早在幾年前，Laurent Formery的海膽圖像在我們的Evident第二屆全球顯微圖像大賽中獲得了榮譽(yù)獎(jiǎng)。2023年，他拍攝的海星圖像在Evident第四屆全球顯微圖像大賽中同樣大放異彩，并獲得了全球大獎(jiǎng) —— 一臺(tái)配有DP23數(shù)碼相機(jī)的SZX7體視顯微鏡，并成為我們光學(xué)顯微成像比賽中的佼佼者。

這幅由Laurent Formery（美國(guó)）拍攝的幼年海星（Patiria miniata）神經(jīng)系統(tǒng)圖像在我們的2022年全球顯微圖像大賽中獲得了全球獎(jiǎng)。這張圖像展示了海星的神經(jīng)系統(tǒng)。海星神經(jīng)系統(tǒng)的主要特征是三條長(zhǎng)長(zhǎng)的神經(jīng)元束，稱(chēng)為放射狀神經(jīng)索。它們沿著海星五條腕足的中線(xiàn)分布在口部一側(cè)。這五條神經(jīng)索通過(guò)環(huán)繞口部的神經(jīng)環(huán)連接在一起。側(cè)向神經(jīng)在神經(jīng)索上有規(guī)律地間隔分布，延伸至每條腕足邊緣。

“令人驚訝的是，海星與脊椎動(dòng)物（我們所屬的動(dòng)物門(mén)類(lèi)）關(guān)系密切。然而，乍一看，它們卻與我們大相徑庭。在包含海星及其同類(lèi)（海膽、海參）的生命樹(shù)領(lǐng)域，進(jìn)化頗有些隨心所欲，賦予了這些動(dòng)物完全不同于我們以及其他相關(guān)動(dòng)物的五重對(duì)稱(chēng)性。由于它們?nèi)绱伺c眾不同，我們對(duì)以下情況知之甚少：它們的神經(jīng)系統(tǒng)如何分布、如何工作、以及與我們相比有何區(qū)別。”Laurent 向我們興奮地講解道：“這張圖片顯示的是使用抗乙酰化-微管蛋白抗體進(jìn)行的全圖免疫染色，該微管蛋白抗體是一種神經(jīng)系統(tǒng)標(biāo)志物。樣本非常大（約1厘米），在共聚焦顯微鏡上以5倍放大率進(jìn)行平鋪掃描拼圖成像。沿動(dòng)物的口部-肛門(mén)軸拍攝了多組z軸圖像堆棧，并使用Fiji軟件進(jìn)行了深度色彩編碼的Z軸投影。這種色彩編碼在圖片上提供了可視的顏色深淺對(duì)比，這實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是熒光信號(hào)相對(duì)于動(dòng)物口部一側(cè)（即長(zhǎng)有嘴的一側(cè)）的距離。”

拍攝這幅圖像時(shí)，Laurent遇到了不少挑戰(zhàn)。“海星不是透明的動(dòng)物，因此難以用熒光顯微鏡對(duì)其進(jìn)行成像。所以，我們很難清晰了解神經(jīng)系統(tǒng)的構(gòu)造。在這張?zhí)厥獾膱D像中，我們使用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一種基于水凝膠的透明化方案使海星變得透明。這種透明化處理使我能夠使用熒光共聚焦顯微鏡對(duì)整個(gè)動(dòng)物進(jìn)行成像，從而全面了解其神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)。在我迄今為止拍攝的海星和海膽圖像中，這是最令人滿(mǎn)意的一張。這只動(dòng)物保存得完好無(wú)缺。這里沒(méi)有灰塵或碎屑，而灰塵或碎屑有時(shí)會(huì)產(chǎn)生圖像偽影。此外，它也比我通常使用的標(biāo)本大得多。它看起來(lái)更像一顆成年海星，這對(duì)您了解這張照片有很大幫助。”

Laurent是一名資深的發(fā)育生物學(xué)家，在法國(guó)索邦大學(xué)下屬的維勒弗朗什海洋觀(guān)測(cè)站攻讀博士學(xué)位期間學(xué)會(huì)了使用共聚焦顯微鏡。“我很幸運(yùn)能與精致美麗的動(dòng)物們打交道，所以我自然想要為它們拍下最美的圖像，還它們一個(gè)公道。我們的海洋中充滿(mǎn)了各種各樣迷人的動(dòng)物，我們對(duì)它們知之甚少，遑論了解。通過(guò)展示這些動(dòng)物的美，我希望這項(xiàng)研究能夠幫助人們提高對(duì)這種多樣性的認(rèn)識(shí)，了解為什么我們需要研究它們，最重要的是，要保護(hù)它們。”

值得一提的是，Laurent第一次參加圖像大賽是2020年的Evident第二屆全球顯微圖像大賽。當(dāng)時(shí)，他的海膽圖像獲得了榮譽(yù)獎(jiǎng)。

顯微鏡下的海膽

顯微鏡是一扇通往不同世界的視窗。它揭示了我們用肉眼無(wú)法看到的微小事物之美。“我覺(jué)得采集海水樣本（最好使用浮游生物網(wǎng)）特別吸引人，然后在顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察。海水中充滿(mǎn)了生命。有些您看到的微小藻類(lèi)、幼蟲(chóng)和動(dòng)物有著令人難以置信的形狀、顏色或形態(tài)。如果沒(méi)有顯微鏡，你無(wú)從了解這個(gè)迷人的世界。顯微鏡還能展示更抽象的事物。在熒光成像中，顯微鏡可以探索具有自身美感的結(jié)構(gòu)，例如神經(jīng)系統(tǒng)。”

“我現(xiàn)在是斯坦福大學(xué)Lowe實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。我從分子角度研究動(dòng)物的進(jìn)化，試圖了解古代遺傳系統(tǒng)的改變是如何使解剖結(jié)構(gòu)完全不同的動(dòng)物群體得以進(jìn)化的。成像是我研究的關(guān)鍵。我通常每周要花大約 10 個(gè)小時(shí)使用顯微鏡（主要是共聚焦顯微鏡）。我的研究涉及動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)的進(jìn)化。我的研究重點(diǎn)是與我們關(guān)系密切的無(wú)脊椎動(dòng)物，特別是棘皮動(dòng)物（海星、海膽、海參）。雖然它們的外觀(guān)與我們大為不同，但這些動(dòng)物成體形成所使用的基因工具與我們相同（它們使用相同的建筑基因）。這些相同基因在發(fā)育過(guò)程中的連接差異，導(dǎo)致它們的成體解剖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異。最近，我們一直在研究脊椎動(dòng)物中形成前后軸的基因如何在棘皮動(dòng)物中發(fā)生改變，以適應(yīng)其獨(dú)特的五重軸對(duì)稱(chēng)性。這項(xiàng)工作現(xiàn)已作為預(yù)印本發(fā)表，并將很快出版。簡(jiǎn)而言之，脊椎動(dòng)物以前后軸為模式，形成身體的不同區(qū)域，如頭部和軀干。在棘皮動(dòng)物中，我們發(fā)現(xiàn)只有頭部基因被激活，而軀干基因則完全缺失。在某種程度上，像海星這樣的棘皮動(dòng)物應(yīng)該被看作是在海底匍匐行走的頭。

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