Популяризация исследований микромира в домашних условиях способствует большому притоку новичков, решивших приобщиться к этому занятию и заодно привлечь своих детей. Оставшись с прибором «один на один» многие гадают какое увеличение дает микроскоп. Кажется, что чем оно больше, тем лучше. Но это не так, ибо на практике есть пределы оптики, выше которых «не прыгнешь». Поэтому, если у вас детская модель начального уровня с оптоволокном вместо стекла, то 100-200х-это максимум, на что она способна.
Какое увеличение дает микроскоп можно легко подсчитать по простой формуле. На используемом объективе (они располагаются на револьверной головке над предметным столиком) написаны значения, обычно их три: 4х, 10х и 40х. На окуляре (вставляется в окулярную трубку, в него смотрим) также есть маркировка, например, 16х.
Тогда просто перемножим их кратности! Пример: 40*16=640 крат.
Однако, у несложной математики имеется подвох, которым часто пользуются производители микроскопов-игрушек (то есть не настоящих). Установив на хлипкие пластиковые револьверы очень тонкие по диаметру оптические элементы они добиваются, что теоретически можно получить 900х, а то и 1200х. На деле оказывается, что перед взором предстает мутное пятно, ничего не возможно рассмотреть. Неизбежно наступает разочарование и ставится жирный крест на микроскопии, как интересном и доставляющем удовольствие хобби.
Почему такое происходит? По причине неосведомленности новоиспечённых биологов. Существует термин «полезное увеличение»: оптимальное, качественное. На нем комфортнее всего рассматривать любые образцы: от микропрепаратов до твердых предметов, не пропускающих свет. Оно осуществляется без потери качества картинки, не болят и не устают глаза, не раздражает рябь и засветка. Исследователь чувствует себя комфортно, будто между ним и объектом наблюдения ничего лишнего нет. Именно это надо ставить во главе всего и четко понимать, чем грозят выходы за лимиты полезности. Разве кому-то будет приятно наблюдать инфузорию туфельку, если даже не различить привычных очертаний, которые помним из учебников?
Рекомендации будут такими: для использования подойдет любой микроскоп , который эксплуатируется в школах (ведь не просто так министерство образования позволяет их закупать!) - увеличение до 640х, это достаточно, чтобы с комфортом изучить курс биологии с 7 по 11 классы. Например, самый тоненький человеческий волос будет размером с палец среднестатистического взрослого человека. Перечень доступных для просмотра препаратов солидный: одноклеточные организмы, срезы растений (клетки), жизнь в капле воды. Если есть встроенная верхняя подсветка или настольная лампа, то к списку можно добавить металлические изделия, камни, ткани и т.д. Как вы уже поняли для этого не нужно огромное приближение (тем более бесполезное, с искажениями), а важнее всего позаботиться о том, чтобы сама техника была высококачественной. От этого зависит весь дальнейший путь по таинственным дебрям микробиологии - или вы получите удовлетворение и новые знания, или нет.
Вот уже два года, как я наблюдаю за микромиром у себя дома, и год, как снимаю его на фотокамеру. За это время собственными глазами увидел, как выглядят клетки крови, чешуйки, опадающие с крыльев бабочек, как бьётся сердце улитки. Конечно, многое можно было бы узнать из учебников, видеолекций и тематических сайтов. Но при этом не было бы ощущения присутствия, близости к тому, что не видно невооружённым глазом. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который сегодня доступен каждому.
Что купить
Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего - микроскопа. Одна из основных его характеристик - набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.
Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении. Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10–20 до 900–1000×. Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500× (окуляр 15 и объектив 100×). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.
Следующий немаловажный момент - тип окуляра. «Сколькими глазами» вы хотите рассматривать изображение? Обычно выделяют монокулярную, бинокулярную и тринокулярную его разновидности. В случае монокуляра придётся щуриться, утомляя глаз при длительном наблюдении. В бинокуляр смотрят обоими глазами (не следует путать его со стереомикроскопом, дающим объёмное изображение). Для фото- и видеосъёмки микрообъектов понадобится «третий глаз» - насадка для установки аппаратуры. Многие производители выпускают специальные камеры для своих моделей микроскопов, но можно использовать и обычный фотоаппарат, купив к нему переходник.
Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве - конденсоре, освещает препарат. В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых - методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу. При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе. Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива. В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т. п.
Оптические системы не идеальны: прохождение света через них сопряжено с искажениями изображения - аберрациями. Поэтому объективы и окуляры стараются изготавливать так, чтобы эти аберрации максимально устранить. Всё это сказывается на их конечной стоимости. Из соображений цены и качества имеет смысл покупать планахроматические объективы для профессиональных исследований. Сильные объективы (с увеличением, например, 100×) имеют числовую апертуру больше 1 при использовании иммерсии, масла с высоким показателем преломления, раствора глицерина (для УФ-области) или просто воды. Поэтому, если кроме «сухих» объективов вы берёте ещё и иммерсионные, стоит заранее позаботиться об иммерсионной жидкости. Её показатель преломления обязательно должен соответствовать конкретному объективу.
Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция - это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.
Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.
Как смотреть
Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно. Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.
Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок. Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани - несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.
Исследуемый препарат помещают на предметное стекло и в случае необходимости закрывают покровным. Купить стёкла можно в магазине медицинской техники. Если препарат плохо прилегает к стеклу, его фиксируют, слегка смачивая водой, иммерсионным маслом или глицерином. Не всякий препарат сразу открывает свою структуру, иногда ему нужно «помочь», подкрасив его форменные элементы: ядра, цитоплазму, органеллы. Неплохими красителями служат йод и «зелёнка». Йод достаточно универсальный краситель, им можно окрашивать широкий спектр биологических препаратов.
При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т. п.
Что смотреть
Микроскоп приобретён, инструменты закуплены - пора начинать. И начать следует с самого доступного - например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10–15 минут, после чего промыть под струёй воды.
Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5–10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.
На балконах часто скапливается большое количество трупиков летающих насекомых. Не торопитесь от них избавляться: они могут послужить ценным материалом для исследования. Как видно из фотографий, вы обнаружите, что на крыльях насекомых есть волоски, которые защищают их от намокания. Большое поверхностное натяжение воды не позволяет капле «провалиться» сквозь волоски и коснуться крыла.
Если вы когда-нибудь задевали крыло бабочки или моли, то, наверное, замечали, что с неё слетает какая-то «пыль». На снимках отчётливо видно, что это не пыль, а чешуйки с крыльев. Они имеют разную форму и довольно легко отрываются.
Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.
Не менее интересный объект для наблюдения - кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.
Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени - это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.
Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей - мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек. Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.
Сам себе исследователь
После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов. Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью. Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов - азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.
Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева - устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.
В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения. Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.
«Наука и жизнь» о микросъёмке:
Микроскоп «Аналит» - 1987, №1.
Ошанин С. Л.
С микроскопом у пруда. - 1988, №8.
Ошанин С. Л.
Невидимая миру жизнь. - 1989, №6.
Милославский В. Ю.
Домашняя микрофотография . - 1998, №1.
Мологина Н.
С тех пор, как ученые обнаружили микробов, они учились их выращивать на различных питательных средах. Ведь для того чтобы знать, как бороться с тем или иным микроорганизмом, нужно изучить не только его форму, но и повадки, образ жизни, потребности в питании. Сейчас в лабораториях исследователи могут выращивать практически любой микроорганизм, для этого разработано огромное количество питательных сред. Но в прошлом, во времена Луи Пастера - родителя современной науки о микробах (микробиологии), в распоряжении ученых была доступна для изучения лишь вода из лесных луж и водоемов, настой сена и мясной бульон.
Слово "микроорганизм" понятие собирательное, в него входят все невидимые невооруженным глазом организмы - бактерии, грибы, одноклеточные и еще целый ряд микрожителей. К слову, вирусы не относят к микробам. Их выделяют в отдельную группу, и наблюдать их в обычный световой микроскоп не представляется возможным.
Микробы вездесущи, обнаружить их можно буквально на всем, что нас окружает. Они бывают аэробами, т.е. для их жизнедеятельности требуется присутствие свободного молекулярного кислорода, но могут быть и анаэробами, способными прожить в условиях без доступа кислорода. Размеры, форма и принципы питания у микробов очень разнятся, но из них всех, пожалуй, самой красивой и причудливой является инфузория туфелька.
Инфузорий можно часами наблюдать в микроскоп. Они имеют очень необычную форму и легко узнаются среди прочих микроорганизмов. Для наблюдения за ней не требуется длительных подготовок и специальных навыков. Ее может увидеть любой желающий даже с помощью самого простого микроскопа.
Проведение опыта с инфузорией
Для проведения опыта понадобится совсем немного воды из лесной лужи, зацветшего водоема, из вазы с цветами или даже из аквариума. Идеально, если в воде окажется несколько веточек водорослей. Препарат с инфузорией можно приготовить по принципу раздавленной капли, или сделать "висячую" каплю на предметном стекле с выемкой.
При рассматривании образца под микроскопом (лучше всего это делать на среднем или большом увеличении) можно заметить двигающихся овальных существ. Строго говоря, они не совсем овальные - передний конец инфузории заострен, а задний, наоборот, имеет сильно округлую форму. Одна из боковых сторон, приблизительно по центру туловища, вогнута, что придает существу большое сходство с подошвой туфли. Отсюда и название микроорганизма - инфузория туфелька. Вокруг всего тела инфузории располагаются в несколько слоев реснички, которые помогают ей двигаться и "загонять" пищу в ротовое отверстие, расположенное неподалеку от головного конца.
Для особо пытливых исследователей будет интересно понаблюдать за процессом пищеварения у инфузории. Пища, попавшая в ротовое отверстие, постепенно перемещается в "желудок" - пищеварительную вакуоль, похожую на пузырек. В ней пища переваривается, а затем выталкивается в другую вакуоль - сократительную, которая является чем то, наподобие кишечника у животных. Сократительная вакуоль служит для устранения остатков пищи наружу. Для того чтобы увидеть, как происходят эти процессы, нужно покормить инфузорию, например, несколькими капельками обычной туши для заправки перьевых ручек. После того, как инфузория заглотнет ее, можно рассмотреть месторасположение пищеварительной вакуоли - темный шарик на фоне светлого тела микроорганизма.
Многие знают, что инфузории относятся к классу простейших, но это название довольно относительное, т.к. многочисленные опыты над инфузориями обнаружили у них зачатки психической деятельности. К примеру, инфузорию помещали в узкую трубку, диаметр которой совсем немного превосходил размер самого животного. Трубку с обеих сторон запаивали. Когда инфузория доплывала до одной стороны, она делала попытки проплыть дальше, но вскоре разворачивалась головным концом и направлялась в другую сторону. Со временем инфузория стала тратить на развороты все меньше времени и сил, а значит, смогла приспособиться к новым условиям.
Но поражает в инфузории даже не это. В человеческом или другом сложном организме все клетки узкоспециализированы и выполняют какую-либо одну функцию. Инфузория же состоит из одной-единственной клетки, в которой есть, хоть и примитивная, но выделительная и пищеварительная системы, мышечная система, состоящая из сократительных волокон, двигательный аппарат из ресничек. Следовательно, эта единственная клетка может полностью обеспечивать все стороны жизнедеятельности. Возможно поэтому ученые прошлого с таким уважением относились к инфузории и часами просиживали над микроскопом, изучая и зарисовывая ее повадки.
Какие же микроскопы подойдут?
В микроскоп, способный давать увеличение не менее 600-800х крат, можно понаблюдать не только простейших, но и бактерий. Самый простой способ это сделать - собрать небольшое количество зубного налета и развести его в капельке воды. Так можно увидеть основных представителей царства бактерий. В простом лабораторном микроскопе они будут выглядеть неказисто - маленькие шарики, палочки или нити с нечеткими контурами. Но при использовании фазово-контрастного метода на более дорогостоящих лабораторных моделях можно рассмотреть гораздо больше. Их контуры станут четче, а тела будут выделяться ярким светом на темном фоне. И хотя внутреннюю структуру при таком исследовании изучить не получится (для этого нужно убить бактерий и окрасить), можно увидеть движение бактерий. А по характеру движений ученые определяют принадлежность бактерий к тому или иному классу и выявляют возбудителей некоторых болезней.
Для лабораторных же исследований, направленных на выявление и более точную идентификацию болезнетворных организмов, часто используются жидкие и плотные питательные среды. В них можно наблюдать не только отдельных микроорганизмов, но и целые колонии, т.е. большие скопления клеток, видимые невооруженным глазом. Однако эта техника достаточно сложная и не годится для применения в домашних условиях.
Покупка детского микроскопа, который позволит ребенку с увлечением изучать невидимый для него мир, и получать ответы на множество волнующих его вопросов, которых к этому времени, поверьте, будет великое множество.
Не стоит думать, что детский микроскоп это очередная игрушка, так как по своей функциональности он мало чем отличается от простейших биологических микроскопов, которые используются в многочисленных лабораториях, медицинских учреждениях и школьных кабинетах, где дети познают микромир. Пожалуй, единственное отличие прибора для детей является внешний вид микроскопа, который может быть окрашен в яркие цвета для того, чтобы малыш сразу обратил внимание на этот предмет и заинтересовался им.
При покупке такого устройства необходимо понимать, что на данном этапе развития ребенка ему вряд ли потребуется прибор, позволяющий рассматривать объекты с максимально возможным на сегодняшний день увеличением. Достаточно купить обычный монокулярный микроскоп с несколькими сменными объективами, которые вместе с окуляром дадут увеличение до 800 карат, чего будет вполне достаточно, чтобы юный исследователь смог рассмотреть структуру изучаемых объектов.
Микроскопы часто покупают для детей, чтобы заинтересовать их природой и биологией, однако бывает, что самим родителям заглядывать в микромир становится не менее интересно, чем ребенку.
Что можно рассматривать в микроскоп
1. Рассмотрите вместе с малышом листочки собранных растений. Многие из них имеют волоски, которые очень интересно рассматривать в микроскоп. Хорошо видно строение листа, жилки. Посмотрите на лист мать-и-мачехи с одной и с другой стороны. Они совершенно разные: одна сторона опушена, другая - нет. На листе крапивы можно рассмотреть те самые жгучие волоски, которые доставляют так много неприятностей голым детским ножкам и ручкам. Сорвите по листочку от каждого комнатного растения. Каждый по-своему интересен и неповторим. Если на подоконнике растут кактусы, пусть ради науки пожертвуют несколькими колючками. Очень красивы лепестки цветов.
2. Можно рассмотреть пыльцу. Для этого перенесите ее мягкой кисточкой с цветка на предметное стекло.
3. Рассмотрите кожуру и мякоть всевозможных овощей и фруктов. Чем они похожи и чем различаются?
4. Интересно рассматривать волосы и сравнивать их по цвету и толщине. Окажется, что кошачья шерсть тоньше человеческого волоса, а папин волос толще детских.
5. Подсунутый под микроскоп собственный палец может произвести настоящий фурор. Особенно впечатлит грязь под ногтями. Микробов там, конечно, не увидишь. Но и без них выглядит ужасающе. Сразу может поступить требование постричь ногти.
6. Не менее интересно посмотреть, из чего состоит домашняя пыль, как выглядит бумага, вата, нитки, клочки кукольных волос и меха мягких игрушек, рыбьи чешуйки и кости, икринки, мед, капельки молока, кристаллики соли, сахара, лимонной кислоты, соды, льда, всевозможные семечки и крупы, кусочки грибов, камушки и ракушки, привезенные с моря, шишки, бумажные деньги (на них можно отыскать разные знаки, которые не видны без увеличения).
7. Если у вас есть аквариум, соскребите немного налета с его стенок, положите на предметное стекло, сверху накройте покровным стеклом и рассмотрите при среднем увеличении. Поверьте, это потрясающая картинка!
8. Вырастите с малышом плесень на хлебе. Для этого положите кусочек хлеба в стеклянную банку с крышкой, смочите водой и поставьте на несколько дней в теплое место (но не на солнце). Немного выросшей плесени положите в капельку воды на предметное стекло, закройте покровным стеклом, и ваш препарат готов.
Правила безопасности на занятиях с микроскопом
Кроме самого микроскопа, вам понадобятся предметные и покровные стекла, пипетки, пинцет, игла. А также некоторые вещества: дистиллированная вода, спирт, водный раствор йода (для окраски).
Объясните малышу правила безопасности и строго требуйте их соблюдения. Все-таки микроскоп (даже детский) - не игрушка, а сложный оптический прибор. И колоть орехи им не стоит.
Также не обязательно бездумно крутить все подряд винты. Делать это нужно осознанно и с определенной целью. Сразу расскажите малышу, что и для чего в микроскопе предназначено и научите кроху все называть своими именами, а не «штучками» и «колесиками». Замечено, что даже пятилетние малыши быстро осваиваются с микроскопом: подбирают нужное увеличение и наводят резкость, рассматривая все, что попадается под руку.
Первое время не оставляйте малыша с микроскопом один на один. Рассматривать предметы в отраженном свете при небольшом увеличении ваш маленький микроскопист научится быстро.
А вот работы с предметными стеклами лучше ему самому пока не доверять, а делать это вместе. Во-первых, приготовление препарата подразумевает манипулирование острыми предметами (лезвие, игла) и химическими веществами. Во-вторых, предметные стекла - вещь крайне хрупкая. Неумелые пальчики могут их легко раздавить и пораниться.
Занятия с микроскопом помогут малышу расширить знания об окружающем мире, создадут необходимые условия для познавательной деятельности, экспериментирования, систематического наблюдения за всевозможными живыми и не живыми объектами. У малыша будет развиваться любознательность, интерес к происходящим вокруг него явлениям.