*§ 10-1. Методы изучения клетки
Световая микроскопия. Первым методом, использованным для открытия и изучения клеток, была световая микроскопия. Увеличение объекта в световом микроскопе достигается с помощью линз, через которые проходит свет. При этом максимальное увеличение составляет около 1500 раз. Однако главной характеристикой микроскопа является разрешающая способность (разрешение) — минимальное расстояние между двумя объектами, которые можно распознать отдельно. Отдельная частица будет видна только в том случае, если по размеру она не меньше разрешения микроскопа. Например, разрешающая способность человеческого глаза составляет около
|
Разрешение характеризует четкость изображения. Без повышения разрешающей способности нет смысла в большем увеличении. Если линзы не дают возможности различать детали объекта, то изображение будет размытым, и при большем увеличении будет получено просто более крупное, но такое же нечеткое изображение. |
Разрешение светового микроскопа ограничивается длиной световой волны. Даже при использовании самого коротковолнового видимого света — фиолетового — можно достичь разрешения лишь около 200 нм. При такой разрешающей способности видны самые крупные компоненты клеток — ядро, пластиды, вакуоли, митохондрии, клеточные стенки. Более мелкие клеточные структуры или не видны вообще, или их детали различаются с трудом.
Другая трудность применения световой микроскопии состоит в том, что большинство клеточных компонентов прозрачно. Для увеличения контрастности часто используют различные методы окраски клеток. При этом клеточные структуры окрашиваются специальными красителями в разные цвета. Некоторые красители — их называют прижизненными — не токсичны и используются для окрашивания живых клеток. Однако большинство красителей токсично для клеток и вызывает их гибель.
Электронная микроскопия. Многие клеточные структуры, например рибосомы, диаметр которых составляет около 20—30 нм, невозможно увидеть с помощью светового микроскопа из-за низкого разрешения. Эта проблема была решена после создания электронного микроскопа в 1930-х гг. Вместо света в нем используется поток электронов, а вместо линз — электромагниты. Современные электронные микроскопы (рис. 10-1.1) имеют разрешающую способность менее 1 нм и увеличение до 106 раз. Этого достаточно для изучения мельчайших органоидов и даже крупных молекул. Использование электронной микроскопии в биологии позволило исследовать ультратонкое строение клеточных структур — мембран, рибосом, элементов цитоскелета и др.
Различают два основных типа электронной микроскопии: просвечивающую (трансмиссионную) и сканирующую. В просвечивающем электронном микроскопе электроны проходят через образец, так же как световые лучи в световом микроскопе. Поэтому для изучения можно использовать только очень тонкие срезы, чтобы через них могли проходить электроны. Кроме того, в таком микроскопе поддерживается вакуум, а биологические образцы для увеличения контрастности обрабатывают соединениями урана или свинца, которые являются токсичными для клеток. С этим связано то, что с помощью просвечивающего электронного микроскопа можно изучать только мертвые клетки.
Сканирующий электронный микроскоп изобретен в 1950-х гг. Изображение в нем создается отраженными от поверхности изучаемого объекта электронами, при этом можно использовать образцы большей толщины. Разрешающая способность сканирующей электронной микроскопии ниже, чем просвечивающей. Но этот метод позволяет получать трехмерные изображения. С его помощью исследуются, например, мембраны клеток и включенные в них белки.