想象不可见的事物

本——光学显微镜彻底改变了科学。它让我们进入了一个前所未有的世界，这个世界太小了，肉眼无法看到。它仍然是一个相对简单的设计，本质上是一个光源和一系列放大你所看到的图像的镜头。也有一些非常简单的方法，我们可以调整它，以获得更高的分辨率，一个非常紧凑的景深，甚至三维图像。共聚焦显微镜是由著名科学家Marvin Minsky教授在20世纪50年代发明的，现在被伦敦玛丽女王大学微血管研究中心的Abigail Woodfin博士等人出色地使用。阿比盖尔，首先，你能多告诉我们一点吗?什么是共聚焦显微镜?

阿比盖尔:好的，共聚焦显微镜指的是通过一系列二维切片观察三维物体的技术，就像核磁共振成像仪在扫描你的身体时观察你的身体一样。当你从一个三维物体上取下一系列的切片后，它们会被重建成你所看到的三维物体。这能让你获得比一次性观察整个物体更好的分辨率。

本:所以这很像计算机断层扫描。举个例子，当你把一系列的x光片放在一起，你会得到一个美妙的画面，你可以翻阅图像，看到整个3D的方面，而不是只看一个平面，一个单一的二维图像。这到底是怎么回事?

阿比盖尔:所以它是和荧光一起使用的——你正在看的物体的照明。所以我们要做的是使用产生的抗体专门结合一种特定的蛋白质抗体上有一个彩色荧光标签。所以当你将这些抗体添加到你的细胞或组织中，或者任何你感兴趣的东西中，它们会与你的特定蛋白质结合，然后你用激光激发来观察这些荧光抗体的位置。我们正在观察的物体非常小，在没有使用这些彩色标签来标记特定结构的情况下，它们基本上是透明的。

本:你实际上用这些标签标出了什么样的结构?

阿比盖尔:我们特别感兴趣的是血管，以及在炎症期间白细胞如何与血管壁反应。因此，我们会使用与血管壁内蛋白质结合的抗体，比如PKAM，我们也会使用将水母绿色荧光蛋白基因插入白细胞的细胞，这样白细胞本身也会发出绿色荧光。

本:所以你可以使用很多技巧来确保你只看到你想看到的部分。在你的显微镜下或在你得到的图像中，周围组织的其他部分实际上是什么样子的?它是完全看不见的吗?

阿比盖尔-看情况。当你用透射光或者普通的白光来观察时，它包含了所有不同波长的光，然后你可以看到一些纹理和一些结构，你可以看到血液在血管中流动，你可以看到白细胞像透明的球体一样沿着血管壁内部滚动。然而，当你用激光激发来观察你组织中的荧光标签时，只有荧光标签会被选中。其他的都是负的或者没有颜色。

本:通常使用先进的显微镜技术，我们需要做的就是取我们想要观察的样本，然后冷冻，切片，或者准备，染色，最终这意味着它肯定不可能是生物体的一部分。这听起来就像如果你看到血液流过一些东西，你可以在它还活着的时候把它用在原地。所以，与其试着在时间的某一刻凝固，然后用它来猜测发生了什么，你实际上可以观察血管内发生的过程。

阿比盖尔-是的，完全正确。共聚焦显微镜已经存在了一段时间，但是拍摄这些3D图像所花费的时间是这样的，以至于它不可能真正看到动态的细胞相互作用，而且，我们需要能够将荧光标签添加到活细胞中。因此，我们一直在做的工作包括荧光标记活细胞并观察与活组织中血管壁的白细胞的相互作用。

Ben:所以如果要在3D中看到这个，你需要取一系列的切片，这将会限制你每秒可以取多少帧。时间分辨率是多少?你看到的是接近于我们在电影屏幕上看到的每秒24帧的画面，还是我们看到的是更延时的画面。

阿比盖尔-时间流逝有点多。对于我们最近所做的工作，我每分钟都要拍摄一张这样的3D图像。我可以稍微增加一下，比如说，每分钟两个，但是对于我想要观察的组织结构的大小，这是我的暂时分辨率限制。

Ben -尽管如此，这是一个非凡的进步，我们实际上能够看到并制作这些不可思议的过程发生的视频。到目前为止，它到底告诉了我们什么生理学知识?它让我们学到了什么?

阿比盖尔:对白细胞与血管壁相互作用的研究已经进行了好几年了，但由于我们无法实时、在体内或在活组织上观察这些动态相互作用，研究受到了限制。所以，现在我们已经设法提高了空间和时间分辨率，我们已经能够实际观察到白细胞通过血管壁迁移到周围组织的过程。

并回答，之前无法回答的问题使用快照图像准确地显示白细胞穿过血管壁的路线，它们需要多长时间，它们是在一个特定的方向移动，还是改变方向。我们已经设法确定白细胞的迁移可以表现出一种多向行为，因此，它们随着血管壁出去，在某些情况下，它们也可以回到血液流动中。

本:所以很明显，它打开了一些以前没有打开的大门，你认为下一步会是什么?我们怎样才能做得更好，走得更远?

阿比盖尔:我想说，提高时间分辨率可以让你看到更快的过程。我观察的是足够慢的细胞相互作用，这个时间分辨率是足够的。但更快的时间分辨率会让你看到更快的过程。更高的空间分辨率可以让你看到更小的结构和相互作用。

我还认为，提高荧光标记的质量可以让你看到不同的东西。例如，我之前提到的血管壁中的PKAM蛋白是我们用来作为血管标记的，这是我们发现的最好的标记。但如果我们能开发出一种荧光标记血管壁内各种不同蛋白质的方法那就能让我们推断出这些蛋白质的功能。

本:我想这将给我们提供一种全新的多层视角来看待这些事情。非常感谢你，阿比盖尔。这位是伦敦玛丽女王大学的阿比盖尔·伍德芬博士。

胚胎神经细胞移植到受者的大脑中存活，科学家发现，将自己连接起来，甚至可以纠正脆弱个体的代谢紊乱。

未来成功的大脑修复几乎肯定取决于在受伤或患病的神经系统内植入健康细胞，以取代那些因退化而受损的细胞。

但是，当这些新鲜细胞被添加到一个异常的大脑中时，它们的命运，以及它们是否能在功能上连接并支持现有的神经回路，人们知之甚少。

现在，科学家们已经证明，这些细胞可以通过细胞移植技术来治疗小鼠肥胖引发的代谢紊乱。

写在科学哈佛大学科学家杰弗里·麦克利斯(Jeffrey Macklis)和他的同事们将从13天大的小鼠胚胎中收集的15000个神经细胞移植到肥胖小鼠体内，这些小鼠的大脑中缺乏一种叫做瘦素的饱腹感信号受体。

这些细胞还能合成一种发光的绿色色素，以区分它们与宿主的脑细胞。这些细胞被植入大脑中控制食欲的下丘脑内侧区域。

五个月后，研究人员寻找供体神经元仍然存在于大脑中的迹象，并与宿主大脑邻居进行电对话。

他们发现，植入的细胞已经将自己连接起来，并发挥了功能。他们还发现，与对照组动物和接受其他脑区移植的小鼠相比，接受治疗的动物体重减轻了30%，血糖测量也更加正常。

科学家们说，这是“细胞介导修复控制复杂表型的神经元回路概念的证明”。

世界上最古老的钓具，还有深海的证据4万年前的渔具，在东帝汶出土。

早期的人类移民，包括那些5万年前第一次踏上澳大利亚的人，显然是有能力的航海者。从欧亚大陆到澳大利亚大陆北部的旅程需要穿越1500公里宽的深水群岛，只有船只和熟练的航海技术才能通过。但是关于这些航海壮举的考古证据很少。

然而，现在，澳大利亚国立大学的科学家Sue O’connor和她的同事们在东帝汶的一个叫做Jerimalai的地方发现了证据，证明早在4.2万年前，海岸线上的早期人类居民就开始从开阔的海洋中捕捞和食用鱼类。

在现场的一次挖掘中发现了20多种不同鱼类的骨头，其中50%属于金枪鱼等所谓的远洋(开放水域)居民。为了捕捉这些鱼，耶利玛莱定居者必须冒险出海，很可能还带着渔网。

但更令人兴奋的是，在这些发现中，还有两个原始的鱼钩，是用螺壳雕刻而成的，可以追溯到大约2.4万年前。这是迄今所描述的最早的鱼钩制造的证据。

正如研究小组在本周发表在《科学》杂志上的研究结果描述中所指出的那样科学“捕捞金枪鱼等鱼类需要高水平的规划和复杂的海事技术。有证据表明，当时的居民在深海捕鱼。”

同样在本周，发表在《柳叶刀》上的一项研究证实了广泛使用的他汀类药物的安全性。这些是世界上最常用的治疗心脏病的药物，全球有数百万人服用。上世纪90年代中期的一项随机心脏保护研究发现，这些药物对心脏病非常有效，但随后的流行病学研究确实引发了一些担忧，即服用这些药物会增加患癌症的风险。现在，牛津大学的理查德·布尔布利亚从90年代开始跟踪调查了这项研究的参与者，以观察其长期影响。理查德，非常感谢你参加我们的节目。

理查德:晚上好，本。

本- 90年代的人到底在看什么?他们只是在确认他汀类药物确实有效，并且确实起到了我们认为它们应该起到的作用吗?

Richard -观察性研究清楚地表明，30或40年前，坏胆固醇水平较高的人患血管疾病的风险增加，为了测试这种联系是否存在因果关系，人们进行了大型随机试验，如心脏保护研究，降低了胆固醇，从而将血管风险降低了约四分之一。但同样的流行病学研究强调了胆固醇和血管风险之间的关系同时也表明，胆固醇水平较低的人患某些癌症和其他非血管性死亡的风险会增加，我们这些负责解释这些数据的人认为，这些发现是由于所谓的反向因果关系，即是癌症等疾病导致了低胆固醇，而不是相反。但人们的担忧是存在的，这大大推迟了他汀类药物的广泛使用。

现在，心脏保护研究报告了2001年的主要结果，保证了没有额外的癌症风险或其他非血管性死亡与服用40mg辛伐他汀约5年有关。但5年的时间实在太短，无法可靠地解决数百万人对降低胆固醇的风险和安全性的普遍担忧。因此，我们对17000名幸存的心脏保护研究参与者进行了6年的随访。

Ben:那么你是怎么跟进他们的呢?还是只看医疗记录和不同疾病的发病率呢?还是继续深入调查生活方式的影响因素呢?

我们用两种方法追踪幸存者。我们让他们完成邮寄问卷绝大多数参与者都完成了，在邮寄问卷上，他们告诉我们他们在试验期后使用他汀类药物的情况，他们是否去过医院，是否有任何临床症状，也表明他们是否愿意在第二年收到后续的问卷。通过访问癌症事件的国家登记处，问卷调查程序得到了加强，他们是癌症患者或在随访期间死亡的人的死亡证明。

本:当然，在最初的试验之后，那些服用安慰剂的人，因为这是一个对照试验，他们肯定会被提供他汀类药物。所以可以肯定的是，实际上，情况已经改变了。你怎么考虑到这一点?

理查德:这一点很重要。在试验结束时，很明显，参与心脏保护研究的每个人都将受益于至少与他们的全科医生讨论他们是否应该服用他汀类药物，所有人都被鼓励这样做。令人欣慰的是，在6年的时间里，两个治疗组中越来越多的人开始接受他汀类药物治疗，所以在试验结束时，两个原始治疗组中他汀类药物的平均使用率约为75%。因此，我们的长期随访结果，在本周的《柳叶刀》杂志上，实际上评估了最初5年随机分配的效果，在11年的时间里，辛伐他汀或安慰剂。

本——我猜人们开始之后,也意味着你可以分层结果,表明人们已经把它这么长时间,你看到下面的效果,但如果人们一直以它为两倍的时间,然后你看到更多的效果或者你还没有看到任何影响这应该有助于你能够说担心癌症事实上并不适用。

理查德:没错，我们的研究有三个主要发现。前两种关联都着眼于收益。我的意思是，重要的是要记住他汀类药物是一种非常有效的治疗方法。在试验的随机化阶段，他汀类药物治疗的绝对益处随着治疗的继续而增加。在第一个试验年和第二个试验年之后，每年减少约四分之一，最初分配辛伐他汀的患者在试验期间累积的绝对益处在试验后持续存在。也就是说，最初使用安慰剂，然后在试验结束后改用他汀类药物治疗的人，从未赶上最初使用辛伐他汀的那组。这两项发现确实表明，尽早开始服用他汀类药物并长期服用，对于最大限度地减少主要血管事件是必要的。

从这个明确的信息开始，我们也很欣慰地注意到，在11年的时间里，没有迹象表明癌症的危险出现无论是在全球范围内还是在某些特定的癌症亚型或其他形式的非血管疾病特别是非血管死亡出现在这个大队列的试验参与者中。

外来或非本地物种会对景观和本地野生动物造成严重影响。澳大利亚最近的一项研究发现，徒步旅行者可能是罪魁祸首之一。在那里的一个国家公园里，仅仅一个季节，徒步旅行者就被发现在他们的袜子上携带了多达200万颗植物种子!

来自沃林福德生态和水文学中心的詹姆斯·布洛克是这项研究的作者之一，该研究基于他早期在多塞特郡的一些工作，行星地球播客主持人苏·纳尔逊和他一起在牛津郡泰晤士河风景如画的一段，看看他们能找到什么....

詹姆斯:河岸实际上是英国最受入侵的栖息地之一，所以你可能在这里看到的物种是喜马拉雅凤仙花或日本结草，所有这些都会对河岸的稳定性造成问题，影响当地的生物多样性。每年的这个时候，你还会看到栗叶矿工，很多栗树的叶子会被这种蛾毛虫挖走。实际上，我们可以在这里看到，就在我们旁边，是加拿大鹅它们在这个国家生活了很长时间，造成了很多问题，不仅影响了本地鸟类，而且它们在水道中排便会产生施肥效应，也会影响水中生长的东西。

苏:那么入侵物种的影响是非常广泛和多样的，在某些情况下，它不仅仅是对生物多样性的威胁?

詹姆斯:不，它们的影响范围很广。它们可以直接影响生物多样性，但它们也可以影响自然世界的方方面面，对人类有更直接的影响，比如河岸侵蚀，水道污染，造成牧场问题，所以你有入侵物种在放牧地区蔓延，影响动物在那里吃草的能力。

现在澳大利亚的研究发现，徒步旅行者衣服的不同部位可以传播不同数量和类型的种子。

詹姆斯:有些种子上有毛或刚毛，这可能是为了让它们被动物传播而进化出来的;我们穿上袜子或裤子，就像动物的皮一样，它形成了一种很好的材料，让这些种子附着在上面。所以，你穿的衣服越厚，种子就越刚毛，越多的种子就会被人们传播出去。

苏:这是怎么从多塞特的研究中得出的?

詹姆斯:我们对多塞特的迁徙有不同的看法。我们在那里研究一种叫做野卷心菜的物种，这是一种非常罕见的物种，只在我们的海岸线上生长，它在海岸线上形成了相当稀少的种群，可能已经在那里存在了数百年。所以，我们对这个问题的反面很感兴趣——是什么限制了这个物种在它生长的地方生长，以及它扩散的可能性是什么?

沿着英国的海岸线，我们有很多很多的小径，我们想到的一种可能性是徒步旅行者可以带着卷心菜的种子到处走。所以我们做了一个实验，我们发现种子而不是袜子或裤子会粘在徒步旅行者靴子上的泥里，可以被运送到很远的地方，通过风的自然传播，种子最多可以传播200米左右，但徒步旅行者可以带种子超过5公里。

苏:这就是你想知道的原因吗?这就是为什么你做这种研究是为了预测，或者你甚至可以预测当你有数百万的种子能够粘在某人的登山袜上什么物种将被运送到哪里?

詹姆斯:是的。预测是关键。对于外来物种或非本地物种，我们想要了解的是哪些物种被运输了，它们被运输了多远，以及它们的运输机制是什么。我们这样做的原因不仅仅是理解，而且我们可以在这些物种传播的模型中使用这些信息来找出我们如何限制这种传播，所以到目前为止，很多关于外来物种的工作都在说，好吧，我们找到了种群增长的地方我们去尝试用某种方式杀死它们。

一种更有效的方法是首先阻止这些物种的移动，这就是我们正在努力的方向——了解传播的整个过程，这样我们就可以看到关键时刻，通过特别针对扩散来限制传播。

苏:你会如何建议徒步旅行者，他们到底要如何限制种子的传播?

詹姆斯:是的，这是一个很大的问题，它可能听起来有点夸张，告诉人们要非常小心他们所运输的东西。但是在澳大利亚的研究中，这是一个受到高度保护的地区，受到欧洲植物物种入侵的威胁，所以在这种情况下，建议是为步行者树立标志，教育步行者，告诉他们在进入这些偏远地区之前，先把裤子和袜子洗干净，把种子摘下来，然后再把它们传播到这些原始地区。所以，我认为在非常特殊的情况下，在我们试图保护特定地区的情况下，是可以做一些事情的。

布鲁斯:超声波的形式与声波相似，所以我们知道它们在空气中传播，但它们也在液体和固体中传播。因此，处理金属块超声波在这些金属块中传播得非常好。所以，我们有一系列的超声波源发射到金属结构中，它们被所有的内部结构反射，显然包括裂缝。然后我们可以用我们的麦克风，超声波麦克风，实际上它们是小的电子元件，但在那里并不重要。我们可以接收到反射的能量，对其进行处理，并从中产生组件内部的图像。

本:很多我们用来寻找裂缝的材料实际上都是高度精密制造的材料。通常，它们可以是单一的金属晶体。这真的会影响超声波通过的方式吗?

布鲁斯:是的。晶体结构对波的传播方式至关重要所以单晶的材料性质是各向同性的就超声而言，这意味着波在不同方向传播的速度不同，你可以想象，如果我们不小心，这可能会造成各种各样的混乱，我们必须补偿并考虑到速度不同，声速在不同方向上也不同的事实。如果我们这样做，我们就能得到图像，好像速度是均匀的。

Ben:所以本质上，你可以使用某种算法或某种计算机模型来补偿你知道的声音在原始样本中传播的方式，这意味着你可以将你的样本与原始样本进行比较，很容易地发现是否有什么问题。

布鲁斯:是的，我们需要有一个我们要测试的结构的模型，以便对它进行正确的成像，其中一个最大的挑战是当你去到一个部件，并试图在模型中存在不确定性的情况下进行测量。因此，我们一直在研究的一件事是我们所谓的自动对焦技术，即你的相机自动调整以使物体对焦，而我们一直在研究如何自动提取出结构的图像。所以这个模型没有事先知道它或者说，它是特定的主要方向方向是未知的。但是我们可以从数据中提取出来如果我们知道一些结构，比如，它有多厚。

在检测裂缝方面，真正的挑战是，与医学上的挑战有些不同，医学上的挑战是你要有非常丰富的图像。这块金属的内部你可能会认为是相对简单的事实确实如此，但是有很多散射来自材料内部的其他东西比如晶界，虽然它们不会出现在你刚刚谈到的单晶例子中但是在大多数金属中，有很多晶界，都反射超声波可能会有也可能不会有裂缝，我们面临的挑战是要实现高分辨率的裂缝成像性能，这些裂缝被其他散射体包围，这些散射体基本上设定了你的测量的信噪比，或者你能做的最好的测量。

本:我认为信号噪声最终会限制我们观察这个的分辨率，以及我们第一次检测到裂缝的实际最小尺寸。

布鲁斯:是的，这一直是一个挑战，要检测到尽可能小的裂缝，这就是我们一直试图突破极限的地方，这也是我作为一名研究人员感兴趣的地方。