ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ - КРУПНЕЙШЕЕ ДОСТИЖЕНИЕ НАУКИ В ХХ ВЕКЕ

Уже в конце XIX века стало ясно, что световой (оптический) микроскоп практически исчерпал свои конструктивные и физические возможности. Получить на нем увеличение объектов более 2000 крат и, что наиболее существенно, разрешение менее 2000-3000 ангстрем невозможно. В это же время быстрое развитие электронной оптики показало, что наиболее перспективна электронная микроскопия, теоретически позволяющая достигать увеличения в десятки миллионов крат и разрешения до 0.1 ангстрема. Однако, воплощение этой идеи в конструкцию, способную устойчиво работать и давать электронное изображение с высоким разрешением потребовало более пятидесяти лет.

В 30-х годах ХХ века в Германии под руководством Эрнста Руска, в будущем лауреата Нобелевской премии, был сконструирован первый электронный микроскоп. В Советском Союзе почти одновременно была разработана и изготовлена модель электронного микроскопа под руководством академика А. А. Лебедева. Оба прибора оказались весьма громоздкими и сложными в эксплуатации. Достаточно надежные модели электронных микроскопов появились только в начале 60-х годов. К этому времени были разработаны методы и приборы по подготовке объектов к просмотру в электронном микроскопе. Особенно сложным оказалось получение ультратонких срезов, толщина которых должна была составлять 600-700 ангстрем (1А=10-7 мм).
Следует отметить, что к этому периоду на уровне светового микроскопа клетка была изучена довольно полно и казалось, что ничего принципиально нового уже получить нельзя. В 1951 г. академик А. И. Опарин писал, что "благодаря большому фактическому материалу ... может быть вполне реально поставлена задача построить, создать живые организмы". Уже первые электронно-микроскопические исследования клеток растений и животных показали, насколько беспочвенным было подобное заявление. Перед цитологами открылся совершенно новый, чрезвычайно сложный мир ультраструктурной организации клетки. Электронный микроскоп позволил исследователю проникнуть в субклеточный, а затем и субмолекулярный уровень организации живой материи.

Прежде всего была установлена определенная связь ультраструктуры клетки с ее функциональной нагрузкой. Так, наличие большого количества хлоропластов свидетельствует о фотосинтетической активности данной ткани, насыщенность цитоплазмы каналами гранулярного ретикулума и рибосомами - о синтезе белков, скопление митохондрий - о высоком энергетическом потенциале, структур аппарата Гольджи - о синтезе полисахаридов, идущих на построение клеточных стенок и т.д.

К концу ХХ века большинство клеток и тканей растений и животных в норме были хорошо изучены, составлены десятки атласов растительных и животных клеток и тканей, медицинских каталогов и т.д.
Однако, динамика ультраструктурных перестроек клеток при воздействии экстремальных факторов внешней среды, при различных стрессовых ситуациях, при проникновении в клетку ряда патогенов, в том числе вирусных и микроплазменных, во многом еще не изучены с достаточной степенью детальности. А именно ультраструктурные перестройки являются надежными диагностическими признаками состояния клеток.
Впервые о возможностях электронного микроскопа я прочел в журнале "Знание - сила", еще в 1940 году, когда учился в 4 классе средней школы. Не думал я тогда, что вот уже почти сорок лет отдам этому столь интересному и любимому мною направлению в биологической науке. Когда я увлекся электронной микроскопией репродуктивных структур хвойных древесных растений, подобных исследований были буквально единицы, а в Советском Союзе над этими проблемами вообще никто не работал. Лабораторию пришлось создавать, как говорится, на пустом месте. С огромными трудностями был получен отечественный Сумской электронный микроскоп, ультромикротом с ручным приводом (!). Необходимые реактивы, методические разработки мы получали от формирующихся тогда центров электронной микроскопии в Московском госуниверситете.

Институте физиологии растений АН СССР и некоторых других. Уже к 1967-1968 гг. в Институте леса Карельского филиала АН СССР, где я тогда работал, была организована и заработала лаборатория электронной микроскопии древесных растений.

Следует отметить, что мы не были одиночками. К нам обратились за помощью цитологи и дендрофизиологи Уфы, Красноярска, Воронежа, Прибалтики и других регионов страны. В 1972 г. в Петрозаводск приехал на стажировку В. Б. Скупченко, который в дальнейшем основал в Институте биологии Коми филиала АН СССР лабораторию (кабинет) электронной микроскопии. По материалам электронно-микроскопических исследований защищены аспирантами Института биологии 5 кандидатских диссертаций (Н. В. Ладанова, С. В. Загирова, В. М. Тарбаева, Н. Ф. Кузнецова), три докторских (В. М. Тарбаева, Н. В. Ладанова, В. Б. Скупченко), готовится четвертая - С. В. Загировой. В настоящее время две аспирантки - С. Плюснина и Т. Горохова уже освоили методы электронной микроскопии и собирают материал для кандидатских диссертаций.

Однако, работы эти могут в любой момент прерваться: имеющиеся в отделе микроскопы выработали свой ресурс и давно уже сняты с производства, ультрамикротом в единственном экземпляре уже доживает 27 год со дня производства! Оборудование это очень дорогое, но без него мы можем лишиться целого современного научного направления. Без помощи Президиумов Коми научного центра и Уральского отделения РАН эту проблему сам институт решить не сможет.

В заключение считаю необходимым выразить благодарность нашим операторам электронных микроскопов, "детям подземелья" - В. В. Алексееву и А. И. Патову, которые несмотря на большие трудности все же поддерживают в рабочем состоянии наши ветераны-микроскопы и дают продукцию высокого качества.

Г.н.с., д.б.н., проф. Г. М. Козубов