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【科学美图】2015年度十大显微摄影

时间:2015-11-23 20:46来源:果壳网 作者:FranklinWhite 阅读:

显微镜不只是科学研究的好伙伴,通过它,我们也得以目睹微观世界惊艳的一面。今年十月,一年一度的尼康显微摄影比赛又公布了2015年的最佳作品,让我们一起来欣赏一下名列前十的显微摄影作品吧。

No.1 蜂瞳

【科学美图】2015年度十大显微摄影

花粉覆盖的蜜蜂复眼,120x

这张赢得冠军的显微照片看起来对密恐患者不太友好,不过它呈现的细节确实令人惊叹。它捕捉到了蒲公英花粉覆盖下欧洲蜜蜂(Apis mellifera)精细的复眼结构。

蜂是生态环境中重要的一环,在人类的生活中,蜜蜂也扮演着重要的角色,人们利用蜂产品的历史现在已经可以追溯到9000年前。对于摄影师和生物学家而言,蜜蜂都是值得悉心观察的对象。

这张图片利用反射光显微镜拍摄,作者拉尔夫克劳斯格林(Ralph Claus Grimm)是一位高中教师,同时他还是自学成才的显微摄影师和曾经的养蜂人,对他来说,拍摄这样一幅作品可谓是再合适不过了。为获得最佳效果,他用了四个多小时的时间小心翼翼地摆放样品,不断地调整焦距,才得以得到如此精美的图片。

“通过该照片,我们从蜜蜂的眼中看到了这个奇妙世界的一个缩影,”格林说,“这不仅仅是一件伟大的自然之作,而且还是一个警示——我们应该时刻关注我们生存的这个星球,去聆听像蜜蜂一样的似乎微不足道生物,然后去保护这个美丽的星球。”[1]

拍摄者:Ralph Claus Grimm Jimboomba, Queensland, Australia

No.2 楚河汉界

【科学美图】2015年度十大显微摄影

小鼠肠道及其中的人类肠道微生物,63x

画面中展示的是一只实验小鼠结肠内的微观世界,不过在肠腔中,居住的则是来自人类的肠道菌群。在荧光标记的作用下,细菌和小鼠结肠组织分别显示出鲜艳的颜色:结肠细胞的细胞核被染成蓝色,在结肠组织表面,覆盖着呈现绿色的粘液;而在另一边,分布着密集的肠道细菌,包括黄色的厚壁菌门(Firmicutes)和桃红色的拟杆菌门(Bacteroidetes)等等。

近些年来,肠道菌群成了科学家们关注的焦点,越来越多的研究发现,这些肠道里的小生命并不仅仅是借宿于此,它们还会在代谢、免疫等方面对人体产生重要的影响。而将不同的人类肠道菌移植到实验鼠的身上,就是一种实验室里常见的研究手段。(更多阅读:肠道菌群:你所不知的那部分“自己”)

这张图像利用激光共聚焦技术(Confocal laser scanning ,CLS)拍摄,与普通的荧光显微镜相比,用激光束作为光源使得图像的分辨率得以提高。此外,这种技术可以逐层扫描样品,并利用软件构建三维图像。

拍摄者:Kristen Earle, Gabriel Billings, KC Huang & Justin Sonnenburg Stanford University School of Medicine

No.3 深渊

【科学美图】2015年度十大显微摄影

摄食中的丝叶狸藻,100X

图中这个外形诡异的家伙看起来像是某种张开血盆大口的妖怪,而它真实的身份其实是共聚焦显微镜下丝叶狸藻(Utricularia gibba humped bladderwort)的捕虫囊。

丝叶狸藻是一种水生食虫植物,它们有着十分特别的捕虫方式:它的捕虫囊外侧具有灵敏的触毛,当水中小型的节肢动物碰触到这些触毛时,捕虫囊会突然膨胀,,形成负压,并开启捕虫囊的“袋口”,将小虫吸进囊中。图中所示的就是一个张开了“血盆大口”的捕虫囊。外侧长长的结构就是触毛,而内侧顶端球形的,则是能分泌消化酶的腺毛。

【科学美图】2015年度十大显微摄影丝叶狸藻的茎与捕虫囊。图片来自:wikimedia.org

丝叶狸藻吸引科学家们的地方还不仅仅是奇特的捕虫结构。有研究发现[2],这些小植物的基因组也显得与众不同:它们的DNA分子“满是干货”,其中97%的内容都是直接编码蛋白质或者起到控制作用的片段,其他的非编码部分则被高度精简了。这一发现为科学家们理解非编码DNA对生物体的作用提供了更多启示。

拍摄者:Dr. Igor Siwanowicz Howard Hughes Medical Institute

No.4 萌芽

【科学美图】2015年度十大显微摄影

实验室培养的乳腺组织,100x

这个看起来仿佛生出了许多小芽的物体是在实验室中培养出的人类乳腺“类器官”,研究者们通过激光共聚焦技术拍摄了它的立体结构。

类器官(organoid)是一种在体外利用细胞培养得到的结构,它们和真实的人体器官还有不少差距,但依然可以模拟器官的一些结构和功能,并且能够比较方便地进行生物和医学研究。

拍摄者:Daniel H. Miller & Ethan S. Sokol Whitehead Institute for Biomedical Research

No.5 迷宫中的米诺陶

【科学美图】2015年度十大显微摄影

长有恶性胶质瘤的小鼠脑血管成像

这是一只长有恶性胶质瘤的小鼠大脑中血流灌注的实时图像,使用光学频域成像技术(Optical Frequency Domain Imaging System)拍摄。黄色和绿色的部分显示了密集交织的血管,这里也是肿瘤的“老巢”。

为了维持自己的生长所需,在肿瘤组织中一般都会生成新的血管来输送氧气和营养物质,而针对这些新生血管也可以研发对抗肿瘤的治疗方法。

拍摄者:Dr. Giorgio Seano & Dr. Rakesh J. Jain Harvard Medical School

No.6 锥

【科学美图】2015年度十大显微摄影

显微镜下的苔藓孢蒴

与我们所熟知的种子植物不同,苔藓植物并不产生种子,而是依靠特殊的细胞——孢子来进行繁殖。照片中所示的,就是对真藓属苔藓产生和释放孢子的器官——孢蒴的特写。位于孢蒴顶端的,是弯曲、长三角状的蒴齿。蒴齿能够感应空气湿度的变化,从弯曲变得伸展,从而将孢蒴内的孢子暴露在外,便于随风及水流扩散。照片中黄绿色的小颗粒,就是被蒴齿带出的孢子。

由于孢蒴本身并不透明,因此照片采用了经典的反射光显微镜进行拍摄,以此来准确和完整的反映孢蒴的真实颜色和形态

拍摄者:Henri Koskinen, Helsinki, Finland

No.7 紫色的维特鲁威

【科学美图】2015年度十大显微摄影

显微镜下的海星,10x

这张显微照片展示了海星特有的运动器官——管足。照片中被标记为黄色小管状结构就是管足,它与海星体内的特有的水管系统相连,能够依靠管内压力的变化收缩和伸张,从而使得海星能够在海底爬行。而蓝色所标记的则是包裹在海星体外的骨板,上面伸出指状的棘。

从发育上说,包括海星在内的棘皮动物,与其他无脊椎动物相比更为接近人类。然而,它们与身为脊椎动物的我们又是如此不同。

拍摄者:Evan Darling, Memorial Sloan Kettering Cancer Center

No.8 重影的林

【科学美图】2015年度十大显微摄影

小鼠耳部血管与神经网,10x

这张图片展示了小鼠耳部皮肤的血管和神经网络,利用共聚焦显微镜拍摄。蓝色部分显示的是血管,绿色显示神经,而粉红色的部分则是标记了血管平滑肌细胞中的肌动蛋白[3]

小鼠的耳廓和鱼类的尾巴都很薄,透光性好,是观察血管神经分布很好的对象。如果是更厚的动物组织,就需要切片观察或是利用穿透力更强的手段了。此外,现在也有将小鼠躯体整个变透明处理方法。

拍摄者:Dr. Tomoko Yamazaki, National Institutes of Health

No.9 无定形

【科学美图】2015年度十大显微摄影

拟南芥的幼芽,40x

这是拟南芥幼嫩的花芽,同样通过共聚焦显微镜拍摄。图片显示了若干个尚处于发育初期的拟南芥花芽。科学家使用不同的颜色,标记了一朵花中的可发育为不同组织的细胞,如绿色代表将会发育为花瓣的细胞,而红色则代表将发育为雄蕊的细胞。其中带有色彩的五个花芽正处于不同的发育时期,可以清晰的看到不同组织在花芽中的发育情况。

拟南芥是一种看起来很不起眼的十字花科植物,但它在学术圈里可是赫赫有名。拟南芥的个头小、结籽多、生长周期短,同时又是自花授粉植物,基因高度纯合,这使得它成了植物遗传学研究中绝佳的模式生物。

拍摄者:Dr. Nathanal Prunet California Institute of Technology (Caltech)

No.10 透明的壁

【科学美图】2015年度十大显微摄影

显微镜下的活体蚌虫,25x

图中的小家伙看起来像是居住在贝壳当中,但其实它和双壳贝类是截然不同的生物。这是一只蚌虫(Cyzicus mexicanus),它和鲎虫、“丰年虾”等都属于鳃足类,是一种原始的甲壳动物(更多阅读:"仙女虾"与“恐龙虾”:那些神秘出现的“史前”物种)。和双壳类不同的是,它的“贝壳”不是由碳酸钙形成,而是几丁质,因此薄的时候是半透明的。

这张图片使用了暗视野,并经过景深合成处理。对于未经染色的活体组织而言,暗视野可以提供更明显的反差,使透明的结构清晰可见。

拍摄者:Ian Gardiner Calgary, Alberta, Canada

(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. http://www.nikonsmallworld.com/galleries/photo/2015-photomicrography-competition
  2. http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7452/full/nature12132.html
  3. http://www.nhlbi.nih.gov/research/intramural/researchers/pi/mukouyama-yosuke/media-gallery
(责任编辑:泉水)
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