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內容簡介

尋找智力基因
 
從雙胞胎研究發現，智力與遺傳有關，
 
但哪些基因形塑大腦，並影響智力？
 
為全球物種編條碼 p72
 
顛覆大霹靂－－宇宙是反彈出來的？p36
 
集思廣益造義肢p94
 
不犁田的永續農業p106
 
抗氧化並不能抗皺紋p15
 

 
英國倫敦精神病學研究所的行為遺傳學家普羅明（Robert Plomin）想了解智力的本質。做他這一行得要有耐心，因為研究工作之一就是要觀察數千名兒童的成長。普羅明會詢問他們一些問題，例如「水和牛奶有什麼共通的地方？」和「太陽從哪邊下山？」一開始他和同事打電話或親自對這些兒童進行測驗，現在這些兒童大多10幾歲了，所以他們利用網路進行測驗。
 
就某種意義來說，這個研究的成功令人振奮。這些受試的兒童都是雙胞胎，研究顯示，同卵雙胞胎的智力分數比異卵雙胞胎的接近，而異卵雙胞胎的分數又比沒血緣的兒童更接近。這些結果和其他研究所得的結果相似，讓科學家更確定基因對於兒童的智力測驗分數有重要影響。但是普羅明想要知道更多，他希望可以找到造成這些影響的特定基因。現在他已經有工具可以找出基因，這是他剛開始從事這個研究時不敢奢望的。普羅明和同事利用微陣列（microarray）來掃描受試者的基因，那是可以辨識50萬個不同DNA片段的晶片，這個強大的工具再加上數量龐大的兒童研究數據，代表他可以找出造成智力測驗分數微小差異的基因。
 
然而，當普羅明和同事揭開微陣列研究（這是有史以來最大型的智力相關基因搜尋實驗）的謎底時，結果卻不如預期。研究人員只發現六個遺傳標記對測驗成績有影響，當他們用更嚴謹的統計方法分析這些結果的可信度，只有一個基因通過考驗，不過它只對智力測驗造成0.4%的影響，更糟的是沒有人知道這個基因在身體有什麼功能。
 
普羅明說：「就某方面來說，這真是沒意思。」
 
普羅明的處境在研究智力的科學家中很常見，如同利用微陣列技術，他們以腦部掃描和其他精密的儀器來解讀基因和環境對智力發展複雜又巧妙的影響，並檢視智力差異如何呼應到大腦的結構和功能，有些科學家甚至從中得到新觀點，認為智力反應了資訊在大腦流動的方式。但是除了這些進展，智力仍然是深奧難解的謎。美國明尼蘇達大學的心理學家強生（Wendy Johnson）說：「我們對智力的了解，少得可憐。」
 

 

目錄

2008年11月
 
尋找智力基因
 

 
專題文章
 
　　【宇宙學】 36 　顛覆大霹靂－－宇宙是反彈出來的？　文／柏卓瓦（Martin Bojowald）
 
　　【認知科學】 42　尋找智力基因　文／齊默（Carl Zimmer）
 
　　【資訊科技】 60　新興學門：資訊網科學　文／沙伯特（Nigel Shadbolt）、柏納李（Tim Berners-Lee）
 
　　【地球科學】 84　新海洋的誕生　文／海達克（Eitan Haddok）
 
　　【地球科學】 92　改變地球容貌的力量　文／郭本垣
 
　　【生命科學】 72　生命條碼　文／史托克（Mark Y. Stoeckle）、赫伯特（Paul D. N. Hebert）
 
　　【生命科學】 78　為台灣多樣生物編上條碼　文／邵廣昭
 
　　【創新科技】 94　集思廣益造義肢　文／柏宜金（Sam Boykin）
 
　　【農業】 106　不犁田的寧靜革命　文／哈金斯（David R. Huggins）、瑞格諾德（John P. Reganold）
 
　　【細胞生物學】 114　細胞如何大掃除　文／德瑞提奇（Vojo Deretic）、科里安斯基（Daniel J. Klionsky）
 

 
新聞掃描
 
　　【科學人新聞】 15　老化並非因為氧化　
 
　　【科學人新聞】 16　野性的呼喚　
 
　　【科學人新聞】 18　伽利略發明望遠鏡400年　
 
　　【科學人新聞】 20　窒息的海洋　
 
　　【科學人新聞】 23　HIV感染率向上修正　
 
　　【科學人新聞】 21　一毛錢大的顯微鏡　
 
　　【科學人新聞】 22　熱帶森林殺機四伏　
 
　　【科學人新聞】 23　從魚鱗設計防彈衣　
 
　　【科學人新聞】 21　火星土壤中發現水冰和鹽類　
 
　　【科學人新聞】 24　無菸經費　
 

 
華人視界
 
　　【科學人觀點】 6　猴頭猴腦的缺憾　曾志朗
 
　　【形上集】 25　未來總統的物理課　高涌泉
 
　　【變遷中的氣候】 30　台灣人、美國人，面對颱風大不同　柳中明
 
　　【網路不打烊】 31　程式語言的起源與演化　張俊盛
 
　　【時光隧道】 35　物競天擇，適者生存　王道還
 
　　【生物手記】 126　山林中的傳說──台灣水鹿　顏士清
 

 
專欄文章
 
　　【不可勝數】 34　摺紙與幾何作圖　李國偉
 
　　【永續發展】 123　石油危機永遠在　薩克斯
 
　　【真真假假】 128　在中土隨意漫步　薛莫
 
　　【反重力思考】 129　燃料的謬誤　米爾斯基
 
　　【科學人新聞】 24　阻止沙漠的綠色長城　
 
　　【科學人剪影】 124　用數學計算演化原理的科學家：諾瓦克　瓦克斯
 
　　【專家解答】 130　如果月球的重量減半，地球會怎麼樣？　
 
　　【專家解答】 130　我們不能除去海水的鹽份做為飲用水嗎？　
 

 
編輯部製作
 
　　【總編輯的話】 8　魔術師般的博物學家　李家維
 
　　【讀者論壇】 14　讀者論壇　
 
　　【科學EASY LEARN】 100　靈巧電子手　李名揚
 

 

 

作者序言

總編輯的話－魔術師般的博物學家
 

 
撰文╱李家維
 

 
唱歌、跳舞和魔術是現今的時尚休閒，我五音不全，身子又笨拙，無緣於歌舞，倒是從小喜歡魔術。小學剛畢業的暑假，學了幾招，到現在仍能唬人。其中之一是把洗過的撲克牌放口袋裡，接著和觀眾問答，那是一連串的「你喜歡什麼？不喜歡什麼？」最後輕鬆掏出大家指定的那張牌來，總能贏得驚奇。其實我事先瞄了眼底牌的位置，再引導問答方向，最後當然就是神乎其技的那張牌了。以後我喜歡上了博物學，有時想想，這兩件事之間還真有些關聯。
 
博物學家是個好行業，上山下海，四處旅行，又常有機會在大家面前隨手捻來，滔滔不絕：「這是圓果秋海棠，剝開葉梗皮嚐嚐，有多酸啊！」「那正慢飛的是環紋蝶，等姑婆芋的果子熟了，會整群附上吸食。」講多了，還真心虛，因為周邊的許多物種我連名字都叫不出來，相信其他博物學家也是如此，談的多是引導的主題，像口袋裡的那張牌一樣。長成了的鳳尾蕨和觀音座蓮都好辨識，但是地上那無數的薄片原葉體將來會長成什麼蕨類？這是連蕨類專家都無法回答的難題。到太平洋上撈起一網浮游生物，裡面多樣的撓腳節肢動物和幼蝦稚魚，會讓專家忙上幾年還辨識不全。這是博物學家的尷尬，世間可能有上千萬的物種，將近三個世紀以來，生物學家只給100多萬物種標上名字，大家對鳥獸蟲魚的不識，只是程度有別啊！
 
有個聰明的新學問正開始發展，將來人人可以帶個掌上型掃描器到林子裡，撿起一片葉子或一節蟲腳，丟進掃描器裡，它會快速萃取DNA，讀取一小段鹼基序列，接著比對資料庫，就能告訴你這是什麼物種和相關的有趣故事了。想知道這可能讓博物學家混不下去的新進展，請讀這期《科學人》的〈生命條碼〉和〈為台灣多樣生物編上條碼〉。但會有哪個新行業取代魔術師嗎？我看不會，光是那看似簡單的變臉，到現在都還說不清楚。
 
什麼是聰明？《科學人》在五年前的腦專輯，曾經介紹過只要增強一個基因的表現，就能創造出聰明鼠「杜奇」，牠的學習和記憶能力超乎尋常；另外也討論了聰明藥丸問世的可能，可以想像這樣的藥物市場會有多驚人。可惜老鼠畢竟和人不相同，人的聰明智慧顯然要複雜許多。〈尋找智力基因〉是探索人類智力之謎的最新進度報告，請大家享讀。
 

 

精彩試閱

 

 

 
不犁田的寧靜革命
 

 
農地退化。現在，有些農夫已放棄整地的做法，希望能讓農業更永續。
 
撰文╱哈金斯（David R. Huggins）、瑞格諾德（John P. Reganold）
 
翻譯／陳儀蓁
 

 
重點提要
 
■傳統的整地耕種方式，容易導致土壤侵蝕，增加逕流的發生。
 
■因此，有一些地區的農夫，正轉而採用一種稱為「不整地栽培法」的永續途徑，把對土壤的干擾降到最低。
 
■然而，昂貴的設備成本和學習門檻，加上其他因素，使得不整地栽培法難以有效推行。
 
在美國華盛頓州東部帕勞斯一座1600多公頃的農場，艾胥里曼用鏟子鏟起一鍬黑色泥土，土很輕易就散開了，表示土壤非常透氣、富含有機質，有助於植物根系發展；土裡還有很多蚯蚓，那是土壤健康的另一個指標。
 
34年前，這裡一鏟子的泥土裡就算有蚯蚓，也寥寥可數。那時艾胥里曼每次栽種前都會先犁田，把上一期作物收割後殘留的枝葉埋起來，為即將種植的作物整好田地。丘陵起伏的帕勞斯地區曾持續這種農耕法數十年，卻因此付出代價，著名的肥沃土壤在那段時間侵蝕的速度著實令人憂心。1974年，艾胥里曼相信一定有更好的方式來利用這片土地，決定試驗新興的不整地栽培法（no-till farming）。
 
全世界大多數的農夫在播種前都會先犁田，這種在栽種前先翻土的做法，可以埋覆作物殘株、動物糞肥和麻煩的雜草，同時也讓土壤透氣、變得溫暖，但這種重新整理、干擾土壤的方式，也使土壤更容易受到風和水的侵蝕。犁田是農地退化（全世界最嚴重的環境問題之一）的根本原因，已經威脅到糧食生產與農民生計，其中又以貧窮且人口密度高的發展中國家最為嚴重（見112頁〈為塵土付費〉）。1970年代晚期，土壤侵蝕造成帕勞斯地區10%的農田表土完全流失，60%的農田有25~75%不等的表土流失。另外，犁田會讓地表逕流攜帶沉積物、肥料和殺蟲劑流入河流、湖泊與海洋。相較之下，不整地栽培法希望把對土壤的干擾降到最低：農夫在收成後，會留下作物殘株在農地上，而這層覆蓋物能保護土壤不受侵蝕，並提高土壤的生產力；到了要播種的時候，農夫則使用特製的播種機，穿過作物殘株到底下未受干擾的土壤，讓種子在這裡發芽，冒出土壤表面長出新作物。
 
為了餵飽全世界越來越多的人口，不斷發展的農業對環境、人類健康和生物多樣性都造成極大影響。就我們目前對地球生產力的了解，光是生產充足的食物仍不夠，還必須以永續的方式進行才行。農夫需要生產高品質的足量作物，為後代子孫保存自然資源，賺取足夠的金錢維持生計，並適度與農場工人及社會互動。不整地栽培法可能有助於實現永續農業願景，然而就像任何一個新系統，它也要面臨挑戰與取捨。不過，現在世界上有一些地區的農夫，正逐漸拋棄他們的犁具。
 
先從犁田開始
 
人類大概從一萬年前開始栽種作物，就使用不整地栽培法和整地法來利用土地生產糧食。從狩獵採集轉換到栽種作物的過程中，新石器時代人類在住所附近的小片土地上種田，並從野外採集其他食物，其中有些人從事了最早的不整地栽培法，用棍子在地上戳洞、撒下一些種子，再以土壤覆蓋；有些人則施行了最早的犁田，用棍子在地面劃出溝道，把種子翻到土壤表面之下。今天發展中國家成千上萬的農夫，仍然使用這些簡單的方法播種。
 
後來由於犁的演進，只需少許人力即可養活眾人，用機械處理土壤便成為種植作物與控制雜草的標準程序。最早出現的這類機械是勾犁，以一個三角架與一根垂直的木樁組合而成、利用木樁來耙開表土，大概需要兩個人來操作，一個人負責拉，一個人負責控制方向。後來人力被馴化的役用動物取代，最早可能是公元前6000年美索不達米亞的閹牛。下一個重要進展發生在大約公元前3500年，埃及人和蘇美人發明了犁刃，這是一種楔形的木頭裝置，前端有一把鐵刀可鬆開表層土壤。到了11世紀，歐洲人使用更複雜的發明，包括一片彎曲的鐵板（稱做犁板），可在表土鬆開後進行翻土的動作。
 
犁的設計不斷進步，促成1800年代中期的農業發展，東歐、南非、加拿大、澳洲、紐西蘭和美國的農夫開墾了原本長滿雜草的草原來種植玉米、小麥和其他作物。其中美國中西部的高草原，原本一直沒有大規模農作，因為那裡又厚又牢的草皮是耕種的一大障礙，不過在1837年，伊利諾州的鐵匠迪爾發明了能夠翻開草原草皮的光滑鋼板犁，今天這片草原已成為世界上最具農業生產力的地區之一，並涵蓋了著名玉米帶的大部份。
 
【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2008年第81期11月號】