Mikroskope
Die wonders van die  verborge wêrelde

Die een of ander tyd in die gryse, onbekende verlede moet iemand ’n stuk kristal opgetel het wat in die middel dikker as aan die kante was... en opgemerk het dat voorwerpe groter lyk wanneer hy deur die kristal daarna loer. Maar eers eeue der eeue daarna het die verstommende “vlooiglase” gevolg wat vlooie en ander goggatjies byna tien keer groter laat lyk het. En toe, op ’n dag, kyk ’n vernuftige lensslyper na die wemelende lewensvorms in ’n enkele druppel water. Wat ’n ontdekking!
 

BO: ’n Moderne samegestelde ligmikroskoop en sy dele.
 

S

TEL jou voor daar’s ’n knobbeltjie aan jou toon wat jou hinder. Maar jy het nog nooit gedink om oor só ’n kleinigheidjie dokter toe te hardloop nie. Gelukkig kry jy ’n mikroskoop present vir jou verjaardag—en op ’n dag besluit jy dit kan geen skade doen om te kyk wat daar onder by jou voet aangaan nie.

Versigtig skuif jy die gewraakte knoppie onder die lense in en dan kyk jy. Jy staan omtrent dubbel gevou en sal beslis vir ’n iemand wat jou nou hier betrap soos ’n kontorsionis of ’n komieklike liggaamsverwinger uit die een of ander sirkus lyk.

Mikroskoop uit die middel-1800's“Dis ’n stukkie metaal!” besef jy verbaas ná ’n kortstondige observasie, “ ’n klein stukkie metaal sit sowaar in my toon vas en 'n piepklein puntjie daarvan beur duidelik na buite deur my vel!” Dan eers onthou jy die keer toe ’n skoot bokhael jou rakelings gemis het. Jy was saam met jou pa op ’n jagtog, en jy kon destyds dalk tóg deur ’n verdwaalde stukkie lood getref gewees het...

Stuitige vertellinkie ofte nie, die voorafgaande passasie illustreer die onbetwiste waarde van die mikroskoop in ons lewens so goed as enige ander, want is daar nie duisende dinge in die wêreld rondom ons is wat gedurig aan mikroskopiese ondersoeke onderwerp word nie?

Monsters van die ingemaakte kosse wat ons eet, word gereeld onder mikroskope bekyk om te sien of hulle nie skadelike organismes bevat nie. Bloed, spierweefsels, uitwerpsels, ensovoorts word dag en nag deur medici mikroskopies beloer. Selfs metaalallooie beland onder mikroskope indien daar byvoorbeeld twyfel oor hul breekkrag bestaan. En op baie ander terreine in die uitgebreide fabriekswese is mikroskope ewe onontbeerlik.

Maar wanneer het die mensdom dan deur mikroskope begin kyk, kan jy dalk wonder. Om die waarheid te sê dit was maar eers ’n klompie eeue gelede. En toe het ’n hele wêreld binne-in ’n wêreld vir die mens begin oopgaan...

IN die tydperk in die wêreldgeskiedenis wat as die Renaissance bekend staan en wat op die “donker” Middeleeue gevolg het, het allerhande nuwe uitvindsels soos die drukkuns en buskruit die lig gesien. Nog ’n belangrike uitvindsel was die skeepskompas. Welbeskou was dit dié einste eenvoudige toestelletjie wat meegebring het dat daar vandag soveel mense van Europese herkoms in Suid-Afrika is!

’n Ewe merkwaardige apparaat wat danksy die “herlewing van geleerdheid” in Europa ontwikkel het, is die reeds genoemde mikroskoop. Soos almal weet, is die mikroskoop ’n instrument wat die menslike oog in staat stel om vergrote beelde van piepklein voorwerpe waar te neem. Dit word deur middel van ’n lens of ’n kombinasie van lense gedoen.

Lank voordat hierdie instrument egter nog uitgevind is—in die newelrige, onopgetekende verlede—moet iemand reeds ’n stuk kristal opgetel het wat in die middel dikker as aan die kante was. Hy moet deur die kristal gekyk en tot sy verbasing gevind het dat voorwerpe daardeur groter lyk. Hy, of iemand anders, sou stellig ook agtergekom het dat só ’n kristal die son se strale op ’n brandpunt saamtrek en dinge soos gras, ’n stuk perkament of ’n stuk kleremateriaal kon laat vlam vat.

Vergroters en “brandglase”  of “vergrootglase” word wel vermeld in die geskrifte van Seneca en Plinius die Ouere, twee Romeinse filosowe van die eerste eeu n.C., maar is blykbaar nie veel gebruik totdat brilglase teen die einde van die dertiende eeu uitgevind is nie.

En die brilglase is toe lense genoem—glo omdat hulle soos die saad van die lensie gevorm is. (Die lensie, vir die weiniges wat dit straks nie weet nie, is daardie bekende eetbare peulplant van die ertjiefamilie waarvan Ma so ’n lekker sop maak.)

LensiesREGS: Lensies oftewel saad van die lensieplant (Lens culinaris).
 

Die eerste eenvoudige mikroskoop was maar net ’n buis met ’n plaat vir die voorwerp aan die een punt en ’n lens aan die ander punt wat die voorwerp minder as tien keer vergroot het. Mense het stom-verwonderd na vergrote vlooie en ander goggatjies gekyk en die instrumente “vlooiglase” genoem.

Omstreeks 1590 het twee Nederlandse brilmakers, Zaccharias Janssen en sy seun Hans, met verskeie lense in ’n buis geëksperimenteer en ontdek dat dit nabygeleë voorwerpe in werklikheid baie vergroot. Hul lensbuis was die voorloper van die samegestelde mikroskoop, asook van die teleskoop. In 1609 het die Italiaanse fisikus en sterrekundige Galileo Galilei van hierdie vroeë eksperimente te hore gekom en die beginsels van lense uitgewerk. Hy het toe ’n veel beter instrument gemaak wat boonop ’n fokusseertoestel gehad het.

DIE vader van mikroskopie, of die leer van mikroskope, was die Nederlander Antoni van Leeuwenhoek (1632—1723). Hy het begin as ’n vakleerling in ’n winkel vir droë ware waar vergrootglase gebruik is om die drade in kleremateriaal te tel. Hy het homself nuwe metodes geleer om besonder klein lense met groot krommings te slyp en te poleer en daarmee vergrotings van tot 270 keer die ware grootte verkry. Só iets was in sy tyd ongekend.

Antoni van LeeuwenhoekVan Leeuwenhoek is vandag beroemd vir die mikroskope wat hy daarna gebou en die biologiese ontdekkings wat hy gedoen het. Hy was die eerste mens wat wonderbaarlike dinge soos bakterieë, gisplantjies en die wemelende lewensvorms in ’n enkele druppel water gesien het. Hy het ook waargeneem hoe die rooi bloedliggaampies deur die haarbuise van ’n konyn se oor en die web van ’n paddapoot sirkuleer.

Trouens, in sy lang lewe het Van Leeuwenhoek sy lense gebruik om baanbrekerswerk met verstommend baie dinge, lewend en nie-lewend, te doen. In meer as honderd briewe het hy hieroor aan die Royal Society in Engeland en die Franse Akademie verslag gedoen.

Robert Hooke (1635-1703), ’n Engelse wetenskaplike wat veral bekend is vir sy navorsing oor elastisiteit, het hom ook in die mikroskopie onderskei en Van Leeuwenhoek se ontdekkings oor piepklein organismes in ’n druppel water bevestig. Hooke het Van Leeuwenhoek se mikroskoop nagemaak en toe daarop verbeter.

Hierna was daar weinig verbeterings aan mikroskope tot die middel van die 1800’s. Toe het verskeie Europese lande gesofistikeerde optiese toerusting begin vervaardig, maar geen van dié was voortrefliker as die wonderbaarlike instrumente van die Amerikaner Charles A. Spencer, wat ’n hele bedryf daarmee gevestig het nie. Vandag se optiese mikroskope kan tot 1250 keer onder gewone lig vergroot.

Maar die optiese mikroskoop het sy fisiese beperkinge. Selfs een met volmaakte lense kan met perfekte beligting eenvoudig nie gebruik word om tussen voorwerpe te onderskei wat kleiner as die helfte van die golflengte van lig is nie. Wit lig het ’n gemiddelde golflengte van 0,55 mikrometer en die helfte daarvan is 0,275 mikrometer. (Een mikrometer is ’n duisendste van ’n millimeter. ’n Mikrometer word ook ’n mikron genoem.)

Enige twee lyne wat nader as 0,275 mikrometer van mekaar is, sal as ’n enkele lyn gesien word en enige voorwerp met ’n deursnee minder as 0,275 mikrometer sal onsigbaar wees of ten beste soos ’n onduidelike vlekkie lyk. Om dus die piepkleinste deeltjies onder ’n mikroskoop te bekyk, sou wetenskaplikes heeltemal van lig moes vergeet en ’n ander soort “beligting” gebruik, een met ’n korter golflengte.

DIE koms van die elektronmikroskoop in die 1930’s het hierdie behoefte bevredig. Die Duitsers Max Knott en Ernst Ruska het dit in 1931 gesamentlik uitgevind. In hierdie soort mikroskoop word elektrone in ’n lugleegte versnel totdat die golflengte uiters kort is—slegs een honderdduisendste van dié van wit lig. Strale van hierdie vinnig bewegende elektrone word op ’n selmonster gekonsentreer en word deur die sel se dele geabsorbeer of versprei om sodoende ’n beeld op ’n elektron-sensitiewe fotografiese plaat of TV-skerm te vorm.

(Elektrone is ontsettend klein atoomdeeltjies—negatief gelaaide massadeeltjies wat uiters lig is en, sê maar, soos planeetjies om ’n son om die kern van die atoom beweeg.)

As dit ’n bietjie ingewikkel klink, hier is ’n ander verduideliking: Die elektronmikroskoop konsentreer ’n straal van onsigbare deeltjies genaamd elektrone op die oppervlak van die voorwerp wat bestudeer word. Dan versamel dit die elektrone wat terugkaats. Die mikroskoop skakel hierdie elektrone in 'n swart-wit beeld op ’n TV-skerm om. Wetenskaplikes kan daarna ’n foto daarvan neem en kleur byvoeg om dit meer realisties te laat lyk.

Die eerste soort elektronmikroskoop wat ontwikkel is, is die transmissie-elektronmikroskoop (TEM) genoem. Die eerste skandeer-elektronmikroskoop (SEM) het in 1942 sy verskyning gemaak en die eerste kommersiële instrumente het in 1965 in gebruik gekom. Die ontwikkeling is vertraag vanweë die ingewikkelde elektronika wat nodig is om ’n voorwerp met die elektronstraal te “skandeer”.

 Elektronmikroskope

’n Elektronmikroskoop kan ’n voorwerp so duidelik toon dat dit driedimensonaal lyk, en die heel beste elektronmikroskope maak dit vir ons moontlik om voorwerpe so klein as die deursnee van ’n atoom te sien. Die meeste elektronmikroskope wat in biologiese ondersoeke gebruik word, kan egter nie atome sigbaar maak nie, hoewel hulle tog kan onderskei tussen individuele molekules wat van biologiese waarde is. Hulle kan in der waarheid voorwerpe ’n ontsaglike een miljoen keer vergroot.

Dis terloops interessant dat selfs doodgewone korreltjies stuifmeel die allervreemdste vorms onder die elektronmikroskoop aanneem—en vir elke plant is daar ’n ander patroon. Party stuifmeelkorrels is so vol stekels dat dit nie vreemd lyk dat hulle die neuse van die arme hooikoorslyers so verskriklik kasty nie.

Nogtans het alle elektronmikroskope een ernstige nadeel. Omdat geen lewende ding kan bly lewe in die geweldige lugleegte waarin hulle fisies opereer nie, kan hulle ons nie die gedurig veranderende bewegings in ’n lewende sel toon nie.

Bloedklont in aar 
 

REGS: 'n Bloedklont in 'n aar
meer as vierduisend keer vergroot. (Die rooi kleur is nie op die oorspronklike swart-wit foto nie, maar is kunsmatig aangebring.)
  

  
Ebola-virus
REGS: ’n Elektronmikrograaf van die ebola-virus, die verwekker van Afrika- hemoragiese koors. In 1976 het ebola 340 lewens in die Demokratiese Republiek van die Kongo (Zaire) en Wes-Soedan geëis. Ebola is vermoedelik inheems in Afrika en is een van vier virusse, sover bekend, wat hemoragiese koors veroorsaak.

Foto: CDC / Dr. Fred Murphy
   

Stofkorreltje

LINKS: ’n Skandeer-elektronmikroskoop se “siening” van ’n korreltjie stof (Engels “dust”), wat hoofsaaklik uit silikon-suurstof-minerale bestaan.

Foto: Hua Xin, Ph.D., Arizona-staatsuniversiteit / Met vergunning US National Science Foundation

DEUR ’n instrument te gebruik wat so groot soos die palm van sy hand was, kon Antoni van Leeuwenhoek destyds die bewegings van eensellige organismes bestudeer. Moderne nakomelinge van Van Leeuwenhoek se optiese mikroskoop kan so lank soos ’n langerige man wees, maar hulle bly onontbeerlik vir selbioloë. Anders as elektronmikroskope stel optiese mikroskope immers die gebruiker in staat om wel lewende selle in aksie te sien.

Die grootste uitdaging sover dit optiese mikroskope aangaan, was sedert Van Leeuwenhoek se tyd om die kontras tussen bleek selle en hul nog bleker omgewings te vergroot sodat selstrukture en beweging makliker gesien kan word. Om dit te kan doen is vindingryke strategieë bedink waarin daar van videokameras, gepolariseerde lig, rekenaars en ander tegnieke gebruik gemaak word. Dit het reeds tot ontsaglike verbeterings in kontras gelei, wat besig is om ’n renaissance in optiese mikroskopie teweeg te bring.

Ja-nee, die fassinerende mikro-wêreld is hoeka ’n makro-studierigting.


In drie dimensies: ’n elektronmikroskopiese beeld van ’n myt

Elektronmikroskopiese beeld van ’n myt

BO: In drie dimensies—’n elektronmikroskopiese beeld van ’n myt. Om die beeld in 3D te sien: kyk skeel, ontspan jou visie totdat jy drie beelde sien, en stel dan jou fokus in op die middelste van die drie beelde. Die myt is ’n sogenaamde geel myt (Lorryia formosa) wat regoor die wêreld op sitrusplante aangetref word en oorspronklik in Marokko, in Noord-Afrika, gevind is. Dit is in 1958 die eerste keer beskryf, en dit word as ’n sitrusplaag beskou. Die grieselige verteenwoordiger van die spesie op die mikrograaf hierbo is tussen sekere swamme afgeneem.

Krediet: Eric Erbe / ARS / USDA (digitale verkleuring deur MSKARG)
  


Klik hier om terug te keer na die inhoudsblad