Mga Natuklasan

Purihin Natin Ngayon ang Paglikha ng Mikroskopyo | Agham

Brad Amos ginugol ang halos lahat ng kanyang buhay sa pag-iisip tungkol sa at pagtingin sa maliit na mundo. Ngayon ay 71 taong gulang na, nagtatrabaho siya bilang isang dalaw na propesor sa University of Strathclyde sa Scotland kung saan pinamunuan niya ang isang pangkat ng mga mananaliksik na nagdidisenyo ng isang napakalaking bagong lens ng mikroskopyo — tungkol sa haba at lapad ng isang braso ng tao. Pinangalanang isa sa Nangungunang Sampung Mga Tagumpay sa Physics World ng 201 6, ang tinaguriang Mesolens ay napakalakas na kaya nito buong imahe ng mga tumor o embryo ng mouse sa isang larangan ng pagtingin habang sabay na imaging ang loob ng mga cell.

Mayroon itong malaking saklaw ng isang lens ng potograpiyang kamera at ang pinong resolusyon ng layunin ng mikroskopyo, kaya't may kalamangan ito sa dalawang diskarte, sabi ni Amos. Ang mga imahe ay lubos na kapaki-pakinabang.



Ngayon, ang mga microscopist tulad ni Amos ay nagtatrabaho sa buong mundo upang makabago ng mga bagong teknolohiya na may malawak na aplikasyon sa gamot at kalusugan ng tao. Ngunit ang mga ito mga advanced na pag-unlad ang lahat ay nagbabalik sa kauna-unahang mga mikroskopyo na itinayo noong ika-16 at ika-17 na siglo. Habang masikip para sa oras, hindi ka nila mapahanga; iyon ay hindi gaanong mas malakas kaysa sa isang handheld magnifying glass.



Si Amos ay nahuhumaling sa kahit na ang pinakasimpleng mga mikroskopyo mula nang makakuha siya ng isa para sa isang kaarawan bilang isang bata. Ang kanyang intriga sa mga mikroskopiko na mundo ay naging walang kabusugan habang sinisiyasat niya ang anumang bagay na mahahanap niya, mula sa puwersa sa loob ng maliliit, lumalabas na mga bula hanggang sa ang mga piraso ng tanso na hinubog sa ilalim ng butas ng isang karayom. Ito ay tulad ng paglalaro ng kuwarta, maaari itong maging napakalambot, sabi ni Amos tungkol sa tanso. Inilalarawan niya ang kanyang pagkamangha sa mga phenomena na natuklasan niya sa ilalim ng saklaw na hindi niya makita gamit ang kanyang mga mata: Nag-aaral ka ng isang mundo na kahit na hindi sumusunod sa parehong mga patakaran ng pang-unawa.

Ang ganitong uri ng pag-usisa sa pagpunta ng mga maliliit na mundo ay nagtulak sa microscopy mula sa pagsisimula nito. Isang pangkat ng tatay at anak na Dutch ang nagngangalang Hans at Zacharias Janssen naimbento ang unang tinatawag na compound microscope noong huling bahagi ng ika-16 na siglo nang matuklasan nila na, kung maglagay sila ng isang lens sa tuktok at ilalim ng isang tubo at tiningnan ito, ang mga bagay sa kabilang dulo ay pinalaki. Ang aparato ay inilatag kritikal na batayan para sa mga tagumpay sa hinaharap, ngunit pinalaki lamang ng pagitan ng 3x at 9x.



Ang kalidad ng imahe ay hindi pangkaraniwan, sabi Steven Ruzin , isang microscopist at tagapangasiwa ng Koleksyon ng Golub mikroskopyo sa University of California sa Berkeley. Nag-imaging ako sa kanila at talagang nakakakilabot sila, sabi ni Ruzin. Ang mga lente ng kamay ay mas mahusay.

Bagaman nagbigay sila ng pagpapalaki, ang mga unang compound na mikroskopyo na ito ay hindi maaaring dagdagan ang resolusyon, kaya't ang mga pinalaki na imahe ay lumitaw na malabo at nakakubli. Bilang isang resulta, walang makabuluhang mga tagumpay sa pang-agham na nagmula sa kanila sa loob ng halos 100 taon, sabi ni Ruzin.

Ngunit sa huling bahagi ng 1600s, ang mga pagpapabuti sa mga lente ay nadagdagan ang kalidad ng imahe at ang lakas na nagpapalaki hanggang sa 270x, na nagbibigay daan sa mga pangunahing tuklas. Noong 1667, bantog na na-publish ng likas na siyentista sa Ingles na si Robert Hooke ang kanyang librong Micrographia na may masalimuot na mga guhit ng daan-daang mga ispesimen na naobserbahan niya, kabilang ang mga natatanging seksyon sa loob ng sangay ng isang halaman na halaman. Tinawag niya ang mga section cells dahil pinapaalala nila sa kanya ang mga cells sa isang monasteryo - at sa gayon naging ama ng cellular biology.



Mikroskopyo_2.jpg

Mga guhit mula sa Micrographia ni Robert Hooke, kung saan iginuhit niya ang unang cell ng halaman na natuklasan sa sangay na ito ng pino.(Robert Hooke, Micrographia / Wikimedia Commons)

Noong 1676, ang isang Dutch na mangangalakal na tela na si Antony van Leeuwenhoek ay higit na pinagbuti ang microscope na may hangad na tingnan ang telang ipinagbili niya, ngunit hindi sinasadyang gawin ang groundbreaking na pagtuklas na mayroon ang mga bakterya. Ang kanyang hindi sinasadyang paghanap ay nagbukas ng larangan ng microbiology at ang batayan ng modernong gamot; halos 200 taon na ang lumipas, matukoy ng siyentipikong Pranses na si Louis Pasteur na ang bakterya ang sanhi sa likod ng maraming sakit (bago nito, maraming mga siyentipiko ang naniniwala sa miasma na teorya na ang bulok na hangin at masamang amoy ay nagkasakit sa atin).

Napakalaki nito, sabi ni Kevin Eliceiri, isang microscopist sa University of Wisconsin Madison, ng paunang pagtuklas ng bakterya. Maraming pagkalito tungkol sa kung bakit ka nagkasakit. Ang ideya na mayroong mga bakterya at bagay sa tubig ay isa sa pinakadakilang natuklasan kailanman.

teddy roosevelt rebulto natural na museo ng kasaysayan

Nang sumunod na taon, noong 1677, gumawa si Leeuwenhoek ng isa pang natuklasan na tanda nang makilala niya ang tamud ng tao sa kauna-unahang pagkakataon. Isang mag-aaral na medikal ang nagdala sa kanya ng bulalas ng isang pasyente na gonorrhea upang mag-aral sa ilalim ng kanyang mikroskopyo. Nag-obligasyon si Leeuwenhoek, natuklasan ang mga maliliit na hayop na may buntot, at nagpatuloy na makahanap ng parehong nakakabahalang mga hayop ng hayop sa kanyang sariling sample ng semilya. Inilathala niya ang mga natuklasang groundbreaking ngunit, tulad ng kaso para sa bakterya, 200 taon ang lumipas bago maunawaan ng mga siyentista ang totoong kahalagahan ng pagtuklas.

Noong huling bahagi ng 1800s, isang siyentipikong Aleman na nagngangalang Walther Flemming ang natuklasan ang paghahati ng cell na, pagkaraan ng mga dekada, ay tumulong na linawin kung paano lumalaki ang kanser - isang paghanap na imposible kung walang mikroskopyo.

Kung nais mong ma-target ang bahagi ng cell membrane o isang tumor, kailangan mong panoorin ito, sabi ni Eliceiri.

Habang ang orihinal na mga mikroskopyo na ginamit nina Hooke at Leeuwenhoek ay maaaring may mga limitasyon, ang kanilang pangunahing istraktura ng dalawang lente na konektado ng isang mga tubo ay nanatiling may kaugnayan sa daang siglo, sabi ni Eliceiri. Sa nagdaang 15 taon, ang mga pagsulong sa imaging ay lumipat sa mga bagong larangan. Noong 2014, isang pangkat ng mga mananaliksik ng Aleman at Amerikano ang nagwagi ng Nobel Prize in Chemistry para sa isang pamamaraang tinatawag na super-resolusyon na microscopy, napakalakas na maaari na nating subaybayan ang mga solong protina habang nagkakaroon sila sa loob ng mga cell. Ang umuusbong na pamamaraang ito, na ginawang posible sa pamamagitan ng isang makabagong diskarte na ginagawang glow o fluoresce ng mga genes, ay may mga potensyal na aplikasyon sa paglaban sa mga sakit tulad ng Parkinson's at Alzheimer.

Mikroskopyo_1.jpg

Isang microscope na Italyano na gawa sa garing sa kalagitnaan ng 1600s, bahagi ng Golub Collection sa UC Berkeley.(Golub Collection sa UC Berkeley.)

Pinangunahan ni Ruzin ang Pasilidad ng Biological Imaging sa Unibersidad ng California sa Berkeley, kung saan ginagamit ng mga mananaliksik ang teknolohiya upang tuklasin ang lahat mula sa mga microstruktura sa loob ng Giardia parasite at pag-aayos ng mga protina sa loob ng bakterya. Upang matulungan ang modernong pananaliksik sa mikroskopiko sa konteksto, gumawa siya ng isang punto ng pagbabahagi ng ilan sa mga pinakalumang item mula sa Golub Collection-isa sa pinakamalaking ipinakita sa publiko na mga koleksyon sa buong mundo, na naglalaman ng 164 na antigong microscope na nagsimula pa noong ika-17 siglo-kasama ang kanyang undergraduate mag-aaral. Pinapayagan din niya silang hawakan ang ilan sa pinakaluma sa koleksyon, kasama ang isang Italyano na gawa sa garing noong mga 1660.

Sinasabi ko na 'huwag itong pagtuunan ng pansin sapagkat masisira ito,' ngunit pinapayagan kong tingnan ito ng mga mag-aaral, at ang mga uri nito ay maiuwi ito, sabi ni Ruzin.

Gayunpaman, sa kabila ng lakas ng mikroskopya ng sobrang resolusyon, nagdudulot ito ng mga bagong hamon. Halimbawa, anumang oras na gumagalaw ang isang ispesimen sa ilalim ng mataas na resolusyon, lumabo ang imahe, sabi ni Ruzin. Kung ang isang cell ay nag-vibrate sa pamamagitan lamang ng paggalaw ng thermal, tumatalbog sa pamamagitan ng mga Molekyul ng tubig na tumatama dito sapagkat mainit sila, papatayin nito ang sobrang resolusyon dahil tumatagal, sabi ni Ruzin. (Para sa kadahilanang ito, ang mga mananaliksik ay hindi karaniwang gumagamit ng mikroskopya ng sobrang resolusyon upang mapag-aralan ang mga live na sample.)

Ngunit ang teknolohiya tulad ng Amos 'Mesolens-na may isang mas mababang pagpapalaki ng 4x lamang ngunit isang mas malawak na larangan ng view na may kakayahang makuha hanggang sa 5 mm, o tungkol sa lapad ng isang kulay rosas na kuko-maaaring mag-live na ispesimen. Nangangahulugan ito na mapapanood nila ang isang embryo ng mouse na nabuo nang real time, kasunod sa mga gen na nauugnay sa sakit na vaskular sa mga bagong silang na sanggol habang isinama sa embryo. Bago ito, gagamitin ng mga siyentista ang X-ray upang mapag-aralan ang sakit na vaskular sa mga embryo, ngunit hindi makakakuha ng detalye hanggang sa antas ng cellular tulad ng ginagawa nila sa mga Mesolens, sinabi ni Amos.

Ito ay halos hindi naririnig para sa sinuman na mag-disenyo ng isang bagong layunin ng lens para sa light microscopy at nagawa namin ito upang subukang tumanggap ng mga bagong uri ng ispesimen na nais pag-aralan ng mga biologist, sabi ng kasamahan ni Amos na si Gail McConnell sa University of Strathclyde Glasgow, na nagpapaliwanag na ang mga siyentista interesado sa pag-aaral ng buo na mga organismo ngunit hindi nais na ikompromiso ang dami ng detalye na nakikita nila.

Sa ngayon, ang industriya ng pag-iimbak ng data ay nagpahayag ng interes na gamitin ang Mesolens upang pag-aralan ang mga materyales na semiconductor, at ang mga miyembro ng industriya ng langis ay interesado sa paggamit nito sa mga materyal na imahe mula sa mga prospective na lugar ng pagbabarena. Ang disenyo ng lens ay nakakakuha ng ilaw partikular na mahusay, pinapayagan ang mga mananaliksik na panoorin ang mga masalimuot na detalye na nakalantad tulad ng mga cell sa isang metastasizing tumor na paglipat sa labas. Ngunit ang totoong potensyal ng mga bagong diskarteng ito ay mananatiling makikita.

Kung nagkakaroon ka ng isang layunin na naiiba kaysa sa anumang nagawa sa nagdaang 100 taon, bubuksan nito ang lahat ng mga uri ng hindi kilalang posibilidad, sabi ni Amos. Nagsisimula pa lamang kaming makuha kung ano ang mga posibilidad na iyon.

alin sa mga sumusunod na pahayag tungkol sa milyong man martsa na hindi gaanong tumpak?

Tala ng Editor, Marso 31, 2017: Ang post na ito ay na-edit upang maipakita na hindi pinagbuti ni Leeuwenhoek ang compound microscope at ang koleksyon ni Ruzin ay nagsimula pa noong ika-17 siglo.

Sinabi ni Steven Ruzin sa UC Berkeley na kay Hooke's Micrographia , na inilathala noong 1665, ay maihahalintulad sa Gutenberg Bible ng mga biologist, na naglalaman ng kauna-unahang detalyadong mga guhit ng ispesimen ng mikroskopyo mula sa mga butil ng polen hanggang sa tela. Mas kaunti sa 1000 na mga kopya ang natitira, ngunit ang mga imahe ay patuloy na nagbibigay ng inspirasyon sa mga microscopist ngayon.(Wikimedia Commons)

Ang buwan na inilarawan sa Micrographia (Wikimedia Commons)

Mga dahon ng suber at dahon ng mimosa(Wikimedia Commons)

Schem. XXXV - Ng Isang Louse. Diagram ng isang kuto(Wikimedia Commons)

Schem. XXIX - 'Ang dakilang Belly'ed Gnat o babaeng Gnat'. Isang ilustrasyon ng isang Gnat na naisip na iginuhit ni Sir Christopher Wren.(Wikimedia Commons)

Schem. XXIV - Ng Istraktura at paggalaw ng mga Pakpak ng Langaw. Isang ilustrasyon ng isang Blue Fly na naisip na iginuhit ni Sir Christopher Wren.(Wikimedia Commons)

Ang mikroskopyo ni Robert Hooke, sketch mula sa kanyang orihinal na publication(Wikimedia Commons)

Ang sikat na pulgas na inilarawan sa libro Micrographia (Wikimedia Commons)

Ang ilang mga kristal na inilarawan sa Micrographia (Wikimedia Commons)

Ang tapunan na inilarawan sa Micrographia ni Robert Hooke(Wikimedia Commons)



^