讓你淚流滿面的花粉,在顯微鏡下是什麼樣子的

2020-12-04 騰訊網

來源 |科學藝術研究中心(Art_And_Science)

作者 |Bushcream

春天萬物生發,也帶來了許多換季的煩惱,比如花粉過敏。打噴嚏、流鼻涕、眼睛發癢,總是讓人不爽。可是想想,傳播花粉是植物正常的生理過程,人家的繁育生息是頭等大事……所以,抱怨也沒了底氣。還是反求諸己吧,比如避免接觸過敏原、合理飲食、增加運動等。

不過,還是有些不幸消息的:花粉過敏的情況今後可能會更加嚴重。這一方面是因為現代社會幹淨的水源和空氣令人體自帶的免疫系統功能降低。

一個簡單的例子,發達國家人口的過敏率比發展中國家高出了不少。

在19世紀,過敏甚至是一種貴族病,最早在醫學文獻中描述花粉過敏症的約翰·波斯託克(John Bostock)的醫生每到夏天就眼睛發癢、不停咳嗽打噴嚏,他把這種症狀叫做夏季黏膜炎,當時他找到28位病友,皆出身英國上層階級。

另一方面,隨著全球變暖,二氧化碳增加,植物花粉的暴露量將翻倍增長,當二氧化碳濃度達到800ppm時(目前大氣二氧化碳月均濃度超過了410ppm),每株植物產生的花粉將平均增加53%

實際上,換一個角度來想,這給部分人帶來許多煩惱的花粉,真實的面目卻也並非那麼可憎。如果在電鏡下去看看它們,你會發現,從幾何機構上來說,這些不起眼的小東西真挺美的,而且形態和功能之間的呼應,也是那麼讓人驚嘆叫絕。

今天,就趁著春光大好,窗外花粉飛揚,來觀賞和了解微觀世界的花粉粒吧,畢竟,知己知彼才是安身立命的根本。

這裡想先給觀賞性的鮮花們洗個冤。導致季節性花粉過敏的主要過敏原,並非那些色彩豔麗的花。

多數有花植物通過吸引昆蟲來傳粉,被稱為蟲媒花。蟲媒花的花粉粒較大,有粘性,會粘附在前來採蜜的昆蟲身上。你看,山柳菊的花粉就有很多小倒鉤,便於粘附在昆蟲上。

真正造成春季花粉過敏肆虐的罪魁禍首,不是蟲媒花,而是風媒花。大部分禾本科植物和部分樹木依靠風力傳粉。它們的花朵其貌不揚,卻能累計產生上億粒花粉,個體小,容易被風傳送。像是柏、楊、樺、松、榆等樹木,都是常見的過敏原。

用肉眼看,花粉粒也不過是小小的顆粒,但顯微鏡下,卻另有乾坤。例如,松的花粉有兩個大大的氣囊,有利於花粉隨風傳播。

電子顯微鏡下的歐洲赤松(ScotsPine)的花粉粒

顯微鏡下的圖片這麼美麗,怎麼少得了藝術的參與。要知道電子顯微鏡拍攝的照片是黑白的,為黑白照片染色可是藝術家幹的活兒。

位於瑞士巴塞爾的Micronaut工作室因其以顯微鏡拍攝的精美圖片獲獎無數,常常登上《美國國家地理》、《自然》這樣的一線雜誌。

Micronaut背後的主理人名叫Martin Oeggerli,是瑞士蘇黎世聯邦理工學院的一名癌症研究學者。他喜愛素描和攝影,在接觸電子顯微鏡攝影后,創作迸發,佳作不斷,拿獎拿到手軟。

Micronaut多次為美國國家地理提供封面

Martin Oeggerli 認為黑白色並不是真實的,因而他的上色常常模仿自然的顏色,他也致力使用不同的顏色凸顯微型結構的複雜性。在Nature採訪中,他說,「作為一個科學家,我認為黑白之下暗含信息,同時作為一名藝術家,我想要更有吸引力的圖片。」

無獨有偶,英國皇家植物園邱園也常常生產美麗的植物顯微圖片。藝術家Rob Kesseler和邱園花粉研究中心主任Madeline Harley曾經合作出版過一本叫做Pollen: The HiddenSexuality of Flowers 的精美圖冊。這本書不單單介紹了花粉的結構,也一步步地介紹了植物從傳粉到受精的生殖過程。

尼泊爾鳶尾的花,它好似病毒的花粉粒被Pollen: The Hidden Sexuality of Flowers用作封面

花粉粒雖然多為球形,但是表面紋路卻各式各樣,還有很多頗具幾何美學構型,這當中也是有著演化動力學上的原因。

2019年2月,賓夕法尼亞大學Alison M. Sweeney小組發表了依據相分離(Phase seperation)特性的統一的花粉形成物理學模型,與多種植物花粉紋路模式高度吻合。

電子顯微鏡拍攝的真實花粉粒照片(黑白)與電腦模擬的花粉粒物理模型的對比

相分離是混合體系在達到穩態平衡後,分離成兩種或者多種單獨材料的的過程,我們日常熟悉的一中相分離體系就是油水混合物了。

根據Sweeney的假設,花粉在形成過程中,由於花粉細胞先後分泌多聚糖的量、濃度、成分的不同,初生外壁並不均一,這不均一性會隨著分泌物的增加逐漸擴大。

西番蓮屬(P.incarnata)植物花粉發育過程。紫色代表初生外壁,黑色代表細胞膜,藍色代表胼胝體壁,黃色代表孢粉素。紫色箭頭所指區域即為初生外壁多聚糖發生相分離的部分。

只要不均一性的初始排列不同,便會形成不同的紋路。這也算是生物學與物理學這兩個學科知識完美合一的體現了。而這篇論文提出的框架也可能為其他的表面結構——例如昆蟲角質層的形成——提供參考。

好吧,最後再多說一句花粉過敏症。無論如何,我們還是要保持樂觀態度的,這樣才能做好預防和保護。越來越多的研究證明,保持心情暢快是健康的第一要務

生活中永遠不缺乏快樂,缺的可能是一份享受的心情。如果你恰巧是一位過敏患者,在看完今天的文章之後,是不是也會多一份克服它的信心?

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