在这一期的eLife播客中，我们将听到关于第一次心跳、非洲昏睡病、大象遗传学、橡胶手错觉和科学中的女性。
在这一集里
第一次心跳
保罗·莱利，牛津大学
心脏是哺乳动物发育过程中最早形成的器官之一，而人类在受孕3周后就形成了跳动的结构。
但是现在新的成像技术显示这个过程发生得更早。仅仅16天，就已经有细胞注定要形成未来的心脏。这些细胞显示出钙的激增，随后转化为心跳。这一发现很重要，因为先天性心脏病是最常见的发育障碍之一，每180个婴儿中就有1个患有先天性心脏病;它也可能告诉我们如何使用干细胞来修复受损的成人心脏。牛津大学的保罗·莱利向克里斯·史密斯解释了这一发现。
保罗:基本上，我们发现心脏跳动的时间比我们之前认为的要早。所以，当心脏形成新月形时，它开始与早期形成的心肌细胞一起跳动。这是在我们之前认为的阶段之前，这更像是一个线性的心脏管在老鼠身上，至少一天，一天半之后相当于人类大约5天的时差。
克里斯:那么在人类胚胎中，如果人类和你刚才研究的老鼠类似，我们会多早开始看到心跳。
保罗:所以，如果这个类比是准确的，那么我们必须对它持保留态度。配对时间大约是人类怀孕的第16天。
克里斯-真是太早了，不是吗?我的意思是，在那个发育阶段，人类胚胎没有太多东西。
保罗:没错，当然，心脏，作为一种我们认为是早期形成的组织，它还没有形成我们通常认为的那个阶段的心脏的所有结构。
克里斯:心脏是怎么形成的?
保罗:嗯，它是由一系列细胞和分子过程形成的。但基本上，胚胎中线两侧的细胞都有这种特征。它们在胚胎的中间聚集在一起，形成了这个线性的心管，这个心管环，这个环正确地排列了腔室和心脏的流入和流出区域。然后这些腔室指定，生长，它们分裂以确保血液流向一个方向，然后进一步生长和扩张。这是一种简单的看待心脏形成的方式。所以，我们说的是在非常早期的阶段，心脏在胚胎中线两侧以几个细胞的形式存在。
Chris -你是如何发现这些心脏细胞在发育的早期就开始有效地跳动的?为什么以前没有发现呢?
保罗:嗯，我认为这里的问题是尚卡尔·斯里尼瓦斯在早期小鼠胚胎成像方面的开创性工作。因此，我们能够做的是，我们能够看到非常非常早期的阶段，然后欣赏这些细胞实际上是在收缩。然后我们也能看到收缩所需要的关键事件——这些心脏细胞是如何跳动的，这需要什么?结果是钙信号。
为什么钙很重要?
钙是非常重要的，因为它与心肌细胞的收缩机制相互作用。这使得收缩过程得以进行，所以跳动。但我们发现实际上，在收缩事件发生之前，细胞的钙信号是阳性的。
克里斯:那么，你是说这些细胞已经知道它们将成为心脏细胞。它们已经开始形成这些钙的通量或峰值这通常会与心跳同时发生，但这要晚一些，所以钙的峰值可能在某种程度上鼓励细胞变成心脏细胞。
保罗:完全正确。我们认为钙信号是一个早期的决定性事件。它在细胞内以一种随机的方式发生，我们不知道它是如何发生的，也不知道哪些细胞倾向于在其他细胞之前打开信号，也不知道这些细胞是如何同步钙信号的。但是我们认为钙对于心肌细胞的分化和成熟的实际过程也很重要。
Chris -考虑到先天性心脏病作为一个群体是多么的普遍，我想理解这个过程以及心脏细胞是如何被指定的将是理解先天性心脏病的基础，也有可能使心脏康复。
保罗:没错。我们认为这项工作的双重应用如果你把它扩展到人类环境和疾病环境，这是一个，了解先天性心脏病出生缺陷的基本过程，也就是说，在心脏开始收缩的水平上，如果出现问题会发生什么。例如，那些开始跳动的细胞不能正常同步，不能正常地相互交流。我们也认为这里有一个重要的组成部分适用于成人心脏修复因为如果我们考虑给心脏病发作的病人引入新的心脏肌肉那么心脏肌肉需要如何开始跳动并与病人幸存的心脏肌肉整合和交流是非常重要的。
Chris -你知道这些细胞在做什么来产生这些有趣的钙信号吗?它们是如何做到的?
我们知道其中一个关键的事件是它们需要表达一个特定的离子通道来将钙离子交换成钠离子。有趣的是，这些不同的信号有一个离子平衡。因此，这个通道的表达叫做NCX钠钙交换器在早期阶段对这些特定的心肌细胞非常重要。这使得钙能够进入细胞。所以，这是关键事件。我们不知道为什么，就像我说的，早期形成的心脏中的某些细胞比其他细胞更早开始这样做。事件的进展以及这些心脏细胞是如何同步交流的。这些都是正在进行的研究特别是在我的同事Shankar Srinivas的实验室他通过单细胞测序来确定这些形成心脏的单个细胞的关键分子特征。
潜伏在皮肤里
与格拉斯哥大学的安妮特·麦克劳德合作
非洲昏睡病或“锥虫病”是世界卫生组织想要消灭的局部疾病之一，他们已经设定了一个雄心勃勃的目标，即在90%的受影响地区将病例减少到1 / 10000以下。
但格拉斯哥寄生虫学家安妮特·麦克劳德(Annette MacLeod)的一项新研究表明，药膏中可能有一两只采采蝇，因为她发现了一种以前未被发现的感染宿主，潜伏在看似健康的人的皮肤中……
安妮特-非洲锥虫是一种原生寄生虫，可引起胎儿疾病人类非洲锥虫病或有时被称为非洲昏睡病。这是在撒哈拉以南非洲发现的，它通过采采蝇在吸食血液时的叮咬在人与人之间传播。近年来，由于世界卫生组织和国家控制项目的共同努力，昏睡病的病例有所减少。病例数50年来首次降至1万例以下。但我们以前也遇到过这种情况。在20世纪60年代，报告的病例数低于1万例，然后我们把注意力转移开了，这种疾病重新出现了，在90年代达到了30万例的峰值。现在，我们再次控制住了疾病。重要的是不要让这种疾病再次出现。但仍然有一些顽固的疾病不会消失。我们需要了解寄生虫是如何逃脱消灭的，这样我们才能阻止它再次发生。
克里斯-你认为它可能潜伏在哪里?
安妮特:嗯，我们认为有些人血液中的寄生虫数量较少，而且没有症状。这些人在筛查过程中被遗漏，但他们被感染了。有证据表明它们能够传播这种疾病。问题是怎么做。
Chris -我想是的，那些人体内的寄生虫潜伏在哪里?如果他们不在血液里，他们在哪里?
安妮特:这是一个至关重要的问题，也是我们所发现的。我们发现这些寄生虫隐藏在皮肤里。当采采蝇吸食血液时，这些寄生在皮肤上的寄生虫就会被感染，从而传播疾病。
克里斯:我想大家都认为，因为这些昆虫吸食血液，这一定是任何东西传播到苍蝇体内的关键途径。但如果寄生虫在皮肤上，在进入血液的过程中，那可能就是寄生虫被感染的时候。
安妮特:是的，因为采采蝇的喙上有锯齿，这实际上会把皮肤弄得一团糟，而且采采蝇咬起来很疼。它以咬人时聚集的血液和淋巴为食。
克里斯-人们都说这很糟糕，不是吗?
安妮特:是的，没错。这是一种又砍又吸的昆虫。
所以，如果这些锥虫在这个锯齿状的嘴部穿过的时候就在皮肤里那么它就可以通过这个途径把寄生虫吸引进来。
安妮特-没错。
克里斯-你怎么知道会这样?你是怎么找到这个的?
安妮特:嗯，我们做了一个相当简单的实验，我们给寄生虫贴上标签，然后我们使用不同的活体成像技术来观察寄生虫的去向。
克里斯-你说的"标签"是怎么回事?
安妮特:我们让它们表达荧光标签，这样它们就会发出红色或绿色的光。我们发现，我们可以长期追踪活体动物体内的这些寄生虫。
Chris -你认为这与这些人身上发生的事情有关吗因为很明显，你不是在人身上做这个，你是在实验动物身上做这个所以，你认为这是对人类等效的一个很好的代表吗?
安妮特:是的。首先，我们研究了老鼠。我们发现寄生虫存在于老鼠的皮肤中。我们发现这些寄生在小鼠皮肤上的寄生虫可以通过饲喂采采蝇传染给小鼠。有些老鼠的寄生虫率很低。这意味着它们血液中的寄生虫数量非常少。但它们确实有皮肤寄生虫。这些寄生在皮肤上的寄生虫能够感染采采蝇。显然，你不能在人类身上做这些实验，但我们成功地获得了一千多人的皮肤活组织检查，这些人生活在刚果民主共和国的一个流行病中心。我们在这些活组织检查中寻找寄生虫。 We found people that had parasites in their skin. And these people had not been diagnosed before. They had not been diagnosed as having sleeping sickness. They didn't have clinical signs and they didn't seem to have any parasites in their blood.
Chris -但最关键的是，这种虫子对血液或皮肤中有寄生虫的人的治疗反应相同吗?换句话说，如果我们能找到它，我们就能把它消掉。
安妮特:这是以前没有测试过的东西。我们还没有测试目前的药物，看它们是否能消除皮肤上的寄生虫。但这是我们必须迈出的关键一步。如果出现任何新药，我们必须确保它们能够杀死这些居住在皮肤上的寄生虫，以及血液中的寄生虫。因此，目前的政策是不治疗无症状感染者，但我们认为需要重新考虑这些可能持续存在并传播疾病的人。
为什么大象不会得癌症?
与芝加哥大学的文尼·林奇合作
因此，你的体型越大，你体内的细胞就越多，因此其中一个细胞癌变的可能性就越高。
但如果你观察逐渐变大的动物，你不会发现癌症发病率增加。这被称为皮托悖论，以牛津大学的理查德·皮托的名字命名，他指出，从细胞的角度来看，人类患癌症的风险比老鼠低。为什么会这样呢?
芝加哥大学的文尼·林奇一直在研究大象寻找灵感……
Vinny:我们很好奇为什么大象不会得癌症，我们关心大象是因为它们的近亲实际上非常非常小。它的大小和土拨鼠、小猫或某种叫土拨鼠的东西差不多。所以，在这些生物分化后的几百万年里，大象的祖先从很小变成了很大。因此，因为这两件事彼此密切相关，因此我们可以比较它们的基因组，看看大象身上发生了什么基因案例，可能与杀死癌细胞的能力增强有关，或者可能与阻止细胞癌变有关。所以我们基本上只是在大象基因组中寻找可能与癌症事件相关的东西。
克里斯:你只是去数据库获取不同大象的DNA序列还是你自己获取了一些真正的大象DNA ?
维尼-所以我们有了真正的大象DNA和大象细胞，但这更容易。所以10多年来，美国国立卫生研究院和世界各地的许多其他基金会一直在对动物基因组进行测序。因此，大象的基因组和水螅的基因组以及许多其他物种的基因组已经被测序。所以我们基本上可以进入这个网站，输入一堆我们感兴趣的基因的名字，然后看到它们在屏幕上弹出。所以我们对大象的一些基因做了这样的研究，发现了一些我们认为可能与大象对癌症的抵抗力增强有关的东西。
克里斯:你是逐字比较，还是说，我们知道细胞有特定的机制来阻止癌症的发生。有一些特定的基因会导致癌症，所以我们将把注意力集中在这两种基因上，看看是否有区别。”
文尼-我们就是这么做的。癌症已经被研究了几十年了，所以我们知道，至少在癌症生物学中，有两种不同的基因。有一种基因叫做致癌基因当它们发生突变时，就会导致癌症还有一种基因叫做肿瘤抑制基因它们的作用是抑制肿瘤的形成。他们很好地描述了每种大约几百种的特征所以我们只是想让它们成为大象基因组并计算出它们有多少肿瘤抑制因子和多少致癌基因。我们发现，对于这种特殊的肿瘤抑制因子，它们有20个副本，而我们观察的其他动物只有一个。
克里斯:这些拷贝都有功能吗?因为我们从人类基因组计划中学到的一件事是，基因组中潜伏着某种基因的化石拷贝。当你阅读它们时，你可以在那里找到这些基因。但这并不意味着它们有效。那么大象体内的这20个拷贝真的有什么作用吗?
维尼-所以看起来有一半。所以可能有10个具有它们做某事的特征，然后其余的具有这些无功能基因的特征。它们被称为伪基因，因为它们看起来像基因，但它们不是真正的基因。所以我认为它们中的一部分实际上是功能性的。
Chris -致癌基因:你有没有看到任何证据表明它们一开始就降低了细胞癌变的能力?
维尼:所以，我们并没有发现大象的致癌基因更少。所以这不可能是策略。如果你有这些基因，当它们发生突变时，就会导致癌症。减少患癌症风险的一种方法就是去除这些基因。但大象和其他动物一样多。这并非完全不寻常，因为这些致癌基因在动物发育中起着至关重要的作用。所以很可能是这样的，如果你摆脱了它们，你的发展就会很奇怪。所以，它们可能真的很保守。你不能惹他们。
Chris -所以看起来这种机制，至少在大象身上，是对癌细胞抑制能力的极大扩展;但是其他动物呢?因为大象，仅仅因为你在它们身上看到了这一点，并不能证明这条规则，不是吗?大象的其他近亲呢，比如猛犸象，或者其他大型动物，比如鲸鱼?你看过那些例子吗?
文尼-我们研究过猛犸象。猛犸象与亚洲象的亲缘关系最为密切。猛犸象和亚洲象，也有基因组数据，它们的数量与非洲象相似。所以，似乎有一种叫做p53的特殊基因的拷贝数增加，似乎是大象的事情。但后来我们很明显地发现，如果它在大象身上扩展了，那么其他似乎没有以应有的速度患上癌症的动物会发生什么。至少对于鲸鱼来说，我们没有发现鲸鱼体内这种基因的数量发生变化，所以鲸鱼和其他人一样只有一个拷贝。然而，我们确实发现有一种蝙蝠谱系非常小，但寿命非常长，它们可能有额外的拷贝。我们还没有完全检查过。我们现在正在努力，但看起来至少一开始他们有一个额外的副本。
克里斯:还有犀牛，河马，它们也很大。它们是否也显示出p53基因的扩展?
文尼:我们研究了所有能找到的动物，包括犀牛和河马，它们似乎没有p53基因的扩展，这可能告诉我们一些关于进化的更基本的东西，解决问题的方法不止一种。所以大象找到了这种特殊的方法来解决这个问题，但其他变大或活得很长的谱系，比如蝙蝠活得很长，鲸鱼活得很长，犀牛和河马。他们只是找到了其他方法。
失控:橡胶手错觉
与都灵大学的弗朗西斯卡·加巴里尼合作
如果你足够勇敢，你可以试试这个:一只手放在桌面上，另一只手放在下面看不见的地方。把一只橡胶手放在桌子上，这样你那只藏起来的手自然会挨着另一只手。
让别人同时抚摸你真正的隐形手的食指和橡胶手的食指。你很难不产生一种明显的印象，那就是你面前的橡胶手不是你自己的真手。如果有人用锤子敲它，你会暂时感到恐惧，因为它会非常痛苦。
为什么这种橡胶手错觉会起作用，我们不知道;但弗朗西斯卡·加巴里尼发现，当错觉发生时，控制你真手运动的运动回路变得非常压抑，就好像它们被剥夺了优先级，因为你的注意力转移到了假手上，你把它融入了你的身体形象……
弗朗西斯卡-身体所有权的感觉是身体的特定部位属于自己的感觉，我们通常认为这是理所当然的。但是在脑损伤后，当病人失去区分自己和其他身体部位的能力时，它可以被选择性地改变或者在一个著名的实验过程中，身体所有权也可以被改变那就是橡胶手错觉。
Chris -好的，首先告诉我们，对于那些不知道的人，什么是橡胶手错觉，你是怎么做到的?
弗朗西斯卡-看到一只橡胶手被触摸，而自己的手被隐藏在同步触摸的视线之外，会产生一种对橡胶手的身体所有权感。同时，这也会导致真手的感知位置向橡胶手的移动。这在主体的真实手中产生了一种分离。
克里斯,所以心里的人看到橡胶手在他们面前的桌子上,自己的手可能会说,藏在桌子底下,你中风的橡胶手在同一个地方你中风的手,你最终得到的橡胶手的人相信是自己的手,人会相信他们的身体形象,大脑适应他们的身体形象包括橡胶手而不是自己的真手。
弗朗西斯卡:是的。我们能够操纵每个参与者的身体所有权感，但重要的是要记住，健康的受试者总是意识到这是一个虚幻的过程。所以他们并没有认为橡胶手实际上是他们自己的手。
克里斯-一旦你让人们体验了橡胶手错觉，你会做什么测量?接下来你要对他们做什么?
Francesca -我们对记录一些运动参数很感兴趣，因为我们感兴趣的是研究当受试者的身体所有权感在橡胶手错觉中改变时，人体运动系统是如何反应的。在实验中，大脑中控制运动的区域特别是手部运动的区域被人工刺激通过一种特殊的技术即经颅磁刺激，TMS来刺激大脑中控制运动的部分即运动皮层。因此，磁刺激产生的电信号向下传递到脊髓和肌肉，产生可以测量的肌肉收缩，我们称之为运动诱发电位。我们测量了这些运动诱发电位的大小运动诱发电位反映了运动皮层产生手部运动的能力。
克里斯-当你比较一个人在经历或没有经历橡胶手错觉时运动回路的准备程度时，你发现了什么?有区别吗?
弗朗西斯卡:是的。当实验对象经历橡胶手错觉时，我们发现运动诱发电位的幅度明显下降。这意味着运动皮层诱导运动的能力较弱，被欺骗的手不太愿意移动。所以，这意味着在产生幻觉的时候，运动系统被下调了。
Chris -为什么会发生这种情况因为人们仍然认为他们有一只手并且他们仍然可能想要移动那只手，那么为什么要相信桌子上有一只橡胶手，为什么这应该反映在他们运动区域的便利程度或准备程度的变化中?
弗朗西斯卡:因为如果大脑不再认为手是自己身体的一部分，它就不能对不再是身体一部分的身体部位施加控制。所以，我们可以看到的是，身体所有权的感觉严格取决于运动的可能性，因为基本上，如果我相信这只手是我的，我必须准备好使用它。
一位女科学家:英迪拉·拉曼
西北大学的英迪拉·拉曼
现在在每一集里，除了研究，我们也试图深入研究实践科学的其他方面;之前我们关注的是资金问题，或者说是缺乏资金的问题，最近我们也在探索公共融资
参与和发展大学生解决问题的能力。
本月，克里斯·史密斯听到了对一个长期问题的个人见解……
英迪拉-我叫英迪拉·拉曼。我在西北大学神经生物系工作。
Chris -你这个月在eLife上的观点让我印象深刻的是，Indira，你在开头说:“在我18年的神经生物学教授生涯中，我被要求以科学家的身份发言，因为我是一名女性。但这是我第一次被要求以女性的身份发言，因为我是一名科学家。”详细说明。
英迪拉:大家都知道，在很多科学场所，人们越来越有兴趣确保发言的一群人代表了科学人口的各个方面。因此，由于我的科学研究，我被要求以科学家的身份发言，但我也经常意识到组织者对女性的代表很感兴趣，而我是一名女性。但这次，重点不同，我被要求谈谈我作为一名科学家的经历，因为我是女性。我选择了一种与我谈论科学的经验相一致的方式。
克里斯:“因为我是女性，所以我被邀请去谈论科学”这种说法，你怎么看?性别中立是件好事，但我认为真正让人不安的是，如果他们听到这句话，然后认为自己被选上节目是因为性别，而不是因为她们擅长科学。
英迪拉:对。我认为这是我们这个时代的一个核心问题，因为一方面，我们希望鼓励多样性，我认为这是我支持的一个值得称赞的目标。但正如你所说，我们也希望保持最高水平的参与者。我认为这些事情有时会一起工作，有时又会发生冲突，这就是为什么我一开始就把它说出来。这就是为什么我在这篇文章中提到，我处理这个问题的方式是内在的，我作为一个女人走在舞台上，作为一个科学家走下舞台。
克里斯:在你看来，为什么我们会处于这样的位置我们实际上看到科学树的底部进入，如果你喜欢的话，输入管道，有一个非常健康的女性比例?但当你看到另一端出来的是什么，变成了像你这样有能力的人，他们都消失了。你是非常稀有的物种，为什么?
英迪拉:我认为这个问题没有一个简单的答案。人们留在科学领域有很多原因。人们离开它的原因有很多。作为女性，有一个非常直接的因素可能会让科学事业变得复杂，那就是生育。20多岁和30多岁之间充满了不确定性和缺乏安全感。有些人对他们所认为的科学内部的社会动态作出回应。竞争非常激烈。工作的强度让人几乎从不回家，把工作完全抛在脑后。事实证明，比例更高的女性认为，“这份工作不适合我”。
但是你强调的大多数原因也适用于男性。但是他们离开的比例和质量和女人不一样，不是吗?
英迪拉:对。所以不管出于什么原因，越来越多的女性认为这些领域的属性是她们不想在日常生活中保持的元素。
Chris:人们经常说自己是榜样，解决这个问题的方法就是树立好的榜样。这将吸引更多具有特定信仰、性别背景的人进入特定领域。你是同意这个观点呢，还是你认为你可以有尽可能多的榜样，如果系统坏了，一旦你卸下压力，它就会重新回到最初的坏状态。
英迪拉:我认为重要的是要从广义上思考榜样，思考你到底想要以什么为榜样。我自己的经历是，我在接受培训时为4个人工作。他们都是美国白人，他们是我的榜样，因为他们为我树立了一种研究科学的方式，一种思想公正，思想谨慎，行为人道的方式。这些都是我想要建模的东西。我应该说我是来自印度的一半印度人和一半加勒比人。没有人像我一样。我不太可能找到一个一半加勒比、一半印度的女性榜样，让她做电生理学的研究，让我效仿。因此，我找到了其他的方法，在那些碰巧与我没有很多共同点的人身上发现自己的一部分。我发现自己有可能成为世界各地学生的榜样——无论男女。当我还是个大学生的时候，我有一个很大的发现，我的大学里有很多来自不同国家的人，他们和我有很多相同的经历。 And so, I think that as we learn to expand our notion of role models, we will be able to reach across the divides because otherwise, we'll never change the proportions of people in science because we'll be operating on the assumption that one can only train someone who is like you.
- 以前的我的内脏之间是什么?
- 下一个如何成为一名宇航员
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