此生 產模式也可以應用在其他和蛋白質相關的產品上,例如蛋白質藥物 吳岳隆

臺大昆蟲

學系副教授。

黃榮南

臺大昆蟲

或保養品等,不過有哪種生產模式能符合這麼多要求呢?

學系教授。

哪些方法能製造出想要的蛋白質?

Take Home Message

你第一個想到的也許是基因改造生物(genetically modified organism,

GMO,簡稱基改生物),只要靠著修改生物的基因序列,便能替我

為了大規模生產出我們想要的蛋白質,以製

們生產出需要的蛋白質。雖然這是一種可行的方式,不過以大規模

造出疫苗、蛋白質藥物、保養品等產品,目

生產的角度來說卻不可行,因為創造基改生物並非一朝一夕就能達

前已有許多方式能進行蛋白質表現。而昆蟲 表現系統在細胞培養的成本低,且其蛋白質 轉譯後修飾系統和真核生物比較接近,使其 具有生產上的優勢,但它還是難以供應大量

成,從完整的生物個體層級來看也是非常困難的事情,更牽涉到生物 體內各式各樣的生物系統。也許我們修改的基因會對生物造成負面 影響;又或是修改的基因序列表現量不佳,無法工業化大規模生產,

市場需求。若能直接把昆蟲當作生產蛋白質

這些潛在因素都可能使得修改基因序列難以成功且無法預測。此外,

的工廠,利用病毒感染蟲體後,再從蟲體的

創造基改生物的成本高昂,以表現特定蛋白質來說,投資基改生物

體液中回收蛋白質,便能提高產量、降低生

所需的時間和成本並不符合效益。

產成本,而這也是所謂「生物工廠」的概念。

隨著科技進步,我們目前已經有更多選擇能進行蛋白質表現,包括大

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精選 文章

腸桿菌表現系統、酵母菌表現系統、昆蟲表現系統、哺乳

蛋白質,便會有一定的困難度,更不用說哺乳動物系統不

動物表現系統等(圖一)。由於真核生物(eukaryote)

管是在細胞層級,還是生物個體等,大多都有法規上的問

和原核生物(prokaryote)的蛋白質轉譯後修飾(post-

題,這些因素造就昆蟲表現系統在生產上的優勢。

translational modification)有所差異,因此大部分會將 大腸桿菌和酵母菌的表現系統,應用在原核生物的蛋白質

用「病毒」製造出我們要的蛋白質吧!

表現;而昆蟲和哺乳動物的表現系統,則應用在真核生物

既然如此,究竟要如何利用昆蟲來大量製造特定的蛋白質

的蛋白質表現。雖然酵母菌是真核生物,但因為其蛋白質

呢?答案其實很簡單,就是「病毒」。

轉譯後修飾系統和原核生物比較接近,所以大多還是使用 在原核生物的蛋白質表現,那麼我們要如何選擇這幾個表

病毒在感染寄主細胞後,能夠用寄主細胞內的資源來表現

現系統?

自己的基因,因此只要將病毒基因中的一部分序列,修改 成我們想要的目標蛋白質序列,就能藉由病毒製造出特定

若是從人類的角度來看,由於人類屬於真核生物,我們該

蛋白質。也因此,「選擇何種病毒」是昆蟲表現系統中的

選擇的不是昆蟲表現系統,就是哺乳動物表現系統。而這

關鍵,這個病毒必須具備能大量表現特定基因的能力,而

兩個表現系統又以昆蟲更勝一籌,在大規模生產的考量之

且其宿主細胞也必須容易培養,這樣才能將產量提升到最

下,昆蟲的表現系統在細胞培養的成本遠低於哺乳動物。

高。而在這麼多種的病毒中,能滿足這麼多條件的就只有

哺乳動物的細胞培養需要非常多精密又昂貴的儀器和消耗

「桿狀病毒」(baculovirus)了。

品,例如能控制溫度和二氧化碳濃度的恆溫箱及細胞培養 液,使得培養哺乳動物細胞的條件變得非常嚴苛。由於生

目 前 在 昆 蟲 表 現 系 統 上, 最 被 廣 泛 使 用 的 桿 狀 病 毒 是

產過程的高成本,若想利用哺乳動物的表現系統大量生產

加 州 苜 蓿 夜 蛾 核 多 角 體 病 毒(Autographa californica

圖一

四種不同的蛋白質表現系統

真核生物和原核生物的蛋白

質 轉 譯 後 修 飾 不 同, 因 此 大部分會將大腸桿菌和酵母 菌的表現系統,應用在原核 生物的蛋白質表現;而昆蟲 和哺乳動物的表現系統,則

應用在真核生物的蛋白質表

現。 雖 然 酵 母 菌 是 真 核 生 物,但因為其蛋白質轉譯後 修飾系統和原核生物比較接 近,所以大多還是使用於原 核生物的蛋白質表現。

大腸桿菌 表現系統

酵⺟菌 表現系統

昆蟲 表現系統

哺乳動物 表現系統

(Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, Public Domain, Wikimedia Commons; 123RF; Photo by Andrew Claypool on Unsplash; 123RF)

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顯 影

兩頭僅存的北方白犀牛。

南方白犀牛與 Ceratotherium simum simum

北方白犀牛 Ceratotherium simum cottoni

圖.文/游崇瑋

之前在《科學月刊》618 期的顯影專欄中聊過,黑犀牛 (Diceros bicornis)與白犀牛的體色其實差不多,體型方

犀牛角是由角蛋白構成,成分和我們的指甲相同,不具有任何的 藥效。

面則是黑犀牛稍小。而兩者最容易分辨的外觀特徵則是嘴 型,黑犀牛的嘴比較尖,主要抬頭吃灌叢上的樹葉;白犀 牛的嘴型則是寬大平整的,讓牠們就像一台割草機低頭啃 食地面的草。

其中,南方白犀牛目前野外的數量大約還有 2 萬頭,是現 存數量最多的犀牛種類。性格相對溫馴的南方白犀牛是陸 表地上除了大象以外最重的動物,一般重約 2 噸左右,最 重則可能會超過 3600 公斤,真是一頭溫柔的巨獸!相反 的,北方白犀牛則是數量最少的犀牛,目前僅存的 2 頭 雌性,分別是圈養在肯亞奧佩傑塔自然保護區(Ol Pejeta

Conservancy)的「Fatu」與「Najin」。 由於無法再有雄性進行配對繁殖,目前北方白犀牛已經處 於功能性滅絕(functional extinction)的狀態。但科學家 仍嘗試從這兩頭雌性體內取出卵子,加入之前死去雄性的 冷凍精子,成功做出了 12 個體外受精胚胎!未來預計會找 南方白犀牛作為代理孕母,期待將受精卵植入後,可以產 帶著幼獸的白犀牛危險性較高。

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下一頭北方白犀牛寶寶,以延續這個命懸一線的物種。


顯 影

白犀牛視覺不佳,很依賴 聽覺來感知環境。

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海海人生

海洋公民團體

海龜點點名 專訪

透過海龜 向群眾講述 美麗海洋的故事 訪

撰稿 曾文宣/畢業於臺灣師範大學生態演化研究所,熱衷 於分享演化學、兩棲爬行動物學及古生物學的大小知 識。現為科普作家及生態營隊講師。

Take Home Message 海龜是大家熟悉的海洋生物之一。由海龜姊姊等人所創立的海洋公民團體「海龜點點名」,記錄著臺灣周邊海域出沒的海龜個

體。從 2017 年起,團隊在社群媒體上掀起拍攝記錄海龜的風潮,來自臺灣各地的民眾紛紛響應,為海洋生態學盡一份心力。 藉由 Photo ID 辨識技術,「海龜點點名」已在這幾年間蒐羅了 1360 筆資料,來源遍布臺灣離島等海域。透過公民科學家計畫

的響應,並與海洋委員會海洋保育署的合作下,讓大眾能更加深入了解海龜等動物的習性,以及牠們正面臨的生態困境,並開 始思考該如何保育這些美麗的生物。

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海洋保育署 廣告企劃

隨著水肺潛水和自由潛水運動的普及,越來越多熱愛海洋的國人們投向了大海的懷抱,在一片湛藍的海水裡

享受新奇的五感體驗,除了感受世界的遼闊外,也能就近觀察繽紛璀璨的海洋生態。其中,海龜絕對是大家都 叫得出名字的動物,牠們親切和藹的眼神,悠哉地用鰭狀肢緩緩劃破海水的畫面,總是讓大家流連忘返。

有趣的是,這些海龜們不少都有自己的名字,牠們有不同的個性,以及不同的成長故事。由一群海龜痴漢痴女 組成的「海龜點點名」團隊,正持續不斷地記錄海龜家族們的點點滴滴。喜愛下水的你,若是願意和海龜交朋 友的話,不妨來認識海龜點點名,並且成為一位公民科學家吧!

海洋公民科學知識報你知

什麼公民科學?

公民科學(citizen science)是指透過專業科學家的規畫, 讓一般大眾,或業餘、非專業的個人、團隊、志願者等能一 同參與科學研究。透過這樣的方式,可以讓科學家取得更多 的研究資料。此外,近年來公民科學也能達到加強及推廣科 學教育的目標。

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海海人生

保育臺灣海域的鯨豚! 保育臺灣海域的鯨豚! 中華鯨豚協會 曾鉦琮秘書長專訪

(1

23R

F)

撰稿

郭毓璞∕畢業於臺大生態 演化所的鯨豚實驗室,待 過環保團體,參與過各種

形式的科學教育,目前還

未偏離正業的一日生科人。

Take Home Message 中華鯨豚協會成立之初,以救援北臺灣的擱淺鯨豚為目標,建構了「鯨豚擱淺處理網」。後續協會在多處建立了海洋教育基地,

但由於鯨豚擱淺事件不斷惡化,協會對此仍不斷努力。隨著 2018 年海保署的成立,海洋動物保育有了專責機關處理,當擱淺業 由海保署主責後,各縣市發生擱淺事件後便會和協會合作,使保育相關的實務操作更加順暢。協會也開始對社會大眾進行「鯨豚

保育教育推廣」,將過去的成果與博物館合作,以展覽的形式向大眾提倡鯨豚保育的概念。而協會目前除了鯨豚救援,也協助救 援擱淺的海龜,並期望協會具備研究能量,加強調查北海岸與離島的鯨豚分布。

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海洋保育署 廣告企劃

2018 年成立的海洋委員會海洋保育署(以下簡 稱海保署),是國內統籌海洋生態保育、海洋污 染防治,以及海洋生物保育的機關。在鯨豚保育

的工作上,首先是海洋保育類野生動物救援組織

網(Marine Animal Rescue Network, MARN)的 成立,近幾年更針對西部海域的離岸風機施工對

海洋公民科學知識報你知

什麼是海洋保育類 野生動物救援組織網?

鯨豚的潛在影響,建置了苗栗崎頂鯨豚緊急救援

為了提升鯨豚與海龜等保育類海洋動物的救援效率,海

動監督海上施工單位的「鯨豚觀察員制度」與

成立海洋保育類野生動物救援組織網,簡稱海保救援網。

鯨」概念宣導。而在這些成果的背後,臺灣第一

務屬性,可分為現場救援組、鑑識分析組、照護收容組、

站並舉辦海巡人員訓練。除此之外,也積極推

保署整合參與過海洋保育動物救援等活動的專家及團體,

針對賞鯨業者、觀光客、在地居民等的「友善賞

海保救援網除了包含海保署及各縣市政府,依據不同任

個海洋保育的非政府組織(non-governmental

organization, NGO)──「中華鯨豚協會」,一 直扮演著相當核心的合作角色。

1994 年 1 月 12 日,一隻在宜蘭大溪漁港擱淺的 偽虎鯨(Pseudorca crassidens ,圖一),開啟

了臺灣長達 26 年的擱淺鯨豚救援歷史,也成了 中華鯨豚協會成立的契機。當時任職於臺灣大學 動物系的周蓮香教授,帶著 6 人調查小組前去

教育宣導組等。收容中心包含國立臺灣海洋大學、金門 水產試驗所、澎湖海洋生物研究中心、國立成功大學海 洋生物及鯨豚研究中心、國立海洋生物博物館,以及與 海巡署合作,運用苗栗崎頂雷達站空間,設置鯨豚緊急 救援站。 若有發現擱淺或需救援的海洋動物,可向地方政府、海 保署通報,或撥打海巡署「118」專線,將有海洋保育類 野生動物救援網的成員前往處理。

調查、解剖、採樣,事後周蓮香有感於國內當時

缺乏鯨豚擱淺救援的經驗,希望能建構一個長期

穩定的體系作為專責單位。因此從 1997 年 1 月

開始在中華民國自然保育協會之下推動成立鯨豚 小組(Cetacean group);同年 5 月擴大為鯨豚

委員會(Cetacean Committee)並招募義工, 執行擱淺研究、海上調查、攝影、資訊、推廣

教育及公關等工作;隨著組織和分工漸漸確立, 1998 年 10 月 17 日,中華鯨豚協會正式成立。

如今,中華鯨豚協會(以下簡稱協會)已成立 20 餘年,就讓我們透過現任秘書長曾鉦琮的介

紹,來了解協會多年來提倡鯨豚的欣賞、保育、

研究,以及增進社會大眾對鯨豚認識的成果吧!

圖一:1994 年 1 月 12 日在宜蘭大溪漁港擱淺的偽虎鯨。(中華鯨豚協 會提供)

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621期 精采預告

《科學月刊》

偵測犬 勝任各種重大任務。

成為專業的緝毒犬、搜救犬、偵測犬,

牠們敏銳的嗅覺可針對特定味道進行訓練,

可愛的狗狗除了是人類的好朋友,

不只是人類好朋友, 更是我們的好幫手

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科學月刊試閱版2021-9月號 621期-細胞突擊隊:集結!  

想進一步了解科學月刊嗎? 出發前往官網www.scimonth.com.tw!

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