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終於在太空中找到氧分子

臺北天文館_96
・2011/08/06 ・1615字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

赫歇爾太空大型望遠鏡和最先進的紅外探測器首度為我們證實了:在太空中也發現氧分子,這是在獵戶座恆星形成區中的新發現。

單一原子氧在太空中很常見,尤其在大質量恆星的周圍。但是氧分子,也就是構成我們所呼吸空氣約20%的氣體,過去一直和天文學家玩著捉迷藏,直到這回才現身。

赫歇爾計劃首席科學家,本篇論文的主要作者Paul Smith說:「氧氣這種氣體在1770年代時便已發現,但終於能肯定地說,這個非常簡單的分子,在太空裡真的存在,卻花了我們230年」,該團隊的最新 發現即將刊載於Astrophysical Journal。

幾十年來,天文學家為了搜尋難以捉摸的太空氧分子,用上了熱氣球搭載的偵測儀器,地面和太空望遠鏡。2007年,瑞典的奧丁望遠鏡對氧分子曾有過驚鴻一瞥,但再次確認卻一直沒消息。

這次發現氧分子的Goldsmith和他的同事認為,氧氣是被鎖在水冰裡,被微小塵埃微粒包覆住。赫歇爾望遠鏡在獵戶座星雲探測到的氧,是冰顆粒受暖於星光後,釋放出水所形成。冰變成水,轉換成氧分子。

這次的發現可能可以說明太空中還有一些氧可能藏身何處,論文作者Goldsmith說:「這次,我們並沒有發現大量的氧分子,並且也還沒搞懂,這回觀測到氧分子的這個所在處,到底有何特別,所以,目前為止,宇宙還是對我們謹守著許多不透露的秘密。」

Goldsmith團隊計劃繼續往其他的恆星形成區去尋找氧分子。

氧在宇宙常見元素榜上排名第三。它的分子形式在太空中必然豐富,華府總部的赫歇爾計畫科學家表示,赫歇爾望遠鏡是探測這個未解之謎的有力工具,它是個 創新的工具,為天文學家提供了一個最佳指示器,能在一套新的不同波長中查看,究竟誰能洩露出氧分子訊跡何藏。(Lauren譯)


下圖圖說:太空氧不再音訊渺茫


鄰近於獵戶座星雲的恆星形成中心,在一塊氣體塵埃密集區裡,赫歇爾望遠鏡發現了 – 氧分子。

天文學家終於在太空中找到了氧分子獨特的訊跡(signature),這種氧分子正是我們在地球上每天所呼吸空氣的組成成分之一。雖然在赫歇爾太空望 遠鏡的觀測中,仍未解答為什麼宇宙裡的氧分子一直如此罕見,不過這個最新觀測成果,倒是對於為甚麼過去一向以來,氧分子從不肯在宇宙裡現身,提供了一些線 索。

天文學家認為,可能是新生恆星溫熱了附近的冰微粒(icy grain),釋放出水,然後水轉換為氧。但至於為何在同一塊氣體塵埃雲裡的其他部分,卻並未檢測到氧分子呢?或許是因為那裏的氧仍被鎖在冰微粒裡。

圖片的放大區裡顯示的是,氧分子在藝術家筆下的概念圖,其中,兩兩相連的球體表現的是:兩顆氧原子結合在一起變成一個氧分子。背景中的獵戶座星雲由NASA的史匹哲太空望遠鏡於紅外光波段中拍攝。


下圖圖說:獵戶座星雲裡的氧

圖中彎彎曲曲的線條,或者又稱為「譜線」,表現的是氧分子的訊跡,由赫歇爾太空望遠鏡在獵戶座星雲發現。

  本圖說明了天文學家終於在太空裡發現了氧分子! 位置就在獵戶座星雲核心附近的恆星形成區中。早先已有人提出氧分子可能存在,但直到這次才藉由赫歇爾太空望遠鏡觀測獲得明確證實。圖中彎彎曲曲的線條,或 者又稱為「譜線」,表現的是氧分子的訊跡,由赫歇爾太空望遠鏡在獵戶座星雲發現。

赫歇爾太空望遠鏡上的遠紅外線外差儀器,一部分是由NASA的JPL(噴氣推進實驗室,位於加州帕薩迪納)所開發的,這次,它被用來將獵戶座星雲一塊 特定區域所發出來的光線,在次毫米波中將它進一步又拆分成好幾個不同的波長(如圖,270, 390和 620 micron: 微米)。天文學家使用這種叫做光譜圖的圖形來表達這些訊息,也呈現出分子所特有,像人類有「指紋」一樣的特徵。譬如,這次以氧分子為例來說,他們辨識出三 個氧分子所具有的獨特指紋,參見如頻譜圖所示。三線條呈現出不同的波長範圍,屬於氧分子訊跡的又以粉紅色加以標示。獵戶座星雲是由NASA的史匹哲太空望 遠鏡於紅外光波段中拍攝。圖片來源: ESA/NASA/JPL-Caltech

資料來源:轉載自中研院天文網

引用自臺北天文館之網路天文館網站

相關標籤: 獵戶座
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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》