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公民科學助攻,一同守護海洋環境與生態

科學月刊_96
・2021/11/19 ・3008字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由海洋保育署廣告企劃,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰稿/謝宜蓉|2014 年一頭栽入太平洋擔任海上解說員,從此開啟生態視野,偶爾喜歡下水,立志看遍世界上所有種類的鯨豚。

在臺灣,公民科學早已在陸地上深根多年且蓬勃發展,而海洋環境的公民科學則處於萌芽階段。為了鼓勵更多公民科學家加入守護海洋的行列,海保署於今年舉辦「海洋公民科學家數據松」,希望透過公民的力量,將過往科學家收集的資料進行分析與知識轉譯,讓大眾一同解決各面向的海洋保育工作。此外,藉由海保署建立海洋資料庫,為海洋的永續發展盡心力。

一早踏入會場,簡報上印著斗大的「海有問題,我來分析」八個字。這是第一屆海洋公民科學家數據松的成果發表會,由來自不同領域的一般民眾組隊參與,以臺灣各地組織長年累積的數據作為起頭,展開針對不同專業的課程及工作坊內容。

海洋裡棲息著繽紛多樣的生物,需要我們用心保護,才能永續利用。圖/Pixabay

「數據松」一詞的由來

「黑客松」(Hackathon)一詞源自於黑客(Hack)+馬拉松(Marathon)。今(2021)年由海洋委員會海洋保育署(以下簡稱為海保署)所發起的活動主題訂定為「海洋公民科學家數據松」,希望透過短短一個多月馬拉松式緊密的工作坊及線上課程,讓參與者將臺灣各地海洋公民科學家所收集及長期累積下來的不同類型數據,透過公開資料及圖表呈現的方式,創造出引人注目的海報,解決不同面向的海洋保育難題。

活動內容包含了線上增能課程、組隊報名、數據松工作坊,以及決選成果發表。參與活動不但能夠理解目前在臺灣各地的海洋公民科學數據內容,學習如何將基礎數據透過跨領域的資料科學應用,也能夠在工作坊透過專業講師帶領,將海洋公民科學數據製作成精美並容易理解的海報,提供一般大眾閱讀及使用。

由陸地走向海洋的臺灣公民科學

臺灣陸域的公民科學計畫早已遍地開花,而海洋相關的公民科學則逐漸嶄露頭角。去(2020)年由各地的海洋公民科學家舉辦的「海洋狗仔隊大集合」嘉年華,打開了一般民眾對於海洋公民科學的視野。而海保署透過本次辦理的海洋公民科學家數據松,也期望能由初步認識海洋公民科學,進階到了解各地長年來所累積的海洋公民科學數據,並應用在不同的對象上。

成果發表中榮獲第二名的組別:「前進龜山島:海豚生態教室大解密」,團隊設計者希望這份海報能夠被龜山島周圍的賞鯨業者所使用。海報採取視覺化的方式,呈現出一趟賞鯨旅程中,有可能遇見的鯨豚種類及其外形上的特徵,提供給龜山島周圍的賞鯨遊客閱覽並實際應用。

而獲得第三名的組別海報主題為「海龜你今天過得好嗎?」。海報設計則針對了對海龜有興趣的民眾,除了能讓讀者認識不同種類的海龜外型特徵之外,也期望透過一般大眾對於明星物種的重視,喚起海洋保育的意識,並透過分析擱淺資料及數據,探討各地海龜死亡背後的主因。

海龜是海洋中的動物明星,卻面臨著船支螺旋槳與流刺網的威脅。圖/Pixabay

由不同面向所推動的海洋事務

若仔細了解海保署成立至今所推動的各項海洋事務,可發現海保署早在成立之初便企圖在不同海洋領域推動公民科學的概念。其中包含以休閒活動角度切入的珊瑚礁健檢員、海龜普查員、釣訊情報員、巡鯨觀察家等,以不同面向增加民眾對於海洋相關情報的搜集,藉此推動iOcean海洋保育網資料庫的知名度。

在推動海洋公民科學相關資料庫的過程中,有針對不同項目遇到不同的困難嗎?黃署長表示,這些資料大部分屬於自願性質,由於不同項目所觸及的對象不同,例如垂釣的資料以臺中港為大宗,鯨豚的資料則是因為賞鯨活動集中在東部區域以及賞鯨季節。海洋公民科學資料庫推動之初,因數據較少而容易分布不均勻,這未必與事實真相相符,因此,活動過程中若使用到這些數據,解讀時必須更加仔細的考量時空分布的狀況。

黃署長表示:初期數據較少而容易分布不均勻,未必能反映出實際狀況,因此,在解讀這些數據時,必須更加仔細的考量外部因素。圖/科學月刊

今年舉辦第一屆海洋公民科學數據松,在推廣海洋公民科學上向前邁進了一大步,也仍有許多地方能夠持續改善。例如有些數據的使用者對於資料的本質並不是相當清楚,也不了解數據收集的過程造成資料傳遞時的可能誤差。因此,對於提供數據的組織與使用數據的對象之間,各個團隊是否能夠彼此相互交流調查數據的方式,都是主辦方後續辦理相關活動時,必須考慮並納入,作為豐富活動的考量。

結合海洋公民科學的在地守護計畫

除了針對一般大眾積極推動海洋公民科學內容外,海保署也發起「在地守護計畫」。該計畫主要由在地社區或是區域性的團體,自願發起針對不同地域所設計的海洋公民科學計畫。

公民科學家的精神來自於專業的科學家並非有足夠的時間,長期在第一現場研究及調查。若無法現場實地搜集數據,則必須仰賴來自第一線並對該研究感興趣民眾協助共同累積資料,並依照長期下來的資料趨勢,觀察當地的海洋生物及其生態環境,是否因應不同的自然或人為條件而有所改變。

除了每年針對不同地區委託專業的科學家執行各種調查之外,海保署也在今年招聘海洋保育巡查員,辦理、協調、執行海洋保育的相關工作。目前任職於臺北與基隆的巡查員表示,雖然初次接觸當地的海洋保育相關事務時,無法在短期內看到非常大的進步或對於海洋環境的幫助,但在長期持續的累積之下,可藉由發揮自身專長為當地的海洋保育做出貢獻。

海保署發起「在地守護計畫」,希望由在地社區或團體,自發性的調查當地海洋生態狀況。 圖/Pexels

朝向永續發展的海洋資料庫

當我們再次進入 iOcean 海洋保育資料庫,並點選海洋公民科學家項目後,會發現在不同選項後方的括號都註明著不同的單位,例如河川水質(環保署)、漁港水質(漁業署)等。若仔細觀察細項後才恍然大悟,原來在不同的項目,自 2010~2018 年的資料來源,皆為行政院環境保護署及行政院農業委員會漁業署。2018 年海保署成立後,漁業中屬於經濟性魚類的權責仍歸屬於漁業署管理,海洋中的保育類生物權責則屬於海保署。

雖然如此,海保署成立的海洋保育資料庫,仍希望藉此收集過往的調查內容及未來的公民科學資料數據。除了透過收集海洋公民科學家的數據,累積臺灣長期的海洋資料庫外,也期望能夠藉此公開過往政府委託不同單位所做的各項尚未公開的調查資料,這也是海保署在成立 iOcean 海洋保育資料庫很重要的一項動機。

海洋為各種軟骨魚及硬骨魚類、頭足類、海洋哺乳動物,以及藻類、軟硬珊瑚所共同棲息的生長環境,海水受到全球暖化、季節、洋流的影響,造成海洋中鹽度及溫度更加瞬息萬變。若一一細數,其生態系複雜程度甚至更甚於陸地,我們期望海洋能夠全面性地成為更健康的樣貌,仍需要由各單位共同合作才能真正達到永續的目標。

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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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