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龜兔賽跑,最後的贏家可能還是兔子

葉綠舒
・2011/10/08 ・1147字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

在我們小時候讀過的龜兔賽跑故事裡,兔子自以為跑得比烏龜快太多,所以決定睡個午覺;但是烏龜不休息繼續往前走,於是最後烏龜贏了。

如果不僅僅是一場賽跑,而是因為全球暖化,讓兔子跟烏龜必須要向北遷移呢?在這攸關生死的時候,兔子當然不會再睡午覺,勝負就很難說了。

如果暖化的速度加快呢?烏龜的勝算可能就不大了…

為了要了解全球暖化對生物會造成什麼樣的影響,位於加州四個研究機構所組成的團隊分析兩萬一千年前冰河期的紀錄,發現:在當時氣溫變動最劇烈的北歐及加拿大,動物們平均一年要向北遷移100公尺。(1)

一百公尺看來沒什麼,但是對於像烏龜這類爬行很慢的動物,或是體型很小的動物,一年要遷移100公尺很可能就是他們的催命符。或許就是因為這樣,現在我們看到的事實是:這些地方只有很少的特有種(endemic species)(2)。

所有的這些物種裡,影響最大的是什麼呢?根據丹麥的研究團隊發現,在這場氣候的龜兔賽跑中,輸家是兩棲類。由於兩棲類皮膚裸露,造成牠們不能一生離水(3),當需要遷移的時候便會因為無法遷移或找尋不到適當的水源而絕種。

Oophaga pumilio 圖片來源:維基百科

但是距離並不是唯一的原因;在廣大的平原地區,由於整個區域氣溫一致(因為地勢低平)使得動物必須遷移更遠,造成的影響就是現在的丹麥(平原)連「一種」特有物種都找不到。

住在山區的動物在氣候暖化時,能做的是就是往山上爬了。最近這些年全球生物每10年就要讓自己居住的區域的海拔高度上升11公尺(4),對於平原區或是丘陵區的生物,這個需求要達到非常的困難,很可能就會有絕種的危機。

研究團隊也警告,由於他們的分析僅將氣溫納入,並未分析雨量(5);而且當前的暖化速度是遠高於21,000年前冰河期結束時期的。當我們把因為暖化所造成的雨量遽減或遽增(依區域而定)加入,對不同地區生物的衝擊,可能遠超過這篇文章爬梳歷史資料所得到的結果。

看過「歷險小恐龍」(The Land Before Time)的人可能都對於這些小恐龍們不屈不撓的精神十分佩服,但是在真正的自然環境中,爬行緩慢且覓食能力有限的小動物,在生存競爭上是永遠處於劣勢的。正如目前世界上的6,500種正在迅速消失中的兩棲類一樣,Littlefoot跟他的朋友,在生存競爭上,大概是永遠的輸家。

歷險小恐龍  圖片連結:維基百科

參考資料:

1. Science Now. 2011/10/6. Glacial Melting Put Animals on the Run – ScienceNOW
2. B. Sandel, L. Arge, B. Dalsgaard, R.G. Davies, K. J. Gaston, W. J. Sutherland, J.-C. Svenning. 2011. The Influence ofLate Quaternary Climate-Change Velocity on Species Endemism. Science DOI: 10.1126/science.1210173
3. Wikipedia. 2011/9/29. Amphibians.
4. I-Ching Chen, Jane K. Hill, Ralf Ohlemüller, David B. Roy, Chris D. Thomas. 2011.RapidRange Shifts of Species Associated with High Levels of Climate Warming. Science 333(6045): 1024-1026
5. Scott R. Loarie, Philip B. Duffy, Healy Hamilton, Gregory P. Asner, Christopher B. Field & David D. Ackerly. 2009. The velocity of climate change. Nature 462: 1052-1055

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葉綠舒
262 篇文章 ・ 5 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


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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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