MINGPAO COLUMN《常識學堂》#20

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科研工作過程漫長而複雜，但不代表「動作慢」，有時候要與時間和病毒生長速度競賽，例如在爆發疫情時，科學家需要盡快找出感染源頭及對策。香港青年科學院院士、香港大學李嘉誠醫學院公共衞生學院副教授林讚育博士分享在研究傳染病路上爭分奪秒的故事。

一切從流感開始
我在2005年畢業於港大醫學院「生物訊息學理學士」課程，在畢業之前，參與了關於流感病毒的研究項目，促使了我以流感為題完成畢業論文。從那時開始，我一直專注研究流感病毒，亦推動我後來攻讀分子病毒學博士學位，及後遠赴美國和英國接受博士後培訓，「傳染病」研究從此與我為伴。

與病毒「鬥快」的工作
傳染病的演化、流行病學和生態學是我主要研究範疇，每當有新發傳染病出現，我與研究團隊就會馬上投入日以繼夜，夜以繼日的工作，與病毒「鬥快」，不斷地發掘數據、了解數據。由展開研究到發表成果，可能只是在短短一個月內完成，目的是盡快找出病毒源頭，以快制快，遏制疫情。

尋新冠病毒「中途宿主」
說起近年最爭分奪秒的研究，莫過於要找出2019冠狀病毒病（COVID-19）的「中途宿主」。COVID-19是由SARS-CoV-2冠狀病毒引起的一種傳染病，從以往的研究所知，蝙蝠被認定為病毒的「天然宿主」，而中間可能會經過「中途宿主」再傳給人類。在短時間內，我和團隊便需要在很多可能性中不斷推敲、收窄，後來找出穿山甲樣本的元基因組序列數據，再從數據中驗出了類 #新冠病毒 ，這些發現促使我們推論出穿山甲可能是「中途宿主」。

當有了這個假設後，便要小心地在不同方面求證，包括要研究穿山甲與蝙蝠在生態學上的關係，分析牠們生活習慣，例如會否共同生活、相互傳播微生物等，而在求證的過程中，需要跨學科的合作研究，正好我的團隊中不乏生態學、微生物學、生物訊息學的人員，在互相協作之下，最終能在有限的時間內，完成有關SARS-CoV-2病毒的研究論文，為其他科研人員和政府提供可信的資料和數據，協助他們及早制定對策，保障市民健康。

拓展知識領域
對科學有興趣的同學，在開始科學研究時，若非對某一科研領域有深入的認識，不妨多閱讀科普文章，這可以幫助提升對科學研究的洞察力和熱愛；同時也要不斷思考和發問，從而拓展自己的知識領域。遇上樽頸位時，可以嘗試與不同專長的同學、朋友深入討論（註: 這是一種跨學科合作研究模式），思考如何解決問題，這樣做可能會讓你有新的發現！ 

心血管疾病是全球頭號致命殺手，至今仍未有徹底根治的方法，然而，有科學家想到利用人體的幹細胞，讓心血管再生，為心臟病病人帶來治療新希望。今期《常識學堂》由香港青年科學院創院院士、香港中文大學醫學院化學病理學系呂愛蘭教授分享她的幹細胞研究夢想。

什麼是幹細胞？
幹細胞是能夠自我複製及變成各種不同功能的細胞，可算得上是醫學研究和治療的關鍵工具。幹細胞包括存在於胚胎發展初期的「胚胎幹細胞」，但若被移植到其他人體時，很容易引發免疫排斥反應，而這技術一直存有道德爭議，因此，科學家們研究出「誘導性多能幹細胞」，可以通過我們自己的皮膚或其他人體組織中獲取，解決免疫排斥的問題。這個發現有助科學家培育「心臟原祖細胞」，繼而便能夠培育心肌及心血管組織等。

為什麼要研究幹細胞？
我在大學時沒有想過從事科研工作，直至畢業前一年，做了一份關於如何利用幹細胞作為醫藥的專題研習，開始對研究幹細胞產生興趣，嘗試在這嶄新的領域上發展。惟當時香港較少在這門學問的研究，於是我決定到英國進修免疫學，從此開始了我研究心血管免疫學、心血管修復與再生的科研生涯。

深受啟發的科研之旅
完成博士後，我在哈佛大學的幹細胞與再生生物學系從事博士後研究，當時遇過不少困難，試過在一項特別艱苦的研究項目中，通宵達旦，只為收集特定時間點的研究數據，最終發現核酸確實能醫治心臟病。此外，我在參與哈佛大學的研究時，與團隊成功找到一種開動血管再生的「鎖匙」－誘發心血管增新的蛋白，可注射到病人的心臟，啓動心血管再生。各項研究的過程均令我深受啟發，也促使我希望運用幹細胞去開啓更多醫學知識的大門，並將學到的技術帶回香港。

堅定的科研之夢
科學家從事研究的道路長而崎嶇，我很幸運地能參與不同而富有意義的研究，探索幹細胞和再生醫學的奧秘，實現夢想。雖然這條路並不容易，但每一次在研究上得到的突破都讓我更加堅定。2014年，我成立了自己的實驗室，專門研究心血管免疫和再生，希望努力為人類的健康和醫學科學發展作出一些貢獻。 

夢想成真的條件是什麼？是運氣，是勇氣，是堅持？今期《常識學堂》節錄了香港青年科學院院士、香港中文大學化學系系主任鄺福兒教授在「研知有你」工作坊科學家分享會上，與同學分享其科研路上的點滴。

卡通片萌「科學夢」
我小時候很喜歡看《IQ博士》等卡通片，尤其是關於變形、爆炸等充滿化學知識的卡通情節，覺得實驗中的化學反應很有趣；也在此時，我開始對化學產生濃厚的興趣。當年在中學化學老師的鼓勵之下，我在大學選科時，選擇修讀化學科技 (Chemical Technology)，立志日後投身於科學研究。

希望世界變得更好
每個科學家的理想與目標都不一樣，而我最希望整個世界變得更好。我曾經在一間化學廢料處理廠實習，期間發現，原來我們日常生活中，不知不覺地會生產一些化學廢料，而欠缺妥善處理便會對環境造成深遠影響。當時我在想：「如何能夠減少化學廢料對世界的影響呢？」基於「讓世界變得更好」的理想，我決定繼續深造找出「答案」，亦希望可以培養更多與我有相同理想的學生。

科研路絕非一帆風順
回顧我過去20多年的科研生涯，絕非一帆風順。2001年在中文大學化學博士畢業後，我獲得裘槎博士後研究獎學金的資助，遠赴美國麻省理工學院做研究，2003年完成博士後研究返港卻遇上「沙士」，找工作變得非常困難，寄出超過50封求職信，獲得的面試機會卻寥寥可數。當時可謂陷於人生低谷，但我沒有放棄，堅持繼續做科研，翌年終獲得大學聘請。憑著對科學的熱誠，我在化學研究路途上獲益不少，2013年獲頒裘槎基金會的「優秀科研者獎」可算是對我科研事業的一個肯定。因此，有志於科研的同學，即使遇到困難，都不要輕言放棄！

鄺福兒教授的科研小貼士：Work-Life Balance
科學家的工作不容易，但不代表每天24小時都只埋頭苦幹地做實驗，工作與生活同樣重要。成功的科學家需要懂得掌握及善用自己的時間，保持生活和工作的平衡，而充分的休息和放鬆可以確保自己處於最佳的工作狀態，提升工作效率。

陳同學的反思
很容易誤以為科學家是「工作狂」，要整天埋首在實驗室才會有所成。鄺福兒教授的分享讓我明白，工作與生活需要平衡，若將所有時間都花在工作上，可能會使人壓力越來越大，效率會因而越來越低，最重要是我們要養成自律的生活習慣！ 

浩瀚的宇宙有數之不盡的星星，我們肉眼可見的星星幾乎都是恆星（Star），跟太陽一樣自行發光發熱。這些閃亮的恆星都是從「分子雲」中誕生，不過它們的誕生規律至今仍是個未解的謎團。由香港青年科學院創院院士、#香港中文大學 #物理系 副教授李華白博士講解恆星怎樣來。

什麼是分子雲？
要理解恆星如何誕生，要先明白培育星星的搖籃－分子雲。分子雲（Molecular Cloud）是星際空間中氫分子集結的區域，長度超過100萬億公里，密度卻只有每立方公尺0.00000000000000001公斤。相較之下，我們地球上的雲只有約有1公里長，密度則大約為每立方公尺1公斤。雖然如此，分子雲在太空中卻是相對密度較高的區域，銀河的平均密度甚至不及分子雲的百分之一！

那麼，分子雲會經歷什麼而生出恆星呢？在萬有引力作用之下，氫分子會慢慢聚集，當密度到達每立方公尺10萬公斤以上便能點燃氫融合反應，形成恆星。

是誰在阻止分子雲「崩塌」？
據目前觀測，每個分子雲可以生成約100至1000個恆星。不過，若分子雲任由自身重力崩塌，銀河中的恆星數量應是目前的十倍，甚至百倍。經過半個多世紀的觀測，天文學家認為最有可能是「湍流」（Turbulence）和磁場（Magnetic Field）阻止或減緩了整個分子雲的崩塌，令恆星生成的數量減少。

湍流與磁場
湍流是指氣體紊亂流動的現象。天文學家觀測到分子雲內部有超音速亂流，秒速可達數公里。若以超強颱風的威力作比較，超強颱風的風速每秒少於0.1公里，但風力卻可將樹木連根拔起，因此推斷分子雲的亂流可以抵抗自身重力，減緩崩塌，令恆星形成的速度減慢。

除了湍流，香港中文大學物理系對「分子雲磁場」亦有研究，發現分子雲中的磁場能將物質導引至和重力不同的方向，就像地球的磁場，可以將太陽風轉向南北極，形成極光。這個發現證明磁場動態會影響星體形成，可減緩分子雲崩塌，亦有助天文學家進一步探討恆星的起源。 

「綠色建築」旨在從建築物及建築材料著手減少碳排放，近年有科學家通過科學加工竹子，研製出一種既低成本又環保的建築材料—「超級竹」（Super Bamboo），以取代鋼筋水泥。由香港青年科學院院士、香港大學工程學院機械工程學系教授陸洋講解「超級竹」。

什麼是「超級竹」？
談到綠色建材，很多人先想到木頭，然而，同是土生植物的竹（Bamboo）都是優質的綠色建材。竹是地球上生長速度最快的植物，最快一天生長一米，不但質地堅韌，吸收二氧化碳的能力也勝於樹木。

若要將竹製作成取代鋼筋水泥的建築材料，就要大大提高竹片的強度，「超級竹」正是循此方向研製而成。目前研製出的「超級竹」比一般竹材料，以至工業用鋼材料和鈦合金更強韌，製造過程不會使用甲醛、有毒膠水和化學物，減少建築物產生溫室氣體，這有肋推動建築、裝修、家具業更加環保。

三步驟製造「超級竹」
「超級竹」以生長速度超快的毛竹（Moso Bamboo）為基礎材料，利用創新的方式，加壓及精煉出當中的竹纖維，較天然竹強3.5倍，當中有三個步驟：

首先將毛竹簡單切片，之後浸泡在對環境友善的特定鹼性溶液中，用高溫煮竹，令竹子的纖維素和木質素及半纖維素分離，六七個小時後再取出進行大規模熱壓，成為「超級竹」。

「超級竹」的應用
「超級竹」可以取代水泥、木材成為建築材料，它比木材成材時間更短，輕薄之餘，硬度亦高，同時可緩解水泥生產時會排放大量二氧化碳的問題，減低碳排放。另外，「超級竹」亦可以應用在室內裝修，因為它不易腐爛，亦不會被蟲蛀，耐久力強，可取代天然竹，製成竹地板及竹門。

實現「碳中和」
政府早已公佈《香港氣候行動藍圖2050》，以2050年達至零排放為目標，這意味我們需要更多環境友善、性價比高及具創新性的建築材料。

通過改良研發技術，陸教授和團隊希望在未來能夠大量生產「超級竹」，除了應用於建築材料，亦可以應用在家俬、汽車生產、以至於航天工業。最終目標是發揮「超級竹」更高韌性、環境友善和高效益的優勢，廣泛應用、以助實現「碳中和」的目標。 

氣候危機與食物生產過程有著千絲萬縷的關係，極端天氣會影響全球農作物的生產，造成惡性循環，影響所有物種。香港青年科學院創院院士，香港中文大學理學院地球與環境科學課程副教授戴沛權講解糧食與氣候變化的關係，並提供有效緩和氣候變化的日常習慣。

生產糧食加劇氣候變化
在生產食物的不同階段，例如砍伐森林以開墾農地、動物飼料的生產、食物的加工及處理，以至運輸、零售、包裝等，都會產生大量導致地球變暖的二氧化碳及其他溫室氣體。人為溫室氣體的增加，會加劇溫室效應，造成全球暖化。據科學家估計，糧食生產的溫室氣體排放量佔全球總排放量的三成至四成，可見人類的飲食習慣對氣候變化有深遠影響。

食物中「碳排放之王」
大部分植物性食物都是低碳排放，而在動物性食物中，魚類的碳排放較低，其次為家禽類及豬肉。屬於「反芻動物」的牛和羊，牠們的碳排放最高，每吃一公斤牛肉或羊肉的碳排放分別達到60公斤及24公斤。這是由於當牛羊進食後，食物會在牠們的腸道發酵，過程中產生溫室氣體甲烷。此外，企業為求增加牛肉的供應量，更會大幅砍伐森林、開墾農地畜牧，變相令牧牛的碳排放量急劇上升。

「減碳飲食」助緩氣候變化
近年有很多人提倡「多吃素、少吃肉」，這不僅為了健康，亦希望從日常飲食中減少碳排放，同心應對氣候變化。
要培養「低碳飲食」並不困難，香港每人每天平均吃肉達200克以上，其實，成年人每天只需攝取60至75克的肉類（約一隻手掌心大小），所以，我們絕對有「減量」的空間！我們也可減少食用紅肉，多從豆類、蛋、奶、魚類等攝取身體所需的蛋白質，控制每天吃肉不超過75克，同時嘗試多吃素。

多菜少肉減輕空氣污染
「多吃素、少吃肉」的飲食模式不但可以減少碳排放，也有助減輕空氣污染，保障健康。近年我們的研究團隊分析了中國食品生產和消費模式的變化，結果發現若人們可從現時多肉的飲食改以植物性飲食為主，可減少兩成農業氨氣的排放量及每立方米6微克微細懸浮粒子，甚至可以避免每年75,000人因空氣污染而過早死亡。由此可見，改變飲食習慣，除了可幫助減緩氣候變化，也是保護人類和環境健康的關鍵要訣。 

不少人當提到「天然」 (natural) 就會想起「有機」 (organic)，其實在化學世界裏，兩者概念並不相同，當「有機」用得其所，可衍生出很多造福人類的「有機物」。今期由香港青年科學院院士、香港中文大學化學系系主任鄺福兒教授，講解「有機化學」及其日常應用。

何謂「有機」
「天然產物」 (natural product) 是指自然界未經人工合成的化合物，至於「有機化合物」 (organic compound，簡稱「有機物」) ，主要由碳元素和氫元素組成，並通過「有機合成」過程而獲得。簡單來說，「有機合成」是指利用化學方法將簡單物質組織，並製成複雜「有機物」的過程；至於研究有機物的組成、結構、合成及應用的學科，則是「有機化學」 (organic chemistry) 。

「有機物」的醫學應用
「有機物」與日常生活息息相關，可以應用於醫學領域，例如治療流感的抗病毒藥物「特敏福」 (Tamiflu) 、延緩柏金遜症病情的藥物「左旋多巴」 (Levodopa) 等。在醫學檢測應用上，中大化學系繆謙教授成功以有機物料代替傳統無機半導體物料，合成出一系列有機半導體材料，製作出薄膜電晶體，研發了新式電子傳感器，能精準地檢測特定的蛋白質及空氣中的有害物質。

香港的出色化學家
香港有不少出色的化學家，例如香港科學院創院院士、香港中文大學榮休化學講座教授及研究教授黃乃正。黃教授主要研究天然及非天然化合物之有機合成，是香港化學界的權威，也是有機合成的泰山北斗，屢獲國際殊榮，包括國家自然科學二等獎、香港裘槎基金會傑出研究獎等。

黃教授現為中國科學院上海有機化學研究所滬港化學合成聯合實驗室管理委員會主席，也是出任多所內地大學的客座及顧問教授，積極貢獻香港和內地的科研發展。

「有機催化劑」促進製藥更環保
傳統有機合成過程步驟複雜，成本較高，而且合成過程產生也許會污染環境的副產物，不符合經濟效益；「催化劑」 (catalysis) 的出現則為「有機合成」提供了更快速、環保及經濟的合成路徑。以製藥為例，不少本地大學研究團隊在有機合成的基礎上進行研究，如鄺福兒教授和研究團隊所設計的「膦配體催化劑」，以及中大化學系楊英洋教授團隊設計的「有機小分子催化劑」，能夠縮短製藥過程及減少副產物，令合成過程更環保，也提升生產效率。 

你有看過一些令人摸不着頭腦的數字符號嗎？這些難以看懂的信息，很可能是揭開真相的「密碼」。究竟密碼是如何隱藏及傳遞信息？有什麼方法可以維護資訊安全？香港青年科學院創院院士、香港城市大學電腦科學系王聰教授講解現代密碼學。

什麼是密碼學？
「密碼」其實在日常生活中經常接觸到，例如手機的啟動密碼、網站的登錄密碼。這些大家也熟悉，看似簡單的密碼，背後都包含複雜的演算，關於密碼演算的研究，就是「密碼（cryptography）」了！密碼學包括了「加密」（encrypt）和「解密」（decrypt）。「加密」即是將一般人易於看懂的資訊，轉換成難以理解的符號或文字，增加讀取內容的難度；「加密」後的內容稱為「密文」（ciphertext）。「解密」就是把那些在加密後難以理解的「密文」，恢復至一般人能看懂的內容。

密碼學提升網絡安全
密碼學離不開數字與符號，集中運用數學和電腦科學的使用概念。雖然密碼學看似神秘，卻跟我們的生活息息相關。密碼的應用範疇非常廣泛，包括能提高瀏覽網頁的安全度、加密手機應用程式等。目前銀行發行的晶片信用卡，就是採用了密碼技術來保護信用卡中的資料，使之難以被複製和偽造；WhatsApp、iMessage 等即時通訊軟件也是通過密碼技術來「加密」聊天信息，保障對話內容的機密性。

密碼學家的堅持
密碼學的歷史最早可追溯至幾千年前的古埃及時代，當時人類在墓碑刻上特殊的埃及象形文字，變相限制了信息的讀取。

時至今日，不少數學家及電腦科學家仍然不斷探索密碼學的奧秘，希望研究出更難破解的密碼，例如嚴謹精密「後量子密碼技術」，在無遠弗屆的網絡世界中加強保護資訊。

同學如要成為優秀的密碼學家，除了要對演算有興趣外，亦要有不怕挫折的精神，例如至今還未能完全破解、啟發了密碼學新方向的「非對稱加密算法 RSA」，便是由三名美國數學家經過多達 42 次失敗後，在 1977 年共同提出。他們更在2002 年因此獲得有「計算機界諾貝爾獎」之稱的圖靈獎。 

大家對「藥」都不會陌生，當身體有些狀况時，有不少人選擇內服或外用藥物，但若不按照醫生或藥物標籤的指示使用，藥物不但未能發揮應有的功用，甚至會對身體有害，因此認識藥物及正確使用是非常重要。今期由香港青年科學院院士兼香港大學李嘉誠醫學院藥理及藥劑學系副教授陳慧賢博士，講解如何正確使用藥物。

藥物的種類
藥物（medicine）可用於治療疾病和減輕症狀，也可以預防疾病。除了口服藥丸及藥水外，鼻吸或皮膚都能夠吸收藥物，因此會有吸入器、注射劑、噴霧藥液、藥膏。藥物分中藥及西藥，中藥來源主要為植物、動物和礦物，西藥多為化學合成物或從天然產物提製而成。

市面上也有不少保健品（Supplement），例如鈣片（Calcium）、魚油丸（Fish Oil）及維他命（Vitamin）。當中，我們最常接觸的維他命，是有機化合物構成的營養素，用來協助保持健康、預防慢性疾病。我們日常的食物都含有維他命，如橙有豐富的維他命 C，所以不一定需要從保健品中攝取身體所需物質。

藥不可亂吃
雖然藥物能治病，但必須「對症下藥」，不能服用與症狀或病因無關的藥品；也不應使用非法藥物，因為這會直接危害我們的身心健康，例如大麻等。

藥物必須要按醫生、藥劑師或藥物標籤的指示使用，尤其是治療細菌感染的抗生素，需按指示服藥，完成整個療程，才能讓藥物發揮應有的作用。

藥物不是「食得愈多愈好」，病人需要按指示，定時定量地服用，也要留意在標籤上的「有效期」，並恰當地保存。一旦不適當地使用藥物，其效能會減弱、消失，甚至產生有害健康的物質。

保持健康 遠離病魔
藥物是在治病或防疫時使用，更重要的是，我們不應該完全依賴藥物來維持健康。 增強自身免疫力，多休息、多喝水、注意日常均衡飲食，才是遠離病魔的最佳方法。

如何研究藥物安全？
為確保藥品的安全，政府要求註冊藥物必須通過在人體進行的 #臨牀試驗，證明其安全性及療效，才能供醫生處方或在市面出售。藥物研究人員的職責是長期追蹤病人服用藥物後的反應，分析有用的臨牀數據，之後研究藥物的安全性和成效，希望有助減低用者服用錯誤或無效藥物，保障健康。 

健康是我們最寶貴的財富，所以醫學知識與科學技術結合、發明新藥物或技術的「生物醫學」研究愈來愈被重視。由香港青年科學院創院院士兼 #香港大學 生物醫學學院副教授馬桂宜博士，為大家講解生物醫學如何造福世界。

香港的生物醫學研究
香港有許多出色的生物醫學研究，影響全球醫療發展，例如能令孕婦檢查更安全的「無創產前診斷」，就是香港中文大學醫學院副院長（研究） 盧煜明教授的研究：孕婦從前如要檢查腹內嬰兒有否患有與基因有關的疾病，如唐氏綜合症，需要使用有流產風險，且準確度較低的「抽羊水」方式，但盧教授的研究則可以讓孕婦用較安全的DNA血液檢查，準繩度亦較高。

肺癌是全球第二最多人患的癌症，香港中文大學醫學院臨牀腫瘤學系主任莫樹錦教授就在這方面帶來新發明。他利用人體基因編輯技術結合「T細胞」治療進行研究，證實基因編輯治療肺癌是可行及安全，能夠為晚期肺癌病者進行更好的免疫治療。

生物醫學（Biomedical Sciences）
生物醫學是一門關於人類健康的科學研究，利用工程和應用科學的知識及技術，解決生物及醫學方面的科學問題。大家經常聽到的癌症、神經系統及血管疾病，以及幹細胞治療等，都是生物醫學的研究範圍。生物醫學家通過研究及發明新藥物、治療方法或技術，改善人類健康，提高醫療水平。

生物醫學家與醫生
生物醫學家與醫生，同樣能造福人類健康。不同之處是生物醫學家毋須如醫生般直接治理病人，但可通過對新藥物的基礎研究及測試，提供新的治療藥物及方法，是醫學界的「強勁後盾」。

不要以為讀生物醫學只能在實驗室做研究員。不少生物醫學畢業生會從事法律及教育工作，例如新發明的藥物要避免被人抄襲，就要申請技術專利，需要具生物醫學知識的人員協助；也有畢業生成為專責報道醫療新聞的記者。不同的崗位，也可利用生物醫學知識發揮所長！

當科學家的條件
科學的世界是天馬行空，充滿幻想！馬博士認為，要成為科學家，少不了要對世界充滿好奇心，求知慾及熱誠也很重要，同時也要注重細節，才能發掘當中奧秘。

「科學家唔孤單」，馬博士解釋傑出的科學研究，不能單靠個人獨自完成，團隊合作非常重要，所以願意聆聽他人想法也很重要。她又寄語同學多作嘗試，力求將「想法」付諸實行，成就大夢想！