本周，激光在生物医学中的作用成为焦点，我们将探索光动力癌症治疗的工作原理，了解如何使用激光镊子将细菌强行送入白细胞，并了解如何使用激光驱动的DNA纳米开关来发现特定基因的新技术。此外，为什么质子变得更小，促使人们重新评估一些可信的物理定律，海水中的抗抑郁药如何使虾游向危险，以及自然选择的新机制-有益细菌!此外，在《厨房科学》中，激光照射物质时产生的图案可以揭示其结构。
在这一集里
收缩的质子
发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，质子可能比我们之前认为的要小4%，这一发现可能会促使人们重新评估一些可信的物理定律……
质子是基本的亚原子粒子之一——原子由质子、中子和电子组成(氢原子除外，它没有中子)。
质子的大小是量子电动力学(QED)和光谱学中使用的一个值，但到目前为止，已知的精度仅为1%左右。物理学家显然想要一个更精确的数字，但直到最近才在实验上成为可能。
为了获得更精确的测量，德国马克斯普朗克Quantenoptik研究所的Randolf Pohl使用了一种专门的粒子加速器来改变氢原子，并用一种叫做介子的粒子取代电子——产生介子氢。μ子的电荷与电子相同，但质量大约是电子的200倍。这意味着它的轨道将更接近质子，因此与质子的相互作用更密切，使我们能够更准确地探测质子的性质。
μ子氢只能存活大约一微秒，但这段时间足以用激光脉冲轰击原子，从而使μ子跃迁到更高的能级。当它回落时，它以x射线的形式释放出一些能量。探测和分析释放的x射线的能量告诉我们两种状态之间的能量差。这种能量缺口被称为兰姆位移，是由质子的大小决定的。
这种方法的结果比其他质子测量方法更准确，但它们表明质子实际上比我们想象的要小4%。这可能会对量子电动力学理论产生影响，或者可能意味着里德伯常数可能不正确，里德伯常数是光谱学中使用的一个值，例如用于识别我们在星际尘埃中可以看到的元素。
物理学家们可能会排队检查他们的发现，把实验和计算的每一个元素都放在仔细检查之下，所以我们不得不等待，看看这个测量对现代物理学真正意味着什么——但这可能是一个非常重大的变革。
抗抑郁药可能会破坏海洋食物网
污水排放出的抗抑郁药可能会对海洋野生动物产生重大影响，导致虾朝光游而不是远离光。这听起来可能不重要，但它很重要，因为在光线充足的水域里游荡，这些动物更有可能被鱼或鸟吃掉，可能会破坏整个食物网。
来自英国普利茅斯大学的Yasmin Guler和Alex Ford在《水生毒理学》杂志上发表了这项研究，他们从一种感染虾的寄生虫那里得到了这项研究的想法，这种寄生虫使虾更有可能向光游去，在那里它们被其他动物吃掉，这是寄生虫生命周期的下一步。寄生虫通过控制宿主大脑中的血清素水平来改变宿主的游泳行为。
研究人员想知道，人们服用的针对血清素水平和控制情绪的抗抑郁药物是否对其他动物也有类似的影响。他们研究了一种常见的甲壳类动物，叫做棘gammarus marinus，它生活在从北极到葡萄牙南部的海岸上的潮汐之间——在海滩上掀起一片海藻，你可能会看到它们蹦蹦跳跳地扭动着。
这些虾被关在水箱里，暴露在含有不同水平的各种药物的海水中，包括抗抑郁药氟西汀，也就是百忧解。在三个星期的过程中，接触100毫微克/升氟西汀的虾，与清洁海水中的虾相比，向光游去的可能性要高出五倍，而不是远离光。
2009年的一项研究表明，一种叫做“黑头鲦鱼”的鱼也有类似的影响。当它们暴露在氟西汀中5天后，它们更有可能被捕食者捕获。
并不是我们服用的所有药物都会被人体吸收，但有些药物会直接穿过人体，最终被冲下厕所。这些药物在正常的污水处理厂中无法去除，而是集中在河流和河口，其浓度达到或高于本研究中测试的水平。
药物造成的污染目前在很大程度上被忽视了，但像这样的研究开始引起人们对它们造成的潜在破坏性生态问题的关注。可能许多其他甲壳类动物和其他海洋野生动物也会受到类似的激素干扰物和许多其他人造化学物质的影响，这些化学物质正以越来越高的浓度进入野外。
生长新的脑细胞
美国的研究人员发现了一种化学物质，可以促进新神经元的生长，并防止神经退化。
德克萨斯大学西南分校的史蒂文·麦克奈特和他的同事们筛选了1000种不同的化学物质，发现了8种候选物质，它们似乎支持老鼠大脑中一个叫做齿状回的区域的神经元形成。在老鼠和人类中，这个区域被认为有助于新记忆的形成，并且是已知的少数几个即使在成年人中也具有高水平神经发生的区域之一。
在8种候选药物中，P7C3具有良好的药理特性，因此研究人员将注意力集中在这一点上。它的工作原理是防止新生神经元的细胞凋亡或程序性细胞死亡。神经发生的过程是漫长而危险的——神经元的形成和迁移需要两到四周的时间，许多神经元不能在这个过程中存活下来。
对缺乏正常大脑发育必需基因的突变小鼠的进一步研究表明，长期服用P7C3后，神经发生显著增加。在新神经元形成的同时，电生理活动的测量显示，齿状回的功能正常——因此，新的神经元被正确地整合并发挥作用。
还有一些诱人的证据表明，P7C3也能促进老年大鼠新神经元的生成。随着老鼠年龄的增长，它们往往会表现出神经发生的减少，同时形成新记忆的能力也会下降。每天服用P7C3的大鼠在标准学习和记忆测试中表现出更高的能力，神经新生率也更高。
下一步是确定P7C3的分子靶标，但这一发现可能为开发新的神经保护药物指明道路，以预防或治疗阿尔茨海默病等疾病。
大自然的烟火表演帮助雌性发现雄性
为什么萤火虫会及时闪光?它们有节奏的生物发光是一种非凡的现象，有时会用明亮的光脉冲照亮整个森林。但为什么会发生这种情况是自然界最大的谜团之一——有很多想法，但到目前为止还没有人通过实验验证过其中任何一个。
现在康涅狄格大学的Andrew Moiseff和美国佐治亚南方大学的Jonathan Copeland已经做到了这一点。他们发表在《科学》杂志上的研究表明，成群的雄性萤火虫同时闪光，这样雌性萤火虫就能识别出自己物种中的潜在伴侣。
雄性萤火虫飞来飞去，发出一种独特的闪光模式，每种萤火虫都有不同的闪光模式，就像摩尔斯电码系统一样。如果雌性发现了同一物种的雄性，它会在雄性暂停的时候闪回。
在2000种萤火虫(实际上是一种甲虫)中，约有1%的雄性萤火虫会在大范围内同步闪光。
为了验证他们的想法，为什么会发生这种情况，Moiseff和Copeland在实验室里创造了一个虚拟的萤火虫世界。他们从田纳西州的斯莫基山国家公园(Smokey Mountains National Park)收集了一种同步物种Photinus carolinus的雌性萤火虫，并向它们发出一系列LED灯，以模仿同一物种的雄性萤火虫。
当所有的led灯一起闪烁时，雌性误以为它们是真正的雄性，它们的反应是在80%的时间里闪烁。
当led闪烁不同步时，雌性几乎没有反应——它们只有10%的时间会闪烁，甚至更少。
似乎当萤火虫聚集在一起时，雌性只有在它们一起闪烁时才能辨认出单个的雄性，否则它们看起来就像一堆闪烁的灯光。
闪烁的雄鸟总是在移动，这意味着如果雌鸟的视线太窄，就很容易在它飞进飞出的时候错过它特有的闪烁模式。相反，她可能需要观察更大的空间，这样她才能挑选出这些移动的图案。但如果有很多雄性，它们到处飞来飞去，闪过时间，模式很快就会变得混乱和混乱。
研究的下一步将是弄清楚雌性萤火虫的小大脑是否以某种方式连接在一起，这意味着它们无法检测到异步闪光，最终，它们是否推动了雄性萤火虫的进化，这些雄性萤火虫会及时闪光，并在夜间表演这些非凡的烟花表演。
自然选择感染-共生细菌和进化
罗彻斯特大学的约翰·杰尼克教授
本——本周还有一条新闻，美国的研究人员发现了一种新的进化机制。在野外，一种能提高生物体生存几率的基因增加了它们繁殖的几率。它通常会遗传给下一代，所以这种基因在人群中会变得更常见。但是，如果它实际上是一种共生细菌的感染，而不是一种基因带来的优势呢?John Jaenike教授是纽约罗切斯特大学的生物学家，他现在加入我们。约翰，谢谢你参加我们的节目，是什么让你开始调查这件事的?
约翰-事实上，我一直在学习果蝇以及它们在20世纪80年代和90年代与线虫寄生虫的相互作用，当时有一种特殊的物种，果蝇neotestacea我当时对线虫做了很多研究。在过去的10年左右，我一直在研究一种不同的感染是一种内共生细菌，可以从母体传给后代。
我们最近发现了一个螺原体细菌果蝇neotestacea它似乎没有做任何事情来增强自己的传播能力。所以，我想看看它们是否能为被线虫寄生的苍蝇提供某种好处，你瞧，我们在实验室里发现它们有巨大的作用。当我们在野外观察时，它同样强大，甚至更强大。所以雌性苍蝇的生育能力会增加十倍以上如果它们携带螺原体．
很明显，他们在生育方面有很大的优势，但是有什么权衡吗?细菌会影响苍蝇吗?他们需要吃更多吗?飞起来更难吗?肯定有什么——他们一定为这种优势付出了代价。
约翰:可能要付出一些代价。但我们什么也没看到。我们刚刚结束了一个人口案例实验来看看螺原体没有线虫寄生虫的感染。我们没有看到任何明显的健康成本。繁殖能力不受影响，感染的动态，在没有线虫的情况下，它似乎只是一个中性的特征。所以这可能是有代价的，但它还不足以让我们察觉到。主要的问题是传输速率不够完美。一只受感染的雌性通过螺原体传染给了她97%的后代。因此，在没有任何选择性利益的情况下，它实际上会很快从种群中消失。
本:我们是如何看到人口中发病率的实际变化的?为了回顾历史，了解它们之间的关系，你从哪里得到的苍蝇?
约翰:嗯，在20世纪80年代，我收集到的每一种寄生在苍蝇上的线虫都是完全不育的。最近，情况发生了巨大变化。现在，绝大多数被寄生的苍蝇都有一定程度的生育能力——这实际上是令人震惊的。基于这些证据，我可以推断出感染率螺原体从20世纪80年代的10%增长到今天的70%或80%这是在罗切斯特附近同时，我也得到了一些博物馆标本，我以前的一个学生，Dave Grimaldi和我在20世纪80年代收集的，我们开发了PCR引物来寻找螺原体在这些博物馆标本中结果是没有一只苍蝇，20只苍蝇中没有一只，被感染螺原体从20世纪80年代开始。所以，我们的置信限在0到15%左右，所以我们最好的猜测是，在20世纪80年代，感染频率在10到15%左右，在过去的20年里，感染率急剧上升。
Ben:这绝对是一个重大的变化。这是我们所知道的唯一的例子吗，这种感染提供了选择性优势?
约翰:实际上现在已经发表了一些案例。这是一个很好的细菌的例子Hamiltonella使蚜虫能够抵抗寄生蜂。最近有更多的研究沃尔巴克氏体属这是另一种内共生细菌，赋予对RNA病毒的抵抗力果蝇蚊子也是如此。所以例子很少。之前的研究都是在实验室里完成的，所以我们实际上已经能够证明这在野外是可行的，而且，我们已经能够估计控制动态的相关参数，这些参数与过去20年感染的快速增长是一致的。
本:那么，这能告诉我们一些关于进化的知识吗?正如我在介绍中所说，机制非常相似，但不是基因，而是这种共生感染。我们能从这种机制中了解到苍蝇进化的方式吗?
约翰:嗯，我认为这可能是冰山一角，到目前为止发现的少数病例。在过去的10年里，人们一直在研究昆虫受内共生菌感染的情况。有许多种类的内共生体会感染昆虫，事实证明，大多数昆虫物种都被一种或多种内共生体感染。在绝大多数情况下，我们不知道它们在做什么，如果在很多情况下，内共生体实际上提供了某种保护，抵御它们在野外遇到的某种天敌，我也不会感到惊讶。这与通过有益突变的传播来适应完全相似。因此，在这种情况下，自然选择进化的所有标准标准都得到满足，但它只是不涉及基因。
这让我想到了我的最后一个问题，你说我们想到的大多数昆虫可能都有这样的关系。这能告诉我们如何处理那些携带疾病的细菌吗?
有两种人类疾病——河盲症和淋巴丝虫病，也被称为象皮病。这些疾病是由线虫引起的，线虫通过昆虫媒介，黑蝇和蚊子从一个人传播到另一个人。所以我们想到螺原体对这些昆虫媒介中的线虫产生不利影响，就像在果蝇，一个人可能会使用螺原体作为一种实际控制这些特殊疾病传播的手段，这些疾病感染了热带地区，特别是非洲数千万人。所以这是一种潜在的控制这些特殊疾病的新方法。
本:这是一个很棒的发现。这是一篇非常优雅的论文，从很多不同的角度来看它很好，但是非常感谢你参加我们的节目。刚才是罗切斯特大学的约翰·杰尼克教授。
激光疗法
与伦敦大学学院的马丁·奥斯特威克博士合作
这周，我们将探讨激光在医学和生物医学研究中的作用。稍后，我们会发现激光和特殊标签如何使DNA测序速度更快，以及激光镊子如何让我们看到细胞如何在一对一的基础上相互作用。首先，我们请到了伦敦大学学院医疗激光中心的马丁·奥斯特威克博士。马丁，谢谢你加入我们。
马丁-非常感谢你邀请我。
首先，激光在医学治疗中有哪些用途?
马丁:我们在国家医疗激光中心所做的治疗通常是围绕治疗肿瘤或与癌症有关的疾病进行的。这是激光治疗的一个常见特点。
在治疗癌症和肿瘤时，激光到底是怎么使用的呢?我们有一种叫做光动力疗法(PDT)的东西，不是吗?这是怎么回事?
马丁:好吧。传统的，老式的在医学上使用激光的方法是使用非常强大的激光作为切割工具，这是一种非常干净的切除组织的方法，但是光动力疗法使用了一些更微妙的东西。它不使用热激光。这是一个非常弱的激光，激光所做的是激活一种化学物质，一种光化学物质，在正常情况下是惰性的，什么也不做。但是当你发光的时候——基本上是任何一种光，但我们用激光，因为它们很容易控制。当你用激光照射它们时，这种药物就会被激活并变得活跃，它会与组织中的氧气结合，产生一种叫做活性氧的物质，它会损害周围的组织。所以这就像我们用光和化学物质的相互作用造成的微观程度的烧灼。
那这种方法对治疗哪种癌症特别有效呢?
马丁:全世界都在用它治疗各种不同的癌症。我在伦敦参与的工作是前列腺癌的局部治疗。过去曾用于食道。有一个新的试验计划在乳房上进行，一个在胰腺上进行。所以实际上，有很多不同的选择因为如果你有一个中空的器官，比如食道，照射光线是相当简单的事情，把某种纤维放入器官，然后在它周围照射光线。如果你有一个固体器官，你可以通过一根透明的针插入一根纤维，从内部照亮固体器官。
海伦:好的。所以这不仅仅是外部光线照射的问题。你可以把它引入体内。
马丁-是的。
海伦:但是，你有必要不让病人知道吗?正常的光线也会影响它们吗?
马丁:完全正确。通常这些药物是全身给药的，病人会被注射或口服，然后他们的整个身体都会光敏化。所以在这一点上，你必须让他们保持在黑暗中。你不必太过分，但这通常是一间灯光昏暗的病房。当你想做治疗的时候，你把他们带到剧院或诊所，你只需要把激光照射到你想治疗的特定部位。所以在表面上，你可以照到他们皮肤的一小部分，如果是内部器官，你可以把光聚焦在那里。
海伦:从病人的角度来看，从他们的治疗方式和治疗时间来看，也许还有后遗症来看，这与更传统的治疗癌症的方法——化疗等相比，有什么不同?
马丁:就局部治疗而言，就治疗单个肿瘤而言，光动力疗法相比于手术或热激光治疗的最大优势在于，光动力疗法倾向于针对活细胞，而不是围绕它们的胶原蛋白支架。所以你看到的是你杀死了癌细胞当组织恢复的时候，当它长回来的时候，你仍然保留了一个很好的美容效果因为组织的底层支架没有受到影响。所以如果你在表面上做一些事情，比如在头部和颈部做一些事情，你知道，你最终会得到一种治疗，不会给病人留下很多毁容，这真的很重要。
海伦:太好了。激光还可以用于另一种名为光化学内化(PCI)的治疗。我们在这个故事中有很多好词。那是关于什么的呢?这和我们刚才讲的光动力疗法有什么不同?
马丁:这是一种让我们非常兴奋的新疗法。它的工作原理与光动力疗法相似它激活了一种光活性药物。但是，你也有化疗药物的额外因素有某些类型的癌症对化疗药物有很强的抵抗力。这样做是有效的，化疗药物，化疗药物会被细胞吸收当你照射激光时，光动态效应实际上会打破那些捕获和隔离化疗药物的结构。这意味着这些化疗药物到达细胞后可以做它们应该做的事情，也就是杀死细胞。
海伦:这是一种将化学药剂注入特定细胞的方法?
马丁:嗯，这更像是一种防止耐药细胞产生耐药性的方法。所以它破坏了不想接受化疗的细胞的防御。但就像你说的很具体。
海伦:你是已经在用了还是正在开发中?
马丁:有一项针对头颈部癌症患者的新试验已经进行了几个月了，我认为这是目前唯一正在进行的试验。
海伦:好吧，这是我们未来可以展望的事情。Martin，非常感谢你为我们介绍激光在医学治疗中的应用。这是伦敦大学学院的马丁·奥斯特威克博士。
用激光精确定位DNA分子
与国家物理实验室的Alex Knight合作
亚历克斯:我们正在使用激光来观察单个分子，例如DNA或蛋白质，当你把它们作为单个分子的集合来观察时，你可以得到更多关于分子的信息。你可以得到更多关于分子之间的区别以及它们的行为的信息。
所以我们需要看到单个分子，我们需要非常明亮的光源，激光非常好，因为它们明亮，稳定，而且是单一的颜色。所以这是一种非常纯粹的光，很容易处理，因为它们是平行的，它们形成非常好的平行直光束，它们很容易操作，并准确地将它们聚焦在你想要的地方。因此，我们利用分子的一种叫做荧光的特性，我们把特殊的化学基团——一个标签——放在我们想要探测的分子的部分上，让分子发光，然后用一种颜色的激光照射它们，它们就会发出另一种颜色的光。这是一种非常灵敏的检测分子的方法，它被用于生物学的各种应用。
所以，通过在分子上安装这些标签，你可以这样做:你可以计算有多少分子，或者如果你使用一种特殊类型的标签，你可以用它们来跟踪分子的活动。
你所看到的分子只是一个光点，就像你仰望夜空，仰望星空一样，这些分子也是如此。你只看到这个光点。但即使这样也足以告诉你很多。所以根据你想做什么样的实验以及你在分子上放了什么样的标签，你可以通过观察这些光点来了解很多。
Meera -那么有哪些潜在的应用或者技术从激光的使用中获益呢?
亚历克斯:嗯，一个例子是更快的基因组测序。所以我们讨论的是检测单个分子，但当然好的是，你可以同时观察许多分子。你用我说过的这些标签在DNA序列中的四个字母上分别放上不同的标签，a, T, C, g，所以，通过使用不同的激光，你会看到不同的字母，所以，你可以用这种方式读出序列。
米拉:你可以扫描所有的a，然后发射一种特定颜色的t，然后发射一种特定颜色的t，然后把它们组合在一起，就得到了序列。
亚历克斯:没错。通过同时对数以百万计的分子这样做，你可以收集到大量的信息。
米拉:你在屏幕上看到的东西确实像夜空一样，偶尔会在这里和那里闪烁，这向我们展示了你正在研究的一个新领域，即纳米开关领域。这些是什么?
亚历克斯:我们正在研究的一种分子实际上是一种人造分子，它是由DNA制成的开关，这是我们与爱丁堡大学的一些人合作的成果，这些DNA纳米开关对于检测特定的DNA序列非常有用。当它们与这个序列结合时，它们会切换，你可以看到这是一个荧光信号，我们可以用显微镜观察。
它们有趣的原因是，你可以用它们进行基因测试，如果你在寻找一个特定的DNA序列，比如在一个病人身上，这些分子只有在找到正确的DNA序列时才会转换。当你观察单个分子时，你可以看到这种转换发生了。所以，当你看屏幕的时候，你可以看到这些光点，你会看到它们忽明忽暗，这就是实际的转换过程。
Meera:开发了这些开关后，你就可以通过这些开关打开的事实来确定是否存在特定的序列，比如某种特定疾病的序列。
亚历克斯:没错。
Meera -但是这个原理，使用荧光标记或探针连接到特定的DNA序列之前已经使用过，那么是什么使这些开关更好呢?它们更准确吗?
亚历克斯-这就是它的本质。他们的想法是，它们更准确，因为它们只有在与正确的DNA序列结合时才会切换，因为人们需要检测的许多基因变化只是基因序列中一个字母的变化。很多方法都不够具体，无法准确地检测到一个单一的变化，这个想法是，如果这个基因序列中有一个字母的变化，它们就不会改变。
Meera -所以，其他方法，比如荧光探针，即使一个碱基不同，也会附着在一个序列上，因为它的大部分是相同的，所以它仍然会附着。然而，这些开关不会发出荧光，除非序列完全匹配。
亚历克斯-它可能会附着，但除非顺序正确，否则它不会切换。
米拉:这个开关是怎么做的，才会发出荧光，导致我们在这里看到的闪烁?
亚历克斯:为了测量转换，我们实际上使用了两个标签，根据分子中这些标签是靠得近还是离得远，我们会得到不同的信号。
米拉-所以，连接到一个期望的序列上，导致开关本质上聚集在一起，然后发出光。
亚历克斯:没错。
Meera:那么这有什么潜在的应用呢?
亚历克斯-它带来了一个时代，你可以想象每个人都有DNA测序的想法。很多人认为，医学的未来是所谓的个性化医疗，也就是说，在你接受药物治疗之前，你会进行基因测试，看看什么是适合你的药物，以及药物的合适剂量。我们的想法是，你不会浪费时间和金钱给人们一种对他们不起作用的药物，当然，你也不会给人们一种会让他们生病的药，那种会有很多副作用的药。所以我们的想法是，在未来，你会有这种基因测试，然后医生就会知道给你最好的药物是什么。
32:41 -激光镊子捡细菌
激光镊子可以拾取细菌
剑桥大学的克莱尔·布莱恩特博士
Ben -几周前，在《裸体科学家》节目中，我们听说金宝搏app最新下载了高度聚焦的激光束是如何像镊子一样被使用的——它形成了一个“光学陷阱”，使我们能够操纵非常非常小的物体。现在，这项技术使研究人员能够尝试一些非常新颖的技术，比如找出细胞对病原体的一对一反应。今天我们请到了克莱尔·布莱恩特博士她是剑桥大学的研究员她一直在研究这个问题。谢谢你加入我们，克莱尔。
克莱尔-谢谢你邀请我。
为什么我们试图找出细胞如何相互反应或者细胞如何在一对一的基础上对病原体做出反应是很重要的?
克莱尔:好的，很多研究宿主与病原体相互作用的工作都集中在细胞如何对病原体作出反应的群体观点上，我们研究的一些工作表明，事实上，细胞并不是以一种普遍的同质方式作出反应。实际上，为了探索病原体是如何与细胞相互作用的，我们需要将其作为单个细胞-病原体的相互作用来研究，这揭示了许多非常有趣的事情，所以我们对巨噬细胞(吞噬细菌的吞噬细胞)如何对病原体(如沙门氏菌)做出反应特别感兴趣，沙门氏菌会导致食物中毒。我们发现，事实上，尽管我们假设所有的巨噬细胞都会被沙门氏菌感染，但事实并非如此。它们中的大多数实际上根本没有被感染这很奇怪，考虑到巨噬细胞应该是吞噬所有细菌的细胞。
本:到目前为止，我们一直在看平均数。我们一直在观察整个人群的情况。如果我能进入激光因为我几周前在布里斯托尔尝试了其中一个，它被称为全息组装器我很惊讶我正在移动这些微小的玻璃珠它们只有红细胞的三分之一大小，但我也必须戴上护目镜才能进入房间。那么，你如何适应激光，使它不损害细胞呢?
克莱尔:好的，我们所做的就是使用波长为1064纳米的激光，这实际上是在激光的红外范围内，这已经被证明可以用来操纵细胞并且细胞保持存活。它们仍然能够扩散。因此，我们有理由相信这实际上不会损害细胞。当然，我们做的另一件事是，我们把细胞和细菌封闭在一个有气体的环境室里，湿度水平和温度都是受控的，这样一切都能达到最大的细胞活力和细菌活力，但它实际上是用在红外光谱的激光上，它应该减少对细胞和细菌的损害。
Ben:你已经提到，我们已经研究了巨噬细胞，巨噬细胞是如何对付沙门氏菌的，而事实上，其中一些巨噬细胞的行为并不像我们预期的那样。我们能从这些一对一的互动中学到什么呢?
克莱尔:我们对巨噬细胞是如何吸收沙门氏菌的以及沙门氏菌是如何进入细胞的非常感兴趣。因此，我们将能够在两个层次上做事情。首先，捡起一个细菌这本身就是一个很大的挑战因为它们移动得非常非常快。这就像一个大型的电脑游戏，试图抓住这些东西。它们有尾巴，可以让它们旋转、翻滚和奔跑。
本:就它们的身体长度而言，它们是世界上跑得最快的动物之一，对吧?
克莱尔:确实是。是的，确实是。你必须非常非常快地使用镊子。一旦你抓住了它们，你就可以把它们带到巨噬细胞那里。你不仅可以看到细菌和巨噬细胞是如何相互作用的。我们可以测量所涉及的物理过程，我们可以测量细菌被巨噬细胞吞噬所需的时间。我们也可以尝试探索其中的某种力量这是细菌感染的一个因素我们从来没有真正考虑过。然后我们能做的另一件事是我们能够使用缺乏特定受体的细胞我们认为这些受体对吸收巨噬细胞很重要，更确切地说，是吸收细菌，这样我们就能看到，好吧，这些受体是如何参与沙门氏菌吸收的过程的，以及可能涉及的物理过程。与之相反的是，我们可以用缺乏特定蛋白质的细菌，这些蛋白质对细胞的摄取很重要，我们可以看到这不仅影响了与细胞的物理相互作用，而且影响了摄取过程本身。这样我们就能理解整个过程了。 Further to that macrophages are existence sort of a number of different phenotypes, so we'll be able to take different types of macrophage and see which ones are actually important for taking up the cells, which ones are important for taking up the bacteria and allowing them to grow, and which ones don't take them up at all and try and explore what the physical difference is in their cells actually are and why that affects the ability of the Salmonella to get into the macrophage.
本:我们能用这个技巧说得更具体吗?我刚才提到了操控这些小玻璃珠。我们能不能给它们涂上一层我们正在研究的特定蛋白质然后找出巨噬细胞是如何对这种蛋白质做出反应的而不需要其他补充因子?
克莱尔:是的。所以我们所做的一些初步工作是观察沙门氏菌中存在的一种毒素，叫做内毒素我们可以用内毒素包裹住珠子，内毒素被认为是抗吞噬的我们能做的就是比较涂有内毒素的珠子(这些珠子和细菌一样大)然后把它们和涂有内毒素的珠子进行比较，一种很重要的抗体叫做调理过程它能增强吞噬作用。我们可以看到，如果我们比较没有包覆的珠粒内毒素包覆的珠粒和调理珠粒内毒素珠粒被巨噬细胞吸收的速度要慢得多而调理珠粒被巨噬细胞吸收的速度非常快，没有包覆的珠粒也是如此。所以我们应该做大量的实验来精确地研究这些过程。
本-你的下一步计划是什么?你现在真正想要追求的目标是什么?
克莱尔:所以我们目前的目标是真正探索为什么有些巨噬细胞会吸收沙门氏菌而有些巨噬细胞不吸收沙门氏菌，然后作为一个生物学家，我真正感兴趣的关键问题是探索哪些受体是重要的。我特别感兴趣的是能够识别细菌外部各种模式相关分子的受体，它们驱动巨噬细胞对细菌的先天免疫反应。所以我很感兴趣的是这些受体是如何影响沙门氏菌进入细胞的吸收的，以及在沙门氏菌进入细胞和随后发生的免疫过程之间是否存在联系。
本:好吧，非常感谢你。我们可以把它留在那里。这是剑桥大学的克莱尔·布莱恩特博士。她正在用激光镊子观察一些我们以前从未观察过的东西，那就是细胞对病原体一对一的反应方式。
一个生物学家是怎么研究激光的?
我们向克莱尔·布莱恩特(Clare Bryant)提出了这个问题，他是一位生物学家，现在在一个多学科的激光研究团队工作……
克莱尔:其实挺有意思的。我开始和数学系的同事茱莉亚·高格一起做一些研究，一天晚上我们喝了几杯啤酒，我们聊了聊沙门氏菌感染细胞的基本原理。她问了我很多非常尴尬的问题，我坐在那里想，“嗯，我知道答案吗?-嗯，我想我知道。”我去查阅了文献，事实上，没有多少答案是已知的。
所以我们开始讨论这个问题然后我们开始和一个叫Pietro Cicuta的物理学家合作当我们有实验问题时，Julia会说，“这个怎么样?”我说，“我认为它可以做到这一点，但我不能建立一个工具包来做到这一点，所以我不太知道怎么做。”彼得罗说:“没关系。我可以做一个齿轮!”
于是我们以尴尬的问题开始了三方合作。我对生物实验的想法，然后彼得罗说，“是的，我们可以做到。我们可以这样做，那样做，或者那样做。”事实证明，做实验是非常非常令人兴奋的。老实说，我从没想过这是可能的。
本:所以，真正的新奇事物就是这样产生的，不是吗?当来自不同领域的研究人员聚在一起，也许是喝啤酒，也许是喝咖啡，然后这个奇妙的研究就出来了。
克莱尔-是的。这对我来说太神奇了。我不确定多学科的工作将如何真正发生，在与这些人进行了这种互动之后，我现在正在努力学习他们的语言。显然，数学语言与生物学语言是非常非常不同的，他们(朱莉娅和彼得罗)是胚胎生物学家，但我们三人之间的这种互动对我来说确实是大开眼界的，对我们来说是一个明显的前进方向。
如果一颗弹珠从地核上掉下来穿过地球，会发生什么?
我们之前已经回答过这个问题了——这里和这里……
本:这个理论的意思是，如果你把一颗弹珠扔下去，或者从这个洞里跳下去，当你接近地球中心的时候，你会加速，然后当你经过地球中心的时候，你会开始减速(向相反的方向加速——对物理书呆子来说)。但是由于你积累的能量，你实际上会一直走到另一边。现在，如果你运气好，有东西可以抓住，你就可以从另一边出去，但如果没有，同样的事情会再次发生。你会回过头来，你会向一个方向振荡，然后向另一个方向振荡，在地球的两边来回弹跳。理论上说，它应该和绕地球运行的时间差不多，所以从一边到另一边大约需要45分钟。
从我们之前的回答中，你可能会注意到，这是假设隧道里的空气被抽走了——因为核心的气压会非常大，你会经历非常大的阻力——弹珠是可以的，但你能屏住呼吸45分钟吗?
你能在iphone上培养细菌吗?
海伦:我没有触摸屏。我有一个老式的带有按钮的，但我想同样的东西也会有按钮和触摸屏。
本，我想可能会的。
海伦:我想这一切都取决于你上完厕所后洗手的程度，也就是通过我们身体系统的哪种细菌最终会出现在我们的手上和手机上。他们会在我们的手机上生存下去吗?我想这就是问题所在。他们真的能形成殖民地吗?
本:细菌可以在各种表面上存活很长时间，我们知道大约有1000种不同的细菌会生活在我们的皮肤上。我想你们应该能分辨出被接触最多的关键部位因为你会在那里放更多的油脂，你会放更多的皮肤细胞，它们就像食物一样，你会在那里放更多的细菌，所以可能是这样的。这可能是一个很好的方法来找出人们最常按的按钮，当你这样想时，真的很令人不安……
为什么冰块会在一杯水中融化?
本，我很遗憾戴夫·安塞尔不在这里因为他会以他独特的风格给我们一个精彩而独特的答案，但我要试一试。
我不是物理学家，但我认为在冰中的水分子和水分子之间会达到平衡，它们会前后移动。所以不断地，这些分子变成水或者重新形成冰的结构。这个平衡与温度有关。所以，当温度高于一定时，更多的分子会从冰结构中出来进入水结构，这意味着总的来说，冰会变少，水会变多，最终，冰块会融化。
当然，有趣的是，考虑到冰的密度，如果你把一块冰块放到满满一杯水里，很多冰块浮在水面上，当它融化的时候，杯子里的水仍然不会溢出来。
海伦:实际上这也是一个非常重要的问题，不仅仅是通过我们杯子里的冰，还有海洋中的冰，为什么不融化，什么时候融化，以及这将如何导致或不会导致海平面的变化。所以我认为这是一个非常非常大的问题，听起来像是在大热天喝一杯清凉的饮料。事实上，它对自然界中发生的所有事情都有很大的影响。
为什么新大陆发展技术的速度较慢?
我们向阿伯丁大学考古学讲师杰夫·奥利弗提出了这个问题。
杰夫:首先，我认为有一点很重要，那就是人们普遍认为，与欧洲的技术实力相比，美洲是一潭死水。但我认为这实际上是非常简单的，也许是一种不公平的刻板印象。从广义上讲，这部分与非常复杂的文化、经济和政治形态的发展有关，而这些都部分取决于农业的发展。事实上，在美洲和欧洲的部分地区，我们看到了非常相似的发展。在枪支和盔甲方面，这些东西可能让欧洲人在早期占据了优势，这里的差异归结为一些将欧洲和美国分开的因素。欧洲人接触到了火药——火药是中国发明的，并通过科学的发展得到了有效的改进，但我再次认为，说美洲在其他方面没有那么先进的技术是非常简单的。
戴安娜:所以有时候，你只是有一些事件导致你发现了如何炼铁或如何制造枪支，这可以改变你的整个技术发展，但如果农业间接地是技术发展的重要一步，为什么旧世界会在新世界之前发展农业?
杰夫:举个有趣的例子，是的，我们在中东看到了早期的农业形式。我们很晚才在北美看到它。这与单一的进步概念无关，即所有社会都应该遵循这种类似的进步阶梯。这可以归结为非常具体的历史情况。可能在美洲，这与人口较少有关。我们认为美洲早期不太需要发展农业，因为我们的人口比欧洲等地少。所以几乎可以肯定会出现这样的情况。黛安娜:可能是由于人口压力的缺乏，使得农业在很久以后才来到美洲。人们认为，那里的人类始发人群确实非常少，大约在15000年前，但也可能有很多其他因素，比如地理和气候。
但我们不能说旧世界比新世界更先进，因为那里的一些社会仍然可以用黄金锻造出一些令人印象深刻的东西，或者编织出非常精细的纺织品。本周，我们收到了几封电子邮件，提到了欧洲征服者的枪支、细菌和钢铁优势。Deogratias说试图让新世界社会的发展轨迹与旧世界社会的发展轨迹相适应是行不通的，但是如果你反过来问为什么欧洲侵略者没有那么先进?你会问道德和价值观的差异。
- 以前的质子在收缩!
- 下一个为什么飞蛾会飞向光明?
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