Какое увеличение нужно чтобы увидеть клетку

Какое увеличение нужно чтобы увидеть клетку

Все знают что бактерии были открыты с помощью микроскопа. Но далеко не всем известно, что наблюдать за ними не так-то просто. Все дело в том, что хотя и все живые объекты микромира не видны невооруженным глазом, но тем не менее имеют очень разные размеры. Так, размеры инфузории-туфельки составляют от одной десятой до полумиллиметра (0.3 мм в среднем). Размеры сувойки — 0.2 миллиметра. А вот бактерии обычно имеют размеры порядка 2-3 микрометров. Миллиметр составляет одну тысячную часть от метра, а микрометр всего лишь одну миллионную. Путем простых расчетов нетрудно убедиться, что типичная бактерия в 100 раз меньше инфузории. Потому-то они и не были видимы в первые микроскопы, имевшие небольшое увеличение порядка 30-40 кратного. Поистине инфузория, если бы она была слоном, увидела бы бактерий как мышей, бегающих вокруг нее. Не случайно многие бактерии, такие как сенная палочка, служат для нее кормом.

Даже самые крупные бактерии из доступных для широкого наблюдения (такие как селеномонады, обитающие во рту человека и животных), потребовали от их первооткрывателя Антони ван Левенгука создания микроскопа с 500-кратным увеличением. Вообще крупные бактерии являются скорее исключением: встречаются в морских глубинах или в навозе (который не каждый захочет приготавливать как препарат самостоятельно). Типичные же бактерии не только требуют 1000 и даже 1200-кратного увеличения (что само по себе близко к максимальной разрешающей способности оптического микроскопа), но и почти прозрачны, соответственно не видны без специального окрашивания. Мельчайшие бактерии, такие как многие грамоотрицательные палочки, имеют размеры всего лишь 0,2 микрометра, то есть еще в 10 раз мельче «средних» по размеру видов, и для детального изучения требуют уже дорогостоящего электронного микроскопа.

Но не стоит огорчаться — ведь для настоящего естествоиспытателя, пусть даже и любителя, сложности только подстегивают интерес к изучаемому предмету. Для начала нужно определиться с моделью микроскопа. Совсем дешевые модели, даже декларирующие 640-кратное увеличение, не подойдут. Выбирайте прибор с 1000 или более кратным увеличением. Конденсер микроскопа обязательно должен иметь ирисовую диафрагму, и давать минимум хроматических искажений, объективы также должны быть ахроматичесие. Ведь чем больше увеличение, тем важнее отсутствие частотных отклонений в световом потоке. Кроме того, при столь большом увеличении (а значит и высокой апертуре) в объектив попадает совсем мало света, соответственно источник освещения должен быть очень мощным. Причем в данном случае мощный свет не вреден для глаз, а совсем наоборот — слабый источник создаст слишком тусклое освещение в окуляре прибора, что вредно при длительных наблюдениях.

Но и это еще не все. При столь высоких коэффициентах увеличения, близких к максимальным для оптических приборов, при «сухом» наблюдении начинают сказываться аберрации, вносимые воздухом, находящимся между покровным стеклом и фронтальной линзой объектива. Ведь воздух имеет совершенно иной коэффициент преломления, сильно отличающийся от показателей преломления стекла. Из-за этого падает значение апертуры объектива, и теряется его максимальная полезная разрешающая способность. Не так-то сложно сделать объектив с 1000-2000 кратным увеличением, но если при этом невозможно будет увидеть четких границ изучаемого объекта, а лишь только смутные и бесформенные пятна, в нем не будет смысла.

По этой причине исследователи уже начиная с 17-го века начали использовать так называемые иммерсионные объективы, производя наблюдение в жидкой среде, как будто бы микроскоп был погружен в дистиллированную воду или в масло. Их оптические характеристики спроектированы таким образом, чтобы давать максимально возможное значение апертуры при условии нахождения жидкости (отсутствия воздуха) между фронтальной линзой объектива и покровным стеклом. Естественно что при этом сама линза объектива максимально приближена к изучаемому объекту. Сначала использовалась вода, но ее коэффициент преломления все-таки существенно ниже «стеклянного». Наилучших результатов полезного разрешения для своего времени (XIX век) удалось добиться выдающемуся немецкому инженеру Эрнсту Аббе, догадавшемуся использовать сосновую смолу, имеющую существенно более близкий коэффициент преломления. А английский ученый Роберт Толл смог подобрать наилучший вариант иммерсионного масла — смолу бальзамической пихты, или так называемый канадский бальзам. Все эти усовершенствования, вкупе с ростом качества самих объективов и конденсером Аббе, позволили отцу-основателю современной батериологии Роберту Коху открыть такие патогенные бактерии как возбудители сибирской язвы, холеры и туберкулеза. А ведь размеры холерного вибриона составляют всего 1,5 на 0,3 мкм!

В настоящее время уже чаще используют синтетическое иммерсионное масло, так как оно не теряет со временем своих характеристик, не высыхает так быстро как натуральное. Ведь при затвердении показатели преломления меняются, а со временем можно повредить и сам дорогостоящий иммерсионный объектив. Тут необходимо добавить, что при работе с иммерсионными объективами ни в коем случае нельзя использовать покровные стекла, имеющие толщину больше чем 0,17 мм во избежание повреждения фронтальной линзы объектива. К счастью, предметные и покровные стекла, которые Вы можете приобрести в нашем магазине, как раз рассчитаны на такую толщину. Естественно что все манипуляции нужно выполнять в одноразовых лабораторных перчатках, а предметное стекло должно быть максимально сухим, чистым и нежирным.

Фиксацию препарата с целью предотвращения его быстрого распада и уменьшения токсичности в домашних или школьных условиях лучше всего производить путем нагрева. Для этого предметное стекло с мазком препарата берут с помощью пинцета ориентируя препаратом вверх и плавным движением проводят 2-3 раза над пламенем горелки, например газовой плиты. Также возможна химическая фиксация с помощью метилового спирта и ацетона, однако этот способ требует большей аккуратности и осторожности. После чего производится окрашивание изучаемого образца.

Читайте также:  Вкусные сладости без выпечки

Как уже было сказано выше, бактерии не только имеют очень малый размер но и почти бесцветны. По этой причине зафиксированный мазок бактериального материала на предметном стекле требует предварительного окрашивания. Существует масса различных как одноэтапных, так и многоэтпаных способов раскрашивания подобных препаратов. Многие из них, такие как используемая в лабораториях всего мира окраска по Граму, требуют для своего освещения отдельной статьи. Мы расскажем лишь о простых способах окраски объектов, доступных в домашних или школьных условиях.

Его нужно производить самыми малыми каплями жидкости, поэтому выполняется окрашивание не вручную а с помощью медицинской пипетки. Например можно воспользоваться каплей обычных чернил, таких какие использовались раньше для письма перьевыми ручками. Среди одноэтапных красителей, несложных в использовании, также можно порекомендовать люголь и бриллиантовый зеленый, если удастся найти то метиловый фиолетовый (первичный краситель по Граму).

Естественно, что после прикрытия препарата покровным стеклом, нужно капнуть на него каплю иммерсионного масла, прилагаемого в комплекте поставки устройства. После чего установить препарат на предметный столик, повернуть револьверное устройство в положение, когда над препаратом располагается иммерсионный объектив, и приблизить его с помощью ручки на корпусе микроскопа так, чтобы фронтальная линза непосредственно контактировала с иммерсионным маслом, создавая безвоздушную среду для наблюдений.

Какие бактерии не самых мелких размеров можно вырастить (или культивировать, как это называется на языке микробиологов) проще всего? Любители обычно выращивают инфузорий туфелек и их живую пищу — сенных палочек в так называемом сенном настое. Сенная палочка — настоящая бактерия, служит кормом для этих инфузорий. Как же приготовить сенный настой? В этом нет ничего сложного. На один литр воды нужно 10 грамм сена (желательно бобовых культур, но не обязательно). Воду с сеном кипятат в течение 20 минут, затем фильтруют и разбавляют в пропорции 1:1 или 2:3 отстоянной остывшей водой. Большинство микроорганизмов погибает во время кипячения, но споры сенной палочки выживают. Через пару дней в растворе споры порождают сенные палочки. Из них и можно сделать мазок для изучения под покровным стеклом.

Сенная палочка является не только прекрасным источником микроэлементов для кормовых животных (таких как телята) но и помогает растениям бороться со многими болезнями.

Если у Вас нет отвращения (качество неприемлимое для настоящего биолога), то можно приготовить и навозный настой, но соблюдая при этом максимальную осторожность.

После окончания работ не забудьте почистить иммерсионный объектив микроскопа с помощью фланелевой тряпочки. Не используйте старое загустевшее масло во избежение повреждения объектива. Если же все-таки по недосмотру иммерсионное масло слишком загустеет, объектив необходимо вывернуть и тщательно почистить с помощью ватной палочки, смоченной в спиртовом растворе для чистки объективов.

Станислав Яблоков, Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова

Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего — микроскопа. Одна из основных его характеристик — набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.

Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении. Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10—20 до 900—1000×. Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500× (окуляр 15 и объектив 100×). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.

Следующий немаловажный момент — тип окуляра. «Сколькими глазами» вы хотите рассматривать изображение? Обычно выделяют монокулярную, бинокулярную и тринокулярную его разновидности. В случае монокуляра придётся щуриться, утомляя глаз при длительном наблюдении. В бинокуляр смотрят обоими глазами (не следует путать его со стереомикроскопом, дающим объёмное изображение). Для фото- и видеосъёмки микрообъектов понадобится «третий глаз» — насадка для установки аппаратуры. Многие производители выпускают специальные камеры для своих моделей микроскопов, но можно использовать и обычный фотоаппарат, купив к нему переходник.

Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве — конденсоре, освещает препарат. В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых — методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу. При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе. Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива. В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т.п.

Читайте также:  Декорация комнаты своими руками

Оптические системы не идеальны: прохождение света через них сопряжено с искажениями изображения — аберрациями. Поэтому объективы и окуляры стараются изготавливать так, чтобы эти аберрации максимально устранить. Всё это сказывается на их конечной стоимости. Из соображений цены и качества имеет смысл покупать планахроматические объективы для профессиональных исследований. Сильные объективы (с увеличением, например, 100×) имеют числовую апертуру больше 1 при использовании иммерсии, масла с высоким показателем преломления, раствора глицерина (для УФ-области) или просто воды. Поэтому, если кроме «сухих» объективов вы берёте ещё и иммерсионные, стоит заранее позаботиться об иммерсионной жидкости. Её показатель преломления обязательно должен соответствовать конкретному объективу.

Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция — это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.

Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.

Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно. Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.

Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок. Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани — несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.

Исследуемый препарат помещают на предметное стекло и в случае необходимости закрывают покровным. Купить стёкла можно в магазине медицинской техники. Если препарат плохо прилегает к стеклу, его фиксируют, слегка смачивая водой, иммерсионным маслом или глицерином. Не всякий препарат сразу открывает свою структуру, иногда ему нужно «помочь», подкрасив его форменные элементы: ядра, цитоплазму, органеллы. Неплохими красителями служат йод и «зелёнка». Йод достаточно универсальный краситель, им можно окрашивать широкий спектр биологических препаратов.

При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т.п.

Микроскоп приобретён, инструменты закуплены — пора начинать. И начать следует с самого доступного — например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10—15 минут, после чего промыть под струёй воды.

Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5—10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.

На балконах часто скапливается большое количество трупиков летающих насекомых. Не торопитесь от них избавляться: они могут послужить ценным материалом для исследования. Как видно из фотографий, вы обнаружите, что на крыльях насекомых есть волоски, которые защищают их от намокания. Большое поверхностное натяжение воды не позволяет капле «провалиться» сквозь волоски и коснуться крыла.

Если вы когда-нибудь задевали крыло бабочки или моли, то, наверное, замечали, что с неё слетает какая-то «пыль». На снимках отчётливо видно, что это не пыль, а чешуйки с крыльев. Они имеют разную форму и довольно легко отрываются.

Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.

Не менее интересный объект для наблюдения — кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.

Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени — это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.

Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей — мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек. Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.

Читайте также:  Замена венцов в бане

Сам себе исследователь

После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов. Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью. Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов — азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.

Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева — устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.

В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения. Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.

«Наука и жизнь» о микросъёмке:

Микроскоп «Аналит» — 1987, № 1.

Ошанин С. Л. С микроскопом у пруда. — 1988, № 8.

Ошанин С. Л. Невидимая миру жизнь. — 1989, № 6.

Словарик к статье

Апертура — действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами зеркал, линз, диафрагм и других деталей. Угол α между крайними лучами конического светового пучка называется угловой апертурой. Числовая апертура А = n sin(α/2), где n — показатель преломления среды, в которой находится объект наблюдения. Разрешающая способность прибора пропорциональна А, освещённость изображения А 2 . Чтобы увеличить апертуру, применяют иммерсию.

Иммерсия — прозрачная жидкость с показателем преломления n > 1. В неё погружают препарат и объектив микроскопа, увеличивая его апертуру и тем самым повышая разрешающую способность.

Планахроматический объектив — объектив с исправленной хроматической аберрацией, который создаёт плоское изображение по всему полю. Обычные ахроматы и апохроматы (аберрации исправлены для двух и для трёх цветов соответственно) дают криволинейное поле, которое исправить невозможно.

Фазовый контраст — метод микроскопических исследований, основанный на изменении фазы световой волны, прошедшей сквозь прозрачный препарат. Фаза колебания не видна простым глазом, поэтому специальная оптика — конденсор и объектив — превращает разность фаз в негативное или позитивное изображение.

Моноциты — одна из форм белых клеток крови.

Хлоропласты — зелёные органеллы растительных клеток, отвечающие за фотосинтез.

Эозинофилы — клетки крови, играющие защитную роль при аллергических реакциях.

В настоящее время изучено и классифицировано несколько десятков тысяч бактерий. Они относятся к живым одноклеточным организмам и перманентно присутствуют в жизнедеятельности человека, по-разному влияя на здоровье. Они не обладают ядром и присущими растительным клеткам органоидами, т.е. относятся к прокариотам. Таким образом, максимальное увеличение микроскопа для просмотра бактерий, если речь идет о школьной (детской) модели, покажет лишь их форму, зафиксирует движение. Более четкую детализацию их клеточной структуры, включающую нуклеоид, рибосомы и мембрану — рассматривают на профессиональном оборудовании, применяется так называемая электронная микроскопия, когда изучаемый образец «атакуется» пучком электронов, а специальная аппаратура фиксирует их геометрические отклонения от траектории, тем самым формируя рельеф микрообразца.

Какое увеличение микроскопа нужно для просмотра бактерий на базовом любительском уровне, в учебный биологический прибор — это наглядно показывает следующий опыт, его легко провести в домашних условиях:

  1. Аккуратно проведите обычной зубочисткой по зубной эмали. На кончике останутся частички бактериальной биопленки;
  2. Извлеченную среду, имеющую в составе агрегированные бактерии, разотрите по центру предметного стекла, придавите покровным. Стеклышки склеятся, так как субстрат вязкий и в небольшом количестве содержит жидкость;
  3. Разместив микропрепарат на столике микроскопа, осуществите стандартную процедуру фокусировки. При этом должна быть включенной нижняя подсветка – смотрим препарат на просвет в светлом поле (метод проходящего света);
  4. На маленьком увеличении (40 крат) микроорганизмы будут незамеченными, но на приближении от160х до 640х (или 800х) – можно рассмотреть передвижение неких палочкообразных существ.

Это лактобациллы – молочнокислые микробы и опасный стрептококк (бактерия-паразит, обитающая в ротовой полости). Откуда они взялись? Благодатной почвой для размножения является сахар, содержащий глюкозу и фруктозу. Они приводят к процессу метаболизма бактерий, в результате выделяются разрушающие зубы кислоты. Чтобы сократить негативные последствия воздействия – пользуйтесь пастой и полосканием после каждого приема пищи.

Что понадобятся для описанного выше опыта:

  • Микроскоп с кратностью не менее 400х, с зеркальным или светодиодным осветителем.
  • По одному предметному и покровному стеклу.
  • Деревянная заостренная палочка.
  • Если есть необходимость в фотографировании увиденного, то подключите дополнительный аксессуар – цифровую камеру USB. В этом случае динамичная картинка будет сразу передаваться на монитор, фотосъемка происходит в программном интерфейсе на компьютере.
Ссылка на основную публикацию
Какие цветы лучше ставить в спальне
Спальня – это место, где человек отдыхает после активно проведенного дня. Здесь все должно способствовать глубокому и спокойному сну, в...
Какие веточки можно давать шиншиллам
Чтобы ваш домашний питомец обладал хорошим здоровьем, необходимо прежде всего позаботиться о рационе питания. Каждый хозяин должен знать о том,...
Какие виды грибов существует
Лучший способ самостоятельно научиться распознавать съедобные и несъедобные грибы - это ознакомиться с их названиями, описаниями и фото. Конечно, лучше,...
Какие цветы можно держать в спальне фото
Спальня – это место, где человек отдыхает после активно проведенного дня. Здесь все должно способствовать глубокому и спокойному сну, в...
Adblock detector