Ученый сделал открытие, посмотрев на мир глазами морских гребешков  

Что будет, если посмотреть в телескоп с другой стороны? Неужто он станет работать как микроскоп? Нет. Но идея интересная, подумали ученые из Гарварда, и изобрели новый оптический прибор, который позволяет рассматривать миниатюрные объекты, плавающие в любом типе жидкости, даже внутри прозрачных органов.

Идея принадлежит молекулярному биологу Фабиану Фойгту. Она пришла ему в голову после прочтения книги о зрении животных. Часть ее была посвящена уникальной анатомии морских гребешков. У них, в отличие от большинства животных, которые с помощью сетчатки воспринимают зрительные сигналы, мантия покрыта сотнями крошечных голубых точек, и каждая из них содержит подобие изогнутого зеркала на задней стороне. Луч света, проходя через линзу каждого «глаза», отражается обратно на фоторецепторы зрительных анализаторов, тем самым фиксируя полученный световой сигнал.

а) «Глаза» морских гребешков; б) Сегментированное зеркало в «глазу» морского гребешка Фото: © Rachael Norris and Marina Freudzon / Mayscallop / PD; © Benjamin A. Palmer et al / Science 2017

Давнее увлечение Фойгта астрономией натолкнуло его на мысль о том, что устройство зрения морских гребешков отдаленно похоже на телескоп Шмидта, изобретенный около века назад. Биолог понял, что если зеркало сделать поменьше и использовать лазеры в качестве источника света, а пространство между зеркалом и детектором заполнить жидкостью для минимизации рассеивания, то такую конструкцию можно будет разместить внутри микроскопа.

Космический пример

Космический телескоп «Кеплер», который около девяти лети работал на орбите Земли, использовал подобный подход, собирая свет от далеких экзопланет. Одной из его задач был поиск второй Земли. Около пяти лет назад «Кеплер» перестал работать из-за того, что закончилось топливо, нужное для выполнения необходимых операций. Всего он помог разглядеть около 2600 планет за пределами Солнечной системы.

Матрица телескопа «Кеплер» Фото: © Dr. David Koch, Kepler Deputy Principal Investigator / National Space Agency / PD

 

В новом микроскопе свет поступает сверху и проходит через изогнутую пластину, корректирующую кривизну зеркала, затем отражается от зеркала, попадает на образец и увеличивает его. Изобретение позволило ученым изучить крошечные структуры, например аксоны, которые соединяют нервные клетки мозга — нейроны — в единую сеть, а также отдельные белки. Размеры аксонов могут составлять десятки миллиметров в длину и лишь несколько нанометров в диаметре, что делает изучение и составление карты всего мозга (даже небольшого, как у мыши) непосильной и дорогостоящей задачей.

Кроме того, прибор позволяет опознавать молекулы РНК внутри клетки, а значит, и отслеживать, какие белки экспрессируются внутри нее.

Такой микроскоп может быть особенно полезен для изучения органов или целых организмов, например грызунов или эмбрионов, лишенных пигмента, то есть прозрачных. С его помощью исследователи уже рассматривали мышцы хвоста головастика, мозг мыши и куриные эмбрионы, о чем рассказали в журнале Nature Biotechnology. Изображения были такими же четкими, как если бы использовался обычный оптический микроскоп, несмотря на более простую конструкцию нового прибора.