分子科学与艺术与大卫古塞尔教授
也许在过去，艺术和科学领域被认为是不同的探索、表达和研究领域，但现在，人们更广泛地认为它们是紧密相连的。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。
据说阿尔伯特·爱因斯坦曾说过“最伟大的科学家也是艺术家”。当然，对“伟大”一词的解读是主观的。但如果我们把科学界最负盛名的荣誉——诺贝尔奖——作为一个衡量标准，爱因斯坦的观点是有价值的。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、艺术家罗伯特·鲁特-伯恩斯坦(Robert Root-Bernstein)教授和学者、作家、诗人米歇尔·鲁特-伯恩斯坦(Michele Root-Bernstein)夫人对1901年至2005年诺贝尔奖得主的艺术生涯进行了分析。他们的数据诺贝尔奖得主拥有艺术或手艺的可能性是“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品质进行了有趣的探索。
艺术与科学之间的关系似乎可以比作自然界的共生关系。艺术过程可以提供一个自我表达的出口，产生灵感，鼓励考虑不同的观点。同样地，艺术作品可以提供科学概念的视觉描述，使人们能够理解复杂的，甚至是微观的现象。
在许多人的心目中，大卫·古塞尔教授体现了21世纪科学与艺术的交织圣世纪。由结构生物学家转变为分子艺术家的古德塞尔在两个著名的实验室担任联合职务。在斯克里普斯研究所，他是一位计算生物学教授综合结构与计算生物学系在罗格斯大学(Rutgers University)，他为社区的推广和教育制作材料结构生物信息学研究合作实验室(RCSB)蛋白质数据库(PDB)，一个全球性的大型生物分子三维结构数据存档资源，以及本月分子奖。
结构生物学包括研究生物分子的结构和动力学，探索其与功能的关系，以及结构变化如何干扰功能。在古德塞尔自己的话说“科学艺术的力量可能在结构生物学中表现得最强烈，在结构生物学中，我们研究的东西特别适合于视觉表现。”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复杂性。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病毒。他描述了他的细胞风景画使用水彩画中充满活力的阴影，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，古德塞尔还撰写了四本书，包括:1。生命的机器2.我们的分子本质:身体的马达、机器和信息，3.生物纳米技术:来自大自然的教训和4.原子证据:看生命的分子基础。他对科学、艺术和教育的热情和投入广受赞赏;最近，他被授予2022年凡库辰纪念奖由美国晶体学协会作为对“一位公认的有效教师对晶体学研究的贡献”的认可。的新闻稿与此同时，该奖项还表彰了古塞尔“作为科学传播者的非凡技能”。
古德塞尔将自己描述为一名科学家，首先也是最重要的——在他看来，他的艺术目标是“创造图像作为科学的工具”。第20期科学观察家，188金宝搏备用有幸采访了古德塞尔——他既谦虚又有才华。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，以及在这个领域的职业追求。
莫莉·坎贝尔(MC):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?
大卫·古塞尔(DG):我最初的兴趣是自然历史——植物收集和昆虫收集——从那时起，兴趣逐渐发展到更广泛的科学领域。我的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画家，他从小就开始教我如何用水彩画。
我一直是一个“科学迷”，我想我知道——从专业的角度来看——我会成为一名科学家;我一直都是为了娱乐和保持理智而创作艺术。当我进入研究生院的时候，我开始真正把艺术带到我的日常科学工作中。从那以后，我一直用艺术“为科学服务”。我很幸运，在研究生院的时候，计算机图形硬件开始变得负担得起。我加入的加州大学洛杉矶分校(UCLA)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方法来支持我所做的科学研究。真的，这让我有了一些艺术上的自由。加州大学洛杉矶分校是一个很好的例子，在那里，艺术方法帮助我理解科学，并得到了其他科学家的赞赏，他们看到了这样做的价值。
主持人:你喜欢你的博士生涯吗?
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·迪克森教授是一个了不起的追随者——一个绅士科学家的经典例子。我很惊讶，从那以后我所做的一切都是按照他的方法设计的。他能够教我晶体学的基础知识，以及如何以学院的方式与同事互动，但他也有写有影响力的化学书籍的悠久历史，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通用书籍，迪克森非常愿意让我在做核心研究的同时，研究这些视觉方法。这里的环境非常适合我想做的事情。
David Goodsell和Richard Dickerson利用埃文斯和萨瑟兰(E&S)多图像系统和定制软件的交互显示，探索与试验抗肿瘤化合物netropsin结合的DNA结构。资料来源:加州大学洛杉矶分校。
主持人:你还记得你第一次从艺术的角度看科学项目吗?
DG:肯定的!当时我和迪克森一起工作，用x射线晶体学来研究DNA的小片段，以了解抗癌药物是如何与它们结合的。我们会得到晶体图，把它们打印在醋酸酯透明片上，用有机玻璃片堆叠起来，然后用手测量所有的东西。然后，一种新的图形系统——称为多图像系统——被引入，它允许你在屏幕上交互式地做很多这样的工作，但是没有一个好的软件。我完成的第一个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看待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。当我们把它放到屏幕上时，我对自己说，“我来了看到这些单个原子”。这是我训练中的一个重点——意识到“我们实际上可以用这些方法来。看到这些生物分子”。一切都是以此为基础。我想我一直对结构生物学很感兴趣，这可能源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，了解它们的可变性。这是一种非常直观和切实的方法，可以看到事物的结构并弄清楚它是如何工作的。
主持人:你现在在斯克里普斯研究所和罗格斯大学担任两项职务。从你刚毕业时的经历来看，你的研究重点是如何演变成现在这样的?
DG:我一直试图把我所做的事情分成两部分——研究是一半，拓展工作是另一部分。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;我在业余时间做了所有的艺术品、插图、教育和推广工作。
随着我事业的发展，我越来越以外联和艺术作品而闻名，我找到了一些方法来支持自己。这就是RCSB发挥作用的地方。的本月分子奖这个项目开始于一些用于探索分子结构的软件的开发，我在写一些小故事来配合这个软件。它从那里开始螺旋式发展，并成为RCSB普及档案中可用的结构的一种方式，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，我的职业轨迹基本上是从一名科学家开始的。后来，随着我在艺术作品上的名气越来越大，我能够增加在这个领域的工作，就在那时，罗格斯大学的任命发生了。
本月分子
2000年1月，香港公务员事务局推出“本月分子奖是PDB教育门户网站的一部分。由Goodsell撰写，它介绍了PDB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。
作为一种开放获取的资源，月度分子已被证明是一种重要的教育工具2019年的调查RCSB PDB的调查发现，在339名受访者中，约50%的人将该栏目用于教学，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。一个编辑由Goodsell和他的同事在该项目的20年出版th生日面对的问题是:20年过去了，你的分子不是快用完了吗?“新的生物结构方法，如低温电子显微镜和x射线自由电子激光器的时间分辨晶体学，正在开辟结构研究的全新领域，并为该专栏提供了日益复杂的结构，”作者回应道。
MC:你的作品集包括描绘细胞环境内部的水彩作品，按比例绘制。这听起来非常复杂——你能跟我们谈谈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接近它。一种是沉浸式的风格，就像你在牢房里航行一样，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，你想象你拿了一个细胞，然后把它“剪掉”，这样你就能在一定距离内看到前面的一部分。就像在细胞里平切一样。我使用这种方法是因为，首先，它允许我展示细胞的全景部分，其次，因为我可以用相同的比例画出所有的东西，你可以从大小角度比较各个部分。
它不像沉浸式的方法那样戏剧化，但对我来说，这些方法可能会有太多的扭曲——我忘记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接近、更容易使用，并且越来越具有沉浸感——以虚拟现实为例。在我的实验室里，人们正在尝试用新的动画方法来创造一个细胞的“沉浸式”体验，但我确实认为它非常“悬而未决”，因为你如何理解这种环境中的规模关系。
关于精确:我总是试图在这些插图中捕捉知识的当前状态。大多数情况下，在我开始画草图之前，我花了一半的时间来研究一个主题。刚开始的时候，这个过程很辛苦，需要花很多时间在图书馆。今天就容易多了，因为我们有很棒的在线资源，比如RCSB PDB，UniProt和PubMed这样所有信息就唾手可得了。
MC:很多人说自己是视觉学习者。你对视觉学习的看法是什么?人们如何使用你的图像来理解概念?
DG:我一直把自己描述为一个视觉人，一个视觉学习者——如果我能看到它，我就能更好地理解它。
细胞图片的一个重要方面是，它们提供了一个没有实验可用的细胞视图，或者至少在此之前没有非常最近。晶体学方法可以让你非常详细地了解一个分子的结构，而显微镜观察整个细胞，但并不总是允许你看到单个分子。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，冷冻电子断层扫描正在改变这种情况，它可以常规地显示细胞内的单个核糖体。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，向科学家提供一个视觉概念，让他们了解细胞有多拥挤，这是他们在思考实验时的试金石。这是一幅在我开始创作这些图片之前无法获得的细胞视图。人们知道他们很拥挤，但当他们思考自己的工作时，他们并没有真正意识到这一点。我认为这是我的照片最大的影响。
此外，通过RCSB PDB，我非常努力地创建一种风格，使单个蛋白质结构易于访问并感到熟悉。我使用了一种类似卡通的方法，这种方法色彩丰富，希望比您在更多技术文献中看到的复杂图表更容易理解。
MC:在你的职业生涯中，你最喜欢的项目是什么?
DG:我所做的细胞内部的绘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，我将其视为对自己的挑战。感觉就像一次寻宝。当时，我不知道是否有足够的信息真的创建一张精确的图片，显示细胞内的所有分子。我不得不花很多时间在图书馆收集我需要的信息，并试图想出视觉方法，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，我认为这可能是我创作生涯中迄今为止最有价值的时期。
我职业生涯的另一个令人兴奋的时期是在我的研究生工作期间，那是计算机图形学的早期阶段。整个领域都非常令人兴奋，因为没有人知道如何做任何事情，所以每个人都在做，所以这是一个尝试新的表现方式，新的照明方法和实验视觉方法，使这些细节更容易理解和解释的时候。
MC:我想，由于科学发现的本质，你的工作永远不会真正结束。新数据不断发布，这改变了我们对某些概念的理解。你是怎么做到的?
DG:你必须利用现有的信息——对我来说，就是发布的信息，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，说“实际上，这是不正确的”，而是把它看作是一个更大的、一般的信息综合。
我创作这些照片已经快30年了。对我来说，回顾一下我过去拍的照片——拿六张来说吧大肠杆菌结构例如，我画了这些图，我把这些图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活生生的过程。我不太担心照片会过时，很大程度上是因为我在拍摄照片的时候经常有申请，所以照片需要捕捉人们的想法或所知今天。
司仪:如果在创作一幅画的时候，你不你需要的信息都准备好了吗?
DG:我所做的很大程度上取决于图像的使用方式。我不喜欢创建需要大量内容的图片。当人们要求我这样做时，我告诉他们科学还不能做到这一点。
主持人:您的工作被广泛用作教育工具，伴随期刊研究文章和其他。当你知道你对世界对科学的理解产生了重大影响时，你有什么感觉?
DG:这正是我做这个的原因，这样我就可以帮助人们以我所看到的方式来看待细胞。最重要的是，我为自己创作艺术，因为我对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，并在此基础上进行构建-添加任何他们可以添加的信息到图片中，这真是太棒了。
例如，细胞图像通常用于教科书，通常出现在书的开头，说明“看，细胞是真的拥挤的地方”。然后，教科书的其余部分将重点放在这些单独的元素上，以分解它们是如何形成整体图景的。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。我能做到这一点的唯一原因是RCSB PDB为我提供了我需要的支持，这意味着他们真正看到了艺术方法在科学中的价值。
司仪:你能告诉我们“CellPAINT”它是什么，你希望它如何被使用?
DG:作为我们创建整个细胞3D模型工作的一部分，我想创建一个易于使用的方法，让人们使用它来创建自己的细胞环境图片。实验室里的两个天才，卢多维克·奥丁医生和亚当•加德纳他带着这个想法创造了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，而是你从调色板中挑选分子来绘制场景。我们目前正在对它的虚拟现实版本进行最后的润色，这将使它更容易建立类似的三维场景。
MC:对于完成科学或艺术教育的人来说，从事科学艺术似乎不是一条显而易见的道路。对于那些读了我们的采访并想在这个领域工作的人，你有什么建议吗?
DG:很多人问我怎样才能走上和我相似的职业道路。我总是告诉人们，当我看着我的朋友和同事的社区时，他们走到了现在的位置，实际上有两条路。
第一个是我走过的路。我接受了科学方面的培训，这使科学成为我的主要职业，然后我做艺术来支持它。对我来说，这是能够在这个空间里谋生的最现实的途径。科学领域的工作更明确，对吧?科学界渴望这种类型的图像，但并不总是愿意为此付费。
我看到人们走的另一条路是先一头扎进艺术世界。世界上有一些漂亮的学校来学习科学艺术，在美国，甚至有医学插画学院，比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发展事业的人。对于那些选择这条路的人来说，我看到了各种不同类型工作的大门——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样明显，但同样有回报。
MC:在分子艺术领域还有谁给了你灵感?
DG:我是一个科学艺术的贪婪的消费者，所以我从很多很多来源汲取灵感。欧文·盖斯，当然，是分子图解之父，是他引导我走上了我的道路。目前，我认为有几个人是竞争对手/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，Janet Iwasa博士，盖尔·麦吉尔博士和Beata Mierzwa博士。
MC:你认为你工作中最大的挑战是什么?
DG:我需要集成多种类型的数据(原子结构、蛋白质组学、显微镜学等)，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来源甚至都不存在。但每次我都感觉像是在寻宝，因为我试图收集支持插图所需的信息。
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