Строго говоря, ДНК было открыто еще в XIX веке Фридрихом Мишером. Однако в ту пору молодой швейцарский ученый не понял ценности своего открытия, того, что обнаруженная им структура несет полную информацию о живых объектах. В деталях разобрались уже позже. В 1953 году английским ученым Уотсону и Крику удалось разобраться в структуре молекулы ДНК и понять, что в ней зашифрована информация, которая может передаваться по наследству . Большой вклад в открытие внесла и Розалин Франклин, чьи работы и фотографии ДНК помогли Уотсону и Крику закончить свой труд. Открытие ДНК оказало огромное влияние на естественнонаучные дисциплины. Изучение вирусов и бактерий, выведение культур, с которых можно получить больший урожай , получение лекарств, лечение многих заболеваний, понимание ряда эволюционных процессов – после расшифровки ДНК перед учеными открылись новые горизонты.
Это значительно снижает фотообесцвечивание и цитотоксичность из-за возбуждения флюидов вне опрошенной фокальной плоскости. Во-вторых, длинные волны, используемые для возбуждения, рассеиваются меньше, когда они проходят через образец, что позволяет улучшить изображение в более глубоких тканях. Наконец, поскольку местоположение излучаемых фотонов определяется положением фокального пятна, пространственная фильтрация с апертурой в пути изображения не требуется. Фактически, все, что имеет значение, - это когда собираются фотоны, а не там, где они собраны.
Уотсон организовал проект «Геном человека», занимающийся определением последовательности нуклеотидов в человеческом геноме. Также Уотсон стал первым человеком, чью ДНК расшифровали.
Бессмертие
Вечная жизнь давно занимала умы людей, но лишь в XX веке в биологии были сделаны первые шаги по изучению того, чем же является смерть, и существуют ли способы отсрочить или и вовсе предотвратить это событие. Сидней Бреннер впервые высказал предположение о том, что клетки генетически запрограммированы на смерть . В ходе своей работы он выделил и первый ген, который запускает разрушение клеточной структуры. Позже другой ученый Роберт Горвиц сумел обнаружить еще два гена, приводящих к самоубийству клетки, а также ген, препятствующий этому. В XXI веке работа в этом направлении продолжается. Ученые надеются, что дальнейшая расшифровка генома окончательно прольет свет на механизмы старения и смерти и позволит управлять этими процессами.
Таким образом, даже очень рассеянные фотоны могут быть обнаружены и использованы для создания изображения, что значительно увеличивает чувствительность изображения. Оптическое секционирование также может быть достигнуто вычислительно системами, которые приобретают изображения из нескольких фокальных плоскостей или с несколькими шаблонами освещения, в сочетании с обработкой сложными алгоритмами. Эти системы более чувствительны, чем конфокальные микроскопы, потому что ни один свет не выбрасывается физическим фильтром, но если они не связаны с массивами процессоров, они не обеспечивают разрешенных изображений в реальном времени, ограничивая их использование в приложениях, которые требуют немедленной обратной связи с наблюдателем.
В 2002 году за свои открытия Сидней Бреннер получил Нобелевскую премию.
Стволовые клетки
Хотя сам термин «стволовая клетка» родился в начале XX века, ученые обратили на них пристальное внимание лишь в девяностые годы. Стволовые клетки обладают важным свойством – они способны превращаться в любой другой вид клеток. При трансплантации главная проблема состоит в том, чтобы найти совместимый орган, который после пересадки все равно может быть отторгнут организмом. Использование стволовых клеток решит эту проблему, ведь новое сердце или почки могут быть выращены из клеток пациента. Приживется такой орган идеально.
Поскольку вычислительная мощность исторически растет экспоненциально, ожидается, что вскоре эти системы достигнут производительности в реальном времени по разумной цене. Кроме того, при визуализации толстых образцов захваченный объем может включать в себя существенный сигнал из-за объема, значительно уменьшая сигнал до фона.
Технология светового листа обеспечивает одно из новейших средств получения оптических секций с использованием флуоресцентных зондов. При визуализации с легким листом энергия возбуждения обеспечивается под прямым углом к оси формирования изображения, как правило, путем сканирования лазерного луча через объектив для получения листа света на определенной плоскости через образец. Флюорофоры выше и ниже плоскости светового листа не возбуждаются, образуя оптический разрез. Светометная микроскопия была успешно использована для создания трехмерных изображений развивающихся млекопитающих, насекомых и рыбных эмбрионов, в то же время подвергая их свету на два-три порядка ниже уровня обычной и конфокальной визуализации.
Для познания функциониро-вания организмов животных и человека огромное значение имели эксперименты И. П. Павлова в области физиологии высшей нерв-ной деятельности. Учёный изучал процесс взаимодействия живых организмов и внешней среды, реакция на влияние которой осу-ществляется через условные и безусловные рефлексы.
В 1920—1930-х гг. были проведены исследования, позволившие выделить из человеческого организма в чистом виде ферменты и витамины , а затем воспроизвести их химическим путём. Благодаря этому удаётся спасать людей от ряда болезней. Были получены принципиально новые лекарства — антибиотики , которые обладают свойством разрушать опасные для человека микроорганизмы. В го-ды Второй мировой войны антибиотики (особенно выделенный из плесени пенициллин ) и синтезированные химические лекарства с аналогичными свойствами (стрептоцид и неорганические суль-фиды ) спасли жизни сотен тысяч людей. Быстро развивалось вак-цинирование от разных болезней: кори, полиомиелита, проказы и т. д.
Световод на основе изображений арабидопсидских сеянцев. Просмотр центральных компонентов лазерного флуоресцентного микроскопа с цифровым сканирующим лазерным лучом. Система освещения возбуждает флуорофоры в тонком плоском объеме путем быстрого сканирования гауссова лазерного луча в микрометре внутри образца. Флуоресценция собирается под прямым углом к освещенной плоскости с помощью системы обнаружения. Плоский объем возбуждения и фокальная плоскость системы обнаружения перекрываются.
Крупный план камеры для образцов. Корень растения растет на поверхности цилиндра Фитагеля, погруженного в культуральную среду, а его листья находятся в воздухе. Камера оснащена системой перфузии, обменивающей весь объем камеры каждые 15 мин, и солнечной системой освещения, покрывающей листья растения сверху.
В начале XX в. в США сложилась научная школа биологов-генетиков, возглавлявшаяся Т. Х. Морганом . Ей принадлежит заслуга создания хромосомной теории наследственности . Было доказано, что передача наследственных признаков и изменение наследствен-ных свойств (мутация) происходят на генно-хромосомном уровне. Российский учёный Н. К. Кольцов первым выдвинул подтверждённую позднее гипотезу молекулярного строения хромосом . Эти открытия легли в основу научно обоснованного выведения новых сортов растений и видов животных. Генетик Н. И. Вави-лов был одним из создателей совре-менного учения о биологических ос-новах селекции . Он организовывал экспедиции в разные страны и собрал крупнейшую в мире коллекцию се-мян культурных растений. Материал с сайта
Вид сбоку двух типов держателей образцов, используемых для получения изображений. Корень растения превращается в 5% цилиндр Фитагеля. Исторически интенсивность и цвет были наиболее часто используемыми свойствами флуоресценции для биологического обнаружения. Флуоресценция имеет третье свойство, которое можно использовать: время его возбуждения. Время жизни возбужденного электрона чувствительно как к переходам, ведущим к флуоресценции, так и к безызлучательным процессам, таким как гашение и передача энергии другому фтору.
Пожизненная визуализация показала некоторое применение в биологии растений, но ее полный потенциал еще предстоит реализовать, отчасти потому, что такая аппаратура не является общедоступной для исследовательских лабораторий завода. Эта технология может обеспечить новые способы мониторинга процессов внутри растения и, возможно, в почве. Миниатюрные и легкие инструменты также могут обеспечивать переносимость и гибкое позиционирование, доводя микроскоп до образца и позволяя конфокальную визуализацию развертывать в неповрежденных взрослых растениях и на местах.
В 1940-х гг. учёные определили, что в генах находится дезоксири-бону-кле-иновая кислота (ДНК) , кото-рая является инфор-маци-онным но-сителем наследственных приз-наков. В 1950-х гг. англи-ча-нин Ф. Крик и американец Дж. Уотсон завершили создание модели ДНК , а вскоре уда-лось получить рентгенограммы молекулы ДНК и установить её структуру . В 1970-х гг. начала развиваться генная инженерия — целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. В конце XX в. английские учёные кло-нировали овцу (получившую имя Долли). В 2000 г. американские исследователи установили генетическую структуру вибриона холе-ры ; в лабораториях США и Англии расшифровали генетический код человека .
В то время как достижения в области детекторов и технологий сканирования отталкивают границы времени обнаружения, времени и низкой освещенности, захватывающий массив новых технологий разрушает барьер пространственного разрешения, установленный дифракцией, чтобы довести оптическое разрешение до значимых молекулярных масштабов. Известные различными акронимами, эти методы с высоким разрешением находятся в активной разработке и, как и все микроскопические технологии, имеют индивидуальные сильные и слабые стороны.
Стохастические методы, характеризуемые фотоактивированной локализационной микроскопией и стохастической оптической реконструктивной микроскопией, используют переходные состояния фторидов для точного определения отдельных зондов для достижения удивительно высоких разрешений, но для создания изображений путем последовательных раундов индивидуальной флуоресцентной активации и центроидного расчета требуется время. Это требование времени ограничивает применение динамических структур и делает метод чувствительным к стабильности образца и инструмента.
На протяжении столетия интенсивно развивалась психология . У истоков теории психоанализа , получившей широкое распростране-ние, стоял австрийский учёный З. Фрейд . Согласно его взглядам, ре-шающее значение в поведении людей имеют бессознательные моти-вации, которые возникают на основе накапливающихся переживаний и неисполнившихся желаний. Теория психоанализа используется как в культурологии и социальной психологии, так и в практической ме-дицине (лечение с помощью психоанализа). Если Фрейд и его после-дователи делали акцент на бессознательном, то российский учёный Л. С. Выготский основное внимание уделял изучению сознания . Им была основана крупная научная школа в психологии.
Стимулированная эмиссионная микроскопия разрушает дифракционный предел путем сканирования образца с местом возбуждения субдифракционного размера. Это пятно создается путем выборочного депопуляции возбужденных фторидов на краю пятна с использованием второго пучка в форме пончика. По мере увеличения мощности пучка депопуляции точка опроса может быть уменьшена до сколь угодно малого размера; однако практические ограничения на мощность пучка и целостность образцов сохраняют достижимые разрешения выше 5 нм и более реалистично в диапазоне от 20 до 40 нм.
Похожие статьи
