关于香港桂冠论坛

欢迎大家来到香港桂冠论坛2023年1月份通讯。
新年快乐！新的一年香港桂冠论坛恭祝大家兔年大吉，「兔」气扬眉！

每逢节日假期，特别是圣诞节和新年，很多人会和家人享受圣诞大餐、吃团年饭、或是外出到主题乐园游玩。桂冠论坛乘著节日的喜庆，制作了一系列名为「Science @ Festive Feast」的短片和大家分享喜悦。短片会带大家一同拆解圣诞蛋糕、爆谷、棉花糖、分子料理、团年必备的汤丸等美食背后一些和科学有关的原理和知识，请立即到我们的网站和YouTube频道收看！

首届桂冠论坛新一轮前奏活动系列的首两个活动「科学界女强人 – 激发下一代力量」和「智者‧智讲2.0」先后在去年7月和11月顺利举行。除了活动的精华外，活动期间抽空接受我们访问的部分科学家的分享片段亦已经完成制作并上传至我们的网站和YouTube频道，欢迎大家重温活动精华以及发掘各位科学家们的分享和寄语。

而前奏活动系列的第三个活动「探索新视野2023」已经定于今年2至3月期间举行。桂冠论坛十分感谢香港本地各大学的科学家/研究团队开放他们的实验室和科研设施，让我们可举办十多场的参观和分享会。活动邀请香港高年级中学生参与，我们相信这个活动将为对科学有兴趣的高中生提供宝贵机会，让他们了解实验室的环境，与科学家直接交流，了解更多科学家的工作、成长之路和科研过程中的高低起跌。透过活动，我们亦希望能够提高高中生对科学的兴趣以及对他们日后的科研发展有所帮助。「探索新视野2023」亦是「香港桂冠论坛中学生科学探索者奖励计划2022/2023」可获取积分的最后一个活动。在结算后，获得指定积分的参与学生将会受邀出席在3月份举行的「伴你启航」，届时亦会举行颁奖典礼。同学们记得留意我们的通知！

另外，有关周遭动植物的网上活动「周围都系科学 – 第二回合」已经于12月21日顺利举行，得奖名单也于12月30日公布。联合国《生物多样性公约》执行秘书Elizabeth Mrema曾经说过︰「生物多样性是关于维持人类最终依赖的生命网络。」事实上，在地球上，每一个生命都互相影响，相互倚赖。透过有趣的游戏，让大众认识更多与我们呼吸同口空气，住在同一土地上的「邻居」。桂冠论坛在此感谢各位活动参加者的支持。更多有关论坛最新的消息和活动资讯，记得留意我们的网站、社交媒体和下一期通讯！

预测那「不可知」

预测流感病毒的演化

我们经常听到有人问：基因突变不是随机的吗？如果是随机的，病毒演化可以预测吗？事实上，病毒演化不同于基因突变。突变是指病毒在复制过程中出现的随机性错误，它没有特定的方向。而病毒演化则是由病毒突变、宿主免疫反应、以及环境共同构成的一个复杂过程。因此，虽然病毒基因的突变难以捉摸，我们却可透过模型追踪宿主中优势突变的动态来预测病毒的短期演化。正如尽管我们不知道风从哪里来，但我们可通过观察受风影响的物体来捉摸风的方向和力量。同理，宿主的免疫反应和环境增大病毒基因改变的压力，其中一些关键的突变会体现出人体免疫反应的选择趋势和病毒的传播情况。因此，透过研究病毒与其宿主共同刻画出的历史数据，我们便能够了解病毒的演化特征。

铺垫了病毒演化预测的基本原理，建立病毒演化的模型仍是一份艰巨的工作，这需要收集大量的数据将病毒基因组和全球各地病毒流行的状况串联起来进行分析。比如，要捕捉H3N2病毒（季节性流感的其中一种主要亚型）演化的模式，我们要收集20 年间的基因数据以及十多个国家疾控中心（CDC）发表的流感监测数据，并从中学习。对新冠病毒，我们需要研究分析上百万个病毒基因组。在演化生物学中，根据物种基因组之间的相互距离对物种进行聚类而建立的系统发育树是一种经典的分析工具，它能清晰的展示毒株之间的祖源关系以及病毒的演化历程。通过对系统发育树的分支优势（Luksza 及 Lassig，2014）或分支进程（Neher 等人 2014、Huddleston 等人，2020）进行建模，研究人员提出了几种方法来预测病毒未来演化的趋势。然而，我们采取了另一个角度来进行有关病毒演化的预测，不是如系统发育树般把整个基因序列当作基本分析的单位，而是把核苷酸位点上的演化动态视为模型要捕捉的主要目标。这种方法源于观察，即关键突变往往分阶段发生，部分有利的突变在疫情爆发高峰前几年已经出现，其余的则在随后几年和高峰季节期间发生（Wang、Lou 等人，2021）。在宿主个体内，数十亿计的病毒被复制，产生有利、有害和中性的突变。在宿主免疫的高度压力下，携带有利突变的病毒能避开如抗体识别的免疫机制，并大量复制。那些携带重要突变的病毒更有机会传播给其他宿主，其后产生的突变（亦称为「尾随」或「辅助」突变）常常具有维持病毒的功能或稳定其蛋白质结构的功能，促进主流变种病毒的形成。因此，在主流毒株形成以先，病毒已经在残基置换下开始进行竞争和选择。这表示，建立基于核苷酸位点的演化模型可能会让我们更早找到影响演化历程的重要突变。我们提出了几个新的定量来量化这个过程，其中包括突变的有效期，它描述新变异在人群免疫反应下保持优势的时间；以及突变爆发的门阀值，它描述突变体的适应性到达何种程度时该病毒会引发新一波的大量人群感染。基于这些以及其他信息，我们开发了一套预测模型beth-1，找出能够代表未来病毒群组的最佳毒株，以作为制作疫苗的抗原蓝本（Lou 等人，2022）。该模型所预测的疫苗株（如按设计生产），预计可使现有疫苗对 H3N2 的保护效力升高绝对11.2%（95% CI：3.5-18.8）。我们亦正为 SARS-CoV-2 病毒的演化开发预测演算法，目前数据显示，该模型能够在 Omicron 变种病毒在人群中成为主流病毒的 6-12 个月前，找到关键突变。

作者︰
香港中文大学公共卫生及基层医疗学院王海天教授

使用宇宙标准计时器测量宇宙

自人类于地球诞生，我们一直尝试了解我们所在的宇宙。经过了数千载的观察和思考，我们已经发展了一套宇宙学标准模型，可让我们更好地描述宇宙热大爆炸以来的演化。然而，随著科技进步和精确测量技术的发展，更多结果显示观测和理论之间存在著矛盾，其中哈勃常数疑难，便是现代宇宙学中的一个迫在眉睫、亟待解决的问题。

解决问题，必先了解问题。为化解上述宇宙学危机，科学家提出了多种方法，包括修正基础物理学和观测上的系统偏差。另一边厢，我们也为测量宇宙提出了一个名为「宇宙标准计时器」的新方法。采用此方法来研究宇宙动力学系统的演化，可让我们了解宇宙在不同时期的状态。掌握更多宇宙演化的信息，将助我们更好地理解宇宙学模型。

宇宙的演化

现代宇宙学始自于将引力描述为时空几何广义相对论。1917年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）以广义相对论为基础，建立了他的宇宙学模型，并据此描述了一个静态的宇宙。然而在宇宙扰动之下，这个静态宇宙学模型是不稳定的。在二十世纪二十年代，亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）提出了广义相对论的宇宙学解，认为视乎物质密度和时空曲率，宇宙既可能是膨胀的，也可能是收缩的。与此同时，乔治·勒梅特（Georges Lemaître）独立提出了相对论化的宇宙学方程，并指出可能是一个原初原子的爆炸引致宇宙诞生。

直到1929年，宇宙演化的问题才首次获得解答。埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现遥远星系的光谱发生红移，这意味著这些星系正在远离我们，而且远离的速度与它们和地球的距离成正比，这就是著名的哈勃定律（见图1）。

图1: 银河外星云的速度与距离关系

所以，哈勃的观测证明了我们的宇宙正在膨胀。为了描述宇宙的膨胀速度，量化宇宙膨胀，我们把星系速度与距离关系的斜率定义为哈勃参数或称之为哈勃常数。

作者︰
香港科技大学物理系博士后选人丁干航先生

科学与科技在香港气候行动的角色

城市在各方面的重要性无容置疑。目前全球居住在城市的人口有 45 亿，超过全球总人口一半；城市占据全球超过三份之二的经济活动及生产，制造的温室气体排放量占全球温室气体排放量的四分之三。随著城市发展，城市的人口数目将会进一步增长，预计到2050年全球城市人口将多达70亿。我们的科学认知已经非常清楚地表明，城市既是气候变化的首要元凶，也是以创新的方法减缓、适应及应变气候变化影响，从而达至可持续发展的重要来源。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估（AR6）发表了三份工作组报告，内容包涵最新对气候变化的科学理解及全球气候变化影响、减缓、适应和脆弱度的研究。「城市政策制定者摘要」（Summary for Urban Policymakers，SUP）在去年11月第⼆⼗七届联合国气候变化⼤会（《联合国气候变化框架》第⼆⼗七次缔约⽅⼤会，即COP 27）期间发表报告，综合IPCC这三份报告作出对城市面对气候变化的启示。本文将简单点出当中的重点，并提出科学与科技在香港减缓及适应气候变化的角色。

气候变化对城市的影响

图1：1958至2018年间全球表面空气温度（global surface air temperature）的趋势，其中城市录得显著的温度升幅。图片来源：「城市政策制定者摘要」（Summary for Urban Policymakers，SUP）。

SUP的报告开宗明义指出，气候危机正在发生。人类活动所引致的气候变化，透过越来越极端的天气，影响地球上每个角落及不同的生态系统。气候变化对城市的影响特别严重。如图一所示，不少城市的温度在过去60年都录得显著的升幅，例如首尔有1.5°C升幅，伊朗德黑兰及印度加尔各答的升幅甚至达到2.33°C及2.6°C。在这期间，香港的平均气温上升了0.41°C。我们不能少看这0.41°C，香港天文台就指出气温上升，令海水变暖和膨胀，导致海平面上升、雨量亦增加，极端天气变得更频繁。有气候科学家预测，2050年海平面将上升0.5米，大大提高水浸的危机；高温也令海洋的水温上升，引发红潮，令大量海洋生物在海床缺氧下死亡。全球暖化亦有利蚊子生存和繁殖，使更多人蒙受患病风险。

IPCC 就指出，城市本身和城市化的过程会加剧气候变化对城市及其周边地区的影响，热岛效应就是其中一个例子。

作者︰
低碳想创坊高级项目主任郭晓忠先生

2022年联合国《生物多样性公约》缔约方大会 — 相当于自然界的《巴黎协定》？

经过两周的谈判磋商，联合国《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议（COP15）在2022年12月19日于加拿大蒙特利尔圆满结束。

随著各国代表签定《昆明—蒙特利尔全球生物多样性框架》，COP15被视为是一个成功的会议。此框架的重点包括承诺在2030年前保护全球30%的陆地、水域和海洋资源（简称30 x 30承诺），及在2030年前投放2000亿美元于生物多样性相关的项目。有关COP15的更多详细资料，可参阅联合国气候变化公约框架的网站。

联合国《生物多样性公约》执行秘书伊莉莎白．姆雷玛（Elizabeth Mrema）引用具历史意义的2015年巴黎协定，形容是次会议为「生物多样性的巴黎时刻」[1]。而该协定被视为是解决气候变化问题的分水岭。

然而，很多专家对在使用农药和防止物种濒临灭绝等方面缺乏更强而有力的措施表示遗憾。

究竟是次会议通过的框架会否成为标志性协定，以阻止我们的生态系统恶化及生物多样性丧失，仍是未知之数。说到底，能切实执行才是成功的关键。各国对执行《巴黎协定》的力度就是例证，目前只有少数国家能按照该协定的承诺减少碳排放，而已发展国家向发展中国家的洁净能源项目提供的资金援助也不足。因此，我们都要拭目以待。