2013/01/04
Mikroteknolojinin gelişmesi, bilim insanlarının mikro dünyaya daha kolay nüfuz etmelerini sağladı. Ancak sıradan mikroskop altında hücrenin görünümü aynı olduğundan, ayırt etmek zordur. Bu amaçla bilim insanları çeşitli yöntemler geliştirdiler: hücreleri dönüştürmek için genetik mühendisliği teknolojisinin kullanımı, hücreleri boyamak için boya kullanımı... Sonuç olarak, mikroskop altında hücre artık tekdüze değil, güzel bir manzara haline geldi.
Nesnenin önünde olsak da olmasak da, gözlerimiz her zaman aynı tür bilgi toplama yöntemini kullanır: retina hücreleri fotonları yakalar. Bilgi beyne iletilir ve beyin bunu görüntüye dönüştürür. Nesne çok küçükse, fotonun yansıması da çok az olur ve insan gözü yapısını göremez. Bu durumda, mikroskopik gözlem tekniğine ihtiyaç duyarız. Bu makalede gösterilen resimler, sadece önemli akademik değere sahip olmakla kalmayıp, daha güçlü bir sanatsal güzelliğe de sahiptir. Bu görüntüler, biyolojik araştırmalarda kullanılan en gelişmiş optik mikroskopi tekniklerini temsil etmektedir.
Şu anda optik mikroskopi, benzeri görülmemiş bir değişimden geçiyor. Bilim insanları, doku örneklerinde yeni floresan işaretleyiciler ve gen mühendisliği teknolojisi modifikasyonu kullanarak, doku örneklerindeki mikroskobun renkli hale gelmesini sağlıyor ve "keşiflere" giden kapıyı aralıyor. Bu, araştırmacılar tarafından benimsenen yeni bir teknoloji. Bu teknik sayesinde, her fare beynindeki sinir çeşitli renkler göstererek okunabilir hale geliyor ve bu da bize karmaşık sinir ağı izleme analizini, belirli aksonları inceleme ve eksiksiz bir sinir ağı haritalaması çizme olanağı sağlıyor; bu, eski görüntüleme teknolojileriyle imkansız olan bir görev.
Mikroskobun doğruluğu da artıyor. Belirli bir proteine işaret koyup, mikroskop kullanarak organizasyon çizgisindeki aktivitelerini gözlemleyebiliyoruz; hücre bölünmesi ve farklılaşmasının her detayını da tek bakışta görebiliyoruz. Araştırmacılar, parlak ışıkta hücre veya doku içindeki anlık olayları hızlıca yakalayabiliyor, zayıf ışık altında hücre içi ince yaşam süreçlerini gözlemleyebiliyorlar. Mikroteknolojinin gelişmesiyle, görüntü elde etme hızı ve çözünürlüğü arasındaki çelişki çözülecektir.
Günümüzde, çeşitli mikroskopik teknikler en ince biyolojik yapıları bile görüntüleyebilmektedir (ve bu tekniklerle yapılan işlemler çok sayıda gözlem verisinde görülmüştür). Bu tekniklerin geniş uygulama alanı bulması, yaşamın özünü anlamamız için sağlam bir temel oluşturmuştur.
Karmaşık beyinler: Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'dan Thomas Deerinck, iki fotonlu mikroskopi (2-foton mikroskopi) kullanarak, sadece 400 μm kalınlığındaki fare beyincik dokusu örneklerinin ince mikro yapısını (yukarıdaki resimde) inceledi; yeşil Purkinje hücreleri (Purkinje nöronu), kırmızı astrositler (glia hücresi), mavi ise çekirdektir. Harvard Üniversitesi'nden Jean Rivet ise konfokal mikroskopi (konfokal mikroskopi) kullanarak, genetik olarak değiştirilmiş fare beyin sapı dokusu dilimlerini (340 μm) inceledi. Genetik modifikasyon sonucu, faredeki her nöron farklı bir renk gösteriyor (aşağıya bakınız). Nöronlara farklı bir renk vermek (yani "Gökkuşağı"), bilim insanlarının karmaşık sinir ağındaki tek bir aksonun yönünü gözlemlemelerini sağlayacak.
Fare iç kulağının doku yapısı
İç kulak yapısı dar ve ayrılması zor olduğu için gözlemlemek oldukça zordur. Kuzey Carolina Wilmington Üniversitesi'nden Sonia Piot (Sonja Pyott), fare iç kulağındaki kıl hücrelerini (yukarıda solda) görüntülemiştir; bu hücreler ses dalgalarını mekanik olarak elektriksel darbe sinyaline dönüştürebilir. Resimde kıl hücreleri yeşil, kıl hücrelerinin iç kısımları kırmızı ve mavi, çekirdek ise konfokal mikroskopi tekniğiyle gösterilmiştir. Washington Üniversitesi'nden Glenn MacDonald (MacDonald Glen), fare iç kulağının doku yapısını görüntülemek için benzer bir boyama yöntemi kullanmıştır (konfokal mikroskopi).
Drosophila'da kas lifi
Kas hücreleri sert bir kas dokusu oluşturur. Yukarıdaki resimde, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'dan Thomas Deerinck'in çektiği fare dili kaslarının kesiti gösterilmektedir. Aşağıdaki resimde ise Almanya, Münster Üniversitesi'nden Hermann Aeberli'nin çektiği, meyve sineklerinin genişlemiş kas liflerini gösteren bir fotoğraf yer almaktadır. Genetik varyasyon nedeniyle, meyve sineğinin kas lifleri düzensiz görünmektedir (konfokal mikroskopi).
Keçi kemiği 4 kez
Yüzgeçler ve keçi kemiği: Omurgalı vücudunun yoğun doku yapısını gösteren iki resim. İsrail, Ramat Gan'dan Samuel Silberman, yüz kat büyütülmüş bir balık yüzgeci kemiğini ve üzerinde benekli sonbaharı (fiber optik aydınlatma teknolojisi kullanılarak) gösterdi. Kemik mineral yoğunluğundaki ve mineral içeriğindeki artış derecesindeki kemik oluşumundaki değişiklikleri gözlemlemek için, Florida, Tampa şehrindeki Mo Moffett Kanser Merkezi'nden Mark Lloyd ve Noel Clark, dört kat büyütülmüş bir keçi kemiğini gösterdi (grafiğe bakınız, Hirono mikroskopi).
Keçi kemiği 4 kez
Yüzgeçler ve keçi kemiği: Omurgalı vücudunun yoğun doku yapısını gösteren iki resim. İsrail, Ramat Gan'dan Samuel Silberman, yüz kat büyütülmüş bir balık yüzgeci kemiğini ve üzerinde benekli sonbaharı (fiber optik aydınlatma teknolojisi kullanılarak) gösterdi. Kemik mineral yoğunluğundaki ve mineral içeriğindeki artış derecesindeki kemik oluşumundaki değişiklikleri gözlemlemek için, Florida, Tampa şehrindeki Mo Moffett Kanser Merkezi'nden Mark Lloyd ve Noel Clark, dört kat büyütülmüş bir keçi kemiğini gösterdi (bkz. grafik, Hirono mikroskopi). Kromozomların etrafında mikrotübüller oluşmuştur (mavi).
Burada, Columbia Üniversitesi'nden Jan Schmoranza (Sch-moranzer Jan), serum yoksunluğuna maruz bırakılan hücrelerin hücre zarı ve mikrotübüllerin (yeşil) yapısını göstermektedir. Grafiğe bakıldığında, fibroblastların mikrotübüllerinin anormal bir davranış sergilediği görülmektedir. Mikrotübüllerin çapı yaklaşık 20 nm'dir; normalde hücre zarında bir boşluk olduğunda, mikrotübüller bu boşlukta toplanır, ancak bu durumda böyle bir durum söz konusu değildir. İnterfaz hücresinde, Duke U-serdar, Tulu'da (U. serdar Tulu), 138 μm genişliğindeki ufuklarda kromozomu (mavi) yakalayan mikrotübüllerin (sarı, altta) oluşumu görülmektedir.
Bu resimlere bakınca, ünlü fizikçi Richard Feynman'ı (Feynman Richard) "Eğlence" adlı öyküsünde hatırlamadan edemiyorum. Feynman'ın bir arkadaşı, bilim insanlarının çiçeklerin güzelliğini sanatçılar kadar derinlemesine anlayamadığını, güzel çiçeklerin açılıp kapanmasının sonunda onları sıradanlaştırdığını düşünmüştü. Feynman arkadaşının bakış açısına katılmadı ve şöyle dedi: "Bence gerçekten biraz komik. Her şeyden önce, onunla benim aramdaki ve benim gördüklerim arasındaki fark nedir? Bence onun sahip olduğu estetik eğitime sahip olmasam bile, bir çiçeğin güzelliğini takdir edebilirim... Hücre hareketini hayal edelim, bu şaşırtıcı bir güzellik değil mi? Yani, çiçeğin güzelliği sadece makroskopik biçimde değil, mikroskopik dünyada, iç yapısı da aynı derecede büyüleyici. Ve çiçeklerin böcekler için bir ilham kaynağı olması ve böceklerin renkleri ayırt edebilmesi de başlı başına çok ilginç bir şey. Güzel çiçekleri görünce şu soruyu sormak isterim: Alt hayvanlar da çiçeklerin güzelliğini takdir etmeyi biliyor mu? Neden tat alma yetenekleri var? Bu ilginç sorular, bilimsel bilginin çiçekleri daha gizemli, daha heyecan verici, daha hayranlık uyandırıcı hale getireceğini kanıtlıyor."
