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一滴水的世界,采访屡获国际摄影比赛殊荣
瑞典缩微照相师 - Dr. Håkan Kvarnström博士

作者 艾德琳  2019-08-21

一滴水中的微型世界是一个充满神秘的世界,大多数人都不太熟悉。它可能为生命的起源和环境的可持续性提供了解答。首先,一滴水中含有数千种微生物。它们是什么?它们的长相如何? 它们在生态系统中扮演了什么角色?几十年来,科学家们深入研究,试图回答这些问题,以了解这个令人费解且复杂的世界。根据他们的研究,这些生物中如蓝菌门大约在35亿年前就已存在,至今所有生命形式所依赖的氧气,一半以上由其负责生产。取决于水滴的来源, 这些生物体从单细胞和群体生物的微生物(例如天然净水器的毛藻)到具有极长寿命的小动物物种(例如水螅)而有所不同 。它们有各样的迷人图案和形状,形成非常美丽的自然艺术。这些生物的总数非常的壮观。

"Bouquet de fleurs"

Dinobryon

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

瑞典微缩照相师Dr. Håkan Kvarnström博士将他对微生物的热情转化为一系列精美的照片,记录了他从显微镜下发现的微小生物及其复杂美感。多年来,他的精美照片为他赢得了许多国际奖项,包括最近一张名为“Bouquet de fleurs”的照片获得了2018年英国皇家生物学会年度最佳摄影师名单。我对他的照片感到震惊,并随之采访了Dr. Kvarnström博士。从下面的问答中,Dr. Kvarnström博士详细地描述了这个令他着迷的世界,以及他如何在科学与艺术之间架起一座桥梁,让公众欣赏。

问:请向我们解释一下什么是缩微照相,你対缩微照相那方面感兴趣及追求的目标?

答: 缩微照相(或显微照相)是通过显微镜下所拍摄的照片。我一直对科学和科技感兴趣,包括用于探索太空和微观世界的仪器。这就是我进入经由显微镜所揭示的迷人世界。微观世界就像太空,一个无尽的世界等待着人们探索。每当我用显微镜观察水样时,我几乎都会观察到一些令人兴奋的发现。探索这些世界以及发现微观生命形式的兴奋是我的动力。大自然设计的复杂美感和微小生命形式的精致结构永远让我惊讶。更让我思考地球上的生命及无所不在的的微生物。微观原生生物和细菌的总量超过地球上动物和人类总和的35倍。此外,世界上一半以上的氧气是通过浮游植物的光合作用产生。然而,人类的肉眼却看不见。


(Image: Cosmarium in polarized light; Courtesy:  Dr. Håkan Kvarnström)

问:你的缩微相片真的令人叹为观止和提供丰富信息。你対那种微生物最感兴趣?为什么?

答: 我的工作主要集中观察在水中生活的微生物。地球上最早的生命是在有水的环境中开始,生活在地表下的微观生命的多样性令人难以置信。最喜欢的主题是蓝绿藻,又名蓝菌门。蓝菌门已经存在超过35亿年,至今仍在生态学中发挥重要作用。在整个地球历史中,蓝菌门对于进化过程和生态的形成至关重要。我们赖以生存的氧气是由数十亿年前的蓝菌门生产的。至今蓝菌门仍然产生地球上25-30%的氧气。蓝菌门是最早开发光合作用的生命体之一,并学习如何利用阳光制作食物。植物为自己制造食物的叶绿体就是来自植物细胞内的蓝菌门。

"Gloeotrichia - A  cyanobacteria"

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

问:你如何决定取様? 是根据研究报告,好奇心或其他方式?

答:我的主要驱动力是好奇心和将肉眼看不见的生命体显现于人

,让每个人都可以看到和探索。这就像一个痴迷。每一滴水都可能有惊喜。无论我到哪里,我都会看到潜在的样本并想进行研究。可能是一个湖泊,一个公园里的小水池,一个覆盖着地衣的岩石,一种昆虫或幼虫,花朵和植物。我可以一滴一滴地浏览池塘水,寻找生命形式来探索。我几乎总能找到一些有趣的东西来观察,这就是我的动力。令人着迷的是,通过对当地池塘或湖泊进行取样,可以找到许多微观物种。你不必前往遥远的异国去探索大自然的美丽。它就在你身边。

"Micrasterias"

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnströmt

"Hydra"

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

问:在显微镜下观察,你最感兴趣的是哪方面:微生物的行为,物理特征,美学还是其他?

答:上述所有的!一些微观物种表现出壮观的游泳行为,如轮虫和甲藻。它们在水样中优雅地滑动,极其精确。眼虫(Euglena)和喇叭虫(Stentor)就像微型变形器,可以在几秒钟内将形状从球形变成长线形。与此同时,它们的身体也很漂亮。微观世界在很多方面都有很大不同。一种小型动物物种名为水螅(Hydra)被认为具有永生的能力。最近的研究发现,水螅似乎不会老化,因此在生物学上是不朽的。当然,它们仍然可以被捕食者或因其他手段被吃掉或杀死。然而,由于它们能够在生命阶段之间移动以应对压力和伤害,意味着它们可以永远活着。至少在理论上。当水螅被切成两半时,每一半都会再生并形成一个小的水螅; “头部”将再生“脚”,“脚”将再生“头部”。如果水螅切成许多段,那么中间切片将形成“头部”和“脚部”。我发现这真的很神奇。更想了解水螅的这种再造机制是否为人类追求永生提供关键的解答?

艺术方面同样提供有趣的探索。大自然在微观层面的设计充满了艺术性,从无数种对称的矽藻图案到贝壳螺旋的黄金比例。有时候一个主题的美丽外观可能就足够了,但在大多数情况下,当你研究这些主题时,你会发现它们会讲述与图像相辅相成的难以置信的故事。已故的摄影记者恩斯特哈斯曾经说过; “摄影是科学与艺术之间的桥梁。它为科学带来了它最需要的东西,艺术感,并为艺术提供了在大自然中无法想像和无法匹敌的证据”。我的摄影宗旨在探索艺术与科学的交汇点。

"Micromollusk"

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström 

"Micromollusk hanging in a water drop"

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

问:英国诗人威廉布莱克曾写过“从一沙粒中看世界”。你是否也可以从标本中看世界?如果是,请描述你所见到的世界。

答:我觉得最令人着迷的是,自然设计的图案重复出现。你会发现大小只有几分之一毫米且肉眼看不见的图案,也可以在数千光年大小的星系中找到它们。微软体动物是小型无脊椎动物,体积小于1毫米。软体动物的壳通常具有漂亮的螺旋形状,并且通常在螺旋的凹槽中生长细菌和微藻。当用蓝光和紫外光照射时,细菌和藻类开始以红色和橙色辐射,类似在微星系中闪亮的微星。无论大小,螺旋已经被发现在自然界中是一种成功且反复出现的设计。


问:请与我们分享你在追求显微摄影方面最难忘的经历。

答:我没有生物学学位,我对微生物世界的多样性和不可完全预知的美感到极为钦佩。多年来,我学会了识别我所看到的许多物种,但每次找到我以前从未见过的物种时,它总是很棒的体验。有时我可以花几个小时试图理解我在显微镜的目镜中看到的物种。幸运的是,有很多文献可以帮助识别。

Rotifer; Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

问:当你发现细胞突变时你会怎么做?你会跟踪突变吗?

答:据我所知,我从未发现过细胞突变,我认为仅使用光学显微镜判断细胞是否突变是很困难的。我常常发现变形的细胞,这种细菌在恶劣条件下生存和繁殖时很常见。例如,当温度,营养水平或其他生活条件低于正常细胞分裂时所产生的锐变。

问:你是否与其他科学家合作并与他们分享你的显微照片?如果是,哪类科学家对你的照片最感兴趣?

答:是的,我知道。我通过我的Instagram帐户认识了很多科学家。微生物学家,海洋生物学家,其他领域的科学家和教授都对我的工作表现出兴趣。显微照片可用于许多学科。在大多数科学领域,对显微照片的兴趣纯粹是科学的。美学通常不太重要。在研究中,它们通常用于突出标本的某些特征,例如,证明或反驳研究结果和定理,或用于临床工作以诊断疾病。图像的美感是次要的,并没有尝试增强其视觉外观。但它们仍然是优秀的的显微照片,因为它们符合了科学硏究的目的。我的摄影目标是展现微观世界的美丽。我看到的微生物是我的模型,我试图弄清楚如何以最好的,视觉上令人愉悦的方式描绘它们。我花了很多时间清洁标本,隔离单个细胞,将它们放置在合适的环境中,有时使用污渍来突出主体的某些特征。这和化妆师和模特摄影师没那么不同。与大多数技能一样,练习越多,就越能熟练地处理不同的微生物以及采用最好地方式对它们进行成像。在我看来,一个常见的错误是在照片拍摄前,花费太少的时间计划和准备,导致一些随机主题的快照,而不是一个好的显微照片。(Image:The Tail of Copepod carrying eggs; Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström)

问:你的设备所能拍摄照片的最小图像有多小?你能拍出DNA串-蛋白质纤丝的染色体照片吗?

答:我专门使用光学显微镜拍摄显微照片。根据定义,光学显微镜的分辨率或分辨能力受可见光波长的限制。在完美的条件下,我可以解决小到约200纳米(0.002毫米)的细节。这种细节水平使细菌的形状可见,但不可能看到任何细节。 DNA串对于光学显微镜来说太小了。光学显微镜通常可以看到细胞核(DNA所在的位置),但不能看到细胞核本身。

"Copepod with epibiotic growth of a green algae"

Courtesy: Dr.  Håkan Kvarnström

问:你认为,这些微生物在当前大环境中面临的主要挑战是什么?

答:微生物可能比地球上所有其他生命形式都活得更久。即使在恶劣的条件下,许多物种中已经发展出惊人的生存和繁殖能力。轮虫是地球上最小的动物。一些小到40微米的尺寸。轮虫已经存在至少3500万年,因为它们已在化石琥珀中被鉴定出来。在恶劣的条件下(例如干旱),轮虫可以变为囊肿或卵子状态来面对,而且可以存活数十年而没有任何衰老迹象。风可以携带囊肿并允许轮虫扩散及逃离有害环境。一旦找到水,轮虫就会复活。


我认为一个更有趣的问题是,如果我们看到微观生活的衰退(例如,浮游植物),其他生命形式(包括人类)所面临的挑战。例如,世界海洋的温度升高可能对生活在水下的微生物和浮游生物产生巨大影响。根据美国国家航空航天局最近的研究,在世界海洋食物链中的某些类型的微观生命出现了显著的下降。该研究使用卫星数据驱动的模型,长期追踪浮游植物群落的趋势。矽藻是最丰富的浮游植物藻类,从1998年到2012年,全球每年下降超过1%。当浮游植物死亡时,它会沉入海底,随身携带从大气中吸收的碳。此种藻类的减少可能会减少吸收从大气中排出的二氧化碳量,并且将以转移到深海进行长期储存。这种下降是由于自然变异还是气候变化引起的仍然不明朗的,但该研究首次对浮游植物分布的趋势以及过去15年中环境变化如何影响它们的生态,提供了初步的分析。

我们非常感谢Dr. Kvarnström博士让我们了解一滴水中的世界以及其令人叹为观止的缩微相片。我们期待看到Dr. Kvarnström博士未来拍摄更多精彩的图像。有关他的更多信息,下面列出了他的简介以及他的Instagram,Flickr和网站的链接。


Dr. Kvarnström博士的简介


我一直对无形的东西感到好奇。作为一名热爱及受过専业训练的科学家,无论是远处的恒星还是微观的生命形式,我都被超越肉眼看到的东西所启发。我的工作重点是揭开大自然美丽的宝藏。艺术和科学相遇的地方。摄影为科学带来了艺术感,通过我的摄影,我的目的是激发好奇心并创造对微观生命意义的认识。我的图片都是经由小型生活形式讲述大型故事。 在2014年,当我开始通过显微镜拍照时,我对摄影的兴趣加快了。无论我在哪里,我都能看到微观生命的多样性,复杂性和错综复杂的美感,并感到惊讶。令人惊奇的是,它与我们人类如此接近,却又难以看到和体验。我希望我的照片会像我们周围壮观的美景一样地激励你!

(Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström)
Dr. Kvarnström博士的链接

Instagram: www.instagram.com/micromundusphotography

Flickr: flickr.com/micromundus

网站: Available in September, 2019