膠紙 ＋ 鉛筆 ＝ 諾貝爾獎

今年諾貝爾物理學獎一反常態，頒給「年紀輕輕」52 歲的海姆（Andre Geim）和 36 歲的諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），比後者更年輕的物理學獎得主要追溯至 1973 年，那時後者還未出生。根據諾貝爾獎網頁，他們的獲獎理據是「對二維物料石墨烯的開創性實驗」（for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene）。

石墨烯是一層厚（薄？）的碳原子，亦可稱作「單層石墨」，在二維平面上，碳原子排列成一個個六角形（上圖），如蜂巢。鉛筆芯（三維立體石墨）就是由許多層石墨烯相疊而成。物理學家對石墨烯一點也不陌生，超過六十年前已開始作理論探討，早已預見多項有趣特性，例如超低電阻；然而另一方面，由於熱力學的限制，他們認為真正的二維石墨烯實在太薄，不能獨立隱定地存在，必須處於一些三維實體之內（如鉛筆芯的一部分）。可以用建築物作比喻，樓層（二維平面）不可能隨便抽離大廈（三維立體），樓層只是一個概念，實際上不能獨立存在。有人嘗試製造石墨烯，往往達到十幾層厚便失敗收場，與理論所言互相呼應。

換言之，石墨烯只是理論上的一個概念，除了幫助了解碳物料特性和讓物理學家作天馬行空的學術探討外，從沒有人期望石墨烯真的出現……直至 2004 年海姆和諾沃肖洛夫的「開創性實驗」。

二人「提煉」石墨烯的方法簡單得難以置信，用膠紙黏掉鉛筆芯的表層，附在膠紙上的便是石墨烯。嚴格來說，膠紙上的石墨並不平均，有的地方黏着多層石墨烯，有的三層，有的兩層，有的一層，我們最感興趣的當然是一層，但這裡遇上另一個難題，如何分辨及尋找單層石墨呢？來到這個厚薄（一至數顆原子厚度），它是透明的，透明的東西很難辨別厚度，莫說石墨烯，窗子是單層或雙層玻璃也未必分得清。海姆和諾沃肖洛夫把膠紙上的石墨印往二氧化矽（SiO₂）薄板之上，二氧化矽薄板呈紫色，但光線經過石墨烯的干擾（interference）後呈藍色，不同厚度的石墨烯呈不同深度的藍色（一層油在水面呈彩色的原理差不多），利用光學顯微鏡便看得見（右上圖，點擊放大，圖中數字為厚度）。

肉眼認出單層石墨烯之後，二人隨即採用原子力顯微鏡（atomic force microscope）確認其厚薄，果然只有一原子厚，石墨烯這種「不可能」物料竟然面世！

細心的讀者會問，既然原子力顯微鏡能知厚薄，為何需要肉眼辨認呢？這是技術問題，原子力顯微鏡以針尖逐點掃瞄，在如此微細的尺度下，膠紙像是一望無際的平原，在這裡地毯式搜尋「獵物」，無異於大海撈針，因此必須首先收窄範圍。

海姆和諾沃肖洛夫指出，近在眼前的石墨烯遲遲未給發現，原因有二。首先，根本無人認為石墨烯能夠獨立存在；其次，透明的石墨烯放在玻璃或普通平面上根本看不見。諾貝爾委員會在物理學獎科學背景（scientific background）文件中指出，兩人「have succeeded in producing, isolating, identifying and characterizing graphene」，可見今次獎項是表揚他們對基礎科研的貢獻，傳媒廣泛報導的應用如輕觸式屏幕、集成電路、基因排序等反而是次要。

事實上，除輕觸式屏幕以外，其他應用乃願景多於事實，能否打進市場還是未知之數。要打進市場，首先要大量生產，以上描述的「生產過程」，做實驗還可以，大量生產是笑話。現時，工業生產石墨烯的方法可分兩大類。第一類叫「chemical vapour deposition」，把金屬（如銅）與含碳氣體（如 CH₄，即甲烷）一起加熱，金屬表面形成一層碳，亦即石墨烯；最近有南韓科學家用此法製造了對角 30 寸的長方形石墨烯塊，打算用於輕觸式屏幕。第二類方法是把碳化矽（SiC，silicon carbide）在接近真空下加熱，其表面亦會形成石墨烯。

這兩種生產工序，在海姆和諾沃肖洛夫的「開創性實驗」之前早已發明，印證了二人獲獎的原因不在應用、而在基礎科研方面。石墨烯的超低電阻及其代替矽作為集成電路材料的潛質早已廣為人知，其生產工序的研究即使沒有以上兩人亦進行得如火如荼；我不懷疑他們的貢獻，科學界亦對二人得獎毫無異議，我只是覺得有點諷刺，假如十年後第一部石墨烯電腦面世，公眾必會歌頌今屆諾獎得主，但事實上，即使沒有他們的「開創性實驗」，石墨烯電腦還是會面世。

當然，經過今屆廣泛宣傳，石墨烯「人氣急升」，其應用研究該會加速，也許這便是海姆和諾沃肖洛夫二人對石墨烯應用的「貢獻」吧。毫無疑問，「石墨烯」一詞將會成電子產品宣傳詞彙的一部分。我在想，假如劉曉波是物理學家，代替了以上兩人作那「開創性實驗」，今屆劉曉波同時獲得物理學獎及和平獎，中國政府在互聯網除了封殺「劉曉波」一詞外，還要不要封殺「石墨烯」一詞呢？

（2010 年 10 月 12 日 信報副刊）

註：事實上，單層石墨在光學顯微鏡下並不明顯（下左圖中間部分），用電子顯微鏡才看得清（下右圖），故嚴格來說，海諾二人是用光學、電子和原子力顯微鏡三管齊下發現石墨烯的。以上文章為簡單起見，沒有提及電子顯微鏡。



學術參考：
M. Sprinkle, et al. (2010), “Scalable Templated Growth of Graphene Nanoribbons on SiC,” Nature Nanotechnology 5, 727-731.

Sukang Bae, et al. (2010), “Roll-to-Roll Production of 30-Inch Graphene Films for Transparent Electrodes,” Nature Nanotechnology 5, 574-578.

A. K. Geim, K. S. Novoselov (2007), “The Rise of Graphene,” Nature Materials 6, 183-191.

K. S. Novoselov, et al. (2005), “Two-Dimensional Atomic Crystals,” PNAS 102, 30, 10451-10453.

K. S. Novoselov, et al. (2004), “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films,” Science 306, 666-669.

會走路的細菌

有人錄影一群細菌的活動，發現有些竟然會站起走路！

它們的「腿」其實是一些叫「type IV pili」的菌毛。菌毛幫助細菌移動是已知多時的事實，科學家一直以為細菌只會「躺臥」着水平移動，這是首次目睹垂直「站立」式行走。

「站立」式走得較快及去得更遠，相信有助細菌探索周圍環境。


Source: Science News

其他報導：ScienceNOW, We Beasties

狸貓換太子 ── 杜鵑鳥版

某晚，我發了這樣的一個夢。

我來到一個純白色空間，一排排高聳的書架向遠方伸延，一望無際。每個書架的外側都刻着這樣一句：「這是神造萬物的筆記，記載着每種生物的設計過程，創世記只是非常簡短的撮要。」最後那一句，似是為我等凡人度身定造。

原來這是神的檔案室，隨手拿下一疊厚厚的筆記翻閱，三個字忽然引起我的注意：杜鵑鳥。

眾所周知，杜鵑鳥把培育幼鳥的責任推給其他鳥類，如此缺乏責任感的壞榜樣，神怎會容許？神設計杜鵑鳥的目的何在？

在「杜鵑鳥」的標題下，神這樣寫：

把幼鳥寄養在其他鳥類的巢，需要解決幾個問題。

蛋如何放進寄主的巢？
（A）下蛋後搬至寄主的巢
（B）直接在寄主的巢下蛋

（B）圈着，神顯然選擇了後者。

祂想了多久才選擇（B），我不知道，我只知道人類花了一個世紀才知道神選擇了（B）。十八世紀時，杜鵑的寄生習性經已廣為人知，有人看見杜鵑啣着鳥蛋飛行，誤以為牠下蛋後才尋找寄主；十九世紀初，觀察杜鵑的記載漸多，真相才漸漸浮現，原來杜鵑是「偷龍轉鳳」的能手，在寄主的窩下蛋後，為保持巢內蛋數不變，會啣走一只，故其口中並非自己的蛋，而是別人的蛋。

未知真相前，（A）和（B）都有可能。真相大白後，（B）變得理所當然，反而從沒去想別的可能性，今晚重溫神的筆記，果收溫故知新之效。

神續寫：

如何剷除寄主的幼鳥？
（A）雛鳥孵化後自行剷除
（B）母鳥在附近守候，待自己的雛鳥孵化後，一一將其他幼鳥剷除

（A）圈着，如今日我們所知的一樣。

知道今天的答案之前，我們在（A）和（B）之間猶豫了很久。有人見過杜鵑雛鳥本能地「剷除異己」，可是亦有人遇過更古怪的情況，十九世紀一些德國觀鳥者從未親眼目睹杜鵑雛鳥「剷除異己」，反而巢內的鳥蛋在他們未及觀察時不翼而飛，故他們斷定，一定是杜鵑母鳥趁沒有人在的時候，替兒女作最後一件「好事」。（A）和（B），哪個是真，哪個是假？怎樣解釋以上矛盾呢？

近年才發現，杜鵑雛鳥缺乏維持體溫的能力，若寄主母鳥在天氣清涼的日子離巢太久，杜鵑雛鳥便沒有足夠體溫去履行「剷除異己」的本能，必須待至養母回歸，窩巢回暖，才能完成「任務」。為何那些德國觀鳥者無法目睹？沒人知道，很可能是他們不夠貫徹始終，見杜鵑雛鳥孵化後沒有動靜便鬆懈，不再深究；也難怪，可能他們一早斷定剛剛破殼的雛鳥未有足夠力氣，必須借助「外力」方能剷除同伴，其生母便是最「現成」的元兇。

杜鵑鳥逃避責任真的徹底，連「謀殺同伴」這種髒事也留給兒女「獨力承擔」，神最好有充分理由解釋杜鵑鳥的存在，否則我不相信神的存在。

杜鵑雛鳥既要剷除同伴，孵化必須比同伴早，神寫道：

如何確保孵化得早？
（A）降低蛋的重量
（B）改良蛋內的化學成分
（C）體內哺育

讓我解釋一下。幼鳥在蛋內發育，可視作一連串化學反應（所有生物都是一大堆化學反應），早點孵化即化學反應提早完結，怎樣提早完結呢？第一個做法，降低要求（A），一茶匙化學物和一湯碗化學物，哪較快用完？當然是前者。蛋重和哺蛋時間成正比，這是幾十年前已經知道的。第二個做法，改變成分（B），加點激素，加點摧化劑，加速化學反應。第三個做法，保留蛋於體內較長時間（C）；之所以要哺蛋，是因為蛋內的化學反應需要高於室溫，保留蛋於體內愈久，下蛋後所需的哺育便愈短。

神圈着（C）。

多數鳥類隔 24 小時下蛋，杜鵑和某幾種寄生鳥隔 48 小時下蛋，這替體內哺育提供了伏線。最近一次研究，發現杜鵑鳥蛋一出母體，其胚胎已比其他鳥類成熟，與一些雀科（杜鵑的慣常寄主）鳥蛋經人工哺育 24 小時後的狀態相約，換言之，經過生母的體內哺育，杜鵑鳥蛋「偷步」了一整天時間。

鈴……鈴……鈴……鬧鐘響。

我不想睡醒，因為還未看完神的筆記，還有很多疑團未解，例如有些寄主懂得辨認杜鵑鳥蛋，將之摒棄，牠們憑什麼認出呢？有些更懂得杜鵑雛鳥並非己出，不予喂飼，哪種鳥類有這能耐？既然牠們有此能耐，為何杜鵑鳥仍在牠們的巢下蛋？杜鵑又是如何選擇寄主的呢？這些問題，科學界仍未有答案，但我肯定神的筆記會有答案。

幸好，離開夢境前給我瞥見了最重要的一段，神寫道：「設計此鳥的目的，在於給人製造迷團，使他懷疑我的存在，刺激他對自然現象的思考，不要事事歸咎於我。我賜人智慧，希望他認真了解萬物的奇妙，不是讀完聖經便算。」

創世記，果然只是撮要。

（2010 年 10 月 5 日 信報副刊）





學術參考：
T. R. Birkhead, et al. (2010), “Internal Incubation and Early Hatching in Brood Parasitic Birds,” Proc. R. Soc. B, doi:10.1098/rspb.2010.1504

Karl Schulze-Hagen, Bard G. Stokke, Tim R. Birkhead (2009), “Reproductive Biology of the European Cuckoo Cuculus canorus: Early Insights, Persistent Errors and the Acquisition of Knowledge,” J Ornithol 150, 1–16.

H. Rahn, A. Ar (1974), “The Avian Egg: Incubation Time and Water Loss,” Condor 76, 147–152.

4x100m 向後跑世界紀錄

無奇不有……



Source: SpeedEndurance.com

寄生蟲對社會的貢獻

我創作了一個集體遊戲，名為「大鑊飯」，內裡隱含不少管理之道，規則如下。

假設你是隊長，我給你白米、蔬果、肉類各一千斤，和一個直徑三米的大鑊，你選十位隊員，合力在大鑊烹煮食物，煮好後各吃自己的份兒。食材繁多，當然不能一次吃完，必須攤分數月來煮，故遊戲一玩便是幾個月。遊戲的目標，是當食物吃完的時候，哪一隊的體重增加最多？換個科學化的說法，如何將食物最有效地轉化為體重？

切勿小窺這任務的複雜性，選隊員已經考工夫，一瘦一肥來應徵，你會選哪位？當然是瘦，「谷肥」一位瘦人永遠來得容易。

選好隊員，遊戲開始，第一餐應該煮多少？吃得愈多未必愈好，遊戲目標不是盡「快」增肥，而是盡「量」增肥，用有限食物增最多的肥，時間不限。舉例，每餐五碗飯吃四餐，還是每餐四碗飯吃五餐較能有效增肥呢？前者可能用四餐時間增了 1 磅，後者用五餐時間增了 1.1 磅，於這遊戲而言，後者較為理想。實情是否這樣，生理學家也未必知道。重點是，「盡快」和「盡量」之間是有 trade-off 的。

身為隊長，怎也要作個決定，無論你作了什麼決定，接下來的問題可能更頭痛。三米直徑的大鑊，多少人一起煮？十人一起固然最公平，但不要忘記遊戲目標：盡量增肥。不必要的體力勞動盡量減少，假如七人烹調綽綽有餘，其餘三人便該「養尊處優」，不必汗流浹背呆在廚房，坐在飯廳等吃便是。這卻衍生了公平問題，接下來便要設計一個輪流煮飯的「當值表」，避免內鬨。

埋首當值表之際，你突然心臟病發，倒地不起。你感到隊員替你人工呼吸和心外壓，聽見與九九九接線員通話，可是身體已不聽話。十分鐘後，救護車趕至，救護員以電擊器助你重燃心跳不遂，你早知返魂乏術，因為早已靈魂出竅，半空飄搖。

人死了，遊戲還是要繼續，隊員沒有你的指揮，結局只有兩個。一，堅持公平原則，十人一起煮飯，一起作不必要的勞動，一起流不必要的汗，保持團隊和諧，卻與遊戲目標背道而馳，失敗而回。二，一些人造飯，一些人坐着等吃，保持爭勝希望，但隊員之間漸生詰責，內鬨難免。

缺了大隊長，該隊前途堪虞，可想而知。

其實，還有第三個可能，那些造飯的任勞任怨，忍氣吞聲，顧全大局，任由那班寄生蟲「養尊處優」，就這樣恰到好處地最終勝出也說不定。然而，接受這個最佳結局的同時，我們亦要被逼承認一點，寄生蟲在某些情形下是有「貢獻」的，例如在大鑊飯遊戲。

大鑊飯遊戲與現實世界可有相干？寄生蟲的所謂「貢獻」實際上是什麼？真有貢獻的話，其發揮作用又需要什麼條件？事實上，大鑊飯遊戲不是憑空虛構，是改編自最近英國一個酵母菌實驗。酵母菌會分泌一種酵素（enzyme），把蔗糖（sucrose）轉化為葡萄糖（glucose）和果糖（fructose），後二者再被酵母菌吸收作為營養；大部分酵母菌都會分泌酵素，好像大鑊飯遊戲多數隊員一起分擔烹調的責任；分泌酵素是要「付出」的，正如造飯要抵受火爐的熱力。有些酵母菌，混水摸魚，吸收大伙兒製造的葡萄糖和果糖，卻不分泌酵素，是酵母菌中的寄生蟲。

研究人員感興趣的，是酵母菌的「繁殖效率」，這個效率不是「快」，而是有效運用蔗糖來生長。傳統智慧認為，沒有寄生蟲，繁殖效率最高，既符合直覺，亦符合道德標準。然而實驗結果並非如此，繁殖效率最高的竟然是含寄生蟲的群體！換句話說，寄生蟲能夠提高使用蔗糖的效率，怎會這樣？

大鑊飯遊戲已有啟示，愈多食物（葡萄糖和果糖）未必愈好，當所有酵母菌一同分泌酵素（沒有寄生蟲的群體），葡萄糖和果糖會突然急升，其濃度超出了能被有效運用的範圍；若加些寄生蟲，酵素減少，葡萄糖和果糖維持在較「合理」的水平，其運用亦較符合效益。推而廣之，食物愈豐富愈易浪費掉（相反，飢荒時一定不會浪費食物），寄生蟲的第一貢獻在於壓抑物資供應，減少浪費。

酵素用來分解蔗糖，蔗糖用完後，酵母菌理應停止酵素分泌，實情卻是酵母菌依然繼續，浪費資源製造派不上用場的酵素。這關乎酵母菌感應糖分的機制，不在這裡詳述，重點是酵母菌不能準確判斷酵素所需，經常枉花氣力多餘製作，這與十人一起造飯的人力浪費如出一轍，由此帶出寄生蟲的第二貢獻 -- 減少過度投入。

總括，寄生蟲的貢獻在於減少兩方面的浪費，一是物資供應過剩的浪費，二是過度投入的浪費。

寄生蟲之所以派上用場，全因社會未能善用資源；一個毫無浪費的完美社會，寄生蟲根本無用武之地。什麼因素引致浪費呢？首先是資源運用的 diminishing return，舉例，我桌面的筆插插着三十枝筆，一生也未必用得完，偏遠山區的學童可能一枝也沒有，這不是資源的浪費嗎？發達地區有熱狗速食比賽，每位參賽者十分鐘所吃的熱狗，等於非洲飢民十日所需，這是食物的浪費。世界不是人人平等，這些浪費避免不了。其次，是市場缺乏完美資訊，商人為了保住生意，往往過度投資，這種浪費是自由市場的「必要之惡」，無法根除。

Diminishing return 和不完美資訊是人類生理、心理、社會、經濟的必然特點，看來寄生蟲有其存在價值。於我而言，寄生蟲的最高價值在於提醒我，在夜以繼日刻苦耐勞不停工作這種生活方式之外，還有另一種我行我素優哉悠哉愛理不理的生活態度。

（2010 年 9 月 28 日 信報副刊）

學術參考：
R. Craig MacLean, Ayari Fuentes-Hernandez, Duncan Greig, Laurence D. Hurst, Ivana Gudelj (2010), “A Mixture of "Cheats" and "Co-Operators" Can Enable Maximal Group Benefit,” PLoS Biology 8, 9, e1000486.

大近視獨眼飛機師的飛行法則

飛，是一件很具挑戰性的事，尤其當你是隻昆蟲的時候。

昆蟲的複眼不懂對焦，像大近視，而且雙目緊靠，判斷距離的能力有限；戴着複眼飛行，就像一位大近視單眼駕着飛機，驚險萬分。

一隻蒼蠅在我眼前略過，牠長 1 公分，我身高 170 公分，蒼蠅在身長 170 倍的「高空」飛行是平常事。假設樓層的高度兩倍於我，170 倍身高即是 85 層樓，讓我們代入蒼蠅的位置：一位大近視獨眼飛機師在 85 樓高空飛翔，機上沒有儀器，單靠視力，如何導航？沒有近視經驗的讀者，可以想像機艙的窗戶是磨沙玻璃，隱約看見景物略過，但難以準確判斷距離。

話口未完，窗外景物忽然減速，發生什麼？想必是我減了速吧，於是加強拍翼，使窗外景物回復舊速。原先減速的原因，可能是迎頭風吹強了，可能是其他想不透的原因，我管不了，我現在只是一隻蒼蠅。剛剛無意中透露了蒼蠅維持恆速的板斧，就是保持窗外景物恆速略過。

眨眼間……呵？為什麼那條掠衫竹忽然高了三寸？想必是我飛低了吧，快快飛回掠衫竹的高度。這是蒼蠅維持高度的竅門，跟着一條水平線 -- 掠衫竹、畫框、桌邊、門邊、窗邊，因此蒼蠅喜歡降落在一些東西的「邊」上，大家不妨留意。

上面這隻蒼蠅，其實是加州理工（California Institute of Technology）的實驗品。研究人員把蒼蠅放進一個透明箱，箱的四邊牆壁和地板投射了圖案，給蒼蠅建構一個虛擬的飛行環境，以上描述的景觀驟變，其實是研究員刻意所為，改動投影，觀察蒼蠅反應。

景物略過的快慢調節航速，水平線調節高度，這是蒼蠅導航的技倆。蜜蜂也懂飛行，但不用水平線，牠們另有調節高度的方法。

試想想，景物減慢略過，除了表示航速降低，還有另一可能性 -- 距離遠了。舉例，貼地飛行時地面匆匆而過，同一速度飛在三萬尺高空，地面景物近乎靜止。蜜蜂飛行時，會分別監察左右景物和地面景物；地面景物的快慢判斷高度，左右景物的快慢判斷速度。事實上，當蜜蜂飛在一條隧道內，牠會保持左邊和右邊景物大致均速，維持其路線於隧道中央。

蜜蜂落地的技巧更為高超，想像以下這個情況。下降時，地面略過得較快，蜜蜂於是減慢航速，回復原來地面略過的速度；愈下降，飛得愈慢，直至速度和高度為零，觸地為止。對飛行的蜜蜂而言，地面略過的快慢是一項非常有用的「參數」（parameter），旅途中維持水平之餘，降落時亦可調節速度。蜜蜂飛行，近乎「一招走天涯」。然而，這一「招」確有不管用的時候。試想蜜蜂飛過清澈見底的池塘，牠想當然地把池底當成地面，調整飛行高度，便可能俯衝入水，溺斃。

話說回頭，大近視獨眼飛機師有蒼蠅和蜜蜂這樣的飛行技巧，不能再苛求了。

蒼蠅和蜜蜂的飛行模式，可說是截然不同的兩「派」。蜜蜂的飛行技巧十分簡潔，主要憑窗外景色的快慢作依歸，保持某項「參數」不變，看上去飛得步步為營；蒼蠅以水平線作高度參考，窗外景色作航速指標，降落時往往待至目標物近在眼前才急急減速（研究顯示，當目標物的影像在其視網膜擴大至某程度後，蒼蠅才開始減速），難免給人橫衝直撞之感。換個角度看，蒼蠅之所以能夠橫衝直撞，全因其超高靈活性，能在十分一秒內急轉 90 度。一架飛機若有這能耐，機師近視多深，或許也不是問題。

不撞機便是好機師，蒼蠅和蜜蜂的視覺縱有諸多不足，牠們總算得上是及格的機師吧。

（2010 年 9 月 21 日 信報副刊）

學術參考：
Andrew D. Straw, Serin Lee, Michael H. Dickinson (2010), “Visual Control of Altitude in Flying Drosophila,” Current Biology, doi:10.1016/j.cub.2010.07.025

Geoffrey Portelli, Franck Ruffier, Nicolas Franceschini (2010), “Honeybees Change Their Height to Restore Their Optic Flow,” J Comp Physiol A 196, 307-313.

Gaby Maimon, Andrew D. Straw, Michael H. Dickinson (2008), “A Simple Vision-Based Algorithm for Decision Making in Flying Drosophila,” Current Biology 18, 464-470.

M. V. Srinivasan, S. W. Zhang, J. S. Chahl, E. Barth, S. Venkatesh (2000), “How Honeybees Make Grazing Landings on Flat Surfaces,” Biol. Cybern. 83, 171-183.

Hermann Wagner (1982), “Flow-Field Variables Trigger Landing in Flies,” Nature 297, 147-148.

經典十二碼

嘩哈哈哈哈哈……


Source: Wrzl

細菌不笨

護士問：「病人有細菌感染喎，點算呀？」
醫生答：「用抗生素囉！」
護士再問：「尋日用咗無效喎？」
醫生再答：「用多啲囉！」

可以想像，以上的醫療邏輯在各地醫院運用過無數次，病情通常得以舒緩。每次用藥後，細菌死的死，傷的傷，逃過大難的必定是強中之強。久而久之，經過無數次歷練，超級細菌出現，醫家束手。

我不是埋怨醫生濫用抗生素，自發現抗生素的第一天開始，抗藥性的出現可說無可避免，只是遲早問題。正如有警察便有警察捉不到的賊，假使香港出現超級大盗，大家會不會埋怨警隊過往辦事過分落力，間接「訓練」出今天的超級大盗呢？當然不會，大家只會摧促盡快破案。

為了解抗藥性出現的過程，波士頓大學做過這樣的實驗。首先找來普通的大腸桿菌，施以抗生素，抗生素份量需要恰到好處，不必殺盡，要留「活口」。存活的，翌日施以較高份量的抗生素；再存活的，再施以更高份量；如此類推，汰弱留強，大腸桿菌的抗藥性愈來愈高。

研究人員每天從存活的細菌隨機抽出十二個樣本，測試其抗藥性，發現一個奇怪現象：大部分樣本呈弱於整體的抗藥性。舉例，存活細菌的整體抗藥性為 1000（即是抗生素份量達 1000 依然生存），抽出樣本獨立測試，很多樣本的抗藥性只有 500，偶然一個樣本的抗藥性可達 1200。這不是純粹平均數的問題，當抗生素份量達 1000，抗藥性 500 的細菌應該通通死掉才對，內裡究竟有何玄機？

原來，細菌不是想像般簡單，它們會「守望相助」，抗藥性 1200 的細菌會分泌一種叫「indole」的物質（這是生物界十分常見的有機化合物），大腸桿菌遇到 indole，會有兩項反應，一是不斷排走體內的抗生素，一是啟動抗氧化機制。換句話說，已有抗藥性的大腸桿菌會向身邊同類發出「警告」，叫它們速速「排毒」，無形中提升其抗藥性。這當然不是「真」的抗藥性，「真」的抗藥性需要等待細菌自身的基因變異或從環境中「抄取」抗藥基因（即上期文章所說的「橫向基因轉移」），但這樣做至少可以拖延時間，給未有「真」抗藥性的大腸桿菌一線生機。

從前以為低等的單細胞只懂各自為政，過往十多年才發現它們有着超乎想像的溝通能力，群體內懂得互相協調，以上例子乃冰山一角。

某類烏賊，活於淺水，晝伏夜出，為免月光下成為獵物，牠會發出微光，抵消自身的黑影，游戈淺水於無形。牠之所以能發光，是靠體內一些發光細菌。黎明前，烏賊回巢休息，由於不再需要發光，牠會排出大部分細菌，留在體內的寥寥無幾，細菌見「人丁單薄」，發光亦是聊勝於無，於是齊齊「熄燈」。晚上出沒前，細菌在烏賊體內滋長了一整天，「人多勢眾」，又再齊齊「開燈」，提供烏賊掩人耳目的技倆。根據同類多寡作集體決定，這便是發光細菌奇妙之處，密度低時一同「熄燈」，密度高時一同「開燈」，這種蠻有智慧的集體舉動，想不到出自單細胞生物。

原來，發光細菌會分泌一些化學物，少細菌時化學物亦少，多細菌時化學物增多，發光細菌能夠偵察化學物濃度，以決定同類多寡，當化學物濃度高於某一水平，細菌便一同發光。舉一個較「高等」的例子，假設一班盲人被困房間，想知道房內人數，他們可以喃喃自語，憑噪音便大概得知人數多少。科學界稱此為「quorum sensing」，「quorum」指會議的法定人數，「quorum sensing」即是感應達到法定人數與否。

人和細菌是何其相似，我們用語言溝通，它們用化學語言溝通。每類細菌都有自己的一套語言，種類之間亦有一些共通語言，正如人類有些共通的表情和手勢一樣。能夠溝通，可以一起做什麼呢？當然不只為了發光，有些細菌可能潛藏體內，等待有足夠同伴才向寄主發難，一舉克敵制勝。這裡不能列舉所有例子，畢竟科學家所知的依然頗為皮毛（我當然知得更皮毛），總之，細菌過的群體生活比想像中豐富得多。能夠溝通，一起做什麼也可以。

認識細菌的化學語言，對設計抗生素亦有幫助，從前着眼於「殺」菌，現在可以嘗試擾亂其溝通。

細菌和人類，經已捲入無止境的「軍備競賽」。

超級細菌之後，我有信心人類將會發明超級抗生素；

超級抗生素發明了，我亦有信心超超級細菌將會降臨；

超超級細菌出現，人類遲早亦會發明超超級抗生素；

一時你佔上風，一時我佔上風，遊戲才能一直玩下去。

美蘇軍備競賽，以蘇聯瓦解告終。人菌軍備競賽，我不知道結局，我只能肯定，細菌不會瓦解。

（2010 年 9 月 14 日 信報副刊）

關於 quorum sensing 的 TED Talk：



學術參考：
Henry H. Lee, Michael N. Molla, Charles R. Cantor, James J. Collins (2010), “Bacterial Charity Work Leads to Population-Wide Resistance,” Nature 467, 82-85.

Ian Joint, J. Allan Downie, Paul Williams (2007), “Bacterial Conversations: Talking, Listening and Eavesdropping. An Introduction,” Phil. Trans. R. Soc. B 362, 1115-1117.

Christopher M. Waters, Bonnie L. Bassler (2005), “Quorum Sensing: Cell-to-Cell Communication in Bacteria,” Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 21, 319-346.

腦袋成熟時

看小孩的身高便大概知道他的年齡，想知他心智有多成熟，可不可以「看一看」他的腦袋呢？

最近一個研究用磁力共振（MRI）「看」過 238 位七至三十歲的人的腦袋，找出各部分之間的連繫（connection）如何跟隨年齡變化。長大時，下圖橙色的連繫會增強，綠色則變弱；籠統地說，腦袋愈成熟，遠距離的連繫愈多，短距離的連繫愈少。


Source: Science News and Technology Review

20 小時的起伏

9/11 差不多是九年前的事。那時的美國，很多人仍然使用傳呼機。

這星期，有人分析過 9/11 發生前兩小時至災難後 18 小時之間的 85,000 個傳呼短訊，把字彙表達的情緒分成三種：sadness (e.g. crying, grief)、anxiety (e.g. worried, fearful)、anger (e.g. fuck???)。以下是他們的結果：