Główna zawartość
Kurs: Biologia > Rozdział 8
Lekcja 1: Wprowadzenie do komórekMikroskopia
Wprowadzenie do mikroskopii, jak działa mikroskop. Mikroskopia pola jasnego, mikroskopia fluorescencyjna i elektronowa. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".
Wprowadzenie
Jeśli spotkasz kilku biologów komórki i zachęcisz do rozmowy na temat tego co najbardziej lubią w swojej pracy, może się okazać, że temat sprowadzi się do jednej rzeczy: wszyscy potajemnie są mikroskopowymi freakami. To co naprawdę kochają pod koniec dnia, to znaleźć się w małym, ciemnym pokoju i obcować godzinami z ulubionym rodzajem komórek, przez obiektyw pięknego mikroskopu. To może wydać się dziwne ale prawda jest taka, że komórki potrafią być naprawdę wspaniałe, jak żyjące kolorowe witraże. Jeden z moich ulubionych przykładów przedstawia zdjęcie poniżej. Ukazuje ono komórki młodego liścia rzodkiewnika pospolitego, małej kwitnącej rośliny spokrewnionej z gorczycą.
To zdjęcie nie jest zwykłą mikrofotografią świetlną; jest to fluorescencyjny obraz specjalnie przygotowanej rośliny, gdzie różne części komórki zostały wyznakowane tak, by świeciły. Taki właśnie typ komórkowej złożoności i piękna jest wokół nas, niezależnie od tego czy je dostrzegamy, czy też nie.
Możesz zauważyć, że komórki tworzą skomplikowane, piękne wzory w każdej roślinie na którą spojrzysz – od róży w Twoim ogrodzie, po trawę rosnącą przy chodniku, do marchewek, które jesz jako przekąskę. Jednak nie ograniczajmy tego jedynie do roślin, przecież niesamowite warstwy komórek możemy znaleźć w twojej skórze, w skrzydle owada i w każdej innej żywej tkance na którą spojrzysz.
My, a także świat wokół nas jesteśmy katedrami zbudowanymi z komórek. Potrzebujemy jedynie mikroskopu by to docenić.
Mikroskopy i soczewki
Chociaż komórki różnią się wielkością, są na ogół dość małe. Na przykład, średnica typowej ludzkiej czerwonej krwinki wynosi około ośmiu mikrometrów (0,008 milimetrów). Aby dać Ci punkt odniesienia - główka od szpilki ma około jednego milimetra średnicy, więc gdyby umieścić czerwone krwinki w jednym rzędzie (wzdłuż linii wyznaczającej średnicę), zmieściłoby się ich około 125. Z kilkoma wyjątkami, pojedyncze komórki nie są widoczne gołym okiem, dlatego też naukowcy muszą wykorzystywać mikroskopy (micro- = “mały”; -scope = “patrzeć na”) do ich badania. Mikroskop jest instrumentem, który powiększa obiekty zbyt małe by być widocznymi, tworząc obraz w którym obiekt wydaje się większy. Większość fotografii komórek wykonana jest przy użyciu mikroskopu, przez co zdjęcia te możemy także nazywać mikrofotografiami.
Z powyższej definicji możesz wywnioskować, że mikroskop jest jak rodzaj szła powiększającego. W rzeczywistości szkła powiększające faktycznie możemy uznać za mikroskopy; kiedy posiadają tylko jedną soczewkę nazywane są mikroskopami prostymi. Bardziej fantazyjne instrumenty, które określamy mikroskopami to mikroskopy złożone, co oznacza, że mają one kilka soczewek. Ze względu na sposób w jaki ustawione są soczewki, mogą zakrzywiać światło i tworzyć obraz bardziej powiększony aniżeli ten uzyskiwany przy wykorzystaniu szkła powiększającego.
W mikroskopie złożonym z dwoma soczewkami, sposób w jaki ustawione są soczewki powoduje, że: obraz, który widzimy jest obrazem odwróconym w odniesieniu do rzeczywistego obrazu obiektu, który obserwujemy. Na przykład, jeśli patrzyłbyś na kawałek gazety z wydrukowaną na niej np. literą "e", obraz który zobaczyłbyś przez mikroskop wyglądałby tak: “ə."
Co odróżnia zwykły mikroskop od mikroskopu używanego w laboratoriach badawczych? Dwa parametry są niezmiernie ważne w mikroskopii: powiększenie i zdolność rozdzielcza.
- Powiększenie jest miarą tego jak bardzo mikroskop (lub zestaw soczewek wewnątrz mikroskopu) jest w stanie powiększyć obiekt. Na przykład mikroskopy świetlne wykorzystywane zazwyczaj w liceach i na uczelniach powiększają obraz rzeczywisty około 400 razy. Więc coś co miało 1 mm szerokości w rzeczywistości, widziane przez okular mikroskopu będzie miało 400 mm szerokości.
- Zdolność rozdzielcza mikroskopu lub soczewki to najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami, którą jesteśmy w stanie zaobserwować (chodzi o to, że oba obiekty nie mogą się zlewać - muszą być widoczne jako dwa różne punkty). Im mniejsza jest ta odległość, tym wyższa jest zdolność rozdzielcza danego mikroskopu i więcej szczegółów można zobaczyć na obrazie. Jeśli zdolność rozdzielcza mikroskopu jest zbyt niska to, na przykład, dwie komórki bakteryjne znajdujące się na szkiełku laboratoryjnym bardzo blisko siebie mogą wyglądać jak jedna, rozmazana kropka; przy wysokiej zdolności rozdzielczej mikroskopu zaobserwujemy dwie oddzielne kropki - bakterie.
Zarówno powiększenie jak i zdolność rozdzielcza są niezwykle ważne jeśli chcemy otrzymać obraz czegoś malutkiego. Na przykład, jeśli mikroskop ma duże powiększenie ale słabą rozdzielczość wszystko co otrzymamy to większa wersja rozmazanego obrazu. Różne typy mikroskopów różnią się powiększeniem i zdolnością rozdzielczą.
Mikroskopy świetlne
Większość mikroskopów przeznaczonych dla studentów to mikroskopy świetlne. W mikroskopie świetlnym, światło widzialne przechodzi przez obiekt (próbkę biologiczną na którą patrzymy) i jest zakrzywiane przez system soczewek, pozwalając użytkownikowi na zaobserwowanie obiektu w powiększeniu. Zaletą mikroskopii świetlnej jest to, że możemy tutaj pracować na żywych komórkach, dzięki czemu możliwa jest obserwacja zachowania komórek (np. migracji lub dzielenia się).
Mikroskopy uczelniane zazwyczaj są mikroskopami pola jasnego, co oznacza, że światło widzialne jest przepuszczany przez próbkę i wykorzystywane do tworzenia obrazu bezpośrednio, bez jakichkolwiek modyfikacji. Nieco bardziej wyrafinowane formy mikroskopii świetlnej wykorzystują sztuczki optyczne w celu zwiększenia kontrastu, dzięki czemu szczegóły komórek i tkanek są lepiej zauważalne.
Innym rodzajem mikroskopii świetlnej jest mikroskopia fluorescencyjna, która jest wykorzystywana do próbek, które fluoryzują (absorbują jedną długość światła i emitują inną). Światło o jednej długości fali, jest używane do wzbudzania cząsteczek fluorescencyjnych, a światło o innej długości fali, które cząsteczki emitują jest gromadzone i używane do wytworzenia obrazu. W większości przypadków, części komórki lub tkanki, które chcemy obserować nie wykazują fluorescencji, dlatego też muszą być znakowane barwnikiem fluorescencyjnym lub znacznikiem przez obserwacją.
Obraz liścia na początku artykułu został wykonany przy użyciu specjalistycznego typu mikroskopii fluorescencyjnej o nazwie mikroskopia konfokalna. Mikroskop konfokalny wykorzystuje laser do wzbudzenia cienkiej warstwy próbki i zbiera tylko emitowane światło pochodzące od warstwy docelowej, tworząc wyraźny obraz bez zakłóceń od cząsteczek fluorescencyjnych w sąsiednich warstwach
Mikroskopy elektronowe
Niektóre rodzaje najnowocześniejszej mikroskopii świetlnej (poza technikami, które omówiliśmy powyżej) mogą dawać zdjęcia o bardzo wysokiej rozdzielczości. Jednakże, jeśli chcesz zobaczyć coś bardzo małego w bardzo wysokiej rozdzielczości, możesz wypróbować inną technikę mikroskopię elektronową.
Mikroskopy elektronowe różnią się od mikroskopów świetlnych, tym, że tworzą obraz próbki za pomocą wiązki elektronów, a nie promieni światła. Elektrony mają znacznie krótszą długość fali niż światło widzialne, co pozwala mikroskopom elektronowym, uzyskać obrazy o wyższej rozdzielczości niż standardowe obrazy uzyskiwane w mikroskopach świetlnych. Mikroskopy elektronowe mogą być stosowane nie tylko do badania całych komórek, ale także subkomórkowych struktur i elementów wewnątrz nich.
Istnieje jednak pewne ograniczenie - próbki przeznaczone do analizy w mikroskopie elektronowym zostają umieszczone w próżni (dlatego też przed obserwacją próbka musi zostać utrwalona). Oznacza to, że komórki żywe nie mogą być obserwowane w tym typie mikroskopu.
Na powyższym obrazie, można porównać, jak bakterie Salmonelli wyglądają na mikrofotografii z mikroskopu świetlnego (z lewej) oraz mikroskopu elektronowego (po prawej). Bakterie obserwowane są jako małe purpurowe kropki na obrazie z mikroskopu świetlnego, natomiast na obrazie z mikroskopu elektronowego, można wyraźnie zaobserwować ich kształt i strukturę powierzchni, jak również szczegóły morfologii ludzkich komórek, które bakterie chciały zaatakować.
Istnieją dwa główne rodzaje mikroskopii elektronowej. W skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), wiązka elektronów porusza się tam i z powrotem na powierzchni komórki lub tkanki, tworząc szczegółowe zdjęcie powierzchni 3D. Ten rodzaj mikroskopu został wykorzystany do wykonania mikrofotografii bakterii Salmonella pokazanej po prawej stronie powyżej.
W transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), w przeciwieństwie do SEM, próbkę tnie się na bardzo cienkie plastry (na przykład, stosując diamentowe ostrze do cięcia) przed obrazowaniem, a wiązki elektronów przechodzą przez plaster zamiast poruszać się nad jego powierzchnią
Mikroskopy elektronowe, jak ten powyżej, są większe i droższe niż standardowe mikroskopy świetlne, co chyba nie dziwi, zważywszy na szczegółowość obrazu jaki uzyskujemy przy wykorzystaniu mikroskopu elektronowego.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
kiedy będzie tłumaczenie?(1 głos)