蚊子的寻热行为、珊瑚礁的大规模产卵、蚂蚁的社会组织、老鼠的恐惧和蝾螈的组织再生，这些都将在第26集的eLife播客中被放在显微镜下。
在这一集里
感受热度:蚊子能感觉到温暖
来自纽约洛克菲勒大学的Leslie Vosshall
世界上最危险的动物是什么?大多数人会立刻联想到蛇、鲨鱼或毒蜘蛛，但真正的答案是什么
更小，更容易被忽视的是蚊子。这种昆虫每年造成数百万人死亡，因为当它们叮咬我们时，它们会传播疟疾、登革热和黄热病等传染病。但他们一开始是怎么找到我们的?正如莱斯利·沃肖尔向克里斯·史密斯解释的那样，气味起着重要作用，但温度也起着重要作用。
莱斯利:雌蚊子的日常工作就是出去寻找尽可能多的人，然后叮咬他们。所以，部分原因是被人类温暖的皮肤所吸引。所以，我们已经发现，这些动物需要一个单一基因的功能来适应人体的温度，而不是过度适应不适当的温度。
克里斯-他们感觉热吗?是通过它们的脚，触角，还是其他身体部位?你知道吗?
莱斯利-这是个很好的问题。所以我们不知道，这是未来需要解决的问题，所以我们认为至少在它们触角的顶端，它们的细胞可以在它们飞来飞去的时候感受到热量。这些细胞对热很敏感。
这些细胞是如何检测温度的呢?
莱斯利:昆虫要想知道自己是否接近了温暖的人类，它需要有一种能对热做出反应的蛋白质。因此，我们一直在研究的特殊蛋白质被称为TRPA1。这是一种蛋白质，当你加热它时，它会被激活，从而改变它的形状。它导致离子流入细胞，最终，它使神经元非常兴奋，然后这种兴奋被转移到大脑。
克里斯:那你是怎么发现它在蚊子追踪热尸体的过程中所起的作用的?
莱斯利-我们做的第一件事就是进去。我的学生Roman Corfas负责整个研究。他首先做了一个详细的分析，当有热的东西时蚊子到底在做什么。所以他准确地计算出了它们对热的敏感程度。所以只要比室温高2.5摄氏度，它们就已经知道有什么有趣的东西，它们就会飞向它。然后，当表面温度高于人类皮肤时，普通蚊子就会避开它。他们不喜欢太烫的东西。然后，他用这些惊人的新技术删除了一个基因。现在我们有一只缺失TRPA1的突变蚊子我们问，“它做了什么?”所以，我们的TRPA1突变体，它们仍然非常喜欢人类，它们仍然会飞向温暖的表面。 But when that surface gets superhot, they don't care. They like it. They like it more and they hang around until you make it crazy hot and then they leave. From that, we assume that TRPA1 now is a major player in telling the mosquito, "Okay, stop. It's too hot. Go away!"
克里斯:同时，尽管他们仍然喜欢热的表面，这可能是一个温暖的身体，不是吗?所以一定有别的东西在起作用，使它们能够探测到较低的热量水平。所以你发现了一种东西把它们排斥在非常热的表面上帮助它们进行辨别但这不是全部。
莱司利-完全正确。所以这个故事分为两部分。我们解出了第二个。所以第一个神秘的部分是，它们是如何识别出比周围空气更温暖的东西，并探测到它，喜欢它，飞向它的?我们将继续积极地寻找这个神奇的分子。这是蚊子如何被人类吸引的一个非常重要的谜团。所以，我们发现了这个谜题的另一部分:它们是如何接近比人类皮肤更温暖的东西的?还有一点非常重要，因为如果它们被太热的东西分散了注意力，就会使它们猎杀人类的效率降低。
你可以利用这两种方法来阻止它们咬人。
莱斯利:当然，所以世界上的每个人，尤其是我的亲戚们，在节日里都问我们有没有找到防止人类被咬的方法。所以这对地球上的每个人来说都是当务之急。因此，了解蚊子利用温度寻找人类的策略是非常有用的信息。因此，很多设计用来捕捉蚊子的陷阱开始利用这些参数来模仿人类，比如热量，呼吸中的二氧化碳，难闻的人类气味。我们的发现表明，在调节这些陷阱的温度时必须非常小心。
珊瑚mass-spawning
与以色列巴伊兰大学的Oren Levy合作
可以说，海底世界的奇迹之一是珊瑚每年大量产卵。
令人难以置信的是，每年的某一天，它们会同时向水中释放卵子和精子。我们知道这与月亮周期和光照水平有关，但有哪些基因参与其中，它们又是如何控制这一过程的呢?以色列巴伊兰大学的奥伦·利维接受了克里斯·史密斯的采访。
Oren - 2005年至2007年，我在澳大利亚昆士兰大学做博士后。我被所谓的大规模产卵事件所吸引，这是珊瑚的大规模繁殖，珊瑚在每年的一天向水柱中释放卵子和精子，通常是在11月，满月后的几天。我很好奇珊瑚是如何年复一年地调整它们的行为的，在一个特定的夜晚，在一个特定的时间窗口，130多种珊瑚释放它们的配子，也就是精子和卵子进入水柱受精。所以基本上，这开始了整个关于机器是如何计时这种行为的问题。
克里斯:因为很明显，它们必须适当地同步，因为如果它们不同步，在海洋这样广阔的环境中，那么一些卵和一些卵就永远不会相遇再保险吗?
奥伦:没错。所以，这是没有意义的:如果在这个过程中没有同步或不同步，可能就不会有任何未来的新队列。所以，我们想用不同的分子工具进行更深入的探索，以了解是否有特定的基因参与了这种同步，并在夜晚的特定时间将配子释放到水柱中。我们决定回到大堡礁的苍鹭岛做一个大型实验，我们在11月满月的前几个晚上，也就是产卵之夜，把珊瑚放在珊瑚礁上。我们决定连续几天每天晚上从珊瑚群中取出一些特定的片段，以检测哪些基因在产卵过程中直接表达。
Chris -你是每天在同一时间采集样本还是取出样本?你是否也对产卵期间发生的情况进行了快照，这样你就可以看到基因表达的正常基础水平是多少，哪些基因是开启的，哪些是关闭的，在什么水平上，而且，当产卵开始时，它是如何变化的?
奥伦:是的。所以基本上，我们在满月前两晚把珊瑚从珊瑚礁中取出来。当配子释放到水柱中时，实际产卵是在2011年11月16日，也就是满月后的5天。所以我们基本上无法准确猜测这一事件将在何时发生。所以每天，我们都会从珊瑚中取样一些小块。所以我们设法在产卵事件发生前有了历史和基线。
克里斯-什么开关是打开的，什么开关是关闭的，当产卵实际上踢?
奥伦:所以我们发现大约有200个特定的基因在产卵过程中表现出非常高的表达水平。这些基因基本上与所谓的G蛋白有关。G蛋白是一种受体，它可以检测到来自环境的不同信号，比如不同的信息素，不同的神经肽，或者其他化学信号中光线水平的不同变化。
克里斯:那你觉得是怎么回事?珊瑚细胞是否通过在单个细胞水平上进行检测，同时进行化学对话，集体讨论释放的合适时机?所以这是一个群体的决定，当这个信号在群体中变得适当强烈时，就会达到某种阈值，触发配子的释放。
奥伦:是的。所以我们认为这其中存在某种门槛。我们不能确切地说导致配子释放的最终信号是什么。我们知道有一定的环境条件，比如如果风太大，波浪太大，或者下雨，珊瑚会推迟几天释放配子。因此，它们都将等待特定的条件，以最大限度地发挥自己的能力。
不要害怕
贝卡·尚斯基，波士顿东北大学
一个多世纪前，巴甫洛夫证明，当他在喂狗的同时按铃吃饭时，狗很快就学会了这两者之间的联系，过了一会儿，
单单晚餐铃声就足以让动物们垂涎欲滴。类似的实验也可以在老鼠身上进行，在老鼠身上，一种声音会预先警告随之而来的小电击。然而，老鼠并没有分泌唾液，而是一动不动，这表明它们对预期会受到的电击感到害怕。但是当她使用这种方法时，她的一些研究对象的一些不寻常的行为让贝卡·尚斯基意识到，几十年来，我们可能错过了一些关键的东西，正如她向克里斯·史密斯解释的那样……
丽贝卡:我们最初感兴趣的是那些天生似乎恐惧程度很低的动物，看看这些动物的大脑是否有差异。我们发现，有些女性似乎表现出较低程度的恐惧。然后我的研究生在看视频——我们在整个实验过程中都拍了视频，她说，“你知道，这些雌性中的一些，它们并没有冻结，但当音调响起时，它们开始疯狂地跑来跑去。很难说这些动物看起来不害怕。”所以我们说，“有没有一种方法可以让我们尝试量化它?”这是真的吗，还是只是我们从分析中随便拿出来的某种奇怪的动物?”
克里斯:那么在这个阶段，你会说，“也许我们错误地称呼了恐惧。也许还有其他恐惧的表现，而不仅仅是动物被冻死。也许动物们也跑得很快。”
丽贝卡:没错。所以对于一些动物来说，它们的本能不是冻死，而是试图逃跑。这并不常见，我认为之前没有被描述过的部分原因是95%的这类实验都是在雄性动物身上进行的，而不是在雌性动物身上。所以，有可能它只是没有被观察到。
克里斯-当你重新分析的时候，它站得住脚吗?它们表现出这种奔跑行为而不是冻结吗?
丽贝卡:是的。这就是它的样子，在我们分析的雌性中，大约40%的雌性不会冻住，而是开始四处奔跑。我们进行的分析使我们能够探测到这种逃逸行为的个别实例，我们在论文中称之为逃逸。我们所看到的是，在一些动物身上，你通常看到的是，当你测量冻结时，每次音调出现时，冻结都会增加，然后伴随着电击。所以，你可以看到冻结的上升趋势，这表明动物的学习能力正在提高，它们真的知道这种语气意味着它们会受到惊吓。我们在其中一些雌性身上看到的是完全相同的趋势，除了我们看到这种飞奔行为的增加，而不是冻结。
克里斯-只有女性这样做还是男性和女性都这样做?
丽贝卡:我们发现有非常非常小比例的男性有资格成为伴侣。只有大约10%的雄性会这样做。所以，我们是否真的可以说雄性和雌性在同一水平上做这件事还有待商榷。
克里斯:你认为他们为什么要这么做?
丽贝卡:嗯，我认为随着研究的深入，这将是一个价值6.4万美元的问题。真正有趣的是，当这些动物知道音调的意思时，它们会飞奔起来，几天后，我们做了更多的测试，发现了一些有趣的行为效应。两天后，在我们做的另一项测试中，似乎表现出这种逃跑行为的动物在任何方面都表现出较低的恐惧程度。因此，在压力事件中试图逃避似乎有某种保护或适应性。所以，这是一个更具挑衅性的发现:这种行为反应可能会产生某种长期的积极后果，而不是冻结反应。
克里斯-你的发现意味着什么?你之前多年都忽略了什么?
丽贝卡:这表明雌性老鼠可能有更多样化的恐惧表达方式。所以，这是我们必须考虑的问题因为这类研究强调的最大问题是如果你只看冰冻，那些害怕的动物就会被呈现为不害怕。如果你的冻结水平很低是因为你有这种飞奔的行为，那么解释你的数据就有问题了。
蚂蚁进化难题
马丁·诺瓦克，哈佛大学
像蚂蚁这样的群居昆虫似乎对进化不屑一顾，因为工蚁不得不牺牲自己的繁殖机会来换取整个群体的利益。
这与蜂王与多个雄性交配的情况尤其难以调和，这意味着如果工蜂繁殖，将有可能为种群带来更大的多样性。但现在，哈佛大学的马丁·诺瓦克(Martin Nowak)的一项新的数学分析表明，只要群体的繁殖率保持高效率，即使蚁后与多个雄性交配，这仍然是一个可行的进化命题。克里斯·史密斯听到了……
马丁:从社会角度来说，昆虫对大多数生物适应都是特别的，因为它们非常成功。因此，只有2%的昆虫是群居的，但它们占昆虫生物量的50%。在这里，我们有一种被称为超级有机体的现象，它被视为一种独特形式的生物组织。最大的问题是，为什么自然选择会让个体不繁殖自己，而是帮助另一个个体也就是蚁后繁殖呢?这是一个查尔斯·达尔文已经发现的难题。
克里斯:我们认为这是怎么发生的?这种行为的起源是什么，我们认为自然选择是如何允许这种行为的?
马丁:自然选择允许这种行为，如果这种形式的繁殖的整体效率比单独的好。所以我们要说的是，单独繁殖是直接的指数增长。所以，如果你想改变这种生活方式，你必须战胜指数增长的力量。如果蚁后从留下来的后代那里得到了巨大的好处，这种情况就会发生。这一优势体现在雌性繁殖后代和保护后代的几率上。
Chris -你是如何证明这些是限制条件，这些是实现这一目标的必要条件的?你是怎么做到的?
马丁:这是一个简单的进化动力学数学计算。所以你建立了不同的基因变异然后写下群体遗传学的方程来问什么是最成功的，最成功的繁殖方式。在这篇论文中，我们实际上分析了第二个问题，这是假设昆虫群落已经存在，它们应该产卵。以蚂蚁为例，蚁后会产下雄性和雌性的卵。没有受精的工蜂只能产下雄性卵子。在蜂群中，只有一只受精的雌蜂即蜂王，而其他所有的雌蜂都没有受精，很明显，所有的雌性后代都必须来自蜂王。但在谁下雄性卵的问题上存在冲突，因为它们可能来自蜂后，也可能来自工蜂。
Chris -在一般的蜂群中，工蜂会携带任何与雄性有关的基因信息，这些基因信息与蜂王携带的雄性基因信息是相同的。所以实际上你不知道，也不会有任何优势，对工蜂生下雄性后代或蚁后生下雄性后代有好处吗?
马丁:遗传物质并不完全相同，因为女王可能与一个雄性交配，也可能与几个雄性交配。在我们为论文做分析之前，人们以前认为，蚁后只与这一只雄性交配是非常重要的，这将允许不育工蜂的进化。如果蚁后已经和几个雄性交配过，工蜂们仍然更愿意自己产卵。
克里斯-实际的现状是什么?蜂王是否经常与多个雄性交配，因为蜜蜂当然不是这样做的?
马丁:这取决于物种。有些物种的蜂后只与一只雄性交配，而另一些物种的蜂后则与几只雄性交配。所以这取决于物种。我们的分析实际上表明，对于非生殖工蜂的进化，蚁后是否与一个或几个雄性交配实际上并不是主要问题。因此我们发现，在这两种情况下，导致工人不育的等位基因都可能受到自然选择的青睐。在蚁后交配一次和蚁后交配多次的情况下。更重要的关系是，菌落效率如何随着不育工蜂的比例而增加，这是一个在以前的文献中很大程度上被忽视的数量。
Chris:那么把所有这些放在一起，这篇论文是如何推动我们前进的，最终的结论是什么?你发现了什么改变了我们的想法?
马丁:我认为这篇论文通过建立一个精确的社会进化数学理论来推动我们向前发展。一个真正提出问题的理论，自然选择是如何作用于在群体和群居昆虫群体中运作的基因的?我认为这才是我们前进的方向。
以眼还眼
与俄亥俄州代顿大学的Panagiotis Tsonis合作
从哺乳动物身上切除的肢体再也长不出来了。但是对蝾螈和其他类似的生物进行同样的治疗，最终，失去的腿会再生。
身体的其他部位也是如此。但这些动物能保持这种壮举多久呢?它最终会失败吗，还是再生的部分和新的一样好?为了找到答案，Panagiotis Tsonis和他的同事们做了一项令人难以置信的实验，他们连续19年从同一只蝾螈的眼睛里取出镜片，正如他向克里斯·史密斯解释的那样……
Panagiotis，实验是将同一只动物的腿切除19次所以我们在角膜上有韭草，我们取出晶状体，角膜在一天内愈合然后晶状体在30到40天内从虹膜上再生。
Chris:那么问题是，如果我比较一只年轻的蝾螈，它会做得更好，它会比我在一只已经做过很多次的老蝾螈身上做得更忠实。
Panagiotis -是的。这是其中一个问题。这是个问题吗?我们证明了它不是。实际上，一只非常老的蝾螈已经重复再生了19次，这种蝾螈的晶状体再生在结构和形态上几乎是一样的，在基因表达上也是一样的，当你在一只年轻的蝾螈身上这样做时。
为什么不应该在第一次发生19年后忠实地重复它呢?
Panagiotis -这正是我们相信蝾螈会忠实地再生的假设，否则，这就没有任何意义了。所以，我们开始做这项工作，实际上是由我在日本的导师五口吾郎开始的，然后我们完成了这项工作，以证明这一点。我们确实在上一篇论文中证明了这一点，这篇eLife的论文特别是与全球基因表达模式进行了比较，并与其他组织进行了比较，表明19号晶状体在基因表达模式上没有任何区别，当你与根本没有再生的年轻动物的晶状体进行比较时。
Chris -你也提到了观察其他组织。那么会发生什么?如果你不是用眼睛，而是用身体的另一部分做这个实验，你会看到同样忠实的再生努力吗?还是说它不是在动物体内的封闭系统中进行的?
Panagiotis -我们没有研究其他部位的再生，但我们所做的是从同一只动物身上取下尾巴和虹膜。现在有三个关键部位，那只老动物的尾巴再也没有再生过。因此，它是旧的。但是同一只动物的晶状体已经再生了19次。所以，我们所展示的是，与年轻的尾巴相比，老尾巴有明显的衰老痕迹，而透镜却没有。所以从某种意义上说，它似乎让一个组织不断再生，也让它保持年轻。它没有变老。
Chris -但这与我们对海弗利克细胞数的理解背道而驰，海弗利克细胞数是指细胞在老化或衰老之前可以分裂的次数。细胞，如果你继续鞭笞它们进入细胞分裂最终会放弃幽灵。所以你说，另一方面，让它们继续分裂会让它们保持年轻。那么，你如何使你的发现与我们所认为的既定教条相一致呢?
Panagiotis -嗯，有两种方法可以解决这个问题。一种可能是，蝾螈有能力照顾衰老细胞，清除它们，这样它们就不会干扰再生。其次，蝾螈有另一种机制来保护它们，以便再生，并忠实地确保再生的发生。
为什么这些动物要被赋予这种强大的再生能力呢?它们有抗衰老的机制，它们可以使组织再生，再生得越多，它们就越年轻。听起来像是青春之泉。他们为什么要这么做?为什么它们进化到能够做到这一点呢?
Panagiotis -好吧，这是一个价值一百万美元的问题，甚至比这个问题更重要。我们真的不知道他们为什么这么做。就像你说的，真的很了不起。令人惊讶的是，它们在年老时可以再生这么多组织，再生这么多次。显然，它们有一种惊人的重新编程能力，这就是我们想要了解的——它们是如何做到的，以及是否有可能将这种机制应用于其他动物。我认为这是可行的，但需要做很多工作，也许我们需要对此持开放态度。我们需要做一些实验，就像我们做了18年的那样，通常人们不会做的。
克里斯-现在很明显，当它们首先在卵中形成一个正在生长的有机体，并在一个比成年蝾螈小得多的幼年蝾螈体内形成晶状体时，这些细胞生长的环境与成年蝾螈的环境非常不同。那么，这些细胞是如何知道它们需要达到的规模和高度，以及它们需要达到的细胞数量来形成一个更大的身体部位的呢?一旦你成年了，你需要比小时候再生更多的细胞?
Panagiotis -好问题。胚胎时期，晶状体来自表面外胚层，但为了再生，晶状体来自虹膜。现在虹膜是完全不同的胚胎起源。所以，蝾螈不仅有能力重新编程另一个组织来提供晶状体，而且，你所说的细胞数量和大小，这也是任何其他再生动物的一个惊人的特性。他们做得很好。所以，也许一开始，我们从一个触发再生或分化和再生的信号开始。然后我认为旧的胚胎发育程序接管并将器官区分为正确的大小和正确的形态。
- 以前的2015年度最佳科学时刻
- 下一个为什么狗发出呼噜声这么马虎?
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