Под дулом электронного микроскопа побывали уже самые разные предметы: от цветов до теней. Поэтому эта публикация будет далека от IT-тематики, но, во-первых, думаю, она полезна с целью расширения кругозора, а, во-вторых, капля IT в ней всё-таки содержится – всего этого не было бы без столь бурного развития компьютерной техники и применения её в электронной микроскопии.

Со второй частью можно ознакомиться тут
Третья статья цикла находится тут
Четвертую часть читайте тут

Предисловие

Там внизу много места…
Ричард Фейнман, 1959 год.

Все фотографии получены с помощью сканирующего (ещё его называют растровым) электронного микроскопа с образцов без какой-либо пробоподготовки, то есть без напыления проводящего покрытия на образцы. Поэтому на микрофотографиях могу присутствовать некоторые артефакты. Например, зарядка провоцирует искажение прямолинейных участков на изображении и не позволяет снимать на больших увеличениях, заряженные области обычно более светлые и т.д. Однако, на мой взгляд, такая съёмка намного более интересна с точки зрения практики. Так для розы можно было наблюдать за «сдуванием» клеток, повреждённых электронным пучком, тогда как это было бы не возможно, если бы образец был «запылён» золотом.

«Бытовуха»

Начнём с простого и, как мне кажется, чуть менее интересного. Они бывают разного качества, разного цвета и исполнения, но мы пользуемся ими практически каждый день. Встречайте обычную салфетку:

На микрофотографии видны отдельные волокна, которые переплетены между собой и образуют, таким образом, единую массу.

Чем-то на салфетку похожа вата, правда, последняя состоит из «ниточек»:

Сети…

Теперь чуть сложнее – бритва известного производителя:

Лезвие бритвы и кусочки кожи на ней…

Так как нового лезвия на тот момент времени не нашлось, то фото делались с изрядно попользованного станка. На фотографиях отчётливо видны частицы кожи. Да-да, глубокоуважаемые дамы и господа, именно это накапливается в виде лёгкого, едва заметного белого налёта на Вашей бритве (может быть, после этого все перестанут бриться?!). Кстати, на изображениях кромки одного из лезвий, как мне кажется, есть покрытие. Говорят, что само лезвие покрывают тонким слоем гидрофобного вещества, что снижает коэффициент трения и, соответственно, раздражение.

Конечно, когда ещё научно-технический прогресс не добрался до наших кухонь, то многие из нас, имея дело с газовыми плитами, пользовались спичками. Кто-то применял их не совсем по назначению, например, сжигал спичку и съедал солоноватый остаток спичечной головки. Но не многие представляли, что таким образом лакомятся фактически «нанотехнологиями» (наночастицами, которые образуются после сгорания).

Микрофотографии спичечной головки до (слева) и после (справа) розжига

Надеюсь, что среди всех нас есть много представителей прекрасной половины человечества, которые частенько пользуются тенями, зачастую, конечно, в корыстных целях привлечения внимания сильной половины. Однако не думаю, что милые девушки задумывались, как на микроуровне выглядит то, что они так любят наносить на своё лицо:

Такие «блины» девушки каждое утро наносят на своё лицо, чтобы вечером смыть

А между тем, тени состоят из отдельных чешуек, толщиной от 100 нм, в чём легко убедиться:

На этом пока всё с бытовой частью, а теперь давайте перейдём из мира «неживых» предметов, в мир наших любимых цветов и животных.

Растения

Кто-то их проглатывает вместе с виноградинками, кто-то их старательно «вылавливает» и отделяет от мякоти, но, пожалуй, никто не видел их с такого ракурса – виноградные косточки:

Зародыш внутри виноградной косточки

Внутри царство семени: огромные шарообразные клетки, ждущие своего часа, чтобы начать делиться, размножаться и, в конечном счёте, превратиться в виноградную лозу с новой гроздью винограда. Но для этого им нужна надёжная защита в виде своеобразной оболочки, «скорлупы»:

Заметьте, клетки оболочки более грубые: они вытянуты перпендикулярно поверхности оболочки и выпирают своими острыми углами из косточки, словно стражники, готовые при благоприятном стечении обстоятельств открыть путь воде внутрь для рождения новой жизни:

Стража семени, заключённого внутри виноградной косточки

Кто-нибудь помнит, как выглядит фиалка?! Это такие синенькие цветы, слегка мохнатые и от того очень-очень мягкие. А всё потому, что на поверхности некоторые клетки пустили отросты:

Семейная пара на поверхности цветка фиалки выясняет отношения…

А вся остальная поверхность – бесчисленное множество обычных клеток:

Вообще условия для органических объектов внутри электронного микроскопа не самые лучшие: высокий вакуум, высушивающий всё без остатка, сильное электрическое поле и локальный разогрев под электронным пучком. Последнее, кстати, хорошо демонстрирует правый нижний рисунок. Пока я «наводился» (подгонял фокус, астигматизм), то есть электронный пучок много раз пробегал по одному и тому же довольно маленькому участку поверхности, он сделал клетке больно…

Хотя и без этого, по совокупности факторов, биологические объекты внутри электронного микроскопа долго не живут:

Вполне здоровые, живые (слева) и повреждённые, умирающие (справа) клетки

Пожалуй, стоило поместить эти микрофотографии где-то в начале, ибо именно с них, а точнее с шутки: «А давайте поснимаем розу!» — начались все представленные здесь работы:

Лепесток розы: ищешь ответы снаружи, а ответы внутри…

Роза просто прекрасна. Она – редкий пример сочетания внутренней и внешней красоты. Посмотрите, как разительно отличается поверхность фиалки и розы. У фиалки – гладкие клетки, а у розы – шершавые. С этим связано одно интересно свойство листа розы. Если у фиалки (думаю, из-за приспособленности к высокогорному и умеренному климату) поверхность цветка «собирает» воду, то роза – её отталкивает, очищая поверхность. И эти шероховатости играют ключевую роль в таком поведении цветка розы. Воздух задерживается в складках, создавая дополнительные границы раздела вода-воздух, делая поверхность более гидрофобной, чем она есть на самом деле. Такое явление получило называние эффект Лотоса, который сегодня находит всё более и более широкое применение (например, самоочищающиеся краски, автомобильные не запотевающие стёкла и т.д.).

А вот гербера с красивыми большими и яркими цветками:

Скромная и непритязательная гербера

А внутри – сама скромность. Даже как-то и не интересно обсуждать, но давайте сравним…

Герберу с «зимней» астрой (так мне её представили, но, полагаю, более правильно называть её альпийской астрой). Вроде бы лепестки цветков похожи, да и строение цветков чем-то напоминает друг друга (всё-таки к одному семейству относятся), а на самом деле:

Астра похоже больше на розу, чем на своего ближайшего родственника — герберу

Единственное сходство – продолговатые клетки. Я бы даже сказал, что астра больше напоминает цветок розы, только клетки более вытянуты вдоль самого лепестка. К тому же, место крепления такого лепестка к самому соцветию выглядит интригующе:

А тут уже гладкие клетки. Согласитесь, забавно?!

И я думаю, что эти «крючки» – клетки, выступающие из стебельков – даны Природой этому растению не спроста, может кто-нибудь придумает для чего?

Следующее комнатное растение должна любить слабая половина аудитории – спатифиллум или в простонародье «Женское счастье».

Вроде бы ничего интересного. Но дыхательные поры в цветке совершенно удивительны:

Дыхательные поры

Так как растение я застал врасплох: оно только-только хотело сбросить свой цветок вместе с семенами. Кстати, возможно мусор на предыдущих изображениях обусловлен именно умиранием цветка и начавшимся разложением, то есть пожиранием цветка различными микроорганизмами. Итак, семена, а точнее одно единственное «семечко»

Семя спатифиллума – кругом клетки

Даже не знаю, к чему отнести эти маленькие частицы, найденные в месте крепления семени к растению (может какие-то остатки пыльцы?!):

И напоследок немного о животных, а точнее об их внешнем покрове – волосах да перьях…

Животные

Начнём с некоторой банальщины – волосяного покрова человека (пришлось пожертвовать из бороды):

Волос полностью не помещался в отведённое ему место, пришлось подрезать…

Конечно, все мы, как минимум, в рекламе видели, что волос имеет чешуйчатую структуру (на верхнем фото это хорошо видно), но абсолютно немногие видели волос в разрезе… Так или почти так выглядят наши волосы после похода к парикмахеру. Если будет интересно, то о частях человеческого тела в цвете можно посмотреть тут – много красивых СЭМ-микрофтографий.

Одна моя знакомая решила завести волнистого попугайчика, и когда я пришёл к ней, чтобы показать фотографии розочки, мне немедленно было вручено перо, только что выброшенное из своего организма самим попугаем то ли из крыла, то ли из хвоста. Но это и понятно, обратите внимание на количество микроорганизмов и прочей гадости в пухе:

Микрофотографии пуха волнистого попугайчика ближе к основанию пера

Хотя основная часть пера (остевая) сохранилась в прекрасном виде. Посмотрите, как идеально уложены «волоски» в пере – это всё ради того, чтобы птицы могли летать и маневрировать в воздухе, чтобы их крылья не были решетом для воздуха, ну и, конечно же, в этом есть и своя эстетическая функция:

Остевая часть пера волнистого попугайчика

Ну а когда об этих фотографиях узнала одна из научных сотрудников нашей лаборатории в МГУ, то мне на растерзание отдали небольшое перо павлина. Видимо, оно когда-то принадлежало молодой особи, так как в длину было не более 10–15 см.

Начнём, как и в случае с попугайчиком, с «подшёрстка», в котором так же живут микроорганизмы. К сожалению, в тот момент рядом не было Войцеховского, жаждавшего увидеть бегающих «зелёных человечков» по поверхности биологических образцов. Вот они, правда, не бегают, а просто присосались к волоскам пуха:

И ещё немножко микрофотографий пуха, точнее той части волосиков, которая удалена от остова пера:

Как будто «волоски» вставлены один в другой

Основная же часть пера выглядит так:

Здесь широкие уплощённые «волоски» уложены друг на друга внахлёст, что обеспечивает монолитность пера, меньшую проницаемость для воздуха и его красоту, как в битвах между самцами, так и во взаимоотношениях с представителями противоположного пола.

Но и это ещё не всё. Если сравнивать с волнистым попугайчиком, у которого волоски короткие (порядка 100 мкм в длину) и жёсткие и не имеют зацеплений друг с другом, то в пере павлина такие волоски более длинные (до 300–500 мкм в длину) и, соответственно, менее жёсткие. И чтобы они не спутывались при носке такого шикарного перьевого костюма, Природа придумала следующее:

Прародитель zip-lock, созданный Природой

Отдельные волоски сцеплены на окончаниях между собой и ещё с помощью таких приспособлений могут сцеплять с соседними перьями и т.д.

И последнее, волоски внутри пера имеют интересную структуру с уширениями и утоньшениями вдоль одного волоска. Это определяет переливчатую окраску, игру цвета и блеск на солнце пера павлина:

За игру света пера павлина ответственны именно такие утолщения отдельных волосков

Ещё про структуру перьев можно почитать тут.