你是哺乳动物。我是哺乳动物。你的宠物猫或狗是哺乳动物，鲸鱼、狐猴、熊猫和北极熊也是哺乳动物。但哺乳动物到底是什么，我们的基因能告诉我们关于进化的什么信息?此外，学生们还拥有鞭虫基因组，巴布亚新几内亚令人惊讶的基因多样性，以及一个通宵不睡的月度基因。这是2017年10月的《赤裸裸的遗传学》播客，我是Kat Arney博士，与遗传学学会合作，在线网址为genetics.org.uk
在这一集里
是什么造就了哺乳动物?
和Liam Drew
从微小的鼩鼱到巨大的蓝鲸，从polecats到北极熊，哺乳动物已经在地球上扩张，填补了从冰冻的北极到火热的沙漠的各种环境生态位。但究竟是什么使哺乳动物成为哺乳动物呢?这个问题一直困扰着神经科学家出身的科学作家利亚姆·德鲁，他在担任守门员时不小心把一个非常痛苦的足球撞到了腹股沟——因为只有哺乳动物才会把重要的生殖器官挂在外面。
幸运的是，这并没有阻止他成为父亲，在这个过程中，他开始着迷于潜在的生物学——一个活的婴儿在子宫里生长，通过胎盘喂养，然后由哺乳动物得名的乳腺分泌的乳汁喂养。你可能会想到其他特征，比如有毛——但如果它只需要毛发和奶，那么椰子是哺乳动物吗?为了弄清这个哺乳动物之谜的真相，凯特·阿尼在伦敦市中心的惠康收藏馆采访了利亚姆，聊了聊他关于这个主题的新书——《我，哺乳动物》。
利亚姆:你查字典，上面说哺乳动物是一种有毛和乳腺的温血脊椎动物，如果你的字典好，可能还会有其他一些特征。所以，我想你们知道，为了定义什么是哺乳动物，我会列出我们的特征:毛发、一种独特的大脑皮层、三块中耳骨头、一个独特的下颌关节……我想这本书的每一章都会相当独立地描述这些特征是如何进化的。所以，看看牛奶是如何进化的，这很有趣。
凯特-胸和威利斯，你知道的。
利亚姆-是的，我想我是受到了生殖生物学的启发，所以它确实是从泳衣领域开始的，我想尝试超越这个领域……
这显然是一本科学书籍!
利亚姆-没错。好吧，我最后确实试图整理这本书，从阴囊开始，说，“看!当精子在那里形成时，生命就开始了，显然，当卵子在卵巢中形成时。”然后我试图追溯哺乳动物的生命轨迹。但是回到你的问题，我有一个特征列表，这是非常18世纪的。哺乳动物的真正分类可以追溯到18世纪中期，1758年的林奈。
凯特，他确实喜欢分类。
利亚姆-他确实喜欢分类!因此，在同一本书中，他创造了“智人”这个词，他创造了“哺乳动物”这个词。但无论如何，在这200种主要的欧洲哺乳动物旁边，他列出了它们的特征，这就是它们是如何做到的。当然，一百年后的达尔文理论真的颠覆了一切。但我认为，在写这本书的过程中，在试图弄清楚哺乳动物是什么的过程中，重要的是，每一章都不是独立的。
当我在写关于阴囊的文章时，并不是说这能让精子产生得更好。这就像是，这是一种必要的适应，要么是哺乳动物变得更温血，要么本质上是因为它们开始以某种方式奔跑，这使得腹部容易受到这些压力波的影响。所以我们知道这种动物的这两个特征改变了它的特征。
至于乳腺，关于牛奶进化的主要理论是在它成为食物之前，它是一种有用的分泌物，可以保持卵子湿润或防止脱水，或者这种分泌物含有先天免疫系统的成分，可以杀死微生物这些微生物在哺乳动物变成温血动物后会在卵子上大量繁殖。所以这种温血动物会产下温暖的蛋，这些蛋需要保护以免脱水或受到微生物的侵害。所以牛奶又和温血联系在一起了。
1977年，牛津大学的卡罗琳·庞德(Caroline Pond)写了一篇很棒的文章，讲的是为什么哺乳很重要——这篇文章实际上是在我接受母乳喂养的一个月里发表的，我有点喜欢这种联系——她列出了牛奶一旦进化出来，它就会再次改变环境，为拥有母乳的动物创造可能性。所以突然间，由于新生儿被喂了奶，它们就不需要自己寻找食物了。所以，他们不需要这么好的牙齿，所以他们可以长到相当成年的大小，有一个成年的下巴，只在成年的下巴上长牙齿。
哺乳动物有一副乳牙和一根成齿。哺乳动物真正的特征之一就是它们的牙齿有多复杂。它们的一个特点是它们在上下颚之间完美地联锁，这使我们能够非常有效地咀嚼食物，这有助于我们的温血代谢。再一次，这是一个接一个的链接。所以当我读到温血动物那一章的时候，我就想，“嘿，记得吗?所有这些其他的东西都被谈到了。”
凯特-你什么都忘不掉。似乎哺乳动物绝对不是像18世纪那样，如果你有这七个，你肯定是哺乳动物。这更像是，“你适合这个奇怪的维恩图吗?”因为肯定有例外。一定有一些哺乳动物是奇怪的例外。
利亚姆:所以，当你说哺乳动物是有毛的动物时，你对海豚就有问题了——它们在子宫里就有毛了，刚出生时嘴巴周围也有几根毛。但是他们有……
凯特-对，就像小胡子一样。
利亚姆-是的，显然对找到母亲的乳头很有用。但是海豚已经失去了毛发。它失去了这个定义或特征，但它仍然是由高能量水平的生活方式和所有其他的特征来定义的，这些特征使它能够发挥作用。
凯特:当我们谈论林奈的时候，我们谈论的是什么是哺乳动物的概念，林奈和分类学家，他们喜欢给东西分类，然后说，“它有这样的结构和那样的形状，所以，它一定是这种动物。”但是现在，我们有了遗传学。遗传学告诉我们什么是哺乳动物，我们从何而来?
利亚姆:当人们在达尔文之后开始基于共同的历史和相互关系进行分类时，这些群体看起来与林奈所提出的非常相似，因为一种假设是，共同的身体特征意味着你们之间的关系非常密切。
如果你看起来像一只老鼠，你可能是某种啮齿类老鼠。
利亚姆-没错。在达尔文之后的一个世纪里，人们在形态学的基础上进行分类。然后在20世纪50年代末和60年代初，这个想法实际上是弗朗西斯·克里克在1957年的演讲中说我们可以开始使用蛋白质序列或DNA序列来追踪亲缘关系。不是看形态特征，而是看不同物种的蛋白质或DNA序列，然后从中进一步了解相互关系。
这是个很棒的主意。莱纳斯·鲍林用灵长类血红蛋白做了这个，当然，DNA测序在很长一段时间里都是非常艰苦的工作。一些形态学家并不相信这一点你们可以想象一下，对吧?那些非常了解动物并从它们的特征推断出一切的人，突然间，那些拥有试管DNA的人说，“等等，伙计。我已经搞定了。”即使从来没有养过动物的人也可以用DNA来推断它们之间的相互关系。
凯特-这肯定有点像做亲子鉴定。“没有。那绝对是我的孩子。”就像，“DNA说不。恐怕那不是啮齿动物。”
利亚姆-没错。就这样，这样的反反复复，在90年代早期，一些分子生物学家说，“实际上，我们不认为豚鼠是啮齿动物”每个人都认为这很愚蠢。然后突然，在1997年，这个由Mark Springer领导的加利福尼亚小组突然发表了一篇论文，题目是“非洲哺乳动物撼动哺乳动物家谱”。他们基本上展示了非常有力的基因证据——他们收集了比以往任何人都多的基因证据——他们认为，实际上，有一群非洲哺乳动物彼此之间的亲缘关系比任何其他类型的哺乳动物都要密切。
凯特:那么，当人们开始发现DNA告诉我们的关于哺乳动物历史的故事与化石和哺乳动物的实际身体形状不同时，这是否应该改变我们对哺乳动物意义的看法?哺乳动物有遗传定义吗?
利亚姆-基因数据在这四个群体的分类中是压倒性的。它所做的一件非常有趣的事情是它将哺乳动物的进化与地理联系起来。因此，这是最初的非洲种群，然后数据非常令人信服地表明，南美洲的哺乳动物，树懒，食蚁动物和犰狳是非常密切相关的，形成了另一个种群。在欧亚大陆上进化而来的第三个族群可以被细分为两个。所以它实际上很好地将遗传故事和世界地理联系在一起。
我喜欢你在书中把哺乳动物描述成进化史上的奢侈品。
利亚姆:对，我有过这样的想法——实际上是在达尔文的花园里，我想——我只是在那里闲逛，那是一座漂亮的房子，我有一个奇怪的想法，“那里有很多植物”。我独自一人在他屋后他常去的树林里。我只是在想"看看这些木头和植物"
我的意思是，这太荒谬了——我们消耗的能量。我们不节约能源。我们95%的能量消耗都用于维持体温，维持生理机能。在一起，我们是一种奢侈。你不可能有一个由哺乳动物组成的世界。我们一直依赖于吃和消费。
我们是生物界的奢侈品。
利亚姆-也许吧!
凯特-利亚姆的书《我，哺乳动物》将于11月2日由布卢姆斯伯里西格玛出版社出版都是优秀的零售商/
鞭打鞭虫基因组
玛丽亚·杜克，来自威康基金会桑格研究所
热带鞭虫鞭虫trichiura每年感染全球约5亿人，造成腹泻、营养不良和发育问题。目前还没有疫苗，治疗费用昂贵但效果很差。
为了找到解决鞭虫感染的新方法，剑桥威康基金会桑格研究所的科学家们一直忙于研究鞭虫的1.5万个基因，对寄生虫基因组进行测序和注释。但这是一项艰巨的任务，他们无法独自完成，所以他们从英国60多所学校招募了a - level学生来帮忙。Kat Arney采访了首席研究员Maria Duque以了解更多信息。
玛丽亚:我们非常幸运地从我们在丹麦的合作者彼得·内苏姆博士那里得知，他自己也感染了这种寄生虫。这使我们能够接触到非常好的材料因为我们可以接收到他肠道里的成年蠕虫我们可以对这些材料进行排序并产生一个更完整的新版本的基因组。因此，我们需要确定组成基因组的基因在哪里，哪些基因在哪里，正是在这项努力中，我们寻求学生的帮助，希望他们参与进来，真正找到基因在哪里。
凯特-那我就直说了吧。你有一个研究人员，他自己感染了这种寄生虫，所以你可以从寄生虫中获得DNA，并试图将所有的基因组合在一起。
玛丽亚-是的，但他最初的目的并不是给我们寄生虫材料。不幸的是他得了一种叫做牛皮癣的病。作为一种替代疗法，他让自己感染了这种寄生虫，以减轻这种疾病的症状。
为什么你要让这么多孩子参与这个项目?
玛丽亚:因为人类鞭虫寄生虫的基因组大约有15000个基因。所以有了基因组，你可以用计算机的算法标注基因，它会自动告诉你哪个基因在哪里。但不幸的是，当你使用电脑时，程序无法真正进入非常困难的基因并手动管理这些基因。因此，在这里，人类需要真正有一个非常好的基因组组装，才能真正精确地注释基因，在这里，有大量的学生将真正帮助我们。
凯特:就像给基因组做注释说这是那个基因，这是那个基因，这看起来很复杂。小学生是如何做到这一点的呢?
Maria -你有一段序列它只是一些字母的混合它可能是ACGT但是它让这个序列告诉你的东西变得有意义。那么，你怎么能说在这个序列点上，你实际上会有一个基因的开始和结束，以及这个基因是如何组成的。
所以他们将使用名为阿波罗的软件，他们可以看到上面部分的DNA序列。然后他们就能看到基因的证据也就是我们对RNA测序后得到的数据。正是这些来自RNA的序列给你提供了基因结构的线索。所以，这不是关于哪个基因是什么，而是关于基因是如何组成和如何组织的。
凯特-所以我们要弄清楚什么是重要的，什么不是那么重要。
玛丽亚:没错。
Kat:你为什么要注释这个基因组?一旦你把所有的来龙去脉，基因组的点点滴滴都弄清楚了，你打算怎么做呢?
Maria:掌握寄生虫或病原体的基因组非常重要，因为当我们做实验来了解寄生虫如何感染以及它如何引起疾病时，这都是由于寄生虫表达的蛋白质，而了解哪些基因实际上是编码这种蛋白质的，这样就可以做更多的实验。例如，从寄生虫的基因组中移除该基因，然后研究当该基因缺失时寄生虫会发生什么。
我们现在可以在没有正确版本的基因组的情况下继续研究这种疾病，这样我们就可以详细了解寄生虫是如何侵入肠道的以及它是如何引起疾病的，这样就可以了解哪些基因是线索，我们就可以开发新的药物和疫苗来对抗这种疾病。
一群英国学生支持一种治疗热带疾病的新疗法，这真是太棒了。
玛丽亚:是的，太好了。激励新科学家是件好事，他们知道，在他们进入科学领域时，这种经历实际上会促进他们的发展。但他们知道在基因组注释的背后还有别的东西。事实上，我们真的想要对抗这种被忽视的热带病是有原因的。对我们来说，得到他们的帮助真的很重要。
凯特-我是来自威康基金会桑格研究所的玛丽亚·杜克，你可以在这里找到更多关于鞭虫项目的信息。
英国科学家编辑人类胚胎
上个月，伦敦弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)的科学家宣布，他们已经成功地使用CRISPR基因编辑技术使人类胚胎中的一个基因失效——这是该技术首次在英国使用。
该基因产生一种叫做Oct-4的蛋白质，这种蛋白质在确保早期胚胎中的干细胞保持干细胞状态，并且不会过早分化成更特殊的细胞方面起着至关重要的作用。
凯西·尼亚坎(Kathy Niakan)领导的研究小组使用了大约60个试管受精后剩下的捐赠胚胎，这些胚胎本来会被扔掉，他们只在实验室里培养了大约一个星期，然后就把它们销毁了。他们在《自然》杂志上发表了他们的发现，他们发现缺少Oct-4的修饰胚胎不能长成囊胚——通常它们会在子宫内植入足球般的阶段——这证明了该基因在早期发育中的重要作用。
超过80%的人类胚胎从未导致活产，因此使用CRISPR来更多地了解特定基因在早期发育中的作用，应该有助于揭示流产和不孕的痛苦，并提高体外受精的有效性。
用化学手术修复有缺陷的基因
中国科学家公布了一项名为“化学手术”或碱基编辑的新基因修改技术的细节，该技术利用该方法修复了导致人类胚胎严重血液疾病-地中海贫血的基因突变。
该程序发表在《蛋白质与细胞》杂志上，使用与基因编辑系统CRISPR类似的分子，但只改变DNA中的一个特定“字母”或碱基，而不是修复、移除或替换较长的序列。
许多患有地中海贫血的患者在一个特定的基因中有一个单一的字母突变，中国的研究小组用这个特殊的变化作为模型来测试他们方法的效率。
总的来说，大约五分之一的胚胎成功编辑，至少在一些细胞中修复了突变。虽然胚胎的发育时间不能超过几天，但从理论上讲，这足以改善这种疾病。
然而，研究小组还发现，在某些情况下，他们成功地向基因中引入了新的突变，而不是修复它——因此，显然在准确性和效率方面需要做更多的工作。
绘制巴布亚新几内亚的基因图谱
和安德斯·伯格斯特罗姆，威康信托桑格研究所
是时候去太平洋天堂巴布亚新几内亚旅行了。人类已经在那里生活了至少5万年，直到最近才与外界接触，全国各地有惊人的850种语言。
现在，一组遗传学家对当地居民的基因进行了首次大规模分析，并发现了令人惊讶的基因多样性。为了了解更多信息，凯特·阿尼采访了研究负责人安德斯·伯格斯特罗姆(Anders Bergstrom)，他为Skype连接有点不可靠而道歉，不是巴布亚新几内亚，而是剑桥郊外的威康信托桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)。
安德斯:我们对人类进化和人类历史很感兴趣，所以我们把澳大利亚和新几内亚看作是人类进化的第二次复制。所以，你可以问，这里的情况是否与欧洲、亚洲、非洲等地的情况类似。
凯特-一种缩影。
安德斯-你可以这么说。作为一个额外的背景，正如你所提到的，我们认为巴布亚新几内亚特别有趣的另一个原因是它是世界上人类发明农业的地方之一。所以，这在世界上不同的地方独立发生了几次，一次是在中东，可能是在中国或东南亚的某个地方。它发生在美洲的某个地方，也发生在巴布亚新几内亚的高地。所有这些都发生在过去的一万年里，但可能是独立的。
凯特:你打算做什么?你学的是谁?
安德斯:我们与来自牛津大学以及巴布亚新几内亚医学研究所的合作者一起，收集了大量样本，包括巴布亚新几内亚各地人们的DNA样本。
所以，我们决定对这些样本进行基因研究，这样我们就可以从每个人那里获得信息，了解他们每个位置的DNA状态。这些数据基本上让我们提出了一大堆关于遗传关系的问题，无论是在巴布亚新几内亚还是在世界其他地方。
凯特:当你把这些数据放在一起看的时候，你发现了什么?
安德斯:之前也有研究表明，在巴布亚新几内亚的沿海地区，在过去的几千年里，有一些来自东南亚的基因流动。因此，在这一时期，他们是东南亚的农民，他们乘船来到新几内亚，与沿海地区的一些当地人混在一起。然而，有一个巨大的山脉穿过新几内亚岛的中心。在此之前，人们并不知道东南亚的基因流是否也传播到了居住在这些高地和山区的人们身上。所以，我们发现实际上，它没有。因此，自从5万年前人类第一次来到这个地方，直到今天，高地上的人们在基因上一直是完全独立的。
我喜欢“基因流”这个科学的委婉说法，其实你指的是人们来到这里，坠入爱河，组建家庭，代代相传。
安德斯-没错。
Kat -除了东南亚人不喜欢登山外，还有其他有趣的发现吗?
安德斯:最有趣的发现实际上与巴布亚新几内亚的内部历史有关。这个项目的另一个重要动机是我们知道巴布亚新几内亚的语言非常多样化。这个国家大约有850种语言。这大约占世界上所有语言的10%。
Kat -哇!
安德斯:还有不同人群之间的文化多样性。所以，我们想知道这种巨大的语言和文化多样性是否也反映在人们的基因结构中，所以说不同语言的不同群体在基因上也彼此不同。因此，通过这些数据，我们发现事实确实如此。巴布亚新几内亚的不同族群在基因上确实存在着惊人的差异。
因此，尽管这是一个相对较小的地理区域，但不同群体之间的遗传差异通常比你在整个欧洲发现的任何差异都要大。举个例子，如果你把西班牙人和芬兰人——某种意义上说是欧洲的两个角落——进行比较，巴布亚新几内亚的许多族群的差异要大得多。
从你的发现中，我们是否可以借鉴其他人群的经验?我想可能是冰岛或世界其他地区的孤立人口。
安德斯:这些群体彼此之间差异如此之大的部分原因是，许多群体规模相对较小，如果你的群体规模较小，那么你相对于另一个群体积累差异的速度就会更高。你可以在世界其他地方看到类似的效果。这是一种瓶颈。冰岛是一个例子，但在其他许多国家，人口较少的差异积累得更快。
所以有一个有趣的问题不仅可以追溯到遗传学，还可以追溯到考古学，语言学等领域，关于一旦你发明了农业，人口会发生什么。还有，农业是如何传播的?它的传播是因为发明农业的人扩张并取代了其他所有人吗?或者只是文化上的传播，你看到你的邻居种植植物，然后你也开始种植?对于巴布亚新几内亚，我们可以独立地问这个问题，农业之后这里发生了什么?
一旦人类从小群体的狩猎采集生活方式迁移过来，就会定居下来，扩张，开始有小村庄和城镇，也许随着时间的推移，这将导致更同质的基因结构。但实际上，巴布亚新几内亚的情况表明，情况并非如此，因为在这里，我们也有农业。人们确实在村庄里定居下来，但他们在群体之间仍然保持着相对较少的流动，这些群体在基因上仍然彼此迥异。
那么真正的问题是，如果欧洲和新几内亚都有农业，为什么欧洲的基因非常同质而新几内亚的基因却非常多样化?所以，我们目前只能根据现有的数据进行推测，但我们确实认为，欧洲的不同之处在于，它经历了青铜时代和随后的铁器时代，以及随后的文化进程。在世界其他地区也有类似的过程在东亚和撒哈拉以南的非洲。
也许正是这种后来的技术驱动的扩张在某种意义上改变了这些地区的文化。人们开始更多地旅行，更多地交易，从长远来看，这导致了更多的基因混合和一个基因更同质的地区。而在巴布亚新几内亚，没有青铜时代，也没有铁器时代。因此，它可能更好地反映了在青铜时代或铁器时代扩张之前许多人类社会的基因多样性和语言多样性水平。
从这项研究中得出的一个结论或者推测是我们在巴布亚新几内亚看到了非常强大的基因结构以及非常高的语言多样性，这可能是世界上许多其他地方在过去也会有更多的语言多样性。所以，如果我们再回到欧洲作为一个比较，欧洲的青铜时代不仅与巨大的基因更替，混合和替换有关，而且可能还与语言更替有关。
因此，语言学家和考古学家对此仍有一些争论，但普遍的观点似乎是，随着欧洲青铜时代的到来，大约5000年前，欧洲的绝大多数语言实际上被我们今天在欧洲所说的语言所取代，即所谓的印欧语。在欧洲，只有少数几种语言不属于这个语系。所以最有可能的是，在那之前，欧洲也会有更多的语言可能类似于巴布亚新几内亚的语言，然后它们就消失了，取而代之的是一个单一的语系，就是我们今天所说的语言。
来自威康基金会桑格研究所的Kat - Anders Bergstrom。
本月最佳基因-失眠症
从名字上你可能已经猜到了，失眠症基因是一种与睡眠有关的基因。2011年，研究人员首次发现了失眠症基因。当时，研究人员筛选了2万多只正常睡眠模式的果蝇，以寻找无法进入睡眠状态的突变果蝇。
懒惰的正常果蝇平均每24小时睡15个小时，但携带失眠症突变的果蝇每天只能睡5个小时左右。这种基因通常在果蝇的神经细胞中活跃，似乎与分解某些蛋白质有关。
人类一生中大约三分之一的时间都在睡觉，睡眠剥夺和慢性失眠会对健康和幸福造成严重影响。然而，睡眠的确切生物学功能仍然没有被完全理解，尽管杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·杨刚刚因为他们对昼夜节律(人体内部时钟)的研究获得了今年的诺贝尔生理学或医学奖，但我们仍然没有完全了解控制睡眠的基因和分子。
人类和其他哺乳动物也有不同版本的失眠症，它们出现在神经细胞之间的连接处，也就是所谓的突触。今年早些时候，纽约的研究人员发现，两种不同的哺乳动物失眠症基因可以弥补突变果蝇中缺失的昆虫失眠症基因，这表明它们可能以与果蝇中原始失眠症基因相同的方式帮助我们入睡。
睡眠问题在包括阿尔茨海默氏症和自闭症谱系障碍在内的神经系统疾病中很常见，因此，对Insomniac周围的分子通路进行分析，可能会揭示更多睡眠、大脑功能和疾病之间的联系。不管怎么说，这是你在凌晨完全清醒时要考虑的事情。
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