凱莉‧韋納史密斯

9. 生物列印

新肝臟列印就有，讓我們乾杯吧！

想像有一天你一覺醒來，感覺疲憊不堪而且很想吐。等終於吐完了，你照照鏡子，發現眼睛和皮膚有點黃黃的。你把兒子叫來，他趕緊開車送你去醫院。幾個小時後，你的醫生進來，臉色凝重。你需要新的肝臟。

「嗯，」你心想，「找個肝臟會有多難？我認識的一大堆人都有肝臟。」你瞧瞧護理師。不行⋯⋯太小了。你瞧瞧醫生。不行⋯⋯太老了。你瞧瞧你兒子，眼神一亮。他搖搖頭。

「老爸，我小時候打少棒時，你如果多來看幾場⋯⋯」

所以你走投無路了，只好加入等候器官移植名單，名單上目前有十二萬兩千多人。不過，你運氣很好，排隊等候肝臟的只有區區一萬五千人。

根據你的所在位置、健康情形、年齡等因素，可以預期的是，你等候的時間少則數月、多則三年。通常肝臟會先給病情最危急的人，這代表你可能要等到病情從「很糟」變成「糟透了」，才能獲得優先權。而且不行！不准為了早一點得到肝臟而拚命喝酒。

名列器官移植名單，不一定代表你會及時得到肝臟。美國每年有八千位等候器官的人死亡。不過，假設你是家境富裕的美國人好了。你肯定有更好的選擇。你可以成為醫療觀光客去其他國家，付錢叫陌生人把部分的肝臟「捐贈」給你。

你可能要考慮一下肝臟是哪裡來的。或許你根本不用考慮。比方說，如果你去中國，你的肝臟可能是來自被處決的死刑犯。

即使你能接受器官買賣的觀念，而且知道器官是人家自願捐贈的，那你可能要想一下，如何定義「自願」。有證據顯示，在這樣的體系裡，最常見的器官捐贈者都是指望還清債務的窮人。通常這些人得到的報酬會比當初講好的還少，而且到最後反而會更窮，因為他們的工作時數變少了，或是因為拙劣的手術影響了健康。

所以你又回過頭來找自己的家人和朋友，乞求他們施捨一點肝臟。肝臟具有相當神奇的再生能力，所以你不需要整個肝臟。「拜託啦，」你說：「只是一小塊肝臟而已嘛！」

在你對自己二十年前錯過一場重要的少棒賽表示由衷的悔意之後，你好不容易說服你兒子捐贈。結果，你發現他和你不相容。哈！所以你沒去看那些少棒賽是對的。道歉收回。

假如你很能撐，總算等到死者捐出的器官，恐怕還是得一輩子服用昂貴的免疫抑制劑。由於器官不是你的，你的身體一開始可能會視它為異體，因此你的免疫系統會攻擊它。免疫抑制劑容許肝臟留下來，但是因為抑制了免疫反應，這些藥也會讓你增加感染的風險。

科學來效力

於是你突發奇想 —多年來你一直在繳稅金給科學界。那些穿白袍的書呆子為什麼不乾脆利用科學給你全新的肝臟？你聽說最近 3D 列印機很厲害。它們能不能為你複製幾個健康的肝臟？於是你上 Amazon 網站，買了一本關於生物列印的書，翻到前言：

唯有時間知道，細胞列印機是否能真正成為器官列印機……達到組織工程學界過去二十多年來致力的目標 —創造比「肉味果凍」更像樣的東西！

林蓋森（Bradley Ringeisen）編輯

《細胞與器官列印》（Cell and Organ Printing）

噁心！

嗯，好吧，比噁心好一點啦。事實上，研究人員已經能夠印出可用的器官組織，而且許多人正努力使該領域朝向列印整個器官邁進。

早期利用真正的細胞來製作人造器官的嘗試，基本上就像這樣 —利用某種相對較硬的材料製成支架，然後在支架上噴塗適當的細胞。給那些細胞一些東西吃，然後看著器官長出來。這簡直是史上最恐怖的番茄園。

結果並不是很成功。細胞不夠密集，生長用掉太多時間，而且至少在初期，支架的材料竟然具有毒性。事實證明，器官真的非常複雜。不是把一堆肝臟細胞噴在培養皿上就沒事了，就像不能把一堆牛排細胞噴在盤子上，就變出美味的牛排一樣。器官有些部分是軟的，有些部分是硬的，有些具伸展性，有些則是剛體。

想瞭解為何在實驗室裡製造器官這麼困難，我們有必要先來談一下「你」。你可能有這樣的概念：你的身體是由一堆細胞和液體構成的。這麼說倒是沒錯，卻忽略了一大堆東西。考慮剛形成的單一細胞。那個細胞需要能量方可移動。它需要化學訊號告訴它該去哪裡。一旦它知道自己要去哪裡，可能需要環境的提示才知道要做什麼。而且細胞需要某些結構將它們固定在適當的地方，否則「肉果凍」就會變得水水的。

你的肝臟不是只坐等處理店家在「歡樂時光」招待的飲料。它一直都在工作，例如收發化學訊息、移除死細胞、製造新細胞等等。為了製造新的肝臟，你要有正確的細胞，並在正確的環境、正確的時間對它們進行正確的處理。這有點像是一下子就生出一家工廠，而不是先蓋工廠架構，然後裝機器，然後雇用員工。

我們和萊斯大學的米勒（Jordan Miller）博士談到複製出這種複雜性，他告訴我們：「雖然科學家可以在培養皿中培養細胞，但身體的奇妙結構使我們擁有相當緊密的形狀。比方說，肺臟表面與血液進行氣體交換的面積，等於把整個網球場摺起來塞進你的胸腔。因此，如果我們無法複製奇妙結構的至少某些部分，根本沒辦法製造具有功能的替代器官。」

（摘自本書第9章，〈生物列印〉）

9. 生物列印

新肝臟列印就有，讓我們乾杯吧！

想像有一天你一覺醒來，感覺疲憊不堪而且很想吐。等終於吐完了，你照照鏡子，發現眼睛和皮膚有點黃黃的。你把兒子叫來，他趕緊開車送你去醫院。幾個小時後，你的醫生進來，臉色凝重。你需要新的肝臟。

「嗯，」你心想，「找個肝臟會有多難？我認識的一大堆人都有肝臟。」你瞧瞧護理師。不行⋯⋯太小了。你瞧瞧醫生。不行⋯⋯太老了。你瞧瞧你兒子，眼神一亮。他搖搖頭。

「老爸，我小時候打少棒時，你如果多來看幾場⋯⋯」

所以你走投無路了，只好加入等候器官移植名單，名單上目前有十二萬兩千...

【前言】

預測未來的書很多，這本書是其中之一。

幸好，預測未來挺容易的。人們一天到晚都在做預測。做出準確的預測倒是比較難一點，但是坦白說，真的有人在乎嗎？2011年有一項研究叫做「名嘴是不是在唬爛」，評估二十六位專家的預言能力。預言能力的等級從「料事如神」到「老是摃龜」。

對大多數人來說，閱讀這項研究的樂趣，在於發現某某人不但是蠢到不行的蠢蛋，而且是「統計學算出來的」大蠢蛋。以我們這些科普作家的角度來看，這項研究還有一項令人格外激動的結論：不管這些名嘴的預言造詣如何，他們到現在都還有工作。事實上，最差勁的預言家中竟然有很多是最知名的公眾人物。

如果預言能力與功成名就，兩者確實扯不上關係，我們的立場已經穩如泰山了。畢竟，那些專家只是想揣測「爭吵不休的一小群政治人物，短期內會惹出什麼麻煩」而已。他們並不想決定：五十年內會不會出現上太空的「天梯」；我們會不會把腦子裡的東西上傳到雲端空間；機器會不會幫我們印出新的肝臟、腎臟、心臟；醫院會不會利用游來游去的微型機器人來治病。

坦白講，本書提到的科技，到底會不會在特定的時間點實現它們最完整的面貌，實在難以奉告。新科技並不只是「慢慢累積愈來愈厲害的事物」而已。雷射和電腦等科技大幅度的飛躍突破，往往有賴於不同領域中彼此不相干的研究發展。就算有了這些重大發現，特定的科技會不會找到市場也沒人說得準。沒錯，來自1920年的時光旅人，我們有飛天車。錯了，沒有人想要這種車。它們是「西洋棋拳擊」式的載具 —偶爾看看還挺好玩的，不過多半的時間，你寧可不要一心二用。

考慮到我們為大家做的預測很可能不但不準，而且還很蠢，我

們決定要採取一些策略，那是我們在拜讀其他作者的預測未來書籍

時學來的。

第一步，先做幾個初步的預測：

我們預測電腦會變得更快。我們預測螢幕解析度會變得更高。我們預測基因定序會變得更便宜。我們預測天空還是藍的，小狗還是很可愛的，餡餅還是很美味的，乳牛還是不停的哞哞叫，裝飾用的擦手巾還是只有你媽媽會在意。

請大家過幾年再回頭檢驗，看我們的預測準不準。注意喔，我們並沒有預測具體的時間點，所以選項只有「準」或「沒有不準」兩種。

我們已經做完第一階段的預測了，現在準備再接再厲。我們預測未來二十年內，可重複使用的火箭可望降低火箭發射成本達30% ∼ 50% 。我們預測未來三十年內，驗一次血可望診斷出大多數的癌症。我們預測未來五十年內，奈米生物機器可望治好大多數的遺傳性疾病。

好，這樣總共是十一項預測。我們認為，如果十一項有八項料中，我們就應該被封為天才。喔對了，假如第一組當中有任何一項成真，你們就可以洋洋灑灑寫篇新聞稿，標題像是「預言基因定序之未來的夫妻檔說，太空旅行在不久的將來會很便宜」之類的。

準確預測未來很難。真的很難。

新科技從來不是孤僻天才異想天開想出來的。時間久了，這句話更是愈來愈有道理。特定的未來科技不知有多少中間技術需要事先開發出來，而且很多中間技術在一開始發現時，似乎無關緊要。

有一項最新開發的設備，稱為超導量子干涉儀（SQUID），我們會在本書中加以討論。這種設備非常靈敏，可偵測腦部的細微磁場，這麼一來，分析人們的思考模式就不用在腦袋瓜上鑽洞了。

這東西是怎麼來的？

嗯，超導體是任何「可在不耗電的情況下導電」的材料，跟以往的普通導體（例如銅線）不一樣，普通導體的導電效果相當好，但是中間會耗掉一些電。

會發明超導體，是因為兩百年前左右，法拉第正在製造某種玻璃器皿時，意外的把某種氣體包入玻璃管中，而管裡的壓力竟使氣體變成液體。那時候連電視都沒有，所以維多利亞時代有一群人對氣體液化的概念非常興奮。

結果發現，要液化氣體，冷卻比加壓更有效。科學家領悟了這層道理，著手開發先進的冷卻技術，因為這樣他們才有辦法液化頑強的氣體元素，比如氫氣和氦氣。而且一旦有了液態氫或液態氦，你高興冷卻什麼東西，幾乎都可以利用它們來冷卻。

舉例來說，氦氣在液態時約為攝氏 –232.2 度，如果你把液態氦倒在任何東西上面，氦就會變成氣體並帶走熱量，直到你正在冷卻的東西也達到攝氏 –232.2 度左右為止。

後來科學家很想知道，把導體的溫度降到很低時會發生什麼事。導體冷卻時往往變得更容易導電。簡單的說，這是因為導體有點像是電子的管路，但它們並不是完美的管路。以銅線為例，銅原子是會阻礙電子運動的。

我們所謂的「熱」，其實只是原子層的急速晃動。加熱（也就是晃動）銅線中的原子時，原子較會阻礙電子往下游移動，這道理就像是：開車時，如果前面的傢伙一直變換車道，你要一路開到底就比較難。在原子層面，晃動（也就是加熱）意味著電子較容易撞到銅原子，於是原子晃動得更厲害。這就是為什麼筆電充電器用了一段時間後，會變得很熱的緣故。

把液態氦放在導體上，銅原子的晃動能量就會轉移給氦原子，然後氦原子就飛走了。現在銅原子比較不晃動，電子受到的阻礙少了很多。溫度愈低，電子愈容易流動。

當時有個爭議：如果銅原子趨近於不晃動會怎麼樣？有人認為電導會停止，因為在那樣的溫度下，連電子也動不了。有人認為電導會變得非常好，但不會有什麼特別的事情發生。

所以研究人員開始把超低溫液態氣體倒在金屬元素上。這下可好，有些金屬達到一定的超低溫時，竟然變成完美導體（也就是超導體）。如果讓金屬保持冷得足以超導的溫度，就可形成循環不已的電流迴路。這或許聽起來像是有趣的科學新知，但這會導致各種不可思議的怪事！那樣的循環電流會產生磁場，這表示你可以把這些冷金屬變成永久磁鐵，磁力強度則取決於你加了多少電流。

後來到了 1960 年代，有個叫約瑟夫森（Brian Josephson，曾獲諾貝爾獎，但目前他在劍橋大學一天到晚捍衛冷融合和「水記憶」之類的旁門左道）的傢伙，發現超導體的某種配置方式，可偵測磁場中的細微變化。這個裝置稱為約瑟夫森接面，因為有了這個接面，最後才能開發出超導量子干涉儀。

就這樣，說完了。想想看：假如兩百年前有人問你，怎樣才能打造設備來掃描人的腦部型態，你難道會馬上回答：「好，首先要在玻璃管子裡裝一些氣體」？八成不會。事實上，連最後一道重要技術步驟（約瑟夫森接面，重申一下，發現這道步驟的人認為「水記得你丟入的東西」是有可能的）首度提出時，也被認為理論上是不可能的。它的性能所利用的理論架構，是法拉第死後很久才發展出來的，稍後我們會加以解釋。

科技發展的偶然性，正是我們為什麼沒有月球基地的原因，儘管我們認為早該有了，但我們有袖珍型超級電腦，這倒是很少有人料到。

本書提到的所有科技都面臨同樣的難題：我們能不能打造天梯上太空，可能取決於化學家把碳原子排列成小細管的能耐有多強。我們能不能隨心所欲製造任何形狀的物質，可能取決於我們對白蟻的行為有多瞭解。我們能不能打造醫療用的奈米機器人，可能取決於我們對於摺紙的理解程度有多好。說不定，到頭來這些東西沒有一個派得上用場。歷史未必會一再重演。

我們現在知道，古希臘人會製造複雜的齒輪系統，卻從未建構先進的時鐘。古亞歷山大人擁有初步的蒸汽機，卻從未設計火車。古埃及人四千年前發明了折疊凳，卻從未創立IKEA。

總歸一句話：我們不知道這些事情什麼時候才會發生。

那幹嘛寫這本書？因為每天隨時隨地都有不可思議的事情發生，而大多數的人都不知道。還有人變得憤世嫉俗，因為他們認為我們早就該有核融合能源，或是可以在週末來趟金星之旅。這種失望，可不能老是怪在對未來「畫大餅」的科學家頭上；與本書類似的書籍，往往忽略了我們與小說描述的未來之間，存在的經濟與技術挑戰。

我們不知道那些書為什麼總是漏掉這些挑戰。假如上月球輕而易舉，阿波羅 11 號的故事會更精采嗎？在我們看來，腦機介面的概念之所以如此令人心動，部分是因為，我們目前對於如何解讀人心思維幾乎毫無線索。有無窮無盡的問題等著問，許多事物等著發現，無上榮耀等著爭奪，無數英雄等著錦上添花。

我們選出十大新興領域炫科技來和大家一同探索，大致上從大排到小，從外太空、到龐大的實驗性發電廠、到打造事物及體驗世界的全新方式、到人體，最後一路到你的大腦。無意冒犯，請勿見怪。

我們對於每個章節的指導原則是，如果你去泡酒吧，有人問你：「喂，核融合能源是怎麼回事？」你能提供的最佳答案是什麼？有人說，我們根本不知道酒吧長什麼樣子，但重點是每一章都會告訴你，某某科技是什麼，目前進行到哪裡了，實現這項科技的挑戰是什麼，怎麼樣可能會一塌糊塗，怎麼樣可能明天會更好。

對我們來說，科學進步令人興奮，並不是因為科學「幫我們做新的事情」。而是瞭解「去小行星挖礦」或「用一大群機器雄兵蓋房子」有多困難，才使科學變得更有趣。意思就是說，當這些事情終於真的發生，你就會明白到底科學進步會多令人興奮了。

對於科學技術繞了哪些冤枉路、走了哪些死胡同，你也會略知一二。我們在大部分章節的結尾，會把挖掘出的一些怪誕（或噁爛或很讚）的小點子「報乎你知」。這些部分有時與本身的章節直接相關，有時只是一些很扯的東西，是我們在研究過程中碰到的。真的是很扯，比方像是「玉米麵包製成的章魚」那麼扯。

為了這所有的章節，我們必須拜讀一大堆科技書籍和論文，還得跟一大堆有點瘋狂的人打交道。有些人的瘋狂程度比較嚴重一點，他們通常是我們的最愛。進行這些研究的過程中，我們有一個共通的經驗，那就是我們對於每個主題的先入為主觀念，全都給毀了。我們在研究每個案例時，才發現我們不單是不瞭解技術本身，而且也不瞭解它受到什麼樣的阻礙。看似複雜的東西往往很簡單，看似簡單的東西卻往往很複雜。

新科技是很美妙的東西，正如米開朗基羅的《聖母憐子》或羅丹的《沉思者》雕像，往往歷盡千辛萬苦才能創造出來。我們希望大家不但瞭解科技是什麼，而且瞭解未來為何如此頑強的抗拒我們的苦心。

凱莉與查克

寫於韋納史密斯莊園， 2016 年 9 月

P.S. 對了，我們也希望大家知道這個實驗：大學生被迫用一邊鼻孔

呼吸，然後進行測驗。這有點扯得上關係。我們保證。

（摘自本書前言）

【前言】

預測未來的書很多，這本書是其中之一。

幸好，預測未來挺容易的。人們一天到晚都在做預測。做出準確的預測倒是比較難一點，但是坦白說，真的有人在乎嗎？2011年有一項研究叫做「名嘴是不是在唬爛」，評估二十六位專家的預言能力。預言能力的等級從「料事如神」到「老是摃龜」。

對大多數人來說，閱讀這項研究的樂趣，在於發現某某人不但是蠢到不行的蠢蛋，而且是「統計學算出來的」大蠢蛋。以我們這些科普作家的角度來看，這項研究還有一項令人格外激動的結論：不管這些名嘴的預言造詣如何，他們到現在都還有工作。事實上，最差...

前言：預見十大酷炫科技，重點是「預」見喔！
第一篇 預見未來的宇宙
1. 太空旅行可以更便宜嗎？：征服最後疆界的代價，實在貴死了
2. 小行星採礦：盡情搜刮太陽系的廢物堆
第二篇 預見未來的事物
3. 核融合能源：太陽的能源就是這麼來的，但它能用來烤麵包嗎？
4. 可程式物質：如果你的所有東西都可以變成你的任何東西，那會怎樣？
5. 用機器人蓋房子：金屬僕人，給我蓋一間房子！
6. 擴增實境：操縱現實的另一種選擇
7. 合成生物學：有點類似《科學怪人》，不過怪物從頭到尾都在盡心盡力的煉藥和工業投入
第三篇 預見未來的你
8. 精準醫學：你的種種毛病都可以用統計學方法對症下藥了
9. 生物列印：要是可以列印新的肝臟，為什麼才喝七杯瑪格麗塔酒就不喝了？
10. 腦機介面：你需要它，因為即使經過四十億年的演化，你還是不記得把鑰匙放在哪！
結語：這些科技恐怕還要再等等――失落章節之墓

前言：預見十大酷炫科技，重點是「預」見喔！
第一篇 預見未來的宇宙
1. 太空旅行可以更便宜嗎？：征服最後疆界的代價，實在貴死了
2. 小行星採礦：盡情搜刮太陽系的廢物堆
第二篇 預見未來的事物
3. 核融合能源：太陽的能源就是這麼來的，但它能用來烤麵包嗎？
4. 可程式物質：如果你的所有東西都可以變成你的任何東西，那會怎樣？
5. 用機器人蓋房子：金屬僕人，給我蓋一間房子！
6. 擴增實境：操縱現實的另一種選擇
7. 合成生物學：有點類似《科學怪人》，不過怪物從頭到尾都在盡心盡力的煉藥和工業投入
第三篇 預見未來的你
8. 精準...