3 k q$ ~& Y9 t2 k0 w v' @
* A8 g" J3 ~1 `) @! b
长久以来，深深的海洋底层的奇异生活，对人类的观看、学习和研究来讲，一直是一个挑战，海底生物生活在漆黑的黑暗中、冰冷的温度里、以及承受巨大的压力。自然选择的结果使这些生物身体部位奇特、结构杂乱无章。按照人类标准，这些生物俨然犹如外星生物。 " [2 C0 j$ \" S0 J+ `7 H% K
& u+ t" w$ L) ]% Y/ D& {
) f% B, B" ~+ ]" k- Q' w$ F" u 现在，一种新型的激光扫描摄影，正在照亮这些最超凡脱俗的生命形式。深海渊里的陌生的生物软体，由像水母似的黏液状和胶状材料制成，它们具有半透明部件和黏糊结构的迷宫，包括长丝、黏液、外壳和用于收集食物的细孔过滤器。最近，在西澳大利亚州的深处，科学家拍摄了一种胶状类型的虹管水母（学名：Siphonophorae），其长度达45米，这是目前世界上最长的海洋生物。 3 j9 W5 r4 G2 D6 x0 r* P
1 O; N/ Q3 K+ y
% |, Y* M9 l* r% r
有了这种新的激光扫描摄影工具，海洋生物学家就可以对海洋中一些最怪异、最神秘的生物进行精细梳理。如下图所示的海底尾鱼（学名：larvacean）三维（3D）重建及其内部复杂结构。 6 ]+ O3 L# U% ~
2 L& u' `$ K+ p ! d5 b& K& n) y! n0 C0 c9 N! s
& J9 P; Q7 A4 S 1 a5 D7 @) S8 B: y7 q3 [
, n; n, ?2 {! X+ ~' J& K- ]9 M3 q
这一最新激光扫描摄影技术论文，题为：“使用DeepPIV揭示深海中的神秘黏液结构”，发表在最近一期的《自然》杂志上。 , e6 z% j" R% x, b3 P
" [) S0 o! N5 t& \
& ~0 C e$ e Q3 R) R1 m9 p
5 o' A* ?& B: E2 O9 k ; k& c0 W; I, ^, I8 v* a# a
4 C( g5 u6 k, `, |
该论文描述了一种用于研究这些半透明生物的成像设备，它发出一束细小的扇形激光，扫过生物，从内部流和组织中收集反向散射的光线，然后将这些信息收集馈送到计算机中，从而以视觉方式细微地重建生物。该设备称为DeepPIV成像系统，可以像对人体的CT扫描一样显露内部。 : o8 e! a) R9 \ e8 _
* ]% M& i1 `. i' h: A# ?
/ j x- ^2 B" m: P
DeepPIV，英文全称：Deep Particle Image Velocimetry的简称，译为：深度粒子图像测速仪。粒子图像测速技术（PIV）是一种流动可视化的光学方法，用于获取流体中的瞬时速度测量值和相关属性。流体中填充了示踪颗粒，带有颗粒的流体被照亮从而颗粒可见。示踪粒子的运动用于计算所研究流的速度和速度场方向。 ) I/ ] X) E! e7 t) C+ O+ s0 R
! L2 w% G3 v" m7 d ( T2 O. k" X7 k4 g6 S6 s
典型的PIV装置包括一台照相机、频闪仪或激光器，其光学装置可限制照明的物理区域，通常为圆柱透镜，可将光束转换为直线，一个同步器，用作控制照相机和激光器，种子粒子和所研究流体的外部触发器。光纤电缆或液体光导可以将激光器连接到镜头装置。 PIV软件用于对光学图像进行处理。通过人工智能的深度学习技术对光学图像进行处理，即称为深度粒子图像测速（DeepPIV）。
) ]3 t5 B# E& s+ K N5 Q6 r
0 h$ f' i1 m& D
) @7 w6 f8 p6 b/ p) S' ?: @ 如下图所示巨型海底有尾鱼的内部和外部轮廓（左侧），以及DeepPIV成像系统的激光和照相机（右下侧）。 * i5 @. Z W Q3 x' j! c$ {
$ S" E- C& S1 ]# w
9 ^2 j4 D; B: x% Q- T # C) w$ b# C: T/ g- R
- u" b2 f/ [# I- b |' \
7 s. [* v( s( |6 e8 r5 m- U4 p
从事这项研究的海洋生物学家布鲁斯·罗宾逊（Bruce Robison）说：“这真是惊人。” “这将以一种非常好的方式来解决问题。”这项新技术将有助于揭示粘黏的动物如何进行移动、觅食、繁殖和保护自己。“现在，我们有了一种可视化这些结构的方法，我们终于可以了解它们的功能了。”
2 ~+ k9 x! u8 @* R5 |1 k: ?/ w
% m: A! [8 i4 a. x! L; |+ G
5 z/ X! O) u% e2 B
& q5 T* L1 N+ V( C$ o 1 J! v( l- O0 l+ ]+ ?( {5 }! J
+ n. X+ a" P' H, S
如上图图所示海底尾鱼的自然奇观，它可以分泌长达1米的气球状黏液喂养结构。在此大型结构中，有较小的拳头大小的过滤器，可用来收集猎物和微小的颗粒。
" N/ M6 @0 W K' Z
" L# r+ w: A# U% f; ^4 o. A$ d
2 @0 h. i1 g; z8 t. d + ^) M6 K2 x) Z( {+ {1 ~
5 o9 A9 ?: p7 y8 k
, ` a& h7 u- T2 m' b
如上图所示研究人员在船舱里将这种该新型装置对准海底尾鱼，在控制室屏幕上具体观察与操作摄像镜头。 : [# q" t+ c( c$ J& i- M
) s/ p! k, Y: f: |1 |2 ~0 k
6 T' T) c. A9 |" y, c, u* T 该研究团队首次使用了这项新技术，可以绘制海底生物内部结构图，从而确定其精确的形状和部件的确切功能。增强的计算机功能可以将可视化效果转换为电影，从而能够有效地通过过滤器并检查其流程。
. f' y2 _9 L1 G3 o- S: O : J ~( r' w6 f3 u
/ I) z* L/ J; C: _5 M 到目前为止，这是首次有机会研究深层生物中如此复杂的结构，这种可视化“可以揭示自然界中某些最复杂的形式。” # Z* g+ i- g; }3 h# b; ~
R, S L# `! l* l# x 8 G h5 P& \/ _. ]3 ~
这项新技术可能将对海洋科学产生重大影响，世界海洋如此广阔，漆黑深处的生物如此神秘。科学家估计，地球上超过99％的生物都生活在海洋中。总的来说，与陆地相比，全球海洋特别是深海，还是未知的。研究人员估计，多达一半的海洋生物仍未被发现，主要是中层深度以下的超自然生物。 0 a k6 Q5 F9 t
& g/ w; r3 ]1 M2 c) d0 P
1 P7 ?- Y# F8 u8 Y2 n, ? 举报/反馈
& p: c" B- @' ]! C/ [ 7 s) ~' n$ ?* D
) a: I2 F) p6 V N) v o6 I. u3 W4 V9 ]" q1 [
& K! f6 E! N! {5 U/ ?& I2 P* r9 M+ [: R
| 
