翻譯 杜珍輝
顯微技術的發(fā)展，讓科學家可以更容易深入微觀世界。但在普通顯微鏡下，細胞的模樣千篇一律，很難區(qū)分。為此，科學家發(fā)明了多種方法：利用基因工程技術改造細胞，用染料給細胞染色……最終，呈現(xiàn)在顯微鏡視野里的，不再是單調的細胞，而是五彩斑斕的美麗景象。
不論我們喜不喜歡眼前的物體，眼睛永遠用同一種方式采集信息：視網(wǎng)膜上的細胞捕捉光子，將其中的信息傳遞給大腦，再由大腦還原為畫面。如果物體太小，反射的光子過少，肉眼就無法看清它的結構。這時，我們需要借助顯微技術進行觀察。本文展示的圖片，均是2007年奧林巴斯生物數(shù)字成像大賽(Olympus BioScapes Digital Imaging Competition)的獲獎作品，不僅具有重要的學術價值，更有強烈的藝術美感。這些圖片代表了生物研究中最先進的光學顯微技術。
目前，光學顯微技術正在經(jīng)歷一場前所未有的變革�？茖W家使用新型熒光標記物和最新基因工程技術對組織樣本進行改造，讓顯微鏡中的組織樣本變得五彩斑斕，打開了通往“發(fā)現(xiàn)”的大門。榮獲2007年奧林巴斯生物數(shù)字成像大賽一等獎的圖片，是研究人員采用一種全新技術??“腦虹”技術拍攝的。通過這種技術，小鼠腦部的各個神經(jīng)元呈現(xiàn)出各種色彩，清晰可辨，讓我們可以在錯綜復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡中跟蹤分析特定軸突，也可以繪制完整的神經(jīng)網(wǎng)絡圖譜??對于老式成像技術來說，這是不可能完成的任務。
顯微鏡的精度也在提高。我們可以在某個特殊蛋白質上做標記，然后利用顯微鏡跟蹤觀察它在組織里的活動路線；細胞分裂、分化過程中的每個細節(jié)，同樣可以一覽無余。研究人員能在強光下快速抓拍，捕捉細胞或組織內的瞬時事件，也能在弱光下觀察細胞內的精細生命過程。隨著顯微技術的創(chuàng)新發(fā)展，圖像采集速度與分辨率之間的矛盾將逐步得到解決。
目前，一些顯微技術甚至能觀察最細微的生物結構(同時處理大量觀察數(shù)據(jù))，這些技術的廣泛應用，為我們了解生命的本質奠定了堅實的基礎。
復雜的大腦
復雜的大腦
復雜的大腦：美國加利福尼亞大學圣迭戈分校的托馬斯?迪林克(Thomas Deerinck)利用雙光子顯微技術(2-photon microscopy)，拍攝到了一塊僅有400μm厚的小鼠小腦組織樣本的精細顯微結構(見上圖)，其中綠色的是浦肯野神經(jīng)細胞(Purkinje neuron)，紅色的是神經(jīng)膠質細胞(glial cell)，藍色的則是神經(jīng)核。美國哈佛大學的吉恩?里維特(Jean Livet)使用共焦顯微技術(confocal microscopy)，拍攝了一只基因工程小鼠的腦干組織切片(厚340μm)。由于經(jīng)過基因改造，小鼠的每個神經(jīng)細胞都呈現(xiàn)出不同的顏色(見下圖)。給神經(jīng)元賦予不同的顏色(即“腦虹”技術，Brainbow)，科學家就能觀察到單個軸突在復雜的腦神經(jīng)網(wǎng)絡中的走向。
小鼠內耳毛細胞
小鼠內耳的組織結構圖
因為所在空間狹小且不易分離，內耳結構極難觀察。美國北卡羅來納大學惠明頓分校的索尼婭?派奧特(Sonja Pyott)拍攝到了小鼠內耳毛細胞(上圖最左邊)，這些細胞可將機械聲波轉換成電脈沖信號。圖中，毛細胞為綠色，與毛細胞有突觸聯(lián)系的細胞為紅色，藍色的則是細胞核(共焦顯微技術)。美國華盛頓大學的格倫?麥克唐納德(Glen MacDonald)采用相似的染色方法，拍攝到一只小鼠內耳的組織結構圖(共焦顯微技術)。
小鼠舌頭肌肉的橫截面
果蠅肌肉纖維
肌細胞構成了堅韌的肌肉組織。上圖所展示的，正是小鼠舌頭肌肉的橫截面，由美國加利福尼亞大學圣迭戈分校的托馬斯?迪林克(Thomas Deerinck)拍攝。下圖則出自德國明斯特大學的赫爾曼?阿伯利(Hermann Aberle)之手，顯示了被顯微鏡放大的果蠅肌肉纖維。由于基因變異，果蠅的肌肉纖維看上去雜亂無章(共焦顯微技術)。
小魚的魚鰭骨
山羊骨放大了4倍
魚鰭與山羊骨：兩張圖片所展示的，都是構成脊椎動物身體結構的致密組織。以色列拉馬特甘市的沙穆埃爾?西爾貝曼(Shamuel Silberman)把一條小魚的魚鰭骨放大了100倍，于是就有了上邊這幅斑駁的秋景(采用光纖照明技術)。為了觀察骨形成期骨密度的變化以及礦物質含量的增加程度，美國佛羅里達州坦帕市莫菲特癌癥中心的馬克?勞埃德(Mark Lloyd)和諾埃爾?克拉克(Noel Clark)把山羊骨放大了4倍(見下圖，廣野顯微技術)。
成纖維細胞的微管
染色體（藍色）周圍正在形成的微管
上圖是哥倫比亞大學的簡?施莫蘭澤(Jan Sch-moranzer)，在經(jīng)過血清饑餓處理的成纖維細胞的受創(chuàng)細胞膜上，拍攝到的微管結構圖(綠色)。從圖上看來，成纖維細胞的微管已經(jīng)表現(xiàn)出異常行為。微管的直徑約20nm，通常情況下，當細胞膜上有裂口時，微管會向裂口處聚集，但圖中反映的情況卻不是這樣。在細胞分裂間期，杜克大學的U?塞爾達爾?圖盧(U. Serdar Tulu)在138μm寬的視野中，拍攝到了染色體(藍色)周圍正在形成的微管(黃色，下圖)。
文中的這些圖片，不禁讓我想起著名物理學家理查德?費曼(Richard Feynman)在《發(fā)現(xiàn)的樂趣》中講的一個故事。費曼的一位朋友曾認為，科學家對花的美感的認識不及藝術家深刻，還會把美麗的鮮花拆得七零八落，最終變成毫無趣味的東西。費曼卻不認同這位朋友的觀點，他說：“我覺得他真的有點可笑。首先，他看到的美和我以及別人看到的又有多大不同呢？我相信，即使我沒有像他一樣受到過審美訓練，也能欣賞一朵花的美麗……讓我們想象一下花里的細胞吧，它那錯綜復雜的運動方式不是一種美么？我的意思是，花的美麗并不僅僅停留在宏觀形態(tài)上，在微觀世界里，它的內在結構同樣令人著迷。而且，鮮花為了得到昆蟲的眷顧而爭相斗艷，這本身就是很有意思的事情??從側面說明昆蟲也能夠區(qū)分色彩。看到鮮花的美麗，我很想弄清楚一個問題：低級動物也懂得欣賞花的美麗么？它們?yōu)槭裁磿袑徝滥芰δ�？這些有趣的問題證明，科學知識只會讓花變得更加神秘，更令人興奮，更讓人敬畏�！�
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/350063.html
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