معلومة

2: كيف نرى العالم الخفي - علم الأحياء


على مدى القرون العديدة الماضية ، تعلمنا التلاعب بالضوء للنظر في عوالم غير مرئية سابقًا - تلك العوالم الصغيرة جدًا أو البعيدة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. من خلال المجهر ، يمكننا فحص الخلايا والمستعمرات الميكروبية ، باستخدام تقنيات مختلفة لمعالجة اللون والحجم والتباين بطرق تساعدنا في تحديد الأنواع وتشخيص الأمراض. يستكشف هذا الفصل كيف تتعامل أنواع مختلفة من المجاهر مع الضوء من أجل توفير نافذة على عالم الكائنات الحية الدقيقة. من خلال فهم كيفية عمل أنواع مختلفة من المجاهر ، يمكننا إنتاج صور مفصلة للغاية للميكروبات التي يمكن أن تكون مفيدة لكل من التطبيقات البحثية والسريرية.

  • 2.E: كيف نرى العالم الخفي (تمارين)
  • 2.0: خصائص الضوء
    يتكون الضوء المرئي من موجات كهرومغناطيسية تتصرف مثل الموجات الأخرى. ومن ثم ، يمكن فهم العديد من خصائص الضوء ذات الصلة بالفحص المجهري من حيث سلوك الضوء كموجة. من الخصائص المهمة لموجات الضوء الطول الموجي ، أو المسافة بين ذروة الموجة والذروة التالية. يُطلق على ارتفاع كل قمة (أو عمق كل حوض) السعة.
  • 2.1: التطلّع إلى العالم الخفي
    يعتبر العالم الإيطالي جيرولامو فراكاستورو أول شخص يفترض رسميًا أن المرض قد انتشر عن طريق ندوات صغيرة غير مرئية. اقترح أن هذه البذور يمكن أن تلتصق ببعض الأشياء التي تدعم نقلها من شخص لآخر. ومع ذلك ، نظرًا لأن التكنولوجيا الخاصة برؤية مثل هذه الأشياء الصغيرة لم تكن موجودة بعد ، فقد ظل وجود الحلقات الدراسية افتراضيًا لأكثر من قرن بقليل - عالم غير مرئي ينتظر الكشف عنه.
  • 2.2: أدوات الفحص المجهري
    شهد القرن العشرين تطور المجاهر التي استفادت من الضوء غير المرئي ، مثل الفحص المجهري الفلوري ، الذي يستخدم مصدر ضوء فوق بنفسجي ، والمجهر الإلكتروني ، الذي يستخدم أشعة إلكترونية قصيرة الموجة. أدت هذه التطورات إلى تحسينات كبيرة في التكبير والقرار والتباين. في هذا القسم ، سنقوم بمسح النطاق الواسع للتكنولوجيا المجهرية الحديثة والتطبيقات الشائعة لكل نوع من أنواع المجهر.
  • 2.3: تلطيخ العينات المجهرية
    في حالتها الطبيعية ، تفتقر معظم الخلايا والكائنات الحية الدقيقة التي نلاحظها تحت المجهر إلى اللون والتباين. هذا يجعل من الصعب ، إن لم يكن من المستحيل ، اكتشاف الهياكل الخلوية المهمة وخصائصها المميزة دون معالجة العينات بشكل مصطنع. هنا ، سنركز على التقنيات الأكثر صلة سريريًا التي تم تطويرها لتحديد الميكروبات المحددة ، أو الهياكل الخلوية ، أو تسلسل الحمض النووي ، أو مؤشرات الإصابة في عينات الأنسجة ، تحت المجهر.

Thumbnail: مجهر مركب في معمل أحياء. الصورة مستخدمة بإذن (CC -BY-SA 4.0؛ Acagastya).


2.2 التطلّع إلى العالم الخفي

يمكن فهم بعض الخصائص والوظائف الأساسية للمجاهر في سياق تاريخ استخدامها. يعتبر العالم الإيطالي جيرولامو فراكاستورو أول شخص يفترض رسميًا أن المرض قد انتشر عن طريق غير مرئي. الندوة، أو "بذور العدوى". في كتابه دي كونتاجوني (1546) ، اقترح أن هذه البذور يمكن أن تلتصق بأشياء معينة (وهو ما سماه fomes [قماش]) دعم نقلهم من شخص لآخر. ومع ذلك ، نظرًا لأن تقنية رؤية مثل هذه الأشياء الصغيرة لم تكن موجودة بعد ، فإن وجود الندوة ظل افتراضيًا لأكثر من قرن بقليل - عالم غير مرئي ينتظر الكشف عنه.

المجاهر المبكرة

يُنسب عادةً إلى أنتوني فان ليفينهوك ، الذي يُشاد به أحيانًا على أنه "أبو علم الأحياء الدقيقة" ، باعتباره أول شخص ابتكر مجاهرًا قوية بما يكفي لرؤية الميكروبات (الشكل 2.9). بدأ فان ليوينهوك ، المولود في مدينة دلفت في الجمهورية الهولندية ، حياته المهنية في بيع الأقمشة. ومع ذلك ، أصبح مهتمًا فيما بعد بصنع العدسات (ربما للنظر في الخيوط) وأنتجت تقنياته المبتكرة مجاهر سمحت له بمراقبة الكائنات الحية الدقيقة كما لم يفعلها أحد من قبل. في عام 1674 ، وصف ملاحظاته للكائنات وحيدة الخلية ، التي لم يكن وجودها معروفًا من قبل ، في سلسلة من الرسائل إلى الجمعية الملكية في لندن. قوبل تقريره في البداية بالشكوك ، لكن سرعان ما تم التحقق من ادعاءاته وأصبح أحد المشاهير في المجتمع العلمي.

بينما يرجع الفضل إلى فان ليفينهوك في اكتشاف الكائنات الحية الدقيقة ، فقد ساهم آخرون قبله في تطوير المجهر. وشمل هؤلاء صانعي النظارات في هولندا في أواخر القرن الخامس عشر ، بالإضافة إلى عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي ، الذي استخدم مجهرًا مركبًا لفحص أجزاء الحشرات (الشكل 2.9). بينما استخدم فان ليوينهوك مجهرًا بسيطًا , حيث يتم تمرير الضوء من خلال عدسة واحدة فقط ، كان مجهر جاليليو المركب أكثر تعقيدًا ، حيث يقوم بتمرير الضوء عبر مجموعتين من العدسات.

قدم الإنجليزي روبرت هوك (1635-1703) المعاصر لفان ليوينهوك أيضًا مساهمات مهمة في الفحص المجهري ، ونشر في كتابه ميكروغرافيا (1665) العديد من الملاحظات باستخدام المجاهر المركبة. بالنظر إلى عينة رقيقة من الفلين من خلال مجهره ، كان أول من لاحظ الهياكل التي نعرفها الآن باسم الخلايا (الشكل 2.10). وصف هوك هذه الهياكل بأنها تشبه "قرص العسل" و "صناديق صغيرة أو مثانات هواء" ، مشيرًا إلى أن كل "كهف أو فقاعة أو خلية" تختلف عن غيرها (في اللاتينية ، تعني كلمة "خلية" حرفيًا "صغيرة مجال"). من المحتمل أنها بدت لهوك مليئة بالهواء لأن خلايا الفلين كانت ميتة ، مع وجود جدران الخلايا الصلبة فقط التي توفر الهيكل.

تأكد من فهمك

  • اشرح الفرق بين المجاهر البسيطة والمركبة.
  • قارن وقارن بين مساهمات van Leeuwenhoek و Hooke و Galileo في الفحص المجهري المبكر.

اتصالات مايكرو

من اخترع المجهر؟

في حين أن أنتوني فان ليفينهوك وروبرت هوك يحصلان عمومًا على الكثير من الفضل في التقدم المبكر في الفحص المجهري ، فلا يمكن لأي منهما الادعاء بأنه مخترع المجهر. يجادل البعض بأن هذا التعيين يجب أن ينتمي إلى Hans و Zaccharias Janssen ، صانعي النظارات الهولنديين الذين ربما اخترعوا التلسكوب ، والمجهر البسيط ، والمجهر المركب خلال أواخر القرن السادس عشر أو أوائل القرن السابع عشر (الشكل 2.11). لسوء الحظ ، لا يُعرف الكثير عن عائلة Janssens ، ولا حتى التواريخ الدقيقة للمواليد والوفيات. كان Janssens سريين بشأن عملهم ولم ينشروا أبدًا. من الممكن أيضًا أن Janssens لم يخترع أي شيء على الإطلاق ، حيث قام جارهم Hans Lippershey بتطوير مجاهر وتلسكوبات خلال نفس الإطار الزمني ، وغالبًا ما يُنسب إليه اختراع التلسكوب. السجلات التاريخية من ذلك الوقت غامضة وغير دقيقة مثل الصور التي شوهدت من خلال تلك العدسات المبكرة ، وأي سجلات مؤرشفة ضاعت على مر القرون.

على النقيض من ذلك ، يمكن لفان ليفينهوك وهوك أن يشكرا التوثيق الوافي لعملهما من أجل إرث كل منهما. مثل Janssen ، بدأ van Leeuwenhoek عمله في الخفاء ، تاركًا وراءه القليل من السجلات. ومع ذلك ، كتب صديقه الطبيب البارز رينير دي جراف رسالة إلى محرر جريدة المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن لفت الانتباه إلى المجاهر القوية لـ van Leeuwenhoek. من عام 1673 فصاعدًا ، بدأ فان ليوينهوك في إرسال رسائل بانتظام إلى الجمعية الملكية تفصل ملاحظاته. في عام 1674 ، أثار تقريره الذي يصف الكائنات وحيدة الخلية جدلاً في المجتمع العلمي ، لكن سرعان ما تم تأكيد ملاحظاته عندما أرسل المجتمع وفداً للتحقيق في النتائج التي توصل إليها. بعد ذلك ، استمتع بشهرة كبيرة ، حتى أنه في مرحلة ما كان يستمتع بزيارة قيصر روسيا.

وبالمثل ، كان لدى روبرت هوك ملاحظاته باستخدام المجاهر التي نشرتها الجمعية الملكية في كتاب يسمى ميكروغرافيا في عام 1665. أصبح الكتاب من أكثر الكتب مبيعًا وزاد بشكل كبير الاهتمام بالفحص المجهري في معظم أنحاء أوروبا.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة اقتباس مثل هذه.
    • المؤلفون: نينا باركر ، مارك شنيغورت ، آنه هيو ثي تو ، فيليب ليستر ، بريان إم فورستر
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Microbiology
    • تاريخ النشر: 1 نوفمبر 2016
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/microbiology/pages/2-2-peering-into-the-invisible-world

    © أغسطس 20 ، 2020 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    مقدمة عن كيف نرى العالم غير المرئي

    عندما ننظر إلى قوس قزح ، فإن ألوانه تغطي الطيف الكامل للضوء الذي يمكن للعين البشرية أن تكتشفه وتميزه. يمثل كل لون ترددًا مختلفًا للضوء المرئي ، تتم معالجته بواسطة أعيننا وأدمغتنا ويتم تحويله إلى أحمر أو برتقالي أو أصفر أو أخضر أو ​​أحد الألوان المألوفة العديدة التي كانت دائمًا جزءًا من التجربة البشرية. لكن في الآونة الأخيرة فقط طور البشر فهمًا لخصائص الضوء التي تسمح لنا برؤية الصور بالألوان.

    على مدى القرون العديدة الماضية ، تعلمنا التلاعب بالضوء للنظر في عوالم غير مرئية سابقًا - تلك العوالم الصغيرة جدًا أو البعيدة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. من خلال المجهر ، يمكننا فحص الخلايا والمستعمرات الميكروبية ، باستخدام تقنيات مختلفة لمعالجة اللون والحجم والتباين بطرق تساعدنا في تحديد الأنواع وتشخيص الأمراض.

    يوضح الشكل 1 كيف يمكننا تطبيق خصائص الضوء لتصور الصور وتكبيرها ، لكن هذه الصور المجهرية المذهلة ليست سوى مثالين على الأنواع العديدة من الصور التي يمكننا الآن إنتاجها باستخدام تقنيات مجهرية مختلفة. يستكشف هذا الفصل كيف تتعامل أنواع مختلفة من المجاهر مع الضوء من أجل توفير نافذة على عالم الكائنات الحية الدقيقة. من خلال فهم كيفية عمل أنواع مختلفة من المجاهر ، يمكننا إنتاج صور مفصلة للغاية للميكروبات التي يمكن أن تكون مفيدة لكل من التطبيقات البحثية والسريرية.

    الشكل 1. تُستخدم أنواع مختلفة من الفحص المجهري لتصور الهياكل المختلفة. يعرض الفحص المجهري لـ Brightfield (يسارًا) صورة أكثر قتامة على خلفية أفتح ، مما ينتج عنه صورة واضحة لخلايا Bacillus anthracis في السائل النخاعي (الخلايا البكتيرية على شكل قضيب محاطة بخلايا دم بيضاء أكبر). يزيد الفحص المجهري Darkfield (على اليمين) من التباين ، مما يجعل الصورة أكثر إشراقًا على خلفية داكنة ، كما يتضح من هذه الصورة لبكتيريا Borrelia burgdorferi ، التي تسبب مرض لايم. (يسار الائتمان: تعديل العمل عن طريق ائتمان مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها: تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة)


    التوصيلات الدقيقة: من اخترع المجهر؟

    في حين أن أنتوني فان ليفينهوك وروبرت هوك يحصلان عمومًا على الكثير من الفضل في التقدم المبكر في الفحص المجهري ، فلا يمكن لأي منهما الادعاء بأنه مخترع المجهر. يجادل البعض بأن هذا التعيين يجب أن ينتمي إلى Hans و Zaccharias Janssen ، صانعي النظارات الهولنديين الذين ربما اخترعوا التلسكوب ، والمجهر البسيط ، والمجهر المركب خلال أواخر القرن السادس عشر أو أوائل القرن السابع عشر. (شكل2.11 ). لسوء الحظ ، لا يُعرف الكثير عن عائلة Janssens ، ولا حتى التواريخ الدقيقة للمواليد والوفيات. كان Janssens سريين بشأن عملهم ولم ينشروا أبدًا. من الممكن أيضًا أن Janssens لم يخترع أي شيء على الإطلاق ، حيث قام جارهم Hans Lippershey بتطوير مجاهر وتلسكوبات خلال نفس الإطار الزمني ، وغالبًا ما يُنسب إليه اختراع التلسكوب. السجلات التاريخية من ذلك الوقت غامضة وغير دقيقة مثل الصور التي شوهدت من خلال تلك العدسات المبكرة ، وأي سجلات مؤرشفة ضاعت على مر القرون.

    على النقيض من ذلك ، يمكن لفان ليفينهوك وهوك أن يشكرا التوثيق الوافي لعملهما من أجل إرث كل منهما. مثل Janssen ، بدأ van Leeuwenhoek عمله في الخفاء ، تاركًا وراءه القليل من السجلات. ومع ذلك ، كتب صديقه الطبيب البارز رينير دي جراف رسالة إلى محرر جريدة المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن لفت الانتباه إلى المجاهر القوية لـ van Leeuwenhoek. من عام 1673 فصاعدًا ، بدأ فان ليوينهوك في إرسال رسائل بانتظام إلى الجمعية الملكية تفصل ملاحظاته. في عام 1674 ، أثار تقريره الذي يصف الكائنات وحيدة الخلية جدلاً في المجتمع العلمي ، لكن سرعان ما تم تأكيد ملاحظاته عندما أرسل المجتمع وفداً للتحقيق في النتائج التي توصل إليها. بعد ذلك ، استمتع بشهرة كبيرة ، حتى أنه في مرحلة ما كان يستمتع بزيارة قيصر روسيا.

    وبالمثل ، كان لدى روبرت هوك ملاحظاته باستخدام المجاهر التي نشرتها الجمعية الملكية في كتاب يسمى ميكروغرافيا في عام 1665. أصبح الكتاب من أكثر الكتب مبيعًا وزاد بشكل كبير الاهتمام بالفحص المجهري في معظم أنحاء أوروبا.

    الشكل 2.11. ربما اخترع زاكرياس يانسن مع والده هانز التلسكوب والميكروسكوب البسيط والمجهر المركب في أواخر القرن السادس عشر أو أوائل القرن السابع عشر. الدليل التاريخي غير حاسم.


    شاهد الفيديو: الدليل على وجود عالم كامل في جوف الأرض. سكان متطورون ومتقدمون علميا وتكنولوجيا (كانون الثاني 2022).