Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— В этих полосках — ключ к пониманию того, как работает мышца, — ответил Сент. — Но прежде чем я начну объяснения, взгляните на следующий препарат. Мышечное волокно здесь растрепано, чтобы стали видны следующие по величине меньшие волокна —миофибриллы. Они длинные, а в толщину составляют около 1 микрона.

— Я вижу, что миофибриллы разделены на полоски так же, как и мышечные волокна, — заметил мистер Томпкинс.

— Совершенно верно. Полосатая структура мышечных волокон (мы называем ее стриацией) объясняется тем, что полосы миофибрилл в свою очередь подразделяются на полосы, и эти полосы прилегают вплотную одна к другой, как напоказ, по всему мышечному полотну.

Стриация состоит из более широких темных полос, прерываемых более тонкими светлыми полосками. По одной из полосок проходит темная линия, которая называется Z-линией.

— Очень интересно, — проговорил мистер Томпкинс. — И вы утверждаете, что именно в этих полосах хранится тайна мышечного сокращения?

— Если не вся тайна, то по крайней мере значительная часть ее.

Чтобы разобраться в том, что такое полосы, нам понадобится увеличение, даваемое электронным микроскопом. Это можно видеть на фотографии крыла шмеля. Если вы пройдете со мной в соседнюю комнату, то я покажу вам, как делаются такие снимки.

Сент открыл ключом дверь и ввел мистера Томпкинса в небольшую темную комнату, Там находилось странное сооружение размером с письменный стол. — Бросалась в глаза деталь, напоминавшая по внешнему виду телевизионную трубку, и панель управления, загадочно мерцавшая всевозможными шкалами, переключателями и индикаторами.

— Так вот он какой! — воскликнул мистер Томпкинс. — Я неоднократно слышал об электронном микроскопе, но видеть его мне не приходилось. Скажите, пожалуйста, он действительно дает такое сильное увеличение, что позволяет видеть отдельные атомы?

— Нет, — улыбнулся Сент, — не совсем, но он позволяет видеть более крупные белковые молекулы и это вполне впечатляет. Ведь то что вы можете видеть с помощью электронного микроскопа, по крайней мере в 100 раз меньше, чем самые мелкие объекты, различимые в обычный оптический микроскоп.

— А почему нельзя сделать оптический микроскоп с таким же увеличением? Потому что трудно шлифовать линзы? — спросил мистер Томпкинс.

— Нет, — ответил Сент, — причина не в нашей технологии, а в природе света, как вам известно, свет представляет собой электромагнитные волны длиной примерно в один микрон в видимом диапазоне, в несколько микронов — в инфракрасной области и в доли микрона — в ультрафиолетовой области. Если тело значительно больше длины волны света, который мы используем для его наблюдения, то вы получаете четкое изображение, показывающее его детальную структуру. Но если тело меньше используемой длины волны, то происходит дифракция, и вы получаете лишь расплывчатое пятно диаметром, сравнимым с длиной света. Если вы хотите покрасить стену вашего дома, то вы, естественно, возьмете большую кисть. Художники расписывают стены или рисуют большие картины кистями гораздо меньших размеров —размеры их кистей меньше размеров предметов, изображаемых на картине.

Но если вы хотите нарисовать миниатюру, например, портрет прекрасной дамы на медальоне диаметром в один дюйм, то вам потребуются необычайно тонкие кисточки, так как один мазок обычной кисти, которой рисуют живописцы, покрывает изрядную часть площади, которой вы ограничены. Биологи пытались пользоваться ультрафиолетовыми микроскопами с кварцевыми линзами, пропускающими ультрафиолет.

Глядя в такой микроскоп, вы не видите изображения, но можете сфотографировать его. К сожалению, достигаемое увеличение лишь в 2-3 раза больше, чем у обычного оптического микроскопа, работающего в видимом диапазоне. Существенный шаг вперед был сделан с изобретением электронного микроскопа, и теперь мы можем видеть детальную структуру тел гораздо меньших размеров.

Сами миофибриллы образуют полосы. (Электронная микрофотография летательных мышц шмеля выполнена д-ром Д. Э. Филпоттом из Военно-морской биологической лаборатории в Вудз Хоул (штат Массачусетт); фотография д-ра А. Сент-Дьердьи выполнена Георгием Гамовым)

В электронном микроскопе мы используем не световые волны, которые не позволяют различать детали биологических структур, с размерами меньше длины волны, а пучки электронов, которые при достижимых в микроскопе скоростях все еще ведут себя как частицы, поэтому такая досадная помеха как дифракция волн отсутствует. Разумеется, работая с электронными пучками, мы не можем использовать обычные линзы из стекла. Для отклонения и фокусировки электронных пучков разработаны специальные «магнитные линзы». Это особым образом сконструированные магнитные катушки, оказывающие на электронные пучки примерно такое же действие, какое линзы из стекла оказывают на пучки лучей света в обычных оптических микроскопах.