零距離科學:人體免疫系統完善,但新冠病毒仍能突襲?

零距離科學:人體免疫系統完善,但新冠病毒仍能突襲?
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我們想讓你知道的是

新冠病毒疫情已持續超過一年,病毒演變出多個變種,為何這個敵人如此難對付?

文:吳家亮(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

近一年多,全球人類多了一個共同的敵人——新冠病毒。我們的身體本已擬定了一套萬全的策略迎戰,可是,正所謂「你有張梁計,我有過牆梯」,這個敵人異常奸狡,常常使出一些「陰招」殺我們一個措手不及。今集的《零距離科學》,就讓我們一睹這場人體對抗病毒的攻防戰!

防線失守了

我們的呼吸道的表面充滿著纖毛(Cilia)。它們非常幼細,只及我們頭髮的一百分之一,但卻能以每分鐘超過一千次的速度快速掃動,功能就如一個掃帚,把塵埃、病毒這些外來物掃離肺部。但是,新冠病毒卻能入侵這些帶有纖毛的上皮細胞,讓纖毛停止運動,那病毒便無往而不利,順利入侵肺部組織。

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在電子顯微鏡下,我們的呼吸道表面充斥著不斷擺動的纖毛。

我們的肺部細胞本有著細胞膜,保護著細胞的內部。為何新冠病毒能誘騙細胞,打開城門讓其入侵?原來,細胞膜的表面有些蛋白質,其中一種名為ACE2,它們就像是守城士兵,只會容許能接上暗語的人內進。怎料,新冠病毒的刺蛋白(Spike Protein)卻有一部分能跟ACE2對接,讓ACE2誤以為病毒是「自己人」,讓它大模斯樣地直搗黃龍。

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我們的肺部細胞被新冠病毒(紅色圓點)入侵了。

病毒的攻心計

當新冠病毒進入細胞,便會馬不停蹄地複製自己,數以千計的病毒接著從細胞中蜂湧而出,感染更多的肺部組織。不過,受感染的細胞當然不會坐以待斃,它正靜悄悄地發出暗號,釋出干擾素(Interferon)並經血液運行全身,吞噬細胞(Phagocytes)一收到這個敵人來襲的訊息,就會奔往受感染的區域,大開殺戒,把病毒通通消滅。

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新複製的新冠病毒正從受感染細胞中蜂湧而出。

既然我們有這麼一個完善機制去對抗病毒,那為何全球還有那麼多人病情嚴重,甚至死亡?原來,新冠病毒有一項秘技,它有一個特別的基因,當被激活時便會欺騙受感染細胞,讓它釋放的干擾素比正常少了九成,吞噬細胞沒能收到情報,便起不到殺敵的效果。病毒便伺機大量繁殖,可以在短短兩天內激增一萬倍!

這項秘技也帶來了另一個影響。原本這些干擾素會讓人發燒,以激活免疫系統。但如今,干擾素的濃度低,當病人體內病毒大幅增加之際,身體則毫無反應,病人便以為自己沒病繼續吃喝玩樂、旅行公幹,怎料已成為流動病毒噴射器,一滴一毫米直徑的飛沫便可盛載高達七百萬粒病毒!新冠病毒就這樣狡猾地傳遍世界……

牆內牆外攻守戰

不過,我們的細胞又不是只有一道板斧。吞噬細胞在適當的時候會要求增援,把病毒的一部分給殺手T細胞(Killer T cells)察看,讓其牢記著這重要情報。受感染細胞則會以一個碗狀結構(MHC molecule)把病毒的一部分鉤在細胞膜外。當殺手T細胞通過比對發現受感染細胞,就會死纏不放,注入毒藥,把受感染細胞和裏頭的病毒一併消滅。

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殺手T細胞(綠色)一發現受感染細胞(藍色),就會死纏不放,注入毒藥(紅色),把受感染細胞和裏頭的病毒一併消滅。

但是,千萬不要把敵人想得太天真,會任由殺手T細胞宰割。有研究發現,碗狀結構在被傳送至細胞膜前,新冠病毒已把當中的60%毀壞,使其再不能展示病毒的一部分。那殺手T細胞便更難找到受感染細胞,病毒就繼續愉快地繁衍。

不過,我們還未絕望!B細胞也獲得了病毒情報,並啟動兵工廠模式,大規模製造武器——抗體(Antibodies)。抗體遇上病毒,便會將它包圍,讓它的刺蛋白再不能夠跟人體細胞表面的ACE2對接,無法感染人體細胞。當城門被保衛了,剩下的任務便是把牆外的病毒餘黨剿滅,那便相對輕鬆了。

聰明反被聰明誤

此外,我們的細胞還有一項終極殺著——中性粒細胞(Neutrophils)。它們被細胞因子(Cytokine)激活後,會展開自殺式襲擊,把自己的DNA吐出來,形成一個具有黏性的網狀陷阱(Extracellular trap),讓病毒無處可逃,束手就擒。

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中性粒細胞(黃色)被細胞因子激活,展開自殺式襲擊,把自己的DNA(淺綠色)吐出來,形成一個具有黏性的網狀陷阱,讓外來物(紅色)無處可逃,束手就擒。

但是,正所謂「聰明反被聰明誤」,有時,我們的免疫系統會被過度激活,釋出過多細胞因子,形成了「細胞激素風暴」(Cytokine storm)。中性粒細胞便會大規模地自我引爆,重重陷阱不單把病毒圍困,也把血液細胞網住,形成血塊,嚴重的話會堵塞血管,阻礙氧氣和養分輸送,造成肺栓塞。這個現象在解剖上相當常見,出現在大約三分之一的新冠肺炎死者身上。

新冠病毒還在不斷變異,我們必須時刻提高警覺,留意它有否再使出「陰招」來對付人類,一旦發現,便要在預防和治療上隨機應變,努力使它「兵敗如山倒」!

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新冠病毒疫情已持續超過一年,病毒演變出多個變種,為何這個敵人如此難對付?

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於4月9日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

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責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


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【影音】整理數十萬張空拍影像,就像一場馬拉松:看見・齊柏林基金會「數位典藏」計畫

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Photo Credit:TNL Brand Studio

我們想讓你知道的是

「透過影像為環境發聲」是齊柏林畢生在做的事,也是看見・齊柏林基金會要接力做下去的事。打造一座把台灣存起來的影像資料庫,讓齊柏林留下的影像資產得以傳承世代,「數位典藏」計畫需要你我一同支持響應。

2017年,《看見台灣》的導演齊柏林匆匆離開這個世界,留下無數珍貴空拍影像資產;這些跨越1990年代到2017年、長達25年台灣自然與人文地景變遷的真實紀錄,不只保留了台灣之美,更在學術研究、環保倡議和環境教育上有著無可取代的價值。然而,龐大的影像素材需要經過「數位典藏」才能被有效應用,因此「看見・齊柏林基金會」成立的初衷,就是為了承接數位典藏的使命,讓齊導畢生的心血,能夠世代傳承,發揮永續的影響力。經過兩年的摸索,基金會最終研擬出最合適的數位典藏計畫,不只將齊導作品數位化、分類歸檔,更要建置線上影像資料庫,並將繼續記錄台灣的使命傳承下去。

根據看見・齊柏林基金會統計,齊柏林導演在空中拍攝超過2500小時所累積的影像,約為10萬張空拍底片、50萬張數位照片,上千小時的空拍影片;要為如此龐大的影像資料建檔與整理,勢必耗費許多金錢、時間與人力。不過,只要能集結眾人之力,這一場數位典藏人員及專業志工接力的馬拉松,將會是美麗而撼動人心的一段旅程。

「數位典藏」做什麼?

數位典藏(digital archive),意思是將有保存價值的實體或非實體資料,透過數位化(諸如攝影、掃描、影音拍攝、全文輸入等)與加上屬性資料等詮釋資料(Metadata),建立數位檔案的形式,作為永久保管儲存。

而看見・齊柏林基金會的數位典藏計畫可分為三大工作線,分別為:

  • 傳統底片組:挑選底片→掃描成數位檔案→建立屬性資料→歸檔
  • 數位照片組:挑選照片→建立屬性資料→歸檔
  • 空拍影片組:挑選影片→建立屬性資料→歸檔

除了要將齊導留下來的影像作品數位化歸檔,數位典藏計畫還包括改版建置「iTaiwan8影像資料庫」,也就是建設完整的線上影像資料庫系統,讓齊導作品更便於靈活運用,也能讓更多世人看見。

飛行2500小時累積的空拍影像,怎麼整理?

  • 整理底片/數位掃描

數位典藏組專員詹宇雯的工作,是負責整理傳統底片。即便存放在防潮櫃中,傳統底片仍面臨逐漸老化褪色的壓力,需要與時間賽跑進行數位化保存;然而大多未經篩選的10萬張底片,有些因為直升機震動導致些微的畫面模糊,也有因飛行路線連續較重複的地景構圖,而詹宇雯的其中一項任務,就是拿著放大鏡一一檢視精挑,並標註定位和勘誤照片資訊。

「整理底片最常發生的問題就是人工出錯,因為以前留下的資料可能是齊導或其他志工整理出來、用手寫的,貼紙可能貼錯或資料寫錯。」詹宇雯說起某次經驗,當時有一張台北車站的照片被貼了很多年份,為了找出正確年份,她試圖辨識照片裡招牌跑馬燈上的氣溫、股市市值等資料,交叉比對推斷出正確年份。雖然偶有這種偵探辦案一樣的趣事,但大多數時候是耗費專注度與眼力的過程。

完成底片挑選的階段,接著進到底片掃描數位化。然而,這步驟並不容易,除了整體的影像品質控制與檔案管理,齊柏林導演留下的底片最遠距今至少11年,老化褪色的底片容易出現色彩偏誤,須進行色彩還原,再修掉畫面上的髒點、存成解析度高的數位影像才算完成。

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整理傳統底片的過程,必須拿著放大鏡一一檢視精挑,標註定位和勘誤照片資訊。
  • 建立屬性資料

所謂「建立屬性資料」,其實就是為影像添增各種描述紀錄的資訊,有了這些資訊,龐大的影像資料才能被有效率的搜尋、管理。數位典藏組副組長陳宣穎表示,以齊導拍攝的影像為例,包含:拍攝主題、地點及詮釋地景的關鍵字都屬於此範疇;而其中投入最多時間的便是「定位」和「建立關鍵字」這兩項任務。

「定位」指的是找出拍攝主體所在地點和座標,有時可透過既有的飛行軌跡紀錄來推測,但更多時候是在沒有軌跡紀錄的狀態下,憑藉地理知識及照片上的蛛絲馬跡判讀位置。如果影像拍攝年代久遠,或是地景變化很大,就需要運用更多歷史圖資或佐證資料去搜索、推論。

「我們要一張一張照片判讀,建立屬性資料。像是早期的傳統相機沒有定位功能,常常看到照片中只有一大片山稜線,此時我們就要仔細比對地圖、衛星影像,想辦法查找,盡可能貼近正確。」陳宣穎說。

「建立關鍵字」看起來似乎相對輕鬆,然而事實上,光是決定有哪些關鍵字可以使用,就是一門功夫。第一步必須辨認影像中的景物,例如一塊農田種植的是什麼作物,就必須蒐集其他資料輔助判斷;其次,由於空拍照片尺度不一,在畫面中佔比多大的景物需要設立關鍵字,也需要經過討論訂定規則;最後,還必須從使用者的角度思考,依據一般人的搜尋習慣設立關鍵字。

因此,在建立屬性資料的過程中,看見・齊柏林基金會也特別諮詢多位專家,共同研究規劃出適合台灣空中影像的關鍵字建置邏輯,並以此基礎進行分門別類、校正檢核,確保影像被妥善歸納及運用。

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建立屬性資料時需要大量對比地圖,並依照訂定好的規則建立屬性資料,使歸納邏輯一致。
  • 影音資料典藏

相較於照片整理,動態影片的典藏工程更為多元複雜。首先,要針對近千小時空拍影片進行盤點,接著進行特殊格式轉檔與備份,再逐步建立邏輯編碼、標示檔案管理方式,以推動後續屬性資料建立。

「影片整理最大的兩個挑戰,其一是影片內容橫跨的範圍很大,導演可能是台中起飛、屏東降落,因此要去判斷每個影片節點的地景定位;其二是飛機上升的垂直範圍很大、晃動又劇烈,有時候會遇到『果凍效應1』致使內容失真。」影音製作組專員鄭宇程說明,由於各時期的影片拍帶檔案格式、影像內容品質、影片時長都不同,大大增加了管理建檔難度。

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影音資料的典藏,需要讀取大量的檔案,逐格檢視、分段建立屬性資料、調色等。

加入數位典藏的馬拉松,傳承接棒台灣之美

從一步步定義操作流程、統一色彩管理語言、購置影像處理設備等,到培訓志工與實習生、讓人力支援一步到位、避免巨量資料的協作過程中出現錯誤,都是數位典藏計畫的範疇。多元內容創意部副總監王俐文表示,「數位典藏」四個字說來簡單,但過程繁複龐雜,需要所有人一致的專注、耐心、細心、以及熱忱。

「iTaiwan8影像資料庫」作為看見・齊柏林基金會數位典藏計畫的目標之一,改版上線只是第一步,接下來除了完成龐大影像資料的典藏,更大的挑戰是要繼續記錄台灣,讓影像不會只停留在2017年。

「透過影像為環境發聲」是齊導畢生在做的事,也是基金會要接力做下去的事。而數位典藏計畫,就是齊導生命的延續,也是基金會動力的源頭。要打造一座把台灣存起來的影像資料庫並不容易,看見・齊柏林基金會亟需各界的支持,共同建置屬於台灣最美的影像資料庫。讓我們一起守護齊柏林留下的影像資產,讓土地脈動的珍貴影像得以傳承世代,發揮更多價值。

捐款支持看見・齊柏林基金會,透過影像為環境發聲


註1:果凍效應(rolling shutter)是數位相機CMOS感光元件的一種效應,當使用電子快門來拍攝高速移動的物件時,原本垂直的物件拍攝出的畫面卻為傾斜甚至變形。(資料來源:維基百科)


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