Asosiy kontent

Course: Yuqori sinf biologiyasi > Unit 2

Lesson 1: Hujayralarga kirish

Mikroskop

Mikroskoplar va ular qanday ishlashi bilan tanishish. U yorugʻlik mikroskopini, fluoresent mikroskopni va elektron mikroskopni oʻz ichiga oladi.

Kirish

Agar siz hujayrani oʻrganuvchi ba’zi biologlarni uchratsangiz va ular bilan oʻzlarining ishlarida eng koʻp yoqadigan narsalari haqida gaplashsangiz, ulardagi bir umumiylikni topishingiz mumkin – ularning barchasi mikroskop ishqibozlaridir. Kun yakunida ular uchun haqiqatan sevimli mashg‘ulot bu mikroskopning linzasi orqali sevimli hujayralar turi bilan aloqa qilib, bir necha soatlab kichkina qorong‘i xonada oʻtirish imkoniyatidir. Bu g‘alati tuyulishi mumkin, ammo haqiqat shundaki, hujayralar tirik boʻyalgan oynaga oʻxshab juda ajoyib koʻrinishga ega boʻlishi mumkin. Mening eng sevimli namunalarimdan biri quyida koʻrsatilgan. Unda xantallarga oid kichik gulli oʻsimlikning yosh bargidagi hujayralar koʻrsatilgan.

Yuqoridagi rasm oddiygina yorugʻlik mikroskopida olingan rasm emas, lyuminissent tasvir boʻlib, unda oʻsimlik maxsus tayyorlash orqali yorqin koʻrinishi uchun uning maʼlum hujayra qismlari belgilangan. Bu kabi hujayra murakkabligi va goʻzalligi barchamizning atrofimizni oʻrab olgan, shunchaki biz uni koʻra olamiz yoki yoʻq.

Murakkab tuzilishga va maftunkor koʻrinishga ega boʻlgan hujayralarni siz ham hovlingizdagi atirguldan, yoʻl chekkasida oʻsayotgan maysadan yoki sevib isteʼmol qilinadigan sabzidan topishingiz mumkin. Keling, faqat oʻsimliklar bilan cheklanmaymiz: nafis hujayralar inson terisida, hasharot qanotida va tabiatdagi har qanday tirik toʻqimada boʻlishi mumkin. Biz va atrofimizdagi olam hujayralardan tashkil topgan. Buni qadrlashimiz uchun esa bizga mikroskop kerak boʻladi.

Mikroskop va linzalar

Hujayralar turlicha oʻlchamga ega boʻlsa ham, umumiy olganda baribir ular kichik hisoblanadi. Masalan, inson qizil qon tanachasining oʻlchami sakkiz mikrometrga teng (0.008 mm). Biroz tasavvur hosil qilish uchun toʻgʻnagʻichning uch qismini olaylik, u 1 mm keladi, demak, bitta toʻnagʻichning uch qismiga 125 ta qizil qon tanachasi joylashishi mumkin. Ayrim holatlarni hisobga olmaganda, yakka hujayraning oʻzini oddiy koʻz bilan koʻrib boʻlmaydi, shu sababdan olimlar hujayralarni oʻrganish uchun mikroskoplardan (micro-=“kichkina”;-scope=“qarash”) foydalanishadi. Mikroskop koʻrish uchun juda ham kichik boʻlgan jismlarni kattalashtirib koʻrsatuvchi asbob hisoblanadi. Aksariyat hujayra rasmlari mikroskop yordamida olingan, shu sababli bu rasmlarni mikrograf deb ham atash mumkin.

Yuqoridagi taʼrifga koʻra, mikroskop bu shunchaki kattalashtiruvchi oyna degan tasavvur hosil boʻlishi mumkin. Aslida kattalashtiruvchi oynalar ham mikroskop vazifasini bajaradi; ularda bitta linza boʻlgani uchun oddiy mikroskop deb ataladi. Biz ishqiboz boʻlgan va mikroskop deb hisoblaydigan asbob esa murakkab mikroskop hisoblanib, bu ularda koʻplab linzalar borligini anglatadi. Mana shu linzalarning oʻziga xos tartibda joylashishi hisobiga oddiy kattalashtiruvchi oynadan farqli ravishda, murakkab mikroskoplar yorugʻlikni kuchli sindirib anchagina katta tasvir hosil qila oladi.

Murakkab mikroskopda ikkita linzaning oʻzaro joylashishi ajoyib natijani hosil qiladi: siz koʻrayotgan tasvirning joylashuvi siz oʻrganayotgan obyektga nisbatan teskari koʻrinadi. Masalan, mikroskop ostida “e” harfini kuzatayotgan boʻlsangiz, mikroskop orqali bu tasvir sizga “ə" shaklida koʻrinadi.

^{1}

Biroz mukammal tuzilishga ega boʻlgan murakkab mikroskoplarda teskari tasvir hosil boʻlmasligi mumkin, chunki ularda tasvirni “oʻz holiga oʻgiruvchi” linza mavjud.

Laboratoriyada qoʻllanadigan murakkab uskunadan oddiy mikroskopning farqi nimada? Mikroskopning ikkita asosiy koʻrsatkichi quyidagilardan iborat: kattalashtirish va aniqlik.

Kattalashtirish bu mikroskop (yoki undagi linzalar joylashuvi)ning jismni qanchalik katta qilib koʻrsatishidir. Masalan, maktab va kollejlarda foydalaniladigan yorugʻlik mikroskoplari buyumni oʻz oʻlchamidan 400 marta katta qilib koʻrsatadi. Haqiqiy oʻlchami 1 mm boʻlgan buyum mikroskopda 400 mm boʻlib koʻrinadi.
Mikroskop yoki undagi linzalarning aniqligi bu ikkita nuqtani bir-biridan ajratuvchi eng kichik masofa boʻlib, u orqali obyektlar bir-biridan alohida-alohida holda koʻrinadi. Masofa qanchalik kichik boʻlsa, mikroskopning aniqlik kuchi shunchalik yuqori boʻladi, buning natijasida esa tasvirning qismlari va ravshanligi ham yuqori boʻladi. Aniqlik kuchi kichikroq boʻlgan mikroskop orqali kuzatganda, bir-biriga yaqin joylashgan ikkita bakteriya hujayrasi bitta boʻlib koʻrinishi mumkin, lekin aniqlik kuchi yuqori boʻlgan mikroskop bilan bunday holat sodir boʻlmaydi.
Arzon mikroskoplarga qaraganda yuqori sifatli mikroskoplarning aniqlik kuchi koʻproq boʻladi, chunki ularning tayyorlanishi va qanday ishlashi yaxshilab nazorat qilinadi.
Ammo mikroskopning aniqlik kuchi asbobning sifati bilan emas, balki yorugʻlikning fizik xossalari hisobiga cheklanadi. Agar ikkita tuzilma orasidagi masofa yarim toʻlqin uzunligidan kichik boʻlsa, odatiy yorugʻlik mikroskopi orqali bu ikki tuzilmani bir-biridan ajratib boʻlmaydi. Bu hodisa difraksiya toʻsigʻi deb ataladi.
Elektron mikroskoplari (quyida koʻrib chiqamiz) yorugʻlikka nisbatan kichik toʻlqin uzunligiga ega boʻlgan elektronlar oqimidan foydalangan holatda bu muammoni hal qila oladi. Shu bilan birga, yaqinda shakllangan super aniqlikka ega boʻlgan mikroskop texnologiyalari hisobiga aniqligi difraksiya toʻsigʻidan tashqarida boʻlgan yorugʻlik mikroskopi tasvirlari jamlanmasi ham olindi $^{2, 3}$ ‍.

Juda ham kichik boʻlgan jismning tiniq tasvirini koʻrishni xohlasangiz, mikroskopning kattalashtirish va aniqlik koʻrsatkichlarining ikkalasi ham muhim sanaladi. Masalan, mikroskopning kattalashtirish kuchi yuqori, lekin aniqligi past boʻlsa, u holda kattalashtirilgan buyumning xira tasviriga ega boʻlasiz. Mikroskoplarning kattalashtirish va aniqlik kuchi bir-biridan farq qiladi.

Yorugʻlik mikroskoplari

Oʻquvchilar foydalanadigan mikroskoplarning koʻpchiligi yorugʻlik mikroskoplari hisoblanadi. Yorugʻlik mikroskopida koʻrinadigan yorugʻlik nurlari namuna (biz kuzatayotgan biologik surtma) orqali oʻtadi va linzalar orqali qaytib, kuzatuvchiga kattalashgan tasvirni koʻrish imkonini beradi. Yorugʻlik mikroskopining ahamiyatli jihati shuki, u orqali tirik hujayralar ustida ham kuzatish olib borish mumkin, yaʼni normal hayotiy jarayonlarni (masalan, koʻchayotgan yoki boʻlinayotgan) amalga oshirayotgan hujayrani kuzatish mumkin.

Oʻquvchilar foydalanadigan mikroskoplar yorugʻ maydonli mikroskoplar sanaladi, yaʼni koʻrinadigan yorugʻlik nurlari toʻgʻridan toʻgʻri namuna orqali oʻtishi hisobiga hech qanday oʻzgarishlarsiz tasvir hosil qiladi. Yorugʻlik mikroskopining biroz murakkablashtirilgan shakllari optik imkoniyatlar hisobiga kontrastlikni oshiradi va kuzatilayotgan hujayra va toʻqima qismlarini koʻrishni osonlashtiradi.

Yorugʻlik mikroskoplarining yana bir turi lyuminissent mikroskopi hisoblanadi, bunda namunaning tasvirini hosil qilish uchun floresandan (yorugʻlikning bir toʻlqin uzunligini yutadi va oʻzidan boshqasini taratadi) foydalaniladi. Yorugʻlikning bir toʻlqin uzunligi hisobiga floresan molekulalari harakatga keladi, ular esa oʻzida toʻplangan boshqa yorugʻlik toʻlqinlarini atrofga taratadi va tasvirni hosil qiladi. Koʻp hollarda biz kuzatmoqchi boʻlgan hujayra yoki toʻqima qismlari yaxshi floresanlanmagan boʻladi, shu sababli ularni kuzatishdan oldin sunʼiy ravishda floresan boʻyoq yoki nishon bilan belgilab olishga toʻgʻri keladi.

Maqola boshida keltirilgan bargning tasviri lyuminissent mikroskopning konfokal mikroskop deb ataluvchi maxsus turi orqali olingan. Konfokal mikroskop lazer orqali namunadagi yupqa qatlamni ajratib oladi va mana shu nishon qatlamdan taralayotgan yorugʻlikni jamlaydi hamda atrofdagi boshqa qatlamlar bilan aralashtirmagan holatda kerakli qatlamning oʻtkir tasvirini hosil qiladi

^{4}

Elektron mikroskoplar

Yorugʻlik mikroskopining zamonaviy turlari (biz yuqorida koʻrib oʻtgandan tashqari) juda ham yuqori aniqlikka ega tasvirlarni hosil qilishi mumkin. Ammo juda kichik boʻlgan jismning yuqori aniqlikka ega tasvirini koʻrishni xohlasangiz, sinalgan va munosib boshqa texnologiyadan foydalanishingizga toʻgʻri keladi: elektron mikroskoplari.

Elektron mikroskoplari yorugʻlik mikroskoplaridan farq qiladi, ular namunaning tasvirini hosil qilishda yorugʻlik oqimidan emas, balki elektron oqimidan foydalanadi. Elektronlar koʻrinadigan yorugʻlik nurlariga qaraganda qisqaroq toʻlqin uzunligiga ega va shuning hisobiga standart yorugʻlik mikroskoplariga nisbatan elektron mikroskoplari yuqori aniqlikka ega tasvirni hosil qiladi. Elektron mikroskoplari faqatgina yaxlit hujayrani tekshirish uchun qoʻllanib qolmasdan, hujayraviy tuzilmalar va uning qismlarini oʻʻrganishda ham qoʻl keladi.

Undagi yagona cheklov shundan iboratki, elektron mikroskopda tekshiriluvchi namuna elektron mikroskopdagi vakuum ichiga joylashtirilishi kerak (va ular yuqori fiksatsiya jarayonlari orqali tayyorlanadi. Bu tirik hujayralarni tekshirish imkonsiz ekanini bildiradi.

Yuqoridagi rasmda Salmonella bakteriyasining yorugʻlik mikroskopida (chapda) va elektron mikroskopda (oʻngda) olingan tasvirini taqqoslashingiz mumkin. Yorugʻlik mikroskopida olingan tasvirda bakteriya hujayrasi shunchaki binafsharang nuqtaga oʻxshab koʻrinadi, elektron mikrografda esa hujayraning shakli va yuzalarini, shu bilan birga, ular kirishga urinayotgan inson hujayrasi qismlarini ham aniq koʻrishingiz mumkin.

Elektron mikroskopning ikki asosiy turi mavjud. Skanerlovchi elektron mikroskop (SEM)da elektron oqimi ortga qaytadi va hujayra yoki toʻqima yuzasiga kuch bilan urilishi natijasida shu yuzaning 3D tasvirini hosil qiladi. Yuqori oʻng tomondagi Salmonella bakteriyasi tasvirini olishda shu mikroskop turidan foydalanilgan.

Transmissiyalovchi elektron mikroskop (TEM)da esa, aksincha, tasvir olinishidan oldin oʻrganilayotgan namuna yupqa qatlamlarga kesiladi (masalan, olmosdan yasalgan kesuvchi qirra orqali) va elektron oqimi shunchaki uning yuzasidan emas, balki qatlamlar orasidan oʻtadi

^{5}

. Hujayra ichki tuzilmalarini oʻrganishda asosan TEMdan foydalaniladi.

Standart yorugʻlik mikroskoplariga qaraganda yuqoridagi kabi elektron mikroskoplari ularda foydalaniladigan subatom zarrachalar hisobiga anchagina katta va qimmat boʻladi.

Mavzuga oid manbalar:

This article is a modified derivative of “Studying cells,” by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:16/Biology.

Ushbu maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasiga ega.

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Lathrop, K. (n.d.). Light microscopes. In Ms. Lathrop’s science classes. http://infohost.nmt.edu/~klathrop/Microscopes.htm.
Silfies, J. S., Schwartz, S. A., and Davidson, M. W. (2013). The diffraction barrier in optical microscopy. In MicroscopyU. Retrieved from https://www.microscopyu.com/articles/superresolution/diffractionbarrier.html.
Super-resolution microscopy. (2015, August 8). Retrieved August 9, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution_microscopy.
Paddock, S. W., Fellers, T. J., and Davidson, M. W. (2015). Confocal microscopy: Basic concepts. In MicroscopyU. Retrieved from http://www.microscopyu.com/articles/confocal/confocalintrobasics.html.
Transmission electron microscopy. (2016, May 7). Retrieved May 29, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy.

Qoʻshimcha maʼlumotlar:

Berestecky, John. (2008, January 16). Microscopy. In Microbiology 140. Retrieved from http://www2.hawaii.edu/~johnb/micro/m140/syllabus/week/handouts/m140.2.4.html.

Blueford, J.R. (n.d.). Classification of microscopes. In Microscopes. Retrieved from http://www.msnucleus.org/membership/html/jh/biological/microscopes/lesson2/microscopes2c.html.

Confocal microscopy. (2015, July 16). Retrieved August 9, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy.

Davidson, M. W. (2015). Resolution. In MicroscopyU. Retrieved from http://www.microscopyu.com/articles/formulas/formulasresolution.html.

DeBroglie wavelength. (n.d.). In HyperPhysics. Retrieved from http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/debrog2.html.

Fluorescence microscopy. (2015, July 27). Retrieved August 9, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescence_microscope.

Lathrop, K. (n.d.). Light microscopes. In Ms. Lathrop’s science classes. http://infohost.nmt.edu/~klathrop/Microscopes.htm.

Optical microscope. (2015, August 3). Retrieved August 9, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_microscope.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Microscopes are needed to visualize cells. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 63-64). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Cell structure. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 59-87). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). A tour of the cell. In Campbell Biology (10th ed., pp. 92-123). San Francisco, CA: Pearson.

Silfies, J. S., Schwartz, S. A., and Davidson, M. W. (2013). The diffraction barrier in optical microscopy. In MicroscopyU. Retrieved from https://www.microscopyu.com/articles/superresolution/diffractionbarrier.html.

Super-resolution microscopy. (2015, August 8). Retrieved August 9, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution_microscopy.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.