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天文學家逮到4個正在消耗類地系外行星物質的白矮星

臺北天文館_96
・2012/06/24 ・1291字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

英國華威大學(University of Warwick)Boris Gänsicke等人,觀測到4顆白矮星周圍有塵埃環繞,這些塵埃可能一度是類似地球的系外行星,只是已經破碎,且白矮星們正毫不客氣的正在享用這些碎屑。

白矮星是質量類似太陽的恆星們因核心核融合材料用盡、演化到生命末期時,核心部分向內收縮而形成的。利用哈柏太空望遠鏡進行白矮星大氣組成的大規模巡天觀測,總共在離太陽數百光年範圍內發現了80幾顆白矮星,其中,Gänsicke等人發現有4顆白矮星大氣中最常見的元素就是氧、鎂、鐵和矽,而地球本身有93%以上就是由這4種物質所組成。更有趣的是:白矮星大氣物質所含有的碳元素比例極低,狀況與地球及太陽系其他幾顆類地行星非常近似。

這是天文學家測量受到塵埃碎屑污染的白矮星大氣中,首度發現碳元素比例如此低的狀況。這不僅可明確證明這些白矮星曾一度擁有至少一顆岩質系外行星,只是這些岩質行星都已經被摧毀,而且這些觀察結果還呈現了這些系外世界最後的死亡階段究竟是什麼景象。

白矮星的大氣層主要由氫元素組成,有時還含有氦,大氣中若有任何氫氦以外的重元素,都會在數天之內被白矮星強大的重力拽向白矮星核心而不得見。有鑑於此,Gänsicke等人估計:要達到這4顆白矮星大氣中類似地球的這些重元素比例,必定是每秒有100萬公斤以上的物質不斷落向白矮星表面的結果。

其中一顆編號為PG0843+516的白矮星,由於大氣中的塵埃含有極其豐富的鐵、鎳與硫,使得它比其他白矮星更特別。鐵和鎳一般存在於類地行星的核心部分,這是因為夠大的行星形成過程中,由於重力而使得比較重的元素沈向核心的關係,即所謂的「分異作用(differentiation)」,地球也曾在形成之初經歷過分異作用,因此而有地核、地函和地殼的分層;而硫則因化學性質本就易於受鐵吸引,因此也會隨著鐵沈到核心去。因此,這些天文學家相信:PG0843+516不僅正在吞噬它的破碎行星的殘渣,而且是這顆或這些行星原本的核心部分。

Gänsicke等人指出:這些白矮星距離地球都在數百光年遠,但類似白矮星吞噬其周遭行星碎屑的這種劇碼,很可能未來有一天也會在我們的太陽系中上演。天文學家預估我們的太陽還有約50億年左右的壽命,因此約數十億年太陽核心的氫含量不足以繼續進行核融合反應,太陽外層大氣將逐漸膨脹形成紅巨星,逐漸將最內層的水星、金星吞沒,雖不清楚地球是否也會被變成紅巨星的太陽吞噬,不過地球即使逃過被吞噬的命運,也躲不過因太陽表面逐漸接近而使地球表面液體都被太陽炙烤後蒸發殆盡的末日結局。

當太陽逐漸從紅巨星階段轉變到白矮星階段時,將會隨外層大氣膨脹、逸散到太空中而損失大量質量,所有行星也會被推離原本的位置。這將導致行星軌道變得不穩定而引起互撞,如同太陽系誕生之初那段不穩定時期一樣。這個過程可能讓所有的岩質行星被毀,形成大量小行星,有一部份小行星便是來自原本岩質行星核心。在我們太陽系中,木星可能可以在這場浩劫中倖免於難,並將因行星破碎後形成的小行星、或是原本就存在的小行星彈向變成白矮星的太陽。

資料來源:Four white dwarf stars caught in the act of consuming ‘earth-like’ exoplanets[2012.05.03]

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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