这些靴子是为走路做的

上周的诺贝尔奖引发了所有关于基因组测序的讨论，似乎动物王国的另一个成员已经完成了遗传密码测序:这次轮到阿尔达布拉巨龟了，这些基因数据可能很快就会出来。顾名思义，这些温和的巨人会长得很大:有些可以达到300公斤——和灰熊一样重——它们可以活250年。令人遗憾的是，自19世纪它们与人类接触以来，它们的数量急剧下降。值得庆幸的是，由于保护措施的努力，它们的数量再次上升，但从如此少的个体恢复种群意味着缺乏遗传多样性，使它们容易受到疾病和环境威胁的影响。因此，了解它们的基因组是至关重要的，以便知道谁应该与谁交配，以尽量减少进一步近亲繁殖的风险。威尔·廷格尔接受了苏黎世大学Gözde Çilingir的采访。

Gözde -世界各地都有许多阿尔达布拉巨型龟。我们实际上不知道阿尔达布拉之外还有多少遗传变异。为了理解这种变化，我们需要参考。仅存的野生种群是来自野外的主要信息。但是了解它们的自然种群之外还剩下什么是非常重要的。首先要了解脆弱物种的整体多样性。第二，动物园。有一些繁殖努力正在进行，以增加阿尔达布拉巨龟的数量，为了更好地管理这些繁殖努力，我们需要了解哪些个体来自阿尔达布拉的哪个部分，例如，参考基因组和种群遗传学分析有助于我们理解和管理这些繁殖努力。

威尔:这项更大范围的研究不仅仅是这样，因为阿尔达布拉巨龟作为生态系统工程师，恢复退化的岛屿栖息地。因此，了解如何更好地保护这些陆龟，应该也会对它们生态系统的其他部分产生连锁反应。

Gözde -没错，因为它们是生态系统中最大的食草动物，它们基本上是对植被动态有直接影响的关键物种之一。以前，西印度洋群岛上生活着许多巨型陆龟，但野生的只有阿尔达布拉巨型陆龟。因此，阿尔达布拉巨龟被有效地用于岛屿的重新野生化，这些岛屿曾经有自己的巨龟，基本上它们是替代品。生态系统从巨龟身上滚下来，帮助恢复了创造的栖息地。所以所有的重新放归野外的努力对这个物种来说意味着另一个瓶颈，因为基本上只有几个个体被选择引入野外。因此，如果我们能够更好地管理这些重新野生的种群，最大化这些个体的遗传变异，那么我们就可以减少遗传漂变的潜在有害影响。这可能有助于我们确保它们被引入的地方的重新野生种群的长期生存。

最后一点，这种测序是否可以扩展到其他乌龟物种?

Gözde -是的，它可以。我的意思是，我认为这是一件让我非常惊讶的事情，因为在一天结束的时候，我们制作了一个基因组工具，它不仅对阿尔达布拉巨龟有帮助，而且对马达加斯加或东非或其他地方特有的其他陆龟物种也有帮助。这背后有几个原因。首先，在我们的工作中，在我们的论文中，我们展示了大多数阿尔达布拉巨龟的基因组与其他海龟物种相似。我们也知道乌龟的进化速度比其他脊椎动物要低。因此，阿尔达布拉巨龟的基因组可以有效地用于这些物种的其他基因组保护项目，这对我这个保护遗传学家来说真的很令人兴奋，因为这个工具也可以帮助马达加斯加极度濒危的陆龟，例如，以及它们的基因保护。

当南希·辛纳屈在1965年唱到“这些靴子是为走路而做的”时，她可能没有预料到美国科学家本周公布的机器人鞋，它可以使你的速度提高9%，好像你减轻了13公斤。但这正是斯坦福大学的帕特里克·斯莱德(Patrick Slade)提出的。他说，他的新“外太空靴子”可以帮助那些因年龄或疾病而行动不便的人，如果需要的话，它们甚至可以作为训练和增强力量的工具，使行走更加困难。关键是这些靴子“学习”你如何走路，这样它们就能以最有效的方式进行干预——就像脚上的动力转向一样——使你的动作尽可能高效。

帕特里克-当你听到外骨骼，你会想到钢铁侠。但实际上，它看起来就像一只鞋，小腿上有一块。这个装置的马达就在你的小腿后面。这个装置的作用是在你的脚上放一个弹簧，当你走路的时候，它可以通过马达缠绕一根连接在鞋后跟的电缆，为你的行走注入一些能量，从而帮助你推动。

克里斯-它怎么知道什么时候该这么做?

帕特里克:我们用设备上的传感器来探测你的移动方式。例如，我们在鞋子里有一个压力传感器来检测你的脚什么时候在地面上，如果你刚刚碰到地面，或者你的脚趾即将脱落，我们有一个传感器来了解你的脚踝运动。所有这些信息都是由一台小电脑收集的，它被戴在外骨骼上。当它获得传感器数据时，它就会决定如何帮助这个人。

随着时间的推移，它能做出更好的决定吗?因为每个人的步态都是独一无二的。我的意思是，几年前甚至有一篇论文说，我们可以用闭路电视监控小偷的录像，从他们的走路方式中找出他们是谁。考虑到步态的独特性，它能适应步行者和佩戴者吗?

帕特里克:是的，绝对的。所以你说对了。每个人的走路方式都很独特，提供有效帮助的一大挑战是如何为每个人提供个性化的帮助?因为事实证明，如果你只有一种辅助模式，并把它强加给每个人，它不会提供很大的好处。我们项目的很大一部分是决定你如何看待他们的运动，特别是你的脚踝运动和你施加的力。从中了解外骨骼是如何提高效率或使其变得更糟的。所以我们的设备，在一个小时的户外行走后，会尝试一系列不同的辅助模式，为你找出提供最佳益处的方式然后准确地找出对你最有益的辅助形式。

克里斯:它怎么知道什么时候做对了?

帕特里克:这是个好问题。所以在实验室里，我们收集了大量的数据，我们让人们在不同类型的外骨骼辅助下行走，同时测量能量消耗。在此基础上，对模型进行训练，使其能够加载踝关节运动和辅助数据，从而减少开销。所以一旦我们建立了这个模型，你不需要进入实验室，你只需要穿上exo，我们就可以观察你的运动，当你四处走动时，我们可以推断出某些辅助条件有多有益，从中我们可以个性化的帮助。

克里斯-它有多好?我的意思是，发明这样的东西是一回事，就像你说的，钢铁侠的照片会在你的脑海里出现<笑>，但是如果你拿你的普通老年人来说，他们因为失去了信心和力量而不经常出去，我们会看到一些改变他们的游戏规则吗，他们能够去公园，去商店?

帕特里克-是的，我希望如此。我也这么认为。因此，在这项研究中，我们对年轻的健康成年人进行了实验，我们看到，当他们戴上我们的设备时，我们为他们提供了个性化的帮助，实际上减少了他们的能量。这相当于卸下了一个13公斤重的背包，这是负担的显著减轻。同时，他们的步行速度也提高了9%，这在临床上是很重要的。所以现在我们开始考虑并开始对老年人进行研究以确保我们能提供同样水平的好处。早期的迹象表明，我们完全有可能增加他们的日常活动能力，这将对他们的独立性和他们喜欢做的事情产生影响。我喜欢把它想象成电动自行车。我爷爷喜欢骑自行车。随着年龄的增长，他能做的事越来越少了。 We got him an e-bike and all of a sudden hills aren't a big problem and he can go for as long as he wants. And so hopefully this device will allow people to walk more easily and then they'll walk more and they'll do the things that they want to do.

克里斯:除了支持之外，它是否也能像治疗学一样具有干预性?例如，如果你有一个中风患者，他们有活动能力但是很弱或者不是最理想的，像这样的程序可以帮助他们恢复更好的活动吗?所以这是他们康复计划的一部分?

帕特里克:当然。一个大的研究领域是帮助不同的肌肉衰弱群体。中风就是一个很好的例子。这些肌肉无力的情况绝对可以从增加运动中受益。它甚至可以扩展到像受伤恢复这样的事情。举个例子，如果你的跟腱受伤了，你可以穿上其中一只这样的靴子，减轻负荷，也许有助于恢复过程，让你能更自由地活动。我们可以用这个设备让行走变得更困难，以提供某种训练。但现在有一大堆问题，当我们接近能够部署这些设备时，我们想要确保我们能够真正了解它将如何影响人们的健康。

克里斯:你可以用几节简单的AA电池给电脑供电，但是你是如何给马达供电的呢?因为如果你付出那么大的努力，有效地把大背包从一个人的肩膀上拿下来，那是很大的能量。人们在哪里需要像原始的遥控汽车一样，通过延伸引线来跟踪，或者他们真的可以随身携带电源吗?

帕特里克- <笑>?幸运的是，是的，它都是便携式的。所以我们现在用的是便携式电池。我们让他们把电池装在一个小腰包里。0.6公斤的电池可以让你行走大约40分钟，所以如果电量不足，你可以换掉它们。人们通常每天步行一个半小时。因此，携带两组电池可能会让你到达那里。