発見

顕微鏡の発明を称賛しましょう|理科

ブラッドアモス 彼の人生のほとんどを小さな世界について考え、調べてきました。現在71歳の彼は、スコットランドのストラスクライド大学の客員教授として働いており、人間の腕の長さと幅について、非常に大きな新しい顕微鏡レンズを設計する研究者チームを率いています。の1つに名前を付けました 物理学の世界の201のトップ10のブレークスルー 6、いわゆるメソレンスはそれができるほど強力です 腫瘍全体またはマウス胚を画像化する 細胞の内部を同時にイメージングしながら、1つの視野で。

写真用カメラレンズのカバー範囲が広く、顕微鏡の対物レンズの解像度が高いため、2つのアプローチの利点がありますとAmos氏は言います。画像は非常に便利です。

今日、Amosのような顕微鏡技師は、医学と人間の健康に広く応用されている新しい技術を革新するために世界中で働いています。しかし、これらは 最先端の進歩 すべては、16世紀と17世紀に作られた最初の顕微鏡にまでさかのぼります。当時は最先端でしたが、あまり印象に残りませんでした。手持ちの虫眼鏡ほど強力ではありませんでした。





アモスは子供の頃に誕生日に顕微鏡を手に入れて以来、これらの最も単純な顕微鏡にも夢中になっています。微視的な世界での彼の陰謀は、小さな飛び出る泡の中の力から、針の突きで銅片が成形される方法まで、彼が見つけることができるものすべてを探求するにつれて飽くなきものになりました。それは遊びの生地のようなもので、とても柔らかくすることができます、とアモスは銅について言います。彼は、肉眼では見ることができない範囲で発見した現象に対する畏敬の念を説明しています。あなたは、同じ知覚規則にさえ従わない世界を研究しています。

小さな世界の進行におけるこの種の好奇心は、顕微鏡学をその始まりから推進しました。オランダの父と息子のチーム ハンスとサハリアスヤンセン 16世紀後半に最初のいわゆる複合顕微鏡を発明したのは、チューブの上下にレンズを置いて覗くと、反対側の物体が拡大することを発見したときです。このデバイスは、将来のブレークスルーに向けて重要な基礎を築きましたが、3倍から9倍に拡大されました。



画像の品質はせいぜい平凡だったと言います スティーブン・ルジン 、顕微鏡学者および学芸員 ゴラブ顕微鏡コレクション カリフォルニア大学バークレー校で。私はそれらを通してイメージしました、そしてそれらは本当にかなりひどいです、とルジンは言います。ハンドレンズははるかに優れていました。

これらは倍率を提供しましたが、これらの最初の複合顕微鏡は解像度を上げることができなかったため、拡大された画像はぼやけて不明瞭に見えました。その結果、約100年間、彼らから大きな科学的進歩はもたらされなかった、とRuzinは言います。

しかし、1600年代後半までに、レンズの改良により、画像の品質と拡大率が最大270倍に向上し、主要な発見への道が開かれました。 1667年、英国の自然科学者ロバートフックは、草本植物の枝の中にある別個のセクションを含む、観察した何百もの標本の複雑な図を含む彼の著書「顕微鏡図」を有名に出版しました。彼は、修道院の細胞を思い出させたので、セクションを細胞と呼びました。したがって、細胞生物学の父になりました。



Microscope_2.jpg

ロバートフックの顕微鏡図からの図。彼はこの松の枝でこれまでに発見された最初の植物細胞を描いています。(ロバートフック、顕微鏡図/ウィキメディアコモンズ)

1676年、オランダの布商人から科学者に転向したアントニーファンレーウェンフックは、販売した布を見る目的で顕微鏡をさらに改良しましたが、誤ってバクテリアが存在するという画期的な発見をしました。彼の偶然の発見は、微生物学の分野と現代医学の基礎を切り開いた。ほぼ200年後、フランスの科学者ルイパスツールは、細菌が多くの病気の背後にある原因であると判断しました(それ以前は、多くの科学者は、腐った空気と悪臭が私たちを病気にするという瘴気理論を信じていました)。

ウィスコンシン大学マディソン校の顕微鏡学者であるケビン・エリセイリは、細菌の最初の発見については非常に大きかったと言います。何があなたを病気にしたのかについて多くの混乱がありました。水中にバクテリアや物があるという考えは、これまでで最大の発見の1つでした。

トーマス・エジソンは象を殺しましたか

翌年の1677年、レーウェンフックは初めて人間の精子を特定したときに、別の特徴的な発見をしました。医学生は彼に淋病患者の射精を彼の顕微鏡下で研究するために連れてきました。レーウェンフックは義務を負い、小さな尾のある動物を発見し、彼自身の精液サンプルから同じうごめく動物を見つけました。彼はこれらの画期的な発見を発表しましたが、バクテリアの場合と同様に、科学者が発見の真の重要性を理解する前に200年が経過しました。

1800年代後半までに、ヴァルターフレミングというドイツの科学者が細胞分裂を発見しました。これは、数十年後、癌がどのように成長するかを明らかにするのに役立ちました。これは、顕微鏡なしでは不可能だった発見です。

細胞膜や腫瘍の一部を標的にできるようにしたい場合は、それを監視する必要があります、とEliceiriは言います。

フックとレーウェンフックが使用した元の顕微鏡には限界があったかもしれませんが、チューブで接続された2つのレンズの基本構造は、何世紀にもわたって関連性がありました、とEliceiriは言います。過去15年間で、イメージングの進歩は新しい領域に移行しました。 2014年、ドイツとアメリカの研究者チームが、超解像蛍光顕微鏡法と呼ばれる方法でノーベル化学賞を受賞しました。これにより、細胞内で発生する単一のタンパク質を追跡できるようになりました。この進化する方法は、遺伝子を光らせたり蛍光を発したりする革新的な技術によって可能になり、パーキンソン病やアルツハイマー病などの病気との闘いに応用できる可能性があります。

Microscope_1.jpg

カリフォルニア大学バークレー校のゴラブコレクションの一部である、1600年代半ばに象牙で作られたイタリアの顕微鏡。(カリフォルニア大学バークレー校のゴルブコレクション。)

Ruzinは、カリフォルニア大学バークレー校の生物学的イメージング施設の責任者であり、研究者はこの技術を使用して、ジアルジア寄生虫内の微細構造から細菌内のタンパク質の配置まで、あらゆるものを調査しています。現代の顕微鏡研究を文脈に取り入れるために、彼は、17世紀にさかのぼる164のアンティーク顕微鏡を含む、世界最大の公に展示されたコレクションの1つであるGolubコレクションの最も古いアイテムのいくつかを学部生と共有することに重点を置いています。学生。彼は、1660年頃に象牙で作られたイタリア製のものを含め、コレクションの中で最も古いもののいくつかを彼らに処理させることさえしました。

「壊れてしまうので焦点を合わせないでください」と言いますが、生徒に見てもらうと、家に持ち帰ることができます、とRuzin氏は言います。

それでも、超解像顕微鏡法の力にもかかわらず、それは新たな課題を提起します。たとえば、標本が高解像度で動くときはいつでも、画像はぼやけます、とRuzinは言います。細胞が熱運動だけで振動し、水分子が暖かいために細胞に当たって跳ね返る場合、時間がかかるため、これは超解像を殺します、とRuzinは言います。 (このため、研究者は通常、ライブサンプルの研究に超解像顕微鏡を使用しません。)

しかし、AmosのMesolensのようなテクノロジーは、倍率がわずか4倍ですが、最大5 mm、つまりピンク色の指の爪の幅程度をキャプチャできるはるかに広い視野で、生きた標本を画像化できます。これは、マウスの胚が胚に組み込まれると、新生児の血管疾患に関連する遺伝子を追跡して、マウスの胚がリアルタイムで発達するのを見ることができることを意味します。これ以前は、科学者はX線を使用して胚の血管疾患を研究していましたが、メソレンの場合のように細胞レベルまで詳細を把握することはありませんでした、とAmos氏は言います。

光学顕微鏡用の新しい対物レンズを設計することは誰にとってもほとんど前例のないことであり、生物学者が研究したい新しいタイプの標本に対応するためにこれを行ったと、ストラスクライド大学グラスゴー校のAmosの同僚であるGailMcConnellは説明しています。無傷の生物の研究に興味がありますが、彼らが見ることができる詳細の量を妥協したくありません。

これまでのところ、データストレージ業界はMesolensを使用して半導体材料を研究することに関心を示しており、石油業界のメンバーはMesolensを使用して将来の掘削サイトからの材料を画像化することに関心を持っています。レンズの設計は特に光をよく吸収するため、研究者は転移性腫瘍の細胞が外側に移動するなど、複雑な詳細が展開するのを見ることができます。しかし、これらの新しい技術の真の可能性はまだわかっていません。

過去100年間に作成されたものとは異なる目標を開発すると、あらゆる種類の未知の可能性が開かれます、とAmosは言います。私たちはそれらの可能性が何であるかを理解し始めたばかりです。

水と油の混ぜ方

編集者注、2017年3月31日:この投稿は、レーウェンフックが複合顕微鏡を改良しなかったこと、およびルジンのコレクションが17世紀にさかのぼることを反映するように編集されました。

カリフォルニア大学バークレー校のスティーブン・ルジンはフックの 小字症 1665年に出版された、生物学者のグーテンベルク聖書に匹敵し、花粉粒から布に至るまでの顕微鏡標本の史上初の詳細な図面が含まれています。残っているコピーは1,000部未満ですが、画像は今日も顕微鏡専門家に刺激を与え続けています。(ウィキメディアコモンズ)

で説明されている月 小字症 (ウィキメディアコモンズ)

地下細胞とミモザの葉(ウィキメディアコモンズ)

スキーム。 XXXV-シラミの。シラミの図(ウィキメディアコモンズ)

スキーム。 XXIX- '偉大な腹の' edGnatまたは女性のGnat '。クリストファー・レン卿が描いたと思われるブナのイラスト。(ウィキメディアコモンズ)

スキーム。 XXIV-ハエの羽の構造と動きについて。クリストファー・レン卿が描いたと思われるミヤマクロバエのイラスト。(ウィキメディアコモンズ)

ロバートフックの顕微鏡、彼の元の出版物からのスケッチ(ウィキメディアコモンズ)

本に記載されている有名なノミ 小字症 (ウィキメディアコモンズ)

で説明されているいくつかの結晶 小字症 (ウィキメディアコモンズ)

で説明されているコルク 小字症 ロバート・フック(ウィキメディアコモンズ)





^