Geschichte und Grundlagen der Mikroskopie und Zelltheorie

Geschichte der Optischen Mikroskopie

• 1611: Johannes Kepler schlägt den Aufbau eines zusammengesetzten Mikroskops vor.
• 1655: Robert Hooke veröffentlicht die Micrographia und prägt den Begriff der Zelle.
• Parallel dazu baute Antonie van Leeuwenhoek mehr als 200 Mikroskope (Lupen).
• 1835: Schleiden und Schwann schlagen die Zelltheorie vor.

Die Anfänge der optischen Mikroskopie

Im Jahr 1655 beobachtete Robert Hooke mit seinem Mikroskop ein Stück Kork. Er verwendete das Wort „Zelle“, um die kleinen, geschlossenen Teile zu beschreiben, die er sah.

Antonie van Leeuwenhoek baute mehr als 200 Mikroskope (Lupen mit bis zu 270-facher Vergrößerung). Diese bestanden aus einer Kupferplatte, auf der eine Glasperle befestigt war, durch die Objekte beobachtet wurden, die auf einer fixierten Nadel steckten.

Fortschritte im 19. Jahrhundert

Im frühen 19. Jahrhundert korrigierten Giovanni Battista Amici und Ernst Abbe die sphärische und chromatische Aberration. Später baute Ernst Abbe das erste apochromatische Objektiv.

Ende des 19. Jahrhunderts gab es große Fortschritte in den Beschreibungen verschiedener Gewebearten, des Zellkerns, der Mitochondrien in Muskelzellen und des Verhaltens der Chromosomen während der Mitose in tierischen Zellen. Es wurden die Bakterien identifiziert, die Tuberkulose und Cholera verursachen, und der Golgi-Apparat beschrieben.

Präparation von Proben

Vorbereitung für die Lichtmikroskopie

1. Das Material muss oft mit spezifischen Farbstoffen gefärbt werden.
2. Vor der Färbung sollte die Probe fixiert werden, um eine Zersetzung zu verhindern und die Aufnahme des Farbstoffs zu erleichtern.
3. Um Zellverzerrungen zu vermeiden und die Fixierung zu beschleunigen, kann in einigen Fällen die Probe eingefroren werden. Hierfür wird ein spezielles Mikrotom (Kryostat) benötigt.
4. Die Montage ist der letzte Schritt. Sie kann temporär oder permanent sein. Je nach Materialart erfolgt die Montage in einem wasserlöslichen oder nicht wasserlöslichen Medium.

Vorbereitung für die Elektronenmikroskopie

Die Präparation ist komplexer. Lebendes Material kann nicht betrachtet werden.

1. Fixierung der Probe mit einem Stabilisator für Proteine und Lipide (z. B. Glutaraldehyd oder Osmiumtetroxid), damit diese unverändert bleiben.
2. Erstellung von Ultradünnschnitten (zwischen 50 und 100 nm dick). Hierfür wird die Probe in Harz infiltriert.
3. Platzierung der seriellen Schnitte auf einem speziellen Träger (Kupfer-Grid).
4. Bedampfen des Objekts mit einem Schwermetall (Blei oder Uran), um den Kontrast für die Betrachtung zu erhöhen.
5. Betrachtung der Elektronen (nicht direkt, sondern über einen fluoreszierenden Schirm oder mit Bildern).

Arten von Mikroskopen

Mikroskope mit sichtbarem Licht

• Traditionelles optisches Mikroskop
• Polarisationsmikroskop
• Phasenkontrastmikroskop
• Interferenzmikroskopie
• Konfokale Fluoreszenzmikroskopie

Elektronenmikroskope

• Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)
• Rasterelektronenmikroskopie (REM)

Mikroskope mit anderen Wellenarten

• Infrarot-Mikroskopie
• UV-Mikroskope
• Röntgenmikroskope
• Rastertunnelmikroskop (STM)
• Rasterkraftmikroskop (AFM)

Die Zelltheorie

Die Zelltheorie besagt, dass die Zelle die strukturelle, funktionelle und genetische Einheit aller Lebewesen ist.

• Baueinheit: Sie ist der kleinste lebende Teil.
• Funktionelle Einheit: Sie kann sich selbst ernähren, reproduzieren und interagieren.
• Genetische Einheit: Sie stammt aus evolutionärer Sicht von den ersten Zellen ab, die vor 3500 Millionen Jahren auf der Erde erschienen.

Arten von Zellen

Prokaryoten

Die DNA-Moleküle sind im gesamten Zytoplasma verteilt. Sie sind nicht von einer Kernmembran umgeben und besitzen keine typischen Chromosomen. Sie haben keine durch Membranen getrennten Kompartimente im Zytoplasma (jeder Raum erfüllt eine Funktion). Lebewesen des Reichs Monera weisen diesen Zelltyp auf.

Eukaryoten

Sie besitzen eine Membranhülle, die das genetische Material vom Rest des Zytoplasmas trennt (Zellkern). Das Zytoplasma weist durch Membranen getrennte Kompartimente in separaten Räumen auf (Zellorganellen mit spezifischen Funktionen). Protisten, Pilze, Tiere und Pflanzen bestehen aus diesem Zelltyp, wobei sie jeweils ihre Eigenheiten haben.