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作者:建侯 来源:原创 发布日期:08-22

三毛流浪记

研究:“黑死病”推动了人类免疫相关基因的选择 影响了人们今天对疾病的易感性_我的网站

薛平贵与王宝钏

一 |     由芝加哥大学、麦克马斯特大学和巴斯德研究所进行的这项研究的结果于10月19日发表在《自然》杂志上。

二 |     

双臂抬到脸旁,身体大幅前倾,一台身高不到1.4米的机器人以一种近乎“捂脸狂奔”的姿态冲过终点。由鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)引起的全球大流行的鼠疫在北非、欧洲和亚洲的城市中消灭了30%至60%的人,对人类产生了巨大的影响--显然还有我们的基因组。这项研究的共同第一作者、芝加哥大学遗传医学教授Luis Barreiro博士说:“这是一种非常直接的方式来评估单一病原体对人类进化的影响。

三 | 人们猜测了很久,黑死病可能是一个强有力的选择原因,但在观察现代人群时很难证明这一点,因为人类在当时和现在之间不得不面对许多其他选择压力。8月23日下午和晚间,第二届世界人形机器人运动会迎来多个田径项目的决赛。解决这个问题的唯一方法是缩小我们所关注的时间窗口。其中在400米小型组决赛中,天工机器人Omni以45.66秒夺冠。因为奔跑时身体前倾、双手靠近脸部,独特的“害羞式跑姿”成为赛场上的抢镜一幕。”在这项研究中,科学家们利用测序技术的最新进展,检查了来自伦敦和丹麦的200多人的骨骼中的古代DNA样本,这些人在1340年代末“黑死病”瘟疫席卷该地区之前、期间和之后死亡。稍早结束的400米大型组决赛中,天工Ultra机器人率先冲线,以38.15秒夺冠。使用了荣耀闪电机器人的追风仔仔和惊鸿动力队分获二、三名。今晚进行的1500米决赛中,来自天工机器人的天卓队以2分21秒64的成绩夺得冠军。天工机器人一天包揽三金,荣耀机器人拿到多个奖牌,去年在田径项目表现出色的宇树机器人暂未在田径项目斩获奖牌。

四 | 利用对一组300个免疫相关基因的定向测序,他们确定了四个基因,根据变体的不同,这些基因可以保护人们免受鼠疫耶尔森菌的侵害或增加对鼠疫耶尔森菌的敏感性。今天多个项目的田径决赛,人形机器人的成绩多次超越人类运动员纪录。

五 | 但它们考验的不是同一种能力——如果说400米还在追问自主完赛的机器人“能跑多快”,到了1500米,问题已经变成:一台机器人能不能在持续高速运动中控制节奏、处理弯道和散热,并把稳定的跑姿一直保持到终点。一年时间从88秒跑进40秒今年机器人400米最直观的变化是速度。

六 | 去年首届世界人形机器人运动会400米决赛中,高羿科技使用宇树H1机器人以1分28秒03夺冠,北京人形机器人创新中心使用天工Ultra参赛的两支队伍获得亚军和季军。

七 | Barreiro说:“据我所知,这是第一次证明黑死病确实是人类免疫系统进化的一个重要选择压力。一年之后,今年400米大型组冠军成绩已经达到38.15秒。与去年的冠军成绩相比缩短了近50秒。”研究小组锁定了一个与易感性有特别紧密联系的基因:ERAP2。而且机器人还在不断刷新自己的成绩。此前预赛中,天工队以39.70秒获得小组第一,到了决赛又将成绩提高到38.15秒。

八 | 拥有一个特定遗传变体(被称为rs2549794)的两个拷贝的人能够产生ERAP2转录本的全长拷贝,因此产生更多的功能性蛋白质,而另一个变体则导致了转录本的截断和非功能性版本。功能性ERAP2在帮助免疫系统识别感染的存在方面发挥着作用。这种提速并不只是让机器人的腿迈得更快。北京人形机器人创新中心相关人士对第一财经记者表示,相比去年,今年天工Ultra在关节电机、构型和散热等方面均进行了升级。

九 | 更大功率的关键电机提高运动能力和爆发力,同时采用轻量化和破风设计,以减少高速奔跑时的阻力。算法也开始针对不同距离“专项训练”。北京人形机器人创新中心运动控制算法专家韩刚告诉记者,100米、400米和1500米对机器人提出的要求并不一样。Barreiro说:“当巨噬细胞遇到一个细菌时,它会把它切成碎片,以便将它们呈现给其他免疫细胞,发出有感染的信号。

十 | 拥有该基因的功能版本似乎创造了一种优势,可能是通过增强我们的免疫系统感知入侵病原体的能力。根据我们的估计,拥有两份rs2549794变体的人比拥有两份无功能变体的人更有可能在黑死病中幸存下来。“100米要求加速快,400米和1500米要求弯道快。”尤其到了400米,机器人不只需要在直道上加速,还要高速过弯。如何调整重心、保持身体稳定,同时控制关节温度,都会影响最终成绩。”研究小组甚至还测试了rs2549794变体如何影响活人细胞帮助对抗瘟疫的能力,确定表达该变体两个拷贝的巨噬细胞与没有该变体的巨噬细胞相比,在中和鼠疫耶尔森菌方面更有效率。

十一 | 今年田径比赛的另一个变化是人类操作员“消失”了。去年田径比赛中,记者在现场有不少人类操作员跟着机器人一起奔跑,还出现了机器人在奔跑中把人类撞倒的情况。但今年除了100米障碍赛和400米障碍赛外,其余项目都需要机器人全自主完成。鼠疫耶尔森菌研究组组长、巴斯德研究所世界卫生组织鼠疫合作中心主任Javier Pizarro-Cerda博士说:“在体外检查ERAP2变体的影响使我们能够从功能上测试不同的变体如何影响现代人的免疫细胞在受到活的鼠疫耶尔森菌挑战时的行为。这些结果支持古代DNA证据,即rs2549794对鼠疫有保护作用。

十二 | ”研究小组进一步得出结论,对rs2549794的选择是进化对我们基因组的平衡行为的一部分;虽然ERAP2对黑死病有保护作用,但在现代人群中,同一变体与自身免疫性疾病的易感性增加有关,包括作为克罗恩病的一个已知风险因素。

十三 | “像黑死病这样的疾病和流行病在我们的基因组上留下了影响,就像考古项目要检测的那样,”麦克马斯特大学人类学教授、该研究的共同第一作者Hendrik Poinar博士说。也就是起跑由操作人员向机器人下达一次指令,起跑后全程由机器人自主完成比赛(自主决策、自主跑动)。天工机器人技术人员介绍,去年机器人主要采用巡线方式,也就是通过识别跑道线完成比赛;今年则升级为通过定位建图进行自主导航,不再需要一直“盯着”赛道线,也能够在赛道内高速奔跑。“这是第一次看到大流行病如何改变我们的基因组,但在现代人口中没有被发现。从外部看,这种技术变化远没有38.15秒的成绩那么醒目,但对于机器人未来真正进入现实环境可能更加重要。这些基因处于平衡选择之下--在数百年的瘟疫流行期间提供了巨大的保护,现在却变成了与自身免疫有关。现实中的巡检、物流和抢险救灾场景不会永远提供一条清晰的白线,机器人需要一边高速移动,一边判断自己在哪里、应该往哪里走。小型组冠军的“害羞式跑姿”,其实同样是机器人为了追求速度形成的结果。过度活跃的免疫系统在过去可能是很好的,但在今天的环境中,它可能没有那么大的帮助。韩刚介绍,这台机器人强在腰和腿,在奔跑过程中会主动将身体不断向前压,降低重心,保持较高步频的同时进一步增加步幅。”未来的研究将扩大项目的规模,以检查整个基因组,而不仅仅是一组选定的免疫相关基因;而且该团队希望探索影响现代人对细菌的敏感性的基因变体,并将其与这些古代DNA样本进行比较,以确定这些变体是否也是自然选择的结果。重心越低,能够迈出的步幅越大,因此最终形成了身体明显前倾、双手靠近脸部的夸张姿态。

十四 | 看起来像“害羞”,实际上想的只有一件事:跑得更快。“有很多关于病原体如何塑造人类进化的讨论,所以能够正式证明哪些途径和基因被作为目标,真的有助于我们了解是什么让人类适应并存在于今天,”Barreiro说。机器人面对体力考验从400米到1500米,比赛距离的增加实际上在不断延长机器人的“压力测试”时间。

十五 | 在今晚的1500米决赛现场,记者看到有多支机器人参赛队伍未完成比赛。“这告诉我们使我们在整个历史上得以生存的机制,以及为什么我们今天还在这里。

十六 | 去年灵翌科技(宇树科技子公司)以6分34秒的成绩夺得1500米跑冠军,今年冠军成绩大幅压缩到3分钟内,前三名均超过人类纪录。

十七 | 但宇树今年未获奖牌。据记者了解,未来几天宇树机器人还将出现在跳远、原地跳高、400米障碍、自选拳术等比赛中。

十八 | 人类运动员长跑会遇到体能下降,人形机器人也有自己的“疲劳”方式——关节和电机发热。

十九 | 随着持续高速运动,机器人关节和电机温度会上升,硬件状态随之发生变化,原本训练好的动作也可能出现偏差。通常步幅越小,步态调整越灵活;步幅越大,机器人转向控制难度越大。韩刚举例称,一台机器人第一圈跑下来时,可能还能保持标准的过弯姿态,身体倾斜到较大角度而不摔倒;但跑到三四圈之后,随着关节持续发热,还能不能保持相同的稳定性,就需要控制算法与硬件共同配合。和人类长跑相似,机器人的长跑也不能只想着一直跑到最快。“你又希望它快,然后你又不希望它跑的地方过热。”韩刚说,这就意味着在比赛策略上需要进行折中。

| 参赛的荣耀赛队也给出了类似判断,将不同距离的技术要求概括为“100米看极限爆发,400米兼顾速度与散热,1500米还要处理节奏、弯道和耐久”。其参赛机器人同样针对高负荷运动进行了散热和关节系统设计。这也是1500米比赛比单纯刷新速度更值得关注的地方。一台机器人跑得快,可以依赖高功率电机、关节和运动控制算法;但如果要高速跑完1500米,就需要电池、电机、关节、散热、导航和控制系统长时间协同工作。

| 任何一个环节出现问题,都可能在几圈之后被放大。跑道只是测试场。一位在运动会现场观看了比赛的投资人对第一财经记者表示,竞速比赛一方面是在不断提高机器人运动能力的上限,另一方面也把硬件可靠性推向极限。这些能力未来并不是为了让机器人留在跑道上,而可能迁移到长距离巡检、物流以及复杂环境抢险救灾等需要高强度移动的场景。她同时对记者表示,运动会展现了机器人的实力,但又不代表机器人的全部实力,通常那些专门为运动会做足准备的机器人表现会更好。

| 田径比赛还没有结束。下周进行的100米决赛,将把机器人的考验从耐力重新拉回极限速度和爆发力。

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Published on:00:17:29


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