我们如何“看”病毒

来源:中国青年报客户端 06-25 10:59
作者:曲俊燕

美国国家过敏与传染病研究所(NIAID)制作的新冠病毒彩色影像。图中显示的是新型冠状病毒(黄色)在实验室培养的细胞(蓝色和粉色)表面活动,这是从一名美国新冠肺炎患者体内提取的病毒。图片来源:NIAID-RML

时至今日,我们仍然无法知道新冠病毒在何时、以怎样的方式进入人类的身体。我们能看到的是,半年多的时间里,它已经在全球超过千分之一的人口中疯狂复制。截至发稿,新冠肺炎全球确诊病例已超过900万。

新冠病毒看不见、摸不着,为了对付这个敌人,人类首先要知道它长什么样。

在疫情新闻的页面上,病毒的照片是万用配图,这些或黑白、或彩色的颗粒感图像,对不具备医学专业知识的普通人来说,似乎看上去大同小异。但在科学家眼中,清楚地看到病毒图像对研究来说意义重大。

早在20世纪30年代,德国科学家就借助当时的新型显微镜观察到了单个病毒的活动。近一个世纪以来,人类一直在更新自己的“电子眼”,努力把病毒看得清楚、再清楚。因为病毒图像越是高清,就越有利于科学家们了解其结构和机能,从而为治疗和疫苗研发做准备。

如今,科学家对病毒形象的展示早已不满足于单调的“黑白电镜风”,更开始走向3D化,甚至加上了设计元素,越来越具备艺术气息。

今年1月21日,美国疾病预防与控制中心(CDC)的医学插画家阿丽莎·艾克特(Alissa Eckert)和丹·希金斯(Dan Higgins)就接到任务,要为新冠病毒创作一个形象,起初的目标是“能抓住公众的注意力”。

医学插画师的任务,就是要用艺术化的手法将晦涩的医学概念变得更易传播。“要让它们看起来栩栩如生,那样人们才能意识到其存在。”艾克特在接受《纽约时报》采访时说。

最终,艾克特和希金斯用一周时间,创作出下面这张出现在各大媒体上的作品。

新冠病毒的“肖像”。Alissa Eckert, Dan Higgins/CDC

与一般电子显微镜下黑白的、粗糙的病毒图像不同,这是一个细节丰富、近距离“拍摄”的新冠病毒“肖像”,医学艺术家将其称为“特写镜头”(beauty shot)。制作这样的图像,需要用专业的视觉化软件将大量扫描电镜图像进行合成。

艾克特使用视觉化软件 Autodesk 3ds Max来编辑病毒图像,在该软件中可以测试各种颜色、调整病毒不同部位的位置和质地,甚至可以设置光效。“这是个诞生奇迹的地方,我们把它当做一间摄影工作室。”艾克特说。

他们为新冠病毒选择了石头表面一样的质地,为的是让它看上去触手可及。为了突出图片中的红色突起——突刺蛋白在新冠病毒快速传播中的重要作用,他们将红色放在前景中突出展示。整体颜色的设定也是经过精心思考的,灰色底色上点缀着红、黄、橙,一种十分醒目、有辨识度的选择。艾克特期待这次成功的传播能为日后的病毒影像树立一个标准。

相较于这幅有3D效果的图像,我们平时看到的更多是二维的病毒形象。今年2月13日,美国国家过敏与传染病研究所(NIAID)在其网站率先公布了新冠病毒的彩色电子影像。通过扫描显微镜和透射显微镜得到病毒的单色影像后,负责视觉医学艺术的人员对其进行了数字上色。

NIAID制作的新冠病毒彩色影像。图片来源:NIAID-RML

NIAID制作的新冠病毒彩色影像。图片来源:NIAID-RML

2月20日,香港大学医学院也公布了在细胞表面活动的新冠病毒彩色图像。这同样是一张经过上色的扫描电镜图像,但“配色”和视角不太相同。图中蓝色部分是细胞,橙色的点状物是在细胞上经过24小时培养后的大量新冠病毒。

在细胞表面活动的新冠病毒彩色图像。图片来源:香港大学李嘉诚医学院官网

显微镜下的新型冠状病毒,看上去与2012年出现的MERS病毒、2003年出现的SARS病毒没有太大的不同,它们都属于冠状病毒的行列,表面都有像王冠一样的突起。有趣的是,图像制作者一般喜欢把病毒做成红、橙等暖色,把它们感染的细胞设定为冷色,这种视觉上区分的便利似乎也成了不成文的规矩。

给病毒“造像”,是一份专业的工作。

提到病毒,“我想到的不是疾病,而是它的模样。当把它视觉化之后,我会对得流感的人感到抱歉。”电子显微镜学家辛西娅·哥德史密斯(Cynthia Goldsmith)在接受科学媒体《科学星期五》(Science Friday)采访时,分享了自己的职业故事。自1983年在美国疾病预防与控制中心(CDC)工作以来,她接触了世界上形形色色的致命病毒,包括1984年观察到的艾滋病病毒、1995年检验的埃博拉病毒、2003年的非典病毒等等,观察过的流感病毒有数十种。

辛西娅·戈德史密斯与同事用电子显微镜查看天花病毒。图片来源:CDC

在CDC的实验室里,戈德史密斯与病理学家、分子生物学家及科研人员一起合作,她的工作为科学家们提供了重要的视觉支持。

2005年,戈德史密斯的科学家同事们获准研究了1918年西班牙大流感的患者肺组织样本。这名患者的肺组织曾在美国阿拉斯加的永久冻土层里被保存了几十年,1997年才被挖掘出来进行取样。该研究团队重建了1918年流感病毒的基因组后,戈德史密斯借助透射显微镜为这个人类历史上最致命的流感病毒留下了影像,这一图像登上了当时全球各大媒体的版面。

戈德史密斯制作的1918年西班牙大流感病毒的电镜图像。图片来源:CDC/Goldsmith - Public Health Image Library #11098.

戈德史密斯在显微镜下捕捉的埃博拉病毒,它的形状和一般的病毒不太一样,呈条状。2014年埃博拉暴发时,这张图片出现在很多媒体报道中。人类第一次捕捉到埃博拉病毒的图像是在1976年。图片来源:Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain

给病毒视觉化是一个技术活儿,但在戈德史密斯眼里,这些图像却有点艺术气息。比起后期上色的版本,她觉得直接从示波器中获取的黑白图像更具吸引力。“尽管疾病可能是毁灭性的,但它们也可以很美。”

世界上第一个拍到冠状病毒的人,也是一位女性。1964年,英国女科学家简·阿尔梅达(June Almeida)在伦敦圣托马斯医院用电子显微镜观察到了冠状病毒,该医院正是今年4月英国首相鲍里斯·约翰逊感染新冠病毒后所住的医院。

阿尔梅达从未接受过正规的医学教育,16岁时便进入格拉斯哥皇家医院打工,成了一名实验室技术员,主要用电子显微镜分析组织样本。后来,阿尔梅达在加拿大安大略癌症研究所工作,并且革命性地提升了电镜观察技术,发明了利用抗体来聚集病毒的办法进行观察。

1964年,阿尔梅达回到英国,与研究普通感冒的大卫·泰瑞尔博士合作,并得到了一种被称为“B814”的病毒样本,它与感冒病毒类似,特性上却不尽相同。在显微镜的镜头下,阿尔梅达发现这种病毒在形状上有一圈突起,如同光环一般。于是他们使用拉丁语中的“冠冕”(corona)一词来为其命名,“冠状病毒”(coronavirus)的名称由此诞生。这也是人类第一次“看到”可以引起疾病的冠状病毒。

如今,科学家们仍在使用阿尔梅达的技术来准确识别病毒,新冠疫情将她的工作成果再次带回人们的视野中。

美国国家地理网站对阿尔梅达的报道说,“她在几十年前发现了冠状病毒,却未得到认可”。网页截图

出于研究、科学传播或是审美的需要,彩色的病毒图像越来越多。然而,自然界中真实的病毒并非五颜六色。如果说电镜下的病毒图像显得有些模式化,那么英国装置艺术家家卢克·杰拉姆(Luke Jerram)的雕塑作品就是在三维空间中让病毒和其他微生物变得真正“可见”。在对这些作品的凝视中,我们或许会惊异于生命的美丽,以及其中隐藏的威胁。

在新冠肺炎全球大流行的两个月前,杰拉姆就受一所美国大学委托,制作新冠病毒的玻璃雕塑。最终成品直径23厘米,是真实新冠病毒尺寸的200万倍大。杰拉姆说:“这个作品是对全球科学家和医学工作者的致敬,感谢他们团结合作,尽力延缓病毒的传播。”杰拉姆认为,该作品也对普通人了解新冠病毒发挥了重要作用,它可以成为媒体上那些人工上色病毒图像的替代品。

卢克·杰拉姆创作的新冠病毒雕塑。图片来源:www.lukejerram.com

杰拉姆本人是色盲,他认为,那些人工上色的病毒图像会影响人们对其真实面貌的理解,于是选择用玻璃作为原料。杰拉姆在整个项目中,更像一个“中介”的角色。他一方面和英国布里斯托大学的病毒学家合作,尽可能正确地呈现病毒结构的细节,随着科学家每年对病毒认知的改进,杰拉姆会根据最新的研究结果调整自己的作品。另一方面,他还要与制玻璃的工人沟通,将自己对微生物学的理解融合在一张工程草图上,指导工人制作。

一名观众在观看疟原虫的雕塑。图片来源:www.lukejerram.com

卢克·杰拉姆创作的HIV病毒雕塑。图片来源:www.lukejerram.com

卢克·杰拉姆创作的埃博拉病毒雕塑。图片来源:www.lukejerram.com

这组作品名为《过去,现在,未来》。天花病毒、艾滋病毒、无名突变病毒分别代表着人类与病毒相处的过去、现在和未来。1979年12月,天花病毒被证实在全球范围内被彻底消灭。图片来源:www.lukejerram.com

一位艾滋病毒携带者看了杰拉姆的HIV病毒雕塑后,特意给他写了一封信,信中说:“你的雕塑比我见过的任何一张HIV病毒的照片或插画都更真实。看着我身体里的这个敌人,而且很可能是最终要我性命的敌人,却觉得它很美,这真是一种奇特的感觉。谢谢你。”

杰拉姆对科学传播十分感兴趣,创作这些雕塑,也是为了提出疑问:医学影像中的人工上色技术,如何影响大众对它的诠释和解读?不同色彩的选择,是否也影响了人们的接受度?略显讽刺的是,2007年,一名摄影师拍摄杰拉姆的HIV病毒雕塑后用Photoshop进行了人工上色,还获得了一项医学影像的大奖。

对杰拉姆的雕塑拍摄后进行人工上色的照片。图片来源:www.lukejerram.com

虽然病毒在现实世界中引发了如此多喧嚣和痛苦,但在这些图像和雕塑中,它回归到了自然界中生命体的形象。这个只能依靠宿主生存的微小生命体,在本质上是具有两面性的。正如卡尔·齐默在《病毒星球》中所说,病毒在某种意义上是致命的,但它们也赋予了这个世界必不可少的创造力。人类穷尽手段为病毒摄影和雕刻,终究是为了将它看得更真切,研究得更透彻,从而更好地与其共处。

是的,共处。身在2020年的我们,或许更能理解这个词的意义。

责任编辑:孔斯琪

流程编辑:孔斯琪