科學月刊試閱版 2022-8月號 632期-唐獎十年

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632 2022 8 月號

世 對 表彰

22

十年

灣 臺 的

生技 醫

學 術 大

唐獎

界 具 有

漢學

創 力 新 貢獻 和影響

永續發展獎

20

獎 獎 治 法 焦點評論

猴痘升為國際公衛緊急事件

打過牛痘疫苗可以防猴痘嗎?

榮耀時刻

經典專欄

囊狀纖維化患者的救星

人類基因組「完整解碼」

邵逸夫生命科學與醫學獎

找出最後一塊拼圖

NT$249 ISSN:0250-331X

9

770250

331001

08



Contents 封

2022 AUGUST 632 期

引 言

p06

永 續 發 展 獎

生 技 醫 藥 獎

從經濟跨足永續,

研發 mRNA 疫苗技術

p08

p12

勇於突破框架的開放型思想家

帶領全世界對抗 COVID-19

羅億庭

李依庭

封面說說話 本期封面以唐獎的獎章為主角,參考獎章的設計理念「一體成形的螺旋曲線」,繼續向上向外延伸出四 道圓圈代表四個獎項——永續發展、漢學、生技醫藥、法治。背景配色使用有東方意象的靛青色、赤色、 秋香色,表達唐獎起始於東方思想的沃土,並匯集東西方各領域的交流融合,共同為世界文明努力。

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No. 8

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Contents-2 News Focus

4 5

全新星際視野

哺乳動物身上的第一隻蝨子/最新的三種奇異粒子

思辨之評

18 20 顯

22

石斑魚銷日「雪卡毒」會是關鍵嗎?/莊健隆 面對猴痘,我們應該採取何種心態?/林翰佐

金天獎

填問卷.拿新書 只要於 2022 年 8 月 31 日前,完

整填寫讀者問卷調查,就有機會

獲得如何出版社的新書《了不起 的人體》。

問卷內容請至 reurl.cc/vW3nea

或掃描 QR code,並詳實填寫, 否則將喪失抽獎資格。

獲獎名單將於 2022 年 9 月 5 日

之 前 公 布 於《 科 學 月 刊 》 網 站 (www.scimonth.com.tw)。

邵逸夫獎

28 34 40 專

46 52 58 62 68 專

72

78

2

數學科學獎:

影響計算機科學的離散數學與影響代數幾何的模型論/李國偉 生命科學與醫學獎:

擊敗囊狀纖維化的藥物 治療會呼吸的痛/葉翰宜、黃自強

天文學獎:恆星有多遙遠?劃時代的太空望遠鏡任務/陳文屏

數不勝數:建立一個機器學習的預測模型

容易理解又好上手的「決策樹」/陳士杰

格物致知:讓拍攝的影像更清晰 濾掉反射光的相機偏光鏡片/洪連輝 生生不息:人類基因體計畫的最後一塊拼圖/陳乃群 潛移默化:在工業、汽車、化學領域一展長才

被俄烏戰爭打出新高價的「鈀」金屬/陳瑋駿

物換星移:冰下之水、水下之火 水深火熱的歐羅巴/戴夏飛、趙丰

釀酒酵母的前世今生

中央研究院生物多樣性研究中心副研究員蔡怡陞專訪/張樂妍 摘

《了不起的人體》

科學月刊

2022.8

reurl.cc/vW3nea


臺北市科學出版事業基金會 董事長:劉源俊

走進編輯室

事:于宏燦

朱慶琪

邱韻如

林翰佐

問:王文竹

周成功

林基興

郝玲妮

胡維平 高涌泉

高甫仁 羅時成

曾耀寰

轉譯的藝術

蔡孟利

儘管今年尚未結束,但對於全球而言,無疑是多事之秋的一年。不見停歇的嚴重 特殊傳染性肺炎(COVID-19)、來勢洶洶的猴痘(monkeypox)疫情,俄羅斯入

出版者:科學月刊社

侵烏克蘭也已超過四個月,生活受到影響的人不計其數。然而,雪上加霜的是上

理事會

(7)月初前日本首相安倍晉三遇刺身亡,更讓國際社會蒙上一層陰影,二聲槍響,

理事長:蔡孟利 理

事:曲建仲

于宏燦

邱韻如

朱慶琪

紀延平

林翰佐

曾耀寰

也劃破了日本長期以來的安寧。

蔡政修

所幸,在這猶如亂世的時代,科學界仍有一群科學家埋首於研究之中,期望能為

執行總監:趙軒翎

世界帶來正面改變。今(2022)年 5 月香港的邵逸夫獎表揚六位在天文、數學、

編輯部

總編輯:林翰佐

副總編輯:趙軒翎

李依庭

李志昌

李精益

編輯委員:王文竹

林秀玉 金必耀 倪簡白 張敏娟

陳藹然

程一駿

楊正澤

劉宗平

鄭宇君

嚴如玉

生命科學與醫學領域研究成果不凡的科學家;6 月臺灣頒發的唐獎,則獎勵四位科

王伯昌

曲建仲

江建勳

林宮玄

邱韻如

金升光

門立中 高啟明 陳妙嫻

單維彰

程樹德

葉李華

蔡兆陽

鄭運鴻

嚴宏洋

阮明淑 紀延平 高憲章 陳彥榮

景鴻鑫

黃正球

廖英凱

蔡孟利

周鑑恆 范賢娟 張大釗 陳鎮東

曾耀寰

黃相輔

管永恕

蔡振家

鄭宜帆

韓德生

蘇逸平

編輯顧問:王明蘅

古宏海

朱麗麗

吳明進

洪裕宏

胡進錕

孫維新

吳家誠 張勝祺 曾惠中

魏耀揮

輯:羅億庭

美術編輯:黃琳琇

周延鑫 陳文屏 楊玉齡 蘇益仁

張樂妍

周榮泉 陳章波 劉仲康 蘇振隆

洪萬生 復

陳國成 駱尚廉

學家在永續發展和生技醫藥的貢獻。本期也將透過五篇文章,細數這十位科學家 對科學界、甚至是世界帶來的影響,並對他們的研究做詳盡的介紹。 那麼,如何將科學家的研究成果轉譯成一般社會大眾都願意閱讀且看得懂的文章? 在《科學月刊》中,我們嘗試用多一點的卡通圖、流程圖表等元素提升閱讀者對 文章的理解和興趣。但除了文字與圖表等書面形式,是否還有其他的方式能夠吸 引讀者對於科學的好奇,甚至開啟對於科學研究的嚮往? 最近所看的紀錄片《台灣男子葉石濤》帶給我很大的震撼。它顛覆我進戲院前對 紀錄片的刻板想像,呈現方式超越傳統靜態資料、訪談記錄,運用舞蹈、劇場、 動畫、落語等藝術家轉譯文學經典,重新描繪臺灣重量級作家葉石濤波折起伏的 一生,展開有別於文學以敘事對話為主的跨界對話。 片中提到,人生橫跨日治與戰後二個世代的葉石濤,在文學的創作道路上也曾遇 到阻礙。他必須克服語言的隔閡,捨棄了原本已經習慣的日文寫作方式,改以中 文書寫、創作,將內心所想的文字再次轉譯,成為如今我們所讀到的〈葫蘆巷春

業務部

夢〉、〈獄中記〉、〈西拉雅末裔潘銀花〉等經典作品,更完成第一本以臺灣為主

業務專員:廖本翔 財務顧問:江旻壕

體的文學史專著《臺灣文學史綱》。 我常想何謂好的科學文章?除了在接收艱深的專業知識後,用熟悉易理解的語言 詮釋、傳達給讀者外,或許,開發多元的表現形式,更能彰顯一篇科學文章的價值。 副總編輯

創刊於 1970 年

本期為第五十三卷第八期

第 632 期

發行於 2022 年 8 月

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄 行政院新聞局版台誌第 0934 號

科學月刊社

地址:106013 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓 電話:(02)2363-4910

傳真:(02)2363-5999

網址:www.scimonth.com.tw

李依庭

製版印刷:赫偉有限公司 總經銷 : 聯華書報社

電郵:scimonth@scimonth.one

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

全新星際視野

由美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space

詹姆斯.韋伯太空望遠鏡 傳回的最新影像

空。今(2022)年 7 月,NASA 公布第一批它拍攝和收集的全彩

Administration, NASA)開 發 的 詹 姆 斯. 韋 伯 望 遠 鏡(James Webb Space Telescope, JWST),於去(2021)年年底成功升 圖像和光譜數據,為紅外線宇宙任務拉開序幕。

宇宙懸崖(Cosmic Cliffs)

山脈似的景象是船底座星雲(Carina Nebula)中的恆星形成區域(NGC 3324)邊緣,透過詹姆斯.韋伯望遠鏡

極高的靈敏度、空間分辨率和成像能力,人類首次能在紅外線底下觀測星雲中的恆星形成過程,包含圖像中那 些過去難以捕捉的高溫離子氣體和塵埃。(NASA)

將一粒細沙隔以一臂之遙,你能看見什麼?詹姆 斯.韋伯望遠鏡正以相同的比例觀看宇宙中細微 如沙的一個點,竟從中捕捉到星系團中數千個星

系,拍攝下這張最深遠、最清晰的宇宙,更發現 從未觀測到的微小星體和古老星系。透過紅外線

波長觀測到的數據,可以分析這些星體的質量、

年齡、歷史,以及顏色代表的成分,進一步了解 星體形成、成長和相互融合的過程。

史蒂芬五重星系(Stephan's Quintet)由五個相近 的星系組成,透過它的觀測數據可以探索星系間

的合併、相互作用、星系形成。其中最上方的星

最深遠的宇宙紅外光圖像

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系核心更是一個超大質量的黑洞,可以看到它正

吸收周圍物質,讓科學家在詹姆斯.韋伯望遠鏡 (NASA)

的幫助下更理解黑洞的生長和吸收速度。圖中的 背景還捕捉到數千個星系,令科學家為之驚嘆。

(NASA)


哺乳動物身上的第一隻蝨子

Johnson, K. P. et al. (2022). Phylogenomics reveals the origin of mammal lice out of Afrotheria. Nature Ecology & Evolution.

蝨子(lice)泛指毛蝨目(Phthiraptera)下、生活在

恆溫動物身上的專一性寄生蟲。近期,《自然生態

與演化》 (Nature Ecology & Evolution)期刊上刊登

一篇有關蝨子的親緣基因體學(phylogenomics) 研究,說明蝨子首次寄生在哺乳動物的演化事件。 非洲獸總目(Afrotheria)是哺乳動物的一個分類 群,包含象鼩、土豚、蹄兔、大象、海牛等動物,

而這篇研究顯示所有以哺乳動物為宿主的蝨子, 牠們的共同祖先就來自非洲獸總目的動物身上。 研究團隊藉由基因體定序和親緣分析,發現蝨子 的共同祖先是先寄生於鳥類,再轉換宿主(host jumping)、寄生於非洲獸總目的祖先,持續演化

並寄生到其他哺乳動物。這項結果解釋了蝨子的起 源、跟著宿主發生遺傳分化的過程,讓我們更理解 寄生蟲與宿主的共演化(coevolution)關係。

非洲獸總目下的蹄兔

(123RF)

最新的三種奇異粒子 夸克(quark)是構成世界上所有物質的基本粒子,共有六個種類,通 常由二或三個一組形成強子(hadron),例如中子和質子。近 20 年

來,科學家在大型強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)上發

現了 60 多種強子,其中更包含由四或五個夸克組成的四夸克和五夸

克。而今(2022)年 7 月,在 LHC 的其中一個探測器:LHCb(Large

Hadron Collider beauty)上又再度發現三種新的強子⸺全新的五 夸克、雙電荷的四夸克,以及與它組成相同的中性四夸克。這些全新

粒子的性質尚在研究階段,不過目前科學家發現四夸克和五夸克幾乎 NEWS FOCUS

都含有奇異夸克(strange quark),之後將繼續研究四夸克和五夸克

的性質,建立奇異夸克的理論模型,以更理解所有含有奇異夸克的強

史蒂芬五重星系

子。未來科學家也將持續找出更多強子,挖掘更多未解的物質之謎。 LHCb Collaboration. (2022). Observation of an exotic narrow doubly charmed tetraquark. Nature Physics, 18, 751-754.

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COVER STORY 唐獎十年

於 2012 年由臺灣企業家尹衍樑所設立的 唐獎(Tang Prize),主要設置了「永續 發展」、「生技醫藥」、「漢學」、「法

治」四大獎項,以表彰四大領域學者的 卓越貢獻。自 2014 年揭曉首屆得主後,

往後每二年舉辦一屆,而今(2022)年

6 月第五屆得主的揭曉,也正式敲響唐獎 的十年里程碑。

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Y

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1 唐

永 續 發 展 獎

從經濟跨足永續 勇於突破框架的開放型思想家 Take Home Message

羅億庭

本刊編輯。

• 本屆唐獎永續發展獎頒予哥倫比亞大學永續發展中心主任、聯 合國永續發展解決方案網路主席的美國經濟學家薩克斯。

得獎者

• 薩克斯是實踐永續理念的重要跨領域學者,他曾制定與倡導聯 合國 17 項永續發展目標、深度減碳政策,也透過政策的訂定 協助許多國家脫貧、減少貧富差距。 • 除了本身研究的經濟學領域外,薩克斯更在擔任哥倫比亞大學 地球學院主任時,與地球科學、大氣、公共衛生等領域的學者 合作,開放、不設限的個人特質使得他獲得許多成就。

傑佛瑞‧薩克斯 Jeffrey Sachs

國籍|美國 現任|哥倫比亞大學永續發展中 心主任、聯合國永續發展 解決方案網路主席 研究領域|總體經濟學、永續發 展、對抗貧窮

8

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隨著氣候變遷和全球暖化,永續發展(sustainable development)

議題也愈來愈受到世人的關注,但究竟什麼是「永續發展」?唐獎 第一屆永續發展獎得主,同時也是前挪威首相、曾經擔任世界衛生 組織(World Health Organization, WHO)總幹事的布倫特蘭(Gro Harlem Brundtland),在 1987 年發表的《我們共同的未來》(Our

Common Future)報告中,首次給了永續發展一個明確的定義:「永 續發展是一種發展模式,既能滿足我們現今的需求,同時又不損及後 代子孫滿足他們的需求。」除了定義永續發展外,她也提出三個最重 要的永續發展支柱⸺經濟發展、環境保護、社會公義。


今(2022)年的第五屆唐獎永續發展獎,則頒發

(Harvard University)拿到學士、碩士、博士學

發展是永續發展中很重要的一項,」唐獎永續發展

2002 ~ 2006 年, 薩 克 斯 代 表 當 時 的 聯 合 國 秘 書

給美國經濟學家薩克斯(Jeffrey Sachs)。「經濟 獎召集人、中央研究院(簡稱中研院)劉兆漢院士

位,並在 28 歲時獲聘為哈佛大學經濟學系教授。 長安南(Kofi Atta Annan)主持聯合國千禧年計畫

表示,「布倫特蘭提出了永續發展的理念,而薩克

(Millennium Project),主要任務是希望提出具體、

能透過這次的獎項,表彰薩克斯對制定與倡導聯合

(Millennium Development Goals, MDGs),包含

Goals, SDGs)的貢獻,並肯定他在跨領域永續科

等並賦予婦女權利、降低兒童死亡率、改善產婦保

斯是真正實踐這項理念的重要學者。」唐獎也希望

國 17 項永續發展目標(Sustainable Development

學議題上的主導角色,以及他所創立的可應用於鄉 村、國家、全球的多邊行動。

從經濟到永續

薩克斯於 1954 年出生於美國底特律,1972 年便 開始關心環境保護相關問題,後來於美國哈佛大學

可行的行動方案,在全球達成八項千禧年發展目標 消弭極端貧窮與飢餓、普及初等教育、促進性別平

健、對抗愛滋病/瘧疾及其他疾病、確保環境永續、 促進全球合作與發展。此外,薩克斯也在 2006 ~

2015 年間,負責針對非洲鄉村問題而制定千禧年 鄉村計畫(Millennium Village Project),這項計 畫選定非洲塞內加爾、奈及利亞、衣索比亞等十個

國家執行。他透過整合鄉村發展以達成 MDGs 的模

聯合國 17 項永續發展目標 (123RF)

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2 唐

生 技 醫 藥 獎

研發 mRNA 疫苗技術 帶領全世界對抗 COVID-19 李依庭

本刊副總編輯。

Take Home Message • 將外來 RNA 送進人體會觸發先天性免疫發炎反應,且難以送達目標細胞。卡里科 及魏斯曼找出修飾核苷技術,將尿苷修飾為假尿苷,以降低 mRNA 免疫原性。庫 利斯製造脂質奈米顆粒,透過細胞胞吞作用,傳送 mRNA 至人體細胞之後才釋放。 • 三位科學家發現關鍵的 mRNA 疫苗學觀念和方法,成功開發對抗 COVID-19 的 mRNA 疫苗。評選委員會召集人張文昌院士表示,唐獎除了表彰他們在 mRNA 疫 苗的開發貢獻外,更讚揚他們多年來努力、堅持不懈的精神。 • 臺灣現正積極地投入 mRNA 疫苗技術的研發,中研院的 ALPHA mRNA 疫苗計畫 已完成 Omicron mRNA 疫苗製造和實驗室效果驗證。mRNA 疫苗技術的崛起不只 改變疫苗的製作方式,甚至是顛覆了整個生物技術,也意味著它將成為未來我們 在應對新興疾病時一個嶄新的應用平臺。

得獎者

Katalin Karikó

卡塔林‧卡里科 國籍|匈牙利、美國 現任|賓夕法尼亞大學兼任教授、BioNTech RNA Pharmaceuticals 藥廠資深副總 研究領域|生物化學、RNA 疫苗科學

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嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)自 2019 年底於

mRNA 疫苗的開發,而幕後的關鍵推手就是卡里科

過五億人口確診,導致數百萬人死亡。這場疫情不

庫利斯(Pieter Cullis)三位科學家。卡里科及魏斯

中國武漢爆發,至今已經超過兩年半,造成全球超

僅使我們的生命遭受威脅,更重創全球經濟。不

(Katalin Karikó)、魏斯曼(Drew Weissman)、 曼找出能降低 mRNA 免疫原性的方法,庫利斯則開

過,比起兩年前面對未知病毒的恐懼,擔心染疫造

發了脂質奈米顆粒(lipid nanoparticle, LNP),用

毒,而是多了一份對抗病毒的武器⸺新冠疫苗。

為發現關鍵的 mRNA 疫苗學觀念和方法,進而成功

成的重症,現在我們的體內不再是手無寸鐵對抗病

2020 年 11 月, 正 當 全 球 仍 持 續 壟 罩 在 疫 情 陰 影

之中時,美國輝瑞公司(Pfizer)/ BioNTech 公司

以傳送 mRNA 疫苗。今(2022)年 6 月,三位也因

開發對抗 COVID-19 的 mRNA 疫苗,共同獲得第五 屆唐獎生技醫藥獎的殊榮。

(BNT)、莫德納生物技術公司(Moderna)相繼

mRNA 疫苗為什麼難以研發?

底,美國食品藥物管理局(U.S. Food and Drug

設計、可轉譯出病毒蛋白質片段的 mRNA 包裹在脂

宣 布 新 冠 病 毒 mRNA 疫 苗 的 研 究 成 果。2020 年

現在我們已經知道 mRNA 疫苗的設計原理是將人工

Administration, FDA)更是陸續緊急授權輝瑞/

質奈米顆粒並送入人體中,脂質奈米顆粒會在人體

和莫德納疫苗(Moderna COVID-19 vaccine)的使

質片段,並活化免疫系統(圖一)。然而,在 mRNA

BNT 疫苗(Pfizer–BioNTech COVID-19 vaccine) 用。兩款疫苗的成功與量產猶如一場及時雨,舒緩 全球各地崩盤的醫療量能,並防止全球疫情跨大、

細胞中釋出 RNA,使人體細胞能自行產出病毒蛋白 疫苗研究之初,要將 RNA 送進人體中有著兩大挑

戰。首先,外來的 RNA 會被體內的類鐸受體(toll-

造成更多人死亡。

like receptors, TLR)辨識,進而觸發先天性免疫發

兩家公司僅用不到 12 個月的時間,就完成 COVID-19

目標細胞或器官。

Drew Weissman

德魯‧魏斯曼

炎反應;其次,RNA 在人體內極易降解,難以送達

Pieter Cullis

彼得‧庫利斯

國籍|美國

國籍|加拿大

現任|賓夕法尼亞大學醫學

現任|英屬哥倫比亞大學教授 研究領域|奈米醫學、分子生

教授 研究領域|免疫學、細胞與

物學

分子生物學

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金天獎 顯 影

以管窺天 望見太空 金天獎(Astro-Photography Award)為一年一度的天文攝影比賽,由高雄市 南市、高雄市、屏東縣市各公私立高中職在學學生的攝影競賽,競賽組別分 為固定攝影、追蹤攝影、專題紀錄類,以下為今(2022)年的得獎作品。

固定攝影類

固定 攝影類 未使用追蹤儀器,作品拍 攝(曝光 / 間歇曝光)期 間相機不移動。

一等獎

永恆的活火

(Ever-Living Fire)

陳泓米/臺南市私立新營南光高級中學

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金天獎粉絲專頁

立前鎮高中主辦。起源於 2014 年的校內天文攝影師生聯賽,現在擴大為臺


Astro-Photography Award 顯 影

三等獎

獵戶座

(Orion)

朱家騏/高雄市立瑞祥高級中學

固定攝影類

二等獎

別來無恙

(Safe And Sound, We Will) 陳芸雅/高雄市立前鎮高級中學

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金天獎 顯 影

追蹤攝影類

有使用追蹤儀器(如赤道儀或任何能與天體同步追蹤的設備),作 品拍攝期間相機隨目標同步移動。

追蹤攝影類

二等獎

華特的蹤跡

(Walt Disney's trace) 陳咨妤/國立新豐高級中學

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Astro-Photography Award 顯 影

追蹤攝影類

二等獎

1313,誕生 (1313, Brith)

郭仁佑、陳芸雅/高雄市立前鎮高級中學

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金天獎 顯 影

專題記錄類 非真實空間畫面的構圖,為呈現某天體 在一段時間的變化過程,經重新排版而 成的作品。

專題記錄類

三等獎

初次見面!黑子們

(Nice to meet you ! Sunspots) 陳咨妤/國立新豐高級中學

二等獎

太陽黑子的四格漫畫

(A Four-Panel Comic Of Sunspots)

陳芸雅/高雄市立前鎮高級中學

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Astro-Photography Award 顯 影

專題記錄類

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邵 逸 夫

2022 The Shaw Prize

邵逸夫

數學科學獎

◆數 學 科 學 獎

影響計算機科學的離散數學 與影響代數幾何的模型論 李國偉

中央研究院數學研究所退休研究員。

Take Home Message

• 今(2022)年的邵逸夫數學科學獎,平均頒給數學家阿隆及赫魯索夫斯基,以表揚阿隆在離 散數學與理論計算機科學,以及赫魯索夫斯基以模型論在許多數學領域中的應用。 • 計算機的功能在近半世紀突飛猛進,而支撐起計算機理論的數學結構便是離散數學。 • 當代的數理邏輯可分為:證明論、遞迴論、集合論、模型論,而貫穿這些概念的便是形式 系統。其中「模型論」主要研究形式系統與這些模型之間的關係及相互影響,能用來解開許 多純數學難題。

今(2022)年的邵逸夫數學科學獎,頒給在美國普

似有些衝突的名詞,一個講「合」、一個講「散」。

阿隆(Noga Alon),以及在英國牛津大學任教的數

的研究對象著重於不連續個體,兩者研究的範圍其

林斯頓大學(Princeton University)任教的數學家

學家赫魯索夫斯基(Ehud Hrushovski)。阿隆的主

要貢獻在離散數學(discrete mathematics)與理論

實大同小異,才會因為偏重的差別,而選擇各自習

慣的稱呼。在 20 世紀之前,少數有趣的組合問題,

計算機科學(theoretical computer science, TCS),

多半來自遊戲、博奕、幻方(magic square)〔註〕

(model theory)及在其他數學領域中的應用。

算機的功能突飛猛進,而支撐起計算機理論的數學

赫魯索夫斯基的主要貢獻則在數理邏輯裡的模型論

離散數學 計算機科學的基礎

組合學(combinatorics)與離散數學是互通的稱 呼,但對於一般讀者而言,組合與離散卻是兩個看

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前者凸顯傳承「排列、組合」的歷史淵源,而後者

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等不登數學大雅之堂的玩意兒。近半世紀以來,計

結構以離散型為核心,因此使離散數學成為計算機 科學礎石之一。隨著數學家對於離散數學的深耕,

他們發掘出離散數學與經典數學的奧妙聯繫,逐漸

吸引了頂尖數學家游刃其間,終於讓這個新興領域


邵 逸 夫

(邵逸夫獎基金會提供)

諾加.阿隆

埃胡德.赫魯索夫斯基

Noga Alon

Ehud Hrushovski

◆數 學 科 學 獎

得獎人

邵逸夫獎

現任|美國普林斯頓大學數學教授暨 以色列特拉維夫大學數學和計算機科 學鮑姆里特退休教授 研究領域|離散數學

現任|英國牛津大學默頓數理邏輯講 座教授 研究領域|數理邏輯、模型論

開花結果、躋身主流。 註

幻方又稱為魔術方陣或縱橫圖,是由一組排放 在正方形中由 1 開始的連續正整數組成,在此正

方形中每個行、列,以及主對角線的和均相等。

(Phidauex, Public Domain, Wikimedia Commons)

組合學與其他傳統純數學領域在風格上有一點不 同,比較不專注在建立系統性的大理論,反倒重

視針對具體問題發展的各類解題方法。以阿隆十

分受人稱道的「組合零點定理」(Combinatorial

Nullstellensatz)為 例, 這 便 是 他 簡 化 代 數 幾 何學中重要的「希爾伯特零點定理」(Hilbert's Nullstellensatz)之後得到的結果:令 f 是有 n 個變

(Photo by Riho Kroll on Unsplash)

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邵 逸 夫

2022 The Shaw Prize

邵逸夫

生命科學與醫學獎

◆生 命 科 學 與 醫 學 獎

擊敗囊狀纖維化的藥物 治療會呼吸的痛

(123RF)

葉翰宜

黃自強

年取得博士學位,目前為陽明交通大

理、病理學機制,任職於陽明交通大

學藥理所的博士後研究員。

學及美國密蘇里大學。

研究 CFTR 蛋白質的藥理學,於 2019

Take Home Message

• 今(2022)年邵逸夫獎生命科學與醫學 獎,頒給兩位多年來致力於囊狀纖維化研 究的科學家:內古列斯庫和威爾士。囊狀 纖維化源於基因突變,使患者的纖維性囊 腫跨膜傳導調節蛋白(CFTR)數量不足 或功能不全。患者呼吸道黏液過度濃稠, 導致細菌滋生和慢性發炎,最終引發肺纖 維化和呼吸衰竭。 • 2012 年,內古列斯庫的團隊研發出的藥 物 Kalydeco® 核准上市,為第一個治療 囊狀纖維化的藥物;2019 年,結合三種 新藥的三聯療法 Trikafta® 核准上市,將 治療範圍擴及 90%以上的患者。 • 威爾士作為研究囊狀纖維化的先驅,每一 項發現都為囊狀纖維化和 CFTR 之間的關

研究 CFTR 蛋白質的功能和生理、藥

你有沒有喝過漂浮汽水?如果試著使用吸管吸汽水上 的冰淇淋,不用多久你就會受不了那些卡在吸管裡的 黏黏冰淇淋;現在試著想像,你的呼吸道就像這根吸 管一樣充滿黏稠的液體,那麼呼吸將會變得多困難?

這就是囊狀纖維化(cystic fibrosis)患者的日常,對 他們來說沒有事情可以「像呼吸一樣簡單」,因為光

是呼吸就是十分艱難的事。囊狀纖維化是一種體染色 體隱性遺傳疾病,患者在出生時各器官的功能就開始

受到破壞(圖一),它的症狀包括汗腺分泌失衡、負 責消化和吸收的胰臟與腸道受損、生殖系統發育異

常,最嚴重的是呼吸道內容易累積痰液,滋生細菌後

產生反覆的肺炎,引發不可逆的肺纖維化和致命的呼 吸衰竭。因此在藥物出現之前,囊狀纖維化患者鮮少 活過 20 歲。

聯奠定雄厚的知識基礎;加上囊狀纖維化

希望我 20 歲的時候,囊狀纖維化能完全被治癒。

基金會等多方的支持,科學家們才能拼湊

I hope that there is a cure for cystic fibrosis by

出完整的治療藍圖。

the time I am 20 years old. – 布雷迪

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邵 逸 夫

(邵逸夫獎基金會提供)

保羅.內古列斯庫

邁克爾.威爾士

Paul Negulescu

Michael Welsh

現任|美國愛荷華大學內科、神經 現任|美國福泰製藥公司聖地

外科、神經科、分子生理及

亞哥研究部高級副總裁

生物物理教授暨帕帕約翰生

暨研究部主管

物醫學研究所所長

研究領域|生理學

研究領域|神經科學、分子生理學

十年前,年僅四歲的布雷迪(Brady)罹患囊狀纖

但在今年夏天,布雷

藥可醫的窘境,使得每一次布雷迪肺炎住院時,他

歲 生 日( 圖 二 ), 他

維化,他才剛開始認識這個世界,但由於此疾病無

的父母布洛克(Brock)和麗貝卡(Rebecca)都極 有可能面臨白髮人送黑髮人的情景。

◆生 命 科 學 與 醫 學 獎

得獎人

邵逸夫獎 迪 剛 慶 祝 完 他 的 15 一手抱著心愛的小 狗,一邊興奮地和母

親討論秋天要參加的 電腦遊戲設計課程。

對所有父母而言, 孩 子健康成長是這一生 最珍貴的禮物;而對

圖二

15 歲的布雷迪與他的寵物小狗 Biscuit。(作者提供)

布雷迪的父母來說,這份禮物就包裝在一顆淺藍色

的小藥丸裡⸺美國食品藥物管理局(U.S. Food

and Drug Administration, FDA)在 2012 年核准的 第一款囊狀纖維化藥物 Kalydeco®(ivacaftor)。

隨著各種針對囊狀纖維化的藥物陸續誕生,在十年 後的今天這些藥物已造福美國 90%的病人。

圖一|囊狀纖維化影響的器官 囊狀纖維化患者的汗腺分泌異常、呼吸道易受細菌

感染慢性發炎、消化腺與腸道的吸收功能變差、男 (123RF)

性先天輸精管發育不全。

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邵 逸 夫

2022 The Shaw Prize

邵逸夫

天文學獎

◆天 文 學 獎

恆星有多遙遠? 劃時代的太空望遠鏡任務 陳文屏

中央大學天文所講座教授,除了研究 恆星及星團形成,也熱心推動科學普 及活動。

Take Home Message

• 「依巴谷」是第一個專精於精密天體測量 的太空望遠鏡,在環繞地球的軌道上測量星 體位置,並根據視差現象估計星體與地球的 距離,同時測量星體本身的自行運動。 • 蓋婭望遠鏡運行在 L2 軌道,以特殊的光學設 計和光譜儀等儀器測量天體,精度達 1/100 萬角秒,自行運動精度則達每年 0.001 角秒。 蓋婭獲得的龐大、精準數據對於天體性 質、銀河系結構將有革命性影響。 • 天體測量學不但需要尖端 工程技術來取得精確的 數 據, 還 要 藉 由 準 確的校正和統計分 析推導結果。

蓋婭望遠鏡觀測到的太空。

(ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0)

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邵逸夫獎由香港電影人邵逸夫爵士於2002年創立,

於 2004 年開始頒發,表彰全球有重要成果的科學

家,也被稱為「東方諾貝爾獎」,獎項分為數學、天

文學、生命科學與醫學。諾貝爾獎本身有物理學獎, 其中雖然也包括天文物理,但主要還是注重在整個


邵 逸 夫

(邵逸夫獎基金會提供)

◆天 文 學 獎

得獎人

邵逸夫獎

萊納特.林德格倫

邁克爾.佩里曼

Lennart Lindegren

Michael Perryman

現任|瑞典隆德大學天文學及理

現任|愛爾蘭都柏林大學學院物

論物理系隆德天文台退休教授

理學院客座教授

研究領域|天文學、理論物理學

研究領域|天文學、理論物理學

物理領域。而邵逸夫天文獎則主要表彰科學家理解

宇宙的成就。天文學包括地理學(我們的所在和周 遭環境),也涵蓋天體的來龍去脈,也就是歷史學。

「依巴谷」(Hipparcos)和「蓋婭」(Gaia)〔註〕 兩個太空望遠鏡的構想和設計上所扮演的角色。

我們在學校學的歷史、地理,這些科目僅限於與人

太空望遠鏡衛星-依巴谷與蓋婭

銀河系等天體,以及宇宙本身的生、老、病、死。

天體測量學則特別指觀測天體的位置與運動。歐洲

有關的知識;但天文學中的歷史包含地球、太陽、

今(2022)年第 19 屆邵逸夫天文獎獲獎者為瑞典

隆德大學(Lund University)的天文學家林德格倫

(Lennart Lindegren)和愛爾蘭都柏林大學 (University College Dublin) 的 天 文 學家佩里曼(Michael Perryman), 以表彰他們一生對天體測量學

(astrometry)的貢獻,尤其在 註

天文觀測是對亮度、光譜、偏極化等數據的測量, 太空總署(European Space Agency, ESA)在 1989 年發射依巴谷,這座口徑 29 公分的望遠鏡是第一 個專精於精密天體測量的太空望遠鏡。依巴谷在環

繞地球的軌道上,重複從不同角度度量星體的位 置,再根據視差現象來估計星體與地球的距離,同

時推導星體本身在太空的運動,也就是該星體在經 過一段時間後移動了多少角度,天文學稱之為「自

行運動」。依巴谷運作至 1993 年,研究團隊也於

依巴谷的全名是 HIgh Precision PARallax COllecting Satellite,中文譯名不一。此名稱是為了 紀念希臘學者喜帕恰斯(Hipparchus),他是三角測量學的始祖,也被公認是古代最偉大的天文

學家,在西元前 100 ~ 200 年就測量了月球與地球間的距離,甚至發現了春分點的歲差運動。 蓋婭計畫原名稱為「全域天文物理測量干涉儀」(Global Astrometric Inteferometer for Astrophysics), 後來雖未採用干涉技術,但仍沿用「Gaia」這個縮寫。蓋婭的名稱來自希臘神話,以一切生命之母 的大地女神借喻,指此太空望遠鏡將提供生命發展所在(地球)的宇宙「地理」,包含周圍天體的 方位、距離、運動狀態。

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專欄文章

讓拍攝的影像更清晰 濾掉反射光的相機偏光鏡片

洪連輝

彰化師範大學物理學系特

聘教授,專長為磁性材料、 超導實驗、大眾科學教育。

Take Home Message • 光是一種電場振動方向與傳播方向相互垂 直的電磁波,一束光的電場振動方向有許 多種可能;若一道光束的電場振動只有一 個方向,便稱為線偏振化。 • 使用特殊材質的「偏振片」,就能夠只讓 具有某種電場振動方向的光通過,而吸收 掉其他振動方向的光,令光線從非偏振光 變成偏振光。 • 玻璃、水面、馬路、雪地,甚至汽車擋風 玻璃上的反射光都是部分偏振光,可以用 偏光鏡片大幅降低反射光的影像。而偏光 鏡片也能應用在拍攝電影、偏光顯微鏡、 太空望遠鏡上,幫助人類探索更多科學。

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(123RF)

使用手機拍照非常方便,幾乎人人都喜歡。但為何

有些照片看起來跟利用單眼相機拍攝的照片不同, 似乎不是很清晰?而專家說使用單眼相機拍攝時,

若能在鏡頭前多裝設一個「偏光鏡片」,拍出來的 照片會更清楚,這是為什麼?太陽眼鏡具有隔絕紫

外線或降低可見光強度的功能,當你購買太陽眼鏡

時,也可能發現有的太陽眼鏡會特別註明「偏光」, 但偏光太陽眼鏡與一般太陽眼鏡有何差異?將太陽 眼鏡增加偏光性會有什麼特別功效呢?

光的「偏振化」現象

在解釋偏光鏡片是什麼之前,讓我們先來看看什麼

是光的偏振化現象(polarization)。光是一種橫 波、電磁波,它的電場振動方向與傳播方向相互垂


格物致知

直,又可被稱為非偏振光(圖一)。一束非偏振光

光,而當兩片偏振片一起放置在光線通過的路徑上

電場振動只有一個方向,稱為線偏振化(linearly

角度,便能使通過兩片偏光片的光強度產生明顯變

的電場振動方向有許多種可能,假若讓一道光束的

polarized,簡稱為偏振化),這道光束則稱為「偏 振光」。

時,只要稍微調整兩片偏振片的偏振方向、相對 化。當兩片偏振片的偏振方向相互垂直時,通過的 光線最少,呈現最暗的狀態。

那麼光線要如何從非偏振光變成偏振光呢?有幾種

另一種產生偏振光的方法是藉由反射產生偏振化,

片」。偏振片的材料是一種特殊物質,能夠只讓具

介質,它的反射光可以完全或部分偏振化,而這又

方向的光。在圖一中,當一束非偏振光穿透第一片

的光束仍為非偏振化;而其他角度的入射光,反射

方法可產生偏振光,而最常見的就是使用「偏振

有某種電場振動方向的光通過,而吸收掉其他振動 具有「鉛直」偏振方向的偏振片後就會變為線偏振

當一道非偏振化光束從大氣射入一個折射率為 n 的

取決於入射角度。若入射角為 0°或 90°,則反射出 光束則是部份偏振化。若是有一道非偏振光束照射

圖一

偏振片(

偏振片(

通過的光很少

鉛直的)

Physics

水平的)

非偏振光

線偏振光

箭頭表示光的傳播方向,當非偏振光束通過一片偏振片後,會變成線偏振化的光束,電場僅在一個方向振動。若再通過另一片偏振方向垂 直於第一片的偏振片後,就幾乎不會有光通過。(作者提供)

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專欄文章

冰下之水、水下之火 水深火熱的歐羅巴 Take Home Message • 木星的衛星歐羅巴表面是數十公里厚的冰殼,而條紋則是 受底下物質鼓動而裂開的裂隙。底下物質可能是一片上百

戴夏飛

中央研究院地球科學所研究員,研 究領域為行星內部結構與動力。之 前服務於瑞士聯邦理工學院(ETH

公里深的海洋。 • 歐羅巴潮汐摩擦產生的熱,能讓冰層底下大量的水保持液 態。歐羅巴內部的地熱加上放射性元素的核能,使岩漿可

Zurich),臺灣女婿。 趙丰

臺大物理系、美國加州大學的磨練

能在地殼脆弱處冒出,進而形成海底火山。 • 在地球的海底探查中發現中洋脊具有生物密集聚落的海底

後,在 NASA 工作了多年。回臺灣 後服務於中央大學、中央研究院。

熱泉,歐羅巴的海底火山可能也曾經或正在以類似的方式 孕育生命嗎?

太陽系裡已經探明有幾個「水深火熱」的世 界,而木衛二歐羅巴正是其一。這些世界不 正是原始生命孕育的最佳場域嗎? 1989 年 10 月,美國國家航空暨太空總署(National

Aeronautics and Space Administration, NASA)的 伽利略號(Galileo)太空船,載著各式儀器和人類 對科學探索的渴望,搭上太空梭揮別了地球,一路

上經過金星、地球的三度重力輔助,獨自奮力飛向

太陽系的最大行星⸺木星。它於 1995 年到達木

星,開始了為時八年的環繞木星探測任務(圖一),

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最終執行了壯烈的告別式,進入繼而焚毀於木星的 大氣層裡。

而在伽利略號的整體任務中,還有一項重頭戲:針

對木衛二歐羅巴(Europa, E)的觀測(圖一)〔註〕。

歐羅巴在木星所謂「伽利略四巨月」當中體積最小 (圖二),半徑約 1561 公里,比我們的月亮略小。 註

木星目前已證實的大小衛星為數不下 60 多 顆,若是以與木星之間的距離命名,目前我們習

慣稱呼的木衛二,其實應該要叫做木衛六。


物換星移

任務 終點

G

圖一

C

圖二 卡利斯托

EI

太陽

蓋尼米德 歐羅巴 木星

埃歐 10 倍的地球-月亮距離

木星和它的「伽利略四巨月」:埃歐、歐羅巴、蓋尼米德、卡利 斯托的大小示意圖(真實顏色)。(NASA)

八年間,在環繞木星(左上小紅點)時近時遠的大橢圓軌道上, 伽利略號太空船陸續邂逅、就近造訪了多個衛星:埃歐(Io, I)、

歐羅巴、蓋尼米德(Ganymede, G)、卡利斯托(Callisto, C)。

淺藍色部分是針對歐羅巴觀測的軌道,以圖右下的尺度做為參 考,顯示的是十倍地球-月亮距離。(NASA)

為什麼水深火熱?

石撞擊形成的坑疤,歐羅巴的整個表面光滑而布

歐羅巴的近照,

由伽利略號太空 船拍攝。圖上的

整個光滑表面是 冰殼,滿布了長 短不一的裂隙。 (NASA)

Planets

不像其他兄弟衛星們的古老地表一樣滿布了外來隕

圖三

滿條紋狀,令人驚艷(圖三)。這個景象其實早在

1979 年 NASA 的航海家二號(Voyager 2)飛越任 務就曾經有過驚鴻一瞥。科學家如今已認識 到:歐羅巴的表面竟是一層水結成的冰 殼,厚度可能達數十公里;而那些長 短不一的條紋是冰殼的裂隙,估計 是受到底下物的鼓動而開裂成 的。那麼在冰殼底下的是什麼 呢?應該就是參雜著各種鹽 分、 礦 物 的 液 態 水 ⸺ 也 就是一層估計厚達上百公 里的「海洋」,這是個深 深的「冰下之水」世界!

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釀酒酵母的 前世今生 中央研究院生物多樣性研究 中心副研究員蔡怡陞專訪

採訪 撰稿

張樂妍

本刊編輯。

(本篇照片皆由受訪者提供)

Take Home Message • 釀酒酵母是與人類生活最相關的微生物之一, 未馴化釀酒酵母的發現除了能提供食品應用, 也拓展更多研究領域,例如釀酒酵母多樣性、 起源地、生態特性、棲位。

• 蔡怡陞發現臺灣高度多樣的釀酒酵母譜系和生

態數據不具任何相關性,表示微量存在於自然 環境的釀酒酵母或許在生態上並未扮演重要角 色,但在不同介質上都曾找到它們的蹤跡。

• 臺灣森林的釀酒酵母還有更多未解之謎,像 是某些譜系的特殊分布、環境專一性等現象, 仍有待後續更多研究。

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「發酵」是廣泛出現在我們生活中的食品製作方式;

蔡怡陞在就讀博士班時,便開始研究酵母菌的遺傳

而酵母,正是啤酒和麵包等發酵食品的必要添加

多樣性(genetic diversity),不過在回臺灣建立自

物,它們同時也是存在於大自然的單細胞真菌——

己的實驗室後,讓他更感興趣的則是人類出現之前

酵母菌(yeast)。

的故事:存在於自然界千百萬年、還沒有被人類影 響過、馴化過的釀酒酵母,它們在哪裡?從哪裡來?

酵母菌除了應用在發酵食物的製造外,其中的釀酒

在生態系中扮演什麼角色?

酵母(Saccharomyces cerevisiae)更是一種模式生 物,廣泛使用於單細胞生物的細胞和分子生物學研 究。這些研究令我們理解真核生物的生命機制,但

故事的起點 釀酒酵母的發源地 釀酒酵母是微生物中與人類生活關係最為密切的物

不論是在實驗室的培養液中或是釀酒廠的發酵槽裡,

種,在分子生物學和定序技術出現之前,人類一直

這些釀酒酵母的菌株都經歷人類幾千萬年的馴化

以為它們是混合多種微生物的產物,直到約 19 世

(domestication),和原本出現在自然環境的菌株

紀末,開始有科學家認知到可以用顯微鏡分離出單

有些不同。

一菌種後才正名。這時科學家才發現釀酒酵母是一 種單細胞真菌,並且認為這種生物應來自人類的

任職於中央研究院生物多樣性研究中心的副研究員

馴化,遺傳多樣性可能不高,只存活於人類的活

顯微鏡底下的釀酒酵母

10 μm

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