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史匹哲發現第一代天體猛烈焚燒所釋出的光

臺北天文館_96
・2012/06/15 ・1041字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

美國航太總署(NASA)哥達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)科學家Alexander “Sasha” Kashlinsky等人,利用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)精確測定宇宙中第一代天體所發出的幽暗熒光。這些第一代天體可能是大質量恆星,或是黑洞巨獸,只是因為距離非常非常遙遠,使得它們所發出的光暗得無法輕易偵測到。但透過史匹哲太空望遠鏡的紅外之眼,捕捉到這些第一代天體所發出的紅外光組態,讓科學家得以確認第一代天體數量繁多,而且使用太空燃料毫不吝惜的劇烈燃燒。

Kashlinsky表示:這些第一代天體本質上應該都極端明亮。雖然不能直接排除這些神秘的光源來自鄰近宇宙的可能性,但在分析研究之後,發現這些神秘光源愈來愈可能是來自遙遠而古老的宇宙。這項猜測,或許未來可藉助韋柏太空望遠鏡(James Webb Telescope)的幫助而解決。

史匹哲於2005年時首度捕捉到這些稱為宇宙紅外背景輻射(cosmic infrared background)的遙遠輻射形態,在2007年時又做了更精確的測量。在史匹哲進入延伸任務之後,科學家們也繼續深度研究不同天區的宇宙紅外背景輻射。Kashlinsky等人利用史匹哲研究天空中兩塊區域,每塊區域的觀察時間都超過400小時。

這些科學家小心翼翼的扣除此天區中所有已知恆星和星系,驚訝的發現居然不是空曠的黑,而是呈現某種昏暗的輻射型態,且這個紅外背景輻射型態與非常遙遠、如星系團等的大質量天體的分佈一致。右上圖是針對牧夫座一小塊1°×0.12°大小的天區所做的觀測,上方為4.5微米原始觀測結果,影像中可見前景恆星和遙遠星系;下方則是將已知恆星和星系移除,並將對比予以增加而讓背景輻射顯現出來。

宇宙約在137億年前經大霹靂而形成,大霹靂後不久,宇宙變開始逐漸冷卻,約在5億年之後,第一代恆星、星系和黑洞開始成形,由於材料充足,因此第一代恆星質量多半很大,核融合反應非常劇烈。天文學家認為某些宇宙「最初的光」可能已經悠遊數十億年之久,終於抵達史匹哲太空望遠鏡中。這些光最初應是可見光或甚至紫外光,但由於宇宙膨脹之故,波長被拉長而落在紅外波段裡,史匹哲因而得以捕捉到這些宇宙最初之光。

想像在雜訊如雪花斑斑的老電視的小螢幕上尋找某些特定圖案或型態,很難找出這些圖案的真實型態。可是如果在大一點、解析度好一點的螢幕來做相同的工作,驗證猜測的機會就大了很多。因此,史匹哲的新觀測將觀測區域擴展到2倍滿月面積這麼大,比先前其他類似偵測活動還大很多,並計畫未來將觀測區域繼續擴展,搜尋更多古老宇宙的線索。

資料來源:NASA’s Spitzer Finds First Objects Burned Furiously[2012.06.07]

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_96
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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》