互动科普

1011年，阿拉伯科学家伊布纳－海塞姆·海桑（Ibnal-Haytham Alhazen）开始撰写著作《光学之书》（Book of Optics），描述了放大镜的种种特性，成为后来的科学家发明显微镜的物理学原则。今天，我们距离人类首次以书面形式提出放大镜原理的千年纪念日已越来越近，2009年奥林巴斯生物数字摄影大赛无疑是对这一伟大成就的最好纪念。

科技进步推动着光学显微镜不断更新换代，这种研究工具也不断向我们提供这样的证据：在人类视力范围之外，还存在一个由大量微小事物构成的微观世界，我们的体内环境和周围环境都是这个世界的一部分。在生物数字摄影大赛中，一系列显微图片将微观世界的美丽展现得淋漓尽致：僧帽水母（Portuguese man-of-war）触手上那一串串珠子似的毒素细胞、一排排珠宝般的单细胞海藻、三角龙（Triceratops）骨骼上能让我们想起领带的红黄图案……以下是《科学美国人》从获奖和优秀作品中选取的一些代表作品。

■对页图片

珠宝似的水藻，单个细胞的直径约40微米，细胞内的类胡萝卜素色素——虾青素（astaxanthin）呈现出耀眼的红色。水藻细胞合成的虾青素已被用于调制橙红色颜料。查尔斯·克雷布斯（Charles Krebs）是美国华盛顿州伊萨夸市的职业摄影师，这幅图片是他利用相差照明技术拍摄到的，图中的水藻样本采集自一只放在室外的水盆。

■本页左上图

这幅图片是正在进行减数分裂的玉米植株细胞核的一个特写。美国加利福尼亚大学伯克利分校的王中菊（Chung-Ju Rachel Wang，音译）利用三维结构照明显微技术（3-D structured illumination microscopy），拍到了联会复合体（synaptonemal complex，减数分裂过程中的产物）部分结构的高分辨率图片：准确地说是两条平行排列的蛋白链，相距不超过200纳米，在有丝分裂中它们为染色体（未显示）提供结构支撑。图片中共有10个具有反常螺旋结构的复合体，为了便于区分，王中菊对它们进行了数字染色。

■本页右上图

这是一块三角龙骨骼样本，取自迄今发现的最大恐龙头骨化石背后的骨板，它为科学家研究恐龙头骨在一生中的基本变化提供了关键证据。图片中，除了30微米宽的血管（粉红色）和长方形的骨形成物质（黄色），我们还能看到骨基质（橙色背景）。图片作者是艾伦－特蕾西·拉姆（Ellen-Thérèse Lamm），任职于美国蒙大拿州立大学落基山博物馆著名古生物学家杰克·霍尔纳（Jack Horner）的实验室，她在拍摄时使用了偏振光。

■本页下图

经过重编程，肌萎性脊髓侧索硬化症（amyotrophic lateral scle-rosis，即渐冻症）患者的皮肤细胞变成了干细胞。在科学家的诱导下，这些干细胞分化成为运动神经元——正是这种细胞受损或死亡，导致了肌萎性脊髓侧索硬化症。美国哥伦比亚大学的吉斯特·克罗夫特（Gist Croft）和肌萎性脊髓侧索硬化症医疗计划的马肯兹·维甘特（Mackenzie Weygandt）利用倒置荧光显微镜（inverted fluorescent microscope），拍下了运动神经元宽25微米的细胞核（绿色）及其长长的连接纤维（即轴突，红色），用于对比病变的和健康的运动神经元。

■对页图片

水蚤（Daphnia atkinsoni）拥有梳子一样的棘冠（绿色，头上的多刺结构），长约200微米，可以防止掠食者的攻击。只有能感知鲎虫（tadpole shrimp）释放的化学信号的水蚤后代，才拥有这样的棘冠。德国基尔大学的扬·米歇尔斯（Jan Michels）利用共聚焦激光扫描显微镜拍下了这幅精美图片，获得了本年度生物数字摄影大赛的一等奖。在激光照射下，附着在水蚤外骨骼（exoskeleton）上的染料发出了绿色荧光，而部分内部组织则自己发出了荧光，比如复眼就变成了蓝色和红色。

■本页上图

鲑鱼（Salmon）胚胎的存活时间很长，足以让美国曼荷莲女子学院学生遐惠理子（Haruka Fujimaki）拍下这张鲑鱼幼体的照片。拍摄时，她使用了明视场光学技术（bright-field optics）。遐惠理子参与了美国马萨诸塞州西部的大西洋鲑鱼储量恢复计划，因此这些鲑鱼是她自己喂养的。图中共有3个幼体，它们的眼睛直径约2毫米。为了吸取营养，这些才刚刚孵化出来的鲑鱼幼体仍附着在卵黄囊（yolk sac）上。

■本页下图

转基因小鼠胚胎的骨端（extremities）变成了蓝色——这是科学家为了监测一种成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor）的活性而开展的试验，结果表明这种蛋白在小鼠脚趾的发育中起着重要作用。这幅图片由英国东英吉利大学的穆罕默德·K·哈吉侯赛因（Mohammad K. Hajihosseini）及其合作者塞维里奥·贝鲁西（Saverio Bellusci）、斯汀·德兰格（Stijn De Langhe）共同拍摄，图中的小鼠胚胎含有一个人工转入的“报告基因”，胚胎内编码成纤维细胞生长因子的基因一旦开始表达，这个“报告基因”就会产生蓝色物质。