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Mar. 30 2021

果凍般的「明膠」能助骨骼攝影一臂之力!

  • 架在甘油明膠混合液中的海馬透明骨骼標本,其身上的染料於螢光燈照耀下發出紅色光芒。這種攝影技術讓科學家能以全新的方式檢視骨骼。PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

    架在甘油明膠混合液中的海馬透明骨骼標本,其身上的染料於螢光燈照耀下發出紅色光芒。這種攝影技術讓科學家能以全新的方式檢視骨骼。PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 研究人員長期以來一直在清理標本組織,並將骨骼染色,而新的螢光技術在細節上達到了全新境界,比如眼前的帶紋喉盤魚 (stippled clingfish)。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    研究人員長期以來一直在清理標本組織,並將骨骼染色,而新的螢光技術在細節上達到了全新境界,比如眼前的帶紋喉盤魚 (stippled clingfish)。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 以藍唇樹蜥( blue-lipped tree lizard)為例,脊椎動物研究者利用影像來探究動物如何演化,並鑑定牠們與其他物種有哪些共有特徵。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    以藍唇樹蜥( blue-lipped tree lizard)為例,脊椎動物研究者利用影像來探究動物如何演化,並鑑定牠們與其他物種有哪些共有特徵。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 許多如馬氏岩蟒(Macklot's python)這樣的骨架,要是沒有墊個紙巾就可能鬆垮垮的,很難出特定姿勢。但明膠可以將這些骨架固定住,還能在攝影後清洗乾淨。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    許多如馬氏岩蟒(Macklot's python)這樣的骨架,要是沒有墊個紙巾就可能鬆垮垮的,很難出特定姿勢。但明膠可以將這些骨架固定住,還能在攝影後清洗乾淨。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 聖克勞德州立大學的生物學教授麥特.戴維斯以五絲長指馬鮁(royal threadfin)染過紅色染劑的骨骼標本為例,說明這項技術與夜光玩具的原理類似,在特定波長光線下會發出陣陣螢光。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    聖克勞德州立大學的生物學教授麥特.戴維斯以五絲長指馬鮁(royal threadfin)染過紅色染劑的骨骼標本為例,說明這項技術與夜光玩具的原理類似,在特定波長光線下會發出陣陣螢光。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 平原鋤足蟾(plains spadefoot toad)分布在加拿大到墨西哥的美洲中西部,開發這種攝影技術的研究人員已經開始透過不同的波長與濾鏡進行實驗,看看這些骨頭還能透露出什麼訊息。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    平原鋤足蟾(plains spadefoot toad)分布在加拿大到墨西哥的美洲中西部,開發這種攝影技術的研究人員已經開始透過不同的波長與濾鏡進行實驗,看看這些骨頭還能透露出什麼訊息。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 剛孵化的林鴛鴦(wood duck)發出紅色螢光。在野外,牠們是北美最顏色最豐富、花樣最大膽的水鳥之一。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    剛孵化的林鴛鴦(wood duck)發出紅色螢光。在野外,牠們是北美最顏色最豐富、花樣最大膽的水鳥之一。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 平鰭美洲蟾魚(plainfin midshipman)不僅是一種會唱情歌的底棲魚類,天生還會發出生物螢光。相片中呈現了紅色染劑發出的紅光,以及平鰭美洲蟾魚原本綠色的天然螢光。 PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

    平鰭美洲蟾魚(plainfin midshipman)不僅是一種會唱情歌的底棲魚類,天生還會發出生物螢光。相片中呈現了紅色染劑發出的紅光,以及平鰭美洲蟾魚原本綠色的天然螢光。 PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

  • 眶真圓鰭魚(Pacific spiny lumpsucker)是種大約兩公分半的小魚,全身布滿了堅硬的疣粒。PHOTOGRAPH COURTESY OF AMERICAN SOCIETY OF ICHTHYOLOGISTS AND HERPETOLOGISTS

    眶真圓鰭魚(Pacific spiny lumpsucker)是種大約兩公分半的小魚,全身布滿了堅硬的疣粒。PHOTOGRAPH COURTESY OF AMERICAN SOCIETY OF ICHTHYOLOGISTS AND HERPETOLOGISTS

  • 大棕蝠(big brown bat)翼展可以超過30公分。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

    大棕蝠(big brown bat)翼展可以超過30公分。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

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這項技術提供了精細而怪奇的影像,以利科學家研究解剖學。

架在甘油明膠混合液中的海馬透明骨骼標本,其身上的染料於螢光燈照耀下發出紅色光芒。這種攝影技術讓科學家能以全新的方式檢視骨骼。PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

架在甘油明膠混合液中的海馬透明骨骼標本,其身上的染料於螢光燈照耀下發出紅色光芒。這種攝影技術讓科學家能以全新的方式檢視骨骼。PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

一種使用螢光、紅色染料以及明膠的新興攝影技術,大幅提升了科學家將動物骨骼視覺化的程度。

長久以來,鑽研脊椎動物的研究人員一直仰賴剝除標本上的軟組織並用紅色染料將餘骨著色,好取得細膩的影像以利研究解剖學,並比較不同物種間的關係。問題在於,被剝去韌帶與肌肉組織的骨架相當鬆散,讓人很難在特定角度下支撐與拍攝。

研究人員長期以來一直在清理標本組織,並將骨骼染色,而新的螢光技術在細節上達到了全新境界,比如眼前的帶紋喉盤魚 (stippled clingfish)。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

研究人員長期以來一直在清理標本組織,並將骨骼染色,而新的螢光技術在細節上達到了全新境界,比如眼前的帶紋喉盤魚 (stippled clingfish)。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

以藍唇樹蜥( blue-lipped tree lizard)為例,脊椎動物研究者利用影像來探究動物如何演化,並鑑定牠們與其他物種有哪些共有特徵。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

以藍唇樹蜥( blue-lipped tree lizard)為例,脊椎動物研究者利用影像來探究動物如何演化,並鑑定牠們與其他物種有哪些共有特徵。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

許多如馬氏岩蟒(Macklot's python)這樣的骨架,要是沒有墊個紙巾就可能鬆垮垮的,很難出特定姿勢。但明膠可以將這些骨架固定住,還能在攝影後清洗乾淨。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

許多如馬氏岩蟒(Macklot's python)這樣的骨架,要是沒有墊個紙巾就可能鬆垮垮的,很難出特定姿勢。但明膠可以將這些骨架固定住,還能在攝影後清洗乾淨。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

協力開發此項新技術的德州大學生態與演化生物學教授里歐.史密斯(Leo Smith)說:「有一大堆影像根本拿不到。好比今天要拍一條鯰魚,牠只能腹部貼底,這是你唯一能拍到的姿態了;要是今天是一條鱒魚或什麼的,牠也只能側躺,因為從其他方向擺牠都會倒下。」

這時候,明膠就派上功用場了。明膠不僅質地類似果凍,能協助固定骨架姿勢,讓骨架能以各種角度拍攝;攝影結束後也能清洗乾淨。只要將明膠與紅色染料結合,並用螢光燈照射,就有機會能拍到過去無法呈現的圖像。

紅色螢光

史密斯作為2018年這篇技術論文的主要作者,提起在2013年的某個深夜,他一時興起將染過色的魚骨放在螢光顯微鏡(一種以高強度光源取代可見白光的顯微鏡)下。

史密斯說:「我就只是把它固定在那,接著我發現老天啊!這太驚人了!螢光真的把細節都呈現出來了。」

聖克勞德州立大學的生物學教授麥特.戴維斯以五絲長指馬鮁(royal threadfin)染過紅色染劑的骨骼標本為例,說明這項技術與夜光玩具的原理類似,在特定波長光線下會發出陣陣螢光。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

聖克勞德州立大學的生物學教授麥特.戴維斯以五絲長指馬鮁(royal threadfin)染過紅色染劑的骨骼標本為例,說明這項技術與夜光玩具的原理類似,在特定波長光線下會發出陣陣螢光。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

同為研究作者的聖克勞德州立大學教授馬特.戴維斯(Matt Davis)說:「這與夜光玩具非常類似,原理基本上一樣,染料吸收光線後再重新釋出。」

史密斯表示,螢光成像的美妙之處在於,它可以排除標本不同層面的雜訊,讓研究者專注在過去從未注意或無法聚焦的細節。

史密斯實驗室的志工切斯尼.巴克(Chesney Buck),以及史密斯帶領的博士生麥特.吉拉德(Matt Girard)合力改進了技術中的明膠部分。吉拉德表示,將染色後的標本埋入明膠帶來的全新的可能性。

吉拉德說:「當你真的能在標本身上移動一些部位,或把鑷子伸進去,或用手握住並移動它,你將能看到骨頭之間如何鉸接再一起;也因為很多東西──或許不是在人類身上,但在其他動物身上──有好幾層骨頭,因此要是骨頭後方還有東西,這套方法也能讓你看到。」

平原鋤足蟾(plains spadefoot toad)分布在加拿大到墨西哥的美洲中西部,開發這種攝影技術的研究人員已經開始透過不同的波長與濾鏡進行實驗,看看這些骨頭還能透露出什麼訊息。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

平原鋤足蟾(plains spadefoot toad)分布在加拿大到墨西哥的美洲中西部,開發這種攝影技術的研究人員已經開始透過不同的波長與濾鏡進行實驗,看看這些骨頭還能透露出什麼訊息。 PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

剛孵化的林鴛鴦(wood duck)發出紅色螢光。在野外,牠們是北美最顏色最豐富、花樣最大膽的水鳥之一。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

剛孵化的林鴛鴦(wood duck)發出紅色螢光。在野外,牠們是北美最顏色最豐富、花樣最大膽的水鳥之一。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

平鰭美洲蟾魚(plainfin midshipman)不僅是一種會唱情歌的底棲魚類,天生還會發出生物螢光。相片中呈現了紅色染劑發出的紅光,以及平鰭美洲蟾魚原本綠色的天然螢光。 PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

平鰭美洲蟾魚(plainfin midshipman)不僅是一種會唱情歌的底棲魚類,天生還會發出生物螢光。相片中呈現了紅色染劑發出的紅光,以及平鰭美洲蟾魚原本綠色的天然螢光。 PHOTOGRAPH BY LEO SMITH, UNIVERSITY OF KANSAS

眶真圓鰭魚(Pacific spiny lumpsucker)是種大約兩公分半的小魚,全身布滿了堅硬的疣粒。PHOTOGRAPH COURTESY OF AMERICAN SOCIETY OF ICHTHYOLOGISTS AND HERPETOLOGISTS

眶真圓鰭魚(Pacific spiny lumpsucker)是種大約兩公分半的小魚,全身布滿了堅硬的疣粒。PHOTOGRAPH COURTESY OF AMERICAN SOCIETY OF ICHTHYOLOGISTS AND HERPETOLOGISTS

大棕蝠(big brown bat)翼展可以超過30公分。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

大棕蝠(big brown bat)翼展可以超過30公分。PHOTOGRAPH BY MATTHEW GIRARD, UNIVERSITY OF KANSAS

機緣巧合

史密斯、戴維斯與吉拉德已經開始著手利用不同波長的光、鏡頭濾淨以及顯微鏡進行實驗,看看這些動物還能透露出什麼資訊。

戴維斯說:「我們透過尋找解剖構造上或是基因層面的共同特徵來重建這些生命樹,並探索標本們如何隨著時間演化,以及牠們整體彼此間的相連關係是什麼。」

至於在工作之外呢?戴維斯補充道,就是享受它了:「科學的一部份在於發現,另一部份是樂趣哪!」

畢竟,史密斯當初就是這樣發現這項技術的。他說,任何一個巧合都可能帶來另一項突破。

 

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