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外星組成掀起太陽系演化之謎

臺北天文館_96
・2012/02/16 ・978字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

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根據美國航太總署(NASA)IBEX探測器的觀測資料,研究學者發現太陽系內與鄰近太陽系的星際空間,是不相同的。美國西南研究所(Southwest Research Institute)、IBEX首席研究員David McComas表示:IBEX偵測到來自銀河他處進入太陽系的物質,這些物質的化學組成比例和太陽系內的不盡相同。這個結果,再度掀起關於太陽系、甚至是生命的起源與演化之謎。

我們的太陽系被包圍在由隨著太陽風向外擴張的太陽磁場所構成的日光層(heliosphere,又譯太陽圈)內,使太陽系能與銀河系其他部分區隔開來:日光層以外就是所謂的「星際空間(interstellar space)」,以內就是太陽和眾行星、小行星和彗星的家。而日光層的存在,不僅是區隔太陽系內外而已,它還將大多數來自太陽系以外的宇宙線阻擋在外,是太陽系很重要的防護罩。

IBEX於2008年發射升空,在地球上空掃視全天。IBEX探測器能捕捉從星際空間穿透日光層保護而進入太陽系的中性原子。所以,即使不用飛出太陽系,IBEX也能檢視太陽系以外的銀河空間狀況。在它開始正式運作的頭兩年,IBEX捕捉並計算這些外來原子的觀測成果,出現了一些有趣的結論。

IBEX總共偵測到來自星際空間4種不同的原子,其組成都與太陽系中所見不符合。這4種原子分別是氫(H)、氦(he)、氧(O)和氖(Ne);其中,氖原子這種惰性氣體,幾乎不與其他物質交互作用,因此含量頗豐,在測量統計上非常有利。從IBEX觀測資料,這些研究學者比較日光層內外的氖/氧比例,顯示銀河系的星系風中,每20顆氖原子就會有74顆氧原子;而太陽系中則是每20顆氖原子就有111顆氧原子。這個結果顯示太陽系中的氧原子豐度比太陽系外星際空間還多。多餘的氧,究竟是從何而來?

造成這種狀況的可能性有兩種,如果不是太陽系本身的演化很特別,是在銀河系中氧原子比如今所在之處還豐富的地方誕生出來的,要不然就是星際空間中有一部份氧原子被塵粒或冰粒捕陷而無法逃脫,讓IBEX偵測不到。不管哪一種可能性,都會影響關於太陽系和生命形成的理論模型。

到目前為止,科學家並不能肯定哪一種可能性佔了上風。不過,除了在地球軌道上運轉的IBEX之外,NASA的航海家號太空船如今已航行到太陽系邊界之處,或許未來數年內就會行出太陽系範圍。因此科學家們期待能在航海家號的觀測資料中,找到這個問題的解答。

資料來源:Alien Matter in the Solar System: A Galactic Mismatch[2012.02.10]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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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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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》