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史上最慘烈的核子事故車諾比,三十年後如何再現生機?──《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2019/10/25 ・2284字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

車諾比,史上最慘重核災的事發現場

時值 1986 年,車諾比的核反應爐發生爆炸,200 噸重的放射性爐心有 5% 因此進入大氣,反應爐周圍的輻射劑量從安全的平均背景值── 2 毫西弗(簡稱mSv)──飆升至 2 萬多毫西弗。車諾比核災為史上最慘烈的核子事故;然而,此地卻在 30 年後重拾生機,令專家大感意外。

核爆發生後,數以百計的核電廠員工和消防員旋即展開圍堵輻射落塵大作戰,以每小時達 300 噸的水量灌澆反應爐,甚至派機器人入內蒐集燃燒中的殘餘物。為了控制火勢和阻隔輻射,飛行員在爆炸後留下的大坑上方來回飛行,將可吸收輻射的物質投至曝露的放射性爐心。硼能吸收中子、白雲石可吸熱、鉛能阻絕輻射,沙子則得以掩蓋所有事物;總計飛行了約 1800 趟,投下 5000 噸左右的物料。

影集《車諾比》劇照。圖/IMDb

在圍堵作業進行的同時,核爆產生的塵埃和殘骸也升至空中一公里處,風則將落塵(放射塵和反應爐粒子)往西北方吹。其中最危險的粒子是銫和碘,兩者皆會進入食物鏈中,並對去氧核糖核酸(簡稱DNA)造成損害。粒子較大的銫–137 飄不遠,因此會撞上核電廠附近的樹木或建物,隨著降雨覆蓋地表,亦會附著在皮膚和衣物上,或進入河川、溪流,並透過土壤滲入地下水。這種汙染涵蓋了核電廠周遭 20 萬平方公里的範圍。

碘–131 的粒子較小,移動範圍更遠,這些粒子可在高空中飄浮,並散布至歐洲各地,甚至有微量的粒子抵達美國和日本。

當然,輻射粒子才沒有麵粉這麼重,也不是拍拍掉、掃掃地就能解決的。圖/GIPHY

附近地區的人們則面臨了最緊迫的危機。在方圓 4300 平方公里內,人終生所接受的輻射曝露量可能大於 350 毫西弗。在擁有 4 萬 5000 位居民、離核電廠最近的普里彼特小鎮中,有些人已承受了 50 毫西弗的輻射。因此,普里彼特和鄰近區域的逾 15 萬名居民都被疏散。直到今天,反應爐周邊 30 公里的範圍仍屬禁區;各界認為至少在未來的 2 萬年內,重返這塊土地對人仍有危害。

在居民撤離的同時,則有眾多工作人員進駐。這些「清理者」用他們稱為「糖蜜」的稠狀液體沖洗街道的放射塵、推倒枯木、掩埋毀壞的設備,並夷平遭汙染的建物。

這些人賭上健康,承受了介於 100 至 500 毫西弗的輻射劑量;在第一批工作人員中,便有 237 位罹患了急性輻射疾病。然而,多虧了他們的努力,核災禁區的輻射量開始下降。

在充滿放射性的環境裡,生命不息,恢復不止

隨著時間的流逝,禁區的危險性也因放射性衰變而下降。碘–131 的半衰期僅 8 天;銫–137 則是 30 年。年復一年,輻射帶來的危險亦穩定減少。

事故發生時,樹木遭到最嚴重的輻射落塵侵襲,吸收了 60% 至 90% 的放射性雲霧,接收的輻射劑量達每小時 5 毫西弗。400 公頃的松木林因此枯紅凋亡,蜂、蝶和蜘蛛等生物也隨之死去。雨水則將放射性粒子沖刷至黏質土中;隨著新樹木長出,放射性粒子便開始在生態系裡循環,進入林地的蕈菇、樹枝上的地衣之中,再進到鹿和駝鹿等食草動物體內。然而,在核災過去多年後,這片森林已開始重拾生機。

圖/GIPHY

松林毀損後,原地則長出了樺樹和白楊。雖然樹木仍會從土中吸收輻射,但動物已再現蹤跡。鼠類等的數量已恢復正常,較大型動物亦受惠於人類撤離後所留下的空間。如今走進林中,會發現野豬、棕熊、駝鹿、麆鹿、狼、山貓和野牛。不可思議的是,禁區內的黑鸛、白尾海鵰等瀕危鳥類數量更在烏克蘭境內居冠。

然而,林中某些區域的輻射量仍居高不下,這些地區不見獸跡、不聞鳥啼,缺乏有機體來分解落葉,因此枯枝落葉層異常地厚。為了降低野火的風險,專家便在林地上放牧一批普氏野馬,儘管在輻射的威脅之下,但馬群似乎繁衍興旺。

隨著禁區內的動植物欣欣向榮,科學家也試圖讓土地恢復到可安全耕作的程度。生長在受汙染土壤中的植物會吸收銫粒子,無法讓人安全食用。但研究員發現,鉀肥能阻止植物吸收放射性粒子;在植物根部周圍鋪上麥桿則能防止輻射再度進入土壤;甚至僅是犁田也有助於分散放射性粒子、減少輻射熱點。雖然各作法的助益有限,但多管齊下卻有可能讓這片土地再度變得安全。

核災禁區雖然逐漸復甦,但仍有個大問題:

4 號反應爐和剩下的 95% 放射性燃料仍在原地,且反應爐周圍建於 1980 年代的混凝土石棺已開始碎裂,倘若真的崩塌,將有更多的放射塵進入空氣中。

至今仍留在原地的4號反應爐。(點圖放大)圖/知識大圖解

為了避免惡夢成真,跨國團隊已於 2016 年建好「新安全防護罩」(New Safe Confinement),萬一石棺崩塌,新防護罩仍能圍堵輻射塵。起重機將小心地拆卸碎塊,以便開始清運輻射量極高的廢棄物,並將之安全掩埋。在新防護罩底下,輻射劑量仍高達每小時 500 毫西弗,但在防護罩之外,大自然已開始緩慢復甦。現在就算直接站在新的拱形防護罩上,危險性也只跟照牙科 X 光差不多。多虧了這 30 年來的密集努力,車諾比核災禁區已逐漸恢復生機。

——文章出自《知識大圖解國際中文版》2019 年 10 月號,由希伯崙股份有限公司 (LiveABC) 出版

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知識大圖解_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》