科技報導 | 科學Online

嗅覺神經細胞因老化凋亡

2014/11/09

嗅覺神經細胞因老化凋亡(Apoptosis of olfactory neurons in the normal aging)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：Caspase Inhibition in Select Olfactory Neurons Restores Innate Attraction Behavior in Aged Drosophila

現今高齡人口不斷增加，隨著老化，記憶、學習、以及認知等大腦機能逐漸退化，造成相當大的社會問題。神經的功能異常與細胞死亡是與年齡相關的神經退化病癥，例如阿茲海默症(Alzheimer’s disease)。流行病學及生物醫學研究已證實，基因與年齡相關因子在這些神經退化疾病扮演重要的角色。

正常的細胞老化及神經病變共同導致神經細胞的死亡，若能瞭解其生理意義、解開其分子機制，應能對改善大腦機能退化提供重要線索。但以往研究者長期著力於神經病變所導致的神經細胞死亡，而對於正常細胞老化所造成的神經細胞死亡，以及其所導致的大腦機能退化，幾乎未予研究。

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為什麼我們呼吸不會窒息？藉由量子力學來回答你

2014/10/31

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為什麼我們呼吸不會窒息？藉由量子力學來回答你
高瞻計畫特約編譯張涵茜/國立臺灣大學物理學系王名儒教授責任編輯

編譯來源：洞見科學(Inside Science)/How Quantum Mechanics Helps Us Breathe

(圖片來源：Mats Eriksson@flickr)

人體運輸氧氣的的方式是藉由特種蛋白質中的鐵原子和氧結合，經由血液運送到身體的各個部位。過去的理論都認為，我們身體裡的特種蛋白質跟一氧化碳的結合活性較氧氣強，這就引出了為何人類或動物不會因呼吸而漸漸窒息的疑問？

雖然人體在自然運作的過程中產生一氧化碳的量極少，不會導致特種蛋白質攜氧量的大幅降低；但由於我們在大氣中會不斷吸入一氧化碳，遲早都會讓大部分的特種蛋白質因與一氧化碳結合而無法攜氧，造成所謂的一氧化碳中毒而達到窒息的狀況。事實證明，我們存在大氣中都安然無恙，這表示其實氧氣跟特種蛋白質的結合活性比理論所推測的要強得多。

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偵測到大爆炸微波輻射的研究持續受到質疑

2014/10/29

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偵測到大爆炸微波輻射的研究持續受到質疑
高瞻計畫特約編譯葉承効/國立臺灣大學物理學系高涌泉教授責任編輯

編譯來源：Criticism of Study Detecting Ripples From Big Bang Continues to Expand

今年三月，宇宙銀河系外偏振背景影像（Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization，以下簡稱BICEP）團隊透過位於南極的BICEP2望遠鏡，觀測到宇宙大爆炸所產生的重力波。若此研究屬實，那麼將是近現代最重要的宇宙學研究成果，因為這證明了宇宙大爆炸理論。但是自從該團隊的研究成果問世以來，就一直不斷有學者提出質疑。

圖片來源：維基百科

關於宇宙開始的理論，在過去三十年的核心理論是建立在「大爆炸」及「暴脹」之上。所謂的暴脹是指大爆炸後的10⁻³⁶秒開始，持續到大爆炸後10⁻³³至10⁻³²秒的宇宙空間膨脹狀態，並在宇宙中留下重力波波紋。暴脹解釋了宇宙的起源，以及宇宙的諸多特性。

歐洲太空總署最近使用普朗克衛星（Planck Satellite）的數據證明BICEP2所觀測的宇宙中含有足量的星際間塵埃，可能會影響望遠鏡所得到的觀測影像。首位針對BICEP研究成果提出星際間塵埃變數的學者佛洛格（Raphael Flauger）認為「顯而易見地，大部分的信號都是由星際間塵粒所造成的。」

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【2014諾貝爾生醫獎特別報導】大腦GPS導航位置與網格細胞系統

2014/10/28

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John M. O’Keefe、May-Britt Moser、及Edvard I. Moser三位科學家，因發現大腦神經細胞能建立方位感與導航能力，共同榮獲2014 年諾貝爾生理學或醫學獎桂冠。此開創性的發現，對大腦如何呈現心智功能(mental function)及如何計算複雜的認知功能與行為，提供嶄新的觀點。辨識與記憶所處環境及執行導航，大腦需具備環境的內在圖像及方向感。導航能力是大腦最複雜的功能之一，需整合多種感覺訊息、運動執行、記憶能力。這三位諾貝爾獎得主，徹底改變我們對大腦這些功能的理解。 O’Keefe發現海馬迴位置細胞(place cells)，它能發出位置訊號及提供大腦空間記憶能力。Moser夫婦則發現緊鄰海馬迴(hippocampus)-內嗅皮質內側(medial entorhinal cortex)的網格細胞(grid cells)，提供大腦內在座標系統(internal coordinate system)以執行導航。海馬迴位置細胞及內嗅皮質網格細胞，共同形成相連的神經細胞網絡，在空間地圖的計算及導航工作，扮演重要的角色。他們三者的工作攻變我們對基本認知功能的了解，且提供新的想法來解釋空間記憶的形成。

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【2014諾貝爾物理獎特別報導】藍光─把嶄新的光明帶到世界的角落

2014/10/21

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一個發光二極體，是由好幾層的半導體物質所構成的。在LED裡面，電直接被轉化成光(光子)，與其他光源相較更為節能，因為其他的光源將大部分的電轉換成熱能，只有少部分的電轉換成光。白熾燈也好，鹵素燈也罷，都是使用電流加熱燈絲來發光。之前被稱為節能燈具的螢光燈，則是藉由電來激發氣體，進而產生光和熱。在LED燈問世後，螢光燈的節能稱號便拱手讓出。因此，相較於以往的照明設備，新的發光二極體僅需少許的能量。今日，LED燈還在持續不斷地改良，只為追求更加節能，讓每單位輸入電能所達到的光通量愈來愈高。關於一顆LED燈的最新記錄是每瓦300流明（300 lm/W），相較之下，一般白熾燈泡只有每瓦16 流明，日光燈管頂多每瓦70流明（瓦是電功率的單位，流明則是光通量的單位）。由於全世界的用電量中有四分之一用於照明，LED燈的貢獻就是大大節省世界的能源。 LED燈也比其他照明設備長壽。在燈絲被燒壞前，白熾燈可以使用約1千個小時，螢光燈則為1萬個小時，而LED燈可以使用約10萬個小時，因此使用LED燈能讓物料的耗損顯著地縮小。從半導體中產生光 LED科技與當今的行動電話、電腦和所有依據量子現象的電子裝置，有著相同的工藝。發光二極體摻雜數層半導體材料：n型層的多數導電粒子為帶負電荷的電子，而p型層則缺少電子，其多數導電粒子為被描述成帶有正電荷的電洞。在這兩者之間是一個活性層，當半導體通上電以後，就會驅動在其間帶有負電荷的電子與帶有正電荷的電洞。電子和電洞相遇時就會重新結合並發光。至於光的波長則完全要看半導體的材質。用七彩的彩虹來觀察，藍光屬於短波光的一端，所具能量較高，只有某些物質能產生藍光。

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發育階段蛋白質α-chimaerin影響未來學習能力

2014/10/17

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發育階段蛋白質α-chimaerin影響未來學習能力
(Protein function in development adjusts cognitive ability in adulthood)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：学習能力の発達を調節するタンパク質を発見！

(圖片來源：tpsdave@pixabay)

人腦內具有1000億個以上神經細胞，透過神經突起(nerve fibers)的延伸，互相連結而形成神經迴路，執行記憶、學習、思考、判斷、及語言等高層次機能。神經迴路在發育成長期密集生成，在發育為成人後，形成大腦機能運作。但神經迴路，以何種結構存在、與那些分子相關，仍不甚瞭解。

因此日本國立遺傳學研究所等研究團隊，延續先前研究，關注GTP酶活化蛋白質α-chimaerin，解析它對大腦機能產生的影響。α-chimaerin可分為α1型(α1-chimaerin)與α2型(α2-chimaerin)，正常大鼠的腦部，成長期(出生後至2~3週左右為止)會強烈基因表現α2型；成體後，則強烈基因表現α1型。因此製作針對蛋白質α-chimaerin的全身基因剔除(gene knockout)和部分基因剔除、亦即僅大腦海馬迴部位基因剔除，以及成熟個體基因剔除等數種型式的基因改變大鼠，進行各種行為觀察實驗。

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【2014諾貝爾化學獎深入報導】打破光學顯微鏡的解析度極限-超高解析螢光顯微法

2014/10/13

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今年的諾貝爾化學獎頒給了由 Stefan Hell, William Moerner 和 Eric Betzig 所開發的超高解析螢光顯微法。所謂的超高解析螢光顯微法，就是能打破光的繞射極限（圖一）的顯微鏡技術。得獎的顯微法有兩種：受激放射消去顯微法STED (STimulated Emission Depletion) Microscopy和光啟動定位顯微法PALM (PhotoActivated Localisation Microscopy)。這兩種方法是完全獨立被開發出來的方法，現今多應用在生物研究上。以下將簡略地介紹為這三人摘下諾貝爾獎桂冠的研究。技術與理論的細節會放在各圖的圖解中，有興趣者請細讀圖解。受激放射消去顯微法: STED (STimulated Emission Depletion) Microscopy 此技術由理論1,2到實做3的基礎都是由 Stefan Hell 所確立的。這三篇論文也為他贏得了這次諾貝爾化學獎的殊榮。「受激放射消去顯微法」採用與一般高解析度的共軛焦顯微鏡類似的聚焦掃瞄呈像方式。這個技術的核心概念是：假設一道光的聚焦永遠無法突破繞射極限，那就用兩道不同的光令其與螢光標誌交互作用而達成超高解析度的目標。這兩道光中，其中一道以平常手法聚焦的激發光用以激發螢光分子、另一道聚焦為甜甜圈圖案的抑制光則用以抑制除了甜甜圈中心之外所有被激發的螢光分子發光...

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【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡

2014/10/09

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艾瑞克･貝齊格(Eric Betzig)，史蒂芬･海爾(Stefan W. Hell)以及威廉･莫納(William E. Moerner)等三人得到了2014年的諾貝爾化學獎，這是因為他們越過了一個科學上設想的限制，也就是一個光學顯微鏡永遠無法超越0.2微米的解析度規格。利用分子的螢光，科學家現在可以監看在細胞內部分子之間的相互作用；他們可以觀察與疾病相關的蛋白質之聚集，也可以在奈米的尺度裡追蹤細胞的分裂。紅血球細胞、細菌、酵母菌細胞以及游動精子：當科學家在十七世紀第一次開始在顯微鏡下研究活體組織時，一個新的世界在他們的眼前打開。這是微生物學出世之際，從此之後，光學顯微鏡成為生命科學家工具箱裡面最重要的工具之一。其它的顯微鏡術，例如電子顯微鏡，其所需的準備方法最終會殺死細胞。發亮的分子越過了物理的屏障然而，有一段很長的時間，光學顯微鏡被一個物理的屏障所阻礙，限制了所能解析的結構大小。在1873年，顯微鏡學家恩斯特･阿貝(Ernst Abbe)發表了一個方程式，證明了光學顯微鏡的解析度是如何受到光的波長，以及一些其它的因素所限制。因此這導致科學家們，在二十世紀的大半時間裡，相信光學顯微鏡是永遠無法用來觀察那些比所用的光之波長的一半還小的物體，也就是0.2微米(200奈米；微米 = 10-6 米 = 103奈米) (圖一)。細胞裡一些胞器的輪廓，例如細胞的發電機粒線體，雖可以看到，但是幾乎不可能分辨更小的物體，因此譬如想要追蹤細胞裡蛋白質分子之間的相互作用，就無法做到，這好比能看到一個城市的建築物，但卻無法看出市民如何的生活，和如何為其生存而努力。為了瞭解一個細胞如何的運作，你必須能追蹤個別的分子如何的工作。

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【2014諾貝爾物理獎】照亮世界的嶄新光芒

2014/10/07

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今年諾貝爾物理獎桂冠頒給三位發明節能且環保的光源發明家，他們是日籍科學家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)、和中村修二(Shuji Nakamura)。諾貝爾獎的精神是要把獎項頒給對全人類有最大獲益的發明。使用藍色發光二極體(LEDs)，就能用全新的方式製造白光。而LED燈的問市，使世人現在有比舊的燈具更加節能的選擇。當赤崎勇、天野浩、中村修二在1990年代，他們三人所研發的二極體終於產生高亮度的藍色光以後，就引發了光電科技的全面變革。綠色和紅色的發光二極體許久以前就存在，但沒有藍色的光，就無法生產出白色的燈泡。儘管科技業界及學界投注了大量的心力，藍色發光二極體的研發仍花了30年的時間。許多的人連連敗退，但這三位科學家卻成功了。這次獲獎的三位得主，赤崎勇與天野浩是名古屋大學的同事；中村修二則發跡於日本德島的一家小公司─日亞化學工業公司，雖然出身並不顯眼，但卻是高亮度藍色發光二極體與青紫色激光二極管的發明者，世人稱他為「藍光之父」。

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