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最古老的恐龍胚胎化石出土

Yu-Wei Lin
・2013/04/15 ・1311字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

文/Lin 、PanSci編輯部

古生物學家在中國出土了一系列最古老的恐龍胚胎化石。這批珍貴的化石保留了許多個體不同的發育階段,提供了研究史前物種胚胎發育的難得機會。

來自加拿大密沙西加(Mississauga)多倫多大學的古生物學家羅伯特瑞茲(Robert Reisz)及研究夥伴,包括黃大一教授等五位台灣學者,在中國雲南省祿豐縣的化石場發現了許多恐龍形狀的化石。這些化石能追朔到侏羅紀早期,約1億9千7百萬至1億9千萬年前,其中化石含有蛋殼及超過兩百個未分裂的骨骼,而這是已知能代表恐龍正位於發育期的最原始性狀。研究在4/10發表於Nature期刊中,並獲選為當期封面故事。

「恐龍胚胎的化石記錄多半集中在白堊紀晚期,」皇家安大略博物館(Royal Ontaria Museum, ROM)的古脊椎動物主任大衛伊凡斯(David Evans)表示,「這個研究將我們對恐龍胚胎的詳細知識向前推進了一億年。」

但科學家想知道的不只是化石的年代。對中國恐龍的骨骼組織樣本進行光譜分析後,發現了從未在陸生脊椎動物見過的原始有機原料。瑞茲對這個結果感到訝異,因為以往經過石化的股骨會有較多坑洞且易碎,容易受到天氣及地下水的風化作用而變得相當脆弱。

「這表示我們也應該能在其他恐龍化石找到殘留的有機物,」瑞茲說,「只是我們還沒用對方法來探究它。」

這次發現的恐龍胚胎骨骼
研究團隊正在挖掘祿豐龍的巢穴地點

蛋白質線索

瑞茲認為,研究團隊發現的有機物是膠原蛋白。因為膠原蛋白的組成因物種不同而異,所以可以藉由更多的分析和其他物種的恐龍化石比對,包括像是體型龐大的蜥腳類(Sauropods);牠們可以重達100,000公斤,是地表上出現過最龐大的動物之一。

研究團隊推測,祿豐龍應該屬於蜥腳形亞目(sauropodomorphs),因為許多特徵和瑞茲於2005年在南非挖掘到的一種蜥腳形亞目Massospondylus 屬的胚胎骨骼相似,但是這次的發現又有些關鍵的差異,也就因此被歸於另一新屬分類-Lufengosaurus

這次的發現,也讓科學家有更多的資訊可以推敲出長脖子的蜥腳龍類,到底是如何能長到9公尺長,勝過同時期地表上的所有其他動物。在比較了數具不同時期 Lufengosaurus 腿骨標本之後,研究團隊找到證據顯示胚胎快速、持續發育,而且孵化期很短。

瑞茲提到,恐龍可能在孵化之後持續保持在超高的生長率,使牠能比掠食者的體型還要更大。他說:「這個模型或許能夠解釋史前動物的巨大化理論。」

祿豐龍胚胎復原模擬圖
祿豐龍可長到6公尺長

資料來源:Oldest dinosaur embryo fossils discovered in China. Nature News [10 April 2013]

圖片來源:Gallery: Tiny Dino Embryos. Live Science [April 10, 2013]

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Yu-Wei Lin
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東海大學生科系,興趣是兩棲爬蟲。 喜歡拍拍照、打打鼓、玩玩桌遊...etc~ 希望未來能在科普推廣盡一份心力!


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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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