CC BY
55
^ НАУКА В КАРТИНКАХ
МИР ГЛАЗАМИ НАУКИ
На пересечении науки и искусства
Всемирно известный производитель фототехники корпорация «Olympus» уже более десяти лет проводит конкурс фото- и видеоизображений природного мира под девизом: «Что может быть круче, чем пересечение искусства и серьезной науки?». На веб-сайт «Olympus BioScapes Competition» ученые и микроскописты-любители из более 70 стран мира ежегодно присылают тысячи фотоснимков и фильмов, из которых отбираются десять победителей.
Сегодня мы знакомим читателей с фотографиями, победившими на конкурсе 2013 г., а нейробиолог И. Сиванович, абсолютный победитель конкурса, расскажет о «герое», вдохновившем его на создание одного из «выигрышных» фотоснимков
Десмидиевые водоросли (Desmidiales) издавна привлекают внимание не только ученых, но и натуралистов-любителей удивительным разнообразием, красотой и симметрией своих форм. Эта группа преимущественно одиночных организмов, относящаяся к зеленым водорослям, по разным оценкам насчитывает от 200 до 400 видов. Среди них встречаются и такие гиганты, как Micrasterias rotata размером 0,3 мм (одни из самых больших клеток в царстве растений!), и карлики, такие как миниатюрная Cosmarium, длина которой не превышает 10 мкм.
Типичная клетка десмидиевых водорослей состоит из двух симметричных, зеркально отображенных половинок - полуклеток, образовавшихся в результате деления, одна из которых всегда старше другой. Слоистая оболочка клеток пронизана отверстиями-порами и покрыта скульптурными украшениями (ямками, буграми, шипами и т. п.), расположенными в определенном порядке и образующими причудливые узоры. Автора, как бывшего структурного биохимика, особенно поразила многочисленность групп симметрии, которые можно выявить среди десмидиевых. Удивително, что немецкий естествоиспытатель и философ Э. Геккель, «отец» органической кристаллографии, посвятил этим водорослям лишь одну иллюстрацию в своей широко известной книге «Красота форм в природе» (1904) .
Для создания «артобъекта» была выбрана компоновка, навеянная геометрией янтры - одного из древнейших графических символов в индуизме, духовного символа возвышающегося сознания. Такая композиция удачно раскрывает природную симметрию и разнообразие размеров водорослей.
Для визуализации стенок клеток использовалась специальная целлюлозо-связующая флуоресцентная краска, поглощающая ультрафиолет и испускающая сине-зеленый свет. Красный цвет - результат присущей водорослям флуоресценции пигмента хлорофилла. Чтобы создать многоцветное изображение, излучение фиксировалось одновременно на трех каналах. Такое объединение трех изначально цветных картинок в одну, дающее целую палитру цветов, фактически придает микроскопу нормальное цветовое «зрение», как у людей.
И. Сиванович (Медицинский институт Говарда Хьюза,
Ашберн, Джорджия, США)
На фото - изображение артобъекта, составленного из клеток различных одноклеточных пресноводных водорослей - десмидий. Виды водорослей располагаются в следующем порядке (с периферии вовнутрь изображения): Micrasterias rotata, Micrasterias sp., M. furcata,
M. americana, M. truncata, Euastrum sp. и Cosmarium sp.
Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. 400-кратное увеличение.
Фото И. Сивановича.
3-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital Imaging Сompetition». www.OlympusBioScapes
99
^ НАУКА В КАРТИНКАХ
100
i Этот обитатель пруда (слева) вовсе не животное, а хищное бескорневое растение - пузырчатка обыкновенная, самое быстрое плотоядное растение в мире, питающееся мелкими насекомыми и ракообразными. На листовой пластинке пузырчатки расположен небольшой округлый пузырек, окруженный покрытыми слизью волосками, с помощью которого хищник заманивает добычу. Внутри ловушки этой водоросли видны захваченные ею десмидиевые водоросли, выделяющиеся необычными симметричными формами. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. 100-кратное увеличение. Фото И. Сивановича.
1-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital Imaging ^mpe^on». www.OlympusBioScapes
В фибробластах (клетках соединительной ткани, производящих компоненты межклеточного вещества) эмбриона мыши синим цветом флуоресцирует ДНК, красным - актиновые нити, компонент сократительных систем. Зеленым флуоресцирующим белком визуализированы части митохондрий -энергетических фабрик клетки.
Микроскопия структурированного освещения с флуоресценцией. 60-кратное увеличение.
Фото Д. Бернетта (Национальные институты здоровья, Бетесда, Мэриленд, США).
5-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital Imaging ^mpe^on». www.OlympusBioScapes
101
3 НАУКА В КАРТИНКАХ
У толстохоботных комаров из семейства земноводных длинноусых двукрылых (Chaoboridae) даже взрослые особи почти прозрачные, не говоря уже о личинках (вверху). Взрослые самцы этих земноводных насекомых украшены пышными усами, при этом все половозрелые особи являются либо чистыми вегетарианцами, питающимися нектаром, либо вообще обходятся без пищи. В отличие от своих родителей, личинки толстохоботных комаров относятся к типичным хищникам.
Свою добычу - личинок других насекомых и рачков - они захватывают 102 толстым хоботком.
Бесцветная и прозрачная мускулатура личинки комара является двоякопреломляющей средой, поэтому ее удалось сделать видимой с помощью особой подсветки.
Поляризационная микроскопия, 100-кратное увеличение.
Фото Ч. Кребса (Айсаква, Вашингтон, США).
7-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital
Imaging ^mpe^on».
www.OlympusBioScapes
Это создание - личинка ручейника, одного из широко распространенных и легко узнаваемых насекомых. На сегодня описано более 15 тыс. видов ручейников, которые встречаются по всему миру. Ручейник относится к насекомым с так называемым «полным превращением».
При таком типе метаморфоза особь в своем развитии проходит
ряд последовательных стадий, резко отличающихся друг от друга
по внешнему виду и образу жизни. Взрослые ручейники напоминают
небольших ночных бабочек, а личинки живут исключительно в водной
среде - на дне пресных водоемов, от чистых быстрых ручьев 103
до заросших прудов. Личинки ручейников - любимый корм рыб. Чтобы
защитить свое мягкое тело, ручейник строит чехлик (переносной домик)
из всего, что попадается под руку: частиц песчаника, коры, веточек,
мелких ракушек и т. п. Питаются личинки ручейников растительными
остатками и маленькими водными беспозвоночными.
Стереомикроскопия. 15-кратное увеличение.
Фото Ф. Паре (Fabrice Parais), Канны, Франция.
9-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital
Imaging ^mpe^on».
www.OlympusBioScapes
НАУКА В КАРТИНКАХ
104
Два веселых «брата-жука» (вверху) - нимфы клопа вида Gonocerus acuteangulatus, относящегося к семейству краевиков, или ромбовиков.
Клопы относятся к насекомым с неполным превращением, которые не проходят в своем развитии сложных морфологических превращений, как бабочки, стрекозы или те же комары. Внешне нимфы клопов представляют собой уменьшенные копии взрослых насекомых, разве что без развитых жестких надкрылий. Взрослые особи этого вида достигают в длину 11—14 мм. Размер этих крошек на фото - всего 3 мм, возраст - 2 часа.
Фото К. Вирца (Базель, Швейцария).
6-я премия международного конкурса «2013 Olympus BioScapes Digital Imaging ^mpe^on». www.OlympusBioScapes
Иголки этих забавных «ежиков» представляют У собой жесткие проволоки из оксида цинка с наноразмерными гофрированными поверхностными складками. Такие «колючие» шарики образуются в результате наращивания оксидного материала на поверхность полимерных микросфер. Сканирующая электронная микроскопия. Фото J. H. Bahng (Мичиганский университет,
Энн Арбор, США). Победитель «Science as Art Competition» (весна, 2013 г.). Фото предоставлено MRS (www.mrs.org)
«Бесконечная общность объемлет все...»
Американское Общество по изучению свойств материалов - Materials Research Society (MRS) было образовано еще в 1973 г. с целью консолидации ученых всего мира, занимающихся междисциплинарными исследованиями материалов и созданием технологий для улучшения качества жизни. Коммуникации между исследователями и популяризацией технических знаний способствует международный фотоконкурс «Наука как искусство» (Science as Art), который общество проводит дважды в год. В этом выпуске мы представляем победителей весеннего конкурса 2013 г. - уникальные фотографии технологических объектов наноразмерного диапазона, так напоминающие изображения фантастических пейзажей или необычных живых организмов
105
НАУКА В КАРТИНКАХ
Изящная структура из пластинчатых кристаллов анилиновых олигомеров представляет собой тетраанилин «в полном расцвете». В результате изменения условий в ходе полимеризации наряду с широкими «листьями» и длинным «стеблем» получился кластер в форме «цветка».
С научной точки зрения этот материал характеризуется большой удельной площадью поверхности и высокой электропроводностью, что делает его близким к идеалу для использования в органических суперконденсаторах и электронных датчиках. Сканирующий электронный микроскоп.
Фото Y. Wang (Калифорнийский университет, Лос-Анжелес, США).
Победитель «Science as Art Competition» (весна, 2013 г.).
Фото предоставлено MRS (www.mrs.org)
106
Эту композицию из трех снимков массива карбонизированной кремниевой нанопроволоки, сделанных при различных фокусных расстояниях, авторы назвали «Ночью у моря один». Так называется одно из стихотворений Уолта Уитмена, в котором описана взаимосвязь всего сущего во Вселенной: «Ночью у моря один <...> думаю думу о тайном ключе всех вселенных и будущего. Бесконечная общность объемлет все».
Снимки с самым ближним и самым дальним фокусным расстоянием были сделаны в обычном режиме, а со средним расстоянием - в «топографическом режиме», с дополнительным боковым освещением поверхности, чтобы запечатлеть рельеф кремниевых «дюн».
Сканирующий электронный микроскоп с использованием низковольтной системы визуализации NovelX mySEM.
Фото J. Alper (Калифорнийский университет, Беркли, США).
Победитель «Science as Art Competition» (весна, 2013 г.).
Фото предоставлено MRS (www.mrs.org)
107
3 НАУКА В КАРТИНКАХ
Гидротермальным методом из оксида олова, легированного цинком, можно вырастить удивительные наноцветы, похожие на астры. Сканирующий электронный микроскоп.
Фото M. H. Kumar (Наньянский технологический университет, Сингапур). Победитель «Science as Art Competition» (весна, 2013 г.).
Фото предоставлено MRS (www.mrs.org)
В причудливых фрактальных зарослях порхают удивительные бабочки...
Такую идиллическую лесную картинку удалось получить под поляризованным светом благодаря двулучепреломлению в тонкой органической полупроводниковой пленке. Эта пленка состоит из двух кристаллических полиморфных структур, образовавшихся из материнской жидкокристаллической фазы: одна из них приняла форму фракталов, похожих на цветы; другая - метастабильный сферолит - форму порхающих бабочек. Сканирующий электронный микроскоп.
Фото Y. Diao (Стэнфордский университет, Калифорния, США).
Победитель «Science as Art Competition» (весна, 2013 г.).
Фото предоставлено MRS (www.mrs.org)
