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好奇號在火星的奇幻漂流:沉積岩與鑽探的意義

阿樹_96
・2013/01/18 ・1126字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

故事從這次火星的任務開始,至今也歷經超過160天,在1月15日的新聞稿中,提及了好奇號發現的礦脈與各種沉積岩。究竟,這些發現有什麼重大意義呢?讓我們繼續看下去。

好奇號目前所在的位置就在Gale隕石坑的Yellowknife Bay,一個充滿沉積岩的地區,從上圖右可以看到,白色箭頭指的是礦脈(礦物富集帶),黑色箭頭則是小型礦區,另外還有更多的礦脈在這個區域,像下圖更能明顯的看出,白色一條一條的礦物脈狀物。

這些礦脈成份是什麼呢?從好奇號上的兩個重要儀器「α粒子X射線分光儀」(APXS)和「火星手臂透鏡成像儀(MAHLI)是兩項探測的利器,利用前者從礦脈中偵測到了大量的鈣和硫,因此礦脈來源很可能就是像石膏等水合物一樣的硫酸鈣,經由水溶解的礦物,充填了岩石破裂產生的裂縫。在地球上,這樣的礦脈多為水的作用為主,下面的右圖是地球岩石的礦脈,左圖則是火星上拍到的照片。

除了礦脈,還有什麼樣有水的證據呢?就是接下來我們要談的:沉積岩。沉積岩中有許多的構造在此出現,從最粗粒的鵝卵石和粗砂,我們可以說泥、沙可能因為風的吹拂而搬運,但是顆粒大小到一定的程度就有可能吹不動了,就得靠水流的作用,而發現像鵝卵石與稍微磨圓的粗砂,就代表著還有滾動的跡像,因此只靠隕石撞擊碎裂而產生這些小石頭的可能性又更低了。最後,就是「交錯層理」,交錯層理是沉積作用中的重要現象,代表著「水流」的證據,在地球,地質學家可以利用交錯層理判別古水流方向!在火星找到了交錯層理,意味著發現了水流的歷史記錄,這也是在火星表面上首次找到這樣確切的證據!(下圖)

這些觀測結果振奮了NASA的研究人員,也振奮了筆者我,畢竟,這些現象在地球看似稀鬆平常,但是,搬到了火星上,也告訴了我們,或許火星也曾經歷過這些現象!接下來,好奇號要往下鑽了,想到在外太空電影不禁想到了電影《世界末日》。而我在過去大學時代也曾做過湖泊沉積物的專題研究,這一次好奇號預計鑽探的地點,是在這個地區的沉積岩中較為細顆粒的地方,並非剛才提及的鵝卵石和交錯層。顆粒細意味著在湖泊中的沉積環境相對穩定,生物死亡後,也會平穩的沉到底部,埋在砂和泥當中,如果在鑽探的岩心發現了有機物,那又是一個驚人的重大發現,屆時我們再來看看,好奇號能否再激盪出更多人們的好奇心?

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阿樹_96
72 篇文章 ・ 16 位粉絲
地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。


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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》