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「勵進研究船」完成首航,帶回豐富資料

PanSci_96
・2019/05/20 ・2168字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 557 ・八年級
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  • 圖/科技部提供

國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心的「勵進研究船」,已於今年4月2日完成首航任務。

勵進研究船此次航行至南海,南海是西太平洋最大的邊緣海,由東南亞各國包含臺灣、菲律賓、印尼、汶萊、新加坡、馬來西亞、越南和中國所環繞。世界各國科學家都希望深入了解南海的自然資源、水文、地體構造和氣候等議題,因此勵進研究船首航即規劃了南海海洋、大氣、地質等跨領域議題:

  1. 南海海盆之形成與演化及可能伴隨而來之大地震、海嘯等天然災害潛勢
  2. 南海季風於轉換期間之動力機制
  3. 甲烷水合物賦存區精準海床樣本採集

南海海盆的地質資料

為了深入了解南海海盆的形成與演化,與可能伴隨而來之大地震海嘯等天然災害,中央大學地球科學系特聘教授許樹坤的團隊以勵進研究船的「多音束聲納」搭配「長支距多頻道反射震測系統」進行調查,多音束聲納可以測繪海底地形,長支距多頻道反射震測系統則可繪製海床底下的地質構造

長支距多頻道反射震測系統。圖/科技部提供

這項研究得到兩項南海地質科學上的突破:

一是清楚顯示在南海海洋地殼上存在V字型或島鏈型的海底火山,暗示南海確有地幔柱存在的可能,且伴隨軟流圈 向東或東南流動。

  • 地幔柱是較熱的岩石由地幔底部一路上升至地幔頂部,此時岩石頂部會部分熔融,岩漿進而噴出地表。
  • 地殼和上部地幔最外圍部份合成厚度約50~300公里的岩石圈(板塊),其下為厚度約200公里的軟流圈。板塊即在軟流圈上漂移。

二是首次清晰描繪出南海中部有高達4,000公尺高之「傳奇海山」,同時透過底質剖面儀的結果顯示,該傳奇海山及附近一些海山曾經有數次的山崩,在其山腳下的地層留下崩塌堆積層。這些崩塌堆積層暗示南海週遭曾有大規模的地震活動,引起山崩。由於南海周圍只有馬尼拉隱沒帶,因此這項發現代表馬尼拉隱沒帶過去曾發生過幾次大地震,也可能伴隨大海嘯發生。如此推論亦與在南海週邊所發現過去海嘯的堆積層結果吻合。

此外,「傳奇海山」東邊有明顯的山崩的堆積大小塊體,應是一次大規模山崩造成。根據底質剖面儀可算出該山崩事件應該是5百萬年前發生,可能與南海地殼整體在大約5百萬年前受到擠壓的環境有關。

氣象探空儀,探測南海海盆實際大氣剖面

在大氣領域上,南海是印度洋季風東亞季風的交會處,於亞洲地區的氣候變化上扮演著極為關鍵的角色。

氣象無線電探空儀。圖/科技部提供

臺灣大學大氣系教授林博雄帶領的研究團隊,於相距超過1,000公里的東沙島以及太平島,以及位於兩者之間的勵進研究船,依照世界氣象組織(WMO)全球氣象觀測協議,每日08:00及20:00兩次同步進行氣象無線電探空儀(Radiosonde)觀測作業,並同時以抛棄式溫深儀來測量海裡不同深度處的溫度,取得海洋上層溫度剖面。

這項精密聯合作業為大氣科學領域取得前所未有之南海海盆中心線海面以上至20公里高空之氣溫、濕度、氣壓、風速、風向,以及海面下1,800公尺水層溫度剖面近一個月之海空垂直剖面連續實際量測值。這些系統性蒐集的觀測資料對於南海海洋與大氣之間的交互作用研究極為珍貴。

臺灣西南海域存有天然氣水合物

搭配勵進研究船優異的水下定位效能,水下遙控無人載具(ROV)駕駛員可清楚得知ROV水下座標,再透過自動控制程式的輔助,ROV可穩定懸浮於海床,執行生物、泥火山之觀測並採集海底樣本。

水下遙控無人載具(ROV)。圖/科技部提供

勵進研究船首航任務ROV首次成功結合「震盪式岩心採樣系統」 ,搭配ROV上的高畫質攝錄影鏡頭,排除過去岩心採樣「盲採」的缺點,使得水下採樣作業更精準。

  • ROV過去只能藉由機械手臂的力量,將取樣管插入海底較軟的沉積層約40公分處;震盪式岩心採樣系統可藉由振動讓取樣管向下深入到2公尺處,取得較深處之岩心。

臺灣大學海洋所教授劉家瑄的團隊因此順利採得臺灣西南海域之天然氣水合物儲藏區的精準海床樣本,研判該處確實存有天然氣水合物。另外還有各式沉積物、深海生物、岩心與海底深層水,所獲得之科學資料對於臺灣西南海域天然氣水合物以及冷泉系統底質特徵與生物群聚之影響提供更確實精準的研究。

勵進研究船。圖/科技部提供

勵進研究船GO!GO!GO!

勵進研究船此次航行,發現南海中部高達4,000公尺高之「傳奇海山」山腳下的地層有崩塌堆積層,顯示馬尼拉隱沒帶過去曾發生幾次大地震,也可能伴隨大海嘯發生,南海周邊國家應更警覺;另外取得南海海盆中心線海面以上至20公里高空之氣溫、濕度、氣壓、風速、風向,以及海面下1,800公尺水層溫度剖面近一個月之海空垂直剖面連續實際量測值,有助於改進南海週邊地區氣象預報之準確度;水下遙控無人載具(ROV)則採集到臺灣西南海域天然氣水合物儲藏區的精準海床樣本,證實該處確實有大量天然氣水合物,未來可進一步研究開採的可能性。

勵進研究船南海首航帶回豐富探測資料,提供臺灣海洋與大氣學界未來進行多樣科學研究所需的重要素材。未來勵進研究船也將持續進行各種探測任務,成為國內外學術界認識臺灣週邊海洋環境的利器。

  • 本文改寫自科技部新聞稿,原標題為〈「勵進研究船」科學首航成果發表〉。
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如何預防胰腺癌?少糖就對了!
PanSci_96
・2019/03/11 ・1934字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 569 ・九年級
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致力推動安樂死合法化的資深主播傅達仁,便是受盡胰臟癌的折磨,最終選擇有尊嚴的離世。根據衛福部的公開資訊,106年國人死因統計的結果,癌症續居十大死因第一名,其中胰臟癌排在十大癌症死亡率的第八名(106年因胰臟癌死亡人數就多達2082人)。

有「癌中之癌」之稱的「胰腺癌」初期症狀並不明顯,通常八成病患經確診後都已經是末期,其中可手術治療的病患更只占二成;即便手術成功,也有近八成病患會再度復發或轉移。因此,若能進一步了解其生成機制,不僅能發展更有效的標靶藥物,還能達到「預防勝於治療」之效。

最新發現避免「高糖」,可保護胰臟免於代謝異常、造成損傷,進而降低罹患胰腺癌的風險。

胰臟有什麼功能呢?

胰臟是一個深深地藏在我們的腹腔裡面的一個臟器,它被肝臟、腸、胃、膀胱環繞,擔負提供消化系統「酵素」和「胰島素」的工作。當我們吃下食物後,消化系統的任務在於把食物磨碎,分解,最終的目的,在於去蕪存菁,篩選產生出各式代謝產物,再經血液循環系統送達各個器官。

圖/pixabay

以功能來區分,胰臟主要分成兩部分,一個屬於「外分泌」類,這部分的功能在於產生「胰液」,經過胰臟的腺管送出到小腸,用來幫助分解碳水化合物、蛋白質、和脂肪。另一部分,在胰臟內好像許多獨立的小島般的,所以稱之為「蘭氏小島」,胰島被歸類為「內分泌」類,因為它所產生的荷爾蒙,包括胰島素和升糖素,會直接經由血管送到身體各處。

以目前的醫療數據來說,在胰島產生癌細胞所造成的癌症,約佔胰臟癌百分之五;而另外百分之九十五多發生在胰臟腺管的癌症,稱之「胰腺癌」,在治療上,後者更為棘手,病人平均存活率為3-6個月。

胰腺癌的生成機制

中央研究院基因體研究中心特聘研究員李文華院士的研究團隊最新發現,避免攝取「高糖」可保護胰臟免於因代謝異常而造成損傷,降低罹患胰腺癌的風險。本研究成果已於今(108)年3月7日刊登於國際期刊《細胞代謝》(Cell Metabolism)。

過往的研究只知道胰腺癌和糖代謝異常有關,並不確定他們之間的因果關係。

研究團隊成員、基因體中心研究助技師胡春美表示:「80%的胰腺癌和糖尿病相關,但因果並不清楚」。

已有科學研究指出,名為 KRAS的基因能促進細胞生長與存活,然而當 KRAS突變時,細胞可能異常分裂,進而導致生成腫瘤癌細胞。此次研究李文華團隊也與臺大醫院張毓廷、章明珠和鄭永銘醫師合作,採集、檢驗四種非癌細胞:

  1. 患糖尿病的胰腺癌患者之未癌化正常胰臟組織。
  2. 患糖尿病的胰腺癌患者鄰近胰臟的小腸組織。
  3. 未患糖尿病的胰腺癌患者之未癌化正常胰臟組織。
  4. 未患糖尿病的胰腺癌患者的鄰近胰臟的小腸組織。

結果顯示,KRAS基因突變只發生在患糖尿病胰腺癌患者正常胰臟細胞內,可以明顯觀察到其基因組受損,另三種組織則無此現象。

胡春美說:「幾乎 94% 的胰腺癌病人檢體裡都能發現有致癌 KRAS基因的突變」。

圖/pixabay

胰腺癌的關鍵原因是糖代謝異常!

研究團隊在正常的胰臟細胞中使用高濃度劑量的糖、蛋白質、以及脂肪類代謝的產物,結果顯示,只有糖會讓胰臟細胞產生基因變異。

研究團隊表示,dNTP(去氧核糖核苷三磷酸,deoxy-ribonucleoside triphosphate)是人體攝取葡萄糖後產生的核苷酸,也是基因組生成和複製不可或缺的材料。處在高糖環境的胰臟細胞,合成基因組所需的 dNTP 量明顯降低。

研究發現,攝取過量的葡萄糖,會增加胰臟細胞內蛋白質醣化狀況,進而導致調節 dNTP量的重要酵素 RNR(核糖核苷酸還原酶)的R1亞基(RRM1)會被O-連結乙醯葡萄氨糖(O-GlcNAc)修飾,最終降低 RNR 的活性,使細胞內 dNTP 產量不足,大幅降低良率。

少了 dNTP,胰臟細胞的基因組複製、修補過程中,有損傷需要修補時,便會因原料不足而使修補過程發生錯誤,導致 KRAS基因突變,便可能導致胰臟細胞癌化。

圖/中研院提供

高糖飲食對其他器官細胞的癌化有無影響?

研究團隊也長期餵食小鼠高糖高脂食物,造成高血糖症狀後,檢查其胰臟、大腸、小腸、肝臟、肺臟、腎臟等器官。結果顯示僅有胰臟組織明顯出現基因組受損和 KRAS基因突變。

研究證實,因高糖增加蛋白醣化而失去自身 DNA 修補的現象,只發生在胰臟細胞。雖然肺癌和大腸癌與糖尿病有關聯,但是與糖攝取的多寡無直接關聯。

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貓奴鏟屎官們看過來!全球獨創的腎病偵測法,竟是利用貓砂!?
PanSci_96
・2020/01/15 ・1643字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 559 ・八年級
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現代社會,寵物貓是許多人家中的一分子,關懷貓咪的健康也是飼主的責任。

可是貓不會說話,飼主工作忙碌時,難免忽略了貓咪在行為中展現的疾病徵兆,尤其是最需要被早期發現的貓咪健康頭號殺手——腎病。

在科技部專題計畫的支持下,交通大學光電系冉曉雯教授,交通大學物理所孟心飛教授與高雄中興動物醫院黃明如副院長合作,針對貓腎病的體外檢測技術進行開發,只要使用一般市售貓砂,就可成功分析出貓尿尿素的濃度,從而反應貓的腎病狀況。

檢測的系統為團隊過去多年建立的「雙光纖微反應槽」技術,由兩根光纖搭配 3D 列印的感測槽,並以低成本的電子零件組裝,即可進行即時性的偵測。

而這是世界上首次從一般貓砂就可以偵測貓腎病的獨創技術。

世界上首次能用貓砂偵測腎病的獨創技術!圖/Pixabay@Pexels

貓砂竟然有辦法偵測主子的身體狀況?

近幾年來,動物疾病的體外檢測技術仍相當缺乏,且動物的病徵並不明顯,等到飼主發現動物出現明顯的行為變化時,病況通常已經相當嚴重。

而若能開發動物可以使用的疾病偵測工具,將有助於早期發現早期治療。

然而,體外檢測通常仰賴尿液、唾液或呼氣的偵測,要在動物身上取得這些檢體,並不容易。因此,開發出可以有效搜集檢體進行偵測的方法是此類技術發展的關鍵。

在家貓當中,腎病是最普遍的疾病,根據推測,超過一半的 10 歲以上寵物貓患有慢性腎臟病。

我……我不想得腎病啊。圖/Inge Wallumrød@Pexels

貓的呼氣、唾液、尿液均不易取得,因此團隊使用過去多年開發的「雙光纖微反應槽」做為尿素偵測工具,使用一般市面上常用的貓砂,待吸收貓尿後經過加水稀釋過濾,分析其尿液尿素。

經過半年的研究,發現此貓砂分析方法確實能反應貓的腎病狀況,可以提供動物診所或居家使用。

這個可攜帶可即時反應的尿素偵測工具「雙光纖微反應槽」,過去已成功應用於慢性腎臟病患者人體臨床實驗中的唾液尿素檢測,並於 2019 年生醫感測領域的重要期刊《Biosensors and Bioelectronics》發表。

該工具可以僅使用半顆米粒大小的唾液就可進行即時偵測,且克服了傳統光纖生化感測器易因光纖對位不準造成信號偏移的問題。

這個技術裡使用的「雙光纖微反應槽」只需靠著 3D 列印槽上的刻痕粗略對位,就能確保系統感測特性的穩定性。

待貓砂吸收貓尿後經過加水稀釋過濾,搭配感測槽分析其尿液尿素,確實能反應貓的腎病狀況。圖/科技部提供

比起分析貓砂,還會有更方便的?

目前,適合居家簡易操作的尿素探測棒也正在發展中。

研究團隊將引入冉曉雯團隊與法國國家科學院謬魯斯材料研究院 Dr. Olivier Soppera 共同指導的光直寫半導體製程技術,而此技術可以很容易的在塑膠棒上面製作出半導體元件。

而已發表的系列工作還有使用深紫外光雷射對氧化銦鎵鋅溶液進行圖案化製作電晶體、使用雙光子紅外光雷射使氧化鈦溶液產生具有導電性能的石墨烯化微碳顆,結合這些光直寫技術,預計 2020 年內可完成尿素探測棒,提供居家易操作的貓砂偵測。

前述的跨領域甚至跨國的研究成果,部分已發表於具領導地位的生物感測與生醫電子《Biosensors and Bioelectronics》以及先進材料《Advanced Materials》期刊,這些成果對於未來拓展動物體外檢測以及人體唾液/尿液中各類分子的偵測有很大的幫助。

記者會後合影。左三起國立交通大學光電工程學系教授冉曉雯、科技部工程技術研究發展司副司長郭箐、中興動物醫院副院長黃明如、國立交通大學物理研究所教授孟心飛,及交大光電系研究團隊。圖/科技部提供
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挑戰經典生態學,台灣生態研究首度登上Science期刊!
彭 琬馨
・2016/03/25 ・872字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 537 ・八年級
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臺灣中央尖山。攝影/許永暉

台灣生態學研究有重大突破!

過去生態學假說大多認為,年溫差大的區域,生物為了適應環境,對環境忍受度也會比較高,因此相較於熱帶、亞熱帶地區,溫帶生物更能適應氣候環境變化。不過近期,中研院生態多樣性研究中心副研究員沈聖峰團隊,利用全球 180 座山區、超過一萬六千種動物的海拔分布資料分析,結果發現,日夜溫度差異大的地區生物,會發展出專一性方式(如日行性、夜行性動物),反而可能限縮對環境氣候變異的適應力,這個研究的出現,補足經典生態學假說未竟之處。

高緯度生物更能適應環境?台灣研究挑戰傳統假說

這篇被認為挑戰經典生態學假說的論文,已經在三月二十五號發表在國際頂尖專業學刊《科學》Science)。由於過去生態學要被 Science 期刊接受已經不容易,加上這篇論文試圖對「氣候變異度假說」(Climatic Variability Hypothesis)提出質疑,認為過去被廣泛接受的「巨觀生理學規則」,強調身處高緯度、高海拔的生物,更能適應環境氣候的變異這件事,並不能充分解釋全世界的生物現象。論文從 2012 年開始著手至今,耗費將近四年才發表。

研究負責人沈聖峰說,會有這個發現,主要是因為過去研究並沒有仔細檢視日溫差對物種造成的影響,他們在台灣高山地區觀察到,生物分布並不會因為溫差大而變得更廣,物種因為要專心適應環境生殖,反而因此侷限了適應氣候變異度的能力。

學術突破有如漫漫長路 研究者形容:看不到終點的旅程

正如哥白尼提出日心說時,受到強烈質疑聲浪,這篇挑戰傳統生態學的論文,一開始在學術圈也不被接受。中研院生物多樣性研究中心研究助理詹偉平,以「爬山」形容這四年走來的心路歷程,總以為前方就是終點,到了才發現還有更長的路等在眼前。

這篇研究也顛覆先前的保育觀念,往後生態保育不該只關注年溫差小的地區物種,就連日溫差大的地區也應該多加重視。

延伸閱讀:Seasonal and daily climate variation have opposite effects on species elevational range size

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彭 琬馨
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一路都念一類組,沒什麼理科頭腦,但喜歡問為什麼,喜歡默默觀察人,對生活中的事物窮追不捨。相信只要努力就會變好,相信科學是為了人而存在。 在這個記者被大多數人看不起的年代,努力做個對得起自己的記者。