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智慧型手機與沉寂已久的宇宙

Write Science
・2012/01/28 ・2358字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

作者 Shane L. Larson

我們正活在一個全球通訊的時代,世界各地都透過電子通訊連結在一起,這是20年前完全無法想像的。今天,你用手上的智慧型手機或是筆電,就能和全世界聯繫溝通;複雜錯綜的行動網路和wi-fi無線網路熱點,組成了包覆地球村的巨網,讓你可以隨時和上百萬的陌生人交流通訊。現在許多人喜歡在推特上不斷更新一舉一動、或是用臉書發佈生活隨手照,我們將這種新的社交模式視為科技猛獸,唯恐這會取代原本意義深刻的社交關係;但我們往往忘了,是無線網路連結的發展讓你能輕而易舉地接觸到各式各樣的想法與創意、令人肅然起敬的自然景觀和文明成就、還有美妙動人的藝術作品。

有一天我偶然發現一個了不起的東西,是You Tube網站上一個很棒的影片,艾瑞克萊普頓(Eric Clapton)和查克貝里(Chuck Berry)演唱的<Wee Wee Hours>

我的原則是去看網路上對任何東西的評論,這次也一樣。網路的雜訊比很低。但我剛好注意到底下一則短評,問說:「為什麼在太空船上放這段影片,沒能讓外星人知道我們地球人有多了不起?」

我懂他的意思;這確實是了不起的作品。但這結果是,我們是在向太空無盡的深處播送這首歌,好讓還沒有被我們發現的外太空智慧生物有一天能偶然注意到,進而瞭解我們人類的成就有多了不起。自從無線電發明以來,地球上的寬頻電磁通訊技術進步的速度非常快,我們已經可以建造電磁發射塔,將無線電和電視接收器賣給為這些東西著迷的人們。無線電和電視的傳播方向是全方位的,信號會往四面八方傳送,所以任何地方的人都接收得到。也就是說,訊號會往側向發送出去,同樣也會「往上」,所以我們的電視和廣播訊號也一直在往外太空發射,我們現在的休閒娛樂節目內容就變成一陣響亮的電磁雜音,對浩瀚宇宙呼喊著:「嘿,我們在這裡!這裡有(具備智慧的?)生物存在!」所以艾瑞克萊普頓和查克貝里的歌曲就是對著宇宙開唱;這場表演是在1987年錄的,如果發送到太空後真的有讓外星人體會到這首歌有多了不起,他們距離我們最遠大概有25光年吧。

結果除了廣播之外,查克貝里的歌曲還用別的方式上了太空。無人太空探測器「航海家一號」(Voyager 1)和姊妹船「航海家二號」發射時各攜帶了一張金唱片,上面有如何播放這張唱片的說明和地球的位置指示,內容收錄了116張地球生物的照片、55種語言的招呼語、還有90分鐘的地球音樂作品,包括查克貝里的〈Johnny B. Goode〉在內。航海家金唱片上面還刻著一行手寫的話:「謹獻給製作音樂之人,不分時空。」

所以就某種意義而言,查克貝里可說是代表我們與外星智慧生命接觸的信使。我們的無線電網絡分布越來越廣,查克貝里藉由廣播發送出去的歌聲算是無心傳達的訊息;相對地,航海家金唱片的出現,意味著我們主動嘗試與地球以外的生命溝通。從許多方面來看,要說這張唱片有那麼一點點被任何人發現的機會,都實在是樂觀過度了。航海家一號、二號造訪的每個星球之間,是一片廣闊無際的黑暗世界,就算不看這點,在那裡有生物存在、並且發現這張唱片的可能性,又能有多少?

圖片來自http://www.ninjapirate.com/article/aliens

對於外星生物的存在,科學界有個相當有名的問題,稱為「費米悖論」。我第一次聽到費米悖論的故事時,覺得饒富詩意,有一種雄闊壯麗的意象。物理學家恩里科‧費米有天晚上和朋友在草原上散步,滿天星斗下,他手插在口袋裡,信步走過春天生機蓬勃的草地,仰望點點星光的蒼穹。突然他停下了腳步,以科學家慣有的那種沉著態度,喃喃問道:「為什麼他們不在那裡?」

費米的重點就是,銀河系非常廣大。如果生命普遍、大量地存在於銀河系中,那麼智慧生命的舞台上就不會只有人類。也就是說,早就該有外星生物前來地球,或者更有可能的是,我們早該接收到他們的電磁訊號、還有他們廣播中播出的流行歌了!但我們並沒有遇到外星人,也沒有接收到這類的無線電訊號,費米因此推論銀河系中並非普遍存在著生命,也就是幾乎可以斷定,人類孤單地存在於銀河系中。

從費米提出這個說法以來,有許多支持和反對的論辯,因此,我回過頭去看我們的開頭。我在智慧型手機上看著艾瑞克萊普頓和查克貝里合唱的這段影片,用的是低耗能的行動網路。現今的世界,把以往只能透過電視廣播才能享受的娛樂隨身帶著走早就不稀奇;透過CNN等網站,還有iTunes、Pandora等服務,我們可以隨時接收豐富的新聞和音樂。大量發送無線電訊號到地球彼方、同時也傳達信號到外太空的時代,正逐漸讓無線網路取代。將聲音散播到外太空的無線電波網絡慢慢趨於沉寂,也許有天完全消失,也不是不可能的事。在你我的有生之年看到這樣的改變,並非不合理的推測,地球變得再也沒有無線電波的聲音,除了我們自己以外,外界再也無法偵測到我們的存在。同理可證,也許外星人的確存在,只是他們不再使用無線電波了,所以銀河遙遠那一頭的藍色行星永遠也無法聽到他們的聲音。

可以推論說,在文明進展的過程中,會有一段短暫的時間以無線電為主要傳播方式,一直到科技進步到發展出個人移動通訊,並且使用環球光纖網路和低耗能的無線連結。如果是這樣,也許我們在宇宙中並不孤單。可能有其他的文明存在,只是他們專注於他們wi-fi熱點和外星網咖,眼光只聚焦在自己的星球上,只透過小小的螢幕和高度科技和他們自己的世界連結對話。

Just like us.

就像現在的我們一樣。
——————————-
備註:這篇文章的由來,是起於我一位朋友要我看艾瑞克萊普頓和查克貝里的這段影片;但我不記得是哪位朋友了,實在是很抱歉!還有另一位朋友也促使我完成這篇文章,我們討論了在文明發展中,無線電的使用隨著wi-fi普及而減少(這是目前我們知道能夠解釋費米悖論的答案,有個稱號叫做「光纖異議(the fiber optic objection)」);但我也想不起來這位朋友是誰!我當時大概談得很激動吧……

 

本文經作者Shane L. Larson同意,翻譯為中文,刊登於此。原文為:Smartphones and the Enduring Silence of the Cosmos [2011-12-24]

翻譯:Ankh Huang

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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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