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大麥哲倫星系偷「星」被逮

臺北天文館_96
・2011/08/23 ・1155字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

美國國家光學天文台(National Optical Astronomy Observatory,NOAO)天文學家Knut Olsen和Bob Blum等人,發現大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud,LMC)有數百顆恆星,其實是從鄰近的小麥哲倫星系(Small Magellanic Cloud,SMC)中偷來的。LMC和SMC是我們銀河系最大的2個的衛星星系,在南半球用肉眼便輕易可見。

Olsen等人分析了5900顆LMC中的巨星和超巨星光譜,結果發現其中約有5%的恆星,公轉方向和絕大部分LMC成員星相反,或是其公轉面相對於 LMC自轉面的傾斜角很大。由於這些天文學家僅能測量這些恆星的視線方向速度,而非真正的運動方向和速度,所以無論是公轉方向相反還是公轉軌道傾角很大哪 一種特殊軌道狀況,都意味著這些恆星可能不是從LMC中的雲氣旋轉塌縮形成的。

Olsen等人後續再針對公轉方向相反的恆星仔細研究,又發現另一個奇特之處:這些恆星的化學組成也不同,鐵或鈣等重元素含量比LMC中的典型恆星還低,不過卻與SMC中的恆星化學組成非常近似。

從上述運動和化學組成這兩點證據,這些天文學家認為畢竟LMC比SMC大、重力比較強,所以這些特殊軌道恆星搞不好是LMC從SMC那邊偷過來的!要 證明某個星系中的恆星是來自別處,並不是件容易的事,好在大小麥哲倫星系都離我們不算太遠,可以觀測到這些星系中的個別恆星。

因此,為了證明這點,Olsen等人又利用位在智利的Cerro Tololo美洲際天文台(Inter-American Observatory)口徑4米的布藍科望遠鏡(Blanco Telescope)的多天體光譜儀(multi-object spectrometer)觀察其中的4600顆恆星;這個光譜儀可同時觀察大量恆星的光譜,故可節省許多觀測時間。將這4600顆恆星光譜資料與其他 1300顆恆星觀測資料比較,尋找其中是否有出現任何可辨認的特徵。除此之外,Olsen等人還動用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)研究LMC中的恆星是如何形成與演化的。將太空與地面望遠鏡所觀察到的各項恆星特性結合後,Olsen等人確定這些怪異的恆星應該就 是來自SMC。

右上圖中以有顏色的圓點標出的就是被認為從SMC偷來的恆星,其中紅色代表視線方向的速度是遠離地球的恆星,藍色代表則接近地球的恆星。顏色深淺,代表用不同波段觀測的結果。

這個研究不僅讓天文學家瞭解到星系究竟會如何互動,也能解釋LMC蜘蛛星雲(Tarantula Nebula,又稱為劍魚座30號星,30 Doradus)的恆星形成活動為何會如此劇烈。如果蜘蛛星雲是位在銀河系裡,而且距離像獵戶星雲那麼近(獵戶星雲是最近的恆星誕生區,約1300多光 年),那麼蜘蛛星雲的面積將涵蓋60個滿月,所發出的光芒之強,甚至如同太陽和月亮一樣,可讓物體出現影子。蜘蛛星雲顯然剛好位在LMC從SMC偷取恆星 時,恆星高速衝進LMC的路徑上,恆星衝擊LMC裡原有的氣體,使得這些氣體被壓縮、集中,觸發數量龐大的大質量恆星誕生。大質量恆星壽命往往相當短暫, 很快地便演化到生命末期、發生超新星爆炸;這些比較老的超新星殘骸,現在仍能用X射線望遠鏡觀察到呢!

資料來源:NEIGHBOR GALAXY CAUGHT STEALING STARS [ July 18, 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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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》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》