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馬克杯跟甜甜圈是一樣的 ?

談2016年的諾貝爾物理學獎

2016年的諾貝爾物理學獎頒發給美國華盛頓大學的David J. Thouless，普林斯頓大學的F. Duncan M. Haldane及布朗大學的J. Michael Kosterlitz，以表彰他們發現拓樸相變與物質拓樸相的理論貢獻

（圖片來源： https://goo.gl/xdzx8k ）

拓樸學有著「橡皮上的幾何學」的外號，主要是研究空間內連續變化中，保持不變的性質。我們都知道水在不同溫度及壓力下，可以是水蒸氣、水以及冰，隨著形態變化，水的物理和化學特性都會改變，這種變化科學家稱之為相變（Phase Transition）。

而在拓撲學的概念中，馬克杯跟甜甜圈是一樣的，沒有鏡片的眼鏡就跟數字8一樣，而馬克杯和眼鏡是不一樣的 !! 看到這裡，你是一頭霧水還是有猜出之間的共同性呢。答案是它們共同與否就在於洞的數目是否一樣 ！若由只有一個洞的馬克杯變成有兩個洞的眼鏡，就叫做拓撲相變（Topological Phase Transition）。其實不只是物理學，生物學也能找到拓樸學的身影喔。

（圖片來源：http://pansci.asia/archives/106857）

我們人體細胞內的染色體(chromosome)是由核酸序列與組織蛋白(histone)緊密纏繞形成的許多染色質絲(chromatin)所組成，最大的染色體約含有2億5千萬個鹼基對，最小的則約有3800萬個鹼基對，而當基因要被調控時，位在染色體中不同位置而且距離遙遠的promoters 與enhancers要如何一同在目標基因相會呢？原來細胞內有一群核酸序列被稱之為topological associated domains (TADs)，該序列可以被與染色體結構相關的蛋白質辨識(如CTCF protein, Cohesin等)而將原為線性的染色質絲拉成迴圈形成拓撲相變，而使得原先距離遙遠的promoters 與enhancers能有機會靠近彼此，進而能夠使基因調控得以完成。這就是基因如何在人體細胞核內利用空間內連續變化，來保持性質不變卻又能進行調控的方法，是不是很特別呢 ?

圖片來源：（http://blogs.biomedcentral.com/on-biology/2013/09/26/epigenetics-and-organisation/）

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