透過科學研究與藝術創作,凸顯微生物世界的浩瀚

培養皿裡的微觀宇宙

文|編輯部

圖|Tal Danino

生物學家塔爾・丹尼諾(Tal Danino)在還小的時候,很愛把蠟筆削成薄片放到紙上,再把包著蠟筆屑的紙張折疊起來,用熨斗反覆熨燙,這樣一來,打開紙的瞬間就可以看到蠟筆屑融化成眼花撩亂的雪花圖樣。

在之後的求學過程中,丹尼諾學會了用化學染料辨別細菌構造的方法,並且在實驗室發現,只要設定好溫度與濕度等條件,細菌便會依照各自的取向,在 2 天到 2 個月內進行細胞生長與分裂,進而聚集成群來強化生存機率,如此一來,你就可以看到細菌所展示的複雜樣貌,像是大腸桿菌如羅馬花椰菜般的碎形幾何狀、奇異變形桿菌呈現的同心圓狀。後來,他更嘗試變換各種染料顏色來達到漸層效果,數十個培養皿裡的細菌頓時幻化成了花朵、眼球、珊瑚或是瑪瑙石橫切面的模樣。 對丹尼諾來說,藝術家不斷探索的本質激發了他在科學上的成就,他仍持續地鑽研這些細菌的奧祕,希望有一天能完成用細菌對抗癌症的夢想。

人物介紹

Tal Danino 塔爾・丹尼諾
Tal Danino 塔爾・丹尼諾
生物學家與藝術家。我從小就對科學和藝術都有興趣,是因為我的父親是一位工程師,而我的母親是一名藝術家。

我如何成為生物學家與藝術家

在取得生物工程博士學位之前,我在大學是主修物理、數學和化學。而後來對合成生物學產生興趣,是因為這個領域能夠有意義地結合我所有的興趣;合成生物學,就是去重新設計、重新編排生物系統,來創造新的應用方式,尤其是醫學領域的應用。我目前是美國哥倫比亞大學「生物系統研究室」(Biological Systems Laboratory)的主任教授,我們專注在「細菌工程」上,研究開創如癌症等疾病的療法。 然而,我是在讀研究所時,才接觸到令人驚豔的「微觀電影」(用顯微鏡拍攝的影片),我認為那是視覺藝術的一種。接著,在麻省理工學院(MIT)擔任科學研究員期間,我開始和藝術領域有更多交流合作,例如和維克.穆尼斯(Vik Muniz)、安妮卡.伊(Anicka Yi)等藝術家合作。在那些合作中,藝術啟發了我在研究的科學,並讓我能更自由地工作。而從那時起,藝術便成了我在科學領域發展的一部分,科學也成了我在藝術領域發展的一部分。

生物藝術是什麼?

生物藝術是一種「使用科學方法,並以生物材料(例如細菌)作為媒介的藝術形式」。它能夠與科學交流,這是單獨用文字無法做到的。 生物藝術的視覺元素也很能激起觀眾的好奇心,例如在《微生物彩虹》(Microbial Rainbow)中,我希望透過各式各樣細菌的形態和行為,能激發觀眾去思考:你正在觀看的是什麼?細菌如何運作?它們在人體健康中扮演什麼角色?而它們又與我們的日常生活有什麼關聯?此外,生物藝術也反映了許多哲學和藝術主題,例如人體、科技、身分,以及和環境的關係。因此,這些疑問能夠映出結果,指出科學和科技發展的方向。

專訪塔爾・丹尼諾

請描述你在實驗室的一天是如何度過?

很多人不知道,但我在實驗室裡的工作並不真的是在「做實驗」。以我現在的角色來說,我上班的日子,都被研究生和博士後研究員的進度評量、科學期刊編輯工作、藝術/科學擴展計畫管理,和補助金申請文件所塞滿。

培養皿裡的微觀宇宙

你如何想到要用多種培養皿的細菌菌落創作藝術?具體創作過程是如何呢?

在麻省理工學院時,我開始注意到很多實驗室裡的科學成果本身,看起來就像藝術品。當時拿來做研究的培養皿,在我眼中就像個小小世界,我立刻燃起了興致,我想向世界展示這個不為人知、肉眼看不見的宇宙。從那時開始,我就開始發展《微觀宇宙》(Microuniverse)系列,再從這個系列延伸出新計畫,例如《微生物彩虹》。在《微觀宇宙》中,我們把接種細菌的培養皿放在恆溫箱裡,讓細菌生長。一旦細菌長成,就會用微生物染料上色。另外,我們在科學研究和藝術創作中,是以同樣的程序替培養皿染色(我們將染料倒入培養皿,接著沖洗培養皿,留下染上顏色的細菌)。染色後,脫水乾燥、切片,並放在 35 公釐的載玻片上。《微觀宇宙》中使用了各式各樣的細菌,從我們在實驗室裡用的基因改造菌株,到取樣自周遭環境的野生菌株,以此凸顯微生物世界的浩瀚。

提到細菌和病毒,人們常會直接聯想到造成疾病的元兇,但它們是否也可能是治療的幫手、甚至英雄?

最大的誤解就是:所有的細菌都很壞、都會讓人生病。世上有能致病的細菌,也有「好」細菌。我們體內、外都充滿了每天保護著我們的細菌,例如益生菌就是由有助腸道健康的細菌所構成。好菌會跟壞菌對抗,以恢復我們體內的平衡。

培養皿裡的微觀宇宙

透過這系列作品,你想傳達什麼樣的訊息給觀者?

《微觀宇宙》展現了從世界各地蒐集而來的細菌的圖像,而這些細菌則透過展示自己的樣貌,成為了這個作品活生生的協作者。這個系列的靈感源自於生活在我們體內外、種類和數量都極其驚人的細菌⸺一項統計顯示,我們體內的細菌數量,比整個銀河系的恆星還多。這讓我們能以正確的角度來看待「人類」這個身分:我們不只是宇宙的一部分,更是與體內的細菌及其他微生物共同生活的複雜生物體。最後,這個作品是用放大了好幾倍的視角,呈現出隱藏在顯微鏡下的小宇宙,而這個觀察讓我轉向思考內在,而不是看向外在。

培養皿裡的微觀宇宙

過去一年,COVID-19 讓很多人注意到了微生物這個領域。你認為,這場疫情對人類和我們看待科學的角度,代表著什麼?

疫情危機動搖了整個世界,大幅改變了我們(作為人類)與彼此互動的方式。然而,目前 COVID-19 的疫苗,是史上開發速度最快的疫苗,且施用後的有效率可達 94 至95%。我希望,能有更多人真心相信科學,並意識到那些透過研究與醫藥發展所拯救的每一條生命。

學生們可能在上生物課時感到痛苦,也不懂為什麼要認識這些肉眼根本看不到的東西。你會給他們什麼建議?

雖然我們很難將細菌視為每日生活「不可或缺」的存在,但我們生活的世界和我們的身體,就是被數兆個微生物所布滿的⸺從你吃的優格,到你喝的康普茶,細菌對人體機能運作和人體健康而言,是不可或缺的。請把細菌想成一個與你一起保持健康的隱形小團體吧!

01
枯草桿菌(Bacillus Subtilis)

存在於製作納豆用的乾稻草上而得名,屬安全有益的微生物,可直接噴灑在植物葉片上防止葉部真菌病害,亦可施於土壤中以預防土壤病害,更對多種作物根部的發育,有極明顯的促進作用。

02
奇異變形桿菌(Proteus Mirabilis)

存在土壤、水,且在健康人類腸道屬於正常菌叢,但在長期使用導尿管之免疫低下患者體內,常會引起如泌尿道感染,甚至可能導致腎臟病、肺炎或敗血症。

03
蕈狀芽孢桿菌(Bacillus Mycoides)

和枯草桿菌為同一屬,也能促進多種蔬菜作物幼苗的生長,包括油菜、萵苣、番茄、甘藍、菜豆等,尚且可誘導多種農作物(番茄、瓜類、甘藍)抗拒病蟲害的感染與危害。

04
樹枝狀類芽孢桿菌(Paenibacillus dendritiformis)

存於土壤、根際及昆蟲幼蟲上,可有效防止馬鈴薯等蔬菜的病害到腐壞,並提高農作物產量。

讀一讀 與看不見的微生物共存

文| WenLin 插畫| Pinzi Hsu

不要舔這本書
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| 作者: 伊丹.班 - 巴拉克
| 出版社:小天下
| NTD$300

為何不?當然是「布滿了細菌」,從你的襪子到珠穆朗瑪峰峰頂,只要你觸摸書頁上空白的地方,就可以黏住大腸桿菌小迷,翻頁讓它在牙齒、衣服和肚臍的電子顯微影像上旅行,上面棲息著鏈球菌小雷、黴菌丹尼斯與棒狀桿菌傑克,他們會開著諸如叫你「少刷點牙」或「美味的死皮」 的玩笑。
我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌
我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌
| 作者: 艾德.楊
| 出版社:臉譜
| NTD$450

微生物無所不在且至關重要,他們塑造我們的器官,保護我們免受疾病,分解我們的食物,刺激我們的免疫系統,指導我們的行為,用他們的基因轟炸我們的基因,並賦予我們不 可思議的能力。 不只關心人類,我們可以透過此書識得種種生物背後隱晦、看不見又妙趣橫生的生物學:腸道裡細菌與發光烏賊的關係;在樹幹植入真菌使森林傾頹毀壞的山松甲蟲; 壓制病媒蚊的染菌埃及斑蚊。更能 目睹人類有意無意地在扭曲與微生 物群落的共生關係。 其實和廣袤綿延的大陸相比,對 微生物來說,每個宿主就像一座島嶼, 只要人類一再探問微生物「為什麼在那 裡」的基本問題,理解體內微生物的組 成,科學家也就有可能達成操縱微生物 來恢復健康的願景。有些地方你不會想去。 即使我說,這兒的海洋碧藍清澈像 夏日天空,處處可見海龜和海豚; 這兒的綠蔭覆蓋成丘,各種鳥兒聚 集,在溼溼暖暖的空氣中鳴叫著。
萬物盡頭之島:隔離樂園
萬物盡頭之島:隔離樂園
| 作者: 基蘭・米爾伍德・ 哈爾葛芙
| 出版社:國語日報
| NTD$350

有些地方你不會想去。即使我說,這兒的海洋碧藍清澈像夏日天空,處處可見海龜和海豚;這兒的綠蔭覆蓋成丘,各種鳥兒聚集,在溼溼暖暖的空氣中鳴叫著。

此書靈感取自於現實菲律賓的庫里昂島,該島在 1906 年到 1988 年成為世界上最大的漢生病患隔離區,那段時期,漢生病是被污名化的普世疾病,作者筆下的女孩亞米因為一紙命令被迫與患病母親分離,政府僅以「拯救無辜」之名便讓無數家庭翻天覆地。這本書一方面描述漢生病患者及其家人都須面對的沮喪感,另一方面預示一段生命無論長短皆有其意義⸺有些蝴蝶只活一天,有些只活 一週,而有些只活一個月,但是他們每一天都忙著生活,牠們讓世界變得美麗,無論時間有多麼短暫。

 

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