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显微镜下的美丽世界:小鼠的小脑果蝇的肌肉(图)

来源:网易 2008-02-01 09:43

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。

 
   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(见下图),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。
 

    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(见下图)。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。下图所展示的,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。
 
    下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。

 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)
 

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