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發現核分裂卻被軟禁的諾貝爾獎得主-奧托・哈恩誕辰|科學史上的今天:3/8

張瑞棋_96
・2015/03/08 ・1094字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 570 ・九年級
圖/ wikimedia

1945 年七月,倫敦近郊的一處農場突然被英軍徵用,並派士兵駐守巡邏。外界都不知道裏頭軟禁了十位德國科學家,他們自二次大戰末期陸續被英軍秘密逮捕,之後集中移送至此處。雖然德國早在五月就已無條件投降,但他們因被懷疑參與納粹的核子計畫,仍在接受偵訊調查中。

11 月 18 日這天,房舍突然傳出歡愉的德文合唱聲。倒不是他們即將被釋放,而是其中一位化學家哈恩榮獲諾貝爾化學獎,大夥兒唱歌慶祝;他們從報紙才知道三天前諾貝爾獎委員會宣布了這項消息。哈恩本人並沒有如慣例先接到電話告知,因為根本沒有人知道他的下落。英軍允許他寫信告知諾貝爾獎委員會他欣然接受,但因故無法前往領獎──當然不得透露他被軟禁於此。

哈恩提筆欲書,卻百感交集。當然所有人都認為他獲獎是實至名歸。1938 年以前,從事放射性研究的科學家都認為以中子或 α 粒子轟炸鈾元素,會使鈾原子核捕獲這些粒子而形成更重的超鈾元素。直到哈恩率領研究小組經過一連串的嚴密實驗,確認鈾原子核反而因為中子的射擊而撕裂開來,形成較輕的元素,並釋放出能量,科學家這才認識了難以置信的核分裂現象。哈恩就是因為這個重要發現而獲得諾貝爾化學獎。

因為哈恩的發現,核分裂的研究得以走向正確的方向而突發猛進,成果之一,就是製造出原子彈。當然納粹政權也想製造原子彈,但哈恩並未提供實質協助;他在德國戰敗之前就堅決反對納粹迫害猶太人,勇敢掩護許多猶太科學家,並協助他們逃離德國,他深知納粹德國一旦擁有原子彈的可怕。他根本反對任何國家發展核子武器,當他幾個月前在農舍內讀到日本原爆的慘狀時,幾乎崩潰了!他感覺自己就是始作俑者,而今他卻因發現核分裂而獲獎⋯⋯。

哈恩還是將信寄出了。他應該藉由自己的地位與影響力協助科學走向正確的方向。1946 年初,哈恩終於獲釋,年底才前往瑞典的諾貝爾獎頒獎典禮補領他去年獲得的獎項。他回到德國將原來的國家科學研究院重新改造為普朗克研究院,並擔任院長直至 1960 年。在幫助祖國重新站起來的同時,他也加入鮑林與愛因斯坦等人的行列,呼籲停止核武試爆;他不斷大力奔走警告世人核武競賽對人類的威脅以及對我們這個星球的傷害,直到死前始終不懈。
本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 355 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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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_96
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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》