13/01/04
Развитие микротехнологий позволило учёным легче проникнуть в микромир. Но под обычным микроскопом внешний вид клетки остаётся неизменным, её трудно различить. С этой целью учёные изобрели множество способов: от генной инженерии до окрашивания клеток красителями... Наконец, в микроскоп клетка перестаёт быть однообразной, а становится прекрасным зрелищем.
Нравится нам это или нет, находясь перед объектом, глаза всегда используют один и тот же способ сбора информации: клетки сетчатки улавливают фотоны. Информация передается в мозг, который преобразует изображение в изображение. Если объект слишком мал, отражение фотона слишком мало, и человеческий глаз не может увидеть его структуру. В этом случае нам необходимо изучить микроскопическую технику. Представленные в данной статье изображения имеют не только важное академическое значение, но и обладают яркой художественной красотой. Эти изображения представляют собой самые передовые методы оптической микроскопии в биологических исследованиях.
В настоящее время оптическая микроскопия переживает беспрецедентные изменения. Ученые используют новые флуоресцентные маркеры и генную инженерию для модификации образцов тканей, что позволяет микроскопу придать образцам тканей цвет, открывая путь к «открытию». Это новая технология, которой занимаются исследователи. Благодаря этой методике каждый нерв мозга мыши демонстрирует разнообразие цветов и чёткость, что позволяет нам анализировать сложные нейронные сети для отслеживания определённых аксонов и создавать полную нейросетевую карту – старые технологии визуализации не позволяют выполнить эту задачу.
Точность микроскопа также повышается. Мы можем отметить конкретный белок, а затем с помощью микроскопа наблюдать его активность в процессе организации; деление и дифференцировку клеток в мельчайших деталях, а также охватить всё одним взглядом. Исследователи могут быстро делать снимки при ярком свете, фиксируя мгновенные события внутри клетки или ткани, и наблюдать тонкие внутриклеточные жизненные процессы при слабом освещении. С развитием микротехнологий будет решено противоречие между скоростью и разрешением получения изображений.
В настоящее время ряд микроскопических методов позволяет изучать даже самые тонкие биологические структуры (и обработка данных была проведена на основе большого количества наблюдений), широкое применение этих методов заложило прочную основу для понимания нами сущности жизни.
Сложный мозг: используя двухфотонную микроскопию (2-фотонную микроскопию) Калифорнийского университета в Сан-Диего, Томас Диринк (Thomas Deerinck) снимал фрагмент ткани мозжечка мыши толщиной всего 400 мкм с тонкой микроструктурой (на фото выше), зелёный цвет – клетки Пуркинье (нейроны Пуркинье), красный – астроциты (глиальные клетки), синий – ядро. Жан Риве (Jean Rivet) из Гарвардского университета (), используя конфокальную микроскопию (конфокальную микроскопию), получил генетически модифицированные срезы ткани ствола мозга мыши (340 мкм). В результате генетической модификации каждый нейрон мыши имеет свой цвет (см. ниже). Придав нейронам разный цвет (т.е. «мозговую дугу»), учёные смогут наблюдать направление движения отдельного аксона в сложной нейронной сети.
Структура тканей внутреннего уха мыши
Из-за узкого пространства и сложности разделения, наблюдать за структурой внутреннего уха очень сложно. Соня Пиот (Sonja Pyott) из кампуса Университета Северной Каролины в Уилмингтоне сфотографировала волосковые клетки внутреннего уха мыши (вверху слева). Эти клетки способны механически преобразовывать звуковые волны в электрический импульс. На изображении волосковые клетки обозначены зелёным, а их клетки – красным и синим, а затем – ядро (метод конфокальной микроскопии). Гленн Макдональд (MacDonald Glen) из Вашингтонского университета использует аналогичный метод окрашивания для исследования структуры тканей внутреннего уха мыши (конфокальная микроскопия).
Мышечное волокно у дрозофилы
Мышечные клетки образуют прочную мышечную ткань. На изображении выше представлено поперечное сечение мышц языка мышей, полученное Томасом Дееринком (Thomas Deerinck) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. На следующем снимке изображена рука Германа Эберли (Aberle Hermann) из Мюнстерского университета, Германия, на которой изображены увеличенные мышечные волокна плодовых мушек. Из-за генетической изменчивости мышечные волокна плодовых мушек выглядят дезорганизованными (конфокальная микроскопия).
Козья кость 4 раза
Плавники и кость козла: два снимка, демонстрирующие плотную структуру тканей тела позвоночного. Рамат-Ган, Израиль, Самуэль Зильберман. Шамуэль Зильберман поместил кость плавника рыбы, увеличенную в сто раз, поверх которой была нанесена пятнистая осенняя краска (с использованием оптоволоконной технологии освещения). Чтобы наблюдать изменения в формировании костей, включая минеральную плотность костей и содержание минералов, Марк Ллойд (Mark Lloyd) и Ноэль Кларк (Noel Clark) из онкологического центра Моффетт в городе Тампа, штат Флорида, увеличили кость козла в четыре раза (см. диаграмму, микроскопия Хироно).
Козья кость 4 раза
Плавники и кость козла: два снимка, демонстрирующие плотную структуру тканей тела позвоночного. Рамат-Ган, Израиль, Самуэль Зильберман. Шамуэль Зильберман поместил кость плавника рыбы, увеличенную в сто раз, поверх которой была нанесена пятнистая осень (с использованием оптоволоконной технологии освещения). Чтобы наблюдать изменения в формировании костей, включая минеральную плотность костей и содержание минералов, Марк Ллойд (Mark Lloyd) и Ноэль Кларк (Noel Clark) из Онкологического центра имени Моффета в Тампе, штат Флорида, увеличили кость козла в четыре раза (см. диаграмму, микроскопия Хироно). Микротрубочки образуются вокруг хромосом (синие).
Ян Шморанца (Sch-moranzer Jan) из Колумбийского университета, клеточная мембрана клеток, подвергшихся голоданию по сыворотке, и структура микротрубочек (зелёные). На графике видно, что микротрубочки фибробластов демонстрируют аномальное поведение. Диаметр микротрубочек составляет около 20 нм. Обычно при наличии разрыва в клеточной мембране микротрубочки собираются в месте разрыва, но в данном случае это не так. В интерфазной клетке Duke U. serdar Tulu (U. serdar Tulu) в горизонтах шириной 138 мкм захвачена хромосома (синяя), вокруг которой формируется микротрубочка (жёлтая, внизу).
Эти фотографии невольно напоминают о знаменитом физике Ричарде Фейнмане (Ричард Фейнман) в «весёлом» рассказе. Друг Фейнмана считал, что учёные, а не художники, глубоко осознают красоту цветов, но и прекрасные цветы, распускающиеся по частям, со временем становятся неинтересными. Фейнман не согласился с точкой зрения друга, сказав: «Я думаю, он действительно немного забавен. Прежде всего, в чём разница между ним и мной, и тем, что я вижу? Я считаю, что даже если у меня нет такого же эстетического образования, как у него, я всё равно смогу оценить красоту цветка… Представим себе движение клеток: его озадачивающее – это не красота? Я имею в виду, что красота цветка не только в макроскопической форме, но и в микроскопическом мире его внутренняя структура не менее увлекательна. И цветы, и насекомые борются за провидение и борьбу Янь, что само по себе очень интересно, с той стороны, что насекомые тоже могут различать цвета. Чтобы увидеть красивые цветы, я хотел бы узнать: низшие животные тоже умеют ценить их красоту? Почему они способны чувствовать вкус? Эти интересные вопросы доказали, что научное знание только сделает цветы более загадочными, более захватывающими, более благоговейными».
