[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]

Mikroskops

Lielumi, attālumi, izmēri

Baktērijas ir mazākie dzīvie organismi. To lielums stipri variē, bet orientējoši varētu teikt, ka to vidējais lielums ir 2 mikrometri (µm) vai viena 500 daļa no milimetra, tāpēc tos ar aci nevar saskatīt. Mazākais punkts, ko cilvēks vēl var redzēt ir 80 mikrometri, t. i. aptuveni 1/12 milimetra. Par mikrometru mazākus attālumus mēra un izsaka nanometros (nm). Viens nanometrs ir 1/1000 no mikrometra vai 1/1 000 000 no milimetra (3. tab.). Nanometros parasti nākas izteikt īekššūnas veidojumus, vīrusu un lielu makromolekulu izmērus.

Mikroorkanismu nelielo izmēru dēļ mikrobioloģijas attīstība cieši saistīta ar speciālu, par mikroskopiem sauktu, ierīču izveidi, ar kuru palīdzību iespējams iegūt tūkstoškārtīgus un vēl lielākus palielinājumus.

 3. tabula. Mazu attālumu mērvienību savstarpējā saistība. 

Milimetri (mm) Mikrometri (µm) Nanometri (nm)
1 1 000 1 000 000
0,1 100 100 000
0,01 10 10 000
0,001 1 1 000
0,0001 0,1 100
0,00001 0,01 10
0,000001 0,001 1

Redzamās gaismas mikroskopi

Pirmie mikroskopi bija līdzīgi palielināmajam stiklam un tajos tika izmantota tikai viena stikla vai slīpēta kalnu kristāla lēca. Par vienu no pirmajiem mikroskopa radītājiem (1610.g.) uzskata fiziķi un matemātiķi Galileo Galileju.

Lielākas tehniskās iespējas un labāku attēla kvalitāti var iegūt ar divlēcu mikroskopu. Šādas ierīces izveide saistīta ar angļu fiziķa Roberta Huka vārdu (1665. g.) Viņš arī saskatīja un ieviesa zinātnē jēdzienu šūna. Taču šis mikroskops palielināja tikai 30 reizes un bija par vāju, lai saskatītu baktērijas.

Savam laikam izcilu meistarību mikroskopu darināšanā sasniedza Holandes drēbju tirgotājs Antonijs van Lēvenhuks (1632 – 1723). Darināt dažādas lēcas viņu mudināja profesionāla interese, jo linu auduma kvalitāti vislabāk varēja noteikt aplūkojot auduma šķiedras ar stipru palielināmo stiklu. Aizrāvies ar lēcu slīpēšanu, viņš savas iemaņas pilnveidoja tik tālu, ka spēja iegūt lēcas, kuras palielināja 200 – 270 reizes (tagad fiziķi aprēķinājuši, ka vienas stikla lēcas palielinājuma robeža ir 250 – 300 reizes). Lēcas tika iestiprinātas speciāli veidotā statīvā (4. att.), jo, sasniedzot šādu palielinājumu, ir svarīgi, lai pētāmais objekts būtu nostiprināts precīzi pretī un noteiktā attālumā no lēcas. Savas dzīves laikā Lēvenhuks uzbūvēja pāri par 200 (iespējams pat 500) mikroskopus. Viņš arī bija pirmais cilvēks, kuram izdevās saskatīt baktērijas (1676.g., 5.att.).

4. att. A. van Levenhuka darināts mikroskops. A – skrūve pētāmā objekta noregulēšanai tieši pretī lēcai; B – metāla plāksne; C – skrūve ar spicu galu, uz tās uzdūra pētāmo paraugu un ar to paraugu varēja arī grozīt; D – sfēriska lēca. Plašāku skaidrojumu par Levenhuka miroskopiem var atrast http://www.freeweb.pdq.net/headstrong/micro.htm, šeit arī praktiski padomi, kā pavisam vienkāršu un arī sarežģītāku mikroskopu pagatavot paša spēkiem.

5. att. Pirmoreiz saskatītās baktērijas (pēc Levenhuka)

Piemēram, izcili vienkārša metode kā pagatavot lēcu. Jāpaņem kniepadata ar cilpveida galu, vai kādas drāts galā jāizloka apaļa cilpa ar 2 mm diametru. Pēc tam to iemērc un strauji izņem no ūdens, vai vēl labāk, eļļas. Cilpā paliek šķidruma piliens ar abpusēji izliektu (tātad lēcveida) formu, kurš darbojas kā lēca vai palielināmais stikls. Tiesa gan šādas lēcas izliekums un gaismas laušanas pakāpe nebūs tik liela kā Levenhuka mikroskopam, un baktērijas ar to saskatīt nevarēs, taču par tās spējām palielināt var pārliecināties katrs pats. Arī pēc adreses http://www.funsci.com/fun3_en/usph/usph.htm var atrast padomus mikroskopu būvēšanā.

Kopš viduslaikiem gaismas mikroskops ir ticis pilnveidots un pielāgots dažādām praktiskām un pētnieciskām vajadzībām. Patreizējie modeļi ir stipri atšķirīgi gan pēc tehniskajām iespējām gan pēc ārējā izskata (6. att.).

No lappuses "Mikroskopa evolūcija" 18. gadsimta mikroskops
No lappuses "Mikroskopu galerijas" - Bausch & Lomb Optical Company Theodolitmikroskop, R. Fuess 4023, 1920
No lappuses "Nikon's Museum of Microscopy" Eclipse E600 Microscope 20. gadsimta mikroskops

 

6. att. Gaismas mikroskopa attīstība bildēs. Lai labāk izprastu un izsekotu mikroskopa attīstībai, izveidoti vairāki virtuālie mikroskopijas muzeji (atveriet attēlu ar saiti jaunā logā!). http://www.cas.muohio.edu/~mbi-ws/microscopes/index.html

A: http://www.utmem.edu/~thjones/hist/hist_mic.htm

B: http://library.utmb.edu/scopes/makers.htm

C: http://fmc-container.mach.uni-karlsruhe.de/~timo/mikro1.html

D: http://www.microscopyu.com/museum/index.html

E: http://microscopy.fsu.edu/primer/museum/

Pilnveidojušās arī mikroskopijas metodes. Kā pamat metode palikusi caurejošās gaismas mikroskopija, kurā gaisma iet taisni cauri objektam. Bieži vien pētāmie objekti ir tik plāni, ka paši par sevi tie ir pilnībā caurspīdīgi, un tos var saskatīt tikai pēc krāsošanas vai kontrastēšanas ar speciālām krāsvielām. Papildus ierīces vajadzīgas mikroskopiem, kuros izmanto fāzu kontrasta, tušā lauka vai luminiscences mikroskopijas metodes.

Daudz domāts par ērtāku objektu vērošanu - var skatīties ar abām acīm, attēlu vērot uz ekrāna; un - redzētā iemūžināšanu: mikroskopi ar foto kamerām vai videokamerām. Ar pēdējiem mikropasaulē notiekošo var uzņemt videofilmā, iegūtos attēlus apstrādāt un pētīt ar datoru palīdzību.

Neskatoties uz dažādiem pilnveidojumiem un tehnikas straujo attīstību, gaismas mikroskopu iespējas ir ierobežotas. To nosaka neapgāžami fizikas likumi, proti, lietojot redzamo gaismu, nav iespējams iegūt skaidru attēlu lielākā palielinājumā kā 1 500 reizes. Šāds palielinājums mums atļauj saskatīt baktērijas, novērtēt to formu, taču neatļauj pētīt baktērijas šūnas uzbūvi un iekšējo struktūru. Tāpēc mikroskopijas tālākā attīstībā tika radīta ierīce, ko sauc par elektronu mikroskopu.

Elektronu mikroskopi

Elektronu mikroskopos gaismas vietā (9. att.) cauri pētāmajam objektam tiek laista elektronu plūsma. Elektroni kā sīkākās atomu uzbūves daļiņas ļauj izšķirt daudz mazākas struktūras un līdz ar to iespējams iegūt līdz 1 000 000 reižu lielu palielinājumu. Šāds palielinājums ļauj saskatīt ne tikai baktēriju šūnu uzbūvi, bet arī vīrusus un atsevišķas molekulas.

Taču elektronu mikroskopi ir daudz sarežģītākas un dārgākas ierīces. Tajos lēcu vietā tiek izmantoti precīzi elektromagnēti. Lai radītu paātrinātu elektronu plūsmu nepieciešams liels paātrinošais spriegums (50 000 – 300 000 V) un dziļš vakuums. Gaisa klātbūtnē šāds spriegus radīs gāzizlādi (kaut ko līdzīgu zibens spērienam). Arī pētāmais paraugs jāievieto šajā vakuuma telpā.

Lai paraugs izturētu vakuumu un spēcīgo elektronu plūsmu, tas pirms apskates jāsagatavo, apstrādājot to ar speciālām metodēm. Bieži nepieciešams iegūt ļoti plānus parauga griezumus. Tādā gadījumā šūna tiek sagriezta 100 – 1000 plānās šķēlītēs. Parasti šī apstrāde ilgst aptuveni nedēļu. Šo iemeslu dēļ elektronu mikroskops nav spējis izspiest redzamās gaismas mikroskopiju un neizdarīs to arī nākotnē, kaut vai tāpēc, ka elektronu mikroskopā nav iespējams novērot dzīvu šūnu. Vakuums un lielā elektronu plūsmas enerģija momentā nonāvē jebkuru dzīvu organismu.

9. att. Redzamās gaismas mikroskopa un elektronmikroskopa salīdzinoša shēma. (Attēli skenēti no Neil O. Cambel "Biology", p. 128)

Pirmo elektronu mikroskopu 1931. g. uzbūvēja vācu fiziķis Ernsts Ruska (1906. – 1988.) Par šo sasniegumu un pētījumiem elektronmikroskopijas pilnveidošanā 1986. g. zinātniekam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā. (Par šo un citiem izciliem atklājumiem vairāk var uzzināt apmeklējot elektronisko Nobela muzeju: http://www.nobel.se/physics/laureates/1986/ruska-autobio.html

(Nobela prēmija - augstākais novērtējums par sasniegumiem pasaules zinātnes attīstībā Tā nodibināta 1901. gadā un to katru gadu saņem kāds zinātnieks vai zinātnieku grupa par nozīmīgākajiem atklājumiem vairākās zinātnes nozarēs: fizikā, ķīmijā, medicīnā literatūrā un miera procesu veicināšanā. Kopš 1968 gada prēmija tiek piešķirta arī ekonomikā. Prēmija ietver medaļu, diplomu un naudas prēmiju).

http://lsvl.la.asu.edu/bio598L/notes/history/

Arī elektronu mikroskops laika gaitā ir attīstījies un pilnveidojies (7. att.).

1953. gadā Lielbritānijā tika uzbūvēts pirmais skanējošais elektronu mikroskops. Atšķirībā no caurstarojošajiem, skanējošajā elektronu mikroskopā elektronu kūlis neiet cauri paraugam, bet tiek no tā atstarots. Tādējādi ar skanējošo elektronu mikroskopu var iegūt parauga virsmas telpisku attēlu. (8. att.)

http://biosci.cbs.umn.edu/asirc/lib/pict/Slivspore1.html
8. att. a) Skanējošais elektronu mikroskops (JEOL), b) mikroskopiskās sēnes Streptomyces lividans attēls skanējošajā elektronmikroskopā (http://biosci.cbs.umn.edu/asirc/lib/Pictures.html).

Interesentiem ieteicams apmeklēt mikroskopu ražotājfirmas „Olympus“ piedāvāto virtuālo skanējošo elektronu mikroskopu, kur katram pašam iespējams izvēlēties apskatāmo objektu un regulēt attēla asumu, palielinājumu un citus lielumus.
http://www.olympusmicro.com/primer/java/electronmicroscopy/magnify1/

Lapu atjaunoja Mārtiņš Pētersons
EU ESF LU LU BF Latvijas Daba 28.02.2008