借助一种革命性的新型显微镜，科学家现在可以窥视胚胎，并在世界上最小的 3D 电影之一中观看大脑、眼睛和其他器官的形成。德国海德堡的欧洲分子生物学实验室 (EMBL) 的一个团队，在显微镜下观察斑马鱼和果蝇胚胎发育长达 58 小时，记录每个细胞在胚胎周围舞动的位置。这项实验在仅仅两年前是无法实现的，当时一系列创新将显微镜技术向前推进了数年。
当谈到观察细胞的内部运作时，荧光显微镜技术是首屈一指的。在这项技术中，科学家将荧光标签附着到细胞蛋白质上，并通过向细胞照射激光，使它们发光。
但是，将细胞置于标准荧光显微镜下，实际上是判处它们死刑。由于显微镜强大的激光束的损害，许多细胞在几个小时过去之前就已死亡，因此很难观察任何延长的过程。此外，处于压力下的细胞的行为通常与正常细胞不同，这对于试图在他们的实验与自然世界之间建立联系的科学家来说是一个巨大的障碍。
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EMBL 的团队由Ernst Stelzer领导，他们正在努力研究更接近自然的条件下细胞、组织甚至小型多细胞生物，从而实现更长的观察时间和更少掺假的结果。他们的技术——被称为光片显微镜——已经产生了令人着迷的突破，使他们能够比以往任何时候都更长更清晰地观察活体样本。
研究人员首先将显微镜侧放——字面意义上。在传统的荧光显微镜中，整个样本通常从上方被激光照射。类似相机的探测器聚焦于穿过样本的连续平面，从上到下拍摄照片，这些照片可以堆叠成 3D 图片。但在整个过程中，激光的全部力量会冲击甚至那些光线不在探测器焦点上的细胞。EMBL 团队意识到，如果他们将激光旋转 90 度，使其从侧面而不是从上方照射样本，他们就可以仅照亮相机正在聚焦的单个切片。没有其他细胞受到照射。
突然间，科学家们可以制作持续数天的电影。在显微镜下的细胞，仅受到传统荧光显微镜能量的五千分之一的照射，继续分裂。EMBL 团队拍摄了一部创纪录的 24 小时长的斑马鱼胚胎发育电影。当其中一位成员在会议上展示数据时，他受到了摇滚明星般的欢迎。
但这仅仅是开始——新的装置使 Stelzer 的团队能够使用速度更快的相机，每秒记录约 6000 万像素。好处成倍增加：由于相机非常灵敏，它可以吸收每张照片中更多的光线，从而提供更多的数据。
对于科学家来说，这就像从断断续续的两分钟 YouTube 短片升级到平板电视上的故事片。
最新的突破于 7 月 30 日发表在自然方法杂志上，如果可以的话，它将电视连接到高清有线电视。（大众科学是自然出版集团的一部分。）许多生物样本，如果蝇胚胎，是不透明的，以至于它们会散射大量光子，使图片充满静态干扰。但是现在，通过使用一种称为结构化照明的技术，EMBL 团队已成功消除这种干扰，使光片显微镜更加强大。
Philipp Keller 是该论文的主要作者，自完成这项研究以来已加入霍华德·休斯医学研究所，他将这个过程比作重建透过暴风雪看到的景观。“所有的雪花都在穿过你的视野，所以景观的一部分被它们遮挡了。但是，如果你记录该景观的多个图像，那么雪花就会移开，你可以看到它们后面的东西。通过记录足够的图像，你可以将它们组合成景观的完整重建。”
对于研究发育的生物学家来说，光片显微镜，尤其是使用结构化照明的光片显微镜，是天赐之物。
苏格兰邓迪大学的Kees Weijer，研究鸡胚胎和粘菌中细胞的迁移，自从 EMBL 小组首次公布其进展以来，一直在等待光片显微镜。在使用了多年的其他技术之后，他很高兴最终能拥有 Stelzer 实验室为他制造的显微镜。
“光片显微镜是一项重大改进，”他说。“图像质量简直好太多了。”
佛罗里达州立大学的 Michael Davidson 说：“这真的，真的很具有突破性，”他的项目开发了显微镜网站分子表达、尼康的 MicroscopyU 等。但 Davidson 认为，结构化照明的加入将成为真正的游戏规则改变者。“在未来三四年内，那东西将会像火箭一样起飞。这是漫长道路上的第一步。”
在等待商业版本上市期间——该技术已授权给德国的卡尔蔡司光学公司——生物学家必须自己组装每台光片显微镜。在 9 月 2 日和 3 日在都柏林举行的一次会议上，对该技术感兴趣的研究人员计划会面，交流技巧、分享想法并讨论未来。
Keller 强调，尽管 EMBL 小组取得了成功，但光片显微镜的用途远不止于胚胎成像。他说，凭借更长的观察时间、更快的图像和更清晰的图片，许多生物学领域都有可能取得重大进展。“这不是为特定目的而开发的技术。它可以远远超出这一点，”他说。“讨论是如何改进显微镜技术，这就是结果。”