树木、蜜蜂和三维基因

视觉艺术家Andy Lomas使用Unreal(一种虚拟现实游戏引擎，通常用于制作逼真的射击游戏和其他游戏)将所有这些科学数据转化为三维虚拟现实。但他到底是怎么开始的呢?Kat Arney发现了。

安迪:这是个好问题。当我开始这个项目时，我自己也在想同样的问题。所以我们得到了所有这些文件，只是真正的文件和模拟Csilla一直在运行。我没有那么多地使用虚幻引擎，但我只是想，好吧，这个游戏引擎技术，它应该能够读取这些数据。它应该能够编写代码，直接读取模拟文件，然后我们可以用它做什么，如果我们把它放在那个环境中，我们希望能以不同的方式看待事物，尝试事物，基本上，我们几乎有了一个实验的环境。

所以，我学着诚实地去做。我觉得应该能行。我想要一些互动的东西。我想我过去做的大部分工作都是在电影和视觉特效方面，你真的知道你在做什么——你有一个故事板，你确切地知道目标是什么，你经常做的事情需要很长很长的时间。

我想要能够让我们快速解决问题的东西，这就是为什么我们想要尝试使用这种游戏技术。所以这是一个非常大的实验，我们编写了所有读取这些文件的代码，将它们读入内存，并根据数据构建几何图形。

凯特-所以，这并不是说你有一串DNA然后你把它激活，让它做你想做的事。你实际上是从实验中获取真实的数据，然后把它扔进这个计算机引擎，看看它会给你带来什么?

安迪-是的，差不多。这是来自于希拉研究工作的真实数据，他试图重建细胞核、DNA和染色体的形状。所以这实际上是她的真实文件是她运行的模拟的三维数据。它就像染色体上不同位置的位置以及随时间和空间的位置。所以它已经是三维的了，但是我必须把它变成可见的几何图形和动画的几何图形。

我想当我们来到研究所看他们的作品时，他们给我们看的是最终的形状这是大多数研究人员真正想要重建的。我们在这项工作中试图探索的是，它们是如何形成这些形状的?他们是如何重建这个几何图形的?实际上，我不认为他们之前会在模拟过程中查看数据，他们总是在模拟结束时查看数据。

凯特-这有点，我们是怎么走到这一步的?

安迪:没错，这个过程，就像音乐一样，因为他们在模拟不同的阶段。从视觉上看，这很有趣。我的意思是，它讲述了一个类似于发现的故事。你要从一个完美的数学结构开始，但几乎是任意的结构，因为我们真的不知道细胞核和染色体的真正形状是什么。

然后通过所有这些力，这些约束——物体相互吸引最终需要彼此靠近——只是模拟这些，你把它加热到一个荒谬的温度，所以所有的东西都在这些热噪声中移动，然后逐渐冷却。当它冷却下来时，它会凝固成合适的形状，所以，这很美。你会把它看作是不同动作的作品。

Kat:这是一件不可思议的事情，因为当你看视频或在虚拟现实模拟中，你看到这个大柱几乎像绳子一样螺旋堆叠起来，然后它开始疯狂-它到处跳舞，然后减速，凝固成一种“蓬松的团”，我想这是最好的说法。你是如何决定把它变成一个虚拟现实的环境，让人们可以真正进入和探索?

安迪-这几乎只是因为我们可以。我的意思是，我们最重要的事情是，“让我们在虚幻中尝试一下，这样我们就可以快速地进行实验，这样我们就可以实际地进行尝试，这样我们就可以在三维空间中交互式地查看数据中的内容。”

虚幻只是有机会在虚拟现实中做一些事情，因为它是你用来创建包括虚拟现实游戏在内的高端游戏的两个主要游戏引擎软件之一。所以，它只有VR预览模式，我有一个虚拟现实耳机，我一直在玩，并尝试了一些东西，我们刚刚尝试过。就像，“好吧，它应该可以工作。我们应该能够点击VR预览并看到。”你在虚拟现实中对结构的空间理解程度让我很惊讶，尽管我之前在虚拟现实中做过很多事情。

然后我们研究它，把它变成一个更互动的东西，比如，你想如何想象事物，理解事物，看看染色体的颜色，它会影响颜色的消失，看看激活区?就像，我想在这个集合中探索什么?但第一件事是，我们可以按下那个按钮，VR预览，看看它，我们看着它，好吧，这太棒了!

凯特-太酷了!作为一名从事这类研究的前科学家，我非常着迷于从DNA的直线到扭曲的基因库，以及它们是如何相互作用的，用三维的方式思考。当我还是科学家的时候，还没有这样的工具，你在这里做的是一个艺术项目。但是我们能为科学家开发出这种工具吗?我想坐在我的数据里，把它拆开，在我周围的空间里看到它，这将是一件不可思议的事情?

安迪:我认为绝对是这样。我的意思是，我们已经开始和巴伯拉罕研究所的人讨论这个问题。首先，这不是很好吗作为一个艺术和科学项目，在科学博览会和类似的事情上更进一步?而且，对于所有真正的研究——如果你真的在生成结构和特别有趣的问题，比如，激活的位置在哪里?这个位置真的在不同染色体之间的间期吗?

实际上，从空间上理解它的结构，当它非常复杂的时候，它是这种蓬松的，非常复杂的形状。这是一个非常非常难理解的结构，就像看电脑屏幕上的图片一样。如果你在VR中看到它，你会觉得它就在你身边。它能让你直观地更深入地理解这个结构。我认为，尤其是那些非常复杂的形式，比如这些折叠的染色体，这是非常重要的。

当然，我的科幻迷喜欢这个主意。如果你看过电影，科学家们会发出“嗡嗡”的声音，数据就像在桌子上盘旋一样。我们能到达那里吗?我们能在三维空间里探测我们的科学数据吗?我很乐意。

安迪——我想是的。我想有一件事是因为我们真正使用的是真正的科学数据，它在开始加载所有数据文件时确实需要大约2分钟的启动时间。所以，大数据需要相当长的时间和游戏技术，而计算机中的这些显卡现在具有令人难以置信的强大功能，可以将非常非常复杂的空间数据集可视化。所以这就像是你骑在玩第一人称射击游戏的人身上，帮助你进行真正的科学研究。

Kat - Andy Lomas，你们之前听到的是Max Cooper的《chros》，这是他新EP的主打歌，灵感来自这个项目，也就是现在可以在iTunes上下载．Youtube上也有一些很棒的视频，结合了Max的音乐和Andy的视觉效果，所以请前往nakedcientists.com/genetics的播客页面查找链接或在线搜索Max Cooper Chromos。
视频:
https://www.youtube.com/watch?v=oyxwoLHFv_U
https://www.youtube.com/watch?v=gq7YwOIVW1Y

从飞虫到它们嗡嗡作响的树木，科学家们正转向遗传学来解决当今影响英国树木的最紧迫问题之一——传染病，尤其是一种被称为白蜡树枯梢病的讨厌真菌。英国皇家植物园首席研究员理查德·巴格斯向凯特·阿尼解释了这个问题的“根源”

理查德:2012年，人们第一次在英国的林地里发现了白蜡树枯梢病，它是从欧洲来的，几年来我们看到它在欧洲慢慢蔓延。当白蜡树到达英国时，我们的政府决定资助大量的研究，看看我们能做些什么来应对白蜡树枯死。

我一直在做的一件事是研究白蜡树本身，并对它们的基因组进行测序，试图找到可能导致它们与真菌相互作用的基因。我们希望将来能够培育出对真菌有抵抗力的树木。

Kat -让我们回顾一下-是什么导致了白蜡树枯死，它是如何传播的?

白蜡树枯死是由原产于日本和中国东部的真菌漆膜菌引起的。我们不太确定它是如何在这里传播的，但在这里，它对我们树木的致病性比对日本和中国的白蜡树的致病性要高得多，这就是我们遇到问题的原因。

树不会站起来四处走动。它们不像动物那样传播病原体。它是如何从一棵树传播到另一棵树的呢?

理查德:它是通过孢子传播的，孢子会在树木生长的过程中感染树木，当树叶掉落到森林地面上时，分解的树叶中会冒出小蘑菇，这些蘑菇会传播孢子，然后孢子通常会感染其他树木。

凯特:那么你是如何尝试绘制白蜡树的遗传图谱，并试图弄清楚它们是如何与这种真菌相互作用的?

理查德:现在对新基因组进行测序相对容易。事实上，我们花了几年时间。我们最近发表了这篇文章。我们正在采用两种方法来鉴定白蜡树对白蜡树枯梢病低易感性的基因。一种是观察世界各地的其他白蜡树，尤其是来自中国和日本的白蜡树，它们似乎对白蜡树枯梢病有天然的抵抗力，我们正在对它们使用系统发育方法。

因此，我们已经对每一种树的基因组进行了排序——世界上我们能得到的每一种白蜡树，我们正在绘制基因组中每个基因的系统发育树，寻找那些基因树符合整个属的易感性模式或零易感性模式的基因，在所有这些物种中，整个白蜡树属试图识别我们的低易感性基因。

Kat:所以你试图寻找一种可疑的基因，这种基因总是出现在对真菌有抵抗力的人群中，而似乎在易受真菌感染的人群中不知怎么地消失了?

理查德:是的，不同种类的白蜡树的基因变异。

凯特-你想采取的另一种方法是什么?

另一种方法是森林研究公司在2012年种植了大量的白蜡树——实际上是14.4万棵白蜡树——在英格兰东南部进行试验。这些树木现在正在进行5年的筛选，以抵御来自白蜡树枯死病孢子的接种压力。他们中的许多人都死了，但有些人活了下来。

因此，这使我们能够挑选出似乎具有低易感性的英国白蜡树。如果我们得到资金，我们想做的是对它们做一个全基因组关联研究，试图在英国白蜡树种群中找到对白蜡树枯死低易感性的基因。

你开始发现这些英国白蜡树更耐寒，可以抵御感染。你就不能开始繁殖它们然后到处繁殖吗?

理查德:这正是我们想做的。但如果我们已经确定了相关的特定基因，我们可以加快这一进程，然后我们可以进行标记辅助育种。另一种方法是基因组预测，我们不需要找到实际的基因，但我们可以查看具有更高抗性的树木的基因图谱，这可以加速育种。当然，培育树木是一个非常漫长的过程，因为它们的寿命很长。

Kat:那我开始看到的一些新技术呢?比如CRISPR——这些基因组编辑技术?如果你发现了使树更具抗性的基因变异，你不能直接剪切粘贴吗?

理查德:是的，这可能是一种非常快速的方法来培育具有抗白蜡树枯梢病能力的树木。我们实际上想过对白蜡树进行某种基因操作，我们调查了公众。我们发现，大多数公众并不真的希望在天然林地种植转基因白蜡树。在种植园里他们可能会满意，但在林地里就不满意了。所以，即使我们采用转基因方法，我们也需要一种更自然的方法，只使用传统的育种方法，也许加速使用遗传知识，但不涉及基因操纵。

它够快吗?如果这种真菌正在蔓延，如果英国的白蜡树正在死亡，我们是否会进入一个休耕期，那里没有白蜡树，我们是否会努力培育出足够的抗白蜡树来填补空白?

理查德:我们很可能会看到白蜡树的数量大幅减少，但鉴于英国的白蜡树似乎能够存活下来，我认为从长远来看，我们的景观中仍会有白蜡树。我们必须特别小心的一件事是，人们很容易在不需要砍伐的情况下砍伐白蜡树。

例如，如果路边有一棵垂死的白蜡树，当地议会就需要砍掉那棵树，因为它可能会危及生命。但是当他们这样做的时候，当他们关闭道路的时候，他们会很想砍掉那条路上所有的白蜡树，因为他们会认为从长远来看，这是在为自己省钱。但事实上，它们可能会消灭一些具有抗性的树木，这些树木实际上会存活下来，并在其一生中继续改善环境，但也会产生后代，这些后代可能具有更强的抗性。

所以，我们想做的一件事是开发一种工具，这样我们就可以用遗传学来预测哪些树不应该被砍伐，这样在地方议会、高速公路机构或铁路网络开始进行代价高昂的砍伐之前，我们就可以告诉他们哪些树不需要被砍伐，它们可以留在那里改善环境，存活下来，把它们的基因传给下一代。

凯特-在上面系条黄丝带什么的?

理查德-对，没错!

凯特-理查德·巴格斯，来自邱园皇家植物园。