Mikroskop i lupa w obserwacjach biologicznych
Nauka w okresie średniowiecza nie stosowała argumentów wynikających z obserwacji. Opierała się ona na wiedzy zgromadzonej w dziełach starożytnych uczonych. Średniowieczni badacze poprzestawali na komentowaniu zawartych w nich twierdzeń, nie prowadzili jednak własnych badań i obserwacji.
obserwacja jest jedną z głównych metod badawczych stosowanych w nauce;
obserwacja powinna mieć określony cel, być dobrze zaplanowana i rzetelnie przeprowadzona.
wymieniać przykłady zastosowania różnych przyrządów optycznych służących do obserwacji;
przygotowywać preparat mikroskopowy w kropli wody;
samodzielnie przeprowadzać obserwację mikroskopową;
opracować dokumentację obserwacji mikroskopowych.
1. Obiekty obserwacji
Wzrok jest tym zmysłem człowieka, który dostarcza mu najwięcej informacji o otoczeniu. Dlatego wiele takich obserwacji odbywa się z wykorzystaniem wzroku. W zależności od obiektu i celu badawczego obserwacje takie można prowadzić poprzez bezpośrednią analizę wzrokową lub za pomocą różnych urządzeń optycznych. Zdolność rozdzielcza ludzkiego oka wynosi 0,1 mm, co oznacza, że dwa punkty położone w tej odległości widzimy jeszcze jako odrębne. Bez przyrządów powiększających możemy więc obserwować wszystkie obiekty przekraczające rozmiarami 0,1 mm, czyli większość roślin i zwierząt, niektóre glony, owocniki grzybów kapeluszowych. Jednak komórki budujące te organizmy są już dla naszego wzroku niewidoczne. Ich wielkość waha się między 10 a 100 μm, czyli do 10 razy mniej niż wynosi zdolność rozdzielcza ludzkiego oka. Bakterie, jednokomórkowe glony i pierwotniaki są jeszcze mniejsze: mają wielkość od 0,2 do 80 μm. Obserwacje takich obiektów wymagają użycia mikroskopówmikroskopów, których zdolność rozdzielcza jest wielokrotnie większa niż możliwości ludzkiego oka.
Przeliczanie miar długości:
1 μm (mikrometr) = 0,001 mm = 0,000001 m, czyli 1 μm to jedna milionowa część metra
1 nm (nanometr) = 0,001 μm = 0,000000001 m, czyli 1 nm to jedna miliardowa część metra
Wykonaj własny mikroskop.
Potrzebne będą:
strzykawka,
laserowa zabawka, najlepiej o zielonym świetle,
woda ze stawu,
zaciemnione pomieszczenie.
Światło lasera może uszkodzić wzrok. Nigdy nie patrz w kierunku światła laserowego ani nie świeć nikomu laserem w oczy.
Napełnij strzykawkę wodą ze stawu tak, żeby na końcu jej wylotu zawisła kropla wody.
Umieść strzykawkę w odległości około dwóch metrów od ściany, np. opierając ją na dwóch książkach.
Skieruj światło lasera na wiszącą kroplę .
Zgaś światło w pomieszczeniu i oglądaj obraz na ścianie. Wyjaśnij, jaką funkcję pełni kropla wody i dlaczego obraz jest powiększony.
Wiele znanych wirusów jest dużo mniejszych niż bakterie. Są jednak i takie, które dorównują wielkością niektórym bakteriom. Jednym z największych jest pandorawirus – jego średnica wynosi aż 700 nm.
2. Przyrządy stosowane do obserwacji
Aby dostrzec szczegóły budowy kwiatu, pajęczyny, czułków owada, pleśni na chlebie, należy użyć lupylupy ręcznej. Szkłem powiększającym o specjalnej konstrukcji jest binokularbinokular, nazywany także mikroskopem stereoskopowym. Urządzenie to ma duże pole widzenia i pozwala na obserwacje obiektów przestrzennych, takich jak na przykład nasiona roślin. Szczególnie przydaje się do śledzenia swobodnie poruszających się niewielkich zwierząt: owadów i ich larw, dżdżownic, ślimaków, pająków. Obraz widziany przez lupę lub binokular jest prosty, to znaczy nie jest odwrócony w stosunku do przedmiotu (góra jest górą, a dół jest dołem – jak w rzeczywistości).
Mikroskopy są przyrządami, które bardzo mocno powiększają obrazy obserwowanych obiektów. Mikroskopy optyczneoptyczne do uzyskania obrazu wykorzystują światło widzialne. Za ich pomocą można obserwować szczegóły budowy tkankowej roślin i zwierząt, a także żywe obiekty, np. mikroskopijne organizmy poruszające się w kropli wody.
W latach trzydziestych XX wieku rozpoczęła się era nowoczesnych mikroskopów, za pomocą których można uzyskiwać znacznie lepsze powiększenia obrazu niż w mikroskopie świetlnym i odkrywać nieznane dotychczas sekrety natury. Mikroskopy elektronowe do uzyskania obrazu wykorzystują wiązkę elektronów. W transmisyjnym mikroskopie elektronowym (TEM) wiązka ta przechodzi przez niezwykle cienki plasterek preparatu, którego obraz jest wyświetlany na ekranie. TEM umożliwia śledzenie budowy wnętrza komórki. Ponieważ przygotowanie preparatu do takiego mikroskopu jest bardzo skomplikowane, nie można pod nim obserwować żywych obiektów. Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) cienką wiązką elektronów omiata powierzchnię preparatu, odbite elektrony zostają zarejestrowane i na ekranie monitora pojawia się trójwymiarowy, realistyczny obraz. Umożliwia to oglądanie obiektu od zewnątrz, poznanie jego kształtu i szczegółów budowy. Barwy obiektów są nadawane komputerowo. Najnowocześniejszy mikroskop sił atomowych (AFM) został skonstruowany w 1986 roku i pracuje na zasadzie rejestrowania sił działających między atomami. Urządzenie to umożliwia uzyskanie trójwymiarowego obrazu powierzchni badanej próbki ze zdolnością rozdzielczą poniżej 1 nm. Dzięki AFM możliwe jest badanie żywotności bakterii, dostrzeganie najmniejszych wirusów oraz odróżnianie komórek zdrowych od nowotworowych.
Zielone zabarwienie wody w akwarium i brunatny nalot na jego ściankach to wynik obecności jednokomórkowych glonów. Podaj nazwę przyrządu, jakiego użyjesz, aby je zobaczyć.
Jakiej wielkości są organizmy jednokomórkowe?
3. Budowa mikroskopu optycznego
W warunkach szkolnych prowadzi się obserwacje za pomocą mikroskopu optycznego, zwanego również mikroskopem świetlnym. Jest to przyrząd wykorzystujący do uzyskania obrazu wiązkę światła. Najważniejszymi częściami mikroskopu optycznego są części optyczne, które służą do oświetlenia obiektu i powiększenia obrazu, oraz części mechaniczne – niezbędne do umocowania i przesuwania części optycznych w celu otrzymania ostrego (wyraźnego) widoku. Obraz, który widzimy w mikroskopie, jest powiększony i odwrócony. Współczesne mikroskopy optyczne umożliwiają tysiąckrotne powiększenie obrazu i rozróżnienie szczegółów wielkości 0,2 μm.
Elementy budowy mikroskopu i ich funkcje:
okular – pojedynczy lub podwójny, zbudowany z soczewek powiększających obraz;
tubus – ruchoma obudowa, w której osadzone są okulary;
rewolwer – obrotowa tarcza, na której umocowane są obiektywy o różnych powiększeniach;
obiektyw – zbudowany z silnie powiększających soczewek, ustawiany bezpośrednio nad obserwowanym obiektem;
statyw – na nim osadzone są wszystkie elementy mikroskopu;
stolik – miejsce, gdzie umieszcza się preparat;
śruba mikrometryczna – służy do precyzyjnego ustalania ostrości obrazu;
śruba makrometryczna – służy do wstępnej regulacji odległości obiektywu od preparatu oraz ustawienia przybliżonej ostrości obrazu;
kondensor – skupia światło na preparacie i równomiernie rozkłada je w polu widzenia;
źródło światła – oświetla preparat.
4. Zasady obsługi mikroskopu optycznego
Mikroskop jest urządzeniem precyzyjnym. Jego obsługa wymaga szczególnej uwagi i ostrożności. Aby obserwacja sprawiała przyjemność i pozwalała odkrywać świat w mikroskali, potrzeba wielu ćwiczeń. Obserwator powinien umieć nastawić obraz w mikroskopie, sporządzić preparat mikroskopowy w kropli wody i za pomocą rysunku przedstawić szczegóły obserwowanego obrazu.
Włącz światło w mikroskopie.
Przetrzyj części optyczne miękką ściereczką.
Ustaw nad stolikiem obiektyw o najmniejszym powiększeniu.
Umieść preparat na stoliku tak, żeby obserwowany obiekt znalazł się dokładnie pod soczewką obiektywu.
Obserwując obraz przez okular, powoli unoś lub opuszczaj stolik za pomocą śruby makrometrycznej, aż ujrzysz obraz obiektu.
Wyreguluj ostrość obrazu śrubą mikrometryczną.
Zmieniaj obiektywy i oglądaj preparat najpierw pod najmniejszym, a następnie pod coraz większym powiększeniem. Za każdym razem reguluj ostrość obrazu.
Po skończonej pracy ustaw najmniejsze powiększenie obiektywu, opuść stolik do najniższej pozycji, wytrzyj miękką szmatką części optyczne i schowaj mikroskop do pudełka.
Obliczanie powiększenia mikroskopu:
powiększenie obrazu obserwowanego obiektu = powiększenie okularu · powiększenie obiektywu
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Film prezentujący zasady obsługi mikroskopu. Widoczny mikroskop na stole. Uczeń podchodzi do mikroskopu i uruchamia go. Uczeń trzymając w dłoni ściereczkę wyciera soczewki okularu i obiektywy. Zbliżenie na rewolwer mikroskopu. Palce obracają rewolwer z obiektywami. Uczeń wyjmuje gotowy preparat z pudełka stojącego obok. Unosi go tak, by widać było szkiełko nakrywkowe i skrawek wybarwionej tkanki. Umieszcza go na stoliku mikroskopu. Zbliżenie na stolik mikroskopu. Dłonie przesuwają preparat w lewo i prawo. Nieostry obraz z mikroskopu . Wybarwiona tkanka przesuwa się po polu widzenia, w końcu zostaje ustawiona centralnie. Zbliżenie „czołowe”. Uczeń patrzy w okulary mikroskopu i jednocześnie kręci śrubą makrometryczną. Zbliżenie na śrubę mikrometryczną. Palce delikatnie i powoli obracają śrubą. Obraz mikroskopowy z poprzedniego kadru, widać zmiany ostrości, nastawienie ostrego obrazu przy najmniejszym powiększeniu. Napis z wartością powiększenia. Zbliżenie na rewolwer mikroskopu. Uczeń zmienia obiektywy przekręcając tarczą rewolweru. Obraz mikroskopowy z poprzedniego kadru, widać zaciemnienie wywołane zmianą obiektywu, powiększony w stosunku do poprzedniego obraz, nastawianie ostrości. Napis z wartością powiększenia. Nastepna zmiana obiektywu i nastawianie ostrości na jeszcze większym obrazie. Napis z wartością powiększenia. Uczeń kręci tarczą rewolweru, ustawia najmniejszy obiektyw. Opuszcza stolik do najniższej pozycji. Wycierają okulary i obiektywy ściereczką. Wstaje i przenosi mikroskop.
Karol za pomocą mikroskopu obserwował mikroorganizmy w kropli wody. Użył mikroskopu z okularem 5x i obiektywem 20x. Tomek obserwował taki sam preparat przez mikroskop z okularem 12x i obiektywem 10x. Wyjaśnij, który z chłopców uzyskał większe powiększenie obrazu.
Jak się oblicza powiększenie mikroskopu?
5. Przygotowanie preparatu mikroskopowego
W obserwacjach mikroskopowych często wykorzystuje się preparaty trwałe kupione w specjalistycznych sklepach. Do sporządzenia takich preparatów używa się niezwykle cienkich skrawków. Preparaty można także przygotowywać samodzielnie. Do ich wykonania służy zestaw preparacyjny obejmujący szkiełka do przygotowania preparatu i przybory używane do pobierania materiału biologicznego. Świeże preparaty mikroskopowepreparaty mikroskopowe sporządzane są najczęściej w kropli wody, którą umieszcza się na szkiełku podstawowymszkiełku podstawowym i przykrywa szkiełkiem nakrywkowymszkiełkiem nakrywkowym.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Animacja przedstawia kolejne etapy przygotowania preparatu mikroskopowego. Zaczyna się od umieszczenia kropli wody na szkiełku podstawowym, a kończy na prawidłowym sposobie trzymania szkiełka.
Wyjaśnij, dlaczego dwie osoby, które prowadzą na zmianę obserwacje przy użyciu tego samego mikroskopu, za każdym razem muszą ustawiać na nowo ostrość obrazu.
Obiekty obserwowane przez mikroskop często są bezbarwne, przez to zaś – słabo widoczne, dlatego większość preparatów trwałych jest barwiona. Przy odpowiednim barwieniu skrawek białej tkanki chrzęstnej w preparacie trwałym jest malinowy, z kolei białe ciałka krwi są fioletowe.
6. Dokumentowanie obserwacji mikroskopowej
Dokumentowanie obserwacji mikroskopowej polega na zapisaniu jej wyników. Obserwowane obiekty można fotografować za pomocą odpowiednio wyposażonego mikroskopu lub wykonać odręczne rysunki. Poprawnie wykonany szkic pomaga zrozumieć budowę obserwowanego obiektu.
Rysunek i jego opis wykonaj odręcznie w trakcie przeprowadzania obserwacji mikroskopowej. Użyj do tego dobrze zaostrzonego ołówka.
Nie otaczaj rysunku okręgami imitującymi pole widzenia.
Rysuj, używając linii ciągłej, czystej. Nie cieniuj.
Rysując, odwzoruj wiernie kształt i proporcje obserwowanego obiektu.
Opisz rysunek, prowadząc linie proste od obiektu do jego nazwy.
Nadaj rysunkowi tytuł i umieść go pod rysunkiem. Uwzględnij skalę powiększenia.
Rysunek powinien zająć pół strony zeszytu.
Tomek, obserwując przez mikroskop literę wyciętą z gazety, widział przesłaniające ją, idealnie okrągłe pierścienie o grubych „ścianach”. Wyjaśnij ich obecność.
Co Tomek powinien sprawdzić: czystość szkieł mikroskopu, czystość szkieł preparatu, obecność zanieczyszczeń w wodzie, obecność pęcherzyków powietrza między szkiełkiem podstawowym a szkiełkiem nakrywkowym?
Podsumowanie
Lupa i binokular służą do obserwacji szczegółów budowy organizmów bardzo małych, ale jeszcze widocznych gołym okiem.
Mikroskop optyczny służy do obserwacji niewidocznych okiem nieuzbrojonym organizmów jednokomórkowych i szczegółów budowy wewnętrznej organizmów wielokomórkowych.
Mikroskopy elektronowe pozwalają uzyskać największe powiększenia.
1. Porównaj cechy obrazów otrzymanych za pomocą lupy i mikroskopu świetlnego.
2. Opisz drogę światła w mikroskopie i wyjaśnij, dlaczego obserwowany obiekt musi być bardzo cienki.
3. Wymień kolejno czynności, jakie należy wykonać, aby przygotować świeży preparat mikroskopowy.
Słowniczek
inaczej mikroskop stereoskopowy; przyrząd optyczny do obserwacji obuocznej
przyrząd optyczny zbudowany z jednej soczewki, służący do bezpośredniej obserwacji drobnych, blisko położonych przedmiotów; tworzy obraz prosty i powiększony
przyrząd służący do uzyskiwania wielokrotnie powiększonych obrazów struktur niewidocznych gołym okiem; wykorzystuje światło widzialne przechodzące przez preparat lub padające na niego
materiał przygotowany do obserwacji pod mikroskopem
cienkie szkiełko nakładane na obiekt przeznaczony do obserwacji pod mikroskopem
prostokątne szkiełko, na które nakłada się materiał przeznaczony do obserwacji mikroskopowej
Zadania
Zaznacz poprawne dokończenie zdania. Zdolność rozdzielcza oka ludzkiego pozwala obserwować bez przyrządów powiększających obiekty nie mniejsze niż
- 0,1 mm.
- 0,01 mm.
- 0,001 mm.
Przyporządkuj nazwy elementów mikroskopu do właściwej grupy.
rewolwer, obiektyw, tubus, stolik, śruba mikrometryczna, kondensor, żródło światła, okular, statyw, śruba makrometryczna
| Elementy optyczne | |
|---|---|
| Elelmenty mechaniczne |
Uporządkuj etapy obserwacji mikroskopowej. Pierwszą z czynności umieść na górze, a kolejne pod nią.
- regulacja ostrości obrazu śrubą mikrometryczną
- obserwacja preparatu
- ustawienie obiektywu o najmniejszym powiększeniu
- regulacja ostrości obrazu śrubą makrometryczną
- umieszczenie preparatu na stoliku mikroskopu
- ustawienie oświetlenia mikroskopu
Oceń zgodność poniższych zapisów z zasadami wykonywania rysunku na podstawie obserwacji mikroskopowej. Jeśli polecenia są zgodne z zasadami, zaznacz odpowiedź Prawda, a jeśli nie – Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Rysunek wykonaj po zakończeniu obserwacji mikroskopowej. | □ | □ |
| Pokoloruj rysunek. | □ | □ |
| Otocz rysunek kołem imitującym obraz spod mikroskopu. | □ | □ |
| Linie powinny być ciągłe, a rysunek pozbawiony cieniowania. | □ | □ |
| Wiernie odwzoruj kształt obiektu. | □ | □ |