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赫歇爾提供地球海洋可能來自彗星的新證據

臺北天文館_96
・2011/10/08 ・1290字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

由歐洲太空總署(ESA)和美國航太總署(NASA)合作的赫歇爾紅外太空望遠鏡(Herschel infrared space observatory)觀測資料分析結果,科學家發現彗星中的水,組成比例幾乎與地球海洋相同。這項發現讓「地球之水天上來」的理論再度復甦。

關於地球海洋的起源一直是熱門的爭議話題。我們的行星剛形成時溫度非常高,任何原始的水都會被蒸發掉。但在今日,約有2/3的地表都被水覆蓋,因此或許是在地球誕生後、經歷數百萬年的冷卻後,這些水才從太空中被運到地球上的。

由冰雪塵埃與石塊組成的彗星是宇宙中天然的超大型儲冰庫,這個巨大冰山環繞太陽公轉過程中,可能會穿越行星軌道,甚至可能撞擊到行星。,例如1994年的休梅克-李維9號彗星(Shoemaker-Levy 9)撞木星的事件便是如此。而在太陽系早期,那時彗星數量更多,撞擊行星的事件必定更頻繁。

然而在此之前,天文學家很難發現可以證明地球之水來自彗星的確切證據。其中一個關鍵是天文學家終於能測量水中的氘(deuterium)含量。氘是氫原子的同位素,在其原子核裡,比氫原子核多了顆中子。(譯註:氘音同刀)

宇宙中所有的氫和氘都是137億年前大霹靂後形成的,所以宇宙中的兩者整體比例是固定的。然而,水分子中的氘和氫比例會隨所在位置不同而異,這牽涉到太空中形成冰的化學反應對氘比較有利還是比較不利,能替換水分子中的1個或2個氫原子的程度等,都與周圍的環境狀況有關。

所有之前研究過的彗星都顯示氘含量為地球海洋的2倍左右。如果這類彗星撞擊地球,所提供的水量應該只佔了地球現有所有水量的百分之10而已。事實上,天文學家們之前本來想說地球上的水應該是流星帶來的,雖然它們含有的水量比彗星低得多了。

Heavy and Light Just Right. Image Credit: NASA/JPL-Caltech  因此德國普朗克研究所(Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung)Paul Hartogh等人,利用赫歇爾太空望遠鏡HIFI儀器觀測研究哈德利2號彗星(103P/Hartley 2)彗髮內的氘/氫比例。HIFI是迄今最強的水分子偵測儀器,而哈德利彗星在經過研究後,發現至少哈德利2號這個彗星的水分子氘/氫比例與地球海水相符。

Hartogh等人認為:哈德利2號彗星之所以結果不同,可能是因為它的出生地位在冥王星軌道以外、離太陽約30~50AU遠的的古柏帶(Kuiper Belt)中;而天文學家先前研究的其他彗星可能是在木星與土星附近形成的,之後才被這些巨行星的重力甩出去,集結在離太陽約10,000AU以外的歐特雲區(Oort Cloud),然後才在很久之後回歸到太陽系內側來。

Hartogh等人的研究結果指出:或許地球的海洋的確是來自彗星,只不過跟先前的想法不一樣的地方是:只來自特定族群的彗星。在太陽系外側陰暗寒冷的地方誕生的彗星,和比較靠近太陽內側溫暖區域誕生的彗星,其氘/氫比例這個彗星指紋或許差異很大。這些結果也顯示目前對太陽系早期歷史中,各種輕重元素如何分佈的瞭解相當貧乏。

為了驗證這個觀點,這些天文學家決定繼續利用赫歇爾研究其他彗星,看看是否有可佐證或反證之處。

資料來源:Did Earth’s oceans come from comets?

Space Observatory Provides Clues to Creation of Earth’s Oceans

NASA:Space Observatory Provides Clues to Creation of Earth’s Oceans

轉載自台北天文館之網路天文網網站

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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_96
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