科技報導

[新聞] 美國政府停擺 影響科學工作

[新聞] 美國政府停擺 影響科學工作
國立臺灣大學科學教育發展中心鄭文編譯 / 國立臺灣大學科學教育發展中心陳慧芳責任編輯

由於美國總統歐巴馬的健保改革法案,美國國會民主、共和兩大政黨僵持不下,導致新的年度政府預算未能通過,美國聯邦政府被迫於2013101日停擺。這是美國政府在17年來再度停擺,上一次美國政府停業發生在1995-96年度的柯林頓政府時期,由於當時共和黨反對柯林頓總統提出的全民醫療保險計劃。此次的停擺,影響甚鉅,除了聯邦政府的「必要員工」之外,約有80萬人被迫放無薪假,據華盛頓郵報指出,連在白宮工作並服侍總統一家人的員工數,也從90人縮水至15人。

許多聯邦政府級的科學工作深受政府停擺的影響,隸屬於聯邦政府的美國國家衛生研究院,美國國家環境衛生保護局,以及美國航太總署所受到的衝擊最大。圖為美國國家航空暨太空總署於這波聯邦政府停擺所張貼之公告。(圖片來源:維基百科)

事實上,許多聯邦政府級的科學工作也深受政府停擺的影響。隸屬於聯邦政府的美國國家衛生研究院,美國國家環境衛生保護局,以及美國航太總署所受到的衝擊最大。許多員工不僅被迫暫停手邊的研究,也暫不支薪。事實上,這是自2013年3月以來,政府財政緊縮後,美國科學研究所受到的第二波衝擊,導致許多研究計畫遭刪減。

只是,政府停擺的影響面恐怕遠超過預期。跟著政府停擺的美國國會無法即時審理其他法案之外,連在學界和業界的科學研究也受到影響,受國家基金補助的研究皆無法運作,因為甚至連政府部門的網站也暫停運作,對於即時的醫學研究,其傷害的程度難以評估。

以研究由廣東住血線蟲(rat lungworm)所引起的腦膜炎聞名的美國夏威夷大學醫學研究團隊,在昨天接受赫芬頓郵報(The Huffington Post)專訪表示,對於政府停擺感到挫折,不只是因為他們無法進行任何研究,更重要的是他們正在進行的疫苗研究一旦停擺,將導致數以千計人們的生命安全受到影響,這類型的疾病雖然在美國本土十分罕見,然而卻在東南亞和太平洋群島有極高的傳染率。

【特別報導】2013年諾貝爾獎預測(一)生理醫學獎

國際情報公司湯森路透(Thomson Reuters )發表2013年諾貝爾得獎熱門候選人來自6國共28人,獲得論文引用榮譽獎。湯森路透論文引用榮譽獎,是以過去長達20年以上學術論文的被引用次數為基礎,自各領域論文引用排行0.1%以內的發表者中選出在物理學、化學、生理醫學、經濟學,被認為最具影響力的研究者。 該機構選出今年可能榮獲諾貝爾生理醫學獎的三項研究領域,分別是「解開自噬作用的分子機制及機能」、「去氧核醣核酸DNA甲基化與基因表現的重要發現」、以及「致癌基因的先驅性研究與引發更有效癌症治療」,共7位諾貝爾生理醫學獎熱門候選人。

螢火蟲發光原理的妙用

螢火蟲發光原理的妙用
國立成功大學生命科學研究所碩士蔡宗樺

編譯來源:科学技術振興機構2013年5月21日《人工的に作り出したホタルの光の明滅を使って》

日本研究團隊,利用螢火蟲發光的原理,開發出一種可以長時間且穩定以人工螢光明滅變化,來監測動物體內pH值的方法。(圖片來源:維基百科)

大家也許都知道,螢火蟲那夢幻的螢光,是雄螢火蟲求偶的信號。但現在螢光除了求偶的功能以外,東京大學大學院理學系研究科的服部滿特任研究員、小澤岳昌教授,以及北海道大學保健科學研究所的尾崎倫孝教授等,利用螢火蟲發光的原理,開發出一種可以長時間且穩定的以人工螢光明滅變化,來監測動物體內pH值的方法。

為什麼要監測動物體內的pH值變化?正常細胞為了讓蛋白質有效率的工作,會自行調節pH值,使之維持在7.2至7.4左右。但如果細胞處於不正常環境中,便無法正常的保持其pH值。目前已知當細胞癌化或呈現低氧狀態時,細胞內pH值會下降,也就是酸性化,而被病毒感染時,pH值也會大幅變化。

在培養細胞中監測細胞內pH值變化很容易,但是在活體動物內測量細胞中的pH值,必須在不破壞細胞,維持存活的狀態下,長時間測量並穩定觀察,這絕不是一件容易的事。目前使用的方法是,利用非螢火蟲的螢光性標識物質─螢光探針,將其滲透進細胞內再從外部照光,藉由放出螢光的波長計算出pH值。然而在活體動物,將很難正確的測得細胞發出的光,而且長時間以光持續照射細胞也會對細胞造成很大的傷害。因此急需一項可以在活體動物內,長時間且穩定監測pH值的技術。

研究團隊利用螢火蟲自體發光的原理,利用產生螢光的「螢光酵素」和禾本科植物燕麥的光受體蛋白質(LOV2),開發出新的螢光探針。由於當藍光照射到 LOV2蛋白質區域時,會使其結構產生變化,停止照射後又會回復成原來的結構,因此研究團隊把來自螢火蟲的螢光酵素前端部分,結合到LOV2蛋白質區域,其後再接上來自甲蟲的突變螢光酵素後端,形成一個融合蛋白。這個融合蛋白,具有如同一般螢光蛋白的發光現象,但是以藍光照射,其發光會暫時減弱,停止照射後會慢慢回復到原來的發光強度。這個新的發光探針被命名為「光去活化螢光酶」。

在酸性環境下,光去活化螢光酶被藍光照射後,其回復到原本發光的時間會產生延遲。也就是說,藉由測量發光回復時間可以監測周圍的pH值。將光去活化螢光酶實際導入活小鼠腳尖皮下,並照光之後,發光現象確實先暫時減弱,然後才回復原本的發光。

腸內細菌影響免疫力

腸內細菌影響免疫力
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:東京大學2013年7月11日學術發表《制御性T細胞を誘導するヒトの腸内細菌の同定と培養に成功 -炎症性腸疾患やアレルギー症に効果-》

誘導調節性T細胞的人體腸內細菌,對腸炎與過敏具有療效(圖片來源:flickr用戶University of Michigan MSIS)

日本東京大學新領域創成科學研究所附屬跨領域情報中心,與理化學研究所組成的共同研究團隊,首次成功辨識出人類腸內特定細菌群,能誘導調節性T細胞,具有抑制免疫反應及抗發炎功能。

過度免疫反應所導致的過敏或腸炎等病徵,其發病與T細胞有關。T細胞是屬於淋巴球的一種,具各式各樣已分化的T細胞型式,這些已分化的T細胞大致可分為「活化免疫T細胞」與「抑制免疫T細胞」,調節性T細胞是屬於抑制免疫機能的類別。免疫患者與自我免疫患者,有過度旺盛的自我免疫反應,其發病的主要原因,是由於調節性T細胞的數量太少,其抑制功能無法正常運作。因此如能以人為方式控制調節性T細胞的數量,就有希望協助治療各種免疫系統病患,減輕其症狀並且預防發病。

雖先前此研究團隊的本田博士等人,已於老鼠實驗中發現,在腸管內的調節性T細胞數量為其他臟器的3倍以上,並發現腸內細菌內,具有屬於格蘭氏陽性菌、能形成「芽孢」的梭狀桿菌屬細菌(Clostridium),需要調節性T細胞的誘導,但是經辨識出的腸內細菌均來自老鼠腸內。如要應用於人類疾病,有必要進行人體腸內細菌的辨識,再加上人體消化管內也存在許多梭狀芽孢桿菌屬細菌,有必要進一步研究能誘導調節性T細胞的人類腸內細菌。

本次研究將健康成人的糞便投與無菌老鼠,形成具有人體腸內細菌群聚的老鼠,此老鼠大腸內出現比無菌老鼠多的調節性T細胞,強烈顯示存在能誘導調節性T細胞機能的人體腸內細菌族群,經基因體全序列解析,發現此細菌族群是由梭狀芽孢桿菌屬的17種菌種所組成。

義肢再進化:不只能動,還能感受

義肢再進化:不只能動,還能感受
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編輯曾郁蓁

編譯來源:《Neuroprosthetics: Once more, with feeling》

相信在忙不過來的時候,許多人都曾經想過要是能多一隻手或腳就好了。人類的神經與肌肉系統是非常精緻完美的系統,如果能多出一兩隻手腳,還真的會大大的改變我們生活的方式。我們的四肢質量既輕、感受靈敏、又能作出各種精細的移動,萬一失去了其中一部分,就會造成極大的不便。雖然目前市面上已有許多製作精良的輔具,但還是無法提供肢體殘障人士全面的功能。因此有許多的研究者與工程師們便致力研究,如何才能使肢體殘障礙者重獲原來的自由。

科學家已研發出能用能意念操縱的神經義肢,在心隨意轉的神經義肢已經具體化的時代,下一步則是找回肢體的感覺。(圖片來源:自然期刊)

一般的義肢最不方便的地方,就是只能仰仗外力、不能夠隨心所欲地移動,這些義肢除了支撐與美觀之外,鮮少有其它的功能。然而已有研究者與工程師們突破了這個功能上的限制,研發出能夠用大腦控制的「神經義肢」(Neuroprosthetics)。神經義肢顧名思義便是用神經迴路來控制的義肢,這些神經迴路與大腦中原本就掌管動作神經的區域連接,經過一段時間的訓練之後,就可以讓人光用「想」來移動義肢,甚至可以拿取眼前的物品。

能以意念操縱義肢聽起來已經很酷了,然而,當前最尖端的研究團隊還想讓這些義肢去感覺外在世界。人體的四肢包含運動神經與感覺神經。運動神經受損,大腦無法控制肢體運動,因而限制了活動,造成生活上的極大不便;感覺神經受損,就沒辦法將外在刺激的訊息傳入大腦。必須藉由感覺神經與運動神經兩者的協調運作,我們才能隨時調整細微的肌肉運動,完成像穿針、扣鈕釦、拿取蛋糕水果等細膩的動作。

但我們要如何才能透過冰冷的機器感受到外在的溫度與物體的質地呢?目前的研究有3種取向:1.藉由斷肢所留下的神經元連結到腦部神經中樞;2.改變神經迴路連結到其他部位的皮膚;3.直接連結到中樞神經的感覺神經元受體。與斷肢所留下的神經元直接連結是個很直接的作法,目前美國猶他大學(University of Utah in Salt Lake City)與凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的兩組研究團隊都已得到初步的好結果。他們讓義肢產生細微的電流去刺激斷肢部分的神經元,受試者們都表示體驗到了栩栩如生的感覺。然而這樣的方式還是有所不足,因為這樣直接刺激的方法可能會造成某些神經元的損傷。

傷心的歌越聽越悲傷?

傷心的歌越聽越悲傷?
國立臺灣藝術大學音樂研究所賴彥嘉 編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

編譯來源:理化學研究所 2013年5月24日訊

其實被歸類為悲傷的音樂,和聽了該音樂實際上會感到悲傷是兩回事。(圖片來源:維基百科)

傷心的人聽悲傷的慢歌會更傷心嗎?當你在結束繁忙的工作或是在功課告一段落,想要用音樂來放鬆一下時,你會選擇欣賞那一種音樂呢?是古典、搖滾、爵士、巴薩諾瓦(Bossa Nova),或者像民謠一類輕鬆的曲調呢?不過,有時選擇小調般安靜或悲傷的曲子,也是不錯的選擇。

當你在欣賞悲傷的音樂時,其實並不全是為了感受悲傷而選擇這樣的音樂,其實被歸類為悲傷的音樂,和聽了該音樂實際上會感到悲傷是兩回事。日本理化學研究所的研究團隊,以科學實驗的方式進行了這個有趣的研究。

首先,研究人員從俄國作曲家葛令卡的小夜曲中擷取一些段落,這些段落通常會被認為是帶有悲傷情感的小調樂曲,把這些樂段編寫成30秒長的曲子。然後,將這段音樂播放給18歲到46歲的44位受試者聆聽,其中男性占19位,而女性則有25位。

並收集了像「悲傷」、「被憐惜」、「興奮」、或「被震懾」等62個形容詞,而這些形容詞所涵蓋的感情強度分佈則為0到4級,再請受試者判斷「這首曲子一般來說是屬於那一類的音樂呢?」、「這首曲子實際上會引發你什麼樣的感受?」等幾個問題,並針對這62個語句的回答當中,歸結出其中共通性較強的幾個要素。發現有「悲傷」、「激昂」、「羅曼蒂克」、「興奮」等4種因素被歸納出來。同時也發現到,人們在聽了悲傷的音樂之後,並不一定會產生「這首曲子令人感到悲傷」的實際體驗,反而對樂曲會有一股超越羅曼蒂克的情感。由此可知,悲傷的音樂本身,並不像一般所認為的那樣悲傷,實際上,聽眾是以自己對羅曼蒂克的體驗來認定是這是不是羅曼蒂克的音樂。因為聆聽者自己本身,以適當的悲傷為基礎,雖然是在欣賞悲傷的曲調,卻反而帶來了愉快的感覺。

愛吃塑膠的微生物

愛吃塑膠的微生物
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯柯廷龍/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

編譯來源:C&EN化學與工程新聞 2013年6月17日

如何處理人類丟入海洋的塑膠垃圾一直都是一個令人頭痛的問題(圖片來源:flickr用戶halseike)

汪洋大海中漂浮的塑膠成了細菌的殖民地?

如何處理人類丟入海洋的塑膠垃圾一直都是一個令人頭痛的問題,尤其是深知海洋汙染嚴重性的科學家們,他們害怕海中魚兒和其他的海洋生物誤食塑膠廢料,也怕塑膠垃圾中的有毒化學物質汙染海洋。

於是有些科學家致力於相關研究,而其中一項研究,發現了微生物族群群居在浮於海平面的塑膠廢棄物之上,這些微生物可能會加速塑膠的分解,但也可能衍生出新的生態問題。

現今我們對這些愛吃塑膠的細菌還不大了解,因此位於麻州的一個研究團隊,決定對這些群居在浮於海平面的塑膠廢棄物細菌作更深入的研究,希望了解他們對環境生態的衝擊。

這個團隊針對北大西洋亞熱帶環流(North Atlantic Subtropical Gyre)進行了兩次研究考察,收集並分析塑膠垃圾。他們用了掃描式電子顯微鏡及其他的技術來研究這些生活在塑膠上的細菌。令人大吃一驚的是,雖然不是那麼確定,但看起來這些細菌似乎在塑膠廢料上挖洞。這是個前所未見的現象,從未發現過有細菌能夠在這樣的生態環境下靠消化碳氫化合物存活。

如果這些細菌真的可以就這樣分解塑膠,那麼根據海洋教育學會(Sea Education Association)所調查的結果中所提出的疑問─海洋中的塑膠垃圾總量為何沒有逐年增加?或許就可以獲得解釋。

這項研究的其中一位主持人,崔西‧旻瑟(Tracy J. Mincer)認為比較合理的解釋是,細菌侵蝕了垃圾中的聚合物,使它們快速分解並墜入海底。

研究人員還發現塑膠上的微生物群和周圍水域的微生物群還是有所區隔,每平方公分大小的塑膠上存在數百種微生物,就像個長滿微生物的礁石。接下來他們還會繼續蒐集分析太平洋上的塑膠樣品,看看生活在塑膠上的細菌和大西洋上是否有不同。

旻瑟和她的研究夥伴們也想要研究這些微生物在消化塑膠的時候,是否會釋出塑膠內危害健康的有毒添加物,例如阻燃劑。但也有另一種可能性,就是這些微生物膜的生長,會阻擋原本化學物質向外排出。

解開龜甲的進化起源

解開龜甲的進化起源
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:日本理化學研究所2013年7月9日訊

由於烏龜在演化過程中,失去了肋骨周圍的肌肉。因此,為何烏龜的肋骨僅在背側擴張,卻未形成覆蓋肋骨的肌肉,將是今後解開此進化過程的新課題。(圖片來源:維基百科)

烏龜是長壽的代表物種,有存活超過一百多年的紀錄。牠們的頭部與四肢可縮進「龜甲」內,因此龜甲是用來保護身體、抵抗外敵的特殊構造。龜甲是由背側的「背甲」與腹側的「腹甲」所構成,而背甲是由肋骨與背骨兩者癒合而成,因此烏龜活著的時候,龜甲無法與身體分離。

包括鱷魚、某些種類的恐龍及犰狳等脊椎動物,背部具有骨骼般盔甲。這些位於肌肉的外側的骨骼般盔甲,稱作「皮骨」(dermal bone)組織。皮骨的發育過程與肋骨及四肢骨骼不同,皮骨在骨骼形成前,先發育成「軟骨」的構造;在烏龜類胚胎,不僅先形成軟骨構造來進行骨骼形成,接著擴展成板狀構造,擴張的板狀構造於其肋骨間的空隙迅速地充滿物質,最後形成一體的背甲。

水滴變身的秘密

水滴變身的秘密
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯柯廷龍/國立臺北科技大學有機高分子研究所許益瑞副教授責任編輯

編譯來源:《化學與工程新聞》 ( Chemical and Engineering News)

冰的組成會決定雲的特質,例如其形狀大小,生命週期,降雨機率,以及其驅散輻射線能力的多寡。(圖片來源:flickr用戶 yellowcloud)

我們常常可以在電影及電玩作品中,看見魔力強大的法師施法使出驚天動地的暴風雪將敵人全數殲滅,但這些法師到底需要什麼,才能使空中的水滴凝結成冰晶呢?

在雲中,礦物塵埃和其它懸浮微粒催化使得水滴凝結成冰晶。科學家長久以來都認定,塵埃中的黏土礦物是使水滴凝結成為冰晶的最佳凝結核種。

英國里茲大學的班‧姆瑞(Ben Murray)和他的研究夥伴在一項報告中指出,一種在塵埃中占量較小,名為長石的矽酸鹽物質,在那些足以影響氣候,例如暴風氣團和層雲的雲團中,可能比黏土礦物還要更能夠催化冰的凝結。

吃海藻糖也能治憂鬱症

吃海藻糖也能治憂鬱症
國立臺灣師範大學生命科學系副教授李冠群

編譯來源:Trehalose induced antidepressant-like effects and autophagy enhancement in mice

憂鬱症是各種心理失常中罹患率最高的一種,以色列本古里昂大學和美國明尼蘇達大學藥學院的研究團隊的研究結果指出,海藻糖(trehalose)可能具有類抗憂鬱的功效。(圖片來源:pixabay用戶geralt)

以色列本古里昂大學(Ben-Curion University)和美國明尼蘇達大學(University of Minnesota)藥學院的研究團隊的研究結果指出,海藻糖(trehalose)可能具有類抗憂鬱的功效,且此功效與海藻糖可增強細胞的自噬作用有關。

海藻糖是由兩個葡萄糖分子所組成的雙糖,為一種麥芽糖異構物,它廣泛存在於細菌、酵母菌、菇類、海藻、蝦子、昆蟲及植物中,而且是許多生物體,如細菌、真菌和昆蟲等無脊椎動物的能量來源之一。在生物體內,海藻糖除了可作為一種碳源及能量來源外,還具有保護如蛋白質及核酸等生物巨分子,以及維護細胞膜的結構與功能之作用,提供生物抵抗乾旱、高溫、高鹽、冷凍或輻射等惡劣環境的能力。

因為在這些惡劣環境下,脫水、高滲透壓、冰凍或高溫等不利的條件都會使蛋白質及生物膜分子間的水分子急遽下降,而海藻糖在此環境下可以取代水分子的功能,避免蛋白質及生物膜結構遭受破壞進而喪失功能。此外,近來更發現在植物體中,海藻糖具有調節植物生長與發育的角色。

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