2018年的科學突破

生活科學趣談

挑選其中幾則相關的影片與各位朋友們分享~

● Hiawatha冰川下的撞擊坑:
冰河時期的隕石撞擊事件,這或許是造成人類橫越新大陸,開始在北美洲追逐 乳齒象 的時代出現

● 古人類的混血兒:
尼安德特人多次在西歐和西伯利亞之間來回遷徙,從西伯利亞一個洞穴中發現一個生活在5萬多年前的女人骨頭碎片,提取的古DNA揭示了兩個已滅絕的古代人群之間的聯繫,她的母親是一名尼安德塔人,她的父親則是一名神秘的古代人類丹尼索瓦人,這也是人們首次發現兩種古人類的第一代後裔

● 來自遙遠星系的信使:
先前這篇〈淺談微中子振盪〉提及μ微中子若撞到水分子的氫核時,它可以產生一個高能的μ子,從而產生契忍可夫輻射而被光電倍增管偵測到。IceCube 冰立方探測器位於南極的冰層之下,分布範圍超過一立方公里,同樣是利用光電倍增管來記錄由所觸發的微弱閃光。IceCube 在之前雖然已經記錄了許多次的微中子撞擊,但沒有一個是來自特定的來源。然而在2017年9月22日,光傳感器確定了它所來自的方向,幾天之後NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡發現了一個非常明亮的光源,微中子似乎來自其中心的耀變體(Blazar),這是一個以超大質量黑洞為中心的星系核心,也是目前已觀測到的宇宙中最劇烈的天體活動現象之一。檢視數據後,研究人員非常肯定微中子就是來自這個耀變體,這也是微中子望遠鏡首次發現來自銀河系以外的射源

● 幾分鐘就能確定分子結構:
傳統是使用X射線結晶學的技術來判定化合物分子結構,前提得先讓上百萬個分子堆疊成排列整齊的晶體,再追蹤X射線從晶體上彈回的方式(布拉格繞射),以確定單獨的原子並為其分配在分子中的位置。這種方法常須費時數週甚至好幾個月來長晶,對於某些物質而言,這是一個很大的障礙。研究人員 透過使用電子束來代替X射線並改進了繞射技術,追蹤繞射花紋如何隨著每次輕微的轉彎而發生改變,即可在幾分鐘內判斷出分子結構,需要的晶體也只有使用X射線所需大小的十億分之一。這種新技術適合用於瞭解潛在藥物等小分子結構,可望對新藥的合成和追踪疾病等領域產生深遠的影響

● 基因沉默藥物獲得批准:
基於稱為RNA干擾(RNAi)的基因沉默機制之藥物經過20年等待之後,今年獲得了FDA的批准,正式宣告靶向致病基因藥物時代的來臨。為了使RNAi成為藥物,開發人員首先需要確定如何將精細的小分子干擾核糖核酸(siRNA)安全地傳遞到它們的靶器官,這需要一種方法來保護其免受在血液中的降解以保持完整。Alnylam 公司是將透過其包裹在脂質奈米顆粒中,幫助它們在危險的血液穿越過程中存活下來。當其安全抵達靶器官,即能干擾RNA的信使功能,造成致病基因沉默,相關蛋白質於是無法合成

● 追蹤單細胞發育的技術突破:

從 希波克拉底(古希臘醫學之父)時代開始,生物學家就困惑於單細胞胚胎是如何發育成擁有多種器官和數十億細胞的成體。現在,生物學家可在單細胞尺度上揭示各個基因何時啟動並誘導細胞分化。首先,研究者從活體中分離出數千個完整細胞;接著使用測序技術獲得各個細胞的基因表達情況;最後利用電腦或者對細胞進行標記,重建這些細胞的時間與空間關係。這種單細胞基因活性分析可讓研究人員逐個追蹤細胞發育,瞭解哪些基因會在胚胎早期發育時被開啟或關閉。如今,世界各地的研究團隊正在應用這些技術研究人體細胞如何在發育過程中成熟,組織如何再生,以及細胞在疾病中發生哪些變化。科學家認為,單細胞 RNA測序 的技術會在未來10年內改變基礎生物學和醫學研究的格局。 《Science》雜誌將這些技術的組合及其在推動基礎研究和醫學進化方面的潛力列為2018年度十大突破之首。

下則影片顯示了斑馬魚胚胎發育早期的自動化計算之細胞譜系重建,不同顏色的螢光標記表達了各細胞將變成何種類型基因的細胞。 每個圓圈代表一個細胞核,圓圈尾部的短線表示過去10個時間點的位移。在動物卵細胞中,由於所含細胞質、胞器、核糖體及糖原顆粒等物質的不均勻分布而表現出極性,分為動物極和植物極。營養物質較少、卵裂速度較快的一極稱為動物極,細胞核偏位於動物極;與動物極相對的一端稱為植物極。影片左方是從動物極那端顯示,右方則是從植物極那端顯示