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这群珊瑚虫，咋动得这么可爱！

百家作者：果壳 2019-12-30 11:24:13

今年十月底，尼康小世界显微摄影奖静态组获奖作品让大家看到了显微镜下静止的奇异世界。12月初，尼康小世界显微摄影比赛又发布了动态组的获奖名单。

动态组今年的冠军作品，是英国埃塞克斯大学生物学家菲利普·莱修（Philippe Laissue）博士的延时摄影作品“鹿角珊瑚虫的显现”。

这一段录像记录了珊瑚虫几个小时的状态，画面中珊瑚虫的组织是绿色的，而紫红色的小颗粒则是与鹿角珊瑚共生的大量虫黄藻。

在这个奇妙的共生关系中，珊瑚虫为虫黄藻提供居所，二氧化碳和一定的营养，而虫黄藻则通过光合作用提供给珊瑚虫葡萄糖、氨基酸、甘油等等重要的养分。珊瑚五颜六色的颜色是由珊瑚本身的颜色与与之共生的海藻的颜色所共同产生的。

这种珊瑚在海洋中是这样的丨Emre Turak，Lyndon DeVantier

共生藻与珊瑚虫对周围的非常敏感。近些年，随着全球暖化、海水酸化以及其它污染，共生藻往往会因此失去色素或者停止光合作用，导致珊瑚虫开始消化或者排除它们。在这个过程中，珊瑚变得衰弱、颜色暗淡，这个共生关系的瓦解从表象上看就是珊瑚白化现象。

大堡礁中白化的珊瑚丨Acropora/Wikicommons

珊瑚虫钙质外骨骼构成的珊瑚礁被生物学家称为“海洋中的热带雨林”，它庇护了世界上种类最丰富的海洋物种，维系了复杂的食物链和生态圈。虽然珊瑚礁的面积微不足道，但是却容纳了全球1/4的海洋物种。珊瑚中大量的藻类还吸收了大量的二氧化碳，减轻了温室效应。无论是从生物物种保护还是从环境保护角度来说，保护珊瑚都是刻不容缓的。

然而，人类对于珊瑚虫生活习性、发育过程的了解，还比较粗浅。新研究方法的出现，有助于人们更好地了解珊瑚。

研究珊瑚虫的新方法

研究珊瑚有两个主要方法。其中最主要的方法是在海里直接观察珊瑚的生长。这种方法可以精确的记录珊瑚与环境的影响，但是却比较难以获得微观层面的信息。

第二种方法则是在实验室里利用显微镜对于珊瑚虫与共生藻进行观测。这样可以在一个模拟的环境中更好地观测外界环境刺激的影响，并让科学家了解珊瑚的微观生物机理。不过观测珊瑚虫的显微结构可不是一件容易的事情。

现有的成像方法主要是基于共聚焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscopy，简称共焦显微镜）。共焦显微镜可以拍摄生物样品非常清晰的三维照片，但是这一研究手段在珊瑚面前却有些英雄无用武之地的感觉。

珊瑚虫对光照特别敏感，共焦显微镜过强的照明会让珊瑚虫缩进珊瑚组织里，有时候甚至导致珊瑚虫的死亡。下图是一张典型的共焦显微镜下的珊瑚照片。我们可以看到绿色的珊瑚组织以及红色的共生藻，可以看到共生藻都躲在珊瑚组织形成的小洞里。可见共焦显微镜的使用很容易破坏珊瑚正常的生活状态。所以虽然共焦显微镜是生物研究中最强大的研究仪器之一，但是对于珊瑚的研究来说，却不是一个很好的方法。

为了解决这个难点，莱修博士与合作者们搭建了一台叫做光片显微镜的新仪器。

光片荧光显微镜（light-sheet fluorescence microscopy, LSFM）是这十几年间最为重要的显微技术进步之一，2014年曾荣膺《自然-方法》年度生命科学技术奖。光片显微镜的成像光路和照明的光路是垂直关系，这样可以保证照明的平面可以被迅速成像，样品的任何一点所受到的光强要远远小于共焦显微镜。光片显微镜的这一优势使得其被广泛用于生物研究上。因发明超分辨显微镜而获得诺贝尔奖的埃里克·贝齐格（Eric Betzig）也投入到光片显微镜的改进中，他曾经称赞光片显微镜是令他感觉最好的显微镜，因为这种显微镜对于生物体干扰非常小，使得生物学家能够得到真正的生物“自身的”特性。

共焦显微镜与光片显微镜成像方式的对比。

获奖的录像可以清晰地看到珊瑚虫愉快地在向外伸展着觅食，这种剂量的激光照明对它们没有任何伤害。事实上，莱修博士报道他可以持续观测同一个珊瑚样品长达三个月，累计超过100个小时成像数据。这在以前是难以想象的。

经过十几年的高速发展，光片显微镜已经具备了多种解决方案，可以应对大小不同的样品。图三显示了包括果蝇、斑马鱼、小鼠胚胎等三种模式动物以及珊瑚在内的各种样品。即便它们的大小如此不同，光片显微镜都能够发挥出自己独特的优势。

以珊瑚为例，使用光片显微镜不仅可以对大于10毫米的珊瑚聚落进行观测，还可以同时研究一只珊瑚虫个体，甚至轻松分辨其中只有8.5微米左右虫黄藻。

莱修博士希望大家在看到这个漂亮的图片和录像的同时，还能够同时想到珊瑚——这种既像动物、又像植物、还像石头的奇妙的生物体——正在衰退和灭亡的边缘。我们需要更加努力地研究珊瑚与共生藻之间复杂的关系，希望能够尽快找到保护珊瑚礁的方法。而实验方法与仪器的进步则再一次使不可能成为可能，珊瑚虫动感小世界的揭秘给我们提供了新的希望。

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作者：cloudsforest

编辑：Luna

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