Brad Amos je veći dio života proveo razmišljajući i gledajući u malene svjetove. Sada star 71 godinu, radi kao gostujući profesor na Sveučilištu Strathclyde u Škotskoj, gdje vodi tim istraživača koji su dizajnirali izuzetno veliku novu leću mikroskopa - o dužini i širini ljudske ruke. Nazvani jednim od najboljih deset naprednih fizičkih rezultata u 2016. godini, takozvani Mesolens toliko je moćan da može slikati cijele tumore ili mišje embrije u jednom vidnom polju dok istovremeno slika unutrašnjost stanica.
Povezani sadržaj
- Nagrađivani videozapisi Snimite očaravajući, mikroskopski svijet
- Nova tehnika donosi slike elektronskih mikroskopa u boji
- Rani mikroskopi otkrili su novi svijet sićušnih živih bića
"Ima veliku pokrivenost objektiva fotografske kamere i finu razlučivost cilja mikroskopa, tako da ima prednosti dvaju pristupa", kaže Amos. "Slike su vrlo korisne."
Danas mikroskopi poput Amosa rade širom svijeta na inovaciji novih tehnologija sa širokom primjenom u medicini i ljudskom zdravlju. Ali ta vrhunska dostignuća sežu sve do prvih mikroskopa izgrađenih u 16. i 17. stoljeću. Iako bi bili vrhunski za to vrijeme, oni vas neće baš impresionirati; koja nisu bila mnogo jača od ručnog povećala.
Amos je opsjednut čak i ovim najjednostavnijim mikroskopima otkad ga je kao dijete dobio za rođendan. Njegova spletka u mikroskopskim svjetovima postala je nezasitna dok je istraživao sve što je mogao pronaći, od sile unutar sitnih, pucketajućih mjehurića do načina na koji su komadići bakra oblikovani ispod uboda igle. "To je poput tijesta za igranje, može biti vrlo mekano", kaže Amos o bakru. On opisuje svoje strahopoštovanje prema fenomenima koje je otkrio u dosegu koje nije mogao vidjeti golim očima: "Proučavaš svijet koji se čak ne pokorava istim pravilima percepcije."
Ova vrsta znatiželje u kretanju sitnih svjetova pokretala je mikroskopiju od svog nastanka. Nizozemski tim oca i sina po imenu Hans i Zacharias Janssen izumio je prvi takozvani složeni mikroskop krajem 16. stoljeća kada su otkrili da će, ako stave leću na vrh i dno cijevi i pogledaju kroz nju, predmete nalaziti na drugi kraj je uvećan. Uređaj je postavio kritične osnove za buduće proboje, ali samo između 3x i 9x.
Kvaliteta slike bila je u najboljem slučaju osrednja, kaže Steven Ruzin, mikroskop i kustos kolekcije mikroskopa Golub na Sveučilištu Kalifornija u Berkeleyu. "Pregledao sam ih i stvarno su grozni", kaže Ruzin. "Ručne leće bile su mnogo bolje."
Iako su omogućili uvećanje, ovi prvi složeni mikroskopi nisu mogli povećati razlučivost, tako da su povećane slike izgledale mutno i prikriveno. Kao rezultat toga, tijekom 100 godina od njih nije došlo do značajnih znanstvenih pomaka, kaže Ruzin.
Ali do kasnih 1600-ih, poboljšanja leća povećala su kvalitetu slike i povećala do 270x, utirući put glavnim otkrićima. Godine 1667. engleski prirodni znanstvenik Robert Hooke slavno je objavio svoju knjigu Micrographia s zamršenim crtežima stotina primjeraka koje je promatrao, uključujući različite dijelove unutar grane zeljaste biljke. Nazvao je ćelije odjelima zato što su ga podsjećali na stanice u samostanu - i tako je postao otac stanične biologije.
Crteži su iz Micrographia Roberta Hookea, gdje je nacrtao prvu biljnu stanicu ikad otkrivenu u ovoj grani bora. (Robert Hooke, Micrographia / Wikimedia Commons) Godine 1676. nizozemski znanstvenik s okretnim trgovcem tkaninama Antony van Leeuwenhoek dodatno je poboljšao mikroskop s namjerom da gleda u tkaninu koju je prodao, ali nehotice je otkrio revolucionarno otkriće da bakterije postoje. Njegov slučajni nalaz otvorio je polje mikrobiologije i temelje moderne medicine; gotovo 200 godina kasnije, francuski znanstvenik Louis Pasteur utvrdio bi da su bakterije bile uzrok mnogih bolesti (prije toga mnogi su znanstvenici vjerovali u teoriju miasme da nas truli zrak i loši mirisi čine bolesnima).
"Bilo je ogromno", kaže Kevin Eliceiri, mikroskop na Sveučilištu Wisconsin u Madisonu, o početnom otkriću bakterija. "Bilo je puno konfuzija oko toga što te je razboljelo. Ideja da u vodi postoje bakterije i stvari bilo je jedno od najvećih otkrića ikad. "
Sljedeće godine 1677. godine Leeuwenhoek je napravio još jedno značajno otkriće kada je prvi put identificirao ljudsku spermu. Student medicine donio mu je ejakulat pacijenta s gonorejom na studij pod njegovim mikroskopom. Leeuwenhoek je obvezao, otkrio sićušne životinje i nastavio pronaći iste iskrivljene „životinje“ u vlastitom uzorku sjemena. Objavio je ove revolucionarne nalaze, ali, kao što je slučaj s bakterijama, prošlo je 200 godina prije nego što su znanstvenici shvatili stvarni značaj otkrića.
Krajem 1800-ih njemački znanstvenik Walther Flemming otkrio je staničnu diobu koja je desetljećima kasnije pomogla u rasvjetljavanju rasta karcinoma - što bi bilo nemoguće bez mikroskopa.
"Ako želite biti u mogućnosti ciljati dio stanične membrane ili tumor, morate to gledati", kaže Eliceiri.
Iako su izvorni mikroskopi koje su koristili Hooke i Leeuwenhoek možda imali ograničenja, osnovna struktura dviju leća spojenih cijevima ostala je važna stoljećima, kaže Eliceiri. U posljednjih 15 godina napredak u obradi slika prešao je u nova područja. Godine 2014. tim njemačkih i američkih istraživača osvojio je Nobelovu nagradu za kemiju za metodu koja se zove fluorescentna mikroskopija super rezolucije, tako moćna da sada možemo pratiti pojedinačne proteine kako se razvijaju unutar stanica. Ova evoluirajuća metoda, koja je omogućena inovativnom tehnikom koja gene generira ili "fluorescira", ima potencijalne primjene u borbi protiv bolesti poput Parkinsonove i Alzheimerove bolesti.
Talijanski mikroskop izrađen od slonovače sredinom 1600-ih, dio Golub-ove kolekcije u UC Berkeley. (Zbirka Golub u UC Berkeley.) Ruzin vodi upravu za biološko snimanje na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyu, gdje istraživači koriste tu tehnologiju da bi istražili sve, od mikrostrukture unutar parazita Giardia i rasporeda proteina unutar bakterija. Kako bi se moderna mikroskopska istraživanja dovela u kontekst, on namerava podijeliti sa svojim dodiplomskim studentima neke od najstarijih predmeta iz Golubove kolekcije - jedne od najvećih javno prikazanih zbirki na svijetu, koja sadrži 164 antička mikroskopa iz 17. stoljeća. studenti. Čak im omogućuje da obrađuju neke od najstarijih u zbirci, uključujući i talijansku napravljenu od slonovače oko 1660. godine.
"Kažem" nemojte se usredotočiti jer će se to slomiti ", ali pustio sam studente da ga pogledaju i to nekako donosi kući", kaže Ruzin.
Ipak, unatoč snazi mikroskopije super rezolucije, predstavlja nove izazove. Na primjer, svaki put kad se uzorak pomakne pod velikom rezolucijom, slika se zamagli, kaže Ruzin. "Ako stanica vibrira samo toplinskim gibanjem, odskakujući molekulama vode udarajući je zato što je topla, to će ubiti super razlučivost jer treba vremena", kaže Ruzin. (Iz tog razloga, istraživači uglavnom ne koriste mikroskopiju super rezolucije za proučavanje živih uzoraka.)
Ali tehnologija poput Amosovih mezolena - s mnogo manjim uvećanjem od samo 4x, ali mnogo širim vidnim poljem sposobnim da uhvati i do 5 mm, odnosno oko širine ružičastog nokta - može prikazati živi uzorak. To znači da mogu gledati kako se mišji zametak razvija u stvarnom vremenu, prateći gene povezane sa vaskularnom bolešću kod novorođenčadi kako se ugrađuju u embrij. Prije toga, znanstvenici će pomoću rendgenskih zraka proučavati vaskularne bolesti u embrija, ali ne bi spuštali pojedinosti na staničnu razinu kao što to čine Mezoleni, kaže Amos.
"Gotovo je nečuveno da neko dizajnira novo objektivno leće za svjetlosnu mikroskopiju i to smo učinili kako bismo pokušali prilagoditi nove tipove uzoraka koje biolozi žele proučavati", kaže Amosov kolega Gail McConnell sa Sveučilišta u Strathclydeu Glasgow, objašnjavajući da su znanstvenici zainteresirani za proučavanje netaknutih organizama, ali ne žele kompromitirati koliko detalja mogu vidjeti.
Do sada, industrija za pohranu podataka izrazila je interes za korištenje mesolena za proučavanje poluvodičkih materijala, a članovi naftne industrije bili su zainteresirani koristiti ga za snimanje materijala s potencijalnih mjesta bušenja. Dizajn leće posebno dobro uzima svjetlost, omogućujući istraživačima gledanje složenih detalja, poput stanica u metastazirajućem tumoru koji migrira prema van. No, pravi potencijal ove nove tehnike tek treba vidjeti.
"Ako razvijete cilj drugačiji od svega što je napravljeno zadnjih 100 godina, to otvara sve vrste nepoznatih mogućnosti", kaže Amos. "Tek počinjemo shvaćati koje su te mogućnosti."
Bilješka urednika, 31. ožujka 2017.: Ovaj je post uređen kako bi odražavao da Leeuwenhoek nije poboljšao složeni mikroskop i da Ruzinova zbirka datira iz 17. stoljeća.
Steven Ruzin iz UC Berkeley kaže da je Hookeova Micrographia, objavljena 1665. godine, usporediva s Gutenbergovom Biblijom biologa, koja sadrži prve detaljne crteže uzorka mikroskopa u rasponu od peludnih zrna do tkanine. Ostalo je manje od 1.000 primjeraka, ali slike i danas inspiriraju mikroskope. (Wikimedia Commons) 
Mjesec opisan u Micrographia (Wikimedia Commons) 
Gornje ćelije i listovi mimoze (Wikimedia Commons) 
Schem. XXXV - od luđaka. Dijagram loze (Wikimedia Commons) 
Schem. XXIX - "Veliki Belly'ed Gnat ili ženski Gnat". Ilustraciju Gnata za koju je mislio da ju je nacrtao sir Christopher Wren. (Wikimedia Commons) 
Schem. XXIV - od strukture i pokreta Krila muha. Ilustraciju Plave muhe za koju je mislio da ju je nacrtao Sir Christopher Wren. (Wikimedia Commons) 
Mikroskop Roberta Hooke-a, skica iz njegove izvorne publikacije (Wikimedia Commons) 
Poznata buha opisana u knjizi Micrographia (Wikimedia Commons) 
Neki kristal opisan u Micrographia (Wikimedia Commons) 
Pluta opisana u Micrographia Roberta Hookea (Wikimedia Commons)
