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一滴水的世界,采访屡获国际摄影比赛殊荣
瑞典显微摄影师 - 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。对大多数的人来说,这也是一个陌生的世界。不过,这个世界对人类却至关重要。因为它可能为生命的起源提出了解答,也能为环境的可持续性提供了线索。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? 它们在生态系统中又扮演了什么角色?这几十年来,科学家们做了许多深入的研究,试图为这些问题找到答案,以便了解这个令人费解且复杂的世界。根据他们的研究,这些微生物中的蓝菌门,大约在35亿年前就已经存在。至今所有生命形式所依赖的氧气,一半以上均由其负责生产。另外,取决于水滴的来源,这些微生物体从单细胞、群体生物的微生物(例如天然净水器的毛藻)到寿命极长的小动物物种(例如水螅),都有不同的功用。再加上它们拥有各种迷人的图案和形状,形成非常美丽的自然艺术。总而言之,这些生物的总数是非常的壮观,又具有多样性,在这地球上绝对扮演举足轻重的角色。

"Bouquet de fleurs"

Dinobryon

Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

瑞典籍的显微摄影师,Dr. Håkan Kvarnström博士将他对微生物的热情转化成为一系列的精美摄影作品。他使用光学显微镜拍摄了许多人类肉眼看不见的微小生物。多年来,这些难得的摄影作品为他赢得了许多国际摄影奖项,其中包括一张名为“Bouquet de fleurs”的照片,最近为他嬴得了英国皇家生物学会2018年度摄影大赛的总决赛资格。当我初次看到他的照片时,感到非常的好奇和震惊,并随即采访了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微生物世界,以及他如何在科学与艺术之间架起一座桥梁,让大众欣赏。

问:请向我们解释什么是显微摄影,以及你対显微摄影的那方面感兴趣和你所追求的目标?

答:显微摄影是使用显微镜来拍摄照片。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。我所以対显微镜下的世界感到好奇,是因为微观世界就像太空一样,一个无尽的世界等待着人类去探索。每当我使用显微镜观察水样时,我几乎都会观察到一些令人兴奋的现象。探索这个迷人的世界,尤其是从中发现令人振奋的微观生命是我的动力。大自然所设计的微小生命与生俱有复杂且精致的结构,这点总是让我惊讶。更让我思考地球上的生命并且驱动著我不断地探索无所不在的微生物。微观原生物和细菌的总量超过地球上所有动物和人类总和的35倍。此外,地球上一半以上的氧气都是浮游植物通过光合作用过程而产生的。然而,人类的肉眼却看不见它们


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

问:你的显微摄影作品不仅令人叹为观止还提供了丰富的信息。你対那种微生物最感兴趣?为什么?

答:我的工作主要是观察在水中生活的微生物。地球上最早的生命是从有水的环境中开始。生活在地表下的微生物有着丰富的多样性,真是令人难以置信。我最喜欢观察的微生物是蓝绿藻,又名蓝菌门。蓝菌门已经存在地球上超过35亿年,至今仍在自然生态中发挥重要的作用。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所生产的。至今蓝菌门仍然继续生产地球上25-30%的氧气。蓝菌门是最早开发光合作用的生命体之一,它并且利用阳光制造食物。另外,叶绿体也为自己制造食物而它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。另外,我喜欢将肉眼看不见的生命体呈现在大众的眼前,如此每个人都可以看到这些微生物。这是令我痴迷的爱好。每一滴水中都可能存在著惊喜。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、一座公园里的小水池、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里的水样,试图寻找水中的微生物并加以研究。我总能找到一些有趣的來做观察和研究,这就是我的动力。令人着迷的是,我从当地的池塘或湖泊进行取样时,通常可以找到多种的微生物。你不必前往遥远的异国去探索大自然的美景,因为它就在你的身边。

"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!一些微物种,如轮虫和甲藻,经常能表现出壮观的游泳行为。它们在水样中优雅地滑动,极其精确。眼虫(Euglena)和喇叭虫(Stentor)就像微型的变形器,可以在几秒钟内从球形变成长线形。与此同时,它们的身体也変得很漂亮。微生物在很多方面都不尽相同。例如,一种小型动物物种名为水螅(Hydra)的微生物,就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,它们仍然可能被捕食或者被其他手段杀死。然而,由于它们能够在不同的生命阶段中移动,来应对压力和伤害,这意味着它们可以永远的活着,至少在理论上是如此。当水螅被切成两半时,每一半都会再生并形成另一只小的水螅; “头部”将再生“脚”,“脚”将再生“头部”。如果水螅被切成许多段,那么中间切片将形成“头部”和“脚部”。我发现这个现象真的很神奇。我想进一步地了解水螅的这种再造机制,是否能为人类在研究永生方面提供了关键的解答?


在艺术方面,微生物同样地也能提供有趣的探索。大自然在微观层面的设计上充满了艺术性,从无数种对称的矽藻图案到贝壳螺旋的黄金比例。対我来说,有时候一个微生物的美丽外观就可能足够了。但是在大多数的情况下,当你研究这些主题时,你会发现它们讲述着与图像相辅相成而且另人难以置信的故事。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。摄影为科学带来了重要的元素,那就是艺术感。反之,摄影也为艺术提供了大自然中无法匹敌的证据”。我的摄影宗旨是探索艺术与科学之间的交汇点。

"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”。你是否也可以从一滴水的标本中看世界?如果是,请描述你所见到的世界。

答:最令我着迷的是大自然所设计的图案会重复地出现。你会发现大小只有几分之一毫米且肉眼看不见的图案,可以在数千光年远的星系中找到它们。例如,一种微软体动物,它的体积小于1毫米,但是它的壳却具有非常漂亮的螺旋形状,并且常常有细菌和微藻寄生于它的螺旋凹槽中。当用蓝光和紫外光照射时,细菌和藻类会發出红色和橙色的辐射,类似在星系中闪亮的微星。无论大小,在自然界中,螺旋形已经被认定為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感到极为钦佩。多年来,我学会了识别微生物的种类。每次当我在显微镜下看到从所未见的物种时,我总是相当的兴奋。有时候我可以花几个小时,试图理解我在显微镜下看到的物种。幸运的是,有很多文献可以帮助我识别这些微生物的属性。

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来判断细胞是否突变是很困难的。我常常发现变形的细胞,这种细菌通常能在恶劣的条件下生存和繁殖。例如,这些细胞在温度、营养水平或其他生活条件低于正常时,会在细胞分裂时产生锐变。

The Tail of Copepod carrying eggs; Courtesy: Dr. Håkan Kvarnström

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。通过我的Instagram帐户,我认识了很多科学家。这些科学家,包括微生物学家、海洋生物学家及其他领域的科学家,都对我的显微照片表示兴趣。显微照片可用于许多学科中。在大多数的科学领域中,専家对显微照片的兴趣纯粹是科学的。美学通常不太重要。在科学研究中,显微照片通常被用来突出标本的某些特征,例如,证明或反驳研究的结果和定理,或被用于临床工作以诊断疾病。图像的美感是次要的,其视觉外观并没有被特別的强调。但它们仍然是非常有用的显微照片,因为它们有助于科学硏究。我的摄影目标则是展现微观世界的美丽。我所看到的微生物是我的雏型,我试图弄清楚如何以最好的,视觉上最令人愉悦的方式来展现它们。我用很多的时间来清洁标本,隔离单个细胞,并将它们放在合适的环境中。有时我会使用污渍来突出主体。这和化妆师及模特摄影师没什么不同。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的方式來展示它们。在我看来,一个常见的错误是在照片拍摄前,摄影师花费太少的时间计划和准备,导致拍摄一些随机主题的快照,这不是一个好的显微拍摄方式。

问:你的设备能拍摄的最小照片有多小?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。这种细节水平可以显现细菌的形状,但不能显现任何其他细节。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,在当前大环境中这些微生物所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能活得更久。即使在恶劣的条件下,许多的微生物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,它们的身长可以小到40微米的尺寸。从已有的化石琥珀中,轮虫被鉴定出它们至少活存在地球上有3500万年之久。轮虫能够转变成囊肿或卵子状态来面对恶劣的条件(例如干旱),而且可以存活数十年而没有任何衰老迹象。轮虫可以藉由风携带囊肿的方式逃离有害的环境。一旦找到水,轮虫又可以复活。

 

我认为一个更有趣的问题是,如果我们看到微生物的衰退(例如,浮游植物),其他生命形式(包括人类)所面临的挑战会是什么。例如,世界海洋温度的升高可能对生活在水中的微生物和浮游生物,产生巨大的影响。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某些类型的微生物出现了显着的下降。该研究使用卫星数据驱动的模型,长期追踪浮游植物群的趋势。在浮游植物类中,矽藻的种类最为丰富。但是从1998年到2012年中,矽藻的全球总量每年都会下降超过1%。当浮游植物死亡时,它会沉入海底并随身携带从大气中吸收的碳。此种藻类的减少,会导致吸收二氧化碳的减少,而且二氧化碳也会随着矽藻,被长期储存在深海底。不论是因为自然的变异还是气候的变化,矽藻总数下降的原因目前还不明朗。但该研究首次对浮游植物分布趋势以及过去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博士让我们探窥一滴水中的世界以及欣赏他所拍摄的精美显微照片。我们期待看到Dr. Kvarnström博士更多精彩的图像。有关他的信息,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,我一直深受超越肉眼所能看到的东西启发,无论是远处的恒星还是微观的生命形式。我的工作重点是在揭开大自然的美丽宝藏; 艺术和科学相遇的地方。摄影为科学带来了艺术感。我摄影的目的是激发大众的好奇心并引导他们对微观生命的认识。我的图片都是透过小型生活的形式來讲述大型的故事。自2014年起,我开始通过显微镜拍照,因此更加提升了我对摄影的兴趣。无论我在哪里,我都能看到微生物的多样性、复杂性和错综复杂的美感。令人惊奇的是,它与我们人类是如此的接近,却又难以看到和体验。我希望我的照片和环绕我们周围的壮观美景一样不時地激励你去探索!

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