Мікроскопія в домашніх умовах

»: Підвищений рівень лейкоцитів, бактеріальна інфекція, картопля містить крохмаль, комахи переносять захворювання ці та інші схожі висловлювання доводиться чути звідусіль. Щодня з екранів телевізорів, з вуст знайомих, зі шпальт газет і журналів нам у мозок надходить та сама інформація. Інформація, яка, як може здатися, є лише спеціалістами медиків і біологів. Адже саме вони стосуються цих питань у своєму повсякденному житті. Простій людині дістаються лише висновки з тих чи інших досліджень, сухі слова, що не володіють наочністю. У цій статті я намагатимусь розповісти просто про складне. Про те, як кожен може наблизити до себе невловимий, на перший погляд, світ клітин та мікроорганізмів.

Ось уже два роки, як я спостерігаю за цим світом у себе вдома, і рік, як фотографую. За цей час я встиг побачити на власні очі, які бувають клітини крові, що опадає з крил метеликів та молей, як б'ється серце у равлика. Звичайно, багато можна було б почерпнути з підручників, відеолекцій та тематичних веб-сайтів. Єдине, що залишилося б не почерпнутим – це відчуття присутності та близькості до того, чого не видно неозброєним оком. Те, що прочитано в книзі або побачено в телепередачі, швидше за все, зітреться з пам'яті в стислі терміни. Що побачено особисто в об'єктиві мікроскопа - залишиться з тобою назавжди. І залишиться не так сам образ побаченого, як розуміння, що світ влаштований саме так, а не інакше. Що це не просто слова з книжки, а особистий досвід. Досвід, який у наш час доступний для кожного.

Що купити?

Театр починається з вішалки, а дослідження – із купівлі обладнання. У нашому випадку це буде мікроскоп, бо в лупу багато не розглянеш. З основних характеристик мікроскопа «для домашніх потреб» варто виділити, звичайно ж, набір доступних збільшення, які визначаються добутком збільшення окуляра та об'єктива. Не всякий біологічний зразок хороший для дослідження на великих збільшеннях. Пов'язано це з тим, що збільшення оптичної системи передбачає меншу глибину різкості. Отже, зображення нерівних поверхонь препарату буде частково розмите. Тому важливо мати набір об'єктивіві окулярів, що дозволяє вести спостереження у всьому діапазоні збільшення: 10-20 ×, 40-60 ×, 100-200 ×, 400-600 ×, 900-1000 ×. Іноді буває виправдане збільшення 1500×, що досягається при купівлі окуляра 15× та об'єктива 100×. Все, що збільшує сильніше, роздільної здатності помітно не додасть, так як на збільшення близько 2000-2500 × вже близький так званий «оптичний кордон», обумовлений дифракційними явищами.

Наступним важливим моментом є тип насадки. Зазвичай виділяють монокулярний, бінокулярний і тринокулярний різновиди. Принцип класифікації полягає в тому, «скільки очима» ви хочете дивитися об'єкт. У разі монокулярної системи вам доведеться мружитися, постійно змінюючи очі від втоми при тривалому спостереженні. Тут вам на допомогу прийде бінокулярна насадка, в яку, як і випливає з її назви, можна дивитися обома очима. В цілому, це сприятливіше позначиться на самопочутті ваших очей. Не слід плутати бінокуляріз стереомікроскопом. Останній дозволяє домогтися об'ємного сприйняття об'єкта, що спостерігається, за рахунок наявності двох об'єктивів, у той час як бінокулярні мікроскопи просто подають на обидва очі одне і те ж зображення. Для фото- та відеозйомки мікрооб'єктів знадобиться "третє око", а саме насадка для встановлення камери. Багато виробників випускають спеціальні камери для своїх моделей мікроскопів, хоча можна використовувати і звичайний фотоапарат (щоправда, доведеться купити перехідник).

Спостереження при великих збільшеннях вимагає хорошого освітлення через невелику апертуру відповідних об'єктивів. Канули ті часи, коли препарат досліджували у відбитому від дзеркала світлі. Зараз мікроскопи є комплексними оптико-механо-електричними приладами, в яких цілком використовуються досягнення науково-технічного прогресу. У сучасних пристроях є своя лампочка, світло від якої поширюється через спеціальний пристрій. конденсор, - Яке і висвітлює препарат. Залежно від типу конденсора можна виділити різні способи спостереження, найпопулярнішими є методи світлого і темного поля. Перший спосіб, знайомий багатьом ще зі школи, передбачає, що препарат висвітлюється поступово знизу. При цьому в тих місцях, де препарат оптично прозорий, світло поширюється від конденсора в об'єктив, а в непрозорому середовищі світло поглинається, набуває фарбування та розсіюється. Тому на білому тлі виходить темне зображення – звідси й назва методу.

Із темнопольним конденсором все інакше. Він влаштований так, що промені світла, що виходять з нього, спрямовані в різні боки, крім отвору об'єктива. Тому вони проходять через оптично прозоре середовище, не потрапляючи в поле зору спостерігача. З іншого боку, промені, що потрапили на непрозорий об'єкт, розсіюються на ньому на всі боки, у тому числі й у напрямку об'єктива. Тому на темному тлі буде видно світлий об'єкт. Такий метод спостереження є хорошим для дослідження прозорих об'єктів, які на світлому тлі не є контрастними. За замовчуванням більшість мікроскопів є світлопольними. Тому, якщо ви плануєте розширити набір методів спостереження, варто вибирати моделі мікроскопів, в яких передбачена установка додаткового обладнання: конденсорів, пристроїв фазового контрасту, поляризаторів і т.п.

Як відомо, оптичні системи не ідеальні: проходження світла через них пов'язане зі спотвореннями зображення. абераціями. Тому об'єктиви та окуляри намагаються виготовляти так, щоб ці аберації максимально усунути. Все це позначається на їхній кінцевій вартості. З міркувань ціни та якості має сенс купувати плани хроматичні об'єктиви. Вони використовуються при професійних дослідженнях та мають адекватну ціну. Об'єктиви з великим збільшенням (наприклад, 100×) мають числову апертуру більше 1, що передбачає використання олії при спостереженні - так звана іммерсія. Тому якщо окрім «сухих» об'єктивів ви берете ще й імерсійні, варто заздалегідь подбати про імерсійну олію. Його показник заломлення обов'язково має відповідати вашому конкретному об'єктиву.

Звичайно, це не весь перелік параметрів, які слід враховувати при покупці мікроскопа. Іноді буває важливо звернути увагу на пристрій та розташування предметного столика та рукояток для керування ним. Варто вибрати тип освітлювача, яким може бути як звичайна лампа розжарювання, так і світлодіод, який світить яскравіше і гріється менше. Також мікроскопи можуть мати індивідуальні особливості. Але головне, що варто сказати про їх пристрій, мабуть, сказано. Кожна додаткова опція – це добавка до ціни, тому вибір моделі та комплектації – це доля кінцевого споживача.

Останнім часом намітилася тенденція придбання мікроскопів для дітей. Такі пристрої зазвичай є монокулярами з невеликим набором об'єктивів і скромними параметрами, коштують недорого і можуть стати хорошою відправною точкою не тільки для безпосередньо спостережень, але і для ознайомлення з основними принципами роботи мікроскопа. Після цього дитині вже можна буде придбати більш серйозний пристрій на підставі висновків, зроблених під час роботи з «бюджетною» моделлю.

Як дивитися?

Аматорське спостереження передбачає виняткових навичок ні у роботі з мікроскопом, ні у підготовці препаратів. Звичайно, можна купити далеко не дешеві набори готових препаратів, але тоді не таким яскравим буде відчуття вашої особистої присутності в дослідженні, та й готові препарати рано чи пізно набриднуть. Тому, купивши мікроскоп, варто подумати про реальні об'єкти для спостереження. Крім того, вам знадобляться хоч і спеціальні, але доступні засоби для підготовки препаратів.

Спостереження в світлі припускає, що досліджуваний об'єкт є досить тонким. Навіть не кожна шкірка з ягоди або фрукта сама по собі має необхідну товщину, тому в мікроскопії досліджують зрізи. У домашніх умовах досить адекватні зрізи можна робити звичайними лезами для гоління. При певній вправності можна досягти товщини зрізу в кілька клітинних шарів, що значно підвищить диференційність об'єктів препарату. В ідеалі варто працювати з моноклітинним шаром тканини, бо кілька шарів клітин, накладених один на одного, створюють нечітке та сумбурне зображення.

Досліджуваний препарат поміщається на предметне скло і, у разі необхідності, накривається склом покривним. Тому, якщо в комплекті до мікроскопа скла не додаються, їх слід придбати окремо. Зробити це можна у найближчому магазині медичної техніки. Однак, не кожен препарат добре прилягає до скла, тому застосовують методи фіксації. Основними є фіксація вогнем та спиртом. Перший метод вимагає певної навички, оскільки можна просто «спалити» препарат. Другий спосіб найчастіше виправданіший. Чистий спирт дістати не завжди можливо, тому в аптеці як замінник можна придбати антисептик, який, по суті, є спиртом із домішками. Там же варто купити йод та зеленку. Ці звичні нам засоби дезінфекції насправді виявляються ще й хорошими барвниками для препаратів. Адже не всякий препарат відкриває свою сутність на першому погляді. Іноді треба «допомогти», підфарбувавши його формені елементи: ядро, цитоплазму, органели.

Для взяття зразків крові слід придбати скарифікатори, піпетки та вату. Все це є у продажу в медичних магазинах та аптеках. Крім того, для збирання об'єктів з дикої природи слід запастися маленькими пакетиками та баночками. Брати з собою баночку для набору води з найближчого водоймища при виїзді на природу має стати у вас гарною звичкою.

Що дивитись?

Мікроскоп придбано, інструменти закуплено - пора починати. І почати слід із найдоступнішого. Що може бути доступніше за шкірку ріпчастої цибулі (рис. 1 і 2)? Як тонка сама по собі, шкірка цибулі, будучи підфарбованою йодом, виявляє у своїй будові чітко диференційовані ядра. Цей досвід, добре знайомий зі школи, мабуть, варто провести першим. Саму шкірку цибулі потрібно залити йодом і залишити фарбувати на 10-15 хвилин, після чого потрібно промити її під струменем води.

Крім того, йод можна використовувати для фарбування картоплі (рис. 3). Не варто забувати, що зріз необхідно робити якомога тоншим. Буквально 5–10 хвилин перебування зрізу картоплі у йоді виявлять пласти крохмалю, які забарвляться у синій колір. Йод є досить універсальним барвником. Ним можна фарбувати широкий спектр препаратів.

Малюнок 1. Шкірка цибулі(Збільшення: 1000×). Забарвлення йодом. На фотографії диференціюється ядро ​​у клітині.

Малюнок 2. Шкірка цибулі(Збільшення: 1000×). Забарвлення Азур-Еозіном. На фотографії в ядрі диференціюється ядерце.

Малюнок 3. Зерна крохмалю у картоплі(Збільшення: 100×). Забарвлення йодом.

На балконах житлових будинків часто накопичується велика кількість трупів комах, що літають. Не поспішайте їх позбуватися: вони можуть стати цінним матеріалом для дослідження. Як видно з фотографій, ви виявите, що крила комах волохаті (рис. 4–6). Комахам це необхідно для того, щоб крила не намокали. В силу великого поверхневого натягу краплі води не можуть «провалитися» крізь волоски і торкнутися крила.

Це явище називається гідрофобністю. Докладно ми про нього говорили у статті «Фізична водобоязнь». - ред.

Малюнок 4. Крило сонечка(Збільшення: 400×).

Рисунок 5. Крило бібіоніду(Збільшення: 400×).

Малюнок 6. Крило метелика глоду(Збільшення: 100×).

Якщо ви колись зачіпали крило метелика чи молі, то, напевно, помічали, що з нього злітає якийсь «пил». На фотографіях виразно видно, що цим пилом є лусочки з їхніх крил (рис. 7). Вони мають різну форму та досить легкі на відрив.

Крім того, можна поверхово вивчити будову кінцівок членистоногих (рис. 8), розглянути хітинові плівки – наприклад, на спині таргана (рис. 9). При належному збільшенні можна переконатися, що такі плівки складаються з лусочок, що щільно прилягають (можливо, зрощених).

Малюнок 7. Луска з крил молі(Збільшення: 400×).

Малюнок 8. Кінцівка павука(Збільшення: 100×).

Малюнок 9. Плівка на спині таргана(Збільшення: 400×).

Наступне, що варто було б спостерігати - це шкірка ягід і фруктів (рис. 10 і 11). Не всі фрукти і ягоди мають прийнятну для спостереження в мікроскоп шкірку. Або її клітинна будова може бути не диференційованим, або товщина не дозволить досягти точного зображення. Так чи інакше, доведеться зробити чимало спроб, перш ніж ви отримаєте добрий препарат. Вам доведеться перебрати різні сорти винограду - наприклад, для того, щоб знайти той, у якого барвники в шкірці мали б «приємну для ока» форму, або зробити кілька зрізів шкірки сливи, поки не досягнете моноклітинного шару. У будь-якому випадку, винагорода за виконану роботу буде гідною.

Малюнок 10. Шкірка чорного винограду(Збільшення: 1000×).

Малюнок 11. Шкірка сливи(Збільшення: 1000×).

Малюнок 12. Лист конюшини(Збільшення: 100×). Деякі клітини містять темно-червоний пігмент.

Достатньо доступним для дослідження об'єктом є зелень: трава, водорості, листя (рис. 12 і 13). Але, незважаючи на всюди поширеність, вибрати і приготувати хороший зразок буває не так просто.

Найцікавішим у зелені є, мабуть, хлоропласти (рис. 14 та 15). Тому зріз має бути винятково тонким. Нерідко прийнятною товщиною мають зелені водорості, що зустрічаються в будь-яких відкритих водоймах.

Малюнок 13. Лист суниці(Збільшення: 40×). Малюнок 16. Плаваюча водорість зі джгутиком(Збільшення: 400×).

Малюнок 17. Дитинча равлики(Збільшення: 40×).

Малюнок 18. Мазок крові.Забарвлення Азур-Еозином за Романовським (збільшення: 1000×). На фото еозинофіл на тлі еритроцитів.

Сам собі вчений

Відео 1. Биття серця равлики(Збільшення оптичного мікроскопа 100×).

Після дослідження простих і доступних препаратів природним бажанням є ускладнення технік спостереження та розширення класу об'єктів, що вивчаються. Для цього, по-перше, знадобиться література за спеціальними методами дослідження, а по-друге, спеціальні засоби. Ці кошти, хоч і є своїми для кожного типу об'єктів, все-таки мають деяку спільність і універсальність. Наприклад, загальновідомий метод фарбування за Грамом, коли різні види бактерій після фарбування диференціюються за кольорами, може бути застосований і при фарбуванні інших, не бактеріальних клітин. Близьким до нього є і метод забарвлення мазків крові по Романовському. У продажу є вже готовий рідкий барвник, так і порошок, що складається з таких барвників, як азур і еозин. Всі барвники можна купити у спеціалізованих медико-біологічних магазинах або замовити в інтернеті. Якщо ж з якихось причин ви не можете дістати барвник для крові, можна попросити лаборанта, який робить вам аналіз крові в лікарні, прикласти до аналізу скло з пофарбованим мазком вашої крові.

Продовжуючи тему дослідження крові, не можна не згадати про камеру Горяєва - пристрій для підрахунку формених елементів крові. Будучи важливим інструментом для оцінки кількості еритроцитів у крові ще в ті часи, коли не було пристроїв для автоматичного аналізу її складу, камера Горяєва дозволяє вимірювати розміри об'єктів завдяки нанесеній на неї розмітці з відомими розмірами поділів. Методи дослідження крові та інших рідин за допомогою камери Горяєва описані у спеціальній літературі.

Висновок

У цій статті я постарався розглянути основні моменти, пов'язані з вибором мікроскопа, підручних засобів та основні класи об'єктів для спостереження, які неважко зустріти у побуті та на природі. Як було зазначено, спеціальні засоби спостереження припускають наявність хоча б початкових навичок роботи з мікроскопом, тому їх огляд виходить поза рамки цієї статті. Як видно з фотографій, мікроскопія може стати приємним хобі, а можливо, для когось навіть мистецтвом.

У сучасному світі, де різноманітні технічні засоби та пристрої перебувають у кроковій доступності, кожен сам вирішує, на що йому витратити власні гроші. З розважальних міркувань це може бути дорогий ноутбук або телевізор з величезним розміром діагоналі. Але перебувають і ті, хто відводить погляд від екранів і спрямовує його або далеко у космос, купуючи телескоп, або, дивлячись в окуляр мікроскопа, проникають поглядом глибоко всередину. Всередині тієї природи, частиною якої ми є.

Література

1. Ландсберг Г.С. (2003). Оптика. § 92 (стор. 301);
2. Гуревич А.А. (2003). Прісноводні водорості;
3. Козинець Г.І. (1998). Атлас клітин крові та кісткового мозку;
4. Коржевський Д.Е. (2010). Основи гістологічної техніки.