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我們如何使用 DNA 技術來協助農夫對抗作物疾病

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    我起床的理由有兩個。
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    第一,小規模家庭小農
    需要更多食物。
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    很不可思議的是,在 2019 年,
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    供給我們食物的農夫竟會餓肚子。
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    第二,科學必須要
    更多元化、能包容。
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    如果我們要解決
    地球上最困難的難題,
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    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,
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    就需要大家同心協力。
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    我想要用最新的技術,
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    加上地球上最多元化、
    最具包容性的團隊,
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    來協助農夫取得更多食物。
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    我是計算生物學家。
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    我知道——那是什麼?
    又能如何協助終結飢餓問題?
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    基本上,我喜歡電腦和生物學,
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    而不知怎麼的,
    兩者結合就成了一種工作。
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    (笑聲)
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    我並沒有那種從小就立志
    成為生物學家的故事。
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    事實是,我在大學打籃球。
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    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。
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    某一天,
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    我晃到了離我宿舍最近的大樓。
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    剛好那是生物學大樓。
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    我走進去,去看工作看板。
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    是的,這是在網路出現之前。
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    我看到一張三乘五的名片,
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    在廣告植物標本室裡的工作。
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    我馬上記下電話,
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    因為上面寫著「彈性時間」,
    那就能配合我的籃球時間表了。
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    我跑去圖書館,去查
    「植物標本室」是什麼意思。
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    (笑聲)
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    結果發現,
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    植物標本室就是存放
    死亡、乾燥植物的地方。
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    我很幸運被錄用了。
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    於是,我的第一個科學工作
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    是把死掉的植物黏在紙上,
    且要連續做數個小時。
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    (笑聲)
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    好吸引人。
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    我就這樣變成了計算生物學家。
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    在那時,
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    基因組學和電腦計算還在成熟中。
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    我繼續攻讀碩士,
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    把生物和電腦結合起來。
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    那時,我在洛斯阿拉莫斯
    國家實驗室的
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    理論生物學及生物物理學組工作。
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    我在那裡和超級電腦初次相遇,
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    它讓我嘆為觀止。
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    超級電腦的運算力基本上等同於
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    數千台個人電腦連結在一起
    且狂飆起來的運算力,
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    有了它,我們就能揭開流行性感冒
    和 C 型肝炎的複雜面紗。
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    此時,我看到把電腦和生物學結合
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    能為人類產生多大的力量。
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    我希望我的職涯能走上這條路。
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    所以,從 1999 年起,
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    我把我科學職涯的大部分時間
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    花在滿是昂貴設備的
    超高科技實驗室中。
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    許多人問我,
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    我為什麼/如何為非洲的農夫努力。
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    因為我的電腦計算技能,
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    2013 年,一個由東非
    科學家組成的團隊
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    請我加入他們,去拯救木薯。
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    木薯這種植物的葉子和根
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    是全球八億人的食物。
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    以及東非五億人。
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    所以那是約十億人
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    要仰賴這種植物來補充每日熱量。
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    如果小規模家庭小農有足夠木薯,
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    她就可以讓家人溫飽,
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    且她可以在市場上銷售,
    以支付重要的費用
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    如學費、醫療費,以及存錢。
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    但在非洲,木薯正受到攻擊。
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    粉蝨和病毒在蹂躪木薯。
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    粉蝨是一種小昆蟲,
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    以六百多種植物的樹葉為食。
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    牠們是壞消息。
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    品種很多;
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    牠們演變成能抵抗殺蟲劑;
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    且牠們會傳播數百種植物病毒,
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    造成木薯褐斑條紋病
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    以及木薯花葉病。
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    這些病會讓植物完全死亡。
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    如果沒有木薯,
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    數百萬人就沒有食物或收入。
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    我去了一趟坦尚尼亞,
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    便了解到這些女子需要協助。
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    這些很了不起又堅強的
    小規模家庭小農
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    多半是女性。
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    過得很辛苦。
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    她們沒有足夠食物可以給家人吃,
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    這是真正的危機。
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    發生的狀況是
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    雨季來時,他們到
    外面的木薯田去種木薯。
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    九個月後,
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    因為這些害蟲和病原體,
    導致什麼都沒有。
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    我心想,
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    農人怎麼可能會餓肚子?
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    我決定要花些時間到實地去,
    和農人及科學家一起努力,
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    看看我有沒有什麼技能
    可以幫得上忙。
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    實地的情況很驚人。
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    粉蝨吃樹葉以取得蛋白質,
    卻因此摧毀了樹葉,
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    病毒則為了澱粉去吃根部,
    因而摧毀了根部。
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    整個生長季就要過了,
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    而小農會失去整年的收入和食物,
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    全家要撐過難受又漫長的飢餓季。
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    這完全是可以預防的。
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    如果小農知道
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    她的田裡要種哪一種木薯
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    可以抵抗那些病毒和病原體,
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    就能有更多食物。
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    我們擁有所有必要的技術,
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    但知識和資源
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    在全球的分佈並不平均。
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    所以,我確切的意思是,
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    較老式基因組技術
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    是可以解開這些害蟲和病原體
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    造成的複雜問題——
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    但這些技術並不是為
    撒哈拉以南非洲所開發的。
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    它們的成本可能要上百萬美元;
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    它們需要穩定的供電
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    和專門的人類能力。
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    在非洲大陸上,這些機器非常稀有,
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    讓在前線打仗的科學家別無選擇,
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    只能把樣本送到海外。
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    當樣本被送到海外,
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    樣本就會衰變,會花更高的成本,
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    且,試圖透過很弱的網路
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    把資料取回,也近乎不可能。
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    有時,可能要花六個月
    才能把結果拿回來給小農。
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    那時就已經太遲了。
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    作物已經死光了,
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    因而造成更嚴重的貧窮
    和更多人挨餓。
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    我們知道我們能解決這個問題。
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    2017 年,
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    我們聽說有一種手持式
    可攜帶的 DNA 定序儀,
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    就是 Oxford Nanopore
    生技公司的 MinION。
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    過去,這種定序儀在西非
    被用來對抗伊波拉。
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    於是,我們心想:
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    我們為什麼不在東非
    用它來協助小農?
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    我們便決定要這麼做。
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    當時,這項技術非常新,
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    許多人懷疑我們能否將
    同樣的做法搬到農田上。
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    當我們打算這麼做時,
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    我們其中一位英國的「合作夥伴」
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    告訴我們:我們永遠不可能
    在東非實現這個做法,
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    更不用說在農田上了。
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    於是,我們接受了挑戰。
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    這個人甚至賭上
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    兩瓶最棒的香檳,
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    賭我們做不到。
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    三個字:
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    交出來。
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    (笑聲)
  • 7:42 - 7:46
    (掌聲)
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    交出來,因為我們做到了。
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    我們把整個高科技分子實驗室
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    帶給坦尚尼亞、肯亞、
    烏干達的小農,
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    我們稱它為「樹木實驗室」。
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    我們做了什麼?
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    首先,我們先幫我們的團隊命名——
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    叫做木薯病毒行動計畫。
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    我們架了網站,
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    我們從基因組和電腦計算
    等領域收集支援協助,
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    接著我們便出發前往小農那裡。
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    樹木實驗室需要的一切,
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    都由照片上的團隊來運送。
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    診斷生病植物所必要的
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    分子及計算必需品,
    通通都在這裡了。
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    其實,也就是舞台上的這些。
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    我們認為,如果我們
    能讓資料更接近問題,
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    更接近小農,
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    我們就能更快告訴她們,
    她們的植物是怎麼回事。
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    不僅是告訴她們問題——
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    還有解決方案。
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    解決方案就是,
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    燒掉農田,改種植不同品種,
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    且是能抵抗她們農田中
    那些害蟲及病原體的品種。
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    所以,我們做的
    第一件事就是提取 DNA。
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    我們用這一台機器。
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    它叫做 PDQeX,
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    即「么壽快的抽取」的縮寫。
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    (笑聲)
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    我知道。
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    我朋友喬真的很酷。
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    抽取 DNA 最大的挑戰之一,
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    就是會需要非常昂貴的設備,
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    且要花上數小時。
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    但有了這台機器,
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    我們只要二十分鐘就能做到,
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    成本少很多。
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    用摩托車的電池就能讓它運轉。
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    接著,我們會把抽取出來的
    DNA 準備好放到一個文庫中,
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    讓它能夠被載入到
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    這個手持式可攜帶基因組定序儀中,
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    就在這裡,接著,
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    我們把它插入到
    一台迷你超級電腦中,
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    叫做 MinIT。
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    這兩樣東西都插在
    一個攜帶式電池組上面。
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    這樣我們就能不需要
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    主電源和網路。
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    這兩個因子在小規模
    家庭農田裡是非常受限的。
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    快速分析資料也是個問題。
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    但,我這個計算生物學家
    此時就可以派上用場了。
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    黏了這麼多死亡的植物,
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    做了這麼多測量,
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    做了這麼多計算,
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    終於,在真實世界中
    即時派得上用場了。
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    我能夠做出客製化的資料庫,
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    我們能在三小時內把結果交給小農,
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    而不用六個月。
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    (掌聲)
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    小農都太高興了。
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    所以,我們怎麼知道
    我們有影響力?
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    在樹木實驗室成立後九個月,
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    艾夏每公頃的產量本來是零公噸,
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    變成了四十公噸。
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    她有足夠食物給家人吃,
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    且能在市場中賣,
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    現在她在為她的家人建造一間房子。
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    是的,非常酷。
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    (掌聲)
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    我們要如何把樹木實驗室做大?
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    重點是,
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    在非洲,小農的規模已經變大了。
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    這些女子在小農團體中工作,
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    所以,協助艾夏其實就是
    協助了她村中的三千人,
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    因為她會分享結果
    和解決方案給他們。
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    我記得我見過的每一位小農。
  • 11:27 - 11:30
    她們的痛苦和她們的喜悅
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    都深深烙印在我的記憶中。
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    我們的科學是為她們做的。
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    樹木實驗室是我們做過最棒的嘗試,
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    協助她們處理糧食不安全的問題。
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    我從來沒有夢想過,
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    我一生中做過最棒的科學,
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    會是在東非的那張毯子上,
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    用高科技基因組裝置做的科學。
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    但,我們的團隊確實夢想過
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    要把答案給小農的時間
    從六個月縮短到三小時,
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    我們也做到了。
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    因為科學的多元性和包容性
    就有這樣的力量。
  • 12:05 - 12:06
    謝謝。
  • 12:06 - 12:09
    (掌聲)
  • 12:10 - 12:14
    (歡呼)
Títol:
我們如何使用 DNA 技術來協助農夫對抗作物疾病
Speaker:
勞拉·博伊金
Descripció:

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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Video Language:
English
Team:
TED
Projecte:
TEDTalks
Duration:
12:27

Chinese, Traditional subtitles

Revisions