13.01.04
Rozwój mikrotechnologii pozwolił naukowcom łatwiej wniknąć w mikroświat. Jednak pod zwykłym mikroskopem wygląd komórki jest taki sam, trudno ją rozróżnić. W tym celu naukowcy opracowali szereg metod: wykorzystanie technologii inżynierii genetycznej do transformacji komórek, barwienie komórek barwnikiem... Wreszcie, pod mikroskopem, komórka nie jest już monotonna, lecz stanowi piękny widok.
Niezależnie od tego, czy nam się to podoba, czy nie, patrząc na obiekt, oczy zawsze będą wykorzystywać ten sam sposób gromadzenia informacji: komórki siatkówki wychwytują fotony. Informacje te są przekazywane do mózgu, który przetwarza obraz. Jeśli obiekt jest zbyt mały, odbicie fotonu jest zbyt słabe, a ludzkie oko nie jest w stanie dostrzec jego struktury. W tym momencie musimy przyjrzeć się technice mikroskopowej. Niniejsza praca prezentuje zdjęcia, które mają nie tylko istotną wartość naukową, ale także uwydatniają piękno artystyczne. Obrazy te reprezentują najbardziej zaawansowane techniki mikroskopii optycznej w badaniach biologicznych.
Obecnie mikroskopia optyczna przechodzi bezprecedensową transformację. Naukowcy wykorzystują nowatorskie markery fluorescencyjne i technologię inżynierii genetycznej do modyfikacji próbek tkanek, dzięki czemu mikroskop w próbkach tkanek staje się kolorowy, otwierając drzwi do „odkrycia”. To nowa technologia, którą wykorzystują naukowcy. Dzięki tej technice każdy nerw mózgowy myszy, ukazując różnorodność kolorów, jest czytelny, co pozwala nam na analizę złożoności śledzenia sieci neuronowej poszczególnych aksonów, a także na stworzenie kompletnego mapowania sieci neuronowej – w przypadku starej technologii obrazowania, zadanie to jest niemożliwe do wykonania.
Dokładność mikroskopu również uległa poprawie. Możemy zaznaczyć konkretne białko, a następnie użyć mikroskopu do obserwacji jego aktywności w linii organizacyjnej; podziału i różnicowania komórek w każdym szczególe, co pozwala nam na szybki podgląd. Naukowcy mogą szybko rejestrować w jasnym świetle, rejestrując chwilowe zdarzenia w komórce lub tkance, aby obserwować wewnątrzkomórkowe procesy życiowe w słabym świetle. Wraz z rozwojem mikrotechnologii, sprzeczność między szybkością a rozdzielczością akwizycji obrazu zostanie rozwiązana.
Obecnie istnieje wiele technik mikroskopowych umożliwiających wykrycie nawet najsubtelniejszych struktur biologicznych (ich skuteczność zaobserwowano w dużej liczbie danych obserwacyjnych), szerokie zastosowanie tych technik pozwoliło nam zrozumieć istotę życia, co położyło solidny fundament.
Złożone mózgi: wykorzystano mikroskopię dwufotonową (2-foton microscopy) Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, Thomas Deerinck (Thomas Deerinck), skanując fragment tkanki móżdżku myszy o grubości zaledwie 400 μm o drobnej mikrostrukturze (na zdjęciu powyżej). Zielony kolor to komórki Purkinjego (neurony Purkinjego), czerwony to astrocyty (komórki glejowe), a niebieski to jądro komórkowe. Jean Rivet (Livet Jean) z Uniwersytetu Harvarda (Johann Rivet), wykorzystując mikroskopię konfokalną (mikroskopia konfokalna), genetycznie zmodyfikowano fragmenty tkanki pnia mózgu myszy (340 μm). W wyniku modyfikacji genetycznej każdy neuron u myszy prezentuje inny kolor (patrz poniżej). Aby nadać neuronom inny kolor (tzw. „brainbow”), naukowcy będą mogli obserwować kierunek pojedynczego aksonu w złożonej sieci neuronowej.
Struktura tkanki ucha wewnętrznego myszy
Ze względu na wąską i trudną do oddzielenia przestrzeń, struktura ucha wewnętrznego jest bardzo trudna do obserwacji. Sonia Piot (Sonja Pyott), badaczka z Uniwersytetu Karoliny Północnej w Wilmington, uchwyciła komórki rzęsate ucha wewnętrznego myszy (powyżej po lewej). Komórki te potrafią mechanicznie przekształcać fale dźwiękowe w impulsy elektryczne. Na zdjęciu komórki rzęsate są zielone, a komórki rzęsate czerwone i niebieskie, a następnie jądro komórkowe (technika mikroskopii konfokalnej). Glenn MacDonald (MacDonald Glen) z Uniwersytetu Waszyngtońskiego stosuje podobną metodę barwienia, aby uchwycić strukturę tkanki ucha wewnętrznego myszy (mikroskopia konfokalna).
Włókno mięśniowe u muszki owocówki
Komórki mięśniowe tworzą wytrzymałą tkankę mięśniową. Przekrój poprzeczny mięśni języka myszy pokazano na powyższym zdjęciu, wykonanym przez Thomasa Deerincka (Thomas Deerinck) z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Poniższe zdjęcie przedstawia dłoń Hermanna Aeberliego (Aberle Hermann) z Uniwersytetu w Münster w Niemczech, ukazując powiększone włókna mięśniowe muszek owocowych. Ze względu na zmienność genetyczną włókna mięśniowe muszki owocowej wyglądają na zdezorganizowane (mikroskopia konfokalna).
Kość kozia 4 razy
Płetwy i kość kozia: dwa zdjęcia ukazujące gęstą tkankę kręgowców. Ramat Gan, Izrael, Samuel Silberman. Shamuel Silberman umieścił kość z płetwy ryby powiększoną stukrotnie, a następnie nałożył ją na wierzch plamistej jesieni (za pomocą technologii oświetlenia światłowodowego). Aby zaobserwować zmiany w gęstości mineralnej kości i ich zawartości, w centrum onkologicznym Mo Moffett w Tampie na Florydzie, Mark Lloyd i Noel Clark powiększyli kość kozią czterokrotnie (patrz wykres, mikroskopia Hirono).
Kość kozia 4 razy
Płetwy i kość kozia: dwa zdjęcia przedstawiają gęstą tkankę ciała kręgowców. Ramat Gan, Izrael, Samuel Silberman. Shamuel Silberman umieścił kość z płetwy ryby powiększoną stukrotnie i umieścił ją na wierzchu plamistej jesieni (za pomocą technologii oświetlenia światłowodowego). Aby zaobserwować zmiany w gęstości mineralnej kości i ich zawartości, w centrum onkologicznym Mo Moffett w Tampie na Florydzie, Mark Lloyd i Noel Clark powiększyli kość kozią czterokrotnie (patrz wykres, mikroskopia Hirono). Wokół chromosomów (niebieskie) tworzą się mikrotubule.
Oto Jan Schmoranza (Schmoranzer Jan), Uniwersytet Columbia, błona komórkowa komórek poddanych głodzeniu surowiczemu oraz struktura mikrotubul (zielone). Z punktu widzenia wykresu mikrotubule fibroblastów wykazują nieprawidłowe zachowanie. Średnica mikrotubul wynosi około 20 nm. Zazwyczaj, gdy występuje przerwa w błonie komórkowej, mikrotubule agregują w miejscu pęknięcia, ale nie jest to regułą. W komórce interfazowej, Duke U-serdar, Tulu (U. serdar Tulu) w horyzontach o szerokości 138 μm uchwycił chromosom (niebieski), wokół którego tworzą się mikrotubule (żółte, poniżej).
Te zdjęcia przywodzą mi na myśl słynnego fizyka Richarda Feynmana (Richarda Feynmana) w „zabawnej” historii. Przyjaciel Feynmana uważał, że naukowcy nie dostrzegają piękna kwiatów aż do końca, ale piękne kwiaty, które otwierają się w wieku szóstym i siódmym, z czasem stają się nieciekawe. Feynman nie zgodził się z punktem widzenia przyjaciela, mówiąc: „Myślę, że jest naprawdę trochę zabawny. Po pierwsze, jaka jest różnica między nim a mną i tym, co widzę? Wierzę, że nawet jeśli nie mam takiego samego wykształcenia estetycznego jak on, to i tak potrafię docenić piękno kwiatu… Wyobraźmy sobie ruch komórek, jego zagadkowość nie jest pięknem. Mam na myśli to, że piękno kwiatu nie tkwi tylko w formie makroskopowej, w świecie mikroskopowym jego struktura wewnętrzna jest równie fascynująca. A kwiaty dla owadów Opatrzności i walki z Yanem, co samo w sobie jest bardzo interesującą rzeczą, z tej strony, że owady mogą również rozróżniać kolory. Aby zobaczyć piękne kwiaty, chciałbym znaleźć odpowiedź na pytanie: niższe zwierzęta również potrafią docenić piękno kwiatów? Dlaczego mają zdolność smaku? Te interesujące pytania dowodzą, że wiedza naukowa sprawi, że kwiaty staną się bardziej tajemnicze, bardziej ekscytujące, budzące większy podziw”.
