Arbeitsblatt: Das Mikroskop

Das Mikroskop Bericht im Schwerpunktfach Biologie Gymnasium Juventus Zürich eingereicht bei Frau F. Schulthess vorgelegt von Vanessa Cakir Klasse TG 4 Zürich, März 2008 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung (Definition) 2. Zwei Typen 2.1 Lichtmikroskop 2.1.1 Geschichte 2.1.2 Prinzip und Technisches 2.1.3 Auswirkungen auf die Wissenschaft 2.2 Elektronenmikroskop 2.2.1 Geschichte 2.2.2 Prinzip und Technisches 2.2.3 Auswirkungen auf die Wissenschaft 3. Persönliche Wertung 4. Literaturverzeichnis 3 Einleitung (Definition) Ein Mikroskop ist ein optisches Instrument, das uns erlaubt Objekte vergrössert zu sehen. Es ist eines für die Wissenschaft sehr wichtiges Instrument, mit dem wir, für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbare Objekte und sogar innere Strukturen, sehen können. Zwei Typen Lichtmikroskop Geschichte Es wird vermutet, dass um das Jahr 1600 von den Brüdern Janssen, zwei holländischen Brillenmachern, durch Kombination von Linsen das erste Mikroskop konstruiert worden ist. Auch Galileo Galilei entwickelte 1609 das Occhiolino aus zwei verschieden gerundeten Linsen. Etwa sechzig Jahre später konstruierte Antoni van Leeuwenhoek einlinsige Mikroskope, die allerdings eine extreme Linsenkrümmung aufwiesen und somit effizienter waren. Er entdeckte dadurch die Einzeller und nach weiteren Untersuchungen beschrieb er die roten Blutkörperchen und die Spermien. Etwa zur gleichen Zeit stellte Robert Hooke mit einem weiterentwickelten Mikroskop die ersten Forschungen in der Zellbiologie an. Er erforschte die Rinde einer Eiche und entdeckte dabei kleine Abteile, die er „cells nannte. Durch weitere Forschung mit Hilfe des Lichtmikroskops gelang es den Biologen den Vorgang der Erbsubstanz aufzudecken. Mit Färbemethoden konnten einzelne Strukturen in der Zelle sichtbar gemacht werden, was auch schon die Grenze des Vermögens eines Lichtmikroskops bedeutet. Prinzip und Technisches Das Lichtmikroskop besteht aus zwei Linsensystemen, dem Objektiv und dem Okular. 08.03.2008 „Das Mikroskop Vanessa Cakir TG 4 Auf dem Objekttisch liegt das zu untersuchende Objekt, das mit Hilfe von Hilfslinsen und Blenden von unten gleichmässig durchleuchtet wird. Durch das Objektiv wird im Tubus ein vergrössertes Zwischenbild erzeugt. Dieses wird vom Okular, wie von einer Lupe, noch einmal vergrössert. Eine für das Auge scharfe Abbildung entsteht, wenn man die Entfernung vom Objekttisch und dem Okular mit dem Fein und dem Grobtrieb entsprechend verändert. Die Gesamtvergrösserung des Mikroskops entsteht durch die Vergrösserung des Objektivs und die des Okulars. Ein wichtiges Kriterium, um ein Objekt mit dem Lichtmikroskop zu untersuchen, ist seine Lichtdurchlässigkeit. Die Auflösungsgrenze eines Lichtmikroskops liegt bei ca. 0.2 m. Auswirkungen auf die Wissenschaft Das Lichtmikroskop hatte eine sehr grosse Einwirkung auf die Wissenschaft. Durch die Erfindung des Lichtmikroskops wurde die Zellbiologie möglich. Die Entdeckung und Erforschung der Zelle war die Grundlage für Erklärungen vieler anderer biologischer Erkenntnisse. Lichtmikroskope gehören zur Standartausrüstung jedes Laboratoriums. Sie werden ausser in der medizinischen Diagnostik auch in der biologischen Forschung, sowie zur Kontrolle von Wasser und Bodenqualität eingesetzt. Ein deutlicher Nachteil ist jedoch geringe Auflösung und die zwingende Lichtdurchlässigkeit des Objekts. Elektronenmikroskop Geschichte 5 Nachdem das Lichtmikroskop an seine Grenzen gestossen war, verschaffte man sich durch die Erfindung des Elektronenmikroskops weitere Möglichkeiten um, für unser Auge unerfassbare Objekte, zu vergrössern. Ein Antrieb für die Entwicklung war, dass man die unsichtbaren Krankheitserreger, die Viren, mit dem Lichtmikroskop nicht sehen konnte. Das erste Elektronenmikroskop wurde 1931 von Ernst Ruska und Max Knoll erfunden. Zunächst wurden noch keine elektronentransparente Objekte, sondern kleine Metallgitter abgebildet. 1986 erhielt Ruska den Physik- Nobelpreis für die Erfindung. In den 60er Jahren wurden immer höhere Beschleunigungen der Elektronen erzeugt, was das Erfassen dickerer Objekte ermöglichte. Prinzip und Technisches Das Elektronenmikroskop ist in seinem Aufbau und seiner Funktionsweise weitaus komplizierter aufgebaut als das Lichtmikroskop und kann eine Auflösung von derzeit 0.2 nm erreichen. Es kann die Oberfläche und die innere Struktur eines Objektes mit Elektronen abbilden. Die Hauptbestandteile des Elektronenmikroskops sind die Elektronenkanone, die Elektronenlinsen, das Vakuumsystem und die Probehalterung. Die Elektronenkanone erzeugt die Elektronen und beschleunigt sie. Die Elektronenlinsen sind dazu da, um die Flugbahn der Elektronen abzulenken. Sie übernehmen die gleiche Funktion, wie die Glaslinsen im Lichtmikroskop, nur dass die Brennweite der Elektronenlinse regelbar und nicht festgelegt ist. Das Vakuumsystem sorgt dafür, dass die Elektronenquelle effizienter arbeiten kann und die Elektronen auf ihrem Weg nicht mit Gasmolekülen oder Staub kollabieren. Die Probehalterung garantiert die stabile Lage des Objektes, worauf es je nach Bedarf verschoben, gedreht, erhitzt, gekühlt etc. werden kann. Auswirkungen auf die Wissenschaft Die Erfindung des Elektronenmikroskops hat die Wissenschaft einen deutlichen Schritt weiter gebracht. Einer der grossen Vorteile des Elektronenmikroskops ist, dass es auch dickere und für Lichtstrahlen undurchlässige Objekte deutlich vergrössern und ebenfalls ihre innere Struktur abbilden kann. Im Bereich der Zellbiologie war das ein grosser Vorteil, da so die Organellen erkannt werden konnten. 08.03.2008 „Das Mikroskop Vanessa Cakir TG 4 Ein Nachteil jedoch ist die aufwändige Vorbereitung der Objekte. Weitere Probleme sind die Schädigung der Objekte durch den Elektronenstrahl und die mit dem Vakuum verbundene Trocknung im Innern des Mikroskops, wodurch nur in seltenen Fällen lebende Objekte betrachtet werden können. Persönliche Wertung Meine persönliche Erfahrung mit Mikroskopen ist nicht sehr gross, deshalb ergriff ich mit dieser Arbeit die Chance mehr über sie in Erfahrung zu bringen. Meiner Meinung nach wäre die Wissenschaft, ohne die Erfindung der Mikroskope, niemals auf diesen Standpunkt gelangt. Sehr viele Informationen, die in unseren Lehrbüchern stehen, konnten erst durch die Anschauung der kleinsten Details zustande kommen. Was mich an diesem Thema besonders fasziniert ist, dass man nur schon durch die Beobachtung, beispielsweise eines Insektenflügels unter einem einfachen Lichtmikroskop, in eine sonst für uns verborgene Welt eintreten kann. Literaturverzeichnis Professor Weber Ulrich (Hg.) (2005): Biologie Oberstufe. 1. Auflage. Berlin: Cornelsen Verlag (S. 15-18). Wikipedia: „Mikroskop. URL: [Stand 9. 3. 2008] 7 08.03.2008 „Das Mikroskop Vanessa Cakir TG 4