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珊瑚預告的災難? 解開臺灣夏季降雨秘密的南太平洋海溫紀錄

活躍星系核_96
・2012/06/26 ・1432字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 601 ・九年級

臺灣大學和美國路易斯安那州立大學的地質研究團隊,聯手合作研究七年,利用珊瑚的鍶鈣比值和獨步全球的定年測定技術,第一次精確地重建近350年來,南半球海水表面溫度紀錄及其氣候變化模式,並且證實了臺灣降雨與南太平洋海溫驚人的關連性。如果氣候週期模式保持不變,未來南太平洋將進入一段10年的高溫期,再加上全球暖化效應,臺灣夏季降雨很可能會持續增加,政府應當儘快啟動因應對策及萬全防災措施。

這項研究是由臺灣大學地質科學系沈川洲教授與美國路易斯安那州立大學克莉絲汀·德隆(Kristine DeLong)教授的研究團隊共同合作,並於6月24日發表在《 自然‧氣候變遷》(Nature Climate Change)。

沈教授指出,南太平洋是全球最大面積的海洋,對全球氣候變遷佔有非常重要的角色。2011年中研院與臺大大氣系合聘的許晃雄教授及中央氣象局陳雲蘭研究員,已經發現近百年來的觀測數據顯示,包括臺灣的東北亞各島國,夏季降雨與南太平洋海溫具有同步變化的特性!這個研究已發表於《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)。

此外,國科會之「臺灣氣候變遷科學報告2011」亦指出,臺灣的長期氣候觀測紀錄顯示,在近50年來降雨特性明顯不同,降雨天數急劇減少而暴雨次數卻明顯增加,這種旱澇交替的極端氣候是自然週期的一部分呢?還是受全球暖化的影響?惡劣的降雨型態有減緩的趨勢嗎?還是一直持續下去?甚至會更加嚴重呢?這是臺灣當前面臨的急迫而切身的課題。

沈教授研究團隊於是從於南太平洋的阿美帝島(Amédée Island),鑽取了5支微孔珊瑚岩芯,並花了7年時間分析珊瑚骨骼鍶鈣元素比值,重建海溫。由於珊瑚骨骼「鍶鈣比值」是一種溫度的函數,海水溫度每升高1 oC,會造成正在成長骨骼中的鍶鈣元素比值減少0.8%,也就是說珊瑚「鍶鈣比值」是天然的海水溫度計。研究團隊再利用世界最頂尖,精準度最高可達一年的「鈾釷定年技術」,量測珊瑚年齡,重建西元1649至1999年,共350年該地區的詳細海表水溫資料,證實了臺灣降雨與南太平洋海溫的相關性。

研究團隊發現,南太平洋在西元1890年後,受全球暖化的影響下海溫逐漸升高,迄今一百年來已升高約 1 oC。而南太平洋海溫升高之所以影響臺灣夏季降雨增加的原因,在於將能量從低緯往高緯輸送的西太平洋的哈德利環流(Hadley circulation)系統。這個環流在熱帶西北太平洋上升,在西南太平洋下沉。不過當西南太平洋海面水溫一旦偏高,會阻礙冷空氣的下沉,使得哈德利環流減弱,減緩能量往南半球輸送,導致水氣與能量往北傳遞,造成日本、韓國、臺灣與菲律賓,夏季降雨明顯增加。

更令人憂心的是,未來10年的南太平洋海溫正值上升的週期,臺灣夏季的降雨量恐將更高。沈教授進一步說明,珊瑚與現代資料顯示,南太平洋的海溫存在著14-19年的週期,最近10年將很可能是高溫期,預計南太平洋海溫會持續上升,如果氣候模式不變,很可能會增強臺灣暴雨的強度或發生頻率,假若如此,預期未來臺灣夏季降雨將更趨猛烈。

但是,當遇到超大火山噴發,例如印尼的1815年坦博拉(Tambora)及1883年喀拉喀托(Krakatoa)火山爆發時,停留在大氣中的火山灰則造成南太平洋海溫下降1 oC及之後的數年的短期全球冷事件。紀錄也顯示,南太平洋海溫並不受11年週期的太陽黑子活動影響。

此外,沈教授團隊亦發現,南太平洋的震盪模式並不同於北太平洋20-30年的週期變化,也與赤道及熱帶的低緯度太平洋2-7年的聖嬰-反聖嬰震盪週期沒有直接關聯。這個發現與過去地球科學界的認知不同,顯示出太平洋各區域氣候的差異和複雜性。

研究文獻:Sea surface temperature variability in the southwest tropical Pacific since AD 1649, 2012, Nature Climate Change Vol. 2, doi:10.1038/nclimate1583

資料來源:台灣大學新聞稿(2012/06/26)

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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》