显微镜下的美丽世界:小鼠的小脑果蝇的肌肉(图)

显微镜下的美丽世界:小鼠的小脑果蝇的肌肉(图)

　　

 本文展示的图片，均是2007年奥林巴斯生物数字成像大赛的获奖作品，不仅具有重要的学术价值，更有强烈的艺术美感。

 

 

 

    复杂的大脑：美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的托马斯·迪林克(Thomas Deerinck)利用双光子显微技术(2-photon microscopy)，拍摄到了一块仅有400μm厚的小鼠小脑组织样本的精细显微结构(见上图)，其中绿色的是浦肯野神经细胞(Purkinje neuron)，红色的是神经胶质细胞(glial cell)，蓝色的则是神经核。

    不论我们喜不喜欢眼前的物体，眼睛永远用同一种方式采集信息：视网膜上的细胞捕捉光子，将其中的信息传递给大脑，再由大脑还原为画面。如果物体太小，反射的光子过少，肉眼就无法看清它的结构。这时，我们需要借助显微技术进行观察。本文展示的图片，均是2007年奥林巴斯生物数字成像大赛(Olympus BioScapes Digital Imaging Competition)的获奖作品，不仅具有重要的学术价值，更有强烈的艺术美感。这些图片代表了生物研究中最先进的光学显微技术。

 

 

    美国哈佛大学的吉恩·里维特(Jean Livet)使用共焦显微技术(confocal microscopy)，拍摄了一只基因工程小鼠的脑干组织切片(厚340μm)。由于经过基因改造，小鼠的每个神经细胞都呈现出不同的颜色(见上图)。给神经元赋予不同的颜色(即“脑虹”技术，Brainbow)，科学家就能观察到单个轴突在复杂的脑神经网络中的走向。 

 

因为所在空间狭小且不易分离，内耳结构极难观察。美国北卡罗来纳大学惠明顿分校的索尼娅·派奥特(Sonja Pyott)拍摄到了小鼠内耳毛细胞(最左边)，这些细胞可将机械声波转换成电脉冲信号。图中，毛细胞为绿色，与毛细胞有突触联系的细胞为红色，蓝色的则是细胞核(共焦显微技术)。

 

 

    美国华盛顿大学的格伦·麦克唐纳德(Glen MacDonald)采用相似的染色方法，拍摄到一只小鼠内耳的组织结构图(共焦显微技术)。

肌细胞构成了坚韧的肌肉组织。上图所展示的，正是小鼠舌头肌肉的横截面，由美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的托马斯·迪林克(Thomas Deerinck)拍摄。

 

 

 

    上图则出自德国明斯特大学的赫尔曼·阿伯利(Hermann Aberle)之手，显示了被显微镜放大的果蝇肌肉纤维。由于基因变异，果蝇的肌肉纤维看上去杂乱无章(共焦显微技术)。

鱼鳍与山羊骨：两张图片所展示的，都是构成脊椎动物身体结构的致密组织。以色列拉马特甘市的沙穆埃尔·西尔贝曼(Shamuel Silberman)把一条小鱼的鱼鳍骨放大了100倍，于是就有了右边这幅斑驳的秋景(采用光纤照明技术)。

 

    为了观察骨形成期骨密度的变化以及矿物质含量的增加程度，美国佛罗里达州坦帕市莫菲特癌症中心的马克·劳埃德(Mark Lloyd)和诺埃尔·克拉克(Noel Clark)把山羊骨放大了4倍(广野显微技术)。

哥伦比亚大学的简·施莫兰泽(Jan Sch-moranzer)，在经过血清饥饿处理的成纤维细胞的受创细胞膜上，拍摄到的微管结构图(绿色)。从图上看来，成纤维细胞的微管已经表现出异常行为。微管的直径约20nm，通常情况下，当细胞膜上有裂口时，微管会向裂口处聚集，但图中反映的情况却不是这样。

 

    在细胞分裂间期，杜克大学的U·塞尔达尔·图卢(U. Serdar Tulu)在138μm宽的视野中，拍摄到了染色体(蓝色)周围正在形成的微管(黄色，下图)

    文中的这些图片，不禁让我想起著名物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)在《发现的乐趣》中讲的一个故事。费曼的一位朋友曾认为，科学家对花的美感的认识不及艺术家深刻，还会把美丽的鲜花拆得七零八落，最终变成毫无趣味的东西。费曼却不认同这位朋友的观点，他说：“我觉得他真的有点可笑。首先，他看到的美和我以及别人看到的又有多大不同呢？我相信，即使我没有像他一样受到过审美训练，也能欣赏一朵花的美丽……让我们想象一下花里的细胞吧，它那错综复杂的运动方式不是一种美么？

    我的意思是，花的美丽并不仅仅停留在宏观形态上，在微观世界里，它的内在结构同样令人着迷。而且，鲜花为了得到昆虫的眷顾而争相斗艳，这本身就是很有意思的事情——从侧面说明昆虫也能够区分色彩。看到鲜花的美丽，我很想弄清楚一个问题：低级动物也懂得欣赏花的美丽么？它们为什么会有审美能力呢？这些有趣的问题证明，科学知识只会让花变得更加神秘，更令人兴奋，更让人敬畏。”