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牽一髮動全身,南太平洋升溫帶動夏季降雨量增加

人間福報_96
・2012/07/25 ・1805字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

六月中旬的梅雨鋒面讓台灣從北到南都感受到雨神的威力,尤其降下的驚人雨量更令許多低漥地區都 「泡在水中」,一波波的豪雨肆虐使得車潮眾多的交通要道成了一條條水淹及膝的「河道」,讓望雨興嘆的市井小民苦不堪言,不禁想問為何老天爺的雨勢來得又大又急!

普羅大眾的疑問也是學者專家長年以來一直想探究的問題,不少大氣學者都曾提出氣候變遷可能導致「大雨增、小雨減」的現象發生。像是國科會去年發表的「台灣氣候變遷科學報告」中就明白指出,從台灣長期氣候觀測紀錄數據顯示,國內近50年來的降雨特性已和以往有所不同,雖然降雨天數比過去減少許多,但下豪大雨或暴雨的次數卻是一年比一年增加,這也意味著台灣未來可能得面臨「旱澇交替」的極端氣候型態挑戰。

事實上,不只氣候專家憂心忡忡,地質學者與國際團隊也透過南太平洋微孔珊瑚的鍶鈣比值變化,重新建構南半球海水表面溫度紀錄與氣候變化模式,結果從中證實台灣夏季降雨與南太平洋海溫變化的確有其關連性。

台灣大學地質科學系教授沈川洲表示,海洋與氣候變遷的關係向來密不可分,加上南太平洋又是全球面積最大的海洋,因此該海域一直是不少大氣學者的重要研究範圍。像是中研院與台大大氣系合聘教授許晃雄與中央氣象局技正陳雲蘭去年發表的研究成果,就是從近百年來的觀測數據中分析出台灣與韓國、東南亞島國的夏季降雨和南太平洋海溫具有同步變化的特性。

為進一步了解海溫升高與降雨增加的關聯性,台大地質團隊與美國路易斯安那州立大學研究專家攜手進行跨國研究,前往南太平洋阿美帝島鑽取5支微孔珊瑚的岩芯,再結合「鈾釷定年技術」來量測珊瑚年齡,歷經七年研究時間,終於從微孔珊瑚骨骼鍶鈣元素比值的分析中,重新建構出從南太平洋350年來(西元1649到1999年)的海水表面溫度變化資料,研究成果已經刊登在「Nature Climate Change《自然氣候變遷》》期刊。

為何從「鍶鈣比值」可以測出海水溫度的變化?沈川洲解釋,珊瑚骨骼「鍶鈣比值」是一種溫度的函數,科學家研究發現,每當海溫增高1℃,就會導致珊瑚骨骼中的鍶鈣元素比值減少0.8%,換言之,我們可以將珊瑚的「鍶鈣比值」當作是一種「天然海水溫度計」,加上微孔珊瑚壽命可長達千年以上,亦有利於研究團隊觀測長期的海溫變化。

宛如海水溫度計,珊瑚鍶鈣比可測溫度變化

然而,想重建出南太平洋數百年來的海水溫度資料模式可沒我們想像中那麼簡單,得透過「鈾釷定年技術」逐年地慢慢測量,因此研究團隊光是為了量測珊瑚年齡大小就花了幾年時間,是一項相當耗時費力的研究工作。

不過,看到這裡,多數人可能對「定年」這兩個字覺得有些一頭霧水。對此,沈川洲解釋,所謂的「定年」意思就是用來測量與判斷自然界生物年齡大小或礦物、化石等物質生成年代的方法。隨著科技發展與研究的精益求精,台灣的「鈾釷定年方法」可以說是愈來愈成熟,其量測水準不但在全球數一數二,其他國家的研究人員也常委託台大團隊協助定年研究。

而透過珊瑚骨骼的「鍶鈣比值」的分析,也確實反映出海洋溫度上升的事實。沈川洲表示,研究團隊發現,南太平洋從西元1890年後就因全球暖化等因素影響,導致海溫升高,一百多年來已升高 1℃,而這也導致台灣夏季降雨增加,其原因正好跟西太平洋的哈德利環流(Hadley circulation)系統有關。

沈川洲解釋,哈德利環流系統會在熱帶西北太平洋上升,在西南太平洋下沉,但如果西南太平洋海溫出現升高現象,就會阻礙冷空氣下沉,導致哈德利環流變弱,讓原本應該往南半球輸送的水氣與能量轉而往北半球傳送,使得台灣、日本、韓國、菲律賓等地區首當其衝,使得夏季降雨出現明顯增加情況。

不只如此,團隊還發現南太平洋的海溫變化是以14至19年為一個周期,未來10年很可能正好面臨高溫期,如果氣候模式沒有改變,也意味著南太平洋海溫會持續上升,屆時暴雨發生的強度與頻率就可能增加,導致夏季雨勢變得更加強烈。

團隊也呼籲政府當局與相關單位應做好防治措施,才能未雨綢繆,避免豪雨成災的景象一再上演。

深度閱讀:

書名:珊瑚世界的探索與了解

作者:國立海洋生物博物館

出版社:國立海洋生物博物館

出版日期:2011年12月01日

書名:走過南太平洋

作者:李冰編譯

出版社:中國民族攝影藝術出版社

出版日期:2004年01月01日

原文發表於人間福報

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人間福報_96
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人間福報每周五與你一起《遇見科學》


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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》