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獵戶座V1647—新生恆星的X射線心跳

臺北天文館_96
・2012/08/09 ・1029字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

科學家Kenji Hamaguchi等人利用歐洲太空總署(ESA)XMM-Newton、美國航太總署(NASA)錢卓(Chandra)和日本朱雀(Suzaku)等三架X射線觀測衛星進行觀測,呈現出一顆年輕類太陽恆星以高速自轉並向外噴濺大量超高溫電漿的劇烈行為。這或許是與太陽類似的恆星誕生時的普遍現象。

這類恆星是從氣體與塵埃組成的星雲中誕生。雲氣受到自身的重力影響而逐漸向內塌縮,在雲氣濃密的中心處形成一個原恆星(protostar,或稱為胎星),原恆星周圍則有氣體塵埃盤環繞。當氣體塵埃盤中的物質以每秒數百公里的高速持續向中心掉落,原恆星因而得以成長成一顆正式的新生恆星。

並不是所有物質都會落往原恆星,有一小部分物質會隨著原恆星南北兩極的噴流被高速向外拋出。這些噴流高度不穩定,其活躍程度便是氣體塵埃盤最內側區域的強烈活動指標。由於中間的原恆星被濃厚的氣體塵埃包覆,不易觀察這個最內側區域的狀況;然而,X射線卻可穿透這個濃密而不透明的區域。因此科學家們利用X射線監測一顆年輕的類太陽恆星,獵戶座V1647(V1647 Ori),企圖重新建構環繞恆星的氣體塵埃盤最內側究竟發生了什麼事。

獵戶座V1647位在距離地球約1300光年遠的麥克尼爾星雲(McNeil’s Nebula)中。Hamaguchi等人利用上述幾架X射線衛星監測兩次跨越數年的爆發事件,一次在2003~2006年,第二次則從2008年迄今未歇。觀察發現這兩次爆發事件中,恆星質量成長速度變快,X射線亮度陡然增加,溫度也劇烈增加至攝氏5000萬度。

Hamaguchi表示:或許是這顆恆星表面的磁場活動製造出超高溫電漿。太陽表面也有類似的磁場活動,但獵戶V1647的狀況卻是連結轉速不同的恆星與塵埃盤的磁場持續扭曲、斷裂、重新連結。引發恆星表面磁場活動的原因也可能是物質堆積到恆星表面所造成的。

此外,Hamaguchi等人還發現另一種規律地重複發生的X射線輻射變動,變動週期約為1天左右。以獵戶V1647的體積大小而言,這種規律的X射線變動,顯示這顆恆星自轉速度異常快速,瀕臨分崩離析的地步。同時,落在恆星表面的物質在恆星表面相反的兩處位置形成扁薄的熱點,隨恆星1天的自轉週期而轉動。Hamaguchi等人看到的規律性X射線變動,就是這些熱點隨恆星自轉,反覆出現或消失在我們視野中的結果。

可是,2004年和現今所觀測到的這個X射線輻射規律心跳,卻不盡相同,顯示這雖然是個雜亂無章的行為,但總歸恆星-塵埃盤系統間的大尺度結構可維持長達數年的穩定狀態,而不至於變化得過於快速。

資料來源:X-raying the beating heart of a newborn star[2012.07.04]

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》