從鰻魚發現黃疸偵測新法

從鰻魚發現黃疸偵測新法
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:理化學研究所研究成果發表2013年6月14日

日本理化學研究所共同研究團隊發現日本鰻的肌肉中所具有的綠色螢光蛋白質能與膽紅素(bilirubin)彼此結合的機制,並應用此研究成果,開發出能直接定量測定人體血清中所含有的膽紅素。(圖片來源:日本高松中央卸売市場流通図鑑)

日本鰻魚因為被發現其產卵海域位於菲律賓馬尼拉海底山脈、以及近年漁獲量劇減等議題,總是報導不斷。2009年日本鹿兒島大學的林征一教授雖提出日本鰻的肌肉中具有綠色螢光蛋白質,但是其發光機制不明。日本理化學研究所共同研究團隊發現日本鰻的肌肉中所具有的綠色螢光蛋白質能與膽紅素(bilirubin)彼此結合的機制,並應用此研究成果,開發出能直接定量測定人體血清中所含有的膽紅素。

膽紅素是紅血球內攜帶氧氣蛋白質血紅素(hemoglobin)的代謝產物之一,血液中的膽紅素量如出現異常增加,就會沉積於組織中,出現黃疸症狀。血清中的膽紅素濃度,為評估溶血或肝臟機能的指標,是一般性健康診斷的生化學檢查項目之一,也是診斷新生兒黃疸症狀所必須的測定值。但是自1916年使用重氮化法以來,雖使用多種的膽紅素比色測量法,但都遭遇測量原理複雜、測量費時的問題。

調控睡眠的血清素

調控睡眠的血清素
臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:日本理化學研究所之研究成果發表 2013年5月15日

睡眠過程分為快速動眼睡眠及非快速動眼睡眠,入眠後會反覆出現非快速動眼睡眠→快速動眼睡眠→非快速動眼睡眠的週期。(圖片來源:flickr用戶peasap)

失眠症是憂鬱症的主要症狀之一。睡眠過程分為快速動眼睡眠(rapid eye movement sleep)及非快速動眼睡眠,入眠後會反覆出現:「非快速動眼睡眠→快速動眼睡眠→非快速動眼睡眠」的周期。憂鬱症病患的睡眠症狀有入眠後在較短時間就出現快速動眼睡眠,或在快速動眼睡眠中眼球運動頻度增加等傾向,但之前對為何引發此睡眠障礙仍不了解。

近年研究大腦中央部位的「外側韁核」(Lateral habenular nucleus)可能是造成憂鬱症的原因,在演化上此部位是從魚類到人類都具有的古老腦區。將外側韁核進行電刺激活化,會導致分泌神經傳導物質血清素的神經細胞活動減弱,因而了解外側韁核是血清素的控制中樞。另因血清素枯竭會導致憂鬱症狀惡化,因此外側韁核過多的活化,會過度抑制血清素分泌,使得憂鬱患者的症狀惡化的假說受到關注。實際上使用機能性核磁共振儀器(fMRI)進行研究發現,憂鬱患者的外側韁核出現血流量異常增加及腦的神經活動活性增加。患有類似憂鬱症狀的老鼠,其外側韁核則出現神經傳導效率增加的現象。

沙蠶的無限再生能力

沙蠶的無限再生能力
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5月8日訊

如同人類的脊椎骨或蛇的體幹一樣,生物體常可見到具有反覆出現的構造單位,這些反覆出現的構造單位稱做「體節」,不僅是脊椎動物,節肢動物如昆蟲、甲殼類等,環節動物如蚯蚓、沙蠶或水蛭等,都可見此生物形態設計的基本單位。(圖片來源:flickr用戶robgrowler)

如同人類的脊椎骨或蛇的體幹一樣,生物體常可見到具有反覆出現的構造單位,這些反覆出現的構造單位稱做「體節」,不僅是脊椎動物,節肢動物如昆蟲、甲殼類等,環節動物如蚯蚓、沙蠶或水蛭等,都可見此生物形態設計的基本單位。例如果蠅有14個體節,而人類有30個體節,這些都是在胚胎發育完成前就已經決定的。

常被作為釣魚魚餌的沙蠶,其體節是具有體壁、附屬肢、肌肉、消化管的圓筒狀構造,在發育成長階段,會在體幹的後端反覆不斷地附加上體節,其成體在頭部與尾部間的體節總數達到120至130個。如果沙蠶尾部被切斷,除了將傷口修復外,會長回失去的體節,因此目前被認為具有無限的再生能力。一般具有重覆體節構造的脊椎動物或節肢動物,體節數目於發育為成體後就不會改變。這些動物於發育過程中,胚胎成長的最前端部分會生成細胞的增值區域,來供應給體節細胞。但是胚胎發育過程一旦結束,增生區域就會消失,因此除了少部分例外如蠑螈或蜥蜴的尾巴,生物發育為成體後,體節再生能力都相當有限。

[活動] 科學實驗論文寫作工作坊

2013高瞻計畫教師工作坊_科學實驗論文寫作工作坊

報名網址:http://case.ntu.edu.tw/register/index.php

報名自即日起,9月5日為止。

詳細辦法

一、活動緣起與目標

國科會科教處為引發高中、職學生主動探究的學習精神,培育具備科學與新科技素養的國民,而推動導向性「高瞻二期計畫」。集結高瞻二期計畫與新興科技人才培育計畫成果,借重高瞻一期經驗,辦理教師工作坊。結合具有熱心、天份、能領導、個性積極的種子教師,「從做中學」,提供跨領域新興科技探究學習課程發展的交流平台,促進學科教師的活化教學學習進路及社群功能,增進學科教師自主學習與進修教材教法之研發。基本目標簡要如下:

1.深耕教師增能,擴大教學研究社群。

2.促進活化教學,強化課程發展創新。

希格斯粒子發現1周年

希格斯粒子發現1周年
國立臺灣大學物理學系高涌泉教授

歐洲核子研究組織(CERN)的兩個實驗團隊宣布他們在位於瑞士日內瓦的大強子對撞機(LHC)所產生的高能質子對撞中,發現了一個性質接近大家期待已久的希格斯粒子(圖片來源:flickr用戶Image Editor)

2012年7月4日,歐洲核子研究組織的兩個實驗團隊—超導環場探測器(ATLAS)與緊緻緲子螺管偵測器(CMS)—宣布他們在位於瑞士日內瓦的大強子對撞機(LHC)所產生的高能質子對撞中,發現了一個質量約125GeV的嶄新基本粒子。初步的結果顯示這個粒子的性質接近大家期待已久的希格斯粒子,這是基本粒子標準模型中之前唯一剩下尚未現身的粒子,所以這當然是一個極重要的發現,CERN的希格斯粒子發表會也因此特別邀請當年提出希格斯機制的理論物理學家希格斯(Peter Higgs)、翁勒(Francois Englert)等人出席見證這個歷史性時刻。

不過儘管ATLAS與CMS所發現的粒子看似希格斯粒子,他們2012年在宣布之時所掌握的數據尚不足以確定這就是標準模型中的希格斯粒子,所以許多人還很謹慎地只稱呼這個粒子是「類希格斯粒子」。粒子物理學家其實期盼最好這個粒子不全然就是標準模型預測的希格斯粒子,因為若是如此,他們就無從找到超越標準模型的線索。

從2012年那令人激動的宣布至今已有1年,那麼對於這個「類希格斯粒子」是否真是希格斯粒子的問題,有無進一步的消息?2013年3月ATLAS與CMS提供了他們最新的分析,答案是「類希格斯粒子」越來越像是正宗的希格斯粒子。2004年因發現強交互作用的「漸進自由」性質而得到諾貝爾物理獎的得主─麻省理工學院(MIT)物理教授威爾切克(Frank Wilczek),特地為《自然》期刊寫了一篇文章,標題為〈最簡理論的勝利〉,來報導這件事。威爾切克所謂的最簡理論指的就是一般人所說的標準模型理論,因為在標準模型中我們只用上了單一個純量場,是利用「希格斯機制」的最簡便辦法。原則上我們可以用更多的純量場—也就是更多的希格斯場—來實現希格斯機制,如此一來就會有1個以上的希格斯粒子,但是實驗並不支持這樣更複雜的狀況。另外我們也可以假設希格斯粒子是由更小的粒子所組成的,這些粒子之間有更複雜的新類型交互作用,或者是假設宇宙還有更多的維度等更奇特的模型,可是這些當初曾被人賦予眾望的模型通過實驗檢驗的機率看來是越來越低。

在2012年的數據中,希格斯粒子衰變成2個光子的機率似乎比標準模型的預測來得高,但是最新的分析卻顯示實驗數據與理論值的差距縮小了,讓許多寄望於從這個雙光子衰變模式發現標準模型出錯之處的人有些失望。當然,目前的數據還無法百分之百肯定標準模型,但是以2013年的數據來看,希格斯粒子與其他粒子(夸克、輕子、W粒子、Z粒子)的交互作用強度,大致都與標準模型的預期相符。萬伯格(Steven Weinberg)與沙朗(Abdus Salam)於1967、68年提出的最簡模型竟然能通過層層考驗,至今屹立不搖,這實在令人驚訝,若沒有大強子對撞機,我們就學不到這非常重要的事。

每個人呼氣有專屬「氣紋」?

每個人呼氣有專屬「氣紋」?
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯柯廷龍/國立臺灣大學動物學研究所潘建源教授責任編輯

每個人的口氣或呼氣中所包含的物質都不盡相同,就如指紋一般,每個人都有專屬於他的氣紋。(breathprint)(圖片來源:flickr用戶Looking Glass)

在醫學界中,血液檢查及尿液檢查常被醫生拿來作為一項便利的工具,醫生可以藉由這些檢測的報告,判斷病人的健康狀況及病情,但在未來,我們將可以藉由口中呼出去的氣體瞭解自己身體的健康情形。

2013年4月公共科學圖書館網站刊登了1篇關於蘇黎世聯邦理工學院的研究,根據研究發現,人所呼出來的氣體具有獨特的特徵,可以作為檢驗身體健康狀況的依據。

以氣味來判斷健康狀況在傳統中醫早就被使用,中醫師藉由病人口氣的味道來進行診斷。亦有人提出,經過適當訓練的狗或老鼠,可以藉由口鼻氣味辨認出病人是否罹患特定癌症。但在上述例子中,診斷的結果會有偏差。所以,有機化學家雷納多‧曾諾比教授(Renato Zenobi)及其團隊,藉由最新的技術分析口氣或呼氣中的化學元素,來避免上述診斷可能造成的偏差。

偽基因(Pseudogene)

偽基因(Pseudogene)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理鄭杏倩

在生物的基因體序列中存在著許多偽基因(pseudogene),雖然其構造與功能性基因(functional gene)非常相似,但是因經過突變而造成無意義的突變(nonsense mutation)、移碼突變(frame-shift mutation)…等原因,而使得DNA序列無法被成功的轉錄(transcription)或是轉譯(translation),因此在細胞中不會表現偽基因序列的產物。為了區分功能性基因與偽基因,在文字標記上,常在偽基因的名稱前面加上 “Ψ”,例如 “Ψβ-globin”,在電腦化的資料庫中,有時也會在基因的簡寫後面再加上 “P” 來代表,例如 “CA5P” 代表α-carbonic anhydrase pseudogene 5。大部分的偽基因無法被轉錄,然而有少部分的偽基因可以被轉錄甚至轉譯。此種雖然存在卻沒有真正的功能的情況,可將偽基因視為基因層次上的痕跡性狀(vestigial trait)。

偽基因屬於廢物DNA(junk DNA)的一員,然而因為其與功能性基因擁有相同的祖先,因此在演化歷史的探討應用上為一重要的研究工具。偽基因的演化速率相較於其同源(homology)的功能性基因快很多,因此藉由相同物種內偽基因與功能性基因序列,以及不同物種間偽基因與偽基因序列等的比較,可以深入地做不同演化層次(基因、物種)的探討。

偽基因依照其來源可大致分為以下三類,其構造及應用上皆有所不同。

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