Illustration versus Photography in Science

I often get asked, specially by students, “why do we need to draw when we can take photographs?”, “isn’t scientific illustration old-school?”. To answer this I always start by clarifying one issue: I am all for technology, new media, learning new techniques and enjoying the many advantages that we have in the XXI century, from smartphone, to GPS, to confocal microscopy. In my view, we are not replacing one tool by the other, but we are expanding the array of tools and possibilities to do what we want to do: visually record or communicate something in science.

The purpose of photographs and illustrations

Photographs and illustrations have different purposes in the visual communication of science. On the one hand, with a photograph you can capture everything that the camera sees in a particular moment in which you have an unique individual, cell, or molecule in front of you. On the other hand, with an illustration you can show or record only the necessary: you can omit, clarify, emphasize, select things that are important, summarize something across many organisms and even draw something that is inside a structure. Illustrations allow you to integrate, for example, information that has been obtain through different planes in a microscope or using different organisms seeing at different times or places, thus creating the “average” organism.

 

For example, if you want to show evidence of the re-discovery of a species that was thought to be extinct, such as Allonautilus scrobiculatus,  you would want to show a video or photograph of the animal. But if you want to show the anatomy of a general individual of that or other species, show the cavities, organs, and overall architecture of the shell, you most probably would prefer a line illustration that will show that what is essential and omit unnecessary information. Actually, most probably, you will want to include both types of images side by side.

 

The key point is that illustrations are more than really slow-making equivalents of photographs, although it is tempting to assume that when seeing the gorgeous photorealistic illustrations of the XVII-XIX century.

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Old and new scientific illustrations are images that represent the thought process, knowledge, ideals, and epistemological virtues of the scientist of a specific period in history. Lorraine Daston and Peter Galison in their thoughtful and beautifully illustrated book “Objectivity” go deep into this issue by discussing how scientists in collaboration with illustrators had tried through history to show different things at different times when making Scientific Atlases, from the “truth” behind the imperfections of the individuals, to every detailed of the organism (in the name of objectivity), to the patterns of nature obtained only through trained judgment. Among other things, a scientific illustration can show hypothetical images of extinct species like the work done by Charles Robert Knight on dinosaurs, life cycles of organisms such as the marine gastropod Concholepas concholepas (shown above), animated illustrations that show the beautiful mechanics of animal flight, or complex medical procedures.

Drawing as a way to observe and think

However, the most important aspect for me about drawing and illustrations, is that drawing force you to really see while creating them. So is not just about the result, but the process. With a photograph one tends to record things quickly, but drawing forces you to pay close attention to the present moment, to the organism that you have in front of you and not just to the theory behind it. Is that shell really similar to this other one? is that leaf similar to the one drawn in this book? what is that weird looking bump in the surface of that organ? is that cell really doing what is “supposed” to be doing during the development of the embryo?.

 

 

First known sketch by Darwin that shows an evolutionary tree.

First known sketch by Darwin that shows an evolutionary tree.

Today, educational programs like “Picturing to learn” are incorporating drawing into the teaching of science in college, because in addition to helping students to observe more clearly it reveal student’s misconceptions, it helps students to reason and learn, and it deepens their knowledge. It is very different to memorize the definition of evolution, than to draw a diagram that explains the scenario in which evolution occurs. Even Darwin ran out of words and had to draw a diagram while thinking about evolution as this famous image on one of his notebooks shows.

 

“You don’t take a photograph, you make it”

—Ansel Adams

 

Finally, I like to remind my students that as Ansel Adams said “You don’t take a photograph, you make it”. In spite of the tempting idea that photographs are more objective than drawings because they are taken by a machine, the one that choses the lenses (or microscope attachments), the light, the plane of focus and so on is the human being behind the camera.  Photographs are constructed with light by decisions taken by the photographer, and they can be adjusted and manipulated at any step throughout the editing process. And I am not just talking about Photoshop: we have being manipulating photographs from its very beginnings in the dark room. As I said at the start, I embrace the diversity of tools that we have to record, learn and show visual information in science, and that includes manual and digital illustrations and also photographs which —in the right hands— can generate breathtaking images.

 

[a continuación texto en español]

Ilustración versus fotografía en Ciencia

Frecuentemente me preguntan, especialmente mis estudiantes, “¿por qué tenemos que dibujar cuando podemos tomar una fotografía?”, “no es la ilustración científica anticuada?. Y siempre contesto esta pregunta clarificando un punto primero: me encanta la tecnología, los nuevos medios, aprender técnicas nuevas y disfrutar las ventajas que tenemos al vivir en el siglo XXI, desde el uso de smartphones, GPS y hasta visualizar organismos con microscopía confocal. Desde mi perspectiva, no hemos reemplazado una herramienta por otra, si no que hemos ampliado el abanico de herramientas y posibilidades para hacer lo que queremos: registrar y comunicar visualmente algo en ciencia.

 

El propósito de las fotografías y las ilustraciones

La fotografía y el dibujo tienen distintos propósitos en la comunicación visual de la ciencia. Por una parte, con la fotografía puedes capturar todo lo que la cámara ve en un momento específico, y en el cuál tienes a un organismo, célula, o molécula única frente a ti. Por otra parte, con el dibujo puedes ilustrar sólo lo necesario: puedes omitir, clarificar, enfatizar, seleccionar cosas importantes, resumir lo que ves en muchos organismos e incluso dibujar lo que está en el interior. Con el dibujo puedes integrar, por ejemplo, información obtenida a través de diferentes planos de foco en un microscopio o usando la información de distintos individuos observados en diferentes momentos y lugares, y crear un “individuo promedio”. Por ejemplo, si quieres mostrar evidencia del re-descubrimiento de una especie de Nautilus —Allonautilus scrobiculatus— la cual se pensaba extinta, probablemente es mucho más efectivo mostrar la foto o video del individuo. Pero si lo que quieres es mostrar la anatomía general de un individuo de esta u otra especie, mostrar las cavidades, órganos, y arquitectura general de la concha, probablemente preferirías una ilustración de lineas que permita mostrar sólo lo esencial y omitir información irrelevante. De hecho, en muchos casos, es probable que quieras usar ambos tipos de imágenes en un artículo o publicación.

 

El punto esencial es que una ilustración es mucho más que un equivalente a una fotografía pero que es lenta de producir, aunque es tentador pensar esto al ver las ilustraciones foto-realistas de los siglos XVII-XIX. Antiguas y nuevas ilustraciones científicas son imágenes que representan procesos de pensamiento, conocimiento, ideales, y virtudes epistemiológicas de científicos en períodos determinados de la historia. Lorraine Daston y Peter Galison discuten sobre esto en detalle en su interesante y hermosamente ilustrado libro “Objectivity”. Allí analizan en detalle como científicos en colaboración con ilustradores crearon imágenes con diferentes objetivos en los Atlas Científicos de su época, usando aproximaciones que buscaban mostrar la “verdad” detrás de las imperfecciones de los individuos, a aproximaciones que mostraban cada detalle e imperfección (en nombre de la objetividad), hasta aquellos que han intentado mostrar patrones en la naturaleza a través de un juicio entrenado. Las ilustraciones científicas pueden mostrar imágenes hipotéticas de especies extintas como es el caso del trabajo realizado por Charles Robert Knight sobre dinosaurios, pueden mostrar ciclos de vida de organismos como en el ejemplo mostrado más arriba del gastrópodo marino Concholepas concholepas, pueden mostrar ilustraciones animadas de la mecánica del vuelo de los animales, o complejos procedimientos médicos.

 

El dibujo como una manera de observar y pensar

Sin embargo, quizás el aspecto más importante para mi en relación a los dibujos e ilustraciones, es que al crearlas estás obligado a mirar detenidamente. Lo importante no es solo el resultado, si no que el proceso. Al sacar una fotografía uno tiende a registrar imágenes rápidamente, pero al dibujarlas estas obligado a poner mucha atención al momento presente, al organismo que tienes frente a ti y no sólo a la teoría que lo acompaña. ¿Es esa concha realmente similar a esta otra? ¿es la hoja de este árbol similar a la que aparece en el dibujo del libro? ¿qué es ese extraño bulto que se observa en ese órgano? ¿está esa célula realmente donde se “supone” que está durante el desarrollo del embrión? Hoy en día programas educativos como “Picturing to Learn” están incorporando el dibujo en la enseñanza de la ciencia a nivel universitario, porque el dibujo además de ayudar a los estudiantes a observar más detenidamente, ayuda a revelar errores de conceptos que pueden tener, los ayuda a razonar y aprender, y profundiza el conocimiento del estudiante. Es muy distinto el memorizar la definición de evolución, a dibujar un diagrama que muestre un proceso evolutivo. Hasta Darwin se quedó sin palabras y tuvo que recurrir a un diagrama cuando pensaba sobre su teoría de la evolución como lo muestra el famoso dibujo “I think” (es decir “yo pienso”) de su libreta de anotaciones. 

 

“No tomas una fotografía, la haces” — Ansel Adams

 

Finalmente, me gusta recordarle a mis estudiantes lo que dijo Ansel Adams: “No tomas una fotografía, la haces”. Pese a lo tentador que es pensar que las fotografías son mucho más objetivas que un dibujo porque son tomadas a través de una máquina, quién elige los lentes (o acoples para el microscopio), la luz, el plano de foco, y todo lo demás, es un ser humano. Las fotografías se construyen con la luz y con las decisiones tomadas por el fotógrafo, y estas imágenes pueden ser ajustadas y manipuladas a través de todo el proceso de edición. Y no me refiero solamente a Photoshop, hemos estado manipulando los resultados de las fotografías desde los comienzos de la fotografía en la cámara oscura durante el proceso de revelado. Como dije al comienzo, yo celebro la diversidad de herramientas que tenemos para registrar, aprender y mostrar visualmente información en ciencia, y eso incluye tanto a ilustraciones manuales y digitales como a la fotografía, la cual puede generar resultados maravillosos en las manos adecuadas.