Для чего нужен микроскоп в биологии

Микроскоп

Наверняка многие слышали о таком предмете, как микроскоп. А некоторые даже знакомы с ним не понаслышке. Однако мало кто представляет что существует разное количество видов данного устройства, предназначенных для различных функций. Что же такое микроскоп и микроскопия? Какие виды микроскопов существуют и что позволяют делать? Ответы на эти вопросы можно найти в предложенной статье.

История возникновения

Микроскоп представляет собой прибор, с помощью которого можно значительно увеличить изображение, детально изучить строение и структур рассматриваемого объекта, а также замерить его детали, плохо различимые или вообще невидимые невооруженным глазом.

Методы и технологии, позволяющие использовать данный прибор в практических целях носят название микроскопия.

Самыми первыми изобретенными устройствами были оптические микроскопы. К тому же невозможно с уверенностью сказать о том, кому принадлежат лавры такого изобретения. В 1538 году венецианский врач Джироламо Фракасторо предложил использовать комбинацию из двух линз для достижения наибольшего увеличения. А самые ранние упоминания именно о микроскопе датируются 1590 годом и уходит корнями в голландский город Мидделбург, где работали двое мастеров Иоанн Липперсгей и Захарий Янсен, которые изготавливали очки.

Примерно в 1624 году свой первый составной прибор под названием «оккиолино», что в переводе с итальянского означает «маленький глаз», представил итальянский физик и астроном Галилео Галилей. И только спустя год его товарищ Джованни Фабер предложил называть полученное изобретение микроскопом.

Виды микроскопов

На сегодняшний момент существует множество разновидностей данного прибора. Микроскопы бывают: оптические и электронные, рентгеновские и сканирующие зондовые. Есть также дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп.

Оптические приборы в свою очередь делятся на ближнепольные, конфокальные и двухфотонные лазерные микроскопы. Электронные подразделяются на просвечивающие и растровые устройства. Сканирующие представляют собой совокупность атомно-силовых и туннельных микроскопов, а рентгеновские приборы бывают лазерными, отражательными и проекционными.

Естественной оптической системой является глаз человека. При этом она характеризуется точным разрешением. Нормальное разрешение для обычного глаза составляет примерно 0,2 мм. Это характерно при удалении объекта на расстояние оптимального видения, которое составляет 250 мм. Стоит заметить, что размеры животных и растительных клеток, различных микроорганизмов, деталей структуры металлов и разного рода сплавов, а также мелких кристаллов намного меньше нормального разрешения для человеческого глаза.

Ученые примерно до середины прошлого века использовали в работе только видимое оптическое излучение, диапазоном от четырехсот до семисот нанометров. Иногда применялись приборы с ближним ультрафиолетом. Получается, что оптические микроскопы способны различать вещества с расстоянием между элементами до 0,20 мкм, а это значит, что он может добиться максимального увеличения 2000 крат.

В электронных устройствах для увеличения используется пучок электронов, обладающих волновыми свойствами. При этом электроны достаточно легко можно сфокусировать при помощи электромагнитных линз, потому что они представляют собой заряженные частицы. К тому же электронное изображение не составит труда перевести в видимое.

У электронных устройств разрешающая способность в несколько тысяч раз превышает разрешение светового оптического микроскопа. А в современных приборах она может быть даже менее десяти нанометров.

Сканирующие зондирующие микроскопы – это класс приборов, работа которых основана на сканировании зондом различных поверхностей. Это достаточно новые устройства, изображение на которых получается при помощи фиксирования соприкосновений между поверхностью и зондом. На данный момент в таких устройствах удалось добиться фиксации взаимодействия зонда с некоторыми молекулами и атомами, что выводит сканирующий зондирующий микроскоп на уровень электронных приборов. А в некоторых показателях такие устройства даже превосходят их.

Рентгеновские микроскопы представляют собой прибор, позволяющий исследовать очень малые объекты, величины которых можно сопоставить с длиной рентгеновской волны. Работа такого прибора основана на электромагнитном излучении, имеющим длину волны до одного нанометра. Разрешающая способность рентгеновских устройств намного выше оптических, но ниже электронных микроскопов.

Строение микроскопа

Стандартный оптический прибор имеет в своем строении следующие детали:

Оптическая система такого устройства представляет собой объективы, расположенные на револьверной головке, окуляры и в некоторых случаях призменный блок. При помощи оптической системы как раз и формируется изображение изучаемого образца на сетчатке глаза. Причем это изображение будет перевернутым.

В настоящее время многие детские микроскопы содержат в себе линзу Барлоу, применение которой позволяет добиться плавного увеличения изображения до 1000 крат и выше. Однако качество изображения при этом существенно страдает, что делает использование этой линзы в таких устройствах достаточно сомнительным.

В профессиональных устройствах для изменения увеличения используют только различные комбинации качественных объективов и окуляров. И уж конечно, в таких приборах никогда не будет использовать линза столько сомнительного качества.

Механическая система микроскопа представляет собой штатив, тубус, револьверную головку, механизмы фокусировки и предметный столик.

Для фокусировки изображения применяются механизмы фокусировки. Макрометрический винт применяют в работе с небольшими увеличениями, а микрометрический используется при высоких увеличениях. Стандартные школьные или детские микроскопы обычно комплектуются лишь макрометрическим винтом грубой фокусировки. Для лабораторных исследований в обязательном порядке понадобится и механизм тонкой фокусировки. Оптические устройства могут иметь раздельные механизмы грубой и точной фокусировки, а также содержать в себе коаксиальные винты микро и макрометрической регулировки фокуса.

Фокусировка прибора осуществляется при помощи перемещения предметного столика или тубуса устройства в вертикальной плоскости.

Предметный столик необходим для расположения на нем объекта. Можно выделить несколько их разновидностей:

Более комфортным для работы считается координатный предметный столик, которые позволяет перемещать образец для исследования в горизонтальной плоскости.

Объективы микроскопа располагаются непосредственно на револьверной головке. Ее вращение позволяет выбрать какой-либо из объективов, тем самым меняя увеличение. Профессиональные устройства оснащены как правило съемными объективами, которые вкручиваются в револьверную головку. Дешевые же варианты микроскопов имеют встроенные объективы.

Тубус микроскопа содержит в себе окуляр. В устройствах с тринокулярной или бинокулярной насадкой существует возможность регулировки расстояния между зрачками, а также коррекции диоптрий, что позволяет подстроить микроскоп под индивидуальные особенности каждого наблюдателя. В детских устройствах в тубусе помимо окуляра может находиться также линза Барлоу.

Осветительная система оптического устройства представляет собой диафрагму, конденсор и источник света.

Источник света может быть как внешний, так и встроенный. Стандартный микроскоп обычно включает в себя нижнюю подсветку. В некоторых детских устройствах иногда используют боковую подсветку, но она не несет за собой никакого практического эффекта.

Конденсор и диафрагма используется для регулировки освещения микроскопа. Конденсоры могут быть однолинзовыми, двухлинзовыми или трехлинзовыми. При опускании или поднятии конденсора происходит либо рассеивание, либо конденсирование света, который освещает исследуемый образец.

Диафрагма представлена в двух вариантах: ирисовая, с плавным изменением диаметра, и ступенчатая, состоящая из нескольких отверстий разных диаметров. Соответственно увеличивая или уменьшая диаметр светового отверстия можно ограничить или увеличить поток света, льющегося на образец. Некоторые конденсоры оснащаются фильтродержателем, в который могут вставляться различные светофильтры.

Выводы

Микроскоп – это оптический прибор, позволяющий многократно увеличивать изображение исследуемого предмета, что позволяет изучать вещества, невидимые невооруженным глазом. В настоящий момент существует много различных видов современных устройств, отличающихся между собой разрешительной способностью, что позволяет различать и изучать очень малые предметы.

Источник

Применение микроскопа в биологии

Биология — это наука о живых организмах, их строении, обитании и образе жизни. Существует множество ее областей. Зоология изучает животных, ботаника — растительный мир, микробиология исследует микроорганизмы. Есть даже космическая биология, которая занимается вопросами жизни человека на космических кораблях и станциях, поиском внеземных форм жизни.

Микроскоп широко используется биологами, знания которых применяются в медицине, растениеводстве, животноводстве и охране природы.

Историческая справка

Кто знает, как развивалась бы сейчас биология, если бы не первые микроскопы и пытливые ученые. Что-либо разглядеть и понять в давние времена было очень сложно, ведь тогда не существовало хорошей техники, и многие биологи изготавливали линзы для микроскопов, а нередко и сами приборы своими руками. Увидев что-либо интересное, ученый рисовал неизвестные объекты, а затем думал, анализировал, сравнивал — так рождались открытия.

Рассматривая срез пробкового дерева, Роберт Гук заметил множество одинаковых мешочков, или ячеек, зарисовал их и назвал клетками. После ученые предположили, что люди и животные также состоят из множества клеток.

Антони ван Левенгук был одним из выдающихся исследователей природы. Он первым увидел, что кровь — это не какая-то однородная жидкость, как думали его современники, а живой поток, в котором движется великое множество мельчайших телец. Теперь их называют эритроцитами. Важным открытием Левенгука были сперматозоиды, которые он увидел в семенной жидкости. Это те маленькие клетки с хвостиками, которые, внедряясь в яйцеклетку, оплодотворяют ее, в результате чего возникает новая жизнь. Антони ван Левенгук настолько был увлечен микромиром, что пытался рассмотреть все: воду из лужи, налет с зубов, тину из водных каналов, глаза насекомых, слюну.

Он первым разглядел в зубном налете множество мелких организмов, которым дал имя «анималькулюсы». Позже их назовут бактериями. Немало было желающих взглянуть на диковинные создания, и среди них — русский царь Пётр I.

Достижения биологов

Многие заболевания растений и животных можно распознать только под микроскопом. Этим пользуются ботаники, ветеринары и работники сельского хозяйства и с успехом борются с ними.

Растения из пробирки — очень интересный способ получения большого количества копий от одного-единственного растения, которое обладает какими-либо ценными для ученого свойствами. Этот процесс производится под микроскопом и называется «микроклональное размножение».

Микроскоп есть и у селекционеров — специалистов, которые создают новые сорта и гибриды растений и животных. Чтобы оценить выращенные растения, селекционер изучает под микроскопом срезы стеблей, семена, листья, корни и плоды. Затем он может сравнить результаты своего труда с предыдущими поколениями. Одни селекционеры стараются вывести растения более крупных размеров или с более сочными плодами. Другие — трудятся над созданием необычной окраски, например, лепестков роз и тюльпанов, чтобы потом эти цветы радовали людей, расцветая на городских клумбах.

Клетка — единица живого

Что внутри

Рассмотреть подробное строение клетки возможно только под микроскопом. Клетка похожа на маленький дом, жители которого постоянно заняты какой-то работой. Здесь есть хозяин, который руководит всеми процессами, — это ядро. Есть маленькие труженицы — митохондрии, они запасают для клетки энергию. Второе название митохондрий — энергетические станции. Лизосомы, словно маленькие уборщики, растворяют все ненужное. Вакуоль — хранительница соков в растительных клетках.

Только в клетке растений есть хлоропласты — зеленые жители, которые старательно добывают энергию из солнечного света.

Все обитатели дома словно находятся в своеобразном в бассейне, заполненном цитоплазмой — жидкостью, похожей на кисель.

Дом окружает оболочка, которая называется мембраной. У некоторых клеток, например растений и грибов, есть более надежная защита поверх мембраны — клеточная стенка.

Ядро есть в клетках растений, животных, грибов, человека. В нем расположено особое вещество — ДНК. Здесь записана и хранится вся информация о клетках.

В клетках бактерий нет ядра, а ДНК свободно располагается внутри.

Такие разные клетки

Клетки бывают самой разной формы и выполняют различные функции. Одинаковые клетки, выполняющие одну и ту же задачу, объединяются в ткани, а ткани — в органы.

Клетка — основа существования любого живого организма, она наполнена жизненной силой и энергией.

Размеры клеток тоже очень отличаются. Бывают невидимые клетки — это бактерии, они едва различимы в оптический микроскоп, а есть клетки мякоти апельсина, арбуза, лимона, видимые невооруженным глазом. Кроме того, существуют гигантские клетки, например млечные ходы молочайных растений. У человека отростки нервных клеток могут достигать одного метра!

Одни живые существа, например бактерии, представляют собой единственную клетку и называются одноклеточными. Большинство растений, грибов, животных имеют очень сложное строение из множества клеток и имеют название «многоклеточные».

Такие разные грибы

Грибы — очень большая и разнообразная группа живых организмов. На Земле существует около 100 000 видов грибов! Они поселяются на почве, растениях, продуктах питания, на стенах зданий и даже в теле человека. Из грибов изготавливают лекарства (антибиотики),они незаменимы в производстве сыров, кваса, пива, хлеба.

С помощью микроскопа изучают споры грибов, определяют грибковые заболевания человека, животных и растений.

Полезные грибы

Плесенью спасают человеческие жизни: из нее делают антибиотики — вещества, способные убивать вредные бактерии.

Вредные грибы

Плесень портит продукты и может вызвать отравление. Употреблять заплесневелые хлеб, варенье, овощи, фрукты крайне опасно для здоровья.

Болезни, вызываемые паразитическими грибами, называются микозами. Обнаружить споры этих грибов можно только под микроскопом.

Грибы окружают нас всюду. В одном кубометре воздуха находится до 500 спор грибов. В одном грамме почвы — тысячи спор и сотни метров грибных нитей!

Грибы оказывают огромное влияние на окружающую среду, жизнь и здоровье человека.

Охрана природы

Каждый день деятельность человека влияет на природу. Выхлопные газы автомобилей, отходы заводов, ядохимикаты сельского хозяйства — все это загрязняет окружающую среду. Страдают не только животные, птицы, растения, человек, но и представители микромира, населяющие почву, воду и воздух.

Микроскопический анализ почвы

Степень загрязнения почвы определяют под микроскопом. Микробиологи могут подсчитать количество микроорганизмов, изучить их состояние, проверить, содержатся ли в почве вредные бактерии.

Особенно загрязняют почву и являются опасными сточные воды мясокомбинатов, которые могут вызвать инфекционные заболевания человека и животных. Санитарные службы строго следят за тем, чтобы отходы на предприятиях обязательно обезвреживались.

Микроскопический анализ воды

Озера, реки, моря и даже грунтовые воды населены невидимыми микроорганизмами. Вредные бактерии попадают в воду из почвы, которая загрязняется промышленными и бытовыми стоками. А вот ключевая и артезианская вода почти не содержат микроорганизмы. За состоянием воды очень строго следят санитарные службы, ведь часто содержащиеся в ней бактерии становятся виновниками инфекционных заболеваний у человека. Показателем грязной воды служит кишечная палочка. Сама по себе она неопасна, так как живет в кишечнике каждого человека, но если ее обнаруживают в водоемах, это говорит о том, что рядом могут быть и опасные бактерии, попавшие сюда из канализационных стоков.

Микроскопический анализ воздуха

В крупных городах, где есть тяжелая промышленность, в воздухе больше всего микроорганизмов, а вот в полях и лесах вдали от городов воздух почти не содержит микробы.

Санитарные микробиологи особенно тщательно изучают микроскопический состав воздуха больниц, ведь операционные отделения и палаты с больными и ослабленными людьми должны быть очень чистыми. Для обеззараживания воздуха используют ультрафиолетовые лампы.

Микроскопический анализ воды, почвы и воздуха позволяет оценить степень их загрязнения и предпринять меры по защите окружающей среды.

Бактерии вокруг нас: друзья и враги

Микроорганизмы играют большую роль в природе и жизни людей. Их состав в почве, воде и воздухе меняется при любых загрязнениях окружающей среды. Экологи знают эту особенность и тщательно следят за жизнью мельчайших созданий, а также изучают их влияние на человека.

Микроскопы экологов

Оптический микроскоп

Обычно экологи используют оптические микроскопы, дающие увеличение до 1000 раз. Для этого в световом микроскопе устанавливаются объективы, увеличивающие в 100 раз, и окуляры с 10-кратным увеличением.

Темнопольный микроскоп

Позволяет видеть объекты в специальные фильтры. Такой микроскоп нужен для исследования мельчайших бактерий или бактерий с очень низкой контрастностью, которые чересчур сливаются с окружающей средой.

Фазово-контрастный микроскоп

Служит для изучения живых и неокрашенных микроорганизмов. Принцип работы — повышение контрастности.

Люминесцентный микроскоп

Необходим экологам для наблюдения за микроорганизмами, способными излучать свет, если их окрасить специальными красителями или облучить определенным диапазоном света. Высокая четкость изображения и светящиеся микробы — вот два преимущества, которые помогают работать быстро и качественно.

Электронный микроскоп

Позволяет изучать все микроорганизмы, которые невозможно увидеть в световой микроскоп. В нем вместо потока света используется пучок электронов, а вместо стеклянных линз — электромагнитные.

Что обнаруживают микробиологи

Микробиологи находят в почве опасные для человека бактерии — возбудители ботулизма, сибирской язвы, столбняка, туберкулеза, которые попадают туда вместе с выделениями животных и человека и могут находиться в почве очень долгое время. Поэтому перед строительством, домов, детских садов и площадок, обустройством зон отдыха специалисты обязательно исследуют почву на наличие вредных бактерий.

При загрязнении воды канализационными и промышленными стоками в нее попадают опасные бактерии холеры и брюшного тифа. Поэтому контроль за качеством питьевой воды, в которой не должно содержаться никаких вредоносных бактерий, осуществляется особенно тщательно.

Заботясь об охране окружающей среды, вы сохраняете экологическое равновесие в природе.

Источник

Для чего нужен микроскоп в биологии

Микроскоп. Важность использования в современном мире.

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Сейчас, совершенно невозможно представить, как бы развивались без микроскопа такие области человеческой деятельности как биология и медицина, металлургия и геология, криминалистика и петрография, иммунология и генетика, а также огромное число других.

Применение микроскопов в вышеперечисленных отраслях науки и экономики позволило сделать многие вещи, которые раньше казались просто недостижимыми: разрабатывать безопасные и эффективные медицинские препараты, создавать новые виды синтетических материалов, которые наделены удивительными свойствами, наладить производство электронной техники и высокоточных приборов, ставить верный диагноз, помогающий излечить различные заболевания.

Изучение возможностей применения микроскопа для исследований

Изучить историю создания микроскопа.

Узнать какие виды микроскопов бывают.

Изучить строение микроскопа.

Узнать области применения микроскопов.

История создания микроскопа.

Микроскоп (от греч. — малый и смотрю) — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.

Увлекательное это занятие — рассматривать что-либо в микроскоп. Не хуже компьютерных игр, а может быть, даже и лучше. Но кто же придумал это чудо — микроскоп?

В голландском городе Миддельбурге жил триста пятьдесят лет назад очковый мастер. Терпеливо шлифовал он стекла, делал очки и продавал их всем, кто в этом нуждался. Было у него двое детей — два мальчика. Они очень любили забираться в мастерскую отца и играть его инструментами и стеклами, хотя это и было им запрещено.

И вот однажды, когда отец куда-то отлучился, ребята пробрались по обыкновению к его верстаку, — нет ли чего-нибудь новенького, чем можно позабавиться? На столе лежали стекла, приготовленные для очков, а в углу валялась короткая медная трубка: из нее мастер собирался вырезать кольца — оправу для очков. Ребята втиснули в концы трубки по очковому стеклу. Старший мальчик приставил к глазу трубку и посмотрел на страницу развернутой книги, которая лежала здесь же на столе. К его удивлению, буквы стали огромными. В трубку посмотрел младший и закричал, пораженный: он увидел запятую, но какую запятую — она была похожа на толстого червяка! Ребята навели трубку на стеклянную пыль, оставшуюся после шлифовки стекол. И увидели не пыль, а кучку стеклянных зернышек.

Трубка оказалась прямо волшебной: она сильно увеличивала все предметы. О своем открытии ребята рассказали отцу. Тот даже не стал бранить их: так был он удивлен необычайным свойством трубки. Он попробовал сделать другую трубку с такими же стеклами, длинную и раздвижную.

Новая трубка увеличивала еще лучше. Это и был первый микроскоп. Его случайно изобрел в 1590 году очковый мастер Захария Янсен, — вернее сказать, — его дети.

Подобные мысли о создании увеличивающего прибора приходили в голову не одному Янсену: изобретали новые приборы и голландец Ян Липерсгей (тоже «очковых» дел мастер и тоже из Миддельбурга), и Яков Метиус. В Англии появился голландец Корнелий Дреббель, который изобрел микроскоп с двумя двояковыпуклыми линзами. Когда в 1609 году распространились слухи, что в Голландии имеется некое устройство для рассматривания крошечных объектов, Галилей уже на следующий день понял общую идею конструкции и сделал микроскоп в своей лаборатории, а в 1612 году он уже наладил изготовление микроскопов. Созданное устройство никто поначалу микроскопом не называл, его именовали конспицилией. Всем знакомые слова «телескоп» и «микроскоп» впервые в 1614 году произнес грек Демисциан.

В 1697 году из Москвы за границу выехало Великое посольство, в составе которого был наш царь Петр Первый. В Голландии он услышал, что «некий голландец Левенгук», живущий в городе Делфте, делает у себя дома удивительные устройства. С их помощью он обнаружил тысячи зверюшек, более чудесных, чем самые диковинные заморские звери. И эти зверюшки «гнездятся» в воде, в воздухе и даже во рту человека. Зная любознательность царя, нетрудно догадаться, что Петр немедленно отправился в гости. Устройства, которые увидел царь, были так называемыми простыми микроскопами (это была лупа с большим увеличением). Однако Левенгуку удалось добиться увеличения в 300 раз, а это превосходило возможности лучших сложных микроскопов XVII века, имевших и объектив, и окуляр.

Долгое время секрет «блошиного стекла», как пренебрежительно называли прибор Левенгука современники-завистники, раскрыть не удавалось. Как могло получиться, что в 17 веке ученый создавал устройства, по некоторым характеристикам близкие к устройствам начала 20 века? Ведь при тогдашней технике невозможно было сделать микроскоп.

Сам Левенгук свой секрет не открыл никому. Тайну «блошиного стекла» удалось раскрыть только через 315 лет, в Новосибирском государственном медицинском институте на кафедре общей биологии и основ генетики. Секрет должен был быть очень простым, ведь Левенгук за короткий срок сумел изготовить множество экземпляров своих однолинзовых микроскопов. Может быть, он вообще не шлифовал линзы- лупы? Да, это делал за него огонь! Если взять стеклянную нить и поместить в пламя горелки, на конце нити появится шарик — он-то и служил Левенгуку линзой. Чем меньше был шарик, тем большего увеличения удавалось достичь.

Около двух часов провел в 1697 году Петр Великий у Левенгука — и все смотрел, смотрел. А уже в 1716 году, во время своей второй поездки за границу, император приобрел для Кунсткамеры первые микроскопы. Так чудесный прибор появился в России.

Микроскоп можно назвать прибором, открывающим тайны. Микроскопы в разные года выглядели по-разному, но с каждым годом становились всё сложнее, и у них стало появляться много деталей.

Вот так выглядел первый микроскоп Янсена:

Первый крупный сложный микроскоп сделал английский физик Роберт Гук в 17 веке.

Вот так выглядели микроскопы в 18 веке. В 18 веке было много путешественников. И им нужно было иметь дорожный микроскоп, который бы умещался в сумке или кармане пиджака.

В первой половине XVIII в. широкое распространение получил так называемый «ручной» или «карманный» микроскоп, сконструированный английским оптиком Дж. Вильсоном. Вот так они выглядели:

Строение и виды микроскопа

Все микроскопы состоят из следующих деталей:

Источник