Conţinutul principal
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 8
Lecția 1: Introducere în celuleMicroscopie
Introducere în studiul microscoapelor și modul cum acestea funcționează. Acoperă microscopia cu câmp luminos, microscopia fluorescentă și microscopia electronică.
Introducere
Dacă întâlnești niște specialiști în biologie celulară și îi faci să vorbească despre ceea ce le place cel mai mult în munca lor, îți poți da seama că totul se rezumă la un singur lucru: în secret, toți sunt obsedați de microscop. Până la urmă, ceea ce le place cu adevărat este șansa de a sta într-o cameră mică, întunecată ore în șir, comunicând cu tipul lor preferat de celule prin lentila unui microscop frumos. Asta poate părea ciudat, dar adevărul este că celulele pot fi minunate, ca vitraliile. Unul dintre exemplele mele preferate este imaginea de mai jos, care prezintă celulele dintr-o frunză foarte tânără de Arabidopsis, o plantă de talie mică, cu flori, înrudită cu muștarul.
Această imagine nu este o microfotografie luminoasă simplă; este o imagine fluorescentă a unui preparat vegetal, unde diferite părți ale celulei au fost marcate pentru a le face să strălucească. Totuși, acest tip de complexitate și frumusețe celulară există pretutindeni în jurul nostru, fie că o putem vedea, fie că nu.
Poți găsi celule cu modele la fel de complicate și frumos dispuse în orice plantă pe care o privești — de la trandafirul din curtea din spate, la iarba care crește lângă trotuar, până la morcovii pe care îi mănânci la o gustare. Să nu ne limităm la plante: în piele se pot observă multe straturi de celule, în aripa unei insecte și în orice alt țesut viu la care alegi să te uiți.
Noi și lumea din jurul nostru suntem catedrale făcute din celule. Avem nevoie doar de microscopie pentru a aprecia asta.
Microscoape și lentile
Chiar dacă celulele variază ca dimensiune, ele sunt în general destul de mici. De exemplu, diametrul unei globule roșii umane tipice este de aproximativ opt micrometri (0,008 milimetri). Ca să îți dau un context, capul unui ac are cam un milimetru în diametru, astfel încât aproximativ 125 de globule roșii din sânge ar putea fi aliniate de-a lungul capului unui ac. Cu câteva excepții, celulele individuale nu pot fi observate cu ochiul liber, deci oamenii de știință trebuie să utilizeze microscoape (micro- = „mic”; -scope = “a te uita la“) pentru a le studia. Un microscop este un instrument care mărește obiectele prea mici pentru a fi văzute, producând o imagine în care obiectul pare mai mare. Majoritatea pozelor sunt făcute cu ajutorul unui microscop, iar aceste fotografii pot fi numite microfotografii.
Din definiția de mai sus, ar putea părea că un microscop este doar un fel de lupă. De fapt, se califică drept microscoapele; deoarece au doar o lentilă, se numesc microscoape simple. Instrumentele mai performante pe care le considerăm tipic microscoape sunt microscoapele compuse, însemnând că au lentile multiple. Datorită modului în care sunt aranjate aceste lentile, ele pot concentra lumina pentru a produce o imagine mult mai mare decât cea obținută cu o lupă.
Într-un microscop compus cu două lentile, aranjarea lentilelor are o consecință interesantă: orientarea imaginii pe care o vezi este inversată în raport cu obiectul pe care îl examinezi. De exemplu, dacă te-ai uita la o bucată de ziar cu litera „e” pe ea, imaginea pe care o vezi prin microscop ar fi „ə”
Ce diferențiază un microscop de bază de o mașinărie puternică folosită într-un laborator de cercetare? Doi parametri sunt deosebit de importanți în microscopie: mărirea și rezoluția.
- Mărirea este un indicator care măsoară puterea de mărire a obiectului privit printr-un microscop (sau un set de lentile dintr-un microscop). De exemplu, microscoapele utilizate în mod obișnuit în licee și facultăți măresc de până la 400 de ori dimensiunea reală. Deci, ceva care avea o lățime de 1 mm în viața reală este de 400 mm în imaginea microscopului.
- Rezoluția unui microscop sau a unei lentile este cea mai mică distanță dintre două puncte apropiate care pot fi distinse separat. Cu cât această valoare este mai mică, cu atât puterea de rezoluție a microscopului este mai mare și cu atât sunt mai clare și detaliate imaginile. Dacă două celule bacteriene ar fi foarte apropiate pe lama microscopică, ar putea arăta ca un singur punct neclar la un microscop cu putere de rezoluție redusă, dar ar putea fi observate ca două celule la un microscop cu putere de rezoluție ridicată.
Atât mărirea, cât și rezoluția sunt importante dacă dorești o imagine clară a unui lucru foarte mic. De exemplu, dacă un microscop are o mărire mare, dar rezoluție mică, tot ce vei obține este o versiune mai mare a unei imagini încețoșate. Diferite tipuri de microscoape diferă în ceea ce privește mărirea și rezoluția lor.
Microscoape optice
Majoritatea microscoapelor școlare sunt microscoape optice. Într-un microscop optic, lumina vizibilă trece prin preparat (proba biologică pe care o privești) și este focalizată prin sistemul de lentile, permițând astfel vizualizarea de către utilizator a unei imagini mărite. Un beneficiu al microscopiei optice este că poate fi adesea efectuată pe celule vii, astfel încât să fie posibil să studiezi comportamentul lor (d.e. deplasarea sau diviziunea) la microscop.
Microscoapele din laboratoarele școlare tind să fie microscoape cu câmpuri luminoase; însemnând că lumina vizibilă este transmisă prin preparat și este utilizată pentru a forma o imagine, direct, fără modificări. Tipurile mai sofisticate de microscoape optice utilizează trucuri optice pentru a amplifica contrastul, facilitând observarea detaliilor celulelor și țesuturilor.
Un alt tip de microscopie este microscopia fluorescentă, care se utilizează pentru a observa eșantioane care prezintă fluorescență (absorb o lungime de undă de lumină și emit alta). O lumină cu o lungime de undă este utilizată pentru a excita moleculele fluorescente, iar lumina emisă de acestea, având o altă lungime de undă, este colectată și folosită pentru a forma o imagine. În majoritatea cazurilor, partea unei celule sau a unui țesut pe care vrem să o observăm nu este în mod natural fluorescentă, ci trebuie marcată cu un colorant sau substanță fluorescentă înainte de a fi analizată la microscop.
Fotografia cu frunza, de la începutul articolului, a fost făcută folosind un tip de microscopie cu fluorescență specializată, numită microscopie confocală. Un microscop confocal folosește un laser pentru a excita un strat subțire al eșantionului și colectează numai lumina emisă de la stratul țintă, producând o imagine clară, fără interferențe de la moleculele fluorescente ale straturilor înconjurătoare
Microscoape electronice
Unele tipuri de microscoape optice de ultimă oră (dincolo de tehnicile pe care le-am discutat mai sus) pot produce imagini de foarte mare rezoluție. Cu toate acestea, dacă vrei să vezi ceva foarte mic la o rezoluție foarte mare, poate ar trebui să folosești o tehnică diferită, verificată: microscopia electronică.
Microscoapele electronice sunt diferite de microscoapele optice prin faptul că produc o imagine a unui specimen utilizând mai degrabă un fascicul de electroni decât un fascicul de lumină. Electronii au o lungime de undă mult mai scurtă decât lumina vizibilă, iar acest lucru permite microscoapelor electronice să producă imagini cu o rezoluție mai mare decât microscoapele optice standard. Microscoapele electronice sunt utilizate nu numai pentru examinarea celulelor întregi, ci și a structurilor subcelulare și a compartimentelor acestora.
Cu toate acestea, o limitare a microscopiei electronice este aceea că eșantioanele trebuie să fie plasate în vid (și, în general, sunt preparate printr-un proces de fixare extensiv). Aceasta înseamnă că nu pot fi observate celule vii.
În imaginea de mai sus, poți compara cum arată bacteriile Salmonella într-o microfotografie optică (stânga) cu o imagine realizată cu un microscop electronic (dreapta). Bacteriile apar ca mici puncte violet în imaginea microscopului optic, în timp ce, în microfotografia electronică, poți vedea clar forma și textura lor de suprafață, precum și detaliile celulelor umane pe care încearcă să le invadeze.
Există două tipuri majore de microscopie electronică. În microscopia electronică cu scanare (SEM), un fascicul de electroni se deplasează înainte și înapoi pe suprafața unei celule sau a unui țesut, creând o imagine detaliată a suprafeței 3D. Acest tip de microscopie a fost folosit pentru a obține imaginea bacteriilor Salmonella prezentate în dreapta, mai sus.
În microscopia electronică de transmisie (TEM), în schimb, eșantionul este tăiat în secțiuni extrem de subțiri (de exemplu, folosind un diamant) înainte să fie observate, iar fasciculul de electroni trece prin secțiune în loc să treacă peste suprafața sa
Microscoapele electronice, precum cel de mai sus, sunt semnificativ mai mari și mai scumpe decât microscoapele optice standard, poate nesurprinzător datorită particulele subatomice folosite!
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.