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近太陽系13,000光年內訪暗物質無功而返

臺北天文館_96
・2012/05/08 ・1451字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

 在太陽系四周尋訪暗物質,並且規模比同類計畫更大的暗物質普查計畫,最近出師不利-空手而回。這個調查的結果發現,應該有暗物質的地方,結果暗物質數量竟然最多都沒有超過預測值的1/10。這和暗物質的傳統觀點很難取得一致。

如果這個令人驚訝的研究結果最後得到證實,它將也顛覆了一個天文學界長期以來的共識,數十年來,宇宙論一直偏重倚賴這種「會施加重力拉力,但卻不發光」的暗物質 – 這種暗藏的框架能解釋很多事情:宇宙的結構如何出現、星系如何形成、甚至為什麼銀河系這麼快速旋轉卻並未見到它四散紛飛。根據理論學者的看法,若拿掉暗物質,而單單是靠恆星和氣體這些可見物質的份量,在宇宙中有許多事情應該根本不能發生。

在這個調查中,以智利天文學者Christian Moni Bidin為首的團隊用ESO 的La Silla 2.2米及其他3座望遠鏡,在以太陽系為中心延伸的周圍區域進行了測量。雖然無法直接測量這塊區域本身的質量,但藉由這塊區域對經過恆星在速度上所產生的影響,其全部質量總數仍推估可得。

研究人員所測量的範圍是鄰近太陽4,000(角)秒差範圍內的區域(大約13,000光年) – 大約15度夾角內,銀河系扁平狀盤面略偏下方的位置,該區域中恆星數量大約400顆,然後該團對用這觀測結果來推斷銀盤另一側(上側)恆星的速度。這個普查的規模數量比先前其他類似調查大4倍。

結果他們發現:最多只能在這塊區域中找到原先模型所估計暗物質數量的~1/10。

除非暗物質是擠壓成一顆直立的橄欖球形,而不是一顆圓形的足球,否則這個研究結果不大可能和其他研究人員對暗物質所做的研究取得一致。大約自1970年以後,暗物質就被認為是一種必須存在的物質,譬如在銀河系的周邊就應該有暗物質,否則飛速旋轉的銀河系,應該會分崩離析才對。

Moni Bidin等人所組的研究團隊表示,如果暗物質的分布密度果然這麼低,那麼各種以直接偵測到「暗物質粒子」為目的而設計的實驗,「注定將要失敗」。

不過還有其他的研究團隊則持反面意見說,除非再有別的團隊在觀測上取得相同結論,否則他們將不會輕易接受這個結果,他們也沒打算這麼輕易就放棄暗物質理論。該篇論文的審查委員之一Chris Flynn表示,這種測量有相當的挑戰性,它存在好幾種盲點,而可能導致它無法偵測到暗物質。不過,即便存有疑慮,Chris Flynn仍然授予論文作者「既同意又不同意」的論文發表許可。

另一位天文學者Heidi Newberg則表示,這個研究結果強烈受到銀河系盤面四週組成物質為何的影響,就如大家所熟悉的,這個區域主要是由普通物質所組成 -這或許難怪在此區域找暗物質會毫無斬獲:差不多就像緣木求魚。

雖然這個研究結果的基礎架構很標準,但無可避免地,它仍是相當粗略的假設,在許多細節上,未必精確。舉例說:該團隊假設銀河系盤面上側和下側的星群分布對等、且光滑平均,如果事實上星群分布是呈波浪狀起伏的,就像星系外側的恆星分布那樣,那就有可能導致暗物質密度的計算結果不正確。

雖然不盡完美,就連研究團隊本身也不確定究竟暗物質存在或不存在,在同類型的暗物質普查中,這個研究仍是目前為止,最為詳盡的,其結論仍具有相當參考價值。(Lauren 譯)

圖片說明:在一個以太陽系附近太空為對象的調查中,結果發現,這裡的暗物質數量最多竟然不超過預測值1/10,這張銀河系照片顯示出在銀河系周圍有一圈藍色的「暈」,一般預期,該是神秘的暗物質應該存在的地方。標示在太陽系附近的藍色虛線球體狀顯示著新出爐的調查所涵蓋的範圍,但並非調查範圍精確的形狀。

資料來源:中研院天文網[2012.04.25]

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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