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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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一花一镜一世界  

2012-05-02 06:45:58|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:Fujia

我们再也无法知道,当虎克在17世纪时,第一次从自制显微镜下看到软木细胞壁的心情。一个精彩的微观世界在浑然懵懂的人类眼前从此打开。谁也无法估量显微镜对现代科学发展的重要价值。科学家们利用显微镜,观察生命体中肉眼不可见的微小结构。测量世界的尺度不断被新的纪录打破,在跨入纳米时代后,科学家们还在追求人工改造微小世界里的生灵,以求更好地理解与把握生命与自然。

当生命科学家们用逻辑与技术探索自然世界的精彩纷呈时,科学门外的过路人,甚至不同科学领域的邻居们,也可以直观地用双眼欣赏微观世界中的万物生息。自然界的千姿百态,在显微镜下看来依然袅娜多姿,有时井然有序,如蒙德里安的新造型主义,有时纷乱却有型,如凡高的后印象主义。如果抛开原有实物的思维,这些对科学家而言无比写实的图案,在艺术的眼中可以抽象而神秘,惹人浮想联翩。

这一切美好的创造都离不开显微镜。在常见的光学显微镜中,样品大多需要被五花大绑地固定于玻璃片上或透明树脂中,有时还需被染上各种颜色以突出化学成分的不同。而物理光学方法也可为有些晶体样品“上色”,如果显微镜配有偏光过滤器——光线被固定按照某种规则振动,在样品上可反射出异彩的图案。由这些技术所得的作品五彩缤纷。如这幅阿司匹林结晶图,便是以偏光过滤器得到的。而公牛眼睛的毛细血管图,则通过将染料注射入动脉,使得原本无色的毛细血管在显微镜下成为可见。有趣的是来自同一位作者SpikeWalker的作品——猫的感觉神经纤维,则采用硝酸银处理样品,使得样品本身成为感光胶片,而神经轴突则被染为黑色,使图片具有钢笔画的效果。使用光学显微镜时,染色的程度,样品的位置,偏光片的选择,都可使图片效果大相径庭,但有时也可以带来意想不到的艺术效果。

【阿司匹林结晶图】

【猫的感觉神经纤维】

【公牛的毛细血管图】

相比使用光学显微镜的惊喜连连,电子扫描显微镜便无趣但稳定简单许多。试样被镀金而固定,电子束敲击样品表面而后散射被吸收,得到的图案准确而清晰,细节一览无余。染色的工作只需留待最后交由photoshop来完成。因其操作简单而效果显著,电子扫描显微镜已是生命科学研究中必不可少的工具。英国伦敦大学学院(UCL)医学院的JackieLewin便长年使用电子扫描显微镜研究细胞微观结构,她的作品小鼠肝清晰地表达了肝部的内部结构与作用:长长的粉色隧道为称为“血窦”的特殊血管,容红细胞与Kupffer白细胞通行。棕色的片状组织是制造胆汁的场所,而胆汁则通过绿色的细长小管走在通向肠道的路途中。而药学院的AnnieCavanagh和DaveMcCarthy则展示了治疗肠炎药品的双重粒子结构。桔黄色的颗粒中满载着药物,被蓝色的高分子颗粒再次包裹其中。高分子难溶于酸性环境,因此被用以保护药品安全通过酸液弥漫的胃部,使得药物可以到达消化通道的其他区域。

【肠炎药品的双重粒子结构】

【鼠肝结构图】

显微镜的技术并没有就此停止,科学家们想要的还有更多。高分辨率反射显微镜(High-resolutionepiscopic microscopy)的出台,迅速在科学界受到追捧。在这种新技术里,样品被包裹于富含荧光染料的塑料中切片。在荧光灯照射下,样品中的染料放出荧光照亮样品。每一个薄片被切离,显微镜便为剩余的样品拍照,最后由计算机将各个三维图案叠合,得到极其精确的三维清晰图像,避免了其他显微镜只能叠加平面信息,而导致空间错位的弊病。英国药学研究协会(MedicalResearch Council)的高级研究员TimMohun便采用这项精确到细节的技术,以研究哺乳动物胎儿的早期发育。他的作品为小鼠交配14.5天后,孕结的胎儿头部的三维图像。图片中可以清晰看出,小鼠脸部留待未来生长胡须的毛孔已可见,而眼皮还未长成。

【小鼠胎儿头部】

一花一世界。如果穿透过这些图片带来的视觉享受,再回味一下它们原本的实物来源,便不得不惊悚一下大自然与生命体带来的心灵颤栗。感谢技术发展,使显微镜带我们来到这一刻,再使我们运用科学阐释或是艺术分析,或者只是自己的双眼与心灵,体验微观世界的天然美好。

(本文所有图片来自英国维尔康09年图片大赛获奖作品)

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