ძირითადი მასალა
კურსი: დამამთავრებელი კლასების ბიოლოგია > თემა 2
გაკვეთილი 1: გავეცნოთ უჯრედებსმიკროსკოპია
შესავალი მიკროსკოპებსა და მათი მუშაობის პრინციპებზე. მოიცავს სინათლის, ფლუორესცენციულ და ელექტრონულ მიკროსკოპიას.
შესავალი
თუ უჯრედის ბიოლოგებს შეხვდებით და გამოჰკითხავთ, ყველაზე მეტად რა მოსწონთ თავიანთ სამუშაოში, აღმოაჩენთ, რომ ყველას ერთი რამ აქვს საერთო: გულის სიღრმეში ისინი, უბრალოდ, მიკროსკოპებზე არიან გადარეულნი! საბოლოოდ, ყველაზე მეტად მათ მაინც ის უყვართ, რომ შეუძლიათ, პატარა, ბნელ ოთახში ისხდნენ საათობით და ულამაზესი მიკროსკოპის ლინზის მიღმა თავიანთ საყვარელ უჯრედებს ებუტბუტონ. ეს შესაძლოა, უცნაურად მოგეჩვენოთ, მაგრამ, სინამდვილეში, უჯრედები ძალიან ლამაზიც შეიძლება იყოს, ცოცხალი ვიტრაჟივით, ფერადი მინებივით. ჩემი ერთ-ერთი საყვარელი მაგალითი ქვედა სურათია - არაბიდოპსისის, პატარა, ყვავილოვანი, მდოგვის მონათესავე მცენარის ნორჩი ფოთლის უჯრედებისა.
ეს სურათი უბრალო სინათლის მიკროსკოპით არაა გადაღებული: იგი სპეციალურად დამუშავებული მცენარის ფლუორესცენტული გამოსახულებაა. უჯრედების განსხვავებული ნაწილები სხვადასხვანაირადაა მონიშნული და სხვადასხვა ფერის ნათებას გამოსცემს. თუმცა, უჯრედების ასეთი სირთულე და სილამაზე ყველგანაა ჩვენ გარშემო, მიუხედავად იმისა, ვხედავთ თუ არა მას.
ასე რთულად და ლამაზად განლაგებული უჯრედები ნებისმიერ მცენარეში შეგიძლიათ ნახოთ, თქვენი ეზოს ვარდიდან დაწყებული, ტროტუარზე ამოსული ბალახითა და იმ სტაფილოთი დამთავრებული, წასახემსებლად რომ მიირთვით. მაგრამ, მოდით, მხოლოდ მცენარეებით ნუ შემოვიფარგლებით: უჯრედთა ასეთი საოცარი შრეები თქვენს კანშიცაა, მწერის ფრთაშიც და ყველა იმ ცოცხალ ქსოვილში, რომლის შესწავლასაც მოისურვებთ.
ჩვენ და სამყარო ჩვენ გარშემო უჯრედებისგან აგებული კათედრალები ვართ. უბრალოდ, ამის დასანახავად და აღსაქმელად მიკროსკოპი გვჭირდება.
მიკროსკოპები და ლინზები
მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედები ზომით განსხვავდებიან, ისინი, ძირითადად, ძალიან პატარებია. მაგალითად, ადამიანის სისხლის ჩვეულებრივი წითელი უჯრედის დიამეტრი დაახლოებით რვა მიკრომეტრია (0,008 მილიმეტრი). შედარებისთვის, ქინძისთავის დიამეტრი დაახლოებით ერთი მილიმეტრია, ანუ, ქინძისთავის წვერზე 125 სისხლის წითელი უჯრედი დაეტევა. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, ცალკეული უჯრედების შეუიარაღებელი თვალით დანახვა შეუძლებელია, ამიტომ მეცნიერები მათ შესასწავლად მიკროსკოპებს (micro- = „პატარა"; -scope = „დანახვა") იყენებენ. მიკროსკოპი იმ ობიექტებს ადიდებს, რომელთაც სხვანაირად ვერ დავინახავდით. უჯრედების სურათების დიდი ნაწილი მიკროსკოპებითაა გადაღებული და მათ მიკროგრაფებსაც უწოდებენ.
ზემოთ მოცემული განსაზღვრება შეიძლება ისე ჟღერს, რომ მიკროსკოპი გამადიდებელი მინის ნაირსახეობაა. გამადიდებელი მინები, ლუპები, მართლაც, ერთგვარი მიკროსკოპებია, მაგრამ მათ მარტივი მიკროსკოპები ეწოდებათ, რადგან მხოლოდ ერთი ლინზა აქვთ. უფრო დახვეწილ ინსტრუმენტებს, რომელთაც ჩვენ მიკროსკოპებს ვუწოდებთ, რთული მიკროსკოპები ჰქვიათ, რადგან რამდენიმე ლინზა აქვთ. ამ ლინზების თავისებური განლაგების გამო, ისინი სინათლეს ისე გარდატეხენ, რომ ლუპასთან შედარებით ბევრად უფრო გადიდებული გამოსახულება მიიღება.
ორლინზიან რთულ მიკროსკოპში ლინზების განლაგება საინტერესო შედეგს გვაძლევს: მასში შესასწავლი ობიექტის ამოტრიალებული გამოსახულება ჩანს. ასე მაგალითად, მიკროსკოპით ქაღალდზე დაწერილ ასო „e-ს” რომ უყურებდეთ, „ə-ს“ დაინახავდით.
რა განასხვავებს უბრალო მიკროსკოპს იმ ძლიერი აპარატისგან, მკვლევრები ლაბორატორიებში რომ იყენებენ? მიკროსკოპიაში ორი პარამეტრია განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი: გადიდება და გარჩევადობა.
- გადიდების უნარი განისაზღვრება იმით, თუ რამდენად ადიდებს მიკროსკოპი (უფრო სწორად, მიკროსკოპში არსებული ლინზები) ობიექტს. მაგალითად, სინათლის მიკროსკოპი, რომლებსაც სკოლებსა და კოლეჯებში იყენებენ, დაახლოებით 400-ჯერ ადიდებს გამოსახულებას. შესაბამისად, რაიმე ობიექტი, რომლის სიგანეც 1 მილიმეტრია სინამდვილეში, მიკროსკოპის გამოსახულებაზე 400 მილიმეტრის სიგანისა გამოჩნდება.
- მიკროსკოპის, ანუ ლინზის, გარჩევადობა არის ის უმცირესი დაშორება ორ წერტილს შორის, რომელიც ამ მიკროსკოპით მიღებულ გამოსახულებაზე განირჩევა და ეს წერტილები ცალ-ცალკე ობიექტებად აღიქმება. რაც უფრო მცირეა ეს მაჩვენებელი, მით უფრო მაღალია მიკროსკოპის გარჩევადობის უნარი და მით უფრო მკაფიო და დეტალურია გამოსახულება. თუ ორი ბაქტერიული უჯრედი ძალიან ახლოსაა ერთმანეთან სასაგნე მინაზე, დაბალი გარჩევადობის მიკროსკოპში ისინი ერთ, გადღაბნილ წერტილად გამოჩნდებიან, მაგრამ მაღალი გარჩევადობის მიკროსკოპით დავინახავთ, რომ ჩვენ თვალწინ ორი განცალკევებული უჯრედია.
ძალიან მცირე ზომის ობიექტის მკაფიო გამოსახულება თუ გინდათ, გადიდების უნარიცა და გარჩევადობაც მნიშვნელოვანია. მაგალითად, თუ მიკროსკოპს ძლიერი გადიდების უნარი აქვს, მაგრამ დაბალი გარჩევადობა, თქვენ, უბრალოდ, დიდ, გადღაბნილ გამოსახულებას დაინახავთ შიგ ჩახედვისას. სხვადასხვა სახის მიკროსკოპს სხვადასხვანაირი გადიდებისა და გარჩევადობის უნარი აქვს.
სინათლის მიკროსკოპები
სასწავლო მიკროსკოპების უმრავლესობა სინათლის მიკროსკოპია. სინათლის მიკროსკოპში ხილული სინათლის სხივი გაივლის ნიმუშს (ბიოლოგიურ ობიექტს, რომლის დათვალიერებაც გინდათ) და გარდატყდება ლინზათა სისტემაში, რაც საშუალებას გვაძლევს, დავინახოთ გადიდებული გამოსახულება. სინათლის მიკროსკოპიის უპირატესობა ის არის, რომ მისი მეშვეობით ცოცხალი უჯრედების შესწავლა შეიძლება - იმის ნახვა, თუ როგორ ასრულებენ ისინი თავიანთ ნორმალურ ფუნქციებს (მაგ., მიგრაციაცა და გაყოფას).
სასწავლო ლაბორატორიებში, როგორც წესი ნათელი ველის მიკროსკოპები გამოიყენება, ანუ, სინათლე ჯერ ნიმუშში გაივლის და შემდეგ გამოსახულების მისაღებად გამოიყენება, ყოველგვარი მოდიფიკაციის გარეშე. უფრო დახვეწილ სინათლის მიკროსკოპებში ოპტიკური ხერხები გამოიყენება კონტრასტულობის გასაზრდელად, უჯრედებისა და ქსოვილების დეტალების უფრო მკვეთრად წარმოსაჩენად.
სინათლის მიკროსკოპიის კიდევ ერთი სახეა ფლუორესცენტული მიკროსკოპია, რომელშიც ფლუორესცენციის უნარის მქონე ნიმუშები გამოიყენება (ობიექტები, რომლებიც რაიმე ტალღის სიგრძის სინათლეს შთანთქავენ და განსხვავებულს გამოასხივებენ). განსაზღვრული ტალღის სიგრძის სინათლე ფლუორესცენტული მოლეკულების ასაგზნებად გამოიყენება, მათ მიერ გამოსხივებული, განსხვავებული ტალღის სიგრძის მქონე სინათლე კი იკრიბება და მისი მეშვეობით გამოსახულება მიიღება. შემთხვევათა უმრავლესობაში, უჯრედის ან ქსოვილის ნაწილი, რომლის შესწავლაც მეცნიერებს სურთ, ბუნებრივად ფლუორესცენტული არ არის, ამიტომ მას სპეციალური, ფლუორესცენტული საღებავით ღებავენ ან ნიშნავენ მიკროსკოპით დათვალიერებამდე.
სტატიის დასაწყისში დართული ფოთლის ფოტო ფლუორესცენტული მიკროსკოპიის სპეციალური მეთოდით, კონფოკალური მიკროსკოპიითაა გადაღებული. კონფოკალურ მიკროსკოპში ლაზერი გამოიყენება ნიმუშის თხელი შრის ასაგზნებად და შემდეგ მხოლოდ მისგან გამოსხივებული სინათლე გროვდება, რის შედეგადაც მიიღება სამიზნე შრის მკაფიო გამოსახულება მეზობელი ფენების ფლუორესცენტული მოლეკულების ჩართვის გარეშე
ელექტრონული მიკროსკოპები
ზოგი უახლესი (ზემოთ განხილულ მეთოდებზე თანამედროვე) სინათლის მიკროსკოპით ძალიან მაღალი გარჩევადობის გამოსახულებების მიღება შეიძლება. მიუხედავად ამისა, თუ გსურთ, რაიმე ძალიან, ძალიან პატარა ძალიან მაღალი გარჩევადობით დაათვალიეროთ, უმჯობესია, მიმართოთ სხვა, უფრო გამოცდილ და სანდო მეთოდს: ელექტრონულ მიკროსკოპიას.
ელექტრონული მიკროსკოპები სინათლის მიკროსკოპებისგან იმით განსხვავდება, რომ ისინი გამოსახულების მისაღებად ელექტრონების ნაკადს იყენებენ და არა - სინათლის სხივს. ელექტრონებს ბევრად უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე აქვთ, ვიდრე ხილულ სინათლეს, შესაბამისად, ამ მიკროსკოპებით სტანდარტულ სინათლის მიკროსკოპებთან შედარებით უფრო მაღალი გარჩევადობის გამოსახულება მიიღება. ელექტრონული მიკროსკოპები არა მარტო მთლიანი უჯრედების, არამედ უჯრედშიდა სტრუქტურებისა და მათში არსებული სივრცეების შესასწავლად გამოიყენება.
თუმცა, ელექტრონულ მიკროსკოპიას ერთი შეზღუდვაც აქვს: ნიმუშები ვაკუუმში უნდა მოთავსდეს (მათი მომზადება და ფიქსაციაც საკმაოდ ვრცელი პროცესია). ეს ნიშნავს, რომ ცოცხალი უჯრედების დათვალიერება ელექტრონული მიკროსკოპით შეუძლებელია.
ზედა სურათზე შეგიძლიათ, შეადაროთ, როგორ ჩანს ბაქტერია სალმონელა სინათლის მიკროსკოპში (მარცხნივ) და ელექტრონულ მიკროსკოპში (მარჯვნივ). სინათლის მიკროსკოპში ბაქტერიები პაწაწინა, იისფერ წერტილებად მოჩანს, ელექტრონულ მიკროგრაფზე კი კარგად ჩანს მათი ფორმა და ზედაპირი, ადამიანის იმ უჯრედების დეტალებთან ერთად, რომლებში შეჭრასაც ისინი ცდილობენ.
ელექტრონული მიკროსკოპის ორი მთავარი სახე არსებობს. მასკანერებელ ელექტრონულ მიკროსკოპში (მემ), ელექტრონების ნაკადი წინ და უკან მოძრაობს უჯრედის ან ქსოვილის ზედაპირზე და, შედეგად, ამ ზედაპირის სამგანზომილებიანი გამოსახულება მიიღება. სწორედ ასეთი მიკროსკოპითაა მიღებული ბაქტერია სალმონელას სურათი ზემოთ, მარჯვნივ.
ამის საპირისპიროდ, ტრანსმისიულ ელექტრონულ მიკროსკოპიაში (ტემ) ნიმუში ძალიან თხელ ანათლებად იჭრება (მაგალითად, ალმასის დანით) მიკროსკოპში მოთავსებამდე და შემდეგ ელექტრონების ნაკადი ამ ანათალში გაივლის, ნაცვლად მის ზედაპირზე მოძრაობისა
ელექტრონული მიკროსკოპები, ზემოთ მოცემულის მსგავსი, ბევრად უფრო დიდი და ძვირია, ვიდრე სტანდარტული სინათლის მიკროსკოპები, რაც, ალბათ, გასაკვირი არ არის, თუ გავითვალისწინებთ, რომ მათ საქმე სუბატომურ, ატომზე მცირე, ნაწილაკებთან აქვთ!
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.