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← 我們如何使用 DNA 技術來協助農夫對抗作物疾病

計算生物學家及 TED 的資深研究會員勞拉·博伊金說,全世界有近八億人要仰賴木薯為生——但這重要的食物來源卻受到病毒攻擊,且這完全是可以預防的。她帶大家到東非的農田,她在那裡和一個多元化的科學家團隊合作,用可攜式 DNA 實驗室及迷你超級電腦,在數小時內(本來要數個月)辨視出病毒,協助農夫確保作物健康。

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Showing Revision 9 created 02/05/2020 by Regina Chu.

  1. 我起床的理由有兩個。
  2. 第一,小規模家庭小農
    需要更多食物。
  3. 很不可思議的是,在 2019 年,
  4. 供給我們食物的農夫竟會餓肚子。
  5. 第二,科學必須要
    更多元化、能包容。
  6. 如果我們要解決
    地球上最困難的難題,
  7. 比如數百萬生活極度貧困的窮人
    要面對「糧食不安全」的問題,
  8. 就需要大家同心協力。
  9. 我想要用最新的技術,

  10. 加上地球上最多元化、
    最具包容性的團隊,
  11. 來協助農夫取得更多食物。
  12. 我是計算生物學家。
  13. 我知道——那是什麼?
    又能如何協助終結飢餓問題?
  14. 基本上,我喜歡電腦和生物學,
  15. 而不知怎麼的,
    兩者結合就成了一種工作。
  16. (笑聲)

  17. 我並沒有那種從小就立志
    成為生物學家的故事。

  18. 事實是,我在大學打籃球。
  19. 而我的財務支助方案包括
    我需要一個可以半工半讀的工作。
  20. 某一天,
  21. 我晃到了離我宿舍最近的大樓。
  22. 剛好那是生物學大樓。
  23. 我走進去,去看工作看板。
  24. 是的,這是在網路出現之前。
  25. 我看到一張三乘五的名片,
  26. 在廣告植物標本室裡的工作。
  27. 我馬上記下電話,
  28. 因為上面寫著「彈性時間」,
    那就能配合我的籃球時間表了。
  29. 我跑去圖書館,去查
    「植物標本室」是什麼意思。
  30. (笑聲)

  31. 結果發現,

  32. 植物標本室就是存放
    死亡、乾燥植物的地方。
  33. 我很幸運被錄用了。
  34. 於是,我的第一個科學工作
  35. 是把死掉的植物黏在紙上,
    且要連續做數個小時。
  36. (笑聲)

  37. 好吸引人。

  38. 我就這樣變成了計算生物學家。
  39. 在那時,
  40. 基因組學和電腦計算還在成熟中。
  41. 我繼續攻讀碩士,
  42. 把生物和電腦結合起來。
  43. 那時,我在洛斯阿拉莫斯
    國家實驗室的

  44. 理論生物學及生物物理學組工作。
  45. 我在那裡和超級電腦初次相遇,
  46. 它讓我嘆為觀止。
  47. 超級電腦的運算力基本上等同於
  48. 數千台個人電腦連結在一起
    且狂飆起來的運算力,
  49. 有了它,我們就能揭開流行性感冒
    和 C 型肝炎的複雜面紗。
  50. 此時,我看到把電腦和生物學結合
  51. 能為人類產生多大的力量。
  52. 我希望我的職涯能走上這條路。
  53. 所以,從 1999 年起,
  54. 我把我科學職涯的大部分時間
  55. 花在滿是昂貴設備的
    超高科技實驗室中。
  56. 許多人問我,

  57. 我為什麼/如何為非洲的農夫努力。
  58. 因為我的電腦計算技能,
  59. 2013 年,一個由東非
    科學家組成的團隊
  60. 請我加入他們,去拯救木薯。
  61. 木薯這種植物的葉子和根
  62. 是全球八億人的食物。
  63. 以及東非五億人。
  64. 所以那是約十億人
  65. 要仰賴這種植物來補充每日熱量。
  66. 如果小規模家庭小農有足夠木薯,
  67. 她就可以讓家人溫飽,
  68. 且她可以在市場上銷售,
    以支付重要的費用
  69. 如學費、醫療費,以及存錢。
  70. 但在非洲,木薯正受到攻擊。

  71. 粉蝨和病毒在蹂躪木薯。
  72. 粉蝨是一種小昆蟲,
  73. 以六百多種植物的樹葉為食。
  74. 牠們是壞消息。
  75. 品種很多;
  76. 牠們演變成能抵抗殺蟲劑;
  77. 且牠們會傳播數百種植物病毒,
  78. 造成木薯褐斑條紋病
  79. 以及木薯花葉病。
  80. 這些病會讓植物完全死亡。
  81. 如果沒有木薯,
  82. 數百萬人就沒有食物或收入。
  83. 我去了一趟坦尚尼亞,

  84. 便了解到這些女子需要協助。
  85. 這些很了不起又堅強的
    小規模家庭小農
  86. 多半是女性。
  87. 過得很辛苦。
  88. 她們沒有足夠食物可以給家人吃,
  89. 這是真正的危機。
  90. 發生的狀況是
  91. 雨季來時,他們到
    外面的木薯田去種木薯。
  92. 九個月後,
  93. 因為這些害蟲和病原體,
    導致什麼都沒有。
  94. 我心想,
  95. 農人怎麼可能會餓肚子?
  96. 我決定要花些時間到實地去,
    和農人及科學家一起努力,

  97. 看看我有沒有什麼技能
    可以幫得上忙。
  98. 實地的情況很驚人。
  99. 粉蝨吃樹葉以取得蛋白質,
    卻因此摧毀了樹葉,
  100. 病毒則為了澱粉去吃根部,
    因而摧毀了根部。
  101. 整個生長季就要過了,
  102. 而小農會失去整年的收入和食物,
  103. 全家要撐過難受又漫長的飢餓季。
  104. 這完全是可以預防的。
  105. 如果小農知道
  106. 她的田裡要種哪一種木薯
  107. 可以抵抗那些病毒和病原體,
  108. 就能有更多食物。
  109. 我們擁有所有必要的技術,

  110. 但知識和資源
  111. 在全球的分佈並不平均。
  112. 所以,我確切的意思是,
  113. 較老式基因組技術
  114. 是可以解開這些害蟲和病原體
  115. 造成的複雜問題——
  116. 但這些技術並不是為
    撒哈拉以南非洲所開發的。
  117. 它們的成本可能要上百萬美元;
  118. 它們需要穩定的供電
  119. 和專門的人類能力。
  120. 在非洲大陸上,這些機器非常稀有,
  121. 讓在前線打仗的科學家別無選擇,
  122. 只能把樣本送到海外。
  123. 當樣本被送到海外,
  124. 樣本就會衰變,會花更高的成本,
  125. 且,試圖透過很弱的網路
  126. 把資料取回,也近乎不可能。
  127. 有時,可能要花六個月
    才能把結果拿回來給小農。
  128. 那時就已經太遲了。
  129. 作物已經死光了,
  130. 因而造成更嚴重的貧窮
    和更多人挨餓。
  131. 我們知道我們能解決這個問題。

  132. 2017 年,
  133. 我們聽說有一種手持式
    可攜帶的 DNA 定序儀,
  134. 就是 Oxford Nanopore
    生技公司的 MinION。
  135. 過去,這種定序儀在西非
    被用來對抗伊波拉。
  136. 於是,我們心想:
  137. 我們為什麼不在東非
    用它來協助小農?
  138. 我們便決定要這麼做。
  139. 當時,這項技術非常新,
  140. 許多人懷疑我們能否將
    同樣的做法搬到農田上。
  141. 當我們打算這麼做時,
  142. 我們其中一位英國的「合作夥伴」
  143. 告訴我們:我們永遠不可能
    在東非實現這個做法,
  144. 更不用說在農田上了。
  145. 於是,我們接受了挑戰。
  146. 這個人甚至賭上
  147. 兩瓶最棒的香檳,
  148. 賭我們做不到。
  149. 三個字:
  150. 交出來。
  151. (笑聲)

  152. (掌聲)

  153. 交出來,因為我們做到了。

  154. 我們把整個高科技分子實驗室
  155. 帶給坦尚尼亞、肯亞、
    烏干達的小農,
  156. 我們稱它為「樹木實驗室」。
  157. 我們做了什麼?
  158. 首先,我們先幫我們的團隊命名——
  159. 叫做木薯病毒行動計畫。
  160. 我們架了網站,
  161. 我們從基因組和電腦計算
    等領域收集支援協助,
  162. 接著我們便出發前往小農那裡。
  163. 樹木實驗室需要的一切,
  164. 都由照片上的團隊來運送。
  165. 診斷生病植物所必要的
  166. 分子及計算必需品,
    通通都在這裡了。
  167. 其實,也就是舞台上的這些。
  168. 我們認為,如果我們
    能讓資料更接近問題,

  169. 更接近小農,
  170. 我們就能更快告訴她們,
    她們的植物是怎麼回事。
  171. 不僅是告訴她們問題——
  172. 還有解決方案。
  173. 解決方案就是,
  174. 燒掉農田,改種植不同品種,
  175. 且是能抵抗她們農田中
    那些害蟲及病原體的品種。
  176. 所以,我們做的
    第一件事就是提取 DNA。
  177. 我們用這一台機器。
  178. 它叫做 PDQeX,
  179. 即「么壽快的抽取」的縮寫。
  180. (笑聲)

  181. 我知道。

  182. 我朋友喬真的很酷。
  183. 抽取 DNA 最大的挑戰之一,
  184. 就是會需要非常昂貴的設備,
  185. 且要花上數小時。
  186. 但有了這台機器,
  187. 我們只要二十分鐘就能做到,
  188. 成本少很多。
  189. 用摩托車的電池就能讓它運轉。
  190. 接著,我們會把抽取出來的
    DNA 準備好放到一個文庫中,

  191. 讓它能夠被載入到
  192. 這個手持式可攜帶基因組定序儀中,
  193. 就在這裡,接著,
  194. 我們把它插入到
    一台迷你超級電腦中,
  195. 叫做 MinIT。
  196. 這兩樣東西都插在
    一個攜帶式電池組上面。
  197. 這樣我們就能不需要
  198. 主電源和網路。
  199. 這兩個因子在小規模
    家庭農田裡是非常受限的。
  200. 快速分析資料也是個問題。
  201. 但,我這個計算生物學家
    此時就可以派上用場了。
  202. 黏了這麼多死亡的植物,
  203. 做了這麼多測量,
  204. 做了這麼多計算,
  205. 終於,在真實世界中
    即時派得上用場了。
  206. 我能夠做出客製化的資料庫,
  207. 我們能在三小時內把結果交給小農,
  208. 而不用六個月。
  209. (掌聲)

  210. 小農都太高興了。

  211. 所以,我們怎麼知道
    我們有影響力?
  212. 在樹木實驗室成立後九個月,
  213. 艾夏每公頃的產量本來是零公噸,
  214. 變成了四十公噸。
  215. 她有足夠食物給家人吃,
  216. 且能在市場中賣,
  217. 現在她在為她的家人建造一間房子。
  218. 是的,非常酷。
  219. (掌聲)

  220. 我們要如何把樹木實驗室做大?

  221. 重點是,
  222. 在非洲,小農的規模已經變大了。
  223. 這些女子在小農團體中工作,
  224. 所以,協助艾夏其實就是
    協助了她村中的三千人,
  225. 因為她會分享結果
    和解決方案給他們。
  226. 我記得我見過的每一位小農。

  227. 她們的痛苦和她們的喜悅
  228. 都深深烙印在我的記憶中。
  229. 我們的科學是為她們做的。
  230. 樹木實驗室是我們做過最棒的嘗試,
  231. 協助她們處理糧食不安全的問題。
  232. 我從來沒有夢想過,
  233. 我一生中做過最棒的科學,
  234. 會是在東非的那張毯子上,
  235. 用高科技基因組裝置做的科學。
  236. 但,我們的團隊確實夢想過
  237. 要把答案給小農的時間
    從六個月縮短到三小時,
  238. 我們也做到了。
  239. 因為科學的多元性和包容性
    就有這樣的力量。
  240. 謝謝。

  241. (掌聲)

  242. (歡呼)