用物理幫生物學家解決問題：從針孔透視基因
我們想讓你知道的是
教育系統習慣將自然科學拆散為三科，但造福人群的科研成果往往涉及多個領域的知識。這裡談到的「納米孔測序法」，正是物理、化學和生物學合作的結晶品，缺一不可。
科學嘅迷人之處之一，係佢包羅萬有：從宏大嘅宇宙到最細嘅粒子都喺佢嘅框架之下。近代人類研究唔同尺度嘅現象時，將科學粗略分為物理學、化學同生物學。而隨著科技發展，呢三個領域有時候又會走返埋一齊，擦出火花。今日要講嘅，就係咁樣嘅一個故事。
而故事嘅主角叫做「基因」。佢真係好神奇︰佢提供咗一切生物構造嘅藍圖，令細胞複製嘅過程近乎完美copy-and-paste。從呢幅藍圖，研究人員可以追尋病毒嘅來源（例如 SARS）、追尋疾病嘅起因，進而幫我哋研發療程。另一方面，醫生亦可以檢測病人嘅基因，從而知道病人會唔會對特定藥物過敏。
基因裡面嘅訊息，係由四個單元A、T、C、G拼砌而成。每個字母都係一種化學物嘅簡寫，而化學物喺空間上嘅排列就代表咗遺傳訊息。要利用基因做嘢，咁我哋就需要有效率嘅方法去讀取佢。問題嚟啦︰即使係小如大腸桿菌，佢嘅基因序列都有460萬個字母咁長。而傳統通用嘅做法，係先將基因打斷成好多份，用螢光染料分別做好標記，然後放入啲大部笨重嘅機器到分析。成個過程簡直費時費力！
點算好呢？而物理學就提供咗可能嘅解決方案。呢個方案嘅靈感取自Coulter 數細胞機器；經過90年代到宜家二十幾年嘅研究，先開始實現到 (4)。
個構思係咁︰我哋將成串冇打斷嘅基因通過一個好細嘅窿，細窿本來有電流通過嘅，基因一入去即刻就會令電流降低。而A、T、C、G嘅大細都唔同，所以電流下降嘅程度都唔一樣！咁我哋就分辨到啲字母同埋佢哋嘅排列啦。
咪住！咁一開始點解會有電流嘅？睇下幅實驗示意圖啦。個set-up一分為二，基因一開始喺左邊。兩邊嘅空間都裝滿液體電解質，而中間有個電絕緣膜，上面穿咗個細窿。電解質入面充滿離子（就好似平時飲開嗰啲咁）；離子有電荷，所以電池產生嘅電壓（差）會推郁佢哋，令佢哋通過個細窿。
由於基因分子有好強嘅負電荷（-2e / 0.34 nm），所以佢哋都會被電池嘅影響下穿過個窿。就因為係咁，穿過細窿嘅電流就會隨著時間變化啦。而如果想有可觀嘅電流變化，個窿嘅直徑就要同基因嘅差唔多——亦即係納米尺度（0.000000001 米，比頭髮直徑細一萬倍）。成個構思因此就叫做nanopore sequencing（納米孔測序法，筆者自譯）。
而納米孔點整，喺呢到就唔詳細講啦。簡單而言，你可以用有機 (1) 或者人造無機 (2) 嘅材料都得。前者製造好簡單 — 例如可以用細菌大量生產 — 但就冇人造材料咁耐用 (4)。而同時候，物理學家亦喺度探索基因進入納米孔嘅仔細機制——例如話，一串基因嘅頭、尾、中間首先進入納米孔嘅機率係咩呢 (3)？ 如果係中間最有可能嘅話，咁同時會有兩個基因字母喺個納米孔入面，而我哋解讀電流數據時就要小心啦。
講左咁耐好似好學術咁，但其實附屬牛津大學嘅Oxford Nanopore Technologies已經喺2014年將納米孔測序法做成商業產品啦。文章頂嘅圖，就係呢間公司最細嘅產品 MinION。試想像一下︰一支手指咁大、用 USB 充電嘅測序工具，對要做即時、實地實驗嘅人簡直係恩物（例如伊波拉爆發嘅時候，MinION 就大派用場）。
納米孔嘅介紹就係咁先，最後想再強調一點：物理學、化學、生物學分成三科有佢嘅原因，但自然世界 doesn’t give a damn about what we think。現實係複雜嘅，而傑出嘅科學家就會知道喺咩時候需要跨越學科界限去思考。納米孔測序法，就係呢個過程嘅結晶品。
參考資料：
- J. J. Kasianowicz, E. Brandin, D. Branton, and D. W. Deamer, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93, 13770 (1996).
- A. J. Storm, J. H. Chen, H. W. Zandbergen, and C. Dekker, Phys. Rev. E 71, 051903 (2005).
- M. Mihovilovic, N. Hagerty, and D. Stein, Phys. Rev. Lett. 110, 028102 (2013).
- M. Muthukumar, C. Plesa, and C. Dekker, Physics Today 68, 40 (2015).
責任編輯：王陽翎
核稿編輯：tnlhk
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當風水成為我們的語言——跟著風水名師的腳步，重訪全球知名景點
我們想讓你知道的是
無論古今中外，能夠永傳不朽的建築物，除了奠基於各地深厚的⽂化底蘊，和當時重要的哲學思考之外，其實也都依循著天⼈地合⼀理念，觀察當地的環境與氣候、為了服務使⽤者的需求⽽建設。
江名萱老師深入研究風水的契機，可以說是因為旅行所帶來的啟發——在旅行至北京故宮的時候，對於整個建築群落的方位、形狀、位置等都遵循著青囊經的原理所設計，有著強烈的感觸。
因此，原本就熱愛旅行的江老師，帶著強烈的好奇心和求知欲，走訪世界，考察各地的建築物。他發現，能夠永傳不朽的建築物，除了奠基於各地深厚的文化底蘊和當時重要的哲學思考之外，其實也都依循著當地的環境與氣候、使用者的需求而建設，和江老師順應自然的風水概念不謀而合。例如巴黎的聖母院、印度的泰姬瑪哈陵等建築，都能在天人合一的設計下，達到一種平衡、和諧的效果，並且更好地利用自然的能量。
與天對話：巴黎聖母院
「建築物的存在，是要為裡面的人所服務。所以，所謂好的建築風水，其實是應天、應地、應時、應人制宜。」因此，雖然我們可以看到聖母院中央的玫瑰窗，是一個非常強大的風水符號，代表光明、能量和生命力；聖母院的塔尖，也象徵著穩定、領導力，以及上達天聽的請求。但更重要的是，屬於宗教建築物的聖母院，為所有信仰著神的人們，所帶來的莊嚴、平靜感受。「聖母院營造出非常強烈的和諧的氛圍，你可以想見當時的設計師，在設計這個建築物及其所創造出來的空間時，所有的考量都是為了讓人的內在可以安靜下來、與天／神對話。」江老師指出。
巴黎聖母院建築風格是哥德式建築，它的建造開始於1163年，耗時超過200年。教堂的尖頂屋頂，不只是融合了各種藝術風格的幾何美學，更代表著天地宇宙之間的聯繫。這種尖頂建築形式，在古代被視為智慧和神聖，有向上流動的能量。象徵著天空和地球之間的聯繫，連接聚集天地宇宙之間，讓整個建築物更加神聖，充滿生氣和活力，並為⼈們帶來好運和幸福。
在古代文化的哲學中，太陽代表著宇宙和自然界的秩序、生命和創造⼒、上帝神性力量等等。所以在建築的設計和規劃中，必須要考慮季節的變化，和太陽的位置，以確保光線在建築空間中，可以達到最佳的利用。聖母院的三扇玫瑰花窗，被認為是世界上 最美麗的玻璃藝術品之⼀，當你走進聖母院中，透過玫瑰花窗所照進來的彩色光芒，加上吟誦詩歌的聲音，還有焚燒香料所產生的煙霧，體現了像是引導人們的心靈，通往宇宙智慧神性的力量，彷彿可以治癒和平衡我們的身心。
「整體而言，巴黎聖母院的每一項設計、每一處細節，都讓人感到非常平靜。」江老師又補充道：「這就是好的風水，所帶來的能量。」
深埋於地的愛：泰姬瑪哈陵
談完了聖母院，江老師又繼續分享她在泰姬瑪哈陵的經歷。「如果聖母院是一棟與天對話的建築，那麼泰姬瑪哈陵想要傳達的，則是一份深埋於地的愛。」位於印度的泰姬瑪哈陵，不只是印度文化的代表性建築，也是世界文化遺產之一。泰姬瑪哈陵始建於1632年，耗時約22年完工，在建築風格上，它結合了印度傳統建築和伊斯蘭建築的元素，以白色大理石為主要建材，建築外牆有細密的浮雕和嵌花紋飾，表現了印度文化的細膩和精緻。在陽光照耀下，白色大理石的建築散發出耀眼的光芒，展現出浪漫、華麗的氣息，「但是當你走進泰姬瑪哈陵之後，除了感受到它的莊嚴、神聖之外，還有一份濃烈的愛情。」江老師說道。
蒙兀兒帝國的第五代皇帝沙賈汗，和他的妻子慕塔芝．瑪哈王后深深相愛，即使沙賈汗要前往戰爭的最前線，慕塔芝也會相伴在旁，兩人感情十分深厚。但令人惋惜的是，慕塔芝在1631 年的征戰途中難產而亡，沙賈汗在悲痛之餘，承諾為她建造天上人間、無與倫比的美麗陵墓——泰姬瑪哈陵。
這座象徵沙賈汗畢生激情和財富的美麗紀念物，每年吸引了成千上萬的國內外遊客前來參觀，感受這份愛情的真切。「剛才講到聖母院有尖塔，我們可以注意到，泰姬瑪哈陵的屋頂也是尖頂，同樣象徵著天空和地球之間的聯繫。皇帝沙賈汗希望透過泰姬瑪哈陵向上連接，跟他⼼愛的瑪哈王后能夠永恆緊密在⼀起。」泰姬瑪哈陵在風水上還有一個特點，就是利用水池來達到陰陽平衡的作用。「水是陰性的象徵，而白色大理石所建造的陵墓則是陽性，因此，水池的存在可以平衡建築物和自然環境之間的陰陽能量，創造出和諧的能量和氛圍。」除此之外，江老師也認為在像印度這樣炎熱的地區，利用水池的清涼氣息，撫平人們的情緒、創造安定氛圍，進而幫助人們減輕壓力、放鬆身心。因此泰姬瑪哈陵也是一個「應天、應地、應時、應人而制宜」而建成的建築典範。
傳世六百年之作：北京紫禁城
紫禁城是中國古代明、清兩朝24位皇帝的居所，建於明成祖永樂4年（1406），於永樂20年（1420）完工。占地面積72萬平方公尺，建築面積約15萬平方公尺，是世界上現存規模最大的宮殿型建築，整個建築群給人威嚴而神聖的感覺，是皇權的象徵。雖然紫禁城至今已有六百多年的歷史，但依然保持著它的輝煌和美麗，其中風水的佈局，是紫禁城能屹立不搖至今的重要因素之一。
當年永樂皇帝在建造紫禁城的時候，他要求紫禁城建築佈局形狀和方法，都要符合風水學中的宇宙觀，以及天地人萬物合一的理論。因此，紫禁城的主要建築，都建在南北的中軸線上，這代表著能夠吸收天地間的能量，東西方向的建築物較少，是為了可以利用南北向的通風和自然循環，達到環境的舒適感。
以紫禁城太和殿的設計為例，這個皇帝接近朝臣的宮殿，不僅考慮到太陽的位置、建築物的形狀、360度的方位等等，還有周遭的水源、水流、風向、陽光以及山水環境、生活機能等多個面向。例如太和殿的正門面向南方，就是為了要確保日照充足，可以為太和殿帶來更多的光線和暖氣。而在正午時分，陽光會直射在皇帝的龍椅上，讓這裡充分地接收滿滿的太陽能量。
青囊經中提到：「明地德，立人際，因變化，原始終，此謂之化成。」紫禁城風水設計，是創造出一個巨大的立體空間，裡面有陰陽、南北、前後、東西、左右、內外、動靜、虛實，是因為建築師／設計師能夠將這些元素完美的連結起來，因此成就了永垂不朽的紫禁城。而整個紫禁城的建築群，也因為與自然環境融為一體，呈現出一種高超的的藝術美感。
「如果我們回到600年前，紫禁城建造之初，想必是永樂皇帝將想法、理念，與設計者溝通之後，所誕生的結果。他們當初的偉大理想是什麼？風水方法又是什麼？在整個建造的過程中，永樂皇帝和設計者之間的信任也是非常的重要。作為皇帝，永樂皇帝必須展現領導者的遠見和決策力，但又必須給予設計者充分的自由和支持。讓他們充分發揮自己的才華和創造力。如此一來，才能共同完成這件舉世無雙的建築作品。」江老師補充道。
「風水的學問，是全世界共通的，我們東方有陰陽五行術數之源的《河圖洛書》，西方也有由四元素和以太所對應而形成的梅塔特隆立方體。」建築設計最精彩、也是最核心的表現，就在於它如何讓人心的空間、建築的空間、自然的空間、宇宙的空間，互相連結滲透，能量循環不已。對江老師來說，無論古今中外，這些能夠矗立千百年之久的建築物，都是能順應著自然的脈動、四季的變化，讓建築引導著宇宙、自然的能量，為身在其中的使用者所服務，同時創造出最適合使用者的安適環境，使用者自然能夠感到心神平靜，從而展現宏大的精神面貌。江老師也相信，風水的千年智慧，是值得我們現代人細細研究、推廣的一門學問。
