Валентин Мазин - Грибы, растения и люди

Близкий родственник фазово-контрастного микроскопа — интерференционный микроскоп, изобретенный французским физиком Г. Номарским, позволяет детально изучить поверхность клеток.

В настоящее время широко используются люминесцентные микроскопы. Само явление люминесценции, в частности, его природные проявления известны с незапамятных времен: свечение некоторых минералов, полярные сияния и так далее. Начатые в конце XIX века систематические исследования люминесценции привели ученых к открытию рентгеновских лучей и радиоактивности. Люминесцентная микроскопия основана на свойстве различных объектов живой и неживой природы испускать видимый свет в одном диапазоне длин волн при их освещении световыми лучами другого диапазона длин волн. Поскольку длина волны лучей люминесценции всегда больше, чем длина волны лучей, ее возбуждающих, освещение объекта стараются проводить ультрафиолетовым светом, в этом случае используют специальный микроскоп с ультрафиолетовой техникой. В биологии люминесцентная микроскопия — незаменимое орудие в руках ученых. В значительной степени это связано с тем, что световые лучи позволяют наблюдать за живыми объектами, и с тем, что многие ткани и органы живых объектов либо обладают собственной флуоресценцией, либо весьма успешно поддаются люминесцентному окрашиванию специальными красителями — флуорохромами.

Трудно представить себе работу цитолога, цитохимика, генетика, микробиолога без электронного микроскопа, так широко используемого в современных лабораториях. Первый электронный микроскоп сконструировали сотрудники Высшей технической школы в Берлине М. Кнолль и Э. Руска в 1931 году. В 1940 году электронный микроскоп был создан в СССР А. А. Лебедевым и В. Н. Верцнером в Государственном оптическом институте в Ленинграде. Вскоре после окончания Великой Отечественной войны советская промышленность приступила к серийному выпуску этих приборов.

Роль световых лучей в электронном микроскопе играют пучки электронов. Их движением управляют электромагниты, заменяющие оптические линзы. Современный электронный микроскоп позволяет получить увеличение объекта в несколько сот тысяч раз.

Однако при таком увеличении клетки растений, грибов, бактерий оказываются слишком плотными, и лучи электронов не могут пройти через них. Получить сверхтонкие срезы клеток позволяет специальный микрохирургический прибор — ультрамикротом.

Исследователи, работающие на электронном микроскопе, добились необыкновенных успехов и превзошли, пожалуй, знаменитого Левшу, сумевшего подковать блоху. Клетку диаметром около 15 микрометров, предварительно залитую особым быстро затвердевающим веществом аралдитом, нарезают ультрамикротомом на 750 тончайших срезов, каждый из которых не толще 0,02 микрометра!

Однако при использовании электронного микроскопа все наблюдения должны проводиться в вакууме, так как воздух представляет для электронов непреодолимое препятствие. Вакуум же приводит к немедленному обезвоживанию и гибели всех живых клеток.

Но исследователи смогли устранить и этот недостаток. Французские ученые из Института электронной микроскопии в Тулузе решили использовать более высокое напряжение для разгона потоков электронов. В обычном электронном микроскопе это напряжение составляет 100 000 вольт. Французы использовали напряжение 1 500 000 вольт, в результате чего скорость электронов приблизилась к скорости света. На пути исследователей возникло много технических трудностей: следовало оградить обслуживающий персонал от вредного воздействия рентгеновских лучей, образующихся при попадании электронов на металлические части аппарата; создать электромагнитные линзы, весящие 700 килограммов, и так далее. Кроме того, при столь высоком напряжении большую опасность представляет влажность воздуха, поэтому все сооружение пришлось поместить в металлическую сферу диаметром 24 метра. При ускорении, созданном в таком электронном микроскопе, электроны проникают не только через тончайший слой воздуха, но и через живые клетки. Конечно, продолжительное воздействие электронов повреждает клетки, а позднее и убивает их, но тем не менее какое-то время они остаются живыми и неизменными.

С помощью всех этих приборов ученые смогли проникнуть и в клетку гриба, узнать ее строение, открыть ее тайны.

Клетка гриба, как броней, одета твердой оболочкой, основу которой составляет клеточная стенка. Она содержит сахара, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, а также хитин (подобно наружному скелету насекомых и ракообразных). [4] С помощью электронного микроскопа интересные результаты получили чехословацкие исследователи из города Брно. Они растворяли клеточную стенку дрожжевых грибов с помощью фермента, выделяемого виноградной улиткой. Такие протопласты (то есть клетки без клеточной оболочки) — отличная модель, на которой можно наблюдать формирование клеточных стенок В наружных частях клеточной оболочки часто можно обнаружить темные пигменты — меланины. К внутренней стороне клеточной стенки примыкает цитоплазматическая мембрана — плазмалемма. Одна из основных ее функций — поддерживать в клетке определенное осмотическое давление. Сквозь плазмалемму внутрь клетки поступают вещества, служащие источником питания, а наружу выделяются продукты химической активности клетки. Таким образом, цитоплазматическая мембрана играет роль пограничной стражи, которая пропускает внутрь клетки или выдворяет из нее определенные вещества, причем сама активно способствует этому процессу. Важнейшей структурой клетки является эндоплазматический ретикулум — система канальцев и пузырьков (цистерн). Различают два типа эндоплазматического ретикулума — гладкий и зернистый. На поверхности последнего расположены рибосомы — основные центры синтеза белка.