13.1.2004
Mikroteknologian kehitys on mahdollistanut tiedemiesten pääsyn mikromaailmaan helpommin. Mutta tavallisen mikroskoopin alla solun ulkonäkö on sama, ja sitä on vaikea erottaa toisistaan. Tätä varten tiedemiehet ovat keksineet useita tapoja: geenitekniikan käyttö solujen muuntamiseen, väriaineiden käyttö solujen värjäämiseen... Lopuksi, mikroskoopin näkökulmasta solu ei ole enää yksitoikkoinen, vaan kaunis näky.
Halusimmepa sitä tai emme, silmämme käyttävät aina samanlaista tiedonkeruumenetelmää kohteen edessä: verkkokalvon solut kaappaavat fotoneja. Tiedot välittyvät aivoille, jotka pienentävät kuvaa. Jos kohde on liian pieni, fotonin heijastus on liian pieni, eikä ihmissilmä pysty näkemään sen rakennetta. Tässä vaiheessa meidän on tarkasteltava mikroskooppista tekniikkaa. Tämä artikkeli osoittaa, että kuvilla ei ole vain tärkeää akateemista arvoa, vaan myös vahvaa taiteellista kauneutta. Nämä kuvat edustavat biologisen tutkimuksen edistyneimpiä optisia mikroskopiatekniikoita.
Tällä hetkellä optinen mikroskopia on ennennäkemättömän muutoksen kourissa. Tutkijat käyttävät uusia fluoresoivia markkereita ja geenitekniikan tekniikkaa kudosnäytteiden muokkaamiseen, jotta mikroskoopilla voidaan tehdä kudosnäytteistä värikkäitä ja avata ovi "löytöihin". Kyseessä on uusi teknologia, jota tutkijat ovat ottaneet käyttöön. Tämän tekniikan avulla jokainen hiiren aivohermo näyttää useita eri värejä ja on luettavissa. Voimme analysoida tiettyjen aksonien monimutkaisia neuroverkkoseuranta-analyysejä ja piirtää täydellisen neuroverkkokartoituksen. Vanhalla kuvantamistekniikalla tehtävää on mahdotonta suorittaa loppuun.
Myös mikroskoopin tarkkuus paranee. Voimme tehdä merkin tiettyyn proteiiniin ja sitten käyttää mikroskooppia sen toiminnan tarkkailuun organisaatiolinjassa; solujen jakautuminen ja erilaistuminen prosessissa jokaisessa yksityiskohdassa, voi myös ottaa kaiken yhdellä silmäyksellä. Tutkijat voivat nopeasti tallentaa tietoja kirkkaassa valossa, tallentaa solun tai kudoksen välittömiä tapahtumia ja tarkkailla solunsisäisiä hienojakoisia elämänprosesseja heikossa valossa. Mikroteknologian kehittyessä kuvanottonopeuden ja -resoluution välinen ristiriita ratkeaa.
Tällä hetkellä useilla mikroskooppisilla tekniikoilla voidaan tutkia jopa hienovaraisimpia biologisia rakenteita (ja käsittelyssä on havaittu suuri määrä havaintoaineistoa), ja näiden tekniikoiden laaja soveltaminen on luonut vankan perustan elämän ytimen ymmärtämiselle.
Monimutkaiset aivot: Kalifornian yliopiston San Diegon Thomas Deerinck -tutkijat käyttivät kaksoisfotonimikroskopiaa (2-fotonimikroskopiaa) tutkiessaan vain 400 μm paksuista, hienojakoista hiiren pikkuaivokudosnäytettä (kuvassa yllä). Vihreä on Purkinjen solut (Purkinjen hermosolu), punainen on astrosyytit (gliasolut) ja sininen on tuma. Harvardin yliopiston Jean Rivet (Livet Jean) tutkivat konfokaalimikroskopialla (mikroskopia konfokaali) geneettisesti muunneltuja hiiren aivorungon kudosleikkeitä (340 μm). Geneettisen modifikaation seurauksena jokainen hiiren neuroni on eri värinen (katso alla). Jotta neuroneille saataisiin eri väri (eli "aivokuori"), tutkijat pystyvät havaitsemaan yksittäisen aksonin suunnan monimutkaisessa hermoverkossa.
Hiiren sisäkorvan kudosrakenne
Koska tila on kapea eikä sitä ole helppo erottaa, sisäkorvan rakennetta on erittäin vaikea havaita. Pohjois-Carolinan yliopiston Wilmingtonin kampuksella työskentelevä Sonia Piot (Sonja Pyott) kuvasi hiiren sisäkorvan karvasoluja (yllä vasemmalla). Nämä solut pystyvät mekaanisesti muuttamaan ääniaallot sähköisiksi pulssisignaaleiksi. Kuvassa karvasolut ovat vihreitä ja karvasolujen solut punaisia ja sinisiä, ja sitten näkyy tuma (konfokaalimikroskopiatekniikka). Washingtonin yliopiston Glenn MacDonald (MacDonald Glen) käyttää samanlaista värjäysmenetelmää hiiren sisäkorvan kudosrakenteen kuvaamiseen (konfokaalimikroskopia).
Lihaskuitu Drosophilassa
Lihassolut muodostavat kovan lihaskudoksen. Yllä olevassa kuvassa näkyy hiirten kielilihasten poikkileikkaus Kalifornian yliopiston San Diegon Thomas Deerinckin ampumaradan avulla. Seuraavassa kuvassa näkyy Hermann Aeberlin (Aberle Hermann) käsi Münsterin yliopistosta Saksasta, jossa näkyvät banaanikärpästen suurentuneet lihaskuidut. Geneettisen vaihtelun vuoksi banaanikärpästen lihaskuidut näyttävät epäjärjestyksessä olevilta (konfokaalimikroskopia).
Vuohenluuta 4 kertaa
Evät ja vuohenluu: kaksi kuvaa esittävät selkärankaisen kehon tiheää kudosrakennetta. Ramat Gan, Israel. Samuel Silberman ja Shamuel Silberman asettivat kalan evän luun satakertaisesti suurennettuna, ja sen päälle oli lisätty kirjava syksyinen kuvio (käyttäen valokuituvalaistustekniikkaa). Luun muodostumisen muutosten havaitsemiseksi luun mineraalitiheyden ja mineraalipitoisuuden kasvaessa Tampan kaupungin, Floridan, syöpäkeskuksen tutkijat Mark Lloyd ja Noel Clark suurentivat vuohenluun neljä kertaa (katso kaavio, Hirono-mikroskopia).
Vuohenluuta 4 kertaa
Evät ja vuohenluu: kaksi kuvaa esittävät selkärankaisen kehon tiheää kudosrakennetta. Ramat Gan, Israel. Samuel Silberman laittoi kalan evän luun satakertaisesti suurennettuna, ja sen päälle ilmestyi kirjava syksyinen kuvio (käyttäen valokuituvalaistustekniikkaa). Luun muodostumisen muutosten havaitsemiseksi luun mineraalitiheyden ja mineraalipitoisuuden kasvussa Tampan kaupungin, Floridan, syöpäkeskuksen tutkijat Mark Lloyd ja Noel Clark suurentivat vuohenluun neljä kertaa (katso kaavio, Hirono-mikroskopia). Mikrotubulukset muodostuvat kromosomien ympärille (sininen).
Tässä on Jan Schmoranza (Sch-moranzer Jan), Columbian yliopisto, seeruminälkiinnyttämisen alaisena hoidettujen solujen solukalvo ja mikrotubulusten rakenne (vihreä). Kaaviosta katsottuna fibroblastien mikrotubulukset ovat käyttäytyneet epänormaalisti. Mikrotubulusten halkaisija on noin 20 nm. Yleensä, kun solukalvossa on aukko, mikrotubulukset aggregoituvat aukon kohdalle, mutta näin ei ole. Interfaasisolussa Duke U-serdar, Tulu (U. serdar Tulu), 138 μm leveissä horisonteissa kromosomi (sininen) on kaapattu, ja sen ympärillä on mikrotubulusten muodostumista (keltainen, alla).
Näistä kuvista en voi olla ajattelematta kuuluisaa fyysikkoa Richard Feynmania (Feynman Richard) tarinan "hauskuudessa". Feynmanin ystävä oli ajatellut, että tiedemiehet tunnistavat kukkien kauneuden, eivätkä taiteilijat syvästi, vaan myös kauniit kukat, jotka avautuvat kuuden ja seitsemän asteen välein, muuttuvat lopulta mielenkiinnottomiksi. Feynman ei ollut samaa mieltä ystävänsä näkökulmasta, vaan sanoi: "Mielestäni hän on todella vähän hassu. Ensinnäkin, mikä on ero hänen ja minun näkemäni välillä? Uskon, että vaikka minulla ei olisikaan samaa esteettistä koulutusta kuin hänellä, uskon myös kukan kauneuden arvostamisen... Kuvitellaanpa, että solun liike ei ole kauneutta? Kukan kauneus ei ole vain makroskooppisessa muodossa, vaan mikroskooppisessa maailmassa sen sisäinen rakenne on yhtä kiehtova. Ja kukat taistelevat hyönteisiä vastaan, mikä itsessään on hyvin mielenkiintoista, sillä hyönteiset saattavat myös pystyä erottamaan värejä. Nähdäkseni kauniita kukkia haluaisin selvittää kysymyksen: myös alemmat eläimet osaavat arvostaa kukkien kauneutta? Miksi niillä on kyky maistaa? Nämä mielenkiintoiset kysymykset ovat osoittaneet, että tieteellinen tieto tekee kukista vain salaperäisempiä, jännittävämpiä ja kunnioittavampia."
