大卫·古德塞尔教授的分子科学与艺术
也许在过去，艺术和科学领域被认为是不同的探索、表达和研究方向，但现在人们更广泛地接受它们是紧密相连的。虽然他们的工具和媒介不同，但首要目标是传达对我们周围世界的理解。
爱因斯坦曾说过:“最伟大的科学家也是艺术家。”当然，对“伟大”一词的解释是主观的。但是，如果我们把科学界最负盛名的荣誉——诺贝尔奖——作为衡量标准，爱因斯坦的观点是有道理的。在艺术促进科学成功美国密歇根州立大学的科学家、人文主义者和艺术家罗伯特·鲁特-伯恩斯坦教授和他的妻子米歇尔·鲁特-伯恩斯坦是一位学者、作家和诗人，他们分析了1901年至2005年期间诺贝尔奖得主的艺术职业。他们的数据表明诺贝尔奖获得者拥有艺术或手工艺职业的可能性是“普通科学家”的2.85倍。现在，在大多数科学家的职业生涯中，诺贝尔奖很少，但这篇论文对创造性努力可能赋予研究人员的素质进行了有趣的探索。
艺术和科学之间的关系似乎可以被比作自然界中的某种共生关系。艺术过程可以为自我表达提供一个出口，从而产生灵感，鼓励考虑不同的观点。同样，艺术作品可以提供科学概念的视觉描绘，允许理解复杂的，甚至微观的现象。
在许多人的心目中，大卫·古德塞尔教授体现了21世纪科学与艺术的交织圣世纪。作为一名结构生物学家出身的分子艺术家，古德塞尔在两个著名的实验室担任联合任命。在斯克里普斯研究所，他是一位计算生物学教授在整合结构与计算生物学系。在罗格斯大学(Rutgers University)，他为外展和教育创造材料结构生物信息学研究合作实验室(RCSB)蛋白质数据库(PDB)，一个全球大型生物分子三维结构数据存档资源本月分子．
结构生物学包括研究生物分子的结构和动力学，探索这与功能的关系，以及结构变化如何影响功能。在古德塞尔自己的话说，“SciArt的力量可能在结构生物学中有最强烈的表现，在结构生物学中，我们研究的东西特别适合视觉表现。”在古德塞尔近30年的职业生涯中，他做到了创建数百件艺术品描绘了精致分子世界的美丽错综复杂。他的投资组合包括对生命至关重要的分子，如乙酰胆碱酯酶、胶原蛋白和血红蛋白，以及令人发指的致病入侵者，如埃博拉病毒或艾滋病毒．他描述了他用充满活力的水彩色调创作了细胞景观，作为“模拟细胞中尺度的视图，取细胞的一部分并描绘其分子组成”。
作为科学文献的主要贡献者，古德塞尔还著有四本书，其中包括:生命的机制2.我们的分子性质:身体的马达、机器和信息，3.生物纳米技术:来自大自然的教训而且4.原子证据:看到生命的分子基础。他对科学、艺术和教育的热情和承诺广受赞赏;最近他被授予2022年范库臣纪念奖由美国结晶学协会表彰“对结晶学研究的贡献，被公认为是一个有效的老师”。的新闻稿该奖项表彰了古德塞尔“作为科学传播者的非凡技能”。
古德塞尔称自己是一名科学家，最重要的是，他的艺术目标是“创造作为科学工具的图像”，在他看来。第20期《科学观察者》，188金宝搏备用有幸采访了古德塞尔，他谦逊而有才华。我们谈到了他早期在科学和艺术方面的经历，他令人惊叹的图像背后的创作过程，以及在这个领域追求事业的过程。
莫莉·坎贝尔(主持人):你从小就开始画画，但后来选择了科学作为职业。你能跟我们谈谈这个决定吗?
David Goodsell (DG):我最初的兴趣是自然历史——植物收藏和昆虫收藏——从那里，兴趣演变到更广泛的科学。我父亲是一名航空航天工程师，所以我很大程度上继承了他对科学和技术的热情，但我们全家都可以用“附庸风雅”来形容。我的祖父是一位水彩画家，他从小就开始教我如何用水彩画。
我一直是一个“科学书呆子”，我想我知道——从专业的角度来看——我将成为一名科学家;我总是在业余时间创作艺术，只是为了娱乐和保持理智。当我进入研究生院时，我开始真正地将艺术带入我的日常科学工作中。从那时起，我就用艺术“为科学服务”。我很幸运，在研究生期间，计算机图形硬件开始变得负担得起。我在加州大学洛杉矶分校(UCLA)加入的部门购买了非常酷的人工智能和计算机图形软件，没有人知道如何使用。我开始尝试编写程序和开发支持我所从事的科学的方法。真的，这让我在艺术上有了一些自由。加州大学洛杉矶分校是一个很好的例子，艺术方法帮助我理解科学，并受到其他看到这样做的价值的科学家的赞赏。
MC:你喜欢你的博士经历吗?
DG:太棒了。我一直梦想着做真正的研究，突然间，我发现自己在一个实验室里，第一次，我可以根据一个问题设计一个实验方法，并提出解决这个问题所需的工具。
我的导师理查德·迪克森教授是一个惊人的跟随-一个典型的绅士科学家的例子。令我惊讶的是，此后我所做的一切都是按照他的方法进行的。他能够教我晶体学的基础知识，以及如何以一种学院式的方式与同事互动，但他也长期撰写有影响力的化学书籍，并与艺术家欧文·盖斯(Irving Geis)合作多年。他们写了几本关于蛋白质结构的一般性书籍，迪克森很乐意让我在我的核心研究的同时，研究这些可视化方法。这个环境非常适合我做我想做的事。
David Goodsell和Richard Dickerson利用Evans和Sutherland (E&S)多图像系统和定制软件的交互式显示，探索了与试验抗肿瘤化合物奈tropin结合的DNA结构。资料来源:加州大学洛杉矶分校
MC:你还记得你从艺术的角度看的第一个科学项目吗?
DG:肯定的!当时我正在和迪克森一起工作，用x射线晶体学研究DNA小片段，以了解抗癌药物是如何与它们结合的。我们会得到晶体学图，然后把它们打印在醋酸盐透明胶片上，用有机玻璃叠起来，然后用手测量所有的东西。然后，一种新的图形系统——称为多图系统——被引入，它允许你在屏幕上交互式地做很多工作，但没有一个好的软件。我最初完成的一些项目包括我们在实验工作中确定的结构和晶体图，并提出图形化的方法来观察这些新的计算机图形系统。
MC:你对解决结构感兴趣的是什么?
DG:我清楚地记得我从一个DNA结构中得到的第一张电子密度图。当我们把它放在屏幕上时，我想，“我在这里看到这些单独的原子”。这是我训练的重点——意识到“我们实际上可以用这些方法来。看到这些生物分子”。一切都是在此基础上建立起来的。我想我一直对结构生物学感兴趣，这可能来自于我早期对自然史的兴趣。我喜欢观察事物，对它们进行分类，了解变化。这是一种非常直观和有形的方法，可以看到事物的结构，并弄清楚它是如何工作的。
MC:你现在在斯克里普斯研究所和罗格斯大学担任两个职位。从您谈到的早期毕业经历来看，您的研究重点是如何发展到现在的?
DG:我总是试图把我做的事情分成两半——研究是一半，外联工作是另一半。当我开始在斯克里普斯工作时，我所有的工作都集中在研究上;我在业余时间完成了所有的艺术作品、插图、教育和宣传工作。
随着我职业生涯的发展，我在推广和艺术作品方面越来越出名，我找到了用这些来养活自己的方法。这就是RCSB出现的原因。的本月分子这个项目一开始是开发一些用来探索分子结构的软件，我为这个软件写了一些小故事。它从那里开始螺旋式发展，变成了RCSB普及档案中可用结构的一种方式，并将用户社区扩展到可能不了解如何在自己的研究或生活中使用结构数据的人群。
所以，我的职业轨迹是从科学家开始的。然后随着我的艺术作品名声越来越好，我能够在这个领域增加我的工作，就在那时，罗格斯大学的任命发生了。
本月的分子
RCSB PDB于2000年1月推出本月分子是PDB教育门户网站的一部分。由Goodsell撰写，它介绍了来自PDB的分子的简短概述，概述了分子的结构，其功能及其与生命科学及其他领域的相关性。
作为一个开放获取的资源，每月分子已被证明是一个重要的教育工具，由一个2019年的调查RCSB PDB的调查发现，在339名受访者中，约50%的人使用该栏目进行教学，约60%的人在学院或大学工作，约78%的人在生物学和生物化学领域工作。一个编辑古德塞尔和他的同事发表了该项目的20篇论文th生日面临着这样一个问题:20年后，你的分子是不是快用完了?作者回应说:“新的生物结构方法，如冷冻电子显微镜和x射线自由电子激光的时间分辨晶体学，正在开辟结构研究的全新领域，并为柱中包含的结构提供了越来越复杂的结构。”
MC:你的艺术作品集包括水彩画，描绘细胞环境的内部，按比例绘制。这听起来非常复杂——你能告诉我们你是如何创建这些图像的，以及你是如何确保它们是精确的吗?
DG:实际上有两种方法可以解决这个问题。一种是身临其境的风格，就像你在一个牢房里航行，你发现自己在中间，环顾周围的环境。
我使用的另一种方法是，你想象你取了一个单元格，然后“剪掉它”，所以你在一段距离外看着你前面的部分。就像在细胞里开了一道平刀。我使用这种方法是因为，首先，它允许我展示单元格的全景部分，其次，因为我可以以相同的比例绘制所有内容，并且您可以从大小角度比较各个部分。
它不像沉浸式的方法那样引人注目，但对我来说，这些方法可能会有太多的扭曲——我失去了我想要展示的东西。当然，这种情况可能很快就会改变，因为动画变得更容易获得，更容易使用，越来越身临其境——以虚拟现实为例。我实验室的人正在试验新的动画方法，试图创造一个细胞的“沉浸式”体验，但我确实认为，如何理解这种环境中的规模关系是非常“悬而未决”的。
关于精确:我总是试图在这些插图中捕捉当前的知识状态。大多数情况下，在我开始画草图之前，我有一半的时间都花在了研究主题上。刚开始的时候，这个过程很辛苦，需要在图书馆花很多时间。现在要简单多了，因为我们有很棒的在线资源，比如RCSB PDB，UniProt而且PubMed这使得所有信息都触手可及。
MC:很多人认为自己是视觉学习者。你对视觉学习有什么看法?人们可能如何使用你的图像来理解概念?
DG:我总是把自己描述成一个视觉型的人，一个视觉型的学习者——如果我能看到，我就能更好地理解它。
细胞图片的一个重要方面是，它们提供了一种无法通过实验获得的细胞视图，或者至少直到现在非常最近。晶体学方法可以让你非常详细地了解一个分子的结构，而显微镜可以观察整个细胞，但并不总是让你看到单个分子。我创造的图像综合了信息，创造了一个从实验方法中无法获得的视图。
现在，随着冷冻电子断层扫描技术的发展，这种情况正在改变，它可以常规地显示细胞内的单个核糖体等东西。但要获得完整的视图，显示每个分子，模拟图像仍然是唯一的方法。
我认为，给科学家提供一个细胞拥挤程度的视觉概念，是他们思考实验时的试金石。这是一个细胞的视图，在我开始创作这些图片之前是没有的。人们知道他们很挤，但他们在考虑工作时并没有真正内化这一点。我认为这是我的照片最大的影响。
此外，使用RCSB PDB，我非常努力地创建了一种风格，使单个蛋白质结构易于访问和感觉熟悉。我使用了一种类似卡通的方法，这种方法是丰富多彩的，并且希望比您可能在技术文献中看到的复杂图表更易于解释。
MC:在你的职业生涯中，你最喜欢的项目是什么?
DG:我画的细胞内部的画是我仍然非常喜欢做的事情。当我在博士后阶段开始研究这些问题时，我把它视为对自己的挑战。感觉就像寻宝一样。当时，我不知道是否有足够的信息真的创建一个显示细胞内所有分子的精确图像。我不得不花很多时间在图书馆收集我需要的信息，并试图想出可视化的方法，使这个复杂的空间是可解释的。当我完成我的第一张照片时，我认为那可能是我迄今为止创作生涯中最有价值的时期。
我职业生涯中另一个令人兴奋的时期是我在计算机图形学早期的研究生工作期间。整个领域都非常令人兴奋，因为没有人知道怎么做任何事情，所以每个人都在做他们做的事情，所以那是一个尝试新的表现形式，新的照明方法和实验视觉方法的时候，让这些细节更容易理解和解释。
MC:我想，由于科学发现的性质，你的工作永远不会真正完成。新数据的不断发布改变了我们对某些概念的理解。你是怎么处理的?
DG:你必须使用你所拥有的东西——对我来说，这就是已经发布的信息，以及我找到这些信息的能力。我很幸运，大多数研究人员不会挑出微小的细节，然后说“实际上，这是不正确的”，而是将其视为现有信息的更大、更普遍的综合。
我已经创作这些照片将近30年了。对我来说，回顾我过去拍的照片——拿半打来说吧大肠杆菌结构例如，我把这些图片看作是我当时能找到的信息的快照。它表明科学是一个不断变化和进步的有生命的过程。我不太担心这些图片会过时，很大程度上是因为我经常在制作它们的时候有一个应用程序，所以图片需要捕捉人们的想法或知道的东西今天．
司仪:如果，在创建图片的时候，你不你需要的信息都有了吗?
DG:我所做的很大程度上取决于如何使用图像。我不喜欢创建图像，我必须做很多内容。当人们让我这样做时，我告诉他们科学还没有达到这个水平。
MC:你的工作作为一种教育工具被广泛使用，与期刊研究文章一起使用。当你知道你正在对世界对科学的理解产生重大影响时，你有什么感觉?
DG:这就是我做这个的原因，这样我就能帮助人们像我一样看待细胞。最重要的是，我为自己创作这些艺术，因为我对看到这些观点非常感兴趣，但看到其他人以我看到的方式将细胞过程或分子可视化，并在此基础上添加任何他们可以添加的信息，这是很美妙的。
例如，细胞图像通常在教科书中使用，最经常出现在书的开头，说“看，细胞是真的拥挤的地方”。然后，其余的教科书集中在这些单独的元素上，分解它们是如何工作的，以创建这个整体的画面。这是非常值得的。
我很幸运能够与RCSB PDB合作，并通过知识共享协议免费提供所有图像。我能这么做的唯一原因是RCSB PDB给了我所需要的支持，这意味着他们真正看到了科学中艺术方法的价值。
MC:你能告诉我们“CellPAINT”，它是什么?你希望如何使用?
DG:作为我们创建整个细胞3D模型工作的一部分，我想创建一种易于使用的方法，供人们使用来创建他们自己的细胞环境图片。实验室里有两个天才，Ludovic Autin博士而且亚当•加德纳他采纳了这个想法，创建了CellPAINT。它的工作原理就像一个熟悉的数字绘画工具，但不是画笔，而是从调色板中选择分子来绘制场景。我们目前正在对它的虚拟现实版本进行最后的润色，这将使构建类似的三维场景变得更容易。
MC:对于那些完成科学或艺术教育的人来说，追求科学艺术的职业似乎不是一条明显的道路。对于那些读了我们的采访并认为自己想在这个领域工作的人，你有什么建议吗?
DG:我收到很多询问，问我如何走上与我类似的职业道路。我总是告诉人们，当我观察我的朋友和同事时，他们有两条路走到了现在的位置。
第一个是我选择的路径。我接受了科学方面的训练，这使科学成为我的主要职业，然后我做艺术作品来支持它。对我来说，这是能够在这个空间里谋生的最现实的道路。科学领域的工作更加明确，对吧?科学界渴望这种类型的图像，但并不总是愿意为此付钱。
我看到人们遵循的另一条道路是首先一头扎进艺术世界。世界各地都有一些美丽的学校来学习科学艺术，在美国，甚至有医学插画学院，如医学插画家协会和自然科学插画家协会．
这些机构可以支持那些希望在科学和医学插图方面建立职业生涯的人。对于选择这条道路的人来说，我看到了各种不同类型的工作的大门——作为教科书插图画家，与制药公司合作的自由艺术家，在博物馆工作，等等。找到这样的工作可能不像从事研究那么明显，但同样有回报。
MC:在分子艺术领域还有谁给了你灵感?
DG:我是科学艺术的贪婪消费者，所以我从很多很多来源中汲取灵感。当然，欧文·盖斯是分子插画之父，是他让我走上了这条路。目前，我认为有几个人是我的竞争对手/合作者:和我在同一个领域工作的朋友。这些包括德鲁·贝里教授，珍妮特·伊瓦萨博士，盖尔·麦吉尔博士而且Beata Mierzwa博士．
MC:你认为你工作中最大的挑战是什么?
DG:我需要整合多种类型的数据(原子结构、蛋白质组学、显微镜等)，处理当前异构的数据环境总是一个挑战。通常，每种类型的数据都有自己的数据库、格式、搜索工具等。在某些情况下，在线数据库是不可用的，所以我需要直接去找科学家。这一挑战正变得越来越好——20年前，这些基于网络的信息源甚至都不存在。但每次都感觉像是寻宝，因为我试图收集我需要的信息来支持这些插图。
David Goodsell教授接受了技术网络的高级科学作家Molly Campbell的采访。188金宝搏备用
