Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

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.

Образец, который требуется рассмотреть в электронный микроскоп, мы помещаем на пути пучка электронов. Одни части образца поглощают больше электронов, чем другие, и поэтому мы получаем изображение, несколько напоминающее то, которое получается, если рассматривать на просвет негативное фотографическое изображение.

Электронное изображение можно видеть на флуоресцирующем экране или сфотографировать его.

Электронная микрофотография сетчатой оболочки глаза бабочки

Чтобы вы могли составить себе представление о деталях, различимых в электронный микроскоп, взгляните на три фотографии, развешанные на стене. Первый снимок был сделан д-ром Фернандесом-Мораном, создателем Венесуэльского Института нейрологии. Когда диктатор Перес Хименес, финансировавший Институт из правительственных фондов, был свергнут в результате государственного переворота, Фернандесу-Морану пришлось спешно бежать за границу. Снимок сделан при сравнительно малом увеличении всего лишь в 5 000 раз и представляет собой изображение поперечного сечения сетчатой оболочки глаза бабочки. Белые участки поперечные сечения воздухопроводных каналов.

На второй фотографии, полученной Л. У. Лабау и Р. У. Дж. Уайкоффом, вы видите при увеличении в 37 500 раз кристалла, образованного частицами мозаичного вируса южной фасоли. Каждая частица имеет в диаметре 250 ангстремов1. Но подлинным шедевром и своего рода рекордом можно считать третий снимок, сделанный моим хорошим знакомым д-ром Роблеем Уильямсом из Калифорнийского университета при увеличении около 500 000 раз. На снимке вы можете различить отдельные волокна дезоксирибонуклеиновой кислоты, образующих хромосомы и являющихся носителями наследственной информации.

Электронная микрофотография мозаичного вируса фасоли

Делать такие снимки очень просто. Все, что вам нужно для этого — раздобыть около 50000 долларов для покупки микроскопа и научиться с ним обращаться.

— А мог бы я подставить под электронный микроскоп палец, чтобы посмотреть, как он выглядит при таком сильном увеличении? — полюбопытствовал мистер Томпкинс.

————————

1 Один ангстрем (А) равен 0,00000001 (или 10 - 8) см.

— Боюсь, что это не самая удачная идея. Существуют кое-какие детали, с которыми я не успел вас познакомить. Прежде всего полет электронов должен происходить без помех, поэтому вся система должна находиться в вакууме так же, как должна быть откачена до высокого разряжения ваша телевизионная трубка, чтобы электроны не отклонялись от своих траекторий. Не следует забывать и о том, что мы видим все предметы в электронном микроскопе в проходящем электронном «свете». Поэтому толстый образец предварительно следует разрезать на тонкие ломтики, на специальной машинке, вроде той, которой продавец в колбасной лавке режет колбасу. Разница состоит лишь в том, что для электронного микроскопа «ломтик» должен быть толщиной всего лишь в несколько атомов. Наконец, последняя трудность состоит в том, что большинство биологических объектов слишком прозрачны для электронов. Чтобы увидеть интересующие нас детали, препарат приходится «окрашивать», например, добавляя соли некоторых тяжелых металлов, таких, как уран. Атомы металлов поглощаются одними частями образца сильнее, чем другими, а поскольку они непрозрачны для электронов, изображение получается более контрастным.

Как видите, рассматривать объект в электронный микроскоп совсем не то же самое, что изучать его в лупу. И то, что вы видите, требует тщательной интерпретации. Именно поэтому часто бывает лучше всего построить модель, основанную на информации, полученной многими экспертами в данной области.

— Как вы, должно быть, помните, — продолжал Сент, — мышечное волокно с тросом, сплетенным из более тонких тросов, — миофибрилл.

В электронный микроскоп мы видим, что фибриллы сами состоят из еще более тонких волокон — фибрилл, которые бывают двух «сортов» — потолще и потоньше. Эти толстые и тонкие фибриллы переплетаются, но ни одни, ни другие не проходят по всему волокну. Они как бы «съедают» друг друга, как изящные тонкие пальцы женской руки, вложенные в мужскую руку, сплетаются с ее более толстыми пальцами.

— О, теперь я понимаю, что такое те полосы, которые я видел. Более того, полосы возникают там, где два сорта фибрил накладываются друг на друга.

— Совершенно верно. Вы, конечно, заметили, что волокна располагаются в строгом порядке; шесть таких волокон всегда окружают одно толстое волокно. В поперечном сечении электронный микроскоп обнаруживает красивый шестиугольный узор.