المجهر الإستخدامات	ملاحظة العينات الدقيقة
تجارب مهمة	اكتشاف الخلايا
المخترع	هانس لبيرشي زكريا جانسين
مواضيع متعلقة	مجهر إلكتروني مجهر ضوئي مجهر ايوني

المِجهَر (الميكروسكوب) هو جهاز لتكبير الأجسام الصغيرة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة أو لإظهار التفاصيل الدقيقة للأشياء من أجل اكتشاف تكوينها و دراستها. ، و العلم المهتم بإستكشاف الأجسام الصغيرة أو التفاصيل الدقيقة للأشياء بواسطة هذة الأجهزة يسمي علم المجهريات. و كلمة “مجهرية” أو “مجهري” تستخدم لوصف الشيء الذي لا يمكن رؤيته إلا بمساعدة المجهر. والمجهر أحد الأجهزة الأوسع استخداماً في علم الأحياء، يستخدمه علماء الأحياء لدراسة الكائنات الحية والخلايا وأجزائها الصغيرة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

و هناك أنواع كثيرة من المجاهِر ، أكثرها شيوعاً وأقدمها إكتشافاً هي المجاهِرُ البصرية أو الضوئية التي تعتمد علي استخدام خصائص الضوء في تكبير الأجسام أو إظهار تفاصيلها الدقيقة ومكوناتها. ومن المجاهر الضوئية ما هو بسيط وما هو مركب.

أما المجهر البسيط فهو عبارة عن أي جهاز فيه مرحلة واحدة فقط من مراحل تكبير الصورة – وهذا يعني ، منظومة واحدة فقط من العدسات ، و التي قد تتكون من عدسة واحدة فقط أو مجموعة عدسات مرتبطة بعضها في نظام عمل وظيفي. ولهذا فإن أدوات بصرية كثيرة مثل العدسة المكيرة و نظارات القراءة و عدسة الجواهرجي تعتبر مجاهر بسيطة وبفضلها نحصل على صورة مكبرة للجسم.

و أما المجهر المركب فيتكون علي الأقل من منظومتين مختلفتين و منفصلتين من العدسات. المنظومة الأولي هي عبارة عن عدستين أو مجموعة من العدسات يتم توجيهها نحو الجسم المراد تكبيره و تقوم بتكوين صورة حقيقية مكبرة للجسم أعلي بؤرة المنظومة الثانية من العدسات. و تقوم المنظومة الثانية و هي تتكون في الغالب من عدستين علويتين بزيادة تكبر صورة الجسم الحقيقية التي كونتها المنظومة الأولى. في هذا النوع من المجاهِر أو الميكروسكوبات يتم تركيب أنظمة العدسات بحيث نحصل على صورة مكبرة جداً.

حتى وقت قريب ، كانت المجاهر أو الميكروسكوبات الضوئية هي الأجهزة المجهرية الوحيدة المستخدمة في تكبير و اختبار العينات. و لكن مع تطور العلوم و التقنيات الحديثة ظهرت أنواع أخرى حديثة من المجاهر أو الميكروسكوبات غير ضوئية ، وتعتمد علي أنواع أخري من الإشعاعات مثل أشعة إكس ، أو حزمات من الأيونات أو الإلكترونات. هذه الأجهزة الحديثة لها قدرات علي التكبير والتحليل أعلي بكثير من المجاهر الضوئية حتي أن بعض الأنواع تستطيع رؤية وتصوير الجزيئات و الذرات كوحدات منفردة. إنّ تطوير أدوات وتقنيات جديدة يمكّن العلماء من كشف أعمق أسرار الحياة. و لكن لا تزال المجاهر الضوئية تستخدم علي نطاق واسع في البحث و التعليم لفاعليتها و سهولة إستخدامها و رخص ثمنها مقارنة بالأنواع الأخرى

ربما ترجع بداية علم المجهريات إلي عصور ما قبل التاريخ ، عندما التقط إنسان بدائي ما قطعة مستديرة من البلور الصخري أو الزجاج البركاني و لاحظ أنها تكبر الأشياء. لقد حاول الإنسان منذ آلاف السنين أن يطور قدرته علي الرؤية بواسطة أدوات لتكبير الأشياء التي يراها. فقام النحاتون القدماء في حضارات الشرق الأوسط القديمة بملء كرات زجاجية بالماء لتكبير المنحوتات. كما كانت تستخدم كرات من البلورات الصخرية لنفس الغرض. ولقد كانت عدسات القراءة البسيطة شائعة في عصر الإمبراطورية الرومانية. و في العصور التي تلت تلك الفترة كان التطور في هذا المجال بطيئاً ، ومع ذلك أصبحت صناعة صقل العدسات من الفنون المتقدمة في نهاية القرن السادس عشر.

و في نهاية القرن السادس عشر من الميلاد،تحديداً في سنة 1590، حدثت أول طفرة علمية في هذا المجال عندما استطاع صناع العدسات الألمان أن يركبوا عدة عدسات في أنبوب بنظام معين لصنع أول مجهر مركب يعرفه البشر.ترجع كثير من المصادر هذا الفضل لإثنين من صانعي العدسات : هانس لبيرشي و زكريا جانسين ^[1]. و كان أول من صاغ إسم ” ميكرو سكوب” أو “مرناة الصغائر” على المجهر هو الطبيب الألماني جيوفاني فابر في 1625 لوصف المجهر المركب الخاص بالعالم الإيطالي جاليليو الذي كان قد أطلق عليه إسم “العين الصغيرة ^[2].

ويعتبر تقرير “عين الذبابة” في سنة 1644 ، هو أول تقرير مفصل مبني علي ملاحظات بالمجهر عن التركيب الداخلي للأنسجة الحية ^[3].و بحلول عقود 1660 و 1670 أصبح المجهر يستخدم في إيطاليا وهولندا و إنجلترا بكثافة في البحث و الدراسة. و في العام 1665،قام العالم الأنجليزيّ، روبرت هوك مكتشف “الخلية” في علم الأحياء، بنشر كتاب عن ملحظاته و نتائج تجاربه بالمناظير المجهرية و الفلكية كان له تأثير كبير في التعريف بالمجهر.كان إسم الكتاب ” الميكروجرافيا” ، وكان يحتوي علي رسومات إيضاحية مثيرة للإعجاب ، منها رسم توضيحي لمجهر بدائي كان يستخدمة هوك يشبه المجهر المستعمل في المعامل اليوم. ثم جاءت أكبر مساهمة في هذا المجال بعد ذلك من أنطوني فان ليفينهوك الذي اكتشف كريات الدم الحمراء و الحيوانات المنوية وساعد في تعميم المجهريات كأسلوب في البحث والدراسة. ففي 9 أكتوبر سنة 1676، أعلن فان ليفينهوك عن اكتشاف الكائنات الدقيقة ^[3].

و يتطور علم المجهريات في هذا الزمان بخطوات سريعة أكتر من أي وقت مضي ، ففي سنة 1893 قام أوجوست كوهلر بوضع تقنية رئيسية لإضاءة العينات ، تسمي “إضاءة كوهلر”، والتي تعتبر من أساسيات المجهر الضوئي الحالي. ذلك لأن هذه الطريقة تنشر في العينة إضاءة متساوية للغاية و تتغلب على العديد من محددات التقنيات القديمة في إضاءة العينات. و في سنة 1953 منحت جائزة نوبل في الفيزياء لفريتز زرنيك لتطويره تقنية جديدة لإضاءة العينات، وهي تقنية لتحسين تباين العينات الشفافة بتغيير طور موجات الضوء في ما يسمي ب”مجهر تباين الطور” (بالإنجليزية: Phase Microscope). كما قام جورج نومارسكي في سنة 1955 بتطوير تقنية اخري لإضاءة العينات الشفافة إعتماداً علي تداخل موجات الضوء في ما يعرف ب “مجهر التداخل التبايني” (بالإنجليزية: Differential Interference Microscope).

التقنيات الحديثة وتوسيع دائرة الإبصار

ولقد ساهمت هذة الاكتشافات والتقنيات الحديثة المعتمدة على الموجات الكهرومغناطيسية في توسيع دائرة الإبصار فأبصرنا ما لم نكن نبصره، فكم من الكائنات الدقيقة كانت مغيبة عنا حتى وقت قريب حينما تم اكتشاف المجهر الضوئي في القرن السابع عشر من الميلاد وأبصر الإنسان ما لم يكن يبصره من عجائب خلق الله من خلايا البكتريا والطحالب والفطريات وأصبح يرى كيف تتغذى وتتكاثر وكيف تغزو الميكروبات أجسامنا وكيف تتصدى لها كريات الدم البيضاء والتي تمثل عنصرا رئيسيا في جهاز المناعة وأثبت الإنسان بالميكروسكوب أن النطفة والبويضة ضروريان كلاهما للحمل وهذا بعد قرون عديدة مما ذكر في القرآن الكريم ورأى الإنسان في الأعضاء من أنسجة وكيف تتكون الأنسجة من خلايا وجاء المجهر الإلكتروني فإذا به يأخذ البصر إلى أفاق جديدة تماماً ويرى العلماء مكونات الخلية والحمض النووي (دنا) والجينات الوراثية والذي أعطى عمقاً في فهم علم الوراثة وتطبيقاته في علم الهندسة الوراثية.

ومن العجب أن المجهر الإلكتروني يستخدم أدق ما لا نبصر وهو الإلكترون ليرينا أدق مالا نبصر من مكونات الخلايا ووظائفها. ولا ننسى في هذا المقام التطور الهائل في التلسكوبات الفضائية والتي مكنت الإنسان من أن يبصر الأجرام السماوية البعيدة ويرى تفاصيل النجوم والكواكب. بل ووطئت قدم الإنسان سطح القمر فرآه رأي العين وتفحص أرضه وأمسك بتربته وسيرت المركبات الفضائية تستكشف غرائب الكون وعجائبه وتنقل لنا صوراً تراها أعيننا لم تبصرها أعين السابقين، وكذلك أذن الله للإنسان أن يبصر عظيم آياته التي كانت من قبل غيباً لا تدركه أبصارنا أو كانت من ما لا يبصرون.

أما عن المناظير الضوئية الطبية (المنظار الداخلي) فقد تمكن الإنسان من أن يطوع الضوء ليسير في مسارات متعرجة باستخدام الألياف الضوئية بداخل هذه المناظير. وأمكن له بذلك رؤية أدق تفاصيل أجهزة الجسم المتعددة وأحدث ثورة في التشخيص المبكر للأمراض والأورام وإجراء أدق الجراحات اللازمة بدون مضاعفات، وأمكن إدخال مناظير دقيقة داخل الرحم لتصوير مراحل التطور للجنين منذ نشأته وساعد على فهم أشياء وحقائق في علم الأجنة ما كنا نراها من قبل.

ومما لم نكن نبصر أيضاً أموراً كانت تحدث في أزمنة شديدة الصغر كاتحاد جزيئات المواد فبالرغم من أمكانية رؤية الجزيئات الصغيرة مثل جزيئات المواد باستخدام الميكروسكوب فإن تفاعل الجزيئات لتكوين جزيئات جديدة كان مما لا نبصر لفرط سرعته ويأتي الوقت الذي يأذن فيه الله أن يبصر الإنسان هذا الحدث الفريد أيضاً وذلك باستخدام ما يشبه (الكاميرا) تعمل بأشعة الليزر في زمان متناه في الصغر يبلغ 10-15 من الثانية وهو ما يسمى (الفمتو) ثانية وهو الاكتشاف العلمي للعالم أحمد زويل الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء سنة 1999م، وهو فتح جديد نبصر به ما لم نبصر من قبل من ملايين التفاعلات التي تحدث بين جزيئات المواد المختلفة.

نبذة عن المجاهر الضوئية

لرؤية الكائنات الحية الصغيرة والخلايا يستعمل علماء الأحياء عادة مجهراً ضوئياً مركباً (م.ض) (بالإنجليزية: Compound light microscope) كما يظهر في الصورة. ولكي ترى بواسطة المجهر الضوئي المركب، تضع العينة على شريحة زجاجية، لكن يجب أن تكون العيّنة رقيقة بما يكفي لتصبح شفافة، أو أن تكون صغيرة جداً. توضع الشريحة التي تحمل العينة فوق فتحة في منضدة المجهر. ومن مصدر ضوء، كمرآة أو مصباح مثبت في القاعدة، يوجَّه الضوء إلى الأعلى. يمر الضوء عبر العينة وعبر العدسة الشيئية (بالإنجليزية: Objective lens) الموضوعة مباشرة فوق العينة، فتكبر العدسة الشيئية تلك العينة. بعد ذلك يتم إسقاط الصورة المكبرة عبر القصبة (بالإنجليزية: Body tube) نحو العدسة العينية (بالإنجليزية: Ocular lens) المثبتة في قطعة العين (بالإنجليزية: Eyepiece) حيث تكبر أكثر. تحتوي معظم المجاهر الضوئية على مجموعة عدسات شيئية ذات درجات تكبير مختلفة. يمكن اختيار عدسة وتركيزها في حقل الرؤية عبر إدارة القطعة الأنفية Nosepiece. تقوم العدسة الشيئية الكبرى في مجهر ضوئي مركب ونموذجي بتكبير صورة لتبلغ 40 ضعفاً للحجم الأصلي للعينة. يسمى عامل التكبير هذا قدرة التكبير للعدسة الشيئية، والتي يرمز إليها في هذه الحالة بـ 40× (× تعني عدد مرات التكبير) ومن ناحية أخرى تكبر العدسة العينية العينة 10 مرات (10×). ولاحتساب قدرة تكبير المجهر، يجب ضرب قدرة تكبير العدسة الشيئية الكبرى (40× في هذه الحالة) في قدرة تكبير العدسة العينية (10×). يكون الحاصل قدرة تكبير إجمالية تساوي 400×.

أجزاء المجهر المركب

• عدسة عينية وهي مثبتة في الطرف العلوي للأسطوانة المعدنية الموجودة في أعلى جزء من المجهر ومن خلال هذه العدسة تنظر العين إلى الداخل لرؤية العينة المراد فحصها. (1)
• عدسات شيئية وهي مثبتة على قرص متحرك بالطرف السفلي للأسطوانة المعدنية وتكون قريبة من الشيء المراد تكبيره، لذلك سميت بالعدسات الشيئية ويتراوح عدد هذه العدسات بين (2 – 4) عدسات وتتدرج في قوة تكبيرها. (3)
• ضابطان أحدهما للضبط التقريبي والآخر للضبط الدقيق يمكن تدويرهما لرفع أو خفض العدسات عن العينة المدروسة لتوضيحها بعد اختيار قوة التكبير المطلوبة بأي من العدسات الأربع. (4)
• منضدة (مسرح)(منصة) مسطح مستو ويمكن رفعه أو خفضه أو يكون ثابتا وفي وسطه توجد فتحة وماسكان معدنيان لتثبيت الشريحة الزجاجية التي توضع عليها العينة المطلوب تكبيرها. (6)
• مرآة وتوجد في أسفل المنضدة ووظيفتها توجيه الضوء لينفذ من فتحة المنضدة ويسلط على العينة المثبتة على الشريحة، وهناك بعض المجاهر تكون مزودة بمصباح كهربائي بدلا من مرآة. (7)

نبذة عن المجاهر الإلكترونية

تحدد خصائص الفيزيائية قوة التمييز لدى المجاهر الضوئية. فإذا تجاوزت قدرة التكبير 2000× تصبح صورة العينة غير واضحة أو ضبابية. لفحص عينات أصغر من الخلايا، كصبغيات الخلايا أو الفيروسات ، قد يختار العلماء واحداً من بضعة أنواع من المجاهر الإلكترونية. في المجهر الإلكتروني تقوم حزمة من الإلكترونات بالتصوير بدلا من شعاع الضوء، وإعطاء صورة مكبرة للعينة. المجاهر الإلكترونية أقوى بكثير من المجاهر الضوئية ، لأنها تستخدم الخاصية الموجية للإلكترونات ، ويمكنها بذلك عن طريق التحكم في طول موجتها الحصول صور على لأدق مكونات الاشياء المجهرية .

يلزم للحصول على صورة مكبرة واضحة أن تكون طول موجة الأشعة المسلطة على الشيئ أصغر من قياساته ، لهذا يحدد طول موجة الضوء (طول موجة الضوء المرئي بين 380 نانو متر و 750 نانومتر ) أما طول موجة شعاع الإلكترونات فيمكن التحكم فيه وتصغيرها إلى 3 نانومتر مثلا . بذلك نحصل بواسطه على صور أدق وتكبيره يصل مليون مرة . ويمكن لبعض المجاهر الإلكترونية أن تظهر حتى محيط ذرّات منفصلة في إحدى العينات .

يقوم المجهر الإلكتروني النافذ (م.أ.ن) بإرسال حزمة من الإلكترونات عبر شريحة العينة رقيقة جداً ، في الوقت الذي تقوم فيه عدسات مغناطيسية بتجميع الأشعة النافذ خلال العينة وتكبير الصورة وضبطها برؤيتها على شاشة فيديو أو لوح فوتوغرافي ، تنتج من هذه العملية صورة كتلك التي تراها في الصورة أ. يكبر المجهر الإلكتروني النافذ الأشياء حتى 200.000 مرة، لكن من سلبياته أنه لا يمكن استخدامه لمشاهدة العينات وهي حية.

أما المجهر الإلكتروني الماسح (م.أ.م) فيزودنا بصور مجسمة مدهشة كالتي تراها في الصورة ب . لا ضرورة لتقطيع العينة إلى شرائح من أجل رؤيتها من الداخل ، إنما يكفي رشها بطلاء معدني رقيق. ترسل حزمة من الإلكترونات فوق سطح العينة، مما يدفع بالطلاء المعدني إلى إطلاق وابل من الإلكترونات نحو شاشة فلورية أو لوحة تصوير فوتوغرافي، فتعطي صورة لسطح الشيء. تستطيع المجاهر الإلكترونية الماسحة تكبير الأشياء حتى مليون مرة، إنما لا يمكن استخدامها لمشاهدة العينات وهي حية، كما هي الحال بالنسبة للمجهر الإلكتروني النافذ ن وذلك بسبب طاقة الإلكترونات العالية (كلما زادت طاقة الإلكترونات كلما قصرت طول موجة أشعتها).

مراجع

1. ^ “Microscopes: Time “Line”. Nobel Web AB. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-27.
2. ^ Gould, Stephen Jay (2000). “Chapter 2: The Sharp-Eyed Lynx, Outfoxed by Nature”. The Lying Stones of Marrakech: Penultimate Reflections in Natural History. New York, N.Y: Harmony. ISBN 0-224-05044-3.

اقرأ أيضا