2011年5月27日 星期五

男人唔洗信得住,機械人一樣會上樹

這是爬樹機器人,香港中文大學的產品。這是世上第一隻懂得自行爬樹(即不必人手操控,亦不必預先輸入樹桿數據)的機器人,它用觸覺傳感器感受樹桿的形狀向上爬。研發目標為「協助或取代人類進行林業工作」。

2011年5月25日 星期三

懂隱形便懂縮細宇宙?

隱形,邊個唔想?壞人隱形,便可為所欲為;好人隱形,便可避過壞人的陷害,阻止壞人為所欲為。難怪隱形經常成為童話及科幻小說的情節。(當然,假如壞人勢力強橫,他根本不需要隱形,一聲令下,好人即會「被隱形」;請認清「隱形」和「被隱形」的分別。)

現實生活裡,隱形還是天方夜譚,然而我的長期讀者一定知道,隱形再不是想像中的那麼天方夜譚,至少理論上是可行的,技術上的最大障礙是打造合適的隱形物料。打個譬喻,所有細菌或病毒引致的病症,理論上都可以疫苗預防,最終未必能夠找到有效的疫苗,但理論上的可能鼓勵專家不斷尋找。今天隱形研究的處境差不多,理論定出了物件隱形的條件,問題是如何實現那些條件。本文回顧一下近幾年的發展。

看見物件,因為物件反光;不反光之物,是個黑影,並非隱形。要使物件隱形,必須使其「透明」,怎樣令一件不透明的物件「透明」呢?假如能控制光線繞過物件,如小溪的流水繞過石頭,那物件便會在視覺上消失。原理很簡單,但光線不同流水,不會自動繞過物件,必須有個媒介引導。這媒介的折射率(refractive index)必須小於一,然而所有天然物料的折射率皆大於一,是故隱形物料必須人工製造。

2006 年,此構想給「部分」實現了;我說「部分」,因為那隱形物料只在二維空間隱形,亦即是說,把它放在桌面,只有當你伏在桌上才看不見,坐起來看即時一目了然。它還有另一缺憾,只在微波(microwave)照射下隱形,在日光之下「無所遁形」;微波與日光有何分別?兩者波長不同,我們眼睛只能感受日光的波長(因此我們看見日光),不能感受微波的波長(因此我們看不見微波,微波爐運作時「開燈」只是指示之用,發出的微波是看不見的)。因此,這件隱形物料其實是「騙人」的,它只在微波照射下隱形,但我們根本不用微波視物。

那「征服」微波有什麼意義?微波波長比日光長,波長愈長愈易操控(即操控微波較易),用現有技術首先征服微波,證明概念可行,操控波長較短的日光只是技術問題而已。

不想給大家一個錯覺,以為征服日光「指日可待」,更棘手的問題是同時操控多種波長的日光。記得牛頓用三菱鏡把日光分成七種顏色嗎?日光其實包含多種波長,在日光下「真正」隱形,必須同時操控所有波長繞過隱藏的物件,理論上可能,技術上絕不容易。暫時隱形物料只能控制一種波長,離開「真正」隱形尚有漫漫長路。

以上一直假設隱形物料「包」着物件,較簡易的方法是把物件放在地上(或任何表面之上),再以隱形物料覆蓋,把突出的地面「偽裝」成平的一樣,此稱「地氈隱形法」(carpet cloak)。它較容易,因為不用處理四方八面的光線,只需應付上面射來的光,使其反射得像平面反射一樣。去年 12 月,有人製造了一塊「隱形地氈」,隱藏一件長 38 毫米、闊 10 毫米、高 2 毫米的物件,是有史以來成功隱形的最「巨型」物體。該地氈能在日光下隱形,但鑑於其採用的材料,它只能在水下隱形,並只有從某些角度觀望才會消失。

隱形的實踐遠遠落後於理論,任何隱形法的實現,儘管諸多限制和缺憾,只要能夠驗證某些概念,在學術上都是有價值的。

有些概念,雖然未經實踐,也值得一談。有沒有想過,不用被包着,也不用被蓋着,也能隱形?香港科技大學一組學者 2008 年提出「遙控隱形」(remote cloaking)的構想,舉例,艾未未只要站在一塊適合的隱形物料旁邊,便會從人間「消失」。這塊遙控隱形物料必須「度身定造」,與隱藏物件(例如,艾未未)的折射率相配。這概念很難想像,艾未未怎樣被一塊沒有包着、也沒有蓋着他的東西收藏起來?可以這樣想,遙控隱形物料的反光恰好與艾未未的反光相抵消,艾未未遂消失在眾人眼前。類似一些靜音系統,探測外來聲波,播出一些相反聲波作抵消,使房內靜悄悄。

至此,讀者可能已經發覺,隱形物料(理論上)可把光線任意操縱,如何繞過物件,如何反射光線,甚至遙控別人眼裡的影像,猶如一位光線魔術師,把視覺玩弄於股掌之間。想一想,它既然能夠令存在的艾未未看似不存在,豈不能夠令不存在的艾未未看似存在?又或者令艾未未看似其他人物、動物或死物?操縱光線即是操縱視覺,東施可以變西施,老鼠可以變大象,鹿可以變馬,豬肉可以變牛肉,任何物體可以看似任何物體,甚至沒有物體也可以看似任何物體,你說神奇不神奇?我不是信口開河,發明遙控隱形的科大學者也這樣說,他們更提出一個頗為「邪門」的構思:何不把牆壁一部分「消失掉」,即是在牆壁開個「虛擬」的洞,偷窺另一邊?理論上可行,儘管還未實踐。

操縱光線還有另一重意義。愛因斯坦的相對論說,星體可以扭曲空間,改變光線的路徑。反過來想,能夠操控光線的路徑,即是能夠模擬星體的存在,模擬空間的扭曲,在實驗桌上模擬太陽系、銀河系,甚至宇宙。一些原來只可「遠觀」的天文現象,縮細至實驗室給我們「褻玩」,已經有人用隱形物料模擬過宇宙大爆炸、黑洞多重宇宙(multiverse)等,開拓另一道認識宇宙的大門。

隱形、幻象、相對論、宇宙,全是虛無縹緲,與日常生活距離得不能再遠的東西,有沒有實際一點的用途?隱形物料可幫助顯微鏡看得更細、更清楚,一般透鏡看不見比光波波長更細的東西,隱形物料打破這限制,蛋白質、病毒、基因也看得見。磁力共振(MRI)和超聲波也可得益,任何影像科技,隱形物料都可增強其解像度。錢幣有兩面,玩弄光線可以令人看見「錯」的東西,也可以令「對」的東西看得更清。

該門學問仍處起步階段,發展之快令人咋舌,希望在我有生之年,中國的異見人士能夠在「被隱形」之前,隱形以自保吧。

(2011 年 5 月 25 日 信報副刊)

2011年5月20日 星期五

循環再用廁紙筒

早前在網上看見用廁紙筒收藏電線的好方法,不錯:


最近我買了一部相機,「一闊三大」,頓時多了很多配件:附送的小腳架和後備電池、充電器、讀卡器、timer、備份用的外置硬盤及多條電線,零碎得頭痛。早幾天,找來一個舊紙盒,並仿照廁紙筒收藏電線,把全部配件妥當地集中存放,真開懷。

2011年5月19日 星期四

世上最大的(模型)飛機場

兩位兄弟興建了世上最大的模型飛機場,以德國漢堡機場為藍本,用了 40,000 盞燈、15,000 隻公仔、500 架車仔、10,000 棵樹、1,000 輛模型車、300 幢建築物 及 40 架飛機,等等等等……

比例 1:87,佔地 1,600 平方尺,每一架車都由地下一塊磁石拉動,由懂得遵守交通規則的電腦程式控制。你估耗資多少?

480 萬元(不知是美元或歐羅)。

其實這是德國漢堡 Miniatur Wunderland 展覽館一部分。到漢堡遊覽的話,一定不好錯過。

2011年5月18日 星期三

為什麼藝人喜愛公開道歉?

上星期扭開電視,莫少聰正在開記者會,交代北京吸毒被捕的來龍去脈,並且鞠躬致歉。

我覺得很搞笑,他對着鏡頭道歉幹麼?道歉的對象是誰?行為不當傷了家人的心,向他們道歉還可以理解;眾目睽睽下公開致歉,對象顯然不限於家人,他真的以為有粉絲會為他傷神?還是擔心自己作了「壞榜樣」,向全港小孩、青年、家長和老師致歉?他自視過高了吧。

莫少聰不是個別例子,兩年前關楚耀和衛詩在日本藏毒,返港後也是滿臉子後悔,對着公眾 say sorry。藝人做錯事,公開道歉已成為「補鑊」的其中一項指定動作,然而這種對象模糊不清的道歉模式,與一般對道歉的理解格格不入,沒有「受害人」的道歉是說給誰聽的呢?道歉者處於什麼心理狀態?這些道歉有沒有社會功能?

我上網略作搜尋,這方面的心理學研究不多,幸好仍有足夠資料供我發揮一下。道歉的標準事項包括:(一)承認做錯事,(二)承認自己有責任,(三)表達懊悔,(四)承諾不再犯,(五)提出補償。用此框架分析一下莫少聰在記者會的聲明。

「首先我要澄清的是,我沒有藏毒,也不是在家裡跟其他人一起聚毒,在我家裡也沒有發現任何毒品。」我沒有你們想像中的壞……

「警方跟我說,在三天之前,有人舉報你吸食大麻,那我就跟他說這個是事實。」我是個誠實、值得信賴的人……

「當天的情況是,我有很多朋友去頤和園旅行,那當中有二十幾人,我認識的只有六人,其他人我都是第一次認識的。遊覽的時候,有人把一個煙斗的東西,叫我去吸食,他說裡面是大麻,我開始時拒絕了,說我不抽這些東西,後來他還是一而再、再而三的叫我去,給個面子,就吸一下嘛。所以我就應酬了他一下,吸了一口我就走開。整件事情就是這樣子發生。」礙於禮貌我才勉為其難,只吸一口……

「當然這事情是不對的。」(一)承認做錯事……

「我的行為是做錯的。」(二)承認責任……

「所以經過這一次,我也希望可以給一些年輕一個借鑒,希望他們以後碰到這種事情,都要學會說不。」(三)表達懊悔:如果給我再走一次,我會說不……

「警方也深入調查,發現我本來就沒有毒癮,也不是一個長期吸食毒品的吸毒者,所以後來就把我放出來。整件事情就是這個樣子。」你看,公安也放我一馬,我真的沒有你們想像中的壞……

「對不起,也向所有關心我的朋友,向大家、我的家人、我的粉絲,(承諾)我不再犯同樣的錯誤。」(四)承諾不再犯……

漏了(五)提出補償。這可以理解,如此小事一樁,沒什麼值得補償。心靈上的傷害(有的話),也很難以金錢衡量。

他說「對不起」的時候,顯然意識到沒有對象的突兀,勉強以「所有關心我的朋友、家人、粉絲」填上。

對象模糊暫且不論,這段道歉聲明還算是「有效」的。有研究指出,道歉「有效」與否視乎幾方面:(一)錯誤的輕重,(二)引致的後果,(三)當事人責任多少。莫少聰的聲明不斷在這三方面下功夫。「我沒有藏毒,也不是在家裡跟其他人一起聚毒」、「吸了一口我就走開」、「我本來就沒有毒癮」目的在把罪名減輕;「(警方)後來就把我放出來」意指後果輕微,亦間接暗示罪名僅屬「小兒科」;「我開始時拒絕了……他還是一而再、再而三的叫我去」把部分責任卸給他人。「道歉心理學」不是什麼高深學問,道過歉的人都懂,對搞慣公關的人來說更是「第二本能」。

如此「修飾」,難免令人覺得虛偽,然而虛偽的道歉是否有問題呢?大家一定遇過以下情景,小孩甲弄壞了同伴的玩具,同伴放聲大哭,甲的母親走來,令甲道歉,甲不從,母親軟硬兼施,幾分鐘後甲才蠻不願意地「對不起」。這樣道歉虛偽嗎?道歉這回事,虛偽總比沒有好。(就像虛偽的讚美永遠動聽過衷心的咒罵,我亦相信多數母親會教導子女,寧說多點動聽的話,也不應衷心地咒罵別人。)

已故心理學家 Erving Goffman 對道歉有精闢的見解,在其 1971 年出版的《Relations in Public》他這樣說道,「道歉把人切成兩份,犯錯的一部分,與清白並堅信道德的另一部分」,道歉者承認犯錯的同時,亦暗示其值得饒恕的一面,過去的錯失遂變得較易接受。

Goffman 在其 1955 年文章〈On Face-work〉對道歉有更完整的詮釋,他說群體裡每人都有一個自我形象,例如一位員工認為自己幹勁十足,一位母親自認賢妻良母等,當自我形象與別人的觀感吻合,人與人的溝通與群體的運作便井然有序。當某人形象受損(亦即他想維持的形象與別人的觀感不配),該群體原來的流暢運作便受威脅,他於是採取行動去「修復」原來形象,令群體回復昔日秩序。於個人而言,道歉是修復形象的手段;於整體而言,道歉是秩序回復正常的途徑。

秩序的修復經歷四個階段:
(一)爆大鑊:有人揭發莫少聰吸毒被捕,引起軒然大波。
(二)作出道歉:莫少聰開記者會,宣讀聲明。
(三)接受道歉:你接受他的道歉嗎?
(四)道謝:莫少聰感謝你接受他的道歉,如果你接受他道歉的話。

公眾人物喜愛公開道歉,秘密在於階段(三),假如你不接受他的道歉,你便成為阻礙秩序「正常化」的「黑手」;說得通俗一點,道歉者將個波交番俾你 -- 我已經道歉了,你不接受便是你「小器」。莫少聰道歉後,我們「不應」再窮追猛打,「不應」再耿耿於懷,「應該」讓他改過自新,「應該」讓事件淡忘。他已經道歉了,你不原諒也得原諒他吧。

我終於明白,莫少聰道歉的對象模糊,因為所有人都是對象;一聲道歉,所有人都「被逼」寬恕了他。

(2011 年 5 月 18 日 信報副刊)

學術參考:
Debra Slocum, Alfred Allan, Maria M. Allan (2011), “An Emerging Theory of Apology,” Australian Journal of Psychology. doi:10.1111/j.1742-9536.2011.00013.x

Cynthia McPherson Frantz, Courtney Bennigson (2005), “Better Late Than Early: The Influence of Timing on Apology Effectiveness,” Journal of Experimental Social Psychology 41, 201–207. doi:10.1016/j.jesp.2004.07.007

Mark Bennett, Christopher Dewberry (1994), “"I've said I'm sorry, haven't I?" A Study of the Identity Implications and Constraints That Apologies Create for Their Recipients,” Current Psychology: Developmental ° Learning ° Personality ° Social 13, 10-20.

2011年5月12日 星期四

如果所有撞柱都變成入球……

英超聯會係咁樣(截至去週):


阿仙奴攞定冠軍,韋斯咸亦唔洗降班。

參考:現實積分榜

2011年5月11日 星期三

生命如何爆出來?

科學上有些疑團,不僅難以解開,根本無法完滿解答 -- 生命的起源就是這樣一個 unknowable 的難題。

生命的奇妙,自古便深深吸引着人類。古時有個想法,一切由生物分泌或提煉的物質都是神聖的,載着某些生命的要素,其成分有別於如空氣、石頭等死物。這想法稱為「vitalism」,認為生命來自一股神秘的「能量」,有這股「能量」的東西便有生命,沒這股「能量」的東西便是死物。「有機」(organic)一字,二百年前出現,本意是一切從生物得來的物質;其餘物質,便稱「無機」(inorganic)。

在 vitalism 的框架內,有機和無機屬於兩個不相容的領域,兩者「井水不犯河水」;無機物不會變成有機物,反之亦然。

1828 年,德國人 Friedrich Wöhler 把無機的 NH3(阿摩尼亞)和氰酸(cyanic acid)加熱,得出有機的尿素(urea,來自動物尿液,故有機)。自此,有機和無機的界線開始模糊,分隔兩者的圍牆開始倒下。

現代化學裡,一切含碳物質皆稱「有機」。此定義並非無懈可擊,例如 CO2(二氧化碳)、鑽石和石墨(碳的兩種形態)、大理石和梳打粉(都是碳酸鹽),從來不是「有機」的代表,但除卻這些明顯例子外,「含碳就是有機」還是說得過去的。

有機無機的互換,一點也不神秘,說到底只是原子的再分配。舉例,電油燃燒,長長的有機化合物被拆散,產生氧化碳、氧化硫、氧化氮等,全是無機氣體;有機就是這樣變成無機。

從「有」到「無」,十分容易。從「無」到「有」,可能嗎?這是生命起源的基本疑團。原來只有無機物的史前地球,怎樣生產第一團有機物質,作為生命的原材料?換個說法,生命怎樣由石頭爆出來?地球如何「無中生有」?


1953 年,在美國芝加哥大學進行的一次經典實驗,給了我們一個啟示。化學系博士生 Stanley Miller 在導師 Harold Urey(1934 年諾貝爾化學獎得主)指導下,把裝滿 NH3、CH4(甲烷)和 H2O(水蒸氣)的容器接上高電壓,通電產生火花,模擬史前大氣層雷電交加。一星期後,容器內發現氨基酸(amino acid),蛋白質的原材料。Miller 構想,史前大氣層經無數次閃電「洗禮」,便是地球第一團有機物的來源。

氨基酸是什麼?一條以碳為骨幹的分子,一端為 COOH(一碳、二氧、一氫),另一端為 NH2(一氮、二氫),就是氨基酸;中間的碳骨幹可以變化無窮,只要分子兩端合符「標準」,便可稱為氨基酸。Miller 實驗以 NH3、CH4 和 H2O 起始,閃電把氮、碳、氫、氧再分配,得出以 COOH 和 NH2 作「標誌」的氨基酸,對愛「馬後炮」的我來說,一點也不意外。

兩條氨基酸,一條的 COOH 對準另一條的 NH2,有什麼發生?兩者結合,釋出一顆水分子(H2O),餘下一個 CO-NH 連結,兩條氨基酸連接起來。COOH 和 NH2 就像一塊磁鐵的南北兩極,讓氨基酸無止境接駁下去;一列長長的氨基酸,就是經常聽說的「蛋白質」。肌肉、神經、頭髮、指甲都是蛋白質,說身體大部分由蛋白質組成並不為過。

在 Miller 實驗的五十年代,普遍認為史前大氣層充滿着 NH3 和 CH4(亦是 Miller 實驗採用的氣體)。到了九十年代,意見漸漸改變,認為 CO2 和 N2(氮氣)才是史前大氣層的代表,兩種氣體都沒有包括在 Miller 實驗之內。換句話說,Miller 實驗雖然證實「無中生有」的可能,但這可能性並不屬於我們的星球。有人採用 CO2 和 N2 重覆 Miller 實驗,不見氨基酸的蹤影,我們距離生命之源的答案退了一步。

2008 年,Miller 的意念獲得重生。他兩位高足 Jim Cleaves 及 Jeffrey Bada 懷疑那失敗的實驗存在漏洞,閃電能夠製造氨基酸的同時,也能產生摧毀氨基酸的氮化合物,兩者抵消,氨基酸遂不見蹤影。他們重覆 CO2 和 N2 的閃電實驗,加進物料吸收氮化合物,氨基酸果然「失而復得」。史前大氣層借閃電之助「無中生有」的假想,再次獲得證實。

氨基酸無疑是生命的原料,但不可能是答案的全部,因為更基本的遺傳物質 DNA 和 RNA 並非氨基酸。DNA 是去氧核糖核酸,RNA 是核糖核酸,兩者都是由核酸(nucleic acid)串連而成。DNA 是基因的載體,儲存着製造蛋白質的指令,RNA 則像圖書管理員,控制着指令的執行;DNA 和 RNA(核酸)攜手管理着蛋白質(氨基酸)的製造和使用,我們的身體是核酸指揮氨基酸。一碟完整的生命原材料,兩種「酸」都需要。

閃電產生氨基酸,核酸又怎樣出現呢?可能來自隕石。最近有人找來隕石碎片,磨碎,去除有機物質,剩下無機礦物,混合 HCONH2(甲醯胺,formamide)加熱至攝氏 140 度,兩天後,核酸和氨基酸竟會自然出現。為什麼混合 HCONH2 呢?此物質有在太空飄浮,隕石跟它相遇不出奇,說不定核酸和氨基酸就是這樣太空製造,隨隕石散落地球。

生命種子來自太空的假想由來已久,這是第一次找到具體證據

生命原料齊備,不代表生命便會「應運而生」,正如煮餸不是將材料混合這麼簡單。生命是 DNA/RNA 指揮蛋白,然而指揮過程需要很多蛋白協助方能成事,那究竟是 DNA/RNA 還是蛋白首先出現?假如你不明白,讓我舉例。我寫文章,必定參考自己的舊文,那我的第一篇文章怎樣寫?有雞先還是有蛋先?

曾有想法認為,DNA/RNA 的複製及指揮過程實在太複雜,必須週遭環境配合,有適當蛋白作配套,它們才能有作為,因此蛋白先行。

近年想法逆轉,發現 RNA 有時能夠「自己幫自己」,獨自完成複製和指揮過程。現今主流看法認為 RNA 是生命的「開荒牛」,DNA 和蛋白只是「後來者」。

我們沒有時光機,不能重回史前地球,生命起源之謎永沒肯定的答案。Unknowable 也不錯,我們可以辯個不停,直至生命完結為止……

(2011 年 5 月 11 日 信報副刊)

學術參考:
Carl Zimmer (2009), “On the Origin of Life on Earth,” Science 323, 198-199.

H. James Cleaves, John H. Chalmers, Antonio Lazcano, Stanley L. Miller, Jeffrey L. Bada (2008), “A Reassessment of Prebiotic Organic Synthesis in Neutral Planetary Atmospheres,” Origins Life Evol Biosph 38, 105-115. doi:10.1007/s11084-007-9120-3

2011年5月4日 星期三

我們的身體只有 1% 屬於自己

你想不想知道肚臍藏着什麼細菌?很簡單,只要拿枝棉花棒,往肚臍挖幾下,將棉花棒塗往培植細菌的碟子上,幾天後長出細菌,那便是你肚臍的細菌。

每人的細菌都不同。左圖來自 Peter Aldhous,右圖來自 Carl Zimmer。(二人皆為科普作者)


重點是圓圈的多少(不是大小),愈多圓圈表示細菌愈多,細菌間的競爭規限了「地盤」的擴張。Zimmer 的個人衛生肯定較 Aldhous 為佳,對嗎?未必,其中變數多的是:棉花棒挖肚臍的手法和力度、皮膚性質等,都會影響樣本的多少和種類。

下圖那些形狀不規則如煙霧的「地盤」,應該屬於一些有鞭毛(flagella)、能移動的細菌。


下圖是「化學戰」現場,兩組細菌分泌天然抗生素把異類消滅淨盡,平分天下。


其實每一寸皮膚都滿佈細菌,我們不察覺而已。前額、鼻尖、耳朵、口腔、舌頭、指頭、手掌、手臂、腋窩、腳跟、腳掌、龜頭、陰道,每部位都是一個獨特的生態系統,各式各樣細菌在生活着。我們生活在地球表面,細菌生活在我們的表面;於細菌而言,我們就是它們的「地球」。

每人生命中,只有十個月身上沒有細菌,就是懷在母親肚裡的十個月。出娘胎以後,細菌便立即「進佔」皮膚和消化道(嚴格來說,消化道壁也是人體的「表面」,由口腔、食道、胃、小腸、大腸至肛門,食物一直留在體外,養分經消化道壁吸收入體內),從此我們便與細菌互相依存。

很多人聞「菌」色變,其實絕大部分細菌於人無害,有些甚至有益。


曾有一個醫癌的想法:注射某些細菌入體內,激活病人的免疫系統,使其消滅癌細胞。臨床實驗時,這療法沒有延長肺癌病人的壽命,卻有令人驚喜的副作用:接受細菌注射的病人「心曠神怡」,心情顯然較佳。研究人員單憑觀察病人的態度、情緒、舉止,便猜到誰人給注射了細菌。

細菌如何使人快樂?暫時仍是一知半解,動物實驗顯示某些細菌激起的免疫反應會令腦細胞釋放大量血清素(serotonin),有提升情緒之效。這看來有點奇怪,因為刺激免疫系統也能導致抑鬱,兩種完全相反的效果,怎樣解釋呢?說到底,我們還未確知「快樂細菌」與免疫系統的互動,兩者關係有待釐清。

另一方面,有稱現代人太衛生,太少接觸「快樂細菌」,因而抑鬱發作機會特別多 -- 這與「衛生假說」(hygiene hypothesis)一脈相承。「衛生假說」認為一些肆虐近年的病症,如自閉、哮喘及各類敏感,皆因環境過於衛生,免疫系統「無所事事」,令免疫反應「有違常態」所致。僅是假說,未證實的。


全身最多細菌的地方是大腸,細菌數目多達 1013 隻(美國國債截至 2011 年 5 月 2 日總額為 1.4*1013 美元,高出大腸細菌四成),十倍於人體細胞,其總基因長度更達人體基因一百倍;可以這麼說,我們的身體只有 1% 屬於自己。

既然肚裡細菌這麼多,它們與我們有着這樣那樣的關係並不出奇。細菌刺激免疫系統是不爭的事實,儘管其後果難料,什麼樣的細菌引致什麼樣的反應還未充分掌握。一般認為,大腸細菌其中一項益處,是幫助腸壁細胞增生(proliferation)和分化(differentiation),有利腸道發育。有點像一個人總要踏出家門,接觸外面的花花(骯髒)世界,才能成長。

1983 年某實驗發現,無菌老鼠(飼養在無菌環境,全身一「菌」不染)維持體重,需要比正常老鼠多吃三成卡路里,原來正常老鼠大腸裡有種細菌能夠生產分解多醣(polysaccharide,纖維是一例)的酵素,負責消化多醣,盡取食物的營養;無菌老鼠缺乏細菌輔助,消化效率不及正常,當然要吃多些食物以維持體重了。細菌的「功力」當然不只這麼少,大腸裡有幾百種細菌,有的消化多醣,有的消化脂肪,有的消化人體分泌的黏液(如循環再造),有的製造維他命,有的「功力」未為人知,可以肯定的是,我們「外判」了不少消化過程給細菌,有人故稱大腸內的細菌為一「forgotten organ」。

有人「食極都唔肥」,是否肚裡少了一些細菌?

身上的細菌還有保護我們免受害菌侵襲的功能。任何外來細菌降臨皮膚,立即要跟「本土」細菌「爭飯食」,競爭力不足便得行人止步,因此「本土」細菌是我們的第一道防線。假如身體表面一「菌」不染,害菌便如發現新大陸,橫行無忌。實驗顯示無菌老鼠是較易受感染的。


大腸住着 300-500 種細菌,互相倚賴,形成一個生態系統,你和我的生態系統一樣嗎?每人的生態系統都不相同,這樣的答案雖然正確,但無甚意思,正如你問我「每個家庭一樣嗎?」,我答「家家有本難念的經,每個家庭都不相同」。不相同是事實,但哪方面不相同呢?不相同之間可有些規律?

最近一個驚喜發現,人的大腸生態系統雖然「變化無窮」,但萬變不離其宗,來來去去只得三個類型。第一型以 Bacteriodes 細菌為主,擅長消化碳水化合物和蛋白質;第二型以 Prevotella 細菌為主,擅長消化身體分泌的黏液;第三型以 Ruminococcus 細菌為主,也擅長消化身體分泌的黏液。三種生態系統與疾病相關嗎?未知。為什麼只得三類型?未知。什麼決定類型?未知,類型跟年齡、國家、基因、飲食都扯不上關係。

可見,知道愈多,不知道的也愈多,唯有等待跟進研究吧。令我想起許許多多的節食餐單,減肥效果會否視乎食者的大腸生態系統呢?我經常放屁,是否吃的東西和大腸生態格格不入?

(2011 年 5 月 4 日 信報副刊)

學術參考:
Manimozhiyan Arumugam, et al. (2011), “Enterotypes of The Human Gut Microbiome,” Nature. doi:10.1038/nature09944

Elizabeth K. Costello, et al. (2009), “Bacterial Community Variation in Human Body Habitats Across Space and Time,” Science 326, 1694-1697. doi:10.1126/science.1177486

Cynthia L. Sears (2005), “A Dynamic Partnership: Celebrating Our Gut Flora,” Anaerobe 11, 247-251. doi:10.1016/j.anaerobe.2005.05.001

Francisco Guarner, Juan-R Malagelada (2003), “Gut Flora in Health and Disease,” Lancet 361, 512-519.