13.01.04
Развіццё мікратэхналогій дазволіла навукоўцам лягчэй пранікаць у мікрасвет. Але пад звычайным мікраскопам знешні выгляд клеткі аднолькавы, яе цяжка адрозніць. Для гэтага навукоўцы вынайшлі розныя спосабы: выкарыстанне тэхналогіі геннай інжынерыі для трансфармацыі клетак, выкарыстанне фарбавальнікаў для афарбоўвання клетак... Нарэшце, перад мікраскопам клетка перастае быць аднастайнай, а ўяўляе сабой прыгожую карціну.
Падабаецца нам гэта ці не, перад аб'ектам вочы заўсёды выкарыстоўваюць адзін і той жа спосаб збору інфармацыі: клеткі сятчаткі захопліваюць фатоны. Інфармацыя перадаецца ў мозг, які потым стварае выяву. Калі аб'ект занадта малы, адлюстраванне фатона занадта малое, і чалавечае вока не можа ўбачыць яго структуру. У гэтым выпадку нам трэба разгледзець мікраскапічныя метады. Паказаныя ў гэтай працы выявы маюць не толькі важную акадэмічную каштоўнасць, але і моцную мастацкую прыгажосць. Гэтыя выявы ўяўляюць сабой найноўшыя метады аптычнай мікраскапіі ў біялагічных даследаваннях.
У цяперашні час аптычная мікраскапія перажывае беспрэцэдэнтныя змены. Навукоўцы выкарыстоўваюць новыя флуарэсцэнтныя маркеры і тэхналогіі геннай інжынерыі для мадыфікацыі ўзораў тканін, дазваляючы мікраскопу надаць узорам тканін рознакаляровы выгляд, адкрываючы дзверы да "адкрыццяў". Гэта новая тэхналогія, якую прынялі даследчыкі. З дапамогай гэтай тэхнікі кожны нерв мозгу мышы адлюстроўваецца ў розных колерах, што дазваляе нам аналізаваць канкрэтныя аксоны ў складанай нейроннай сетцы, а таксама ствараць поўнае картаграфаванне нейроннай сеткі - са старымі тэхналогіямі візуалізацыі гэта немагчыма.
Дакладнасць мікраскопа таксама палепшылася. Мы можам зрабіць пазнаку на пэўным бялку, а затым выкарыстоўваць мікраскоп для назірання за яго актыўнасцю ў лініі арганізацыі; працэс дзялення і дыферэнцыяцыі клетак у кожнай дэталі, а таксама можам ахапіць усё адным позіркам. Даследчыкі могуць хутка фіксаваць імгненныя падзеі ў клетцы або тканіне пры яркім святле, каб назіраць за тонкімі ўнутрыклетачнымі жыццёвымі працэсамі пры слабым святле. З развіццём мікратэхналогій супярэчнасць паміж хуткасцю і раздзяляльнай здольнасцю атрымання выявы будзе вырашана.
У цяперашні час некалькі мікраскапічных метадаў дазваляюць выяўляць нават самыя тонкія біялагічныя структуры (і лячэнне назіралася ў вялікай колькасці дадзеных назіранняў), шырокае прымяненне гэтых метадаў заклала трывалую аснову для разумення сутнасці жыцця.
Складаны мозг: з дапамогай двухфатоннай мікраскапіі (2-photon microscopy) з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега навукоўцы Томаса Дзірынка (Thomas Deerinck) здымаюць узоры дробнай мікраструктуры тканкі мазжачка мышы таўшчынёй усяго 400 мкм (на фота вышэй), зялёны - клеткі Пуркінье (нейрон Пуркінье), чырвоны - астрацыты (гліяльныя клеткі), сіні - ядро. Жан Рыве (Livet Jean) з Гарвардскага ўніверсітэта () з дапамогай канфакальнай мікраскапіі (канфакальная мікраскапія) стварае генетычна мадыфікаваныя зрэзы тканкі ствала мозгу мышы (340 мкм). У выніку генетычнай мадыфікацыі кожны нейрон у мышы мае розны колер (гл. ніжэй). Каб надаць нейронам розны колер (г.зн. "мазгавую дугу"), навукоўцы змогуць назіраць за кірункам аднаго аксона ў складанай нейроннай сетцы.
Структура тканіны ўнутранага вуха мышы
Паколькі прастора вузкая і яе нялёгка аддзяліць, структуру ўнутранага вуха вельмі цяжка назіраць. Соня Піёт (Sonja pyott) з кампуса Універсітэта Паўночнай Караліны ў Уілмінгтане зрабіла здымку валасковых клетак унутранага вуха мышы (уверсе злева). Гэтыя клеткі могуць механічна пераўтвараць гукавыя хвалі ў электрычны імпульсны сігнал. На здымку валасковыя клеткі зялёныя, а клеткі валасковых клетак — чырвоныя і сінія, а затым ядро (метад канфакальнай мікраскапіі). Глен Макдональд (MacDonald Glen) з Універсітэта Вашынгтона выкарыстоўвае падобны метад афарбоўвання для здымкі структуры тканіны ўнутранага вуха мышы (канфакальная мікраскапія).
Мышачныя валокны ў дразафілы
Мышачныя клеткі ўтвараюць трывалую мышачную тканіну. На малюнку вышэй паказаны папярочны разрэз мышцаў языка мышэй, зроблены Томасам Дзірынкам (Thomas Deerinck) з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега. На наступным малюнку паказана рука Германа Эберлі (Aberle Hermann) з Мюнстэрскага ўніверсітэта, Германія, на якой бачныя павялічаныя мышачныя валокны пладовых мушак. З-за генетычнай варыятыўнасці мышачныя валокны пладовых мушак выглядаюць неарганізаванымі (канфакальная мікраскапія).
Косць казы 4 разы
Плаўнікі і косць казла: два малюнкі паказваюць шчыльную тканкавую структуру цела пазваночных. Рамат-Ган, Ізраіль, Самуэль Сільберман. Шамуэль Сільберман паставіў костку рыбінага плаўніка, павялічаную ў сто разоў, на вяршыні стракатай восені (з выкарыстаннем тэхналогіі валаконна-аптычнага асвятлення). Каб назіраць за зменамі ўтварэння костак, іх мінеральнай шчыльнасці і ўтрыманнем мінералаў, Марк Лойд (Mark Lloyd) і Ноэль Кларк (Noel Clark) з анкалагічнага цэнтра Мо Мофет у горадзе Тампа, штат Фларыда, павялічылі косць казла ў чатыры разы (гл. дыяграму, мікраскапія Хірона).
Косць казы 4 разы
Плаўнікі і косць казла: два малюнкі паказваюць шчыльную тканкавую структуру цела пазваночных. Рамат-Ган, Ізраіль, Самуэль Сільберман. Шамуэль Сільберман паставіў костку рыбінага плаўніка, павялічаную ў сто разоў, і на ёй апынуўся восеньскі плямісты малюнак (з выкарыстаннем тэхналогіі валаконна-аптычнага асвятлення). Каб назіраць за зменамі мінеральнай шчыльнасці і ўтрымання мінералаў у касцяной тканцы ў працэсе ўзрастання, Марк Лойд (Mark Lloyd) і Ноэль Кларк (Noel Clark) з анкалагічнага цэнтра горада Тампа, штат Фларыда, павялічылі косць казла ў чатыры разы (гл. дыяграму, мікраскапія Хірона). Вакол храмасом утвараюцца мікратрубачкі (сіні колер).
Вось Ян Шмаранца (Sch-moranzer Jan), Калумбійскі ўніверсітэт, клеткавая мембрана клетак, якія атрымлівалі сыроватачнае галаданне, і структура мікратрубачак (зялёны колер). З графіка відаць, што мікратрубачкі фібрабластаў прадэманстравалі анамальную паводзіны. Дыяметр мікратрубачак складае каля 20 нм, звычайна, калі ў клеткавай мембране ёсць шчыліна, мікратрубачкі агрэгуюцца ў месцы разрыву, але гэта не так. У інтэрфазнай клетцы Дзюк Ю-Сердар, Тулу (U. serdar Tulu) у гарызонтах шырынёй 138 мкм захоплівае храмасому (сіні колер), вакол якой утвараюцца мікратрубачкі (жоўты колер, унізе).
Гэтыя карціны выклікаюць у мяне ўспаміны пра знакамітага фізіка Рычарда Фейнмана (Рычард Фейнман) у «забаўляльнай» гісторыі. Адзін сябар Фейнмана лічыў, што навукоўцы не толькі мастакі глыбока разумеюць прыгажосць кветак, але і прыгожыя кветкі, якія раскрываюцца на шэсць і сем гадоў, у рэшце рэшт становяцца нецікавымі. Фейнман не пагадзіўся з пунктам гледжання сябра і сказаў: «Я думаю, што ён сапраўды трохі смешны. Па-першае, у чым розніца паміж ім і мной і тым, што я бачу? Я лічу, што нават калі ў мяне няма такой жа эстэтычнай падрыхтоўкі, як у яго, але я таксама не магу ацаніць прыгажосць кветкі... Давайце ўявім сабе рух клеткі, яго здзіўленне не з'яўляецца прыгажосцю? Я маю на ўвазе, што прыгажосць кветкі не толькі ў макраскапічнай форме, у мікраскапічным свеце яе ўнутраная структура гэтак жа захапляльная. І кветкі супрацьстаяць насякомым Провіду і змагаюцца Ян, што само па сабе вельмі цікава, з таго боку, што насякомыя таксама могуць адрозніваць колеры. Каб убачыць прыгожыя кветкі, я хацеў бы высветліць пытанне: ніжэйшыя жывёлы таксама ўмеюць цаніць прыгажосць кветак? Чаму яны маюць здольнасць адчуваць смак? Гэтыя цікавыя пытанні даказалі, што навуковыя веды толькі зробяць кветкі больш загадкавымі, больш захапляльнымі, больш уражлівымі».
