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显微镜下的精子

2010-06-09 08:47阅读:
精子:Sperm,来自希腊语,取“种子”之义,一颗“种子”就是一个细胞。在温和无害的玻璃皿中,每小时大约毙命5-10%;橡胶避孕套中这一数字达到60-80%。在他们自然死亡之前,我们就可以给他们画肖像画了。
先复习一下简史(一)的内容。下图左所示为普通光学显微镜下的精子;右边是荧光照片,在这张照片中,蓝色是他们的头,显示里边塞满了遗传的全部家当——DNA;红色是不停扭动的长尾巴,因为这个颜色染出了尾巴中为精子提供长跑比赛巨大能量的结构——“线粒体”(下文图中会看到线粒体如何塞满了精子尾巴)。
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用电镜画画需要更复杂的过程。
首先要杀死他们。原因是精子在电镜内部电子的轰炸下会死得非常惨烈,因此先将它们安乐死是一种仁慈的做法——这当然是谎话(生物学家和心慈手软毫不沾边)。正解是,在电镜系统内,这颗可怜的小精子正如一个摊开的鸡蛋,软塌塌地禁不起蹂躏,为了让生物学家能够长时间观察它,它必须坚毅地挺住。让鸡蛋变硬,我们可以煎炒烹炸,对精子,只能用化学物质让它内部的结构原地不动。
然后是细胞脱水。因为电镜内部几乎为真空,如果细胞里的水分持续不断地挥发到这个系统中,真空就会被打破。
下边还得让精子变得更结实,方法是将它们泡进液态的树脂中,然后放在烤箱里烤,加速自然界树脂的硬化过程,最后一颗亮晶晶的“精子琥珀”就出炉了。到这一步,两天至少已经过去。但这颗琥珀对于电镜观察实在太厚,于是需要用极其精细的手段将
之切成几十纳米薄的切片;琥珀很硬,因此用的武器是世间最硬的钻石制成的刀,刀尖锋利无比,价值上千美元。
把切好的精子切片放到电镜里,用电子轰炸、成像,一张如铅笔素描一般的精子电镜照片就炼成了。这张照片所显示的是长长的精子的尾巴,相当于上图荧光照片中红色的部分,那一个个整齐排列的圆球便是前边提到的能量工厂“线粒体”了。精子“头脑简单,四肢发达”(指头部内容物精简,尾巴力量无穷),头部没什么东西好看,就不给大家展示了。
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人最关心人的精子,实际上植物的精子一样美丽——它们被包裹在花粉之中。图示为天竺葵花粉,右下和左上分别为两颗细胞。其中右下的那个(被红笔框出)会在花粉落到柱头(雌性生殖器官)上之后一分为二,每一半都是一颗精子。和人的不同,天竺葵花的精子没有尾巴,不会游泳。
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在大学那个眼不花手不抖的年纪,我曾带着自己最绚烂的热情和最纯真的眼睛做过几年电镜工作。前所未有的精度揭示出超乎预期的生物细节,细胞内曲线之完美和布局之平衡也随之向我袭来,这些都让我只有接招的份儿。满眼和满脑充斥着惊喜和感动,我相信自己看到的微观世界就是宏观的生命之美的本源。
但是电镜操作复杂;更重要的是此项技术不能看活的细胞,这作为它致命的弱点,自六十年前“细胞学之父”首次描述细胞之时就承受起种种指摘,人们有理由怀疑,不管具有多少美学意义,电镜制样所必须的“致死”步骤或许改变了真实的细胞世界。现在,有些从前只能靠电镜来完成的工作已经能被其它手段取代;而电镜自己所配备的软件也使上边所描述的精密制样过程和那些精致的图片结果一再简化。有人说:电镜学家是世界上最相信“眼见为实”的人;还有人说,电镜是一门“正在死去的艺术”。
但至少现在,我仍然相信“做科学就是做艺术”,电镜研究是这句话最直观的体现。而电镜学家就如同舞台上正襟危坐的演奏家,握着自己的提琴,心里执着一个艺术的和精准的世界,不会被台下观众的喧嚣或冷漠而撼动。
扫描显微镜
精子还有另一种死法——它们可以被镀上金,变成一颗金精子,再拿到扫描电镜下边照相。下图一团乱麻就是扫描电镜下的精子。要知道为何镀金,如何照相,请听下回分解。
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致谢:感谢田萌提供动物精子的电镜和光镜照片。

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