An in vivo snapshot of the neurons surrounding the mouth and tentacles of a juvenile starlet sea anemone (Nematostella vectensis) , Courtesy: Ruohan Zhong, biology, scientist, researcher, USA

专访杰出青年科学家钟若涵 – 2021年尼康小世界显微摄影大赛的获胜者

Self portrait by Ruohan Zhong, biology, scientist, researcher, USA
Self portrait, Courtesy: Ruohan Zhong

专访杰出青年科学家钟若涵 – 2021年尼康小世界显微摄影大赛的获胜者

根植于童年对大自然的好奇,青年科学家钟若涵从书本、学校和研究中汲取知识,以满足她的好奇心。后来,若涵成为美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的优秀研究生。斯托瓦斯医学研究是一所尖端研究机构,专注于基础生物医学研究。在那,她专门研究小星海葵(Nematostella vectensis),一种河口生物,以解开其神经网络组织和行为影响的奥秘。

An in vivo snapshot of the neurons surrounding the mouth and tentacles of a juvenile starlet sea anemone (Nematostella vectensis) , Courtesy: Ruohan Zhong, biology, scientist, researcher, USA
An in vivo snapshot of the neurons surrounding the mouth and tentacles of a juvenile starlet sea anemone (Nematostella vectensis), Courtesy: Ruohan Zhong

钟若涵最近拍摄的年幼小星海葵是2021年尼康小世界显微摄影比赛的获胜者之一。在接下来的采访中,我们有机会以近距离问答,了解一位有著光明前途的年轻科学家。我们希望你喜欢阅读它。

问:恭喜你最近在2021尼康小世界显微摄影大赛中获胜。请与我们分享你如何成为杰出的科学研究员和显微摄影师。
答: 从小,自然科学就让我著迷。我真的很幸运能得到父母的全力支持,让我尽情沈浸于各种题材的纪录片,不管是关于考古发掘,还是关于在深海热液喷口附近的奇怪生物,并在我能自己读书前为睡前的我阅读“可怕的科学”。这种吸引力永远不会随著一时情绪高涨的流行文化而消失。仅举几例 – 中学一年级的第一堂自然科学课,我的老师在黑板上画了精妙的草履虫的亚细胞结构;第一次在显微镜下观察松花粉;第一次在UV相机下看到花朵的“隐藏”色素图案;第一次听说图灵有关化学基础的形态发生的理论(Alan Turing: The Chemical Basis of Morphogenesis)…… 大学毕业时,尽管我很喜欢生命科学,但是我不确定自己是否能超越爱慕者的角色而投入此行业。美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的研究员,C. Ron Yu,鼓励我不要著急,给了我实习机会,最终让我走上了研究生的道路 – 因此有幸遇到了许许多多科学爱好者和他们令人兴奋的研究。

回想起来,我上面提到的大多数情绪高涨的时刻都与摄影/显微镜有关。在我看来,显微镜就像一扇通向平行世界的窗口,引入了令人耳目一新的视图。它让我看到一个熟悉物体的陌生一面,并增强了我对最平凡事物的欣赏力。在我的研究中,显微镜是解决谜题的有用工具,尽管它往往揭示的是超出我最疯狂想像的更多谜题。这个过程真是振奋人心!

问:你的主要研究兴趣是什么以及为什么?
答:我正在研究早期进化动物的神经网络的组织和功能。我的研究兴趣源于一个一直让我非常感兴趣的主题,那就是不同生命的神经系统的多样性,以及它们是如何以各自的方式快速但可控地接收、传递和处理信息 (神经系统里发生的一切信息传递,最终以对环境协调一致的反应表现出来,成了我们日常可见的部分)。复杂的神经回路是如何形成的?它是从一个单一的起源还是从几个独立的起源进化而来的?多样性是来自于新的亚细胞结构的出现,还是来自于对现有结构的创新性重组?我相信通过对不同进化分支的动物的比较研究,能让我们更好地理解这些基本问题。

问: 请与我们分享你的获奖照片背后的故事:“幼年小星海葵的嘴巴和触须周围神经元的活体快照”。你使用什么类型的设备,拍摄了如此出色的图像?
答: 大多数早期进化的动物,例如海葵,都被认为具有原始而分散的神经网络,这可能是由于它们看似简单的身体构造和原始的进化状态。然而,由于有限的神经元可视化工具,我们其实仍然没有拼凑出它们的神经网络的全貌。经过几个月的努力和运气,我培育了一种具有广泛神经标记的新型转基因海葵。在拍摄这张照片时,我麻醉了一只幼年的小星海葵,解开它相互缠绕的12根触须,让它倒立起来,并在小海葵失去平衡之前的几秒钟内,拍摄了一堆高分辨率快照 – 这一切都归功于超快速的尼康转盘成像!

这张图片让我觉得自己仿佛身处在一个繁忙的星际环形交叉路口,被飞驰的车尾灯留下的光路所环绕。那些光路就像神经元长长的轴突,庞大的车流量就像是神经元时刻传递的令人难以置信的信息流量。这是我拍完这张照片后的第一个感受。除此之外,这张照片也让我我惊奇和兴奋,因为它直观地展示了以前从未报导过的各种新的神经群体。我后来了解到,这与Hertwig兄弟在1879年的著作(Die Actinien : anatomisch und histologisch, mit besanderer Berücksichtigung des Nervenmuskelsystems)中,所展示的一些零散的观察结果相呼应。

问:你从上面的获奖图片中学到了什么?
答:我们似乎不可避免地被我们可感知的范围所限制!海葵的神经网络比人们以前认为的要复杂很多。特别是触须连接处的成簇神经元(神经节样)。它们是否协调了不同触须之间的行动?它们是否充当原始大脑,整合来自所有触须的信息输入,并将连贯的信息传递到身体内?这张照片激发了我对无数的可能性的遐想,让我感到困惑但又很兴奋!进一步研究这些神经元的功能可能有助于我们更好地了解中枢神经系统的进化起源。

Nematostella by Ruohan Zhong, biology, scientist, researcher, USA
Nematostella, Courtesy: Gibson Lab

问: 什么是小星海葵(Nematostella vectensis)?它们第一次在地球上出现是在什么时候?为什么它们在你的研究中很重要?
答: Nematostella vectensis,也称为小星海葵,是一种半透明的小生物,喜欢在陆地和海洋(微咸水和盐沼)之间生活。它们出现于约六百万年前,是最早拥有神经系统的物种之一。海葵与水母和珊瑚一起形成了一个被称为刺胞动物的进化枝,在寒武纪大爆发之前,它们与双边动物(所有脊椎动物和无脊椎动物)有著共同的祖先。在我的研究中,姐妹群关系使它们成为信息丰富的缓慢进化模型,以提供对神经系统进化过程中出现的创新特征的见解。

在它们的刺胞动物朋友中,由于对现代功能基因组方法的适应性,小星海葵在过去的十年中获得了越来越多的关注。例如,我能用荧光蛋白从黑暗中点亮所有神经元(如图所示),就是借助了转基因的方法。除了充当比较模型以更好地了解我们的过去之外,它们还表现出一些让我著迷的独特特征。仅举几例,神经发生于两个胚层,全身的再生能力,能以闪电般的速度通过鱼叉状线释放毒液、麻醉猎物的一种刺细胞……

问:除了研究,你介意与我们分享你最喜欢的户外/室内爱好?
答:我喜欢观察周围的环境,在大自然中远足或在附近散步。当我以全新的视角发现一些熟悉的目标时(考虑到时间、光路和我的大脑的“正确”组合),我内心会忍不住窃喜。我的室内爱好之一是古典音乐和弹钢琴。从某种意义上说,这也是一种户外爱好,因为音乐总是把我带到这个世界的新角落 – 一个充满希望的地方。

问:是否有任何科学家或显微摄影师对你的研究有所启发?
答:我受到艾伦·图灵(Alan Turing)和让·潘莱维(Jean Painlevé)的启发。借用詹姆斯·利奥·卡希尔(James Leo Cahill)的精妙措辞,我觉得他们眼中的世界都包含了“动物学超现实主义”的意味。前者在生命的混沌本质中看到了简单的规则,而后者则超越人们既有的静止印象看到了潜在的混乱能量。他们都激励我不断地质疑自己——我看到了什么?我对看到的东西有何想法?

问: 对于那些对基础科学研究感兴趣的年轻人,你有什么建议?
答:保持开阔的心胸,四处张望。让世界给你惊喜。

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我们感谢钟若涵为她的研究课题和兴趣所作的精彩解释。预祝她在了解奥秘且至关重要的动物神经系统的进化和创新方面取得巨大的成功 。