Keşifler

Şimdi Mikroskobun İcadını Övelim | Bilim

Brad Amos hayatının çoğunu küçücük dünyaları düşünerek ve içine bakarak geçirmiştir. Şimdi 71 yaşında, İskoçya'daki Strathclyde Üniversitesi'nde misafir profesör olarak çalışıyor ve burada bir insan kolunun uzunluğu ve genişliği hakkında son derece büyük yeni bir mikroskop lensi tasarlayan bir araştırmacı ekibine liderlik ediyor. Adlandırılmış biri Fizik Dünyasının 201'in En İyi On Buluşu 6, sözde Mesolens o kadar güçlüdür ki, tüm tümörleri veya fare embriyolarını görüntüle aynı anda hücrelerin içini görüntülerken bir görüş alanında.

Amos, bir fotoğrafik kamera merceğinin geniş kapsama alanına ve mikroskop objektifinin ince çözünürlüğüne sahip olduğunu, bu nedenle iki yaklaşımın avantajlarına sahip olduğunu söylüyor. Görseller son derece kullanışlıdır.



Bugün, Amos gibi mikroskop uzmanları, tıpta ve insan sağlığında yaygın uygulamalarla yeni teknolojiler geliştirmek için dünya çapında çalışıyorlar. Ama bunlar son gelişmeler hepsi 16. ve 17. yüzyıllarda inşa edilen ilk mikroskoplara kadar uzanıyor. Zaman için son teknoloji olsalar da sizi fazla etkilemezler; el tipi bir büyüteçten çok daha güçlü değildi.



Amos, çocukken doğum günü için bir tane aldığından beri bu en basit mikroskoplara bile saplantılı. Mikroskobik dünyalardaki entrikaları, küçük, patlayan baloncukların içindeki kuvvetten bir iğnenin dürtmesinin altında kalıplanan bakır parçalarına kadar bulabildiği her şeyi araştırdıkça doyumsuz hale geldi. Amos, bakır için oyun hamuru gibi, çok yumuşak olabileceğini söylüyor. Çıplak gözle göremediği kapsamda keşfettiği olaylara duyduğu hayranlığı şöyle anlatıyor: Aynı algı kurallarına bile uymayan bir dünya okuyorsunuz.

Minik dünyaların gidişatındaki bu tür merak, mikroskopi başlangıcından itibaren harekete geçirdi. Hollandalı bir baba-oğul takımı Hans ve Zacharias Janssen 16. yüzyılın sonlarında, bir tüpün üstüne ve altına bir mercek koyup içinden baktıklarında, diğer ucundaki nesnelerin büyütüldüğünü keşfettiklerinde, ilk sözde bileşik mikroskobu icat ettiler. Cihaz, gelecekteki atılımlar için kritik bir zemin hazırladı, ancak yalnızca 3x ile 9x arasında büyütüldü.



Görüntünün kalitesi en iyi ihtimalle vasattı, diyor Steven Ruzin , bir mikroskopist ve küratör Golub Mikroskop Koleksiyonu Berkeley'deki California Üniversitesi'nde. Ruzin, 'Onları inceledim ve gerçekten çok korkunçlar' diyor. El lensleri çok daha iyiydi.

Büyütme sağlasalar da, bu ilk bileşik mikroskoplar çözünürlüğü artıramadı, bu nedenle büyütülmüş görüntüler bulanık ve belirsiz görünüyordu. Sonuç olarak, Ruzin, yaklaşık 100 yıl boyunca onlardan önemli bir bilimsel atılım gelmediğini söylüyor.

Ancak 1600'lerin sonunda, lenslerde yapılan iyileştirmeler, görüntünün kalitesini ve büyütme gücünü 270x'e çıkararak büyük keşiflerin önünü açtı. 1667'de İngiliz doğa bilimci Robert Hooke, otsu bir bitkinin dalı içindeki farklı bölümler de dahil olmak üzere gözlemlediği yüzlerce örneğin karmaşık çizimlerini içeren Micrographia adlı kitabını ünlü olarak yayınladı. Bölümlere hücre adını verdi çünkü bunlar ona bir manastırdaki hücreleri hatırlattı ve böylece hücresel biyolojinin babası oldu.



Mikroskop_2.jpg

Robert Hooke'un bu çam dalında keşfedilen ilk bitki hücresini çizdiği Micrographia'dan çizimler.(Robert Hooke, Micrographia / Wikimedia Commons)

1676'da Hollandalı kumaş tüccarı-bilim adamı oldu Antony van Leeuwenhoek sattığı kumaşa bakmak amacıyla mikroskobu daha da geliştirdi, ancak istemeden bakterilerin var olduğuna dair çığır açan bir keşif yaptı. Tesadüfi bulgusu, mikrobiyoloji alanını ve modern tıbbın temelini açtı; yaklaşık 200 yıl sonra, Fransız bilim adamı Louis Pasteur, bakterilerin birçok hastalığın nedeni olduğunu belirleyecekti (bundan önce birçok bilim adamı, çürük hava ve kötü kokuların bizi hasta ettiğine dair miasma teorisine inanıyordu).

Wisconsin Madison Üniversitesi'nden bir mikroskopist olan Kevin Eliceiri, bakterilerin ilk keşfinin çok büyük olduğunu söylüyor. Seni neyin hasta ettiği konusunda çok fazla kafa karışıklığı vardı. Suda bakteri ve şeyler olduğu fikri, şimdiye kadarki en büyük keşiflerden biriydi.

yılda bir kez açan çiçekler

Ertesi yıl, 1677'de, Leeuwenhoek, insan spermini ilk kez tanımladığında, başka bir ayırt edici keşif yaptı. Bir tıp öğrencisi, mikroskop altında incelemesi için ona belsoğukluğu olan bir hastanın ejakülatını getirmişti. Leeuwenhoek mecbur kaldı, minik kuyruklu hayvanlar keşfetti ve kendi meni örneğinde aynı kıvranan hayvancıkları bulmaya devam etti. Bu çığır açan bulguları yayınladı, ancak bakterilerde olduğu gibi, bilim adamlarının keşfin gerçek önemini anlamadan önce 200 yıl geçti.

1800'lerin sonlarında, Walther Flemming adlı bir Alman bilim adamı, onlarca yıl sonra kanserin nasıl büyüdüğünü netleştirmeye yardımcı olan hücre bölünmesini keşfetti - mikroskoplar olmadan imkansız olan bir bulgu.

Eliceiri, hücre zarının bir kısmını veya bir tümörü hedefleyebilmek istiyorsanız, onu izlemeniz gerektiğini söylüyor.

Eliceiri, Hooke ve Leeuwenhoek'in kullandığı orijinal mikroskopların bazı sınırlamaları olsa da, bir tüple birbirine bağlanan iki mercekten oluşan temel yapılarının yüzyıllar boyunca geçerliliğini koruduğunu söylüyor. Son 15 yılda, görüntüleme alanındaki gelişmeler yeni alanlara taşındı. 2014 yılında, Alman ve Amerikalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, süper çözünürlüklü floresan mikroskobu adı verilen bir yöntem için Kimyada Nobel Ödülü'nü kazandı, o kadar güçlü ki artık tek proteinleri hücreler içinde geliştikçe takip edebiliyoruz. Genlerin parlamasını veya flüoresansını sağlayan yenilikçi bir teknikle mümkün hale gelen bu gelişen yöntem, Parkinson ve Alzheimer gibi hastalıklarla mücadelede potansiyel uygulamalara sahiptir.

Mikroskop_1.jpg

1600'lerin ortalarında, UC Berkeley'deki Golub Koleksiyonunun bir parçası olan fildişinden yapılmış bir İtalyan mikroskobu.(UC Berkeley'deki Golub Koleksiyonu.)

Ruzin, araştırmacıların teknolojiyi Giardia paraziti içindeki mikro yapılardan ve bakteriler içindeki protein düzenlemelerine kadar her şeyi keşfetmek için kullandıkları Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeki Biyolojik Görüntüleme Tesisi'ne başkanlık ediyor. Modern mikroskopi araştırmalarını bağlama oturtmaya yardımcı olmak için, 17. yüzyıldan kalma 164 antika mikroskop içeren, dünyanın en büyük halka açık koleksiyonlarından biri olan Golub Koleksiyonu'ndaki en eski parçalardan bazılarını lisans öğrencisiyle paylaşmaya özen gösteriyor. öğrenciler. Hatta 1660 civarında fildişinden yapılmış bir İtalyan da dahil olmak üzere koleksiyondaki en eskilerden bazılarını kullanmalarına bile izin veriyor.

Ruzin, 'Ona odaklanma çünkü kırılacak' diyorum, ancak öğrencilerin incelemesine izin verdim ve bu bir şekilde eve getiriyor, diyor Ruzin.

Yine de, süper çözünürlüklü mikroskopinin gücüne rağmen, yeni zorluklar doğuruyor. Örneğin, bir numune yüksek çözünürlük altında her hareket ettiğinde görüntü bulanıklaşıyor, diyor Ruzin. Ruzin, eğer bir hücre sadece termal hareketle titreşirse, sıcak oldukları için ona çarpan su molekülleri tarafından sıçrarsa, bu süper çözünürlüğü öldürür, çünkü zaman alır, diyor Ruzin. (Bu nedenle, araştırmacılar canlı örnekleri incelemek için genellikle süper çözünürlüklü mikroskopi kullanmazlar.)

Ancak Amos'un Mesolens'i gibi teknoloji - yalnızca 4x'lik çok daha düşük büyütme oranı, ancak 5 mm'ye kadar veya pembemsi bir tırnağın genişliği kadar geniş bir alanı yakalama kapasitesine sahip çok daha geniş bir görüş alanı ile - canlı örneği görüntüleyebilir. Bu, yenidoğanlarda vasküler hastalıkla ilişkili genleri embriyoya dahil olduklarında takip ederek, bir fare embriyosunun gelişimini gerçek zamanlı olarak izleyebilecekleri anlamına gelir. Amos, bundan önce bilim adamlarının embriyolardaki damar hastalıklarını incelemek için X-ışınlarını kullanacaklarını, ancak Mesolens'te olduğu gibi hücresel düzeyde ayrıntıya inemeyeceklerini söylüyor.

Amos'un Strathclyde Glasgow Üniversitesi'nden meslektaşı Gail McConnell, ışık mikroskobu için yeni bir objektif lens tasarlamanın neredeyse hiç duyulmamış bir şey olduğunu ve bunu biyologların çalışmak istediği yeni örnek türlerini barındırmaya çalışmak için yaptığımızı söylüyor. bozulmamış organizmaları incelemekle ilgileniyorlar, ancak görebilecekleri ayrıntı miktarından ödün vermek istemiyorlar.

Şimdiye kadar, veri depolama endüstrisi, yarı iletken malzemeleri incelemek için Mesolens'i kullanmaya ilgi duyduğunu ifade etti ve petrol endüstrisinin üyeleri, onu olası sondaj alanlarından materyalleri görüntülemek için kullanmakla ilgilendi. Mercek tasarımı ışığı özellikle iyi toplayarak, araştırmacıların, metastaz yapan bir tümördeki hücreler gibi dışa doğru göç eden karmaşık ayrıntıların ortaya çıkmasını izlemelerine olanak tanır. Ancak bu yeni tekniklerin gerçek potansiyeli görülmeye devam ediyor.

Amos, son 100 yılda yapılmış her şeyden farklı bir hedef geliştirirseniz, her türlü bilinmeyen olasılığın ortaya çıktığını söylüyor. Bu olasılıkların neler olduğunu yeni yeni anlamaya başlıyoruz.

amerikan iç savaş müzesi richmond va

Editörün Notu, 31 Mart 2017: Bu gönderi, Leeuwenhoek'in bileşik mikroskobu geliştirmediğini ve Ruzin'in koleksiyonunun 17. yüzyıla kadar uzandığını yansıtacak şekilde düzenlendi.

UC Berkeley'den Steven Ruzin, Hooke'un mikrografi 1665'te yayınlanan, polen tanelerinden kumaşa kadar mikroskop örneğinin ilk ayrıntılı çizimlerini içeren Gutenberg'in biyolog İncil'i ile karşılaştırılabilir. 1.000'den az kopya kaldı, ancak görüntüler bugün mikroskopistlere ilham vermeye devam ediyor.(Wikimedia Commons)

açıklanan ay mikrografi (Wikimedia Commons)

Suber hücreleri ve mimoza yaprakları(Wikimedia Commons)

Şema. XXXV - Bir Bitin. Bir bit diyagramı(Wikimedia Commons)

Şema. XXIX - 'Büyük Belly'ed Gnat veya dişi Gnat'. Sir Christopher Wren tarafından çizildiği düşünülen bir Sivrisinek resmi.(Wikimedia Commons)

Şema. XXIV - Sineklerin Kanatlarının Yapısı ve Hareketi. Sir Christopher Wren tarafından çizildiği düşünülen bir Mavi Sinek resmi.(Wikimedia Commons)

Robert Hooke'un mikroskobu, orijinal yayınından eskiz(Wikimedia Commons)

Kitapta anlatılan ünlü pire mikrografi (Wikimedia Commons)

Tanımlanan bazı kristaller mikrografi (Wikimedia Commons)

tarif edilen mantar mikrografi Robert Hooke tarafından(Wikimedia Commons)



^