在本周的新闻中，一名患有罕见遗传病的英国幼儿被基因疗法拯救了:我们解释它是如何工作的。凤头鹦鹉带着一个工具箱来解决问题，这让科学家们感到惊讶。还有一个5500万年前的企鹅化石，这是一个重达150公斤的庞然大物!
在这一集里
拯救英国婴儿生命的基因疗法
Rob Wynn, NHS
本周，科学家宣布，一名患有罕见的致命遗传疾病的幼儿已经通过一种新的基因治疗方法成功治愈。19个月大的泰迪患有MLD -异色性白质营养不良。这是一种遗传性疾病，与一个有缺陷的基因有关，该基因通常编码一种叫做芳基硫酸酯酶a的基本酶。如果这种酶不起作用，某些细胞类型内的物质就会堆积起来，导致它们死亡。发育中的大脑特别脆弱，受影响的个体会逐渐变得更加残疾，通常活不过5岁。在泰迪的病例中，皇家曼彻斯特儿童医院的罗布·韦恩和他的同事们认为，他们有希望治愈这种疾病。他们从她的骨髓中提取了干细胞，并在实验室中对其进行了改造，加入了健康的基因副本，以及一些控制信息，以增强其活性，从而导致缺失酶的高水平生产。这些经过修饰的干细胞被送回泰迪体内，在那里它们迁移到骨髓中，产生血液和免疫细胞。其中一些然后迁移到神经系统，在那里它们泵出酶供其他细胞使用……
对于像MLD这种酶缺乏的疾病，我们可以用骨髓移植来治疗。正常健康的骨髓制造正常健康的血液，制造这种酶，并将这种酶输送到身体的所有组织，包括大脑。我们知道，当我们对MLD进行骨髓移植时，实际上它并不能纠正这种情况，近年来我们已经了解到这是因为正常健康的血液在这种情况下不能提供足够的酶。所以我们从病人身上提取血液干细胞，在实验室里插入缺失的基因拷贝。现在我们用一种病毒来做，但是我们对病毒进行了修改。所以当病毒感染它们的血液干细胞时，它们传递的不是病毒DNA，而是酶基因。但我们也做出了另一个关键的改变。我们细胞中的基因受到严格的控制。实际上，MLD基因在血液干细胞中受到严格的控制。这就是为什么正常的骨髓移植不能提供足够的酶因为基因被关闭了，血液不需要制造很多酶。 So when we use gene modified cells, not only have we put in a healthy copy of the gene, but we have changed the promoter next to that gene that tells the gene to be turned on. And so the gene modified stem cells make vastly more enzyme and because more enzyme is good for the disease then we actually see that this makes the illness better. Whereas a normal bone marrow transplant doesn't.
克里斯:这些是骨髓干细胞，所以它们会制造血液的元素，它们会在大脑外。有一个屏障将脑组织和血液组织区分开，它被称为血脑屏障。那么，如何让血液中充满这种缺失的酶来治疗大脑呢?
罗伯:这是一个非常好的问题。实际上，这就是为什么骨髓移植在细胞治疗中可以纠正神经酶缺陷，而药物治疗却不能。细胞可以穿过血脑屏障并移植，宽细胞被移植到大脑中，它们被称为小胶质细胞。所以如果我们做一个基因修饰的造血干细胞移植，我们会得到基因修饰的宽细胞，它们会穿过血脑屏障，然后被植入大脑。因此，基因修饰的大脑植入小胶质细胞产生了病人需要的酶，并且永远有效。
当它们在大脑里的时候，它们可能会把缺失的酶分泌到那里的环境中，而那些依赖细胞通常会缺失的酶，可以被吸收并使用。
这就是治疗这种疾病的移植原理，我们称之为交叉矫正。移植的供体细胞制造和分泌酶。这种酶会被邻近的基因酶缺乏的细胞吸收，但它们能够吸收这种分泌的酶并在细胞质积累的底物中代谢。
克里斯-那么，对于这位年轻女士来说，预后是否很好?只要她的大脑中稳定地继续有这些细胞制造这种物质，那么她就应该保持健康?
我们认为这个女孩可以以正常的质量期待正常的寿命。所以很明显，在MLD中使用基因修饰的干细胞是一种新方法。然而，我们在使用捐赠者的移植治疗类似疾病方面有丰富的经验。我们在这些疾病中看到的是对病情的影响是终生的。因此，我们有充分的理由乐观地认为，基因修饰的干细胞也将同样戏剧性地改变这个小女孩的生活。
克里斯-这有什么风险吗?在过去，当人们用病毒以这种方式改变干细胞时，他们一直担心，当你向细胞自身的DNA中添加DNA片段时，你可能会产生癌症，而且如果它们大量生产这种物质，而这些物质通常不会大量进入血液，这是否会带来健康风险?
当然，我们所有的医疗决定都是基于风险平衡。这是一种与过早死亡有关的疾病，儿童在生命早期死亡，在死亡之前，他们失去了他们获得的技能。所以风险平衡非常支持这种治疗。病毒将它们的DNA插入我们的DNA，这就是为什么会有一些癌症风险。如果它们将自己的DNA插入我们所说的与控制细胞增殖有关的致癌基因旁边，它们就会导致癌症。但是我们在这里所说的病毒载体，是经过修饰的，它会随机插入基因组，如果它随机插入，那么致癌的可能性就小得多。就酶的过度表达而言，这是非常重要的一点。这种治疗的基础是基因修饰的细胞在血液中产生更多的酶。所以在我们的临床前工作中，我们已经能够证明这种酶的表达，我们称之为酶的过度表达，不会影响血液干细胞的功能。这样细胞就能移植，细胞就能制造正常的血液。
凤头鹦鹉破解多种工具使用
安东尼奥·马斯卡罗，维也纳大学
现在来看看动物王国和同样聪明的凤头鹦鹉。戈芬凤头鹦鹉生活在印度尼西亚的部分地区，人们发现它们具有有史以来最复杂的动物思维之一:它们使用工具来完成任务;但不是一种工具，而是好几种。他们甚至可以提前计划，使用适当数量的不同工具来完成工作。要是我的建筑工人能做到就好了!Will Tingle讲述这个故事。
意志工具的使用，或者使用一个外部物体来改变另一个物体的某些东西，在我们的生活中是非常普遍的。用刀切食物?这就是工具的使用。开车是一种工具，尽管是一种非常复杂的工具。动物王国中也有使用工具的特征，但这是一种罕见的认知行为，迄今为止只在32个物种中观察到。但在工具使用之上还有一个步骤，那就是工具集。也就是说，两个或多个具有不同功能的工具一起使用以实现单一结果。正如维也纳大学的安东尼奥·奥苏纳·马斯卡罗所解释的那样，这种情况更加罕见……
安东尼奥:在野外，只有两个物种能够使用工具集，或者正在使用工具集。一个是黑猩猩，另一个是戈芬凤头鹦鹉。
威尔——戈芬凤头鹦鹉是一种生活在印度尼西亚的鹦鹉，它们是“海芒果”植物果实内的石头的忠实粉丝。但是这种水果的果肉本身是有毒的，而且凤头鹦鹉的喙不够强壮，无法打开石头。那么该怎么办呢?好吧，凤头鹦鹉一直在使用一种工具操作的形式，甚至可能让黑猩猩感到羞耻。
令人惊讶的是，凤头鹦鹉使用了三种不同的工具来接近这块石头。第一个是使用具有刀功能的工具。他们用它来切掉果肉后的两半果核。然后用楔子把两半稍微分开。当他们有了这个开口，他们就用一种类似勺子的工具来吃石头的内部。这是一种非常令人印象深刻的工具使用，可能是自然界中最复杂的工具使用案例。
威尔:所以用刀、楔子和勺子来获取食物已经足够令人印象深刻了，但这只是认知难题的一半。这些凤头鹦鹉知道每一步需要哪些工具吗?如果是这样，他们会不会只使用必要数量的工具?如果其中一个步骤被移除，
安东尼奥:我们测试了五只鸟，在这五只鸟中，有四只最终能够运输，其中三只能够以灵活的方式运输，即使这需要使用两种工具飞行。这太神奇了。这意味着每当他们遇到需要同时使用这两种工具的问题时，他们就会同时使用这两种工具。他们只有在遇到不需要两种工具的问题时才会同时使用这两种工具。所以他们能够将这两种工具归类为一个工具集。正如我们喜欢说的那样，对他们来说，工具集不仅仅是各部分的总和。
威尔-戈芬的凤头鹦鹉不仅有能力理解哪些工具是必要的，而且有时也知道哪些工具不是必要的。那么，这些认知自信的凤头鹦鹉的原因是什么呢?
安东尼奥-戈芬凤头鹦鹉是一种非常特殊的物种。他们学习使用工具的方式和我们一样，他们像幼儿一样通过组合物体来学习，通过玩不同的物体并将它们组合起来，最终找到使用工具的功能和方法。我们的实验室里有18个人，他们中的许多人都知道如何使用工具，但看到每个人如何以不同的方式使用工具是很有趣的。他们有不同的技术，不同的方法。所以他们每个人都有不同的使用工具的方式和方法。这告诉我们，他们正在使用他们的一般认知能力来使用工具。它们足够灵活，可以学会使用工具。
意志——使用爪子和喙进行个人互动和组合工具的能力使它们能够形成关于哪种工具最有效以及以何种顺序工作的想法。这意味着它们比人类以外的任何动物都拥有更复杂的工具操作知识。这种行为的复杂性使得高芬凤头鹦鹉在它们的领域中出类拔萃。或者，更可能是他们的树。
自种，钻形种子
姚立宁，卡内基梅隆大学
美国的研究人员发明了一种种子载体，这种种子载体可以钻到地下，从而提高播种率。他们的灵感来自于一种叫做黄花草的草，这种草有一颗螺旋形的种子，一端有一个指向侧面的锚尾。当它落在地面上时，穿透的水分使组织膨胀，触发螺旋展开，对抗锚，将种子推向土壤。通过研究大自然是如何做到这一点的，卡内基梅隆大学的科学家姚立宁(Lining Yao)发明了一种复制和改进这一过程的方法，使用小块木头，这些木头可以装载种子货物，然后作为空中播种装置部署，例如用于大规模的林地或保护区的再生。以这种方式种植的种子不太可能成为老鼠和鸟类的食物，也不太可能被太阳晒干。
Chris -这就是你想要制作的复制品或等价物。你也是这么做的吗?
衬里-在材料方面，你需要一个坚硬的材料。你需要它是可生物降解的因为我们不想回收种子载体。我们开始考虑木材，因为它是一种废弃的，可获得的生物材料，富含纤维素，并且已知具有这种对水分的反应行为。但是我们必须比较不同种类的木材。最终我们选择了白橡木。我们还需要考虑几何。所以我们做了一件比自然情况下更聪明的事就是我们引入了两个额外的反面。所以基本上天然的紫堇只有一条尾巴。所以当你把它扔到地板上时，它往往会平着地。但为了让它钻，它必须利用地面上的一些裂缝来提升自己的身体，这些裂缝限制了土壤的类型。 So in our case, we introduced two extra tails. So when you drop our seed, they tend to land on the floor with a specific angle. And that angle helped improve the drilling efficiency.
克里斯:你是怎么做这些东西的?当我们把它画出来的时候，桔梗的种子，看起来就像一个小的迷你风车，种子在茎的底部。你是怎么做到的，因为你已经复制了你的三个手臂。你是怎么做的?
衬里——基本上有两个主要步骤。首先，我们需要将木材加工成单板，然后在化学溶液中煮熟，使木材更柔顺。第二步是我们在3D打印模具的基础上，预先定制模具。基本上我们得手动把它绕到线圈里。
克里斯-明白了。所以你3D打印出你想要的几何形状，你知道应该以正确的方式工作，然后你在上面塑造木头。这几乎就像在模具上成型，使它采用那种形状。然后你有你的种子载体，但是用白橡木做的。
衬里-没错。
克里斯:每个有多大?
衬里-我们做一个系列。所以最小的可能是1厘米高，你可以一直做10到15厘米高。同样，这在很大程度上取决于你想用载体携带什么种子或其他东西。小的蔬菜种子只需要一个很小的载体，但松树种子，例如，要大得多。你需要一个更大的身体来携带它们。
Chris -你是如何测试它来确定它是否真的能达到你的期望?
内衬——我们已经在实验室进行了控制测试，最终我们也把它带到室外。所以我们在两个地理位置用数百颗种子进行了五轮测试。大雨来临之前，我们看了天气预报。我们把它们扔在地板上，然后我们观察我们钻的效率。
克里斯:和直接把种子扔在地上相比，你这样做的发芽率是多少?
在五批中，我们的锚定率约为66%。这些种子的发芽率约为60%
克里斯:那如果你把种子撒在地板上，同样的种子，有多少能成功发芽呢?
我真的很想做这个测试，但是我们还没有机会做这个精确的比较。但我们确实知道，如果你试图用飞机上的广角铸造让松树种子发芽，发芽率是2%到10%。
中国气球在美国上空被击落
过去几周的新闻充斥着美国领空不明物体的故事，其中一个被称为“中国间谍气球”。最近，两国关系在最好的时候也很脆弱，这次事件似乎进一步加剧了紧张关系。但到目前为止，情况如何发展?
詹姆斯-我相信你本周已经听说了，美国击落的中国监视气球，他们现在声称能够收集通信信号。它配备了能够进行“情报收集行动”的设备，引发了一场重大的国际争端。
最近发生了更多的事件，因为另外两个飞行物在美国上空被击落。这两颗卫星的起源尚未得到证实，美国情报机构称它们是“良性的”，体积要小得多，无法从地面控制。所以只有时间才能证明他们的动机是否邪恶。
至于主气球，细节尚不清楚，但据信它是从中国南部沿海海南岛的一个基地起飞的。它在蒙大拿州6万英尺的高空被发现，之后因侵犯美国领空而被导弹击落。中国政府坚持认为，该气球是“用于研究的民用飞艇”，但美国情报部门从碎片中证实，该气球是用于监视的。然而，目前还不确定气球是打算进入美国领空，还是被强风吹离了航线。该气球自发射以来一直被跟踪，并进行了“不寻常的转弯”，首先进入加拿大领空，然后降落到美国领空。尽管美国声称中国部分控制了气球的运动，但风可能在它的飞行过程中发挥了作用。
既然气球这么容易被发现却难以控制，那为什么要用气球呢?嗯，气球的运动模式比卫星更难追踪，因为它们的运动更不可预测，而且通常比典型雷达的校准水平要小。它们还可以在某一点上空盘旋的时间比卫星长得多。卫星被束缚在地球周围的引力轨道上，如果你想监控地面上正在发生的事情，这是没有帮助的。气球有时也会在天气系统下下沉，否则会阻碍卫星对某个地区的观测。在这个气球的例子中，它可以用来监听设备。该气球被证实装有监视设备，该设备具有定位通信设备并监听其对话的技术。但是谁的对话呢?平民吗?管理机构? That remains to be seen. The US is taking in all of the downed craft for extensive analysis.
然而，监视情报方面的专家仍然对为什么这个气球事件会引起如此大的关注感到惊讶。两国都有彼此的详细地图。一个气球能告诉双方的东西不多，但气球作为中国监视部门的一部分已经有一段时间了，美国现在必须重新审视其扫描外国空中物体的精确度以及未来如何处理这些物体的政策。唯一可以肯定的是，这对两国都是一场外交灾难。
迄今为止发现的最大的企鹅化石
丹尼尔·菲尔德，剑桥大学
世界上最大、最早的企鹅之一的化石遗骸在新西兰被发现。这些化石于2016年在奥塔哥附近海滩的巨石中被发现，距今5000多万年前，现在已经被小心地暴露出来，这样原始动物的身材就可以被欣赏和研究了。这是一个重达150公斤的庞然大物。剑桥大学地球科学系的丹尼尔·菲尔德(Daniel Field)是这一发现背后的团队之一，他可以告诉我们企鹅的起源和后来的进化。
丹尼尔:我们在这里讨论的是这只巨型企鹅的肱骨或上臂骨的残骸，企鹅的肱骨非常独特。当然，企鹅的移动方式与大多数其他鸟类非常不同。它们用翅膀在水下飞行。这种特殊的运动模式导致了一种非常独特的肱骨的进化和肩部的偏移连接。肱骨本身是扁平的，不像你在飞鸟的翅膀上看到的圆形横截面。所以当你发现企鹅的肱骨时，你是不会认错的
克里斯:你是在从你已经拥有的东西中推断出你没有的东西会是什么样子。
丹尼尔-是的，肱骨的大部分都被保存了下来，不是全部，但我是这个国家中等身材的男性。我还不到六英尺高。但这只巨大企鹅的肱骨应该和我的差不多长。让你们感觉一下这块骨头有多大。
Chris -你没有150公斤重，看着你<笑>。
丹尼尔-我没有，我的体重只有你的一半。
克里斯-但那时候这东西一定很大。
丹尼尔-这是一只巨大无比的鸟。我们估计它的体重应该在150公斤左右，或者我来自加拿大，你可以从我的口音中听出来。所以在国内我们会说350磅，一只非常非常大的鸟。
克里斯-
为什么这么大?
丹尼尔:嗯，关于为什么企鹅在进化史的早期达到了如此巨大的体型范围，有各种各样的观点。一些最引人注目的想法与保温有关。当然，鸟类和企鹅是温血动物，体型越大，潜得越深，就能吸收更多的氧气。这些企鹅化石来自新西兰南部。他们会潜入非常非常冷的水中。巨大的身体使这些早期的巨型企鹅能够收集更多的食物，更有效地保存热量，也可能能够潜水更长的时间因为它们也能够保存更长的氧气。
但是企鹅今天仍然在做这些事情。那么，它们为什么缩水了呢?
丹尼尔:企鹅在进化史的早期就拥有了非常非常大的体型。所以这个化石大约有5700万年的历史。在化石记录中，巨大的企鹅一直存在到大约3000万到2500万年前。
克里斯:哦，这很重要，因为那时地球真的很热。三千万年前，极地冰盖融化，当时非常温暖。
丹尼尔-没错。
克里斯:是不是因为温度升高，它们变小了?
丹尼尔-我不认为这是我的观点。同时周围还有体型较小的企鹅。重要的是，大约在三千万、二千五百万年前，和这些体型巨大的企鹅一样大小的海洋哺乳动物出现了。所以我们认为这些巨型企鹅的消失可能与海洋哺乳动物的进化有关，这些哺乳动物可能在竞争中战胜了这些巨型企鹅。
克里斯-你是说它们是海豹的食物?
丹尼尔:嗯，它们不一定是海豹的食物，但它们可能在争夺同样的食物资源。它们不仅在争夺同样的食物资源，还可能在海滩上的繁殖地争夺同样的位置。因为像海豹这样的动物当然需要上岸生孩子，企鹅当然也需要上岸产卵。
Chris -你是说这是5700万年前的事了。这一点很重要，因为从地质学的角度来看，恐龙消失后的时间并不长。那么这些大型鸟类突然出现的时机有多重要呢?
丹尼尔-你说得对，克里斯。巨型恐龙的灭绝发生了，我们现在有了很好的日期，大约在6602万年前。我们在这次灭绝事件发生后这么早就发现了这些巨大的企鹅，在这次灭绝事件发生后的1000万年里，这一事实告诉我们，鸟类一旦失去飞行能力，就有了进化的能力，可以非常非常迅速地长到巨大的体型。所以它告诉了我们一些有趣的事情关于这些动物体型进化的最大可能速度。
克里斯:是不是因为恐龙的消失，它们才会长得那么大，因为它们不会变成恐龙的食物?
丹尼尔:啊，我认为这和恐龙的消失没有特别的关系。当然，在恐龙出现的同时，我们也有巨大的海洋爬行动物，它们占据了这些大型的海洋掠食性生态位。我怀疑6600万年前这些巨大的海洋爬行动物同时消失，这可能为这些鸟类开辟了可用的生态位空间。
克里斯:这里有新西兰特色吗?
丹尼尔:嗯，就巨型不会飞的鸟类的化石记录而言，新西兰非常特别，因为恐鸟和这些巨型企鹅都来自新西兰。但就企鹅的进化而言，新西兰非常重要，因为我们在新西兰的沉积物中发现了迄今为止发现的最古老的企鹅化石，以及非常多样化的企鹅群化石。
Chris -这是否可以证明新西兰可能是企鹅的起源?
丹尼尔:嗯，我们认为新西兰和澳大利亚在8600万年前就分离了。所以新西兰在5700万年前是一片孤立的陆地，当时这个巨大的库马努化石还活着。但我们现有的证据确实表明企鹅很可能起源于新西兰。
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