Mikroświat od wieków jest fascynującym obiektem badań naukowców i odkrywców. Dzisiaj dzięki prostemu optycznemu narzędziu jesteśmy w stanie zajrzeć do zupełnie innej, niewidocznej gołym okiem rzeczywistości. Rzeczywistości, zarezerwowanej niegdyś dla nielicznych uczonych, która w miarę rozwoju optyki stała się dostępna na wyciągnięcie…oka?

Nim zagłębimy się w tajniki działania mikroskopu oraz zakamarki mikroświata, rozpoczniemy naszą przygodę od początku – mianowicie od przełomu XVI i XVII wieku, kiedy to powstał prototyp mikroskopu biologicznego, będący prostą metalową tubą z dwoma soczewkami na końcach. Pierwsze takie urządzenie nie zdobyło dużego uznania – niewielkie powiększenie (około 10x) plasowało je niewiele powyżej lupy prostej, której standardowe powiększenia wynoszą do około 7x.

Szał mikroskopijnych ciał

Prawdziwego przełomu dokonał Antoni van Leeuwenhoek w XVII wieku. Ten holenderski przedsiębiorca był z zamiłowania przyrodnikiem. Aby móc dostrzec to, co niewidoczne dla oczu, skonstruował instrument optyczny umożliwiający uzyskać powiększenie niemal 300x, co jak na tamte czasy było niesamowitym osiągnięciem, zwłaszcza przy prostej konstrukcji stworzonych przez niego mikroskopów. Jego sekretem było precyzyjne szlifowanie soczewek. Leeuwenhoek jako pierwszy obserwował krwinki, pierwotniaki czy bakterie.

    Niemal równolegle z Leeuwenhoekiem działał inny, bardziej znany studentom Politechniki naukowiec – Robert Hook. Tak, ten sam, który określił zależność odkształcenia od naprężenia, tzw. prawo Hooke’a. Mikroskopy Hooke’a były bardziej skomplikowanymi urządzeniami od tych stworzonych przez holenderskiego przyrodnika – były to już układy wielosoczewkowe, umożliwiające powiększenie do około 150x.

Robert Hook, oprócz bycia niesamowitym odkrywcą i eksperymentatorem, był także znakomitym rysownikiem. Obserwowane przez siebie obiekty i mikroorganizmy rysował z ogromną dokładnością na papierze. Wykonane przez niego rysunki zostały opublikowane w jego dziele pt. Micrographia. Podobno widok narysowanych pierwszych obrazów powiększonych owadów był tak porażający, że dobrze wychowane damy mdlały na ich widok. Micrographia stała się bestsellerem, wzbudzając zainteresowanie mikroświatem w Wielkiej Brytanii.

Obiektywy i okulary

W miarę upływu czasu, mikroskopy były coraz to bardziej rozbudowywane i dopracowywane. Pod koniec XVII wieku wytworzono pierwsze mikroskopowe obiektywy achromatyczne, składające się z soczewek kronowych i flintowych – takie rozwiązanie eliminowało kolorowe obwódki powstające dookoła obrazu obserwowanego obiektu. W języku optyków i miłośników fotografii: niwelowało aberracje chromatyczne. Później powstały niezwykle drogie obiektywy apochromatyczne, umożliwiające niemal całkowitą korekcję tej wady układów optycznych. Ernst Abbe jako pierwszy skonstruował tzw. kondensor, czyli układ optyczny umieszczany nad oświetlaczem, służący równomiernemu oświetleniu próbki. W późniejszych czasach opracowano alternatywne techniki mikroskopowania jak ciemne pole, kontrast fazowy, czy mikroskopia stereoskopowa.

    Skoro znamy już zarys historyczny, pora na troszeczkę nomenklatury, aby później było nam łatwiej poruszać się w zakątkach mikroświata. Zacznijmy od clou artykułu, czyli od mikroskopu. Standardowe mikroskopy służące do obserwacji preparatów biologicznych nazywamy poprawnie mikroskopami świetlnymi lub mniej poprawnie, ale bardzo powszechnie – mikroskopami biologicznymi. Istnieją również inne typy mikroskopów jak mikroskopy stereoskopowe, metalograficzne czy elektronowe. Wróćmy jednak do mikroskopu biologicznego. Taki instrument optyczny w swojej najprostszej formie składa się z dwóch układów soczewkowych: obiektywu (od obiektu) oraz okularu (od oka). Obiektywy są umieszczane blisko obserwowanego obiektu – w tym przypadku tak zwanego preparatu. Obiektyw wytwarza obraz powiększony, rzeczywisty i odwrócony w pobliżu ogniska okularu. Z kolei ognisko to punkt, w którym przetną się równoległe do prostej przechodzącej przez środek krzywizny soczewki promienie świetlne po przejściu przez soczewkę skupiającą. Standardowo obiektywy powiększają obraz 4x, 10x, 20x, 40x, 60x lub nawet 100x. Wytworzony przez obiektyw obraz jest obserwowany za pomocą okularu, który dodatkowo powiększa wytworzony przez obiektyw obraz, zazwyczaj dzisięciokrotnie. Obraz wytworzony przez okular jest pozorny i prosty – okular pełni w mikroskopie funkcję lupy, z tym, że zamiast powiększać obserwowany obiekt, powiększa rzeczywisty obraz wytwarzany przez obiektyw. Łączne powiększenie to iloczyn powiększenia używanego obiektywu i powiększenia okularu.

Do obserwowania preparatów biologicznych nie wystarczy sama optyka – soczewki obiektywu mają niewielkie średnice, więc wpada tam niewiele światła. W związku z tym obserwowany preparat należy doświetlić. Kiedyś robiło się to umieszczając pod stolikiem mikroskopu lusterko odbijające światło dzienne w stronę obiektywu. Dziś korzysta się najczęściej z oświetlenia diodami LED, a w niektórych mikroskopach można jeszcze spotkać tradycyjne żarówki lub lampy halogenowe. Nad oświetlaczem znajduje się tzw. kolektor, czyli soczewki mające za zadanie poprowadzić wiązkę światła ku kolejnemu układowi optycznemu, czyli kondensorowi. Kondensor jest umieszczony tuż pod stolikiem mikroskopowym i ma za zadanie rozprowadzić snop światła z oświetlacza równomiernie po preparacie w polu widzenia mikroskopu. Następnie światło trafia od spodu na preparat, stamtąd do obiektywu, a następnie, odbijając się po drodze w głowicy mikroskopu od kilku pryzmatów lub lusterek, do okularów. 

Co można obserwować pod mikroskopem?

Skoro wiemy już jak powstał i jak działa mikroskop świetlny, pora zapytać o jego zastosowanie. Kilka razy padł zwrot preparat czyli ‘specjalnie sporządzony obiekt biologiczny do obserwacji’. Spreparować można proste mikroorganizmy, niektóre grzyby i ich zarodniki, fragmenty tkanek roślinnych i zwierzęcych czy bakterie. 

Na sam początek przygody z mikroskopowaniem polecam przygotować preparat z kropli wody. Mikroorganizmy wodne można znaleźć w terenie w sadzawkach czy kałużach, albo… wyhodować je samemu, przygotowując tzw. hodowlę sianową. Wystarczy siano (alternatywnie świeża trwa czy sałata), słoik oraz woda – najlepiej taka z akwarium, stawu lub podmokłego terenu. Siano należy umieścić w słoiku, zalać wodą, a następnie przykryć z wierzchu cienkim materiałem i pozostawić w ciepłym miejscu na kilka tygodni, aż pojawią się pierwsze mikroorganizmy. Po tym czasie można przystąpić do przygotowania preparatu. Potrzebne będą do tego: szkiełko podstawowe, szkiełko nakrywkowe, oraz pipeta – wszystkie niezbędne akcesoria można kupić w sklepach z naczyniami laboratoryjnymi za kilkanaście złotych. Za pomocą pipety należy nabrać kroplę wody (najlepiej z samego dna słoika) i nanieść ją na szkiełko podstawowe. Następnie zanurzyć brzeg szkiełka nakrywkowego w wodzie i delikatnie położyć je na szkiełku podstawowym. Jeżeli pomiędzy szkiełkami pojawiają się pęcherzyki powietrza, docisnąć szkiełko nakrywkowe igłą preparacyjną (ważne, aby nie robić tego palcami!), a nadmiar wody odsączyć za pomocą ręcznika papierowego. Ta dam! Preparat gotowy – teraz można zabrać się za poszukiwanie mikroorganizmów pod mikroskopem biologicznym, najlepiej rozpoczynając od obiektywu 10x. Powodzenia!

Małgorzata Dzik