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銀河系紅矮星的適居區中的岩質行星數量可能達數百億顆

臺北天文館_96
・2012/04/07 ・1400字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

一項最新研究結果顯示:大小與地球類似的岩質系外行星(rocky planet)在銀河系紅色恆星(red star)周圍的適居區(habitable zone)中非常普遍,數量可能高達數百億顆,甚至可能在很靠近太陽的鄰近恆星周圍就有100顆左右。這是首度直接測量紅矮星(red dwarf)周圍超級地球的出現頻率,這項研究幾乎涵蓋了銀河系80%左右的恆星,因此可信度應該相當高。

法國Grenoble宇宙科學觀測站(Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble)Xavier Bonfils等人,使用歐南天文台(ESO)位在智利La Silla觀測站的3.6米望遠鏡,加上HARPS光譜儀,直接測量來自紅矮星周圍的行星所發出的光。先前使用不同觀測方式、靈敏度不若這次的研究結果已顯示銀河系中的行星相當普遍。而HARPS研究團隊僅針對銀河系數量最多的恆星—紅矮星來研究。紅矮星又稱為M型矮星,這類恆星表面溫度比太陽低很多,相當昏暗,但壽命極長,天文學家估計銀河系所有恆星中,有80%都是紅矮星,相當於1600億顆左右。而這些銀河系紅矮星中,約有40%左左右在其適居區中存有超級地球,此處的水可以液態存在於岩質行星表面,這意味著單就銀河系而言,岩質行星的數量就有數百億顆。

Bonfils等人挑選了102顆紅矮星樣本進行監測,HARPS光譜儀可測量恆星光譜,從是否有譜線來回移動來尋找系外行星,這稱為都卜勒效應法(Doppler effect method)或徑向速度法(radial velocity method)。在長達6年的監測工作期間,共發現9顆質量約1~10倍地球質量的超級地球(super-Earth)。其中的Gliese 581和Gliese 667 C各有一顆位在其適居區中。天文學家可以藉由這些觀測資料來估計這些行星的質量,以及距離它們母星多遠等。

經綜合各項觀測資料,包括那些沒有行星的恆星資料,看看已發現行星的恆星比例是多少,這些天文學家因而能估計銀河系紅矮星周圍各種不同型態的行星有多普遍。結果發現紅矮星適居區出現超級地球出現的高達41%,誤差範圍在28%到95%之間。另一方面,質量約100~1000倍地球質量的木星級或土星級系外行星,在紅矮星周圍出現的頻率並不高,僅有不到12%的紅矮星擁有這類巨行星。

Bonfils等人設定以10秒差距(相當於32.6光年)為「太陽系鄰近區域」的範圍,估計顯示此範圍內可能有100顆的超級地球位在紅矮星適居區內。適居區是恆星周圍一個溫度恰好可讓液態水存在於行星表面的帶狀區域,如果岩質行星位在適居區中,且其表面又有液態水,那麼可能是個適合生物生存發展之地;而紅矮星因為表面溫度比太陽低,因此紅矮星的適居區比地球的還靠近其母星。然而,紅矮星表面常見閃焰爆發,可能讓其行星處在X射線或紫外輻射的籠罩下,讓生命存在的可能性又降低不少。

HARPS系外行星巡天工作發現的其中一顆紅矮星系外行星Gliese 667 Cc,是在Gliese 667 C行星系統中第二顆發現的行星。這顆行星幾乎恰好位在Gliese 667 C適居區的中間,表面有液態水的可能性非常大,其質量雖約為地球的4倍重,但已是迄今發現最類似地球環境的行星。它是繼Gliese 581d之後,HARPS巡天工作第2個在紅矮星適居區中發現的超級地球。而Gliese 667本身又是個三重星系統,在Gliese 667 Cc上也可見到Gliese 667 A和B兩顆恆星,如頁首的藝術家想像圖所見。

但在新的HARPS巡天工作估算結果出爐後,天文學家已確定銀河系紅矮星適居區中的超級地球數量非常龐大,所以顯然未來HARPS巡天工作必定可以找到更多這類行星。有些這類行星恰好會從其母恆星前方通過,造成行星凌日現象,天文學家還可藉此研究行星大氣,並趁機搜尋可能的生命特徵。

資料來源:Many Billions of Rocky Planets in the Habitable Zones around Red Dwarfs in the Milky Way, [2012.03.28]

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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