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全能動物極限「被」改造王!?

鄭國威 Portnoy_96
・2010/12/13 ・2820字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

POPSCI選出了12個「以科學之名」製造出來的極限改造動物。其中有幾個搞笑的,有幾個卻觸目驚心,在此介紹給大家,也好奇各位怎麼看這些以科學為名的實驗。有興趣的朋友請連回原文看更多喔

亞立桑那州立大學發現如果把蜻蜓養在高氧濃度的環境中,蜻蜓的身體會長很大...大概大15%,還沒有老鷹那麼大,但是已經很厲害了。這個研究的目的是要了解在高氧環境,例如古生代晚期的地球,是否對巨型生物的出現有所貢獻。但實驗也發現,蟑螂不會因此變大,所以請各位先不要太擔心...
亞立桑那州立大學發現如果把蜻蜓養在高氧濃度的環境中,蜻蜓的身體會長很大…大概大15%,還沒有老鷹那麼大,但是已經很厲害了。這個研究的目的是要了解在高氧環境,例如古生代晚期的地球,是否對巨型生物的出現有所貢獻。但實驗也發現,蟑螂不會因此變大,所以請各位先不要太擔心…
基因工程很喜歡把各式各樣的動物加上取自於發光水母的基因,然後變成螢光或是夜光,像是發光的豬、老鼠、獼猴、田鼠..然而這隻在紫外線照射下會發光的小獵犬之所以會「紅得發亮」引起大眾關注,主要原因是牠太可愛了!總而言之,科學家這麼作的原因不是為了要讓這些動物取代路燈或是不會在夜裡被車撞,而是為了要快速知道基因工程拼接技術成不成功,因為紫外線一打過去就看出來成功與否了,很有效率。
蜘蛛羊不是跟羊一樣大的蜘蛛,也不是跟蜘蛛一樣有八隻腳的羊。經過基因改造而帶有蜘蛛DNA的羊,牠的羊奶經過洗淨、晾乾、紡絲之後,就是堅韌無比的一大綑蜘蛛絲!懷俄明州的蘭迪路易斯大學可以從每一單位的羊奶中得到3%的蜘蛛絲,或許不久之後,所謂的羊毛製品得要重新定義一下。
很多「被基因改造」的動物對動物本身都沒有益處,純粹就是滿足人類的目的,像是前面介紹的發光狗跟蜘蛛羊。但還是有一些改造是為了要造福動物本身的,像是缺了兩隻腳的袋鼠裝了義肢後重新跳了起來,或是圖片中這隻可愛的英國家貓奧斯卡。一般來說,失去一雙後腿的貓或狗都頂多只能裝上讓他們很沒尊嚴的小輪車來恢復些許行動力,但如你所見,奧斯卡選擇了另一種更好的方式,幾乎完全跟受傷前一樣行動自如。
鱷是南佛羅里達州許多社區居民的惡夢。出沒的鱷魚讓當地的退休老嬤嬤們嚇得半死(當然,首先是因為人類把鱷魚的棲息地填平了拿來蓋社區住宅…)然而鱷魚的方向感跟記憶力太好,還內建地磁感應系統,不管被保育者移到哪裡,都可以再爬回來。於是佛羅里達的生物學家在麻醉鱷魚之後,用膠帶固定磁鐵在鱷魚頭部兩側,到了安全的野放處(也就是拿著槍的老嬤嬤們比較少的地方)再移除膠帶跟磁鐵,這樣一來,鱷魚就記不得回家的路了…可喜可賀?
把GPS晶片植入動物體內以便監測其實越來越常見,但通常用在移動範圍廣的海洋動物身上。南非Mafikan Game保護區為了保護瀕危的白犀牛-今年就有200頭白犀牛被盜獵者奪去性命跟角賣到中國去,於是科學家在犀牛的角上植入GPS晶片。晶片可以依照犀牛的動態發出多種不同訊號,例如異常無動作太久,或是離開保護區範圍時,會發出不同的訊號,巡守員便可以盡快趕往確認安危。
在機場及海關常常看見緝毒跟炸彈搜索犬在進行「實習」,因為雖然狗的嗅覺無與倫比,但真正能擔當起緝毒跟搜索炸彈這等重責大任的狗數量並不多,即使經過訓練,也只有3成左右能夠通過嚴格考驗,真正「走狗上任」。於是,南韓的科學家就直接複製了半打優秀的拉布拉多緝毒犬,六隻當中有五隻已經在南韓各地擔任緝毒犬。這些「一樣可愛」的拉布拉多都有著同一個名字:「Toppy」。
雖然合成的嬰兒奶粉越來越營養,但是依舊無法替代母乳對孩子的功效,尤其是母乳當中含有某些蛋白質,可以增強孩子的免疫力。於是乎,俄國科學家便嘗試將人的基因混入老鼠體內,使老鼠分泌含有嬰兒需要的乳鐵蛋白…不過你大概會問「幹麼要用老鼠啊?」的確,老鼠奶(即使成份是優質母乳),大概也不會被接受,這個實驗是為了之後能在大型動物上,如羊跟牛身上複製成功的先行研究啦。
畜牧業工廠化之後備受各界批評,除了畜牧業排放大量會造成全球暖化的氣體之外,畜養跟宰殺過程的殘忍也讓很多人不忍。不過科學家總是想得跟一般人不一樣:既然覺得牛啊羊啊會害怕會痛很可憐,那就製造出不會害怕、沒有痛覺的牛跟羊吧!這樣到底算是人道還是不人道呢?美國FDA的態度還不明確,但大辯論已經開始了。
一種叫做AquAdvantage的基改鮭魚可能很快就會成為我們的盤中飧。這種鮭魚是三種魚類的合體。首先,先把具有耐寒能力的美洲綿䲁(Ocean Pout)DNA轉植入鮭魚家族中體型最大的奇努克鮭魚(又稱國王鮭魚)中,然後再將這種改造過的奇努克鮭魚DNA轉植入大西洋鮭魚中(又稱海灣鮭魚),搭啷,大功告成。這種鮭魚整年都可以成長,圖中大隻的就是經過基改的AquAdvantage鮭魚,小隻的是原本的大西洋鮭魚,兩隻年紀一樣大,「漢草」差很多。美國FDA雖然保證這種鮭魚絕對安全美味,但抗議團體也質疑FDA報告的證據,更擔心這種生物要是進入自然生態圈,會滅絕原本的鮭魚。
差不多就是你所想像的那樣。美國國防先進研究計劃局(DARPA)委託加州柏克萊大學開發生物控制晶片,將小小的晶片放在大金龜子身上,與腦連結後,研究者能透過筆電或是手機遙控金龜子在空中飛行。也難怪國防單位會對這個研究那麼感興趣,簡直是防不勝防的無人迷你飛行機!這下子未來秘密會議要召開之前都要狂噴殺蟲劑了。
不管你相信「機器人會殺光我們」或「機器人會拯救我們」,現在有個新的選項,或許是更有說服力的選項:「猴子控制的機器人會XX我們」!美國匹茲堡大學的Andrew Schwartz博士在猴子的腦中跟手上各置入一塊晶片,並訓練牠用機器手來餵飽自己。結果發現成效卓著,除了可以做出簡單的抓取動作外,機器手臂的肩膀、手肘、手腕都能配合做出動作。繼續下去,完全可以用腦控制的人工軀體(還能叫義肢嗎?)不遠了。

(圖片引用自POPSCI)

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鄭國威 Portnoy_96
241 篇文章 ・ 382 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。


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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》