我们如何使用DNA科技来帮助农民抵抗作物疾病
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0:01 - 0:03我早上起床为了两个原因。
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0:03 - 0:07第一,小规模农民家庭
需要更多的粮食。 -
0:08 - 0:132019年,为我们供应粮食的农民们
还要忍饥受饿,简直不可思议。 -
0:13 - 0:18第二,科学需要更多元化,更包容。
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0:19 - 0:22如果我们要解决地球上
最艰难的挑战, -
0:22 - 0:26如拯救成千上万地瘠民贫
的粮食短缺, -
0:26 - 0:28就需要我们所有人的共同努力。
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0:29 - 0:31我要用最先进的科技,
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0:31 - 0:35和地球上最多元化
和包容的团队一起, -
0:35 - 0:37帮助农民们生产更多的粮食。
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0:38 - 0:39我是一位计算生物学家。
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0:39 - 0:43你们可能会好奇,那是什么?
它将如何杜绝饥饿? -
0:43 - 0:46这么说吧,我喜欢计算机和生物学,
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0:46 - 0:49于是它们以某种方式结合
在一起就成了一项工作。 -
0:49 - 0:50(笑声)
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0:50 - 0:51我没有从小
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0:51 - 0:55要成为一个生物学家的故事。
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0:55 - 0:58事实是,我在大学时是打篮球的。
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0:59 - 1:04我一部分的经济来源依赖半工半读。
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1:04 - 1:06突然有一天,
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1:06 - 1:09我漫步到了宿舍
旁边的建筑物, -
1:09 - 1:12那刚好是生物学系。
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1:12 - 1:15我进去看到了招聘告示板。
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1:15 - 1:18是的,那是在还没有互联网的时代。
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1:18 - 1:20我看到了一张明信片大小的卡片,
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1:20 - 1:24招募人员到植物标本室工作。
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1:25 - 1:27我赶紧记下联络号码,
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1:27 - 1:28因为它说"工作时间灵活",
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1:28 - 1:32我需要那个来配合
我的篮球时间表。 -
1:32 - 1:37然后我跑去图书馆查
什么是植物标本室。 -
1:37 - 1:39(笑声)
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1:39 - 1:40原来
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1:40 - 1:44植物标本室是来收藏
死了,干了的植物。 -
1:45 - 1:47我幸运地被录取了。
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1:47 - 1:50所以我的第一份科学工作
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1:50 - 1:56就是花上几个小时
将枯死的植物粘在纸上。 -
1:56 - 1:59(笑声)
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1:59 - 2:00它是如此的风光啊。
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2:00 - 2:03这就是我如何成为了
计算生物学家。 -
2:04 - 2:06在那个时候,
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2:06 - 2:08基因组学和计算学如日方升。
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2:08 - 2:11毕业后我开始攻读结合
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2:11 - 2:14生物学和计算机的硕士。
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2:14 - 2:15当时,
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2:15 - 2:17我在拉斯阿拉莫斯国家实验室
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2:17 - 2:19理论生物学和生物物理学组工作。
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2:20 - 2:24就在那里,我初次见证了超级计算机,
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2:24 - 2:25真是惊为天人。
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2:26 - 2:28借助超级计算机,
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2:28 - 2:32也就是数千台联网电脑的力量,
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2:32 - 2:38我们能够发现流感病毒
和丙性肝炎的复杂性。 -
2:38 - 2:40正是这时候我看到了利用计算机
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2:40 - 2:45和生物学相结合来造福人类的力量。
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2:45 - 2:47我想把这当作终生事业。
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2:48 - 2:50所以,从1999年开始,
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2:50 - 2:53我大部分的科学生涯都在
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2:53 - 2:54非常高科技的实验室里度过,
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2:55 - 2:57周围都是非常昂贵的设备。
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2:58 - 2:59很多人问我,
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2:59 - 3:03我为什么,又是如何
为非洲的农民工作的。 -
3:04 - 3:06由于我的计算技能,
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3:06 - 3:11在2013年,一个东非科学家小组
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3:11 - 3:15邀请我加入拯救木薯的队伍。
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3:16 - 3:23木薯的叶子和根部
能养活全球8亿人, -
3:24 - 3:27有5亿人在东非。
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3:27 - 3:29差不多有十亿人
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3:29 - 3:32依靠这种植物来供应
他们每天的卡路里。 -
3:33 - 3:36如果一个小型家庭农场主
有足够的木薯, -
3:36 - 3:39她就可以养活她的家人,
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3:39 - 3:43并在市场上售卖这些木薯,
换取重要的东西,如学费, -
3:43 - 3:45医疗费用和储蓄。
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3:46 - 3:49但是,木薯的种植在非洲受到了冲击。
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3:50 - 3:54粉虱和病毒在摧毁着木薯。
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3:55 - 3:57粉虱是体型微小的昆虫,
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3:57 - 4:00以超过600种植物的树叶为食。
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4:00 - 4:01它们不请自来,
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4:01 - 4:03有很多种类,
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4:03 - 4:05具有抗药性,
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4:05 - 4:09还能传播数百种植物病毒,
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4:09 - 4:12导致木薯患上棕色条纹病
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4:12 - 4:14和木薯马赛克病。
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4:14 - 4:16这会彻底杀死作物。
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4:17 - 4:19如果没有木薯,
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4:19 - 4:23那数百万人就没有食物或收入。
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4:24 - 4:27我去了一趟坦桑尼亚,
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4:27 - 4:29意识到那里的妇女需要一些帮助。
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4:29 - 4:34这些了不起的,坚强的,
小型家庭农场主, -
4:34 - 4:35大多数是妇女,
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4:35 - 4:36他们的生活苦不堪言。
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4:37 - 4:39他们没有足够的食物来养活家人,
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4:39 - 4:41这是一场真正的危机。
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4:42 - 4:43现实情况是,
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4:43 - 4:46当雨季来临的时候,她
们到木薯田里耕种。 -
4:46 - 4:48九个月之后,
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4:48 - 4:51什么都没有,都是因为
这些害虫和病原体。 -
4:51 - 4:53我不禁心想,
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4:53 - 4:56这世界上怎么还有食不果腹的农民呢?
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4:57 - 4:59所以我决定花一段时间在田里,
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4:59 - 5:01跟着农民和科学家们,
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5:01 - 5:03看看我是否有帮得上忙的技能。
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5:04 - 5:07当地局势令人震惊。
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5:07 - 5:12粉虱毁坏树叶为摄取蛋白质,
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5:12 - 5:15病毒摧毁根部为摄取淀粉。
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5:16 - 5:18在整个生长季节过去后,
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5:18 - 5:22农民将失去整整一年
的收入和食物, -
5:22 - 5:25他们的家庭将遭受
一个漫长的饥饿季节。 -
5:26 - 5:28这完全是可以预防的。
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5:28 - 5:29如果农民知道
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5:29 - 5:32在她的田里种植什么品种的木薯
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5:32 - 5:37可以抵抗这些病毒和病原体,
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5:37 - 5:39她们就会有更多的食物。
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5:39 - 5:42我们拥有我们需要的所有科技,
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5:42 - 5:45但这些知识和资源
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5:45 - 5:48在全球的分布非常不均衡。
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5:49 - 5:51我想强调的是,
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5:51 - 5:53传统的基因组技术
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5:53 - 5:56被用于揭露这些害虫和病原体
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5:56 - 5:59的复杂性——
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5:59 - 6:02这些技术不是为
南非撒哈拉地带而设的。 -
6:03 - 6:05它们的花费在一百万美元以上,
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6:05 - 6:07需要不断的电力供应
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6:07 - 6:09和专门的技术人员操作。
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6:10 - 6:13这些机器在非洲大陆上寥寥无几,
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6:13 - 6:17让许多在前线战斗
的科学家不得不 -
6:18 - 6:19把样品送到海外。
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6:20 - 6:21当你把样品送到海外时,
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6:22 - 6:24样品会降解,花费很昂贵,
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6:24 - 6:27而且在糟糕的互联网中取回数据
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6:27 - 6:29几乎是不可能的。
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6:29 - 6:33所以有时可能需要六个月
的时间把结果送回农民手里。 -
6:33 - 6:35那时已经太晚了。
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6:35 - 6:37作物已经被摧毁,
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6:37 - 6:40造成持续的贫困和更多的饥饿。
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6:41 - 6:43我们知道我们可以解决这个问题。
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6:44 - 6:45在2017年,
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6:45 - 6:50我们听说了这个叫做
Oxford Nanopore MinION 的 -
6:50 - 6:53手持便携式DNA测序仪。
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6:53 - 6:57它曾在西非抗击埃博拉时功不可没。
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6:57 - 6:58因此,我们认为:
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6:58 - 7:02为什么不用这个在东非帮助农民呢?
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7:02 - 7:06于是,我们要做的就是开始着手行动。
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7:07 - 7:09当时,这项科技非常新颖,
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7:09 - 7:12许多人怀疑我们能否在
农地里复制相似的结果。 -
7:13 - 7:14当我们开始这样做时,
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7:14 - 7:18我们有个英国的"合作伙伴"
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7:18 - 7:22告诉我们,这永远都不会发生在东非,
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7:22 - 7:23更别说在农田里了。
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7:24 - 7:26因此,我们接受了挑战。
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7:26 - 7:32这个人甚至和我们打赌
两瓶最好的香槟, -
7:32 - 7:35说我们永远不会实现的。
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7:37 - 7:38三个字:
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7:38 - 7:40买单吧。
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7:40 - 7:42(笑声)
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7:42 - 7:46(掌声)
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7:46 - 7:49买单吧,因为我们做到了。
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7:49 - 7:52我们把整个高科技分子实验室
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7:52 - 7:56带给了坦桑尼亚,肯尼亚
和乌干达的农民们, -
7:56 - 7:58我们称它为"树实验室"。
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7:59 - 8:00那我们做了什么?
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8:00 - 8:03首先我们给自己取了一个队名——
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8:03 - 8:05叫做木薯病毒行动项目。
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8:05 - 8:06我们制作了一个网站,
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8:06 - 8:10从基因组学和计算社区中召集支持,
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8:10 - 8:12然后去农民那里。
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8:12 - 8:15"树实验室"所需的一切
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8:15 - 8:18由团队携带着来到这里。
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8:18 - 8:22所有分子和计算学需要用来
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8:22 - 8:25诊断植物病理的条件都准备就绪了。
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8:25 - 8:28实际上,所有这些
全都在这个舞台上。 -
8:29 - 8:33我们认为,如果我们能
使数据更贴近问题, -
8:33 - 8:34更贴近农民,
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8:34 - 8:38我们就能更快地判断
她的植物出了什么问题。 -
8:38 - 8:40不仅能诊断出问题——
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8:40 - 8:41还能给她解决方案。
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8:41 - 8:43解决办法就是,
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8:43 - 8:45烧掉那片田地,并种上
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8:45 - 8:49对害虫和病原体具有
抵抗力的植物品种。 -
8:50 - 8:54所以,我们必须做的第一件事
是进行DNA提取。 -
8:54 - 8:57我们在这里用的是这台机器,
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8:57 - 9:00叫做"PDQeX",
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9:00 - 9:04代表“死快死快的提取"。
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9:04 - 9:06(笑声)
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9:06 - 9:07有意思吧。
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9:08 - 9:10我的朋友乔真的很酷。
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9:11 - 9:15最大的挑战之一是进行DNA提取,
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9:15 - 9:18它通常需要非常昂贵的设备,
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9:18 - 9:20需要几个小时。
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9:20 - 9:21但是有了这台机器,
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9:21 - 9:24我们在二十分钟内就能完成,
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9:24 - 9:25而且成本低廉,
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9:25 - 9:28只需要摩托车的电池供电。
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9:29 - 9:34我们将提取的DNA存入序列库,
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9:34 - 9:36准备加载到
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9:36 - 9:40这个便携式手持基因组测序仪中,
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9:40 - 9:42就是这个装置,
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9:42 - 9:45然后我们将它连上一台
微型超级计算机, -
9:45 - 9:47称为" MinIT"。
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9:48 - 9:52这两个装置由便携式电池供电。
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9:53 - 9:54这样一来,我们就能够排除
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9:54 - 9:57对主要电源和互联网的依赖,
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9:57 - 10:01这两者是一个小型家庭农场
运作的局限因素。 -
10:02 - 10:05快速分析数据也可能是个问题。
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10:05 - 10:09但是,我这位计算生物学家
的存在派上了用场。 -
10:09 - 10:12所有枯死植物的标本,
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10:12 - 10:13所有的测量,
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10:13 - 10:15和所有的计算,
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10:15 - 10:19终于在现实世界中
以实时方式派上用场了。 -
10:19 - 10:22我能够定制数据库,
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10:22 - 10:27在三小时内给农民结果,
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10:27 - 10:29而不是六个月。
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10:30 - 10:37(掌声)
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10:38 - 10:41农民们欣喜若狂。
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10:42 - 10:45那么我们又怎么知道
我们的策略产生了影响呢? -
10:45 - 10:47"树实验室"之后的九个月,
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10:47 - 10:50阿莎的收获从每公顷零吨木薯
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10:50 - 10:52上升到了每公顷40吨木薯。
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10:52 - 10:54她有足够的粮食养活她的家人,
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10:54 - 10:56还有多余在市场上售卖,
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10:56 - 10:59现在,她已经能够为家人盖房子了。
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11:00 - 11:01是的,太酷了。
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11:01 - 11:06(掌声)
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11:06 - 11:08那么,我们如何扩展"树实验室"呢?
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11:08 - 11:09事实上,
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11:09 - 11:11农民在非洲已颇具规模。
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11:11 - 11:13这些妇女以团体为单位进行劳作,
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11:13 - 11:18所以帮助阿莎,实际上就
帮助了她村子里的3000人, -
11:18 - 11:21因为她分享了结果以及解决方案。
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11:22 - 11:26我记得我见过的每一个农民。
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11:27 - 11:30他们的痛苦和喜悦
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11:30 - 11:32深深的刻在我的记忆中。
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11:33 - 11:35我们的科学是为他们而进行的。
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11:36 - 11:41"树实验室"是我们在帮助他们
提升食品安全方面最好的尝试。 -
11:41 - 11:43我从未梦想过
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11:43 - 11:46我一生中做过最好的科学实验
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11:46 - 11:49会在东非的毯子上,
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11:49 - 11:52用最先进的基因组工具包。
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11:52 - 11:55但我们的团队确实梦想过
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11:55 - 11:59在三小时内给农民答案,
而不再需要六个月, -
11:59 - 12:01然后我们做到了。
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12:01 - 12:05因为那是科学多元化和包容性的力量。
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12:05 - 12:06谢谢。
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12:06 - 12:09(掌声)
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12:10 - 12:14(欢呼声)
- Title:
- 我们如何使用DNA科技来帮助农民抵抗作物疾病
- Speaker:
- 劳拉·博伊金
- Description:
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计算生物学家、TED高级研究员劳拉·博伊金(Laura Boykin)说,全世界有近8亿人依靠木薯生存,但是这个重要的食物来源正受到完全可以预防的病毒攻击。她为我们展示了在东非的农田,她如何与一个多元化的科学家团队合作,帮助农民保持作物健康。通过使用便携式DNA实验室和微型超级计算机,他们不再需要几个月,而是在几小时内就能识别病毒。
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:27
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