Теоретический обзор
Микроскопия живых систем в биологии
Биология — дословно в переводе с греческого языка — учение о жизни. Термин «биология» ввёл в обращение Жан Батист Ламарк в 1802 г. В настоящем понимании биология — это наука о живых системах (организмах). Согласно существующим абиогенным гипотезам, живые системы в результате 3,5 млрд лет эволюции произошли на Земле из неживого вещества и обладают качественно новым свойством — «жизнь», существенным свойством которой является способность к самовоспроизведению (размножению). Имеются и другие гипотезы, биогенные, например панспермии о космическом происхождении живых существ. Фрэнсис Крик [соучастник величайшего открытия: расшифровки структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)] склонен к возможности привнесения биологического материала извне. Причём развивал эту мысль активно, в специальных публикациях, применяя в последних работах термин «направленная панспермия».
Биология изучает закономерности развития, строения и жизнедеятельности всех живых систем от вирусов до высших растений и животных. Важнейшим методом биологии является изучение объектов с применением увеличивающих приборов, таких как светооптический микроскоп. Этот старейший инструмент произвёл революцию в биологии, дав возможность открыть клеточное строение живых организмов. Одним из претендентов на звание изобретателя микроскопа считается итальянский физик Галилео Галилей, сконструировавший в 1609 г. зрительную трубу с двояковыпуклой и двояковогнутой линзами и нацеливший ее в небо. Изучая небесные тела, Галилей решил изменить положение линз в зрительной трубе таким образом, чтобы с её помощью можно было рассматривать предметы, расположенные прямо перед зрительной трубой. В 1624 г. он усовершенствовал увеличительный прибор, которому друг Галилея Джованни Фабер в 1625 г. дал название «микроскоп» по аналогии с телескопом. В 1665 г. английский естествоиспытатель Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп, при помощи которого стал изучать растения, в частности, кору пробкового дерева. В результате этого исследования появился термин cellula — «клетка» (буквально «клеточка»). Голландский натуралист Антони ван Левенгук — первый, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов. Он открыл мир одноклеточных организмов, о чём в 1673 г. доложил Лондонскому королевскому обществу.
Устройство прямого светового микроскопа
Микроскоп (рис. 1.1) состоит из оптической, осветительной и механической систем.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 1.1. Прямой световой микроскоп. Этот оптический прибор позволяет наблюдать биологические объекты на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях. Увеличение изображения достигается системой линз объектива и окуляра. Зеркало, конденсор и диафрагма направляют световой поток и регулируют освещение объекта. Механическая часть микроскопа включает в себя основание, предметный столик, макро- и микрометрический винты, тубус, тубусодержатель [по: Б. Альбертс и др., 2013]
Механическая система служит для управления оптической и осветительной системами. К ней относятся основание, тубусодержатель, предметный столик, тубус (зрительная труба), револьвер, макрометрический винт, микрометрический винт, коробка с механизмом микрометрической фокусировки, кронштейн конденсора, головка тубусодержателя.
Основание выполняется в виде тяжёлой отливки, обычно имеет подковообразную форму. К основанию на шарнире прикреплён тубусодержатель, несущий все остальные части микроскопа. На тубусодержателе укреплён предметный столик, на который помещается изучаемый препарат. На столике имеются клеммы-зажимы для закрепления препарата. С тубусодержателем подвижно связан тубус, в его верхний конец вставляется окуляр. В верхней части тубусодержателя укреплена головка, с которой соединён револьвер — круглая вращающаяся пластинка. В ней имеются 4 отверстия с резьбой для ввинчивания объективов. Револьвер имеет защёлкивающий механизм, который обеспечивает фиксацию центрированного положения объектива. Вращая револьвер, можно установить под тубус нужный объектив. Для наведения на резкость тубус необходимо поднимать или опускать. Для этого существуют макрометрический (для первоначальной фокусировки) и микрометрический (для тонкой фокусировки) винты.
Оптическая система даёт увеличенное перевёрнутое и мнимое изображение исследуемого материала. К ней относятся окуляр и объективы. Они состоят из системы линз, заключённых в металлическую оправу. Окуляр вставляется в верхний конец тубуса. Увеличение окуляра определяется цифрой, указанной на оправе (7×, 10×, 15×). Объективы ввинчиваются в револьвер. Увеличение объектива обозначено цифрой на боковой части оправы объектива (4×, 8×, 10×, 40×, 60×, 90×, 100×). Объективы 4×, 8×, 10×, 40× — это «сухие» объективы, так как между фронтальной линзой объектива и препаратом остаётся воздушное пространство. Для объективов с увеличением 40× и выше с целью усиления яркости и увеличения числовой апертуры пространство между линзой объектива и исследуемым объектом заполняют жидкой (иммерсионной) средой с определённым коэффициентом преломления. Объективы с водной (увеличение 40×, 60×) и масляной (увеличение 90×, 100×) иммерсией относятся к иммерсионным (погружным) (табл. 1.1). При работе с ними на препарат наносится капля воды или иммерсионного масла, при этом фронтальная линза объектива погружается в эту каплю. Объектив с водной иммерсией на оправе имеет белую полоску, объектив с масляной иммерсией — черную полоску. Инвертированные микроскопы отличаются от прямых тем, что объектив в них располагается под предметным столиком, на котором находится объект исследования. Инвертированный микроскоп применяют для исследования культуры микроорганизмов, клеток, тканей или органов.