2004-01-13
Mikrotechnologijų vystymasis leido mokslininkams lengviau prasiskverbti į mikro pasaulį. Tačiau pro įprastą mikroskopą ląstelės išvaizda yra tokia pati, ją sunku atskirti. Šiuo tikslu mokslininkai išrado įvairių būdų: genetinės inžinerijos technologijų naudojimas ląstelėms transformuoti, dažų naudojimas ląstelių dažymui... Galiausiai, mikroskopo požiūriu ląstelė nebėra monotoniška, o gražus vaizdas.
Nesvarbu, ar mums tai patinka, ar ne, akys visada naudos tą patį informacijos rinkimo būdą priešais objektą: tinklainės ląstelės gaudo fotonus. Informacija bus perduota smegenims, kurios sumažins vaizdą. Jei objektas per mažas, fotono atspindys per mažas, žmogaus akis negali matyti jo struktūros. Šiuo atveju turime stebėti mikroskopijos techniką. Šiame straipsnyje parodyti vaizdai turi ne tik svarbią akademinę vertę, bet ir ryškų meninį grožį. Šie vaizdai atspindi pažangiausius optinės mikroskopijos metodus biologiniuose tyrimuose.
Šiuo metu optinė mikroskopija išgyvena precedento neturinčius pokyčius. Mokslininkai naudoja naujus fluorescencinius žymenis ir genų inžinerijos technologijas, modifikuodami audinių mėginius, leisdami mikroskopu audinių mėginiams tapti spalvingiems ir atverti duris į „atradimus“. Tai nauja technologija, kurią ėmėsi tyrėjai. Taikant šią techniką, kiekvienas pelės smegenų nervas gali būti vaizduojamas įvairiomis spalvomis, įskaitomas, todėl galime atlikti sudėtingą konkrečių aksonų sekimo neuroninio tinklo analizę ir sudaryti pilną neuroninio tinklo žemėlapį – naudojant senąsias vaizdo gavimo technologijas šios užduoties atlikti neįmanoma.
Taip pat pagerėja mikroskopo tikslumas. Galime padaryti žymę konkrečiame baltyme ir tada mikroskopu stebėti jo veiklą organizacijos linijoje; ląstelių dalijimąsi ir diferenciaciją kiekvienoje proceso detalėje, taip pat viską galima apžvelgti iš pirmo žvilgsnio. Tyrėjai gali greitai užfiksuoti ryškioje šviesoje, užfiksuodami momentinius ląstelės ar audinio įvykius, stebėti viduląstelinius smulkius gyvybinius procesus silpnoje šviesoje. Tobulėjant mikrotechnologijoms, bus išspręstas prieštaravimas tarp vaizdo gavimo greičio ir skiriamosios gebos.
Šiuo metu keli mikroskopiniai metodai gali ištirti net subtiliausias biologines struktūras (ir gydymo metu buvo pastebėta daugybė stebėjimo duomenų), o platus šių metodų taikymas padėjo tvirtą pagrindą gyvybės esmės supratimui.
Sudėtingos smegenys: Kalifornijos universiteto San Diege Thomas Deerinck panaudojo dviejų fotonų mikroskopiją (2 fotonų mikroskopiją), fotografuodamas vos 400 μm storio smulkios mikrostruktūros pelės smegenėlių audinio mėginį (pavaizduota aukščiau), kuriame žalia spalva žymi Purkinje ląsteles (Purkinje neuroną), raudona – astrocitus (glijines ląsteles), o mėlyna – branduolį. Jean Rivet (Livet Jean), Harvardo universiteto mokslininkas, naudodamas konfokalinę mikroskopiją (mikroskopiją konfokalinėje mikroskopijoje), tyrė genetiškai modifikuotus pelės smegenų kamieno audinio gabalėlius (340 μm). Dėl genetinės modifikacijos kiekvienas pelės neuronas yra skirtingos spalvos (žr. toliau). Kad neuronams būtų suteikta kitokia spalva (t. y. „smegenų lankas“), mokslininkai galės stebėti vieno aksono kryptį sudėtingame neuronų tinkle.
Pelės vidinės ausies audinių struktūra
Kadangi erdvė siaura ir ją sunku atskirti, vidinės ausies struktūrą labai sunku pastebėti. Šiaurės Karolinos universiteto Vilmingtono miestelyje dirbanti Sonia Piot (Sonja Pyott) užfiksavo pelės vidinės ausies plaukų ląsteles (viršuje kairėje), šios ląstelės gali mechaniškai paversti garso bangas elektriniu impulso signalu. Nuotraukoje plaukų ląstelės yra žalios, o plaukų ląstelių ląstelės – raudonos ir mėlynos, tada – branduolys (konfokalinės mikroskopijos technika). Glennas MacDonaldas (MacDonald Glen) iš Vašingtono universiteto naudoja panašų dažymo metodą pelės vidinės ausies audinių struktūrai užfiksuoti (konfokalinė mikroskopija).
Raumenų skaidulos Drosophila žuvyse
Raumenų ląstelės sudaro tvirtą raumeninį audinį. Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodytas pelių liežuvio raumenų skerspjūvis, nufotografuotas Kalifornijos universiteto San Diege Thomaso Deerincko. Kitame paveikslėlyje pavaizduota Hermanno Aeberli (Aberle Hermann) iš Miunsterio universiteto Vokietijoje ranka, kurioje matomos padidėjusios vaisinių muselių raumenų skaidulos. Dėl genetinės variacijos vaisinių muselių raumenų skaidulos atrodo netvarkingos (konfokalinė mikroskopija).
Ožkos kaulas 4 kartus
Pelekai ir ožkaulis: dviejuose paveikslėliuose parodyta tanki stuburinio kūno audinių struktūra. Ramat Gan, Izraelis, Samuelis Silbermanas uždėjo žuvies peleko kaulą, padidintą šimtą kartų, o ant viršaus – margą rudenį (naudojant šviesolaidinio apšvietimo technologiją). Norėdami stebėti kaulų formavimosi pokyčius, didėjantį kaulų mineralų tankį ir mineralų kiekį, Tampos miesto, Floridos, Mo Moffetto vėžio centro darbuotojai Markas Lloydas ir Noelis Clarkas ožkaulą padidino keturis kartus (žr. diagramą, Hirono mikroskopija).
Ožkos kaulas 4 kartus
Pelekai ir ožkaulis: dviejuose paveikslėliuose parodyta tanki stuburinio kūno audinių struktūra. Ramat Gan, Izraelis, Samuelis Silbermanas uždėjo žuvies peleko kaulą, padidintą šimtą kartų, o ant viršaus buvo margas rudeninis vaizdas (naudojant šviesolaidinio apšvietimo technologiją). Norėdami stebėti kaulų formavimosi pokyčius, didėjantį kaulų mineralų tankį ir mineralų kiekį, Tampos miesto, Floridos, Mo Moffetto vėžio centro darbuotojai Markas Lloydas ir Noelis Clarkas padidino ožkaulio kaulą keturis kartus (žr. diagramą, Hirono mikroskopija). Mikrovamzdeliai susidaro aplink chromosomas (mėlyna spalva).
Čia yra Jan Schmoranza (Sch-moranzer Jan), Kolumbijos universitetas, ląstelių, gydytų serumo badu, membrana ir mikrovamzdelių struktūra (žalia). Grafike matyti, kad fibroblastų mikrovamzdeliai elgiasi nenormaliai. Mikrovamzdelių skersmuo yra apie 20 nm, paprastai, kai ląstelės membranoje yra tarpas, mikrovamzdeliai agreguojasi plyšyje, tačiau taip nėra. Interfazinėje ląstelėje Duke U-serdar, Tulu (U. serdar Tulu) 138 μm pločio horizonte užfiksavo chromosomą (mėlyna), aplink kurią susidaro mikrovamzdeliai (geltona, žemiau).
Šios nuotraukos man netrukdo prisiminti garsaus fiziko Richardo Feynmano (Feynman Richard) „linksmybių“ pasakojimą. Feynmano draugas manė, kad mokslininkai gėlių grožį atpažįsta ne kaip menininkai, o kaip gražios gėlės, kurios skleidžiasi šešiomis ir septyniomis, galiausiai tampa neįdomūs dalykai. Feynmanas nesutiko su draugo požiūriu, jis pasakė: „Manau, kad jis iš tiesų yra šiek tiek juokingas. Visų pirma, kuo jis skiriasi nuo manęs ir to, ką aš matau? Manau, kad net jei neturiu tokio paties estetinio išsilavinimo kaip jis, taip pat ir vertinu gėlės grožį... Įsivaizduokime ląstelės judėjimą, jo gluminimas nėra grožis? Turiu omenyje, kad gėlės grožis yra ne tik makroskopinėje formoje, mikroskopiniame pasaulyje jos vidinė struktūra yra vienodai žavi. Ir gėlės kovoja su Apvaizdos vabzdžiais, o tai savaime yra labai įdomus dalykas iš tos pusės, kad vabzdžiai taip pat gali skirti spalvas. Norėdamas pamatyti gražias gėles, norėčiau išsiaiškinti klausimą: žemesni gyvūnai taip pat moka vertinti gėlių grožį? Kodėl jie turi gebėjimą jausti skonį? Šie įdomūs klausimai įrodė, kad mokslinės žinios tik padarys gėles paslaptingesnes, įdomesnes, labiau pagarbias.“
