2024年8月25日 星期日

小提琴家的大拇指


作者:山姆.肯恩(Sam Kean)
譯者:楊玉齡
出版社:大塊文化


放射線的傷害:「斷裂的DNA會讓基因崩解;而基因崩解會讓蛋白質的製造停頓;蛋白質製造停頓則會殺死細胞。」

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「原始微生物將全部能量的百分之二,拿來複製和維持DNA,但是從DNA製造蛋白質,需要耗掉它們百分之七十五的能量。」所以光靠微生物本身,根本無法再打造更多其他的生存特性,像是能夠消化其他微生物的構造、與同伴溝通的能力等等,不過有了粒線體的幫助,就能夠獲得很多額外的能量,「粒線體讓細胞得以擴充它們的DNA作品集,高達二十萬倍,讓它們不只能發明新的基因,而且也能增加大量的調控DNA,讓它們能夠更有彈性地使用基因。」

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「由於精子除了一個細胞核DNA之外,沒法再攜帶更多東西,因此孩子的粒線體完全傳自母親那個大得多的卵。於是,粒線體DNA便能在大部分沒有改變的情況下,透過母系,一代一代地傳下去,成爲追蹤母系祖先的理想工具。不只如此,由於科學家知道粒線體系統多久會發生一次罕見的變化——每三千五百年發生一次突變——因此,他們可以把粒線體DNA視爲一個時鐘:他們可以比較兩個人的粒線體DNA,如果發現愈多的突變,就表示這兩人距離擁有一位共同祖先的時期愈久遠。事實上,這個時鐘告訴我們,現今地球七十億人口都可以追溯回同一個女性祖先,她在十七萬年前居住在非洲,被稱爲『粒線體夏娃』(Mitochondrial Eve)。順便提醒你一下,夏娃可不是當時唯一活著的女性。她只是現今所有人類的最古老的母系祖先。」

「科學家利用同樣邏輯,也推理出粒線體夏娃有一個伴侶。所有男性遺傳到的 Y 染色體,完全來自父親,因爲女性體內沒有 Y 染色體。因此所有男人都可以順著這條父系血統,往回追蹤出這名 Y 染色體亞當。但麻煩的是,雖然單純的數學法則可以證明這位亞當與夏娃都存在,可是同樣的法則也揭露了,夏娃居住的年代比亞當早了幾萬年。所以啦,伊甸園裡那兩口子不可能碰面,就算把聖經人物超長的壽命納入考量,還是一樣不可能。」

📝 那位夏娃的伴侶的Y染色體沒有傳遞到現在,而是夏娃的後代和幾萬年後的亞當結合後,這位亞當的Y染色體才流傳到現在。

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「在2006年,法國病毒學家海德曼(Thierry Heidmann)利用人類DNA,讓一個已絕種的病毒復活——堪稱培養皿裡的侏儸紀公園。結果證明,這樣做簡單得嚇人。某些古代病毒字串在人類基因組裡出現好多次(複本的數量從幾十個到幾萬個不等)。但是致命的突變,在每個版本出現的位置點則不相同,是隨機的。因此,藉由比較許多病毒字串,海德曼可以推斷出,原始健康的病毒字串是什麼樣子,做法很簡單,只要計算,在每個點上,哪些 DNA 字母最常出現,就可以了。海德曼說,病毒原本是良性的,但是當他把病毒重建好,並注射到不同的哺乳動物細胞之後——貓、倉鼠、人類——它卻感染了所有的細胞。」海德曼把這個病毒命名為:「鳳凰」。

後來,也有其他科學家重複海德曼的研究,複製出其他病毒,他們創立了一個新學門,稱為「古病毒學」(paleovirology)。

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「北極熊主要是靠捕獵環紋海豹和鬍鬚海豹爲生,而這些海豹必須在最嚴峻的環境中,在攝氏二度的北極冰洋不斷消耗牠們的體溫的情況下,養育小寶寶。維生素A能讓這些海豹在酷寒中存活:它的功用就像某種生長荷爾蒙,能刺激細胞,讓海豹寶寶增加厚實的外皮層以及油脂,而且增加得很快。爲了這個目的,哺育期間的海豹媽媽會在肝臟裡屯積大量維生素A,以確保孩子能攝取足夠的維生素A。」

「北極熊也需要大量的維生素 A 以增添油脂。但更重要的是,牠們的身體能容忍毒性等級的維生素A,否則牠們將無法食用海豹,而海豹幾乎是北極唯一的食物來源。生態學有一項法則,大意是說,在食物鏈上爬得愈高,毒性累積得愈多,因此位於頂端的食肉動物,攝取毒性的濃度也最高。對於任何毒素,或是劑量一高就會產生毒性的營養素來說,此話一點都不假。但是,和許多其他營養素不同的是,維生素A不溶於水,因此,當頂級肉食者攝取過量,沒有辦法利用尿液來排放。北極熊只有兩條路可走,一條路是設法處理所有吞進肚子的維生素A,另一條路就是餓死。北極熊的適應之道是:把牠們的肝臟當成高科技生化災害圍堵設施,用來過濾維生素A,並防止它接觸身體其他器官。(但即便有這樣的肝,北極熊還是得小心進食。牠們可以吃食物鏈上較低等的動物,後者的維生素A含量也較低。但是有些生物學家曾挖苦地寫道,要是北極熊吃了自己的肝,幾乎保證會死翹翹)。」

所以,如果在北極遇難,絕——對不能吃那裡的動物的肝臟。1596年有一艘荷蘭的船隊受困在北極,船員們獵了三隻北極熊來吃,「只要是能吃的部位,都盡情吞下肚。他們把骨頭上的軟骨咬斷,吸食骨髓,然後把所有多汁的部位都丟下鍋——心臟、胃臟、腦以及最最肥美多汁的肝臟。」

吃完大餐的幾天後,「他們開始害病,而且感覺這輩子從來沒有病得如此嚴重過。病徵是盜汗、發高燒、頭昏,肚子痛得好像被鐵鉗夾住,」「許多人的皮膚從靠近口唇或是其他接觸過北極熊肝的部位,開始脫落。」

維生素A會強迫細胞死亡,正常來說,這項機制可以清除生病的細胞,但高濃度的維生素A一下子讓太多細胞死掉了。

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人類的脂蛋白元E基因(apoE gene)曾經發生過兩次突變,「第一次突變,提升了殺手血液細胞的能力,它們會攻擊微生物,譬如逗留在滿嘴鮮肉裡的致命微生物。」「不幸的是,脂蛋白元E基因可能是以我們的長期健康,來交換眼前的利益:我們能吃更多的肉,但是這些肉會讓我們的動脈看起來好像黃油罐頭。」

「不過,算我們運氣好,在二十二萬年前,第二個突變出現了,它幫助我們分解兇險的脂肪與膽固醇,使我們不會未老先衰。更重要的是,由於它能清除體內的飲食毒素,讓細胞更健康,骨頭更緻密與堅固,不至於中年就斷裂,更加保護我們不致早夭。所以,即使早期人類比起他們吃水果的堂表兄弟,飲食有如放縱的羅馬人狂歡宴會,但是在脂蛋白元E基因與其他基因的協助下,他們的壽命反而加倍。」

但也有考古證據顯示,早在脂蛋白元E基因突變前的二百五十萬年,人類就已經在大口吃肉了。「所以說,幾百萬年以來,我們要不是頭腦太鈍,沒能看出吃肉與早夭有關,不然就是生活太慘,不吃肉無法獲得足夠的熱量,或是太過殘酷放縱,即使曉得吃肉會害死自己,也停不下來。」

脂蛋白元E基因能夠抵抗微生物的特性,也暗示了人類在發展出武器之前,肉類來源很可能大多是腐肉,而不是靠自己狩獵。我記得以前也有看過一個說法,我們的高酸性胃液也是因為常吃腐肉才演化出來的特性。

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「考古證據很早就暗示,人類即使在不是極度飢餓的情況下,也會彼此相食。但是多年來一直沒有解決的問題是,大部分非飢荒的食人行爲是否出於宗教動機,是具有選擇性的,還是例行的烹煮。全世界所有已知人種,全都擁有兩種特別的基因標記中的一種,這兩種基因標記能幫助我們的身體,抵抗某些與食人行爲有關的疾病,尤其是吃食人腦所導致的類狂牛症。這種抗病DNA,若非曾經是人類極度需要的,幾乎確定不會在全世界固定下來。」

「正如 DNA 可以顯示食人行爲,科學家不盡然都要依賴古代人造器具的資訊,來了解我們的過去。科學家剛開始研究現代人類 DNA 時,注意到的第一件事就是,人類 DNA 非常缺乏多樣性。現今全世界約有十五萬頭黑猩猩,以及差不多相同數目的大猩猩,反觀人類總數高達七十億。然而,人類的基因多樣性卻還不及這些猿猴,而且是差很多。這暗示了,在不久以前,人類總數曾經下降到遠低於黑猩猩和大猩猩的數量,而且這種情況甚至可能發生過好幾次。如果在舊石器時代就有『瀕危物種法案』,當時人類的處境,很可能相當於今日的貓熊和兀鷹。」

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「缺乏節制的浪費,正是性擇的註冊商標。」例:孔雀的尾巴、鹿角、狒狒火紅的屁股。

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「當醫生在許多不同的人身上,看到類似症狀時——譬如波動的血糖、關節痛、高膽固醇等等——很自然地就會假定病因也類似。但是,控制血糖或膽固醇,需要許多基因攜手合作,其中任何一個基因在階式反應中的某個突變,都可能破壞整個系統。換句話說,就算很大比例的症狀都相同,惹禍的基因——而那正是醫生需要找出來並加以治療的部分——卻可能不同(有些科學家爲強調這一點,將托爾斯泰的名言改成下面這個樣子:或許所有健康的身體都是一樣的,但不健康的身體卻各有各的毛病)。」

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在幾百年前,野生胡蘿蔔以紫色佔絕大多數。但是在一六〇〇年左右,荷蘭胡蘿蔔農開始從事古老的基因工程,培育某些突變種,而它們剛好含有大量β-胡蘿蔔素(維生素A的一種變體)——如此才發展出第一株橘紅色的胡蘿蔔。」

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「雖說魏斯曼(August Weismann)是聰明又勤奮的名人堂等級的生物學家,有一次他宣稱自己一口氣就把《物種原始》讀完了——看看那本書厚重的樣子(共有五百零二頁),大衆不禁譁然。」

📝 大衆不禁譁然是怎樣 😂

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📝 作者的網站有更多的補充資料。

2024年8月10日 星期六

T恤上的宇宙:尋找宇宙萬物的終極理論


作者:佛克(Dan Falk)
譯者:葉偉文
出版社:貓頭鷹


「馬可士威寫道:『我們幾乎可以斷定,光在橫斷面的震盪上,與產生電磁現象的介質一樣。』」

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「一九〇七年,拉塞福離開加拿大蒙特婁的麥基爾大學,到英國曼徹斯特大學任教,並且在這裡設計出一項精巧的實驗,來探測原子的結構。他利用一種大量帶正電荷的α粒子(就是剝除電子的氦原子原子核),去撞擊黃金的薄膜。理論上,就像用刀子刺進奶油一樣,速率很高的α粒子應該會立刻穿越金箔才對。事實上,大部分的α粒子的確穿過金箔,但是有些α粒子卻發生偏轉,有少數粒子甚至反彈回來。面對這樣的結果,拉塞福說:『這是我一生中所碰到最難以置信的事,就好像用機關槍去打一層面紙,子彈卻彈回來打到自己一樣。』」

「是什麼使α粒子反彈回來?拉塞福認為,最簡單的解釋應該是,原子所攜帶的正電荷應該集中在一個很小的區域,形成一個厚實且帶正電荷的目標,因而把同樣帶正電荷的α粒子反彈回來。」

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「普朗克提出,熱體放出來的能量並不是連續的,而是特定大小的不連續封包。就像銀行的自動提款機,只會吐出百元或千元面額為單位的錢一樣。普朗克稱這種能量的小封包為量子,是拉丁文『多少』的意思。」

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「如果你打開一顆一百瓦的燈泡一秒鐘,再把它關掉,你大約放出了三萬億個光子,也就是大概3 x 10^20個。」

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「在量子世界裡的任何度量,都困難得不得了,我們只能計算出不同結果的出現機率。其實,任何實驗在做第二次的時候,並不保證會得到同樣的結果。量子理論只允許我們計算很多次度量所得到的平均結果,說得更準確一些,我們得到的是度量結果落在某個範圍裡的機率。我們且做個比喻,假設你是紐約大都會美術館的館長,你想預測下星期日會有多少人進館來參觀。事實上沒有任何方法可以精準預測,你最多只能依照上個月或去年的票根,看看過去的星期天平均有多少人來參觀。」

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「電子在原子核附近,就像一抹『暈開』的雲。」

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「標準模型裡總共包含了十八種粒子,可以分成兩個基本類型。其中十二種是費米子,包括了電子與各種不同的夸克,這些粒子能構成堅實的物質;另外六種是玻色子,它是費米子之間交互作用的媒介。(如果拿標準模型比喻全球的政治,則費米子就像各國的領袖,如總統和總理;玻色子則是外交使節,在各國領袖之間傳遞訊息。)最有名的玻色子是光子,它是電磁力的媒介。」

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「物理不是宗教。如果是的話,我們更容易募到經費。」——列德曼

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「當我們愈了解宇宙,就愈看得出它是沒有意義的。」——溫伯格《最初三分鐘》

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「事實上,一個縱橫數十億光年,歷經百億年時光的宇宙,很難想像它會是以『人』為中心的。就像作家費瑞斯說的:『若硬是把宇宙當成是為了我們而設的,宇宙擴張得愈大,就愈顯人類的癡愚。』大約在七十年前,羅素也以他慣有的辛辣語氣,挖苦『有目的宇宙』的想法:『如果我是全能的創造者,又花了數百億年的時間來實驗,我不會認為人類是什麼值得誇耀的結果。』」

2024年8月9日 星期五

統計,改變了世界


作者:薩爾斯伯格
譯者:葉偉文
出版社:天下文化


「由於統計量是隨機的,因此問單獨一個統計量的值有多準確是沒什麽意義的;同樣的,討論單獨一個量測值有多準確,也沒有任何意義。我們需要的準則,必須以統計量的機率分布爲根據,就像皮爾生所說的,一組量測必須從它們的機率分布,而非觀測值本身的觀點來估計。」

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「假設(或顯著性)檢定是一種正式的統計程序,是在『待檢驗的假設爲眞』的假設下,去計算觀測到的結果的機率;當觀測結果發生的機率很小,我們就說原先的假設不成立。這裡很重要的一點是,假設檢定是一種否定(棄卻)某個假設的工具。在前面所舉的例子裡,待檢驗的假設是:這位女士只是靠猜的。假設檢定的目的不是讓我們肯定(接受)某個假設,就算與該假設有關的機率非常大也不行。」

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「長期來說,統計學家如果總是計算95%的信賴區間,他將發現,相關參數的眞値落在所求區間的機會,是總次數的95%。請注意,對尼曼而言,與信賴區間有關的機率,並不是我們『答對』的機率,而是統計學家使用某種方法、經過長時間之後,做出正確陳述的頻率。這個數字與目前的估計值有多『正確』,根本扯不上關係。」

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「假設有兩事件在一段時間內發生,就像先洗牌,再發出五張玩梭哈的牌,這時我們就稱這兩個事件分別爲『前』(before)與『後』(after)。說後面事件發生的機率以前面事件爲條件,是有意義而且說得通的;如果牌沒有洗好,當然會影響玩家得到一對A的機率。貝氏發現也可以反過來,計算在後面的事件已發生的條件下,前面事件發生的機率,這實在很詭異,也沒什麼道理。就像玩家已經拿到一對A之後,再來看看整副牌裡有四張A的機率是多少,或是已知一個病人罹患了肺癌,再回過頭計算他是癮君子的機率,或者是已經知道有個叫史密斯的人得到唯一的大獎,然後用這件事去看州立彩券公不公平。」

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1980年,賓州的三哩島核能發電廠發生事故。「這些指示燈當中有很多警告燈,其中幾個在以前曾經發出假的警告,因此在當時,操作員有個先入爲主的成見,認爲當他們看見一個新出現的警告燈亮時,就先當它是假的信號。結果,即使當警告燈的型態及相關的指示器都一致顯示反應爐的水位過低時,他們還是置之不理。這就是因爲他們的先前主觀(事前機率)太強烈了,所以雖有新的數據,也無法使事後機率產生多大的改變。」

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「所以,隨機樣本既比便利樣本更好,也比判斷樣本好。其中的原因,倒不是隨機樣本能保證得到正確的結果,而是由於它能計算出一個範圍,而正確答案落在這個範圍裡的機率很高。」

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「假定我們接受假設(或顯著性)檢定的觀念,大家都同意若一個現實假設的機率很低,那麼就可以決定棄卻(reject)這個假設。爲了容易說明,我們先設萬分之一(0.0001)的機率算很小。現在,我們安排一個公平的彩券,共賣出一萬個號碼,並考慮下面這個假設:1號彩券中大獎。這個假設的機率是萬分之一,因此我們棄卻這個假設。接著再考慮第二個假設:2號彩券會中大獎;同樣的,此假設的機率也是萬分之一,因此也被棄卻。所以我們可以用同樣的方式,棄卻每一個彩券號碼中大獎的類似假設。依照邏輯規則,若A不爲眞,B不爲眞,C也不爲眞,則A、B、C三者的聯集也不爲眞;也就是說,按照邏輯規則,若每一張彩券都不會中獎,那麼就沒有彩券會中獎。」

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「依據機率觀點所得到的決定是不合邏輯的,邏輯與機率論點相互矛盾。費雪靠著設計良好的實驗,利用顯著性檢定來使科學歸納推理合理化,但柯漢提出的悖論顯示,這種歸納推理其實是不合邏輯的。至於康菲爾德發現抽菸會導致肺癌,理由是來自許多研究累積下來的證據,但在這些研究當中,除非你假設抽菸會致癌,否則所有的研究結果都是極不可能發生的。這麼說,相信抽菸會致癌是不合邏輯的嗎?」

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「在邏輯上,對的命題和錯的命題是截然不同的,但在機率論的觀念裡,有些命題只是『有可能』或『幾乎』是對的,所造成的一點點不確定性,就足以讓我們無法把實質蘊含的冷酷精確性,應用到因果關係上。」