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卡西尼號發現泰坦可能擁有地下海洋

臺北天文館_96
・2012/07/24 ・1159字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

 義大利羅馬智慧大學(Sapienza University of Rome)Luciano Iess等人分析卡西尼號太空船(Cassini)的觀測資料,發現土星最大的衛星—土衛六(泰坦,Titan)在其冰殼之下,可能有地下海洋。尋找海洋一直是太陽系探索任務最重要的目標之一,因此這些科學家非常高興他們找到了一個海洋世界。

當土衛六環繞土星公轉過程中,受到土星重力影響,不斷被嚴重地擠壓或拉長。這些科學家估算:如果土衛六完全由堅硬的岩石組成,則土星重力僅會讓土衛六固體部分變形而形成高約1公尺的凸起(bulge),類似月球的重力引起地球海洋的潮汐現象一樣。但卡西尼號卻偵測到約10公尺的凸起現象,顯見土衛六不是完全由固態岩質物質組成。在地球上,地表海洋的潮汐現象由月亮和太陽的重力會造成。在開放式的海洋地區,潮高可達60公分左右。雖然液態水易於移動而形成潮汐現象,但其實受到太陽和月球重力拉扯之下,固體的地殼部分也會出現高約50公分左右的凸起。

土衛六每16天繞土星公轉一周,科學家便可研究它在軌道上不同位置時的形狀。由於土衛六並非完美的球形,而是有點拉長的橢球形,像是橄欖球一樣的形狀,它的長軸方向在比較靠近土星時會被拉得比較長;而8天之後,當土衛六離土星比較遠時,長軸方向變得較短,顯得比較圓。卡西尼號便是藉此測量土衛六被擠壓和拉扯的重力效應。

科學家之前不太確定卡西尼號是否能偵測到土衛六受所受到的土星重力潮汐,不過從2006年2月27日到2011年2月18日期間,卡西尼號6度接近土衛六的機會,這些科學家經由測量土星重力潮汐造成土衛六的變化,推測土衛六的內部結構。

Iess等人推測:土衛六內部應該有海洋,這片海洋無須太大,也無須很深,就足以讓土衛六受土星重力潮汐影響下,產生10公尺高的凸起。這片液態海洋,應是位在土衛六變形的地殼和固態地函之間。由於如同太陽系外側許多冰衛星一樣,土衛六表面絕大部分是由水冰所組成,因此這些科學家認為土衛六的海洋應該主要成分應是液態水。

土衛六擁有地下海洋的現象,並不是此處一定有生命出現的指標。科學家認為當液態水與岩石有接觸時,反而比較容易形成生命,而卡西尼號的資料並不能指出與土衛六地下海洋底部接觸的是岩石還是冰。

如果能多瞭解一點這片地下海洋的細節,或許也可以進一步瞭解土衛六表面甲烷可不斷更替補充的謎題,亦即甲烷究竟如何保存於土衛六內部,如何向外噴出至表面?土衛六所有獨特的現象都與其表面出現的大量甲烷有關,但大氣中的甲烷並不穩定,會在很短的地質時間尺度內就被摧毀,所以如何不斷補充大氣中的甲烷就變成一個非常重要的課題。科學家猜測:土衛六這片液態水海洋,其中的「鹽分」是氨,可以藉由液態海水中的氨鹽氣泡藉由浮力上升土衛六地殼,在冰殼中釋出甲烷。

資料來源:Cassini Finds Likely Subsurface Ocean on Saturn Moon[2012.06.28]

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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