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赫歇爾觀測到北落師門周圍的彗星屠殺事件

臺北天文館_96
・2012/05/29 ・1047字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

天文學家經由歐洲太空總署(ESA)赫歇爾太空望遠鏡(Herschel Space Observatory)觀測發現:北落師門(Fomalhaut)周圍有個塵埃帶(dusty belt),可能是每天數千顆冰彗星互相撞擊摧毀的結果。

北落師門是個相當年輕的恆星,僅約數千萬年而已,其質量約為太陽的2倍。天文學家於1980年代透過紅外天文衛星(IRAS)首度發現其周圍的塵埃帶;但透過赫歇爾太空望遠鏡的遠紅外波段最新影像,天文學家這才發現更多細節。比利時魯汶大學(University of Leuven)Bram Acke等人分析赫歇爾的觀測資料,發現塵埃帶中的塵埃溫度約在攝氏零下230到零下170度之間。然而,由於北落師門並非位在塵埃帶中間,而是稍微偏向南側,使得塵埃帶的南側比北側稍微溫暖一些、明亮一些。

數年前,透過哈柏太空望遠鏡的觀測,顯示塵埃帶窄而不對稱,天文學家認為其中可能有顆行星正在繞著北落師門公轉,而哈柏的可見光波段觀測資料,是蒐集被塵埃帶固體微粒散射的星光,由此推測的塵埃直徑約為數十毫米左右。而現在,透過赫歇爾太空望遠鏡的觀測,塵埃熱能特性推測,塵埃帶中的塵粒,顯然絕大多數是直徑只有數毫米而已的固態微粒(1毫米相當於百萬分之一米)。然而,如此一來,赫歇爾的觀測資料便與哈柏的資料衝突,兩者推測的微粒直徑相差了10倍以上。

為解決此矛盾衝突,Acke建議:這些塵粒必定是像太陽系中彗星遺留在軌道上的塵粒一樣,蓬蓬鬆鬆,並不紮實。如此一來,它的熱能特性和散射特性,就都能符合哈柏和赫歇爾觀測的結果了。

不過,解決了一個問題,卻又引發另一個問題:來自北落師門的明亮星光,應該會很快地就將這些小塵粒向外吹散;但事實卻是:北落師門周遭的塵粒數量龐大到不可思議的地步。唯一可以克服這個矛盾的答案,就是得不斷有新鮮的塵粒補充,而新鮮塵粒應該是來自稍大天體互相撞擊的結果。

為維持這個塵埃帶的現況,這些稍大天體的撞擊頻率必定相當驚人,據估計,相當於每天至少有2顆10公里級彗星互撞,或是有2000次1公里級彗星互撞,而且得互撞到完全粉碎的程度,才能滿足所需。Acke等人對此結論相當驚訝,因為對這些天文學家而言,這個要求的數量是個天文數字。

若要保持撞擊速率如此之高,那麼北落師門塵埃帶中的彗星數量必定高達2600億~83兆顆之多,其中所估之數量差別來自彗星大小。我們太陽系的歐特雲區(Oort Cloud)中所擁有的彗星數量與此相差不多,而歐特雲就是在太陽系處在像北落師門這麼年輕時,將太陽周圍塵埃盤中的物質向外散射而形成的。

資料來源:Herschel spots comet massacre around nearby star, 2012.04.11

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》