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星系生命力取決於能不能回收氣體再利用

臺北天文館_96
・2011/11/29 ・1108字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 506 ・六年級

天文學家分析哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)、和位在夏威夷的凱克望遠鏡(Keck)、智利的麥哲倫望遠鏡(Magellan)等的光譜儀器所觀測的銀河系和其他40幾個星系的資料,發現星系會持續回收大量氫氣和重元素,讓星系的燃料庫得以持續補充,進而使星系能製造新恆星的年限延長了10億年以上。相關的3篇論文都發表在2011年11月18日出刊的科學(Science)期刊中。

天文學家相信星系的顏色和形狀受制於星系周圍的銀暈(halo )中的氣體流進流出的影響。這3篇論文,就是用3種不同的觀點來探索星系中的氣體回收狀況。

經由哈柏的COS(Cosmic Origins Spectrograph )光譜觀測,天文學家發現銀河系周圍巨大的銀暈有大量雲氣落往銀河系,使得銀河系中的恆星形成持續進行,每年至少可新增一顆新恆星。這些熱氫氣雲距離銀河盤面約20,000光年以內,所含有的物質可以形成約1億顆的太陽。其中有些氣體是回收物質,透過恆星形成或新星、超新星爆炸的能量,將元素種類豐富的氣體送回銀暈中。

COS觀測資料也顯示許多恆星形成相當活躍的星系周圍都擁有龐大的熱氣體暈。這些氣體暈富含重元素,從可見的星系盤面邊緣向外延伸了450,000光年遠。COS資料顯示其中一個星系的氣體暈總質量高達10億倍太陽質量,相當於星系盤面中恆星間的物質總量,而這個龐大氣體暈中約1000萬倍太陽質量的物質居然都是氧。在星系以外很遠的地方還發現有這麼多重元素物質,讓天文學家相當驚訝。在這類星系中,若有這麼大量的重元素被放逐到離星系盤面這個新恆星主要製造廠很遠的銀暈中,則必須藉由重元素才能形成的行星、生命等等,都必須延後了。

此外,研究學者也發現:在停止形成新恆星的星系中相當缺乏氣體。這些星系在回收氣體的過程中,點燃一陣猛烈而快速的恆星形成過程,一不小心就把剩餘的氣體給推離星系,後繼乏力的結果,當然就無法再繼續形成新恆星了。從哈柏資料,天文學家估算出:當一個星系的恆星誕生率高達每年100顆太陽質量的話,就可將溫度高達200萬度的氣體以每小時360萬公里的速度趕離到星系際空間中;這個速度已足以讓氣體永遠逃離星系重力場,不再加入資源回收的行列。所以,驅離星系際氣體,或拉攏星系際氣體,決定了一個星系的命運。

雖然天文學家早已知道星系會產生所謂的星系風,不過卻不知到這些熾熱氣體會向外延展到離星系這麼遠的地方,也不知道逃跑的氣體質量會如此之多。有些熱氣體移動速度比較慢,可以被星系重力場捕捉回來而重複使用。當氣體含量豐富的螺旋星系一旦停止新恆星製造工作時,就可能會逐漸演化成橢圓星系。

資料來源:

  1. KECK, MAGELLAN & HUBBLE TELESCOPES FIND GALACTIC RECYCLERS
  2. NASA’s Hubble Confirms that Galaxies Are the Ultimate Recyclers[2011.11.17]

轉載自台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_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》