本月，一种甲虫的惊人化石，它进化到利用蚂蚁，并在蚂蚁成为社会群体后迅速出现，生命早期的炎症如何改变神经系统适应成年后不断变化的呼吸需求的能力，DNA如何被用来追踪人们在哪里感染了疟疾，研究人员制定了新的方法来说明科学，并会见了Mike Eisen, eLife的新主编……
在这一集里
第一个蚂蚁甲虫化石
乔·帕克，加州理工学院
电影《侏罗纪公园》让很多人认识到，恐龙时代的昆虫偶尔会被困在树脂中，树脂在它们周围变成了琥珀化石，并将它们保存到了令人难以置信的程度。这部电影将故事情节带到了科幻小说的领域，但研究人员可以从这些标本中了解到的是非常科学的事实，并且，在与克里斯史密斯交谈时，乔帕克认为他偶然发现了一种与蚂蚁有着非常特殊关系的1亿年前的甲虫遗骸……
乔:我们这里看到的是已知最早的蚂蚁社会的冒名顶替者。这是一种甲虫，它的目标是我们在化石记录中所知道的第一个由蚂蚁组成的殖民地，并使用我们认为是化学和行为策略来渗透到这些最早的蚂蚁的殖民地，并与它们建立一种社会寄生关系。在这种关系中，甲虫实际上是在欺骗蚂蚁，让它们在蚁群中获得认可;一旦它进入内部，它就以资源为食——在某些情况下，我们认为这些甲虫是被蚂蚁嘴对嘴喂的。所以它们本质上是这些隐身的生物，为了自己的自私需要而融入蚁群的社会结构。
克里斯:因为今天存在着这种关系的例子，不是吗?有毛毛虫这样做，有甲虫这样做……
乔:据我们所知，大约有1万种物种以这种方式利用蚁群作为资源。这些生物有一个神奇的名字:亲蚁蚁，意思是蚂蚁爱好者。在节肢动物的整个生命树中，我们看到嗜菌动物零星地进化。所以有一些蟋蟀生活在蚁群里的例子，它们欺骗蚂蚁用嘴对嘴的方式喂它们。就像你说的，有一些蝴蝶毛虫的例子，蝴蝶毛虫有一整个家族。但到目前为止，在甲虫体内发现了最多的嗜蜜菌。这个甲虫化石代表的是我们今天所知道的最大的嗜蜜甲虫群体之一。我们发现，实际上，这些甲虫和蚂蚁之间的联系在进化上非常古老;它的历史非常接近蚂蚁社会行为的开端。所以你可以想象，从蚁群形成的最早期开始，这些甲虫就一直存在，就像蚂蚁生态的一部分。
克里斯-给我们讲讲化石本身，以及它是如何被发现的。
缅甸琥珀是缅甸的琥珀矿床。这块琥珀有9900万年的历史，所以它是在白垩纪中期，你知道，恐龙到处走动。但包裹在这块琥珀里的是这个古老的生态系统，里面有各种各样的神奇昆虫。我很荣幸能和一些从这个琥珀矿床里出来的甲虫一起工作。这个特别的标本绝对令人难以置信，因为它保存得非常完好，是已知最早的这种群居寄生甲虫的确切例子。所以它的解剖学特征表明它是专门为蚁群生活的。例如，它的头部和腿部有防御的变化，所以，如果蚂蚁捡到它，发现它，并试图杀死它，它的身体防御很好，它可以把它的附属物收回来。它的身体上也有一种我们认为是化学腺体的开口，在我们研究过的现代物种中，这些化学物质有操纵蚂蚁行为的作用。它们分泌的分泌物对蚂蚁非常有吸引力，并具有安抚蚂蚁的行为操纵作用，防止甲虫受到攻击。在我们研究的现代物种中，我们还发现这些甲虫模仿蚂蚁巢穴中的配偶信息素。 So ants have chemicals on their bodies that enable them to recognise members of their own colony or intruders, and these beetles mimic those chemicals.
克里斯:嗯，考虑到这种甲虫表现出相当大的适应性，它显然已经进化了一段时间才变得如此专业。所以我想到了两个问题。其中一个问题是:你认为这种甲虫和蚂蚁之间的共生关系是什么时候开始的?到9900万年前，蚂蚁到底存在了多久?
乔:这是一件了不起的事。我们认为蚂蚁在缅甸琥珀化石记录中首次出现之前，还没有进化出复杂的社会行为;所以在9900万年前，蚂蚁可能只是社会化了几百万年。这是蚂蚁复杂社会行为的开端。所以这已经让人瞠目结舌了，到目前为止，你发现这些甲虫显然生活在这些早期蚂蚁的群体中，并以它们为目标，对群体渗透进行了同样的适应，就像你在今天的现代物种中看到的那样，有这种生活方式。这告诉你的是:复杂蚁群的进化是资源丰富的环境，选择了快速进化的生物，比如这些甲虫，它们有适应能力进入这些环境。很明显，为了适应蚁群，生物进行了激烈的选择，而这些甲虫是第一批能够出现在聚会上的群体之一。所以它进化得非常快，大概在几百万年的时间里;从那以后，它就一直持续着，所以，你知道，这是1亿年里最好的时光。事情是这样的，当蚂蚁分裂成现代物种时，这些甲虫就像搭了顺风车一样。 So today there's hundreds of different species of them living with different species of ants in different parts of the world.
改变大脑的早期炎症
阿德里安娜·赫克斯特布尔，俄勒冈大学
与"夏季婴儿"相比，冬季出生的婴儿患一系列不同疾病的风险更高，包括神经和神经精神疾病。为什么呢，我们不知道。一个诱人的理论——但很难验证——是冬季普遍存在的较高感染率可能是罪魁祸首。现在，俄勒冈大学的阿德里安娜·赫克斯特布尔向克里斯·史密斯解释说，她提出了一种方法，可以探索生命早期的炎症如何影响至少一部分神经系统的发育和运作方式……
阿德里安娜:所以我们在这篇论文中展示的是，生命早期的一次疾病会导致控制呼吸功能的神经回路在成年后发生永久性的变化。我们知道生命早期的炎症很常见，但我们不知道的是，它对控制呼吸的重要神经回路有什么持久的影响。
克里斯-你说的神经回路是什么?
阿德里安娜:我指的神经回路位于髓质内，呼吸的驱动从这里开始，然后传递到与呼吸相关的运动神经元池，这些神经元池支配着控制呼吸的肌肉。我们特别关注这些安置在脊髓中的运动神经元如何受到早期炎症的影响。
Chris -所以如果你观察一个人如果他在早年经历过炎症，或者某种感染，他们的呼吸努力，或者呼吸模式，是如何随着过去的感染或炎症而改变的?
阿德里安娜:我们看到的是，不一定是基线呼吸发生了变化。改变的是这个系统的学习能力，然后对随后的呼吸挑战做出反应。所以这里我们看到系统不能正确地学习，所以它没有表现出任何可塑性，这可能会破坏系统对疾病的反应，或受伤，或其他呼吸控制的挑战。
克里斯:你是怎么做实验的?
阿德里安娜:我们在啮齿动物身上做了实验，因为大多数人不喜欢他们的中枢神经系统被戳来戳去。大鼠出生四天后我们给它们一个炎症刺激;所以它模仿了细菌感染的各个方面。一旦他们长大成人，我们就可以通过改变氧气和二氧化碳的含量来刺激呼吸系统，然后观察呼吸系统的反应。我们使用的主要刺激是低氧反复发作来诱导系统内的一种学习形式。我们发现，在新生儿时期的一个炎症刺激破坏了系统在成年后的学习能力。
Chris -那么在健康的非炎症个体中，首先对低氧暴露的反应应该是什么呢?
在一个健康的，没有发炎的个体中，你应该看到呼吸运动输出的持续增加。如果我们在出生后第四天用炎症刺激治疗动物，我们不会看到这种增加。
克里斯:你能做些什么来扭转这种局面吗?试着把他们拉回到他们应该处于的状态吗?
阿德里安娜:有趣的是，我们可以通过使用一种通用的抗炎药来逆转它，类似于阿vil或泰诺。我们在啮齿类动物身上使用酮洛芬，我们可以逆转一种学习方式，但不能逆转另一种。所以我们认为，学习和可塑性有不同的途径，它们似乎在对早期炎症的反应中受到不同的损害。
Chris -基于这些观察，你认为问题的根源在哪里?在这个关键的产后时期，在炎症发作期间，导致呼吸学习障碍的是什么?
阿德里安娜:我现在就想知道答案。我们还不知道。但我们确实认为这与中枢神经系统中不同类型的细胞如何相互沟通有关。
克里斯-可能不是神经细胞本身的问题吧?因为事实上，你已经把信息从中枢神经系统传递到驱动呼吸的肌肉——这些动物并没有停止呼吸，所以它们一定有完整的神经通路，所以不可能是这样。所以它是上游的东西吗?
阿德里安娜-没错。我们不认为是神经元本身受损，我们认为这可能与中枢神经系统中被称为神经胶质的其他细胞类型有关。我们特别针对中枢神经系统的常驻免疫细胞小胶质细胞和星形胶质细胞是否有变化。星形胶质细胞在很大程度上被认为是中枢神经系统内的支持细胞，但我们现在知道它们在中枢神经系统内细胞之间的交流中发挥着相当积极的作用。
Chris -不仅仅是呼吸问题，因为让我震惊的是如果有人看一些公共健康数据，在冬天出生的人与不是在冬天出生的人相比，有很多疾病的风险。我在想精神分裂症之类的事。那么，有没有可能，实际上你在这里发现的现象可能不仅仅是呼吸网络工作方式的变化;事实上，你可以找到为什么有些人在冬天出生时风险更高的原因?
阿德里安娜:对，没错。像婴儿猝死综合症这样的疾病在冬季也会增加。所以这可能比我们现在知道的更多，但这确实表明在呼吸控制的发展中有这些非常重要的窗口期;但更广泛地说，正如你提到的，神经精神疾病也与早期炎症有关。最近有很多优秀的研究工作都是关于大脑的不同区域，并试图了解不同的区域是如何容易受到早期炎症的影响的。所以我认为这是一个非常令人兴奋的新研究领域，它可能会让我们更好地理解一些你在婴儿身上看到的急性死亡率，以及一些事情的发展，比如成人的阻塞性睡眠呼吸暂停和其他疾病。
通过DNA护照追踪疟疾
Bryan Greenhouse，加州大学旧金山分校
疟疾是许多贫穷国家的祸害。它可以通过蚊帐、喷药和教育等干预措施加以控制。但你使用哪一种取决于疟疾在任何特定地区的来源。如果大部分问题是进口的，那么给每个人发一顶蚊帐只是浪费钱，而且不会对疾病产生影响。但要找出大多数病例的来源一直都很困难:人们提供的历史很模糊，抽样的分辨率很低，甚至用手机数据追踪人也受到国际边界的阻碍。但是现在，在接受克里斯·史密斯的采访时，布莱恩·格林豪斯解释了他和他的同事如何有了一种新武器:这种疾病的DNA护照……
Bryan:我们认为我们在这里找到了一个更好的方法来了解疟疾是如何在非洲传播的。在了解疟疾如何传播方面，我们现在是有限的，主要是通过询问人们他们已经转移到哪里。问别人的问题是，他们可能不记得;他们可能不会说真话，即使他们记得。即使他们告诉我们真相，我们也可能无法确切地了解他们感染的寄生虫是从哪里来的。所以当人们感染疟疾时，他们可能知道也可能不知道叮咬他们的蚊子来自哪里。但是疟疾寄生虫本身携带着一本护照，基本上，记录了它们去过的所有地方。那本护照就是他们的DNA。因此，通过研究疟疾寄生虫的DNA，我们实际上可以追踪这些寄生虫的来源——无论被感染的人是否知道它们来自哪里。
克里斯-你就是这么做的吗?你真的得到了这个人携带的疟疾，并从基因上对它进行了研究?
布莱恩:是的，听起来很复杂，但实际上，就我们在这个领域所做的工作而言，它是相对简单的。当人们接受疟疾检测时，通常会从他们的手指上取一滴血，然后放在显微镜载玻片上或快速诊断测试上。基本上，我们所做的，在这项研究的一半时间里，只是收集那些已经完成测试的用过的磁带，从这些磁带上提取寄生虫的DNA，然后将它们与其他疟疾患者的DNA进行比较。这项研究的另一半，非常相似:作为另一项研究的一部分，我们在一张滤纸上取了一滴血，并从中提取了寄生虫的DNA。通过从我们收集的这些不同类型的样本中提取DNA指纹，将它们与数百个不同的样本进行比较，我们能够看到疟疾是如何在非洲南部的这个地区传播的。
克里斯:如果你只得到了疟原虫的基因指纹，你怎么知道它从地理上来自哪里?
布莱恩:说得很好。DNA本身不能提供足够的信息。你至少需要知道一些其他寄生虫DNA的来源框架。在这项研究中，我们有来自纳米比亚北部30个不同医疗机构的疟疾感染病例。通过把所有这些信息放在一起——人们从哪里来，以及他们提供的关于他们去过哪里的信息——我们能够推断出这些寄生虫是如何相互联系的，以及它们是如何在非洲的这个地区传播的。
克里斯:在现代，我们还能接入其他的数据来源吗?因为你知道，我自己在非洲南部游历了很多地方，当我第一次去那里的时候，我很惊讶，我的上网速度比我在家里的速度还快。你能通过手机的去向追踪人们去了哪里吗?
布莱恩:当然。这就是迄今为止的技术水平，在我们开始整合遗传学之前。所以手机真正有趣的事情是，每次你打开手机，或者它连接到手机信号塔，这些信息就会被移动电话公司记录下来。当你拿着手机四处走动，从一个信号塔移动到另一个信号塔时，移动电话公司实际上在某种程度上掌握着你的移动信息，根据连接的是哪个信号塔。通过以一种非常匿名的方式获取这些数据，我们可以大致了解人们是如何移动的。我们在这项研究中所做的是:我们将我们对疟疾如何从手机数据中传播的估计，与我们从旅行历史和基因中获得的数据进行了比较。很有趣的是，在一些很短的尺度上，我们发现了类似的东西。因此，手机数据和基因数据都表明，疟疾的许多传播发生在很短的范围内——比如，蚊子能飞的一公里距离。但是移动电话数据遗漏的是，寄生虫在一个国家内——纳米比亚，这是我们在这里最关注的国家——以及国家之间的长距离移动也有非常大的联系。移动电话数据的一个限制是，大多数情况下，这些公司都是全国性的; and so it is currently very difficult to trace how people are moving across borders using mobile phone data. And that is one of the most important questions with respect to malaria.
Chris:如果你把所有这些结合起来，我想，理解之前的一种测量方法的限制，你的新测量方法的优势，你可以开始更多地了解疾病的动态。这是试图控制并最终消除这些不同地区的疾病的关键。
布莱恩:完全正确。我们用于减少和消除疟疾的干预措施的资金有限。因此，我们需要明智地选择如何实施这些干预措施。如果疟疾只是从其他地方传入，但并没有真正在当地传播，我们就不应该浪费大量的钱去分发蚊帐，或者在病例突然出现的地区进行更多的喷洒，如果它们实际上并没有在那里传播。另一方面，如果疟疾在局部传播，我们有证据支持这一点，那么我们就会非常积极地试图减少蚊子的数量，并试图消除疟疾在我们所在地区的传播。
重新设计科学中的图像
杰玛·安德森，詹姆斯·韦克菲尔德和约翰·杜普雷，埃克塞特大学
当学生学习成为科学家时，他们学习的图片通常只是一些静态图像。但在现实中，事情是连续发生的，所以静态图像总是会遗漏一些东西。因此，埃克塞特大学的一个研究小组决定联合起来，用一种全新的方式来描绘细胞分裂的过程。结合艺术家兼研究员杰玛·安德森、细胞生物学家詹姆斯·韦克菲尔德和生物学哲学家约翰·杜普里埃尔的专业知识，制作了一幅新的图像。这张图片展示了细胞分裂的整个过程，而不仅仅是几个步骤。在与团队的交谈中，Adam Murphy听到了这个项目是如何产生的，从James Wakefield开始……
詹姆斯——我从来没有真正想过我是如何完成我所做的科学研究的。当我经历了20年的研究之后，我觉得对我来说很明显，我们研究科学的默认方式是通过这种历史还原主义的方法:你在看一个活生生的过程，在细胞中发生的事情——在我的例子中是细胞分裂——但是你试图把它简化到它的组成部分。尽管这是非常有用的，但如果你喜欢的话，对于细胞来说，这意味着什么还缺少一些东西。当我第一次了解约翰的工作时，我突然意识到，生命的过程观在科学实践中一直没有得到充分的探索，尤其是在细胞生物学领域。
亚当:但是你是如何创造这些新形象的呢?艺术家杰玛·安德森将带我经历这一切。
杰玛:我们要做的是将绘画重新引入科学实践，但如果你愿意，可以用一种新的方式。因为我们不是在试图表现科学对象，而是在试图表现科学过程。所以我们试着把这个过程——比如说，有丝分裂，或者蛋白质折叠——看作是动态的。我们从整个实验室开始;那可能是，你知道，大约六个人，博士后，博士生和实验室的研究人员，然后是实验室的私家侦探。所以我带来了材料、问题、建议和结构，我们可以用它们来画画;然后我们用这幅图来建立一个关于理解的共识;然后，我们找到新的方法来描绘整个会议中出现的过程。所以他们非常富有成效，他们非常合作，他们非常有帮助，为科学家和作为艺术家的我提出了新的问题。
亚当:但是，从你旧的思维模式中跳出来，按照它们应该被看待的方式来看待这些图像，这有多难呢?詹姆斯·韦克菲尔德。
詹姆斯:是的，这很难做到。我认为这反映在我们的出版物中，在最初的两三个绘画实验室中。杰玛和我都非常努力地试图让博士生和博士后摆脱用事物而不是过程来描绘你所看到的东西的习惯和习得的实践。
但是哲学家约翰·杜普雷似乎认为这并不是一件坏事。
我认为这可能很难，但我认为这可能是它的一大优点:如果人们不辞辛劳地试图弄清楚为什么我们最终会以这样的方式来描述这个过程，那么这可能会对他们在多大程度上以一种适当的静态方式来思考这个现象很有帮助。
亚当:但是这个领域的其他学者是怎么看待这些图像的呢?回到詹姆斯·韦克菲尔德。
詹姆斯-我认为这是这个项目中最有价值的部分之一。我们采取的方法是先给他们看最终的图片，没有任何文字，没有任何线索，没有任何东西来指导他们它可能代表什么，除了说，“这是有丝分裂和细胞分裂的代表”。所以我们从这四个人那里得到的回应，就像我说的，在一个方面令人难以置信地满意:因为他们能够真正地表达出我们试图表达的本质，即使我们根本没有真正告诉他们这是什么。
亚当:这项研究的意义是什么?约翰身上。
John:我们希望它能让人们意识到，绘画不仅仅是一种通过使用某种自动化技术可以更容易地生成图像的方式，而是一种以知识生成方式与现象互动的方式。
亚当-最后，杰玛·安德森将带我了解更广泛的含义。
杰玛-当你想到艺术和科学，以及学校里有多少学生经常在“我喜欢生物和艺术”之间感到有点左右为难。一个是研究生命的创造过程;另一个则更多的是参与创造性的过程。我认为这个项目的好处在于我们实际上是如何通过参与创造性的艺术过程来鼓励学习和理解生命过程的，这似乎很有效。
认识一下迈克·艾森
Mike Eisen, eLife
《eLife》有了新主编。他叫迈克·艾森;他是一名遗传学家，在加州大学伯克利分校以研究苍蝇为生。他还曾在电台做过一段时间的棒球评论员，并且一直是开放获取的有力支持者。我去见了他，想知道他在任职期间对我的生活有什么计划……
迈克:我想要的是这样一个世界，在这个世界里，我作为一个科学家，或者你作为一个科学家，或者任何一个做过有趣研究的科学家，可以用他们认为合适的任何方式与我们交流。写一篇论文。也许他们只会分享一堆数据。制作一个视频。我们用于科学交流的格式被过度限制了，因为我们从弗朗西斯·培根那里得到了期刊的概念。因此，第一步是:科学家应该生产出他们想要与社区其他成员分享的任何东西。第二步:他们以一种完全免费的方式与我们分享，每个人都可以看到它，他们可以访问它，没有付费墙，科学是一项自由开放的事业。
克里斯:那么你的意思是，我去某个地方旅行，拍一些照片，我认为这里面有一个科学故事;我只是给你写了篇文章，然后发给eLife，你会说"太好了，我们就发表" ?
迈克:嗯，我不会说我们要发表它。我认为我们是发行商的想法是错误的。科学的出版者是科学家。十年前有人给我看了一篇很棒的博客文章:在互联网上，出版不是商业，出版不是一个过程，出版不是一个行业，出版是一个按钮。这就是我们应该思考科学传播的方式。我，作为一个科学家，我会这么做。如果我拍了一只奇怪的动物的照片，或者我做了一个实验，或者我有一个关于某些基因如何工作的故事，你可以用你认为最有效的方式记录下来，与公众交流，然后发表。我们有一个地方，你可以这样做;比如，我认为我们需要一个人们可以发表他们的研究成果的中心地方——它是由科学资助者资助的，他们支持基础设施，就像他们支持基因组数据库和其他东西一样——你发表你的研究成果，然后你来找我们，无论是eLife还是一些科学协会或其他团体，你对我们说，“我想让你评估我的科学。你认为我需要做额外的实验吗? Have I convinced you that the conclusions I'm drawing from this work are really merited by the experiments and the data I collected, and the context of everything else we already knew about science?”
克里斯:如果你真的很喜欢，你怎么给他们一颗金星呢?那么eLife的荣誉徽章是什么呢?
迈克:所以这就是挑战。这就是我们现在要做的，同行评议的一部分是作者和评议者之间的对话。这实际上只是科学家和其他试图改进他们工作的科学家之间的对话。期刊标题之所以如此强大，是因为它实际上编码了很多信息。它告诉人们读什么文章。每年有200万篇论文发表，在未来的世界里，你可以发表其他东西，这个数字可能会呈指数级增长。你不能看所有相关的东西。你需要一些指导来知道什么可能会让你感兴趣，同行评议系统是一个非常有用的指导，在这个系统中，其他科学家阅读论文，并试图对谁会感兴趣做出自己的判断。现在，这是用期刊标题编码的。它编码了一种工作做得有多好的感觉，它编码了一种衡量方法，即从事这项工作的人将来有多大可能做一些有趣和重要的事情。 And that is the primary way in which it's used by, in hiring. And so what I want to do more than anything is for us to figure out: how do we,as not just a publisher or a journal, but as reviewers and editors, how do we communicate the things we're thinking when we read a paper, about who should read this paper, why you should read it, what other things you should know while you're reading it, how do you connect it to the other parts of the literature, and what does it say about the capacity of the people who do it for doing interesting, important, creative science in the future? We want to say that without using this antique system of encoding it in journal title. I like to say, if not for the historical accident - and it is a historical accident that Gutenberg invented the printing press before the internet - led to so many different things in the way we do science publishing, including the use of journal title. We want to shed the historical accident of the birth of journals, in the way that we share the evaluation of scientists. And that's why I came to eLife: because eLife has this fantastic system of peer review, it has an incredible editorial team, it has incredible editors, good at judging works of science; and I want to take that intellectual engine of peer review, and just change the way that they judge works of science. I think if we do that well we can free all of science from these shackles of journal title. In doing so we would empower just a massive flowering of new ideas and new ways of communicating in science, all of which are on people's minds, but have never been able to take off because we are so stuck on journal title.
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