无家可归的鱼和太阳黑子升温

本周,不断增加的二氧化碳水平如何阻止鱼类寻找家园,以及太阳黑子如何保持温暖的新见解。我们还讨论了最近在欧洲爆发的大肠杆菌…
6月6日

小丑鱼

一个小丑鱼

分享

本周,不断增加的二氧化碳水平如何阻止鱼类寻找家园,以及太阳黑子如何保持温暖的新见解。我们还讨论了最近在欧洲爆发的大肠杆菌,以及发现世界上最大的DNA计算机!

在这一集里

大肠杆菌:大肠杆菌的扫描电镜照片,在培养基中生长并粘附在盖片上。

00:17 -一场新的致命大肠杆菌爆发

目前,德国北部爆发了一种新型大肠杆菌,这成为了头条新闻;人们认为它源于受污染的沙拉蔬菜,包括黄瓜……

新的致命大肠杆菌爆发

戴夫-目前在德国北部爆发了一种新的大肠杆菌菌株,这是头条新闻;它被认为是源于受污染的沙拉蔬菜,包括黄瓜。这种感染是一种致病性更强的细菌,会引起溶血性尿毒综合征(HUS),损害肾脏和神经系统,可能是致命的。到目前为止,欧洲约有2000人感染,至少17人死亡。克里斯——这是你的研究领域——你能告诉我们更多关于正在发生的事情吗?

Chris -首先,我们以前可能从未见过这种大肠杆菌,所以几乎可以肯定它是新的。它被命名为大肠杆菌0104这只是一个数字和字母系统用来指代细菌表面的生化标记,这是一种方便的标记方式,因为没有更好的术语。上个月底,它首次在德国出现,当时它与一种肠胃炎的爆发有关,这种肠胃炎的特点是人们在运动时失血。因此,这首先敲响了警钟,然后当数字真正开始攀升时,公共卫生官员介入并开始追踪这可能源于哪里,以及致病有机体是什么,结果是这种形式的大肠杆菌。地球上几乎所有东西的内脏里都有大肠杆菌,但有些形式的大肠杆菌在基因上有自己的工具,它们有这种分子武器的武器库,它们可以向我们投掷,这种特殊的菌株似乎有一些额外的基因,使它能够产生一种毒素,这种毒素会损害肾脏,导致血细胞分解,这就是溶血性尿毒症综合症的一部分。所以,这是一种不同寻常的大肠杆菌,虽然它的来源还不完全清楚。

大肠杆菌多米尼克-你说这是一种全新的大肠杆菌。新的菌株是如何产生的?

克里斯:这个问题真正明确的答案来自潜伏在基因组中的秘密,因为你可以以一种侦探的方式,通过询问基因上谁是你的亲戚来解开事物的起源?因此,科学家们所做的就是把这种特殊生物的样本送到北京基因组研究所(BGI),这是世界上最大的基因组测序机构之一。他们已经从构成这种细菌的520万个基因字母中挑选出来,他们已经开始研究基因序列是什么,以及从微生物学的角度来看,这种有机体与谁有关系。有趣的是,大约93%的基因与一种大肠杆菌有直接关系,这种大肠杆菌与非洲某些地区的腹泻爆发有关。但7%的基因组与一种大肠杆菌有关,这种大肠杆菌会产生毒素,尤其是志贺毒素,这些毒素很讨厌。当这种细菌最初锁定在肠壁上时,它会破坏肠壁,然后产生这种毒素,并渗入血液。毒素有两个部分——亚基a和亚基B——亚基a的行为有点像分子抓钩。它在血液中四处流动,直到找到肾脏上的这个结构,它可以与之结合并锁定,然后帮助亚基B爬进细胞,使细胞失去制造蛋白质的能力,而蛋白质是细胞维持生命所需的有效配方。这会导致细胞死亡。这会引发炎症。 It also causes blood cells to begin to cling to the wall of the blood vessel and break down - that's the hemolysis bit - so you get a combination of kidney damage and blood cells breaking down, the hemolysis. In a small minority of people, this can be sufficiently severe that they unfortunately die which is what we've seen in this time. So it looks like it's a sort of mix and match between a form of the bug from overseas and some other forms of the bug which we know exist in nature.

戴夫:以这种方式攻击我们的肾脏似乎是一种非常特殊的进化过程。这个bug有什么好处吗?杀死它的宿主似乎是一个非常糟糕的主意。

黄瓜果实克里斯:正如你所看到的,并不是所有人都是致命的。我们认为,自疫情爆发以来,大约有2000人感染了这种新型大肠杆菌,有趣的是,我们现在认为,今晚出现了一些证据,研究人员将其与5月6日、7日在汉堡港举行的一个节日联系起来。他们认为,可能是人们聚集在那里,吃了某种受污染的食物——可能是沙拉蔬菜——导致了这次疫情的爆发。这种细菌能够做到这一点的原因是人类不是这些引起这种特殊综合症的生物体的天然宿主。事实上,它们可能来自农场动物。农场里的动物不像我们那样有毒素的分子靶标,所以它们可以把这些东西完全无害地带到它们身上,它们的粪便就会释放出来。如果你用这些粪便给你的粮食作物施肥,你的沙拉蔬菜,你的西红柿,以及任何让它们长得很好的东西,那么携带的虫子就会进入食物中。在北京进行的这项研究得出的另一个结论是除了制造毒素之外,这种特殊形式的大肠杆菌也有一些基因,使它能更好地附着在肠道细胞上,也可能附着在生菜和西红柿等植物的细胞上。换句话说,是为了在这些环境中更好地生存。因为沙拉不是真正煮熟或煮熟的,通常是生的,当你剥掉东西,剥掉表面的虫子时,它可能在表面上,即使是很小的数量,小剂量的细菌就会感染这种特殊的有机体。

克里斯、戴夫和多米尼克继续他们的讨论。

戴夫:所以我想这就引出了一个很多人在家里都有的问题——你能做些什么来保护自己吗?这可能是一个大问题吗?

克里斯:我们现在可能看到了两种现象。到目前为止,大约有2000人表现出这种症状,他们要么是在疫情爆发时被感染的——这可能占其中的大部分,然后也会有一些人可能是从其他感染者那里感染的,因为潜伏期似乎在1到10天之间。因此,感染病毒的人可能已经感染了病毒,潜伏期很短,他们从已经感染病毒的人身上感染了病毒,或者他们可能只是一个缓慢的孵化器,例如,在源头感染的感染剂量较小。目前,尽管它在数量上已经传播到欧洲的一些国家,但所有这些数字似乎都与德国这个特定的地理位置有关。所以我们认为这是源头,我们还没有看到进一步的传播——当然没有在英国。我们还没有看到它在欧洲其他地方蔓延,所以看起来它正在被控制住。但显然,这意味着人们必须非常警惕,如果人们确实出现了这些症状,那么他们应该去寻求帮助,并确保他们非常注意卫生,因为这是一个小的感染剂量,它可以在表面传播之类的东西。

多米尼克:那么病菌是只在蔬菜的表面,还是会蔓延到整个果肉?

克里斯,我猜你想问的是,去皮,煮,或者不吃,这个适用吗?答案是,当蔬菜生长的时候,虫子会爬到蔬菜的表面,很明显,如果我们没有正确地清洗它们,你就会染上一些东西。当你到第三世界国家旅游时,这是引起旅行者腹泻的常见原因。人们只是吃那些没洗干净的东西。但在某些情况下,如果蔬菜表面有小角落和缝隙,虫子就能钻进去。在某些情况下,植物会过度生长,几乎把细菌困在植物的果肉里,像一个微型胶囊一样保护它。所以即使你剥了皮,有时它太深了,你可能根本不去皮。所以,答案可能是,如果你现在考虑安全,你最好不要吃从德国汉堡市场买来的蔬菜。据我们所知,目前这个国家的人民没有风险,就像我说的,这个数字不再急剧上升。所以我们认为这是可以的。

太阳表面的颗粒状结构和太阳黑子(大小约2万公里)。可见光。由日野的太阳光学望远镜(SOT)拍摄。

05:47 -太阳黑子如何保持温暖

由斯德哥尔摩大学Göran Scharmer领导的一组斯堪的纳维亚研究人员发现了一些关于太阳黑子如何保持温暖的线索……

太阳黑子是如何保持温暖的

斯德哥尔摩大学Göran Scharmer领导的一组斯堪的纳维亚研究人员发现了一些关于太阳黑子如何保持温暖的线索。

太阳黑子是太阳表面的黑色斑点,它们代表太阳表面比其他地方稍冷的黑子。太阳的大部分表面都被对流加热,对流从太阳核心携带热量,在那里,核聚变反应将氢转化为氦,提供能量,使太阳发光,直到我们看到的光球。太阳黑子的形成是由于太阳的强磁场方向与这些对流相反,导致光球层迅速冷却,因为没有东西可以补充它辐射出去的能量。通常情况下,它从6000°C左右的正常温度下降到3000-4500°C左右。

太阳和太阳黑子表面的颗粒状结构。但即使在摄氏3000度的温度下,太阳黑子也会发出红光,如果没有热源来补充辐射出去的能量,我们预计它们会进一步冷却。那他们为什么不这么做呢?在《科学》杂志上,沙默和他的同事们提出了证据,证明太阳黑子并不是对流完全关闭的区域,而是对流严重减弱的区域,因此来自太阳深处的一些能量仍然可以上升到表面。

对流通常是通过它在太阳表面产生的上升和下沉洋流的特征模式来识别的,这种特征被称为对流细胞。你可以通过观察在一锅沸水中倒入豌豆时形成的图案来创造类似的效果。但太阳黑子没有这些模式,这就是为什么它们一直被认为完全没有对流。

沙默使用了一种不同的技术,通过在一个非常特定的波长上观察太阳,有效地观察了太阳表面下的情况,这个波长对应于中性碳的谱线,而中性碳只有在数万摄氏度的温度下才会产生。太阳表面太冷,无法产生这条光谱线,所以如果你看到它,它一定来自太阳表面深处。

沙默不仅成功地探测到了太阳黑子边缘的中性碳线,而且还发现它有一个蓝移,这表明它正在向我们移动,以接近每秒一公里的速度从太阳中升起。这是迄今为止发现的第一个证据,表明在太阳黑子的表面下仍然存在一些微弱的对流。

09:28 -失去尼莫-酸性海洋如何使鱼变聋

事实证明,如果你提高大气中CO2的含量,这将产生使海洋酸化的效果,因为二氧化碳在溶解时形成碳酸。这种酸化会改变鱼类对周围环境的反应方式。

失去尼莫:酸性海洋如何使鱼类失聪
史蒂夫·辛普森博士,布里斯托尔大学

事实证明,如果你提高二氧化碳的含量2大气中的二氧化碳(我们也认为这与气候变化有关)会造成海洋酸化,因为二氧化碳溶解后会形成碳酸。事实证明,这种酸化可以改变鱼类对周围环境的反应方式。来自布里斯托尔大学的史蒂夫·辛普森博士一直在研究这是如何影响它们感知危险声音的能力的……

史蒂夫:我过去十年的研究主要集中在珊瑚鱼在海洋浮游生物中生长了几天后寻找栖息地的行为上。这些是非常年轻的珊瑚礁鱼,它们在寻找栖息地,在那里度过余生。我的兴趣主要集中在听觉线索的重要性上。这是珊瑚礁上的动物发出的声音,小幼虫可以探测到这些声音,然后朝它们移动,并利用它们来选择特定的栖息地。最近几年的研究表明,经历海洋酸化的鱼类失去了自然的嗅觉,这是鱼类用来探测珊瑚礁栖息地的另一个线索。所以我想测试的问题是听觉是否不受海洋酸化的影响,从而能够弥补嗅觉的损失,或者听觉是否也会受到海洋酸化的影响。

橙色小丑鱼,圆角鱼克里斯-那实验技术是什么?你到底做了什么,测试了什么鱼?

史蒂夫:我们和小丑鱼一起工作。小丑鱼与尼莫相似,很容易通过水族馆贸易获得。它们可以在圈养环境中繁殖。所以对科学家来说,这很好,因为这意味着我们可以研究这些鱼的胚胎和幼虫阶段。所以我们取了小丑鱼的胚胎,一旦它们孵化出来,我们把它们放入不同的水处理中,这些水要么是基于今天的CO2环境中,我们向他们的水箱中注入空气,或者根据不同的预测,来测量CO2本世纪后期的环境。因此,我们有三种处理方法,我们对2050年的大气进行了预测,然后对2100年进行了两种不同的预测,这些都是基于IPCC的预测,即政府间气候变化专门委员会。所以我们在这些不同的CO中饲养我们的鱼的幼虫阶段2环境,然后我们把鱼放进实验室里的听觉选择室,这是一个面向扬声器的长管,我们让鱼在这个选择室里移动,同时我们给它们播放声音,监测它们的行为。

克里斯:首先,一条正常的鱼或幼鱼在这种情况下会怎么做,当你用这种方式播放珊瑚礁的声音时?

史蒂夫:我们在白天做实验。我们使用了一段白天珊瑚礁噪音的录音,我们从两项研究中都知道,在开放的水域里,鱼类会自然地远离这种声音,或者从我们过去做过的回放实验中。在白天第一次遇到珊瑚礁是一个危险的地方,因为那里有高密度的捕食者。因此,所有这些捕食者发出的噪音会使鱼类自然地远离这些声音。

克里斯:那当你把鱼替换成在这些强化二氧化碳中饲养的鱼呢2环境吗?他们做了什么?

史蒂夫:所以那些经历了高水平或高水平CO的鱼2对录音没有回应。所以我们花在演讲者身边和远离演讲者的时间是一样的。

克里斯-天哪!这很惊人,不是吗?你知道他们为什么那样做吗?你怎么知道这些鱼没有变聋?

史蒂夫:所以很有可能是鱼变聋了。这里发生的事情有几种潜在的机制。听力可能已经丧失,尽管我们确实观察了它们耳骨的生长情况,耳骨是鱼耳朵的中心部分,我们发现不同处理方式的鱼在耳骨的形状和大小上存在差异。但听力仍有可能受到影响。如果听力没有受到影响,那么可能是神经传递或信息处理受到了影响,也可能是鱼能听到这些声音,但失去了自然的回避行为。无论哪种情况,我的意思是,这三种情况中的任何一种对自然环境中的鱼来说都是坏消息。

Chris:的确,但是你的实验有一个地方并没有真正反映自然环境,那就是你从正常环境中取出胚胎,然后把它们放在这些增强的CO中2在您对它们进行测试之前,它们的剩余开发情况。所以这本身就很有压力,所以可能只是鱼以压力相关的方式做出反应事实上,如果你要研究它们的后代,如果你把鱼从胚胎养到成年,然后把它们养大,然后对它们进行测试,你可能会发现它们的压力更小,因此,受到的影响也更小。

Steve -是的,所以这是一个非常重要的问题关于这是否是由于对一氧化碳的急性反应2环境或鱼类世代是否有适应能力。这将决定我们如何思考,如何预测下个世纪鱼类的反应。我们看到的是海洋pH值前所未有的变化速度,比过去65万年的任何时候都快100倍。因此,我们预计鱼类,如果它们能适应,将在那个世纪的几十代内做到这一点。这确实是我的合作者菲利普·蒙迪教授实验室的研究重点他正在研究多代人的适应能力。

克里斯:你认为你的发现意味着什么?

史蒂夫:这意味着鱼类失去了听觉或对声音的自然反应对鱼类来说是有害的,因为鱼类生活在一个非常听觉的世界里,所以这种声音是用来交流的,用来发现和躲避捕食者,用来找到自己的鱼群伴侣,也用来发现潜在的猎物。所以会对鱼类种群造成相当有害的影响。我们不知道这种影响是否会在不同的鱼类中全面出现,这是我们现在研究的重点,开始研究物种之间反应的可变性。我认为还有一个有趣的问题是,一个物种内部的反应有多大的差异,因为可能每条鱼都需要适应,或者有一些稀有的鱼已经有了更强的耐受性,然后通过选择性的清除种群,能够跟上变化的步伐。

DNA片段的分子模型

16:49 -有史以来最大的DNA计算机

有史以来最大的DNA计算机已经建成,它可能有助于建立诊断测试,甚至了解细胞。

有史以来最大的DNA计算机

今天绝大多数的计算都是用硅芯片上的晶体管完成的,尽管还有一些其他的方法正在尝试中。一种是使用DNA,它可以编码信息,它是一种化学物质,所以在反应中它可以对这些数据进行操作。

从长远来看,它们被认为是解决一些问题的一种方法,这些问题在普通计算机上处理起来非常缓慢,因为尽管DNA计算机的计算速度很慢,但DNA分子非常小,所以它可以同时处理很多问题,但我们还没有达到这一点。

Erik Winfree和Lulu Qian已经建立了一个DNA分子系统,可以通过许多不同的反应相互作用。DNA是一个双螺旋结构,两个螺旋状分子,彼此之间的连接相对较弱。两个DNA分子只有在有相应的密码时才能连接在一起,如果只有一半的密码相互对应,那么只有一半的分子会连接起来,剩下的一半可以进行另一个反应。

通过编码输入作为一个分子的存在或不存在,一对这样的反应可以给出另一个分子的输出,并像任何传统的逻辑门一样工作。计算机是由逻辑门组成的,所以只要有足够的反应,你就可以建造一台计算机。

到目前为止,他们已经建立了一个由130个DNA分子组成的系统,可以进行计算……他们可以找到最接近于16的平方根的整数,反应大约需要10个小时。

这本身并不是很有用,但他们已经建立了所有的基础设施,能够制造更复杂的系统,并读出结果。

10个小时的计算时间意味着它不会很快与硅竞争,但在某些地方,能够进行简单的化学逻辑可能是有用的,例如在诊断测试中,你可能想要寻找3个不同DNA片段的存在,只有当你看到它们时才能产生结果,或者你只能在反应的前两个阶段完成时释放反应物。

他们还提出,生命是一个相互作用的化学反应的复杂系统,所以我们可以通过研究这些简单的DNA计算机来了解它。

各种各样的智能手机。从左到右,上一排:iPhone 3G,黑莓8820,诺基亚N78,诺基亚N81,(下一排)诺基亚N95,诺基亚E65,诺基亚N70。

19:54 -你如何使用手机

剑桥大学的计算机科学家们想出了一种方法,可以让手机在未来更直观地工作。

你如何使用手机
丹尼尔·瓦格纳,剑桥大学

剑桥大学的计算机科学家们想出了一种方法,可以让手机在未来更直观地工作。和我们一起解释他们实际在做什么的是丹尼尔·瓦格纳。他是幕后团队的一员。你好,丹尼尔。

丹尼尔-你好。

克里斯-他实际上是亲自来告诉我们的。那么,你首先要解决的问题是什么?挑战是什么?

Daniel -我们一直在试图弄清楚人们用他们的智能手机做什么,因为如果你想制造更好的手机,那么你需要知道人们现在用他们做什么。

各种各样的智能手机克里斯-那我们不是已经知道了吗?

丹尼尔:这一点并不为人所知,因为手机制造商可能会进行研究,但他们不会公布这些数据。而且,通常这些研究的规模相对较小。移动运营商知道你打了什么电话,但他们不知道线下发生了什么,例如,你使用了哪些应用程序,或者你什么时候给手机充电。所以我们可以做的是,如果手机充电的时间很短,比如每几个小时充一次电,那么我们就可以有一个快速充电的电池,比如可能需要很长时间才能充满电,但是如果我们有这种模式,它仍然可以工作。

克里斯-我明白了。所以,这就是挑战,这就是问题。你是如何着手解决这个问题的?

丹尼尔:好的。所以我们为安卓智能手机开发了一个应用,叫做设备分析器。当你使用手机时,它会在后台运行,并收集你所做的统计数据。

克里斯-好吧,那它在监控什么?它是怎么做到的?

丹尼尔:它基本上是在监视你能想到的任何事情。比如当你给手机充电或者打开应用程序时。我们可以从中得到一些有趣的数据。举个例子,假设你正在开会,你的电话响了。你要做的就是关掉手机,拒绝电话,设为静音,然后从这里,我们可以推断出电话一开始就不应该响,这是一些其他人不可能得到的数据因为他们要么只有你的通话记录,要么他们知道你离线时做了什么。

克里斯:所以你收集了所有这些数据,然后进入大学的一个中央数据库,在那里你收集了数千部手机的通话信息。你打算怎么处理这些信息?

丹尼尔:首先,在我们上传之前,重要的是我们要从中剔除个人识别信息,这样人们就可以给我们一个电话记录,但我们不一定知道是谁打的电话,所以让人们知道这一点很重要。然后我们可以对这个数据集进行综合分析,找出只有在大量人群中才会出现的模式。

Chris -你打算在公共领域发布这个,是吗?

丹尼尔:是的,这是真的。所以我们给人们三个月的时间来查看我们收集的关于他们的所有数据,如果他们对此感到满意并同意我们,那么我们就会将其发布到公共领域并将其提供给其他研究人员。

Chris -如果人们想尝试应用程序参与并帮助你进行研究,他们该如何尝试?

Daniel -这个应用程序现在可以在Android市场上下载。它可以在任何安卓手机上运行,你只需下载,它就会安静地在后台运行。

克里斯:如果你想帮助丹尼尔做他的研究,我们也让你很容易拿到一份副本。如果你去
thenakedscientists.com/analyser然后它会把你带到一个下载选项,你可以获得那个安卓应用程序的副本,然后它会开始以匿名的方式发现你在手机上做了什么,帮助丹尼尔进行研究。也许你会回来告诉我们你发现的最新情况。你觉得你什么时候能有足够的数据告诉我们你看到了什么?

丹尼尔:我想在几个月内,我们就会有大量的数据。

评论

添加注释