Em formação

Que tipo de microscópio deve ser usado para visualizar estruturas biológicas (como esporos) com aproximadamente 5 µm de comprimento?


Eu gostaria de ser capaz de identificar gêneros de fungos com base na forma, tamanho e cor dos esporos. Portanto, os requisitos são:

  • Deve ser capaz de visualizar um objeto de 5 micrômetros claramente com resolução razoável
  • Deve ser a cor verdadeira
  • Deve facilitar a medição de um objeto com uma precisão razoável (500 nanômetros seria bom)
  • Deve ser barato ( $ 100 - $ 400) dedos cruzados
  • Bônus: ser capaz de tirar fotos

Que tipo de microscópio eu preciso? Qual ampliação / resolução? Existe uma boa regra prática relacionando o tamanho do objeto com a ampliação?

Como faço para encontrar e comprar um microscópio decente depois de definir meus requisitos? Alguma dica?

A luz azul é de ~ 450 nm, então isso significa que não terei uma resolução muito boa?

(Para fins de contexto: não tenho absolutamente nenhuma experiência formal em biologia, mas recentemente comecei a me interessar por micologia e posso me inscrever em um curso de graduação como parte do meu diploma em algum momento.)


Eu acho que você tem uma boa pergunta, mas se você deseja obter um bom entendimento das questões que levanta com ela, então você realmente deveria considerar passar algum tempo lendo este primer para microscópio óptico. Na minha opinião, você não precisa se preocupar em fazer um curso de graduação em uma universidade física. Como uma introdução à biologia (o que não é realmente necessário se tudo o que você deseja fazer é olhar para pequenas coisas em um microscópio e entender o que está vendo), você pode querer considerar a inscrição neste curso gratuito, mas se tudo o que você quiser para fazer é olhar para as pequenas coisas e ter uma compreensão básica do que você está vendo, acho que tudo o que você precisa fazer é ler a cartilha.

Se fosse eu, teria lido pelo menos parte do primer antes de investir o dinheiro em um microscópio. Caso contrário, você está apenas dando um salto cego de fé a partir da sugestão de alguém (talvez tendenciosa).


Concordo com Kevin F, se eu fosse você, faria um pouco de treinamento antes de comprar algo ou mesmo tentar. Professores de biologia ou funcionários da universidade geralmente ficam felizes em fornecer um microscópio para testar algo, então é só pedir. Se você quiser uma resolução tão alta, há muitos ajustes a fazer, comumente chamados de "iluminação Köhler", porque, de outra forma, você não obterá uma imagem bonita.

Para responder à sua pergunta, você pode basicamente esquecer os microscópios nessa faixa de preço para esta resolução, muito menos a capacidade de tirar fotos. Você teria que gastar mais de $ 1000 para conseguir algo bom o suficiente. Como na fotografia, isso se deve em grande parte às lentes. Não tenho muita experiência com fungos, mas você pode querer um microscópio de contraste de fase para ver os espécimes corretamente. Dá para comprar microscópios com porta para câmera DSLR, com a qual tenho feito boas experiências.

Para um objeto de 5 µm, você pode usar uma lente $ 60 times $ (que, junto com uma $ 10 times $ ocular faz uma ampliação de $ 600 times $), ou mesmo uma lente $ 100 times $, quando quiser resolver estruturas de superfície, mas nenhuma ideia, se o último realmente funciona com seus espécimes, então você teria que testar isso antes de comprar.

Então: Primeiro, obtenha um pouco de treinamento formal, conforme sugerido por Kevin F. Depois, experimente você mesmo sem comprar, e experimente com seus próprios espécimes! Então, economize dinheiro e compre. :-)


Estrutura da folha sob o microscópio

Como qualquer outro ser vivo multicelular, a estrutura da folha é composta por camadas de células. A visualização da folha ao microscópio mostra diferentes tipos de células que desempenham várias funções. Usando um microscópio, é possível visualizar e identificar essas células e como elas estão dispostas (células epidérmicas, células esponjosas etc). Para fazer isso, um microscópio composto é necessário, uma vez que permite uma ampliação maior.

Enquanto um microscópio composto é ideal para visualizar a estrutura interna da folha, um estereomicroscópio seria a ferramenta ideal para observar a estrutura externa de uma folha (veia, lâmina, etc.).


Ampliação do microscópio

Ao usar um microscópio de alta potência (também conhecido como microscópio composto), é melhor começar com a menor ampliação, colocar o espécime em foco e, em seguida, passar para as maiores ampliações, uma de cada vez. Esta é a maneira mais fácil de garantir que você será capaz de focar em seu objeto rapidamente. Com uma ampliação de 400x, você poderá ver bactérias, células sanguíneas e protozoários nadando. Com uma ampliação de 1000x, você poderá ver esses mesmos itens, mas poderá vê-los ainda mais de perto. Abaixo está uma lista do seu campo de visão em diferentes ampliações. O campo de visão é quanto de seu espécime ou objeto você será capaz de ver através do microscópio.

  • Com uma ampliação de 40x, você poderá ver 5 mm.
  • Com uma ampliação de 100x, você poderá ver 2 mm.
  • Com uma ampliação de 400x, você poderá ver 0,45 mm ou 450 mícrons.
  • Com uma ampliação de 1000x, você poderá ver 0,180 mm ou 180 mícrons.

O que você será capaz de ver em um microscópio de baixa potência?


Campo de visão

Ampliação 7x


Campo de visão

Ampliação 10x


Campo de visão

Ampliação 20x


Campo de visão

Ampliação 30x


Campo de visão

Ampliação de 40x

Campo de visão

Ampliação 45x

As imagens de moedas mostradas acima foram capturadas usando o microscópio estéreo com zoom FZ6 e uma câmera de microscópio DCM3.2 com 3 megapixels.


Que tipo de microscópio deve ser usado para visualizar estruturas biológicas (como esporos) com aproximadamente 5 µm de comprimento? - Biologia

1. Células de uma casca de cebola

1. As células de uma casca de cebola são geralmente retangulares em forma e variam em tamanho de 0,25 a 0,4 milímetros de comprimento (250-400 micrômetros). Um milímetro é abreviado por mm e um micrômetro pela letra grega mu (12ª letra do alfabeto grego) seguido por um m:

Esquerda: Visão microscópica de uma casca de cebola mostrando várias células retangulares, cada uma com um pequeno núcleo esférico (seta vermelha). A lâmina estava manchada com uma gota de iodo de grama marrom-amarelado. À direita: Visão altamente ampliada de uma célula da ponta meristemática da raiz de uma cebola, mostrando o núcleo aumentado contendo 16 cromossomos. A célula está em prófase da mitose, com cromossomos distintos (dupletos de cromossomos) e uma membrana nuclear em desintegração.

2. Diâmetro do campo de visão

Microscópio composto mostrando a ocular 10x (ocular) e quatro objetivas (4x, 10x, 40x e 100x). [Uma objetiva não está à vista.] Para calcular a ampliação, basta multiplicar a lente ocular (10x) pela lente objetiva. Com este microscópio você pode obter quatro ampliações diferentes: 40x, 100x, 400x e 1000x.

O campo de visão ao usar a objetiva de 10x (ampliação total de 100x) é de 2 mm. Se 8 células vegetais se estendem pelo campo de visão (2 mm), então cada célula tem 2/8 ou 0,25 mm de comprimento. Lembre-se de que o diâmetro do campo de visão muda dependendo da potência da objetiva de acordo com a seguinte tabela:

Os diâmetros originais do campo de visão (fov) foram determinados com uma régua de mm transparente. É como medir o comprimento das unhas com uma vara. Os valores entre parênteses são mais precisos. Eles foram determinados usando um micrômetro de estágio B & L.

Se você conhece o diâmetro do fov em uma ampliação, pode determinar o diâmetro do fov em outra ampliação com a seguinte fórmula:

diâmetro do fob # 2 = diâmetro do fov # 1 x ampliação # 1 dividido pela ampliação # 2

Por exemplo, se você sabe o diâmetro do fov com ampliação de 100x, o diâmetro do fov
com ampliação de 1000x = 1,78 mm x 100 dividido por 1000 = 0,178 mm ou 178 micrômetros.

Micrômetro de palco com ampliação de 1000x com Microscópio Composto Olympus. O diâmetro do campo de visão (fov) é de 0,184 milímetros (184 micrômetros). Isso corresponde a um fov de 0,46 milímetros com ampliação de 400 x.

3. Tamanho relativo da palavra de Wayne de células e vírus 1

Diâmetro de um mimivírus individual

Com exceção de alguns bacteriófagos, os vírus se enquadram em dois grupos morfológicos principais, aqueles com simetria cúbica e aqueles com simetria helicoidal. Até 1960, os únicos exemplos conhecidos de vírus com simetria helicoidal eram os vírus de plantas. O exemplo mais bem estudado é o vírus do mosaico do tabaco. O capsídeo denota a camada de proteína que envolve o ácido nucléico. É composto por várias unidades estruturais repetidas. Os capsídeos virais "lineares" têm genomas de RNA que são encerrados em uma hélice de subunidades de proteínas idênticas. O comprimento do nucleocapsídeo viral helicoidal é determinado pelo comprimento do ácido nucleico.

Os vírus cúbicos têm a simetria molecular geral de um icosaedro. Embora a maioria dos vírus não sejam visíveis em um microscópio de luz comum, mimivírus aparece como um objeto esferóide minúsculo sob um microscópio composto usando uma objetiva de imersão em óleo (aumento de 1000x). Um icosaedro tem 20 triângulos equiláteros (facetas) idênticos, cada um subdividido em facetas triagulares mais equiláteras. Existem micrografias eletrônicas de mimivírus disponíveis na Internet. Basta fazer uma pesquisa por mimivírus usando um dos excelentes motores de busca, como o google.com.

O genoma do mimivírus contém 1,2 milhão de bases, mais do que muitas bactérias. As bases formam 1.260 genes, o que o torna tão complexo quanto algumas bactérias. A maioria dos vírus usa DNA ou RNA para transportar sua informação genética, mas o mimivírus tem ambos os ácidos nucléicos. Além disso, o mimivírus pode produzir cerca de 150 de suas próprias proteínas e pode até mesmo reparar seu próprio DNA se ele for danificado. Os vírus normais não são capazes de síntese de proteínas ou reparo de DNA por conta própria, eles devem contar com as organelas de suas células hospedeiras para essas atividades. Resta ver se o mimivírus deve ser colocado em um domínio existente (super-reino) ou em seu próprio domínio. Para obter mais informações, consulte D. Raoult, et al. "The 1.2-Mb Genome Sequence of Mimivirus." Science Published On-line, DOI: 10.1126 / Science.1101485 (2004) B. La Scola et al. "Um vírus gigante nas amebas." Science 299 (5615): 2033 (2003).

Alguns cientistas especularam que a evolução das células eucarióticas envolveu a fusão de dois ou mais genomas, um fenômeno denominado simbiogênese. As células eucarióticas são caracterizadas pela presença de organelas ligadas à membrana, incluindo cloroplastos, mitocôndrias e núcleos. A origem de uma célula complexa intrigou cientistas por décadas e tem sido um tópico fortemente debatido entre evolucionistas e criacionistas. De acordo com a hipótese do endossimbionte, as bactérias podem ser as progenitoras de organelas celulares, como cloroplastos e mitocôndrias. Um núcleo primitivo (protonúcleo) pode ter evoluído de um vírus intracelular, entretanto, um ponto fraco dessa hipótese é que os vírus geralmente não possuem alguns dos genes-chave encontrados nos eucariotos. O complexo genoma do mimivírus inclui esses genes, dando suporte à evolução de um protonúcleo de um vírus.

Os vírus típicos não são colocados nos três domínios principais da vida. Eles são muito menores e muito menos complexos do que as células. Eles são unidades macromoleculares compostas de DNA ou RNA rodeado por uma camada externa de proteína. Eles não têm organelas ligadas à membrana, nem ribossomos (organelas da síntese de proteínas), nem citoplasma (conteúdo vivo de uma célula) e nenhuma fonte própria de produção de energia. Eles não exibem autopoiese - ou seja, eles não têm as reações metabólicas de auto-manutenção dos sistemas vivos. Os vírus não têm respiração celular, produção de ATP, troca gasosa, etc. No entanto, eles se reproduzem, mas às custas da célula hospedeira. Como parasitas obrigatórios, eles só são capazes de se reproduzir dentro de células vivas. De certo modo, os vírus sequestram a célula hospedeira e a forçam a produzir mais vírus por meio da replicação do DNA e da síntese de proteínas. Fora de suas células hospedeiras, os vírus podem sobreviver como partículas macromoleculares diminutas. Os vírus podem atacar animais e plantas. Os vírus humanos infecciosos podem ser dispersados ​​pelo ar (vírus transportados pelo ar) ou fluidos corporais (vírus HIV). Os vírus epidêmicos (como o HIV) que são passados ​​de pessoa para pessoa por meio de conjugação sexual são notavelmente semelhantes aos vírus de computador. Infelizmente, em humanos, não existe um programa antivírus residente para alertá-lo sobre uma possível infecção ou para fazer uma varredura rápida em seu corpo e excluir o invasor assim que ele entrar em seu sistema. Os humanos devem confiar em seus incríveis anticorpos e respostas imunológicas mediadas por células, algumas das realizações mais complexas e notáveis ​​na evolução dos sistemas vivos.

O nome "coronavírus" é derivado do latim corona, que significa coroa ou halo. O nome se refere à aparência característica de vírions (a forma infectante do vírus fora de uma célula hospedeira) por microscopia eletrônica, que tem uma franja de grandes projeções de superfície bulbosa, criando uma imagem que lembra uma coroa ou corona solar. Nesta ilustração de um virion de coronavírus, os peplômeros de pico viral em forma de clube, de cor vermelha, criam a aparência de uma coroa ao redor do vírion, quando vistos com microscópio eletrônico. Para profissionais de saúde em contato com pacientes com coronavírus, o CDC recomenda um tipo mais especializado de máscara facial chamada N95 - uma que seja ajustada individualmente ao rosto de uma pessoa para criar uma vedação e que filtre 95 por cento das partículas que são pelo menos 0,3 mícrons de diâmetro. Este é o diâmetro de um virião coronavírus. [Um mícron (micrômetro) é 1/1000 de milímetro ou 0,001 mm]

2. Esta é a largura de um esporo oval (elíptico). Esporos desse tamanho podem escapar facilmente de um envelope de papel dobrado (fechado) que não é hermético. O antraz (Bacillus anthracis) é um dos microrganismos usados ​​na guerra biológica porque foram desenvolvidas cepas extremamente infecciosas através da pele e por inalação. Além disso, forma esporos altamente resistentes que podem sobreviver por longos períodos. Aproximadamente uma colher de chá ou dois gramas de antraz podem conter até 20 bilhões de esporos. Com uma taxa média de infecção de 10.000 esporos por pessoa, teoricamente são esporos suficientes para infectar 2 milhões de pessoas com antraz por inalação.

Esquerda: Visão altamente ampliada (2.000x) de pus humano mostrando glóbulos brancos (chamados neutrófilos) com núcleos roxos profundamente lobulados. Os pontos pareados minúsculos (seta vermelha) são bactérias diplococcus gonorrhea (Neisseria gonorrhoeae). Cada ponto (bactéria coccus) tem apenas cerca de 0,5 micrômetros de diâmetro. Alguns dos neutrófilos ingeriram a bactéria por meio de fagocitose. À direita: Uma cultura de bactéria antraz em forma de bastonete (Bacillus anthracis). Algumas das bactérias se dividiram por fissão (seta vermelha). [Ambas as imagens vieram de lâminas de microscópio preparadas antigas (por volta de 1960) aprimoradas com Adobe PhotoShop por W.P. Armstrong.]

3. Um núcleo humano contém 46 cromossomos (cromossomos únicos durante a interfase). Esses 46 cromossomos compreendem cerca de 6 pés de DNA (2 metros). Anteriormente, pensava-se que essa quantidade de DNA continha cerca de 100.000 genes funcionais, mas esse número agora foi reduzido para cerca de 30.000 genes (um por cento do DNA total no núcleo). Em termos de armazenamento de informações, a informação genética em uma célula é aproximadamente equivalente a 500 volumes impressos da Enciclopédia Britânica (12 caracteres por polegada).

4. Os espermatozoides maduros (espermatozóides) são compostos de três partes distintas: uma cabeça, uma peça intermediária (peça intermediária) e uma cauda (flagelo). A parte do meio e a cauda contêm microtúbulos no padrão 9 + 2 característico de cílios e flagelos (ver ilustração de célula animal). Na parte do meio, as mitocôndrias são colocadas em torno dos microtúbulos e fornecem a energia para o movimento. A jornada de um único espermatozóide no trato reprodutivo feminino é análoga a um salmão nadando dezesseis quilômetros rio acima para desovar. A cabeça contém um núcleo coberto por uma capa externa chamada acrossoma, que armazena as enzimas necessárias para penetrar nas camadas celulares e de glicoproteínas que cercam o ovo.

A esterilização cirúrgica de um homem é chamada de vasectomia. Cada um dos dois canais deferentes (ductos espermáticos) dos testículos esquerdo e direito são cortados e amarrados em dois lugares, e a porção entre os nós removida. Espermatozóides residuais podem estar presentes no canal deferente por até um mês após uma vasectomia, portanto, exames microscópicos periódicos são recomendados até que os espermatozoides não sejam mais visíveis nas amostras de sêmen.

Imagem microscópica do esperma humano no sêmen (1000x). O encarte da ilustração mostra o acrossoma, a cabeça e a peça intermediária de um espermatozóide humano.

5. Uma bola de beisebol do tamanho de uma bola de beisebol (Calvatia gigantea) no condado de San Diego, Califórnia. O interior é preenchido por uma massa escura de esporos misturados com hifas filiformes (capilítio). A visão aproximada dos esporos (direita) foi tirada em 1.000x. Cada esporo esférico tem um diâmetro de cerca de 1/200 mm (5 & # 181m), ligeiramente menor do que um glóbulo vermelho humano (7,5 & # 181m). Dependendo da espécie, os puffballs variam em tamanho de uma bola de beisebol a uma bola de basquete. Quando estão maduros, o puffball libera milhões de esporos no ar em uma nuvem de poeira negra. Isso pode ser facilmente demonstrado se você chutar um acidentalmente. De acordo com David Arora (Mushrooms Demystified, 1986), um grande puffball pode conter 7 trilhões de esporos. Em fila única, esse número de esporos se estenderia ao redor do equador da Terra. Se cada esporo produzisse uma bolinha do tamanho de uma bola de basquete, as bolinhas resultantes se estenderiam da terra ao sol e vice-versa!

6. Os líquenes são uma relação simbiótica entre algas e fungos. O corpo principal de um líquen é composto de tecido fúngico (geralmente da classe Ascomycota) com células de algas fotossintéticas (geralmente da divisão Chlorophyta) embutidas nesta massa fúngica (micélio). Os esporos são produzidos pelo componente fúngico ou micobionte, geralmente em um corpo em forma de xícara chamado ascocarpo. Os esporos de líquen podem ter 1-2 micrômetros em Acarospora chlorophana ou até 40 micrômetros de comprimento em Diploschistes scruposus (à esquerda). O tamanho, a cor e a forma dos esporos são características úteis na separação de diferentes espécies de líquenes. Esporos de até 40 micrômetros ou mais são considerados grandes.

7. A largura (diâmetro) de um cabelo humano varia de muito fino (0,017 mm) a muito grosso (0,181 mm). A imagem certa mostra um belo cabelo humano com uma ampliação de 1.000 x. A largura do cabelo é de 0,070 mm ou 70 micrômetros. A olho nu, a única haste do cabelo é visível quando colocada em uma folha de papel branco.

A. Dois fios de cabelo humanos finos são colocados separados por 70 micrômetros. Cada cabelo tem aproximadamente 70 micrômetros de largura (diâmetro). Com a visão 20-20, você deve ser capaz de diferenciar os dois fios de cabelo na distância focal adequada. B. Quando colocados mais próximos um do outro (cerca de 15 micrômetros de distância), os dois fios de cabelo parecem se misturar e não podem ser diferenciados a olho nu. Uma lente de mão ou lupa é necessária para diferenciar os dois fios de cabelo. Embora os cabelos possam ser vistos em um fundo branco, eles não podem ser resolvidos se forem colocados juntos. A resolução mínima para um monitor de computador é de 72 pontos por polegada quadrada (dpi), caso contrário, a imagem ficará pixelada. As fotos impressas também são compostas por padrões de pontos. Acima de 150 dpi, os pontos geralmente se misturam e não podem ser resolvidos. Sob uma lente de mão ou microscópio, os pontos podem ser facilmente observados.

"O diâmetro das células cônicas diminui progressivamente em direção ao centro da fóvea [onde a acuidade visual é mais alta]. Na área mais compactada deste centro de acuidade visual, a distância média centro a centro entre as células cônicas é um e um meio a dois mícrons. Quando o padrão de difração de um flutuador cai em um pedaço da fóvea central, ele ilumina alguns dos cones no mosaico e deixa outros escuros. O espaço de quatro mícrons entre os anéis externos do padrão que é resolvido pela fóvea é aproximadamente igual a duas larguras de cone. parece que duas linhas em um padrão devem ter duas larguras de cone para serem vistas como separadas. Este requisito anatômico limitaria especificamente a resolução de que o olho é capaz. "

9. Certas orquídeas epífitas da floresta tropical produzem as menores sementes do mundo, pesando apenas 35 milionésimos de onça (1 / 35.000.000) ou 0,81 microgramas. Algumas sementes têm apenas cerca de 1/300 de polegada de comprimento (85 micrômetros). Uma cápsula de semente de uma única flor pode conter até quatro milhões de sementes. Eles são dispersos no ar como minúsculas partículas de poeira ou esporos unicelulares, eventualmente parando no dossel superior das árvores da floresta tropical.

10. Este diminuto fruto com uma semente tem aproximadamente 1/100 de polegada de comprimento e pesa cerca de 70 microgramas ou 1 / 400.000 de onça. Compare esta fruta minúscula com a abóbora mais massiva que pesa mais de 1000 libras (mais de 450.000 gramas).

11. O corpo da planta da espécie australiana Wolffia angusta tem apenas 0,6 mm de comprimento (1/42 de polegada). Ele pesa cerca de 150 microgramas ou 1 / 190.000 de onça. Esta é a menor planta com flor do mundo, rivalizada em minúcia pela espécie asiática W. globosa.

12. A árvore australiana (Eucalyptus regnans) é a planta com flor mais alta do mundo. Algumas das maiores árvores têm mais de 300 pés de altura, rivalizando em tamanho com a sequoia da costa da Califórnia (Sequoia sempervirens).

13. O planeta Terra tem um diâmetro de cerca de 8.000 milhas (13.000 quilômetros) ou 13 bilhões (13.000.000.000) de milímetros. Tem um volume de cerca de um nonilhão (1 x 10 30) milímetros cúbicos. Este volume surpreendente é aproximadamente equivalente ao volume de um milhão de plantas wolffia embaladas juntas após 4 meses de florescimento assexuado!

Se uma molécula de água é representada por 10 0, então uma planta wolffia é cerca de 10 20 potência maior do que a molécula de água. A Terra é cerca de 10 20 em potência maior do que uma planta wolffia, ou 10 40 em potência maior que a molécula de água.

14. Um ácaro do folículo piloso (Demodex brevus) em seu nariz!

Os ácaros do folículo aéreo H do gênero Demodex estão entre os menores animais multicelulares. Eles foram descritos pela primeira vez em humanos em 1841 por Frederick Henle, que relatou este parasita minúsculo de "glândulas miliares" do canal auditivo. Ele não tinha certeza sobre a posição taxonômica do parasita no reino animal. [Henle também é conhecido pela alça de Henle no néfron dos vertebrados.] Outro cientista desse período com o nome de Berger (1845) pensou que fosse um membro do filo Tardigrada. Tardígrados são animais minúsculos freqüentemente encontrados em líquenes e musgos. De acordo com Desch e Nutting (The Journal of Parasitology 58 (1): 169-177, 1972), existem duas espécies de ácaros do folículo em humanos. Demodex folliculorum mede 0,3 a 0,4 mm de comprimento e normalmente ocupa folículos capilares. É também chamado de "ácaro dos cílios" porque geralmente ocorre nos folículos na base dos cílios. Demodex brevis tem cerca de metade desse tamanho (0,15 a 0,2 mm) e normalmente vive nas glândulas sebáceas adjacentes aos folículos capilares. Este último ácaro tem apenas o tamanho de um Paramécio unicelular e parece ser a espécie que encontrei em meu nariz. Ilustração (à esquerda) modificada de T. Ross e fotografias do lado dorsal de D. brevus por W.P. Armstrong.

15. A baleia azul (Balaenoptera musculus) é o maior animal que já existiu na Terra. Com 30 metros de comprimento e pesando quase 200 toneladas, é maior do que os maiores dinossauros herbívoros. Evidências fósseis da Patagônia indicam que titanossauros de 70 toneladas foram os maiores animais que já caminharam em terra.

16. A sequóia vermelha da costa da Califórnia (Sequoia sempervirens) é a árvore viva mais alta documentada com 379 pés (116 m).

17. Diâmetro da seda do milho (Zea mays) através do qual cada tubo polínico viaja.

A inflorescência feminina do milho moderno (Zea mays) mostrando numerosos estilos vermelhos e filiformes (coletivamente chamados de seda), e a casca verde, semelhante a um folheto, envolvendo numerosos ovários de flores femininas que se desenvolvem nos grãos. Um tubo polínico deve percorrer cada seda (estilete) para fertilizar cada grão.

4. Ovos de pássaros: as maiores células do mundo em volume

O ovo de ave típico contém uma gema aumentada rodeada por um fluido acessório rico em proteínas chamado clara de ovo ou albumina. A gema é essencialmente o óvulo ou célula do ovo dilatada. À medida que essa célula sofre mitose, as células-filhas tornam-se cada vez menores até ficarem invisíveis a olho nu. Aves ovíparas (ovíparas) possuem gemas grandes, ricas em proteínas e lipídios, para sustentar o embrião. O pintinho em desenvolvimento obtém ar por meio de poros minúsculos da casca do ovo de carbonato de cálcio. Os poros da casca são obstruídos pelo colágeno, mas ainda são permeáveis ​​ao ar. A casca do ovo da galinha pode ser marrom ou branca, dependendo da raça (variedade). Por exemplo, as variedades Rhode Island Red, New Hampshire e Plymouth Rock põem ovos marrons. A maioria dos ovos comprados no mercado local não são fertilizados (haplóides). Ovos férteis (diplóides) são postos por galinhas regularmente expostas a um galo. A gema contém um pigmento carotenóide amarelo-avermelhado (astaxantina) que produz sua cor brilhante. Na verdade, galinhas em todo o mundo são alimentadas com astaxantina em sua dieta para intensificar a cor da gema.

Um pássaro gigante que viveu no sul de Madagascar até 900 DC produziu o maior ovo de qualquer animal. Conhecido como pássaro elefante (Aepyornis maximus), é um membro extinto do Rattae, um clado de aves que não voam que inclui avestruz, ema, casuar, kiwi e ema, bem como a extinta moa da Nova Zelândia. Um ovo enorme pesava cerca de 27 libras (13,6 kg) com um volume de 2,4 galões (9 litros). Isso é aproximadamente equivalente em tamanho a 180 ovos de galinha ou 10.000 ovos de colibri. O ovo era muito maior do que qualquer ovo de dinossauro conhecido. Foi estimado que o pássaro elefante tinha três metros de altura e pesava 450 kg. Um ovo preservado no Museu Britânico de História Natural mede 33,7 polegadas (85,6 cm) em torno do eixo longo, com uma circunferência de 28,5 polegadas (72,4 cm). A gema de seu ovo foi provavelmente a maior célula única que já existiu. Infelizmente, a extinção deste magnífico pássaro foi, sem dúvida, acelerada pelos primeiros humanos que invadiram Madagascar.

O maior ovo de ave indiscutível existente na terra hoje é posto por uma avestruz. Um ovo médio pesa cerca de 1,4 kg e é aproximadamente equivalente a cerca de duas dúzias de ovos de galinha. Levaria aproximadamente 40 minutos para ferver um ovo de avestruz. A gema de um ovo de avestruz é a maior célula em volume; entretanto, as células nervosas da medula espinhal de um grande mamífero de cascos podem ter quase dois pés (0,6 m) de comprimento.

Uma caixa de ovo de um tubarão-baleia (Rhincodon typus) medindo 12 polegadas (30 cm) por 5,5 polegadas (14 cm) por 3,5 polegadas (9 cm) foi descoberta no Golfo do México em 1953 a uma profundidade de 186 pés (56,6 m) ) O ovo continha um embrião perfeito de um tubarão-baleia com 35 cm de comprimento. Este certamente seria o registro para o maior ovo contendo embrião existente, entretanto, não seria a maior célula única porque já se dividiu em um embrião multicelular.

Animais vivíparos com nascidos vivos e desenvolvimento de embriões dentro do útero da mãe têm ovos minúsculos com gemas muito pequenas. Não há necessidade de uma gema grande e rica em nutrientes porque o embrião recebe os nutrientes da mãe. A maioria dos mamíferos é vivípara, com exceção do ornitorrinco-bico-de-pato, que põe ovos. Um óvulo humano não fertilizado (óvulo) tem aproximadamente o tamanho de um ponto final impresso no final desta frase. Após a fertilização, ele contém 46 cromossomos e aproximadamente 30.000 genes funcionais, todas as informações genéticas para um organismo humano completo. Em termos de informações impressas usando um alfabeto romano de 26 letras e 12 caracteres por polegada, essas informações armazenadas representam cerca de 500 volumes da Enciclopédia Britânica.

O ovo de avestruz é a maior célula do mundo em volume. A porção real da célula é a gema inflada (óvulo) dentro da albumina (veja ovo de galinha na foto a seguir).

Um ovo de galinha mostrando a gema e o fluido acessório branco (albumina). A gema é essencialmente o óvulo ou célula do ovo dilatada. A cor amarela é reforçada por pigmentos carotenóides (astaxantina) na ração dos frangos. À medida que essa célula sofre mitose, as células-filhas tornam-se cada vez menores até ficarem invisíveis a olho nu. Aves ovíparas (ovíparas) possuem gemas grandes, ricas em proteínas e lipídios, para sustentar o embrião. O nutritivo albúmen também é rico em proteínas. Durante seu desenvolvimento embrionário, o pintinho obtém ar por meio de minúsculos poros da casca do ovo de carbonato de cálcio. Os poros da casca são obstruídos pelo colágeno, mas ainda são permeáveis ​​ao ar.

5. Grãos de sal e sistema métrico

Visão microscópica de três grãos cuboidais de sal de cozinha comum (cloreto de sódio ou NaCl). Todos os três grãos têm pouco mais de um milímetro de comprimento (barra vermelha). Os grãos de sal de mesa variam ligeiramente em tamanho, mas três grãos médios empilhados somam aproximadamente um mm. Se três grãos equivalem a um milímetro de comprimento, então um único grão tem aproximadamente 0,3 mm ou 0,03 cm de lado. Mover a casa decimal uma casa para a esquerda converte milímetros (mm) em centímetros (cm).

Quanto pesa o grão?

O volume de um único grão em centímetros cúbicos é (0,03) 3 = 0,000027 cm 3.

A densidade do NaCl é 2,165 gramas por centímetro cúbico. Multiplique a densidade do NaCl pelo volume de um único grão para obter o peso do grão:

2,165 g / cm3 x 0,000027 cm3 = 0,000058 g. Este valor pode ser arredondado para cerca de 0,00006 g, o peso de um grão.

Embora não seja preciso (devido à variabilidade nos grãos), o tamanho e o peso de um grão de sal de mesa são uma boa comparação ao discutir organismos minúsculos ou dosagens. Por exemplo, o fruto com uma semente de Wolffia angusta e W. globosa (as menores plantas com flores do mundo) é aproximadamente do tamanho de um grão de sal de cozinha:

Os minúsculos frutos com uma semente de Wolffia angusta em comparação com grãos de sal de mesa comum (NaCl). Os grãos de sal cúbicos têm cerca de 0,3 mm de lado. Os frutos de W. globosa são semelhantes em tamanho.

Uma das sementes mais mortais da Terra é a mamona (Ricinus communis). As sementes contêm ricina, um composto proteico muito tóxico conhecido como lectina. De acordo com o Índice Merck: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals (1997), uma dose de ricina pesando apenas 70 microgramas ou dois milionésimos de onça (aproximadamente equivalente ao peso de um único grão de sal de mesa de um saleiro ) é suficiente para matar uma pessoa de 150 libras (68 kg). As sementes coloridas da conta de oração (Abrus precatorius) contêm outra lectina venenosa chamada abrin. Uma dose de abrin equivalente ao peso de cerca de 20 grãos de sal de cozinha pode ser letal para um humano adulto com 150 libras. De acordo com o Índice Merck, uma semente bem mastigada de conta de oração (A. precatorius) pode causar envenenamento fatal.

Em 1978, um dissidente búlgaro, Georgi Markov, foi assassinado em Londres depois de ser picado por um guarda-chuva com ponta de ricina. A ricina causa uma morte lenta e dolorosa por envenenamento do sangue e um colapso do sistema circulatório. Não existe um antídoto conhecido para o envenenamento por ricina. Even before the tragic terrorist plane crashes into the Trade Center Twin Towers in New York, some airports hand-inspected umbrellas packed in carry-on luggage. Following the Gulf War, UN investigator teams (UNSCOM) discovered that Iraq was purifying ricin for possible use in biological warfare, along with anthrax ( Bacillus anthracis ), botulism toxin ( Clostridium botulinum ), gas gangrene ( C. perfringens ), and aflatoxin ( Aspergillus parasiticus ). From: Facts on File News Services (23 January and 13 February 1998).

According to The Washington Post Online (16 November 2001), Osama bin Ladens's al-Qaida network also had working plans for making ricin. Instructions for preparing the poison were found in the cellar of an abandoned house once used as a terrorist training center. According to the article, the ricin may be ingested, injected and inhaled. The article also states that the laxative effect of castor oil is due to ricin, but this is doubtful. Castor oil is derived from the seeds of the castor bean. It contains 87 percent ricinoleic acid, a fatty acid with many industrial uses, along with small amounts of several other fatty acids including oleic (7%), linoleic (3%), palmitic (2%) and stearic (1%). The deadly protein ricin is not a component of purified castor oil.

Seeds of prayer bead ( left ) and castor bean ( right ).

6. Elodea Leaf Cell & Properties

1. Depth of Field: When using a compound microscope this term refers to the thickness of the subject that is in focus. The Elodea leaf is composed of two layers of cells. Only one layer of cells is in focus when using the high power (40x) objective. Therefore, the depth of field is limited to only one layer of cells. You must focus up and down using the fine adjustment knob on the microscope to see both layers of cells.

2. Plasmolysis: Shrinkage of the protoplast or cell contents due to water loss when a drop of salt water (NaCl) is added to the Elodea slide. Because of all the salt ions (Na+ and Cl- ions) outside the cell membrane of each Elodea cell, water molecules move out of the cell membrane causing the cell membrane and it contents to shrink into a blob in the center of the cell wall. The porous, cellulose wall does not shrink because the salt ions easily pass through the wall but cannot pass through the membrane. Therefore, the cell membrane (not the cell wall) loses water molecules and shrinks.

Waterweed ( Elodea densa ) a submersed South American aquarium plant that is naturalized in ponds, streams and lakes throughout North America. It belongs to the frog's-bit family (Hydrocharitaceae) along with the troublesome Old World aquatic weed called hydrilla ( Hydrilla verticillata ) that literally clogs the waterways of canals and reservoirs. The highly magnified view of a leaf ( right ) shows a living photosynthetic cell. Because most of the cell is occupied by a water-filled, large central vacuole, the chloroplasts are displaced around the periphery of the cell, just inside the cell wall and membrane. The chloroplast shown by top red arrow is actually on the outside of this vacuole. Due to the limited depth of field at this magnification (400x), only portions of the viewing plane are in focus at any one time. To see additional chloroplasts you must focus up and down with the fine adjustment knob of the compound microscope. The transparent nucleus is not visible in this image. Please refer to the following illustration:

Elodea leaf cell illustration from a microscope slide. A drop of 10 percent NaCl (sodium chloride) solution was added to the slide. Left: The cell membrane has pulled away from the cell wall marking the onset of plasmolysis called "incipient plasmolysis." Right: The entire cell contents (protoplast) within the membrane has shrunk into a blob in the center of the cell. This phenomenon is called plasmolysis. Salt ions (Na+ and Cl-) have passed through pores in the cellulose cell wall. The ions do not pass through the protein-lipid cell membrane because it is impermeable to them. Due to the concentration differential inside and outside of the membrane, water molecules (shown by blue arrows) move out of the cell membrane, thus causing the cell contents to shrink into a blob. This concentration differential does not occur outside the porous, rigid cell wall, therefore its rectangular shape remains intact.

Microscopic view of the plasmolyzed cells of an Elodea leaf. A. Cell wall composed of cellulose. B. The contents (protoplast) of a cell that has shrunk into a ball after losing water. C. The faint cell wall of another layer of cells. Since only one layer of cells is in focus due to the depth of field at this magnification, the second layer of cells is blurry and faint.

7. Salt Intake & Decrease In Urine Output At A Movie Theatre

    Visit the restroom during the latter part of the half-hour commercial/preview period, just before the movie starts.

Note: If you are concerned about consuming large quantities of unhealthy theatre popcorn, try carrying a small Himalayan rock salt plate and lick it during the movie. You might even get some valuable trace elements in this slab of halite mined in Pakistan. See image of salt plate below.

8. Important Definitions For The Cell Exam

1. Depth of Field: When using a compound microscope this term refers to the thickness of the subject that is in focus. The Elodea leaf is composed of two layers of cells. Only one layer of cells is in focus when using the high power (40x) objective. Therefore, the depth of field is limited to only one layer of cells. You must focus up and down using the fine adjustment knob on the microscope to see both layers of cells.

Another hands-on demonstration for depth of field utilizes the wing of a common house fly (Musca domestica) These were plentiful in the windows of old biology lab rooms at Palomar College. Students are asked to determine whether there are hairs on both sides of the wing. This requires careful focusing up and down because depth of field is limited to one layer of hairs when using the compound microscope. [Fly image from Wikipedia.]

2. Plasmolysis: Shrinkage of the protoplast or cell contents due to water loss when a drop of salt water (NaCl) is added to the Elodea slide. Because of all the salt ions (Na+ and Cl- ions) outside the cell membrane of each Elodea cell, water molecules move out of the cell membrane causing the cell membrane and it contents to shrink into a blob in the center of the cell wall. The porous, cellulose wall does not shrink because the salt ions easily pass through the wall but cannot pass through the membrane. Therefore, the cell membrane (not the cell wall) loses water molecules and shrinks.

3. Hypertonic and Hypotonic: When comparing two solutions, such as the inside of a red blood cell (RBC) with the solution they are placed in, the solution with the greater salt concentration is hypertonic, while the solution with the lower salt concentration is hypotonic. Compared with the RBCs, a 10% NaCl solution is hypertonic while a 0.1 % NaCl is hypotonic. Since the latter solution is almost pure water, the blood cells are actually hypertonic by comparison.

4. Osmose: Movement of water molecules from a region of high concentration to a region of lower concentration through a differentially permeable cell membrane. In biology, this definition should include water molecules and cell membrane.

5. Difusão: Movement of molecules or ions (charged atoms) from a region of high concentration to a region of lower concentration. This definition does not include a cell membrane and refers to molecules of any substance, not specifically water. Examples of diffusion include perfume molecules in the air, ether molecules in a classroom, sugar molecules in a cup of coffee, methylene blue molecules in a bowl of clear gelatin, etc.

6. Active Transport : Movement of molecules and ions through a cell membrane against a diffusion gradient (i.e. from a low to a higher concentration). This movement involves carrier proteins (channels) in the cell membrane and requires energy in the form of ATP (adenosine triphosphate). Active transport occurs during a nerve impulse or action potential (wave of depolarization) when a nerve cell membrane suddenly becomes permeable to sodium ions. The inflow of sodium ions moves quickly along the nerve cell axon, activating an adjacent nerve cell or muscle. As sodium ions rapidly move across the membrane to the inside of the axon, the polarity of the membrane changes. This reversal in polarity causes the sodium channels to close and the potassium channels to open. Now potassium ions move from inside the axon to the outside of the axon in a wave of repolarization.

During a lethal injection, a fatal dosage of potassium chloride is administered intravenously. The large influx of potassium ions interrupts the wave of depolarization (action potential) to the heart muscle resulting in cardiac arrest. A paralyzing agent, such as pancuronium bromide or tubocurarine chloride, plus a lethal dosage of a general anesthetic, such as sodium thiopental (sodium pentothal) are usually given before the potassium chloride is administered. Tubocurarine is the active ingredient of curare, an extract from the bark and stems of the South American vine ( Chondodendron tomentosum ). Amazonian Indians use the gummy extract to coat the poison darts of their blowguns. The alkaloid D-tubocurarine blocks acetylcholine receptor sites at neuromuscular junctions, causing relaxation and paralysis of muscles, including respiratory organs and the heart.

6. Halophyte: A plant adapted to soil or water containing a high salt concentration. The root cells contain a salt concentration higher than the water they are growing in. Since they are hypertonic compared with the water or soil, the root cells can take in water molecules and do not become plasmolyzed. Good examples of halophytes are the seagrasses (see link below), red and black mangroves ( Rhizophora and Avicennia ), salt grass ( Distichlis ) and salt bush ( Atriplex ). There are also species of bacteria and algae that are extremely halophilic (salt-loving), living in saturated brine and salt crust (see link below).

7. Imbibition: The movement of water molecules into a porous, colloidal substance causing it to swell. Enormous pressures can be produced by imbibition, sufficient to split boulders apart.

When a seed of Sterculia lychnophora is soaked in water for several days, it imbibes water and swells to more than eight times its original volume. The seed coat expands into an edible gelatinous mass (carbohydrate gum) that is used for a beverage in Cambodia. According to S. Facciola ( Cornucopia II , 1998), the cooling beverage is called "sam-rong," and the flavor is enhanced with sugar and a flavoring such as jasmine or banana water.

8. Light Reactions of photosynthesis: The production of ATP and NADPH 2 within the grana region (thylakoid membranes) of a chloroplast using light energy.

9. Dark Reactions of photosynthesis (also known as the Calvin Cycle): The conversion of carbon dioxide into glucose within the stroma region of a chloroplast. This complex series of reactions requires ATP and NADPH 2 from the light reactions.

10. Fluorescence : The emission of a reddish glow when a beam of light is directed on a chlorophyll solution.

11. Bioluminescence : The emission of light by an organism or population of organisms. This phenomenon involves the oxidation of luciferin in the presence of ATP and the enzyme luciferase. Examples of bioluminesence include dinoflagellates causing "red tide," lightning "bugs" (beetles), glow worms (beetle larvae), comb jellies (phylum Ctenophora), the deep sea angler fish, and a remarkable fungus called the jack-o-lantern mushroom.

9. Potato Tubers & Banana Fruit

T he thin-walled parenchyma cells of a potato tuber are filled with membrane-bound, starch-storage organelles called amyloplasts. They are also referred to as "starch grains" in most general biology textbooks. Since iodine stain (gram's iodine) makes starch turn purplish-black, the amyloplasts can easily be viewed with a compound microscope (400x). Insoluble starch (amylopectin) is deposited in concentric layers within the amyloplasts. Unlike the long, coiled molecules of soluble starch (amylose), the molecules of amylopectin are much shorter, with only 40-60 glucose subunits. Amylopectin molecules consist of highly branched chains that do not coil. Starch grains of different plant species have characteristic shapes, such as maize (corn), oats, bananas, potatoes and wheat. For example, banana starch grains are more elongate than potato starch grains. Starch is hydrolyzed (broken down) by amylase enzymes (including B-amylase and maltase). During hydrolysis a water molecule is inserted between each glucose subunit. Starch is typically stored in underground organs, including storage roots, rhizomes, tubers, corms and bulbs.

Magnified view (400x) of several parenchyma cells of a potato tuber showing the thin, transparent cell walls and clusters of amyloplasts (starch grains). The starch grains were stained black with gram's iodine.

10. Oak Wood & Specific Gravity

1. As a tree grows in girth, the marked difference in the size and density of spring and summer cells produces concentric annual rings. Because the summer wood cells in pine trunks are smaller and more dense, they appear as dark bands in a cross section of a log. Each concentric band of spring and summer cells is called an annual ring. By counting the rings (dark bands of summer cells in pine wood), the age of the tree can be determined. Other data, such as fire and climatic data, can be determined by the appearance and spacing of the rings. Some of the oldest bristlecone pines ( Pinus longaeva ) in the White Mountains of eastern California have more than 4,000 rings. Annual rings also produce the characteristic grain of the wood, depending on how the boards are cut at the saw mill.

2. To calculate the specific gravity of a block of wood, divide the numerical value for its weight by the numerical value for its volume. Specific gravity is expressed as a number, without any units of measurements. For more information about this subject, refer to the Wayne's Word article about hardwoods.

Specific Gravity

11. Human Cheek Squamous Epithelial Cells

Magnified view (400x) of squamous epithelial cells from the buccal mucosa (cheek cells from inside the mouth). The cells are stained with a dye called methylene blue. The nucleus and cell membrane are clearly visible. Plant structures such as a cell wall, chloroplasts and large central vacuole are absent. Because they don't have a rigid (firm) cellulose cell wall, these cells are flimsy and irregular in shape, unlike the rectangular shape of the onion cells. Although they were photographed in fall of 2001, these cells actually came from a student in a previous biology lab three years before.

1. The cells of eukaryotic plants, protists, and animals are basically similar because they have many structures in common. They both have a cell membrane, nucleus and a cytoplasm composed of many of the same organelles. The term cytoplasm refers to the region of a cell outside of the nucleus. Some of the organelles they have in common are ribosomes (site of protein synthesis), mitochondria (site of cellular respiration and ATP production), Golgi apparatus (vesicles involved in the secretion of macromolecules from cells), and lysosomes (vesicles involved in the intracellular digestion of macromolecules). In addition, they both have complex networks of intracellular canals called the endoplasmic reticulum through which macromolecules move.

2. Three obvious characteristics of plant cells that are not found in typical animal cells are: a cellulose cell wall, a large central vacuole, and chloroplasts (site of photosynthesis).

3. The cells within an organism are basically similar. They differ in their size, shape and function. Cells are organized into tissues (nerve, muscle, adipose, epithelial, etc.) and tissues are organized into organs (heart, liver, brain, kidneys, etc.). Although they are not as anatomically complex, plants also have organs (leaf, root, flower, etc.). Plants probably equal or exceed the complexity of animals when it comes to their incredible number of diverse biochemical reactions and products.

13. Prokaryotic Cells Of Cyanobacteria

1. Nitrogen Fixation: A remarkable prokaryotic skill in which inert atmospheric nitrogen gas (N 2) is combined with hydrogen to form ammonia (NH 3) This process occurs in the root nodules of legumes, and is the main reason why farmers often rotate their crops with leguminous species (such as alfalfa). This process also occurs in a number of species of microscopic cyanobacteria, some of which live symbiotically in the leaves and roots of plants. The actual sites of nitrogen fixation in the cyanobacteria are special cells called heterocysts.

Unlike other cells in the filaments of cyanobacteria, the heterocyst is nonphotosynthetic. As the heterocyst matures, the photosynthetic membranes (thylakoid membranes) become contorted or reticulate compared to regular photosynthetic cells of cyanobacteria, and they become non-photosynthetic (and do not produce oxygen). This fact is especially noteworthy because nitrogen fixation requires the essential enzyme nitrogenase, and the activity of nitrogenase is greatly inhibited by the presence of oxygen.

N2 + 8 H+ + 8e- +16 ATP + 16 H2O = 2 NH3 + H2 + 16 ADP +16 Pi

The fowing explanation is from Jim Deacon of the Institute of Cell and Molecular Biology, The University of Edinburgh.

Two molecules of ammonia are produced from one molecule of nitrogen gas. The reaction requires 16 molecules of ATP and a supply of electrons and protons (hydrogen ions) plus the enzyme nitrogenase. Nitrogenase consists of two proteins, an iron protein and a molybdenum-iron protein. The reaction occurs while N2 is bound to the nitogenase enzyme complex. The Fe protein is first reduced by electrons donated by ferredoxin. Then the reduced Fe protein binds ATP and reduces the molybdenum-iron protein, which donates electrons to N2, producing HN=NH. In two futher cycles of this process (each requiring electrons donated by ferredoxin) HN=NH is reduced to H2N-NH2, and this in turn is reduced to 2 NH3. Depending on the type of microorganism, the reduced ferredoxin which supplies electrons for this process in generated by photosynthesis, respiration or fermentation.

Filamentous cyanobacteria (Anabaena azollae) live inside cavities within the leaves of the ubiquitous water fern (Azolla filiculoides) The larger, oval cells are heterocysts (red arrow), the site of nitrogen-fixation where atmospheric nitrogen (N 2) is converted into ammonia (NH 3) Polar nodules are visible in some of the heterocysts. The water fern benefits from its bacterial partner by an "in house" supply of usable nitrogen. The cellular structure of these bacteria has changed very little in the past one billion years.

2. Nitrification: A prokaryotic skill in which the ammonia from nitrogen fixation is converted into nitrites (NO 2-) and nitrates (NO 3-).

3. Ammonification: A prokaryotic skill in which ammonia is formed from the decay of protein.

Although our atmosphere is almost 80% nitrogen gas (N 2), the element nitrogen is unavailable to plants in the inert gaseous state. Nitrogen fixation, nitrification, and ammonification make nitrogen available to autotrophic plants and ultimately to all members of the ecosystem. Symbiotic relationships such as the water fern (Azolla) are especially interesting because this little aquatic fern obtains a rich supply of nitrogen in the form of ammonia from the cyanobacteria (Anabaena) living within cavities in its leaves.

4. Desnitrificação: A prokaryotic skill in which nitrites and nitrates are converted back into unusable, inert, nitrogen gas by bacteria in the soil and water. Luckily for plants and animals on the earth, natural nitrogen fixation exceeds denitrification. However, the serious problem today is that humans have greatly accelerated nitrogen fixation by the tremendous production of chemical fertilizers. These fertilizers eventually get into lakes and ponds resulting in excessive growth (blooms) of filamentous algae which form scummy masses on the water surface. Although algae produce oxygen through photosynthesis, the decay (oxidation) of these massive algal blooms actually depletes the oxygen supply in the water, resulting in massive fish kills and putrefaction of lakes and ponds. The biological term for this process is called eutrophication. Although eutrophication is a natural process it has been accelerated by humans to an alarming rate. It is even beginning to be noticeable in clear mountain lakes, such as Lake Tahoe, where the water is not quite as clear.

5. The three major types of archaebacteria are: (1) Methanogens (methane-producers) which are responsible for swamp gas (2) Extreme Thermophiles that live in hot springs and black smokers (heat vents) at the bottom of the ocean and (3) Extreme Halophiles (halobacteria) that live in saturated brine and salt crust.

6. The archaebacteria have some characteristics that are very different from the true bacteria (eubacteria) and cyanobacteria in the kingdom Monera. Lipids of archaebacterial cell membranes differ considerably from those of both prokaryotic and eukaryotic cells, as do the composition of their cell walls and the sequence of their ribosomal RNA subunits. In addition, recent studies have shown that archaebacterial RNA polymerases resemble the eukaryotic enzymes, not the eubacterial RNA polymerase. Some authorities hypothesize that eukaryotic organisms may have evolved from ancient archaebacteria (archae = ancient) rather than from the common and cosmopolitan eubacteria. The archaebacteria could have flourished more than 3 billion years ago under conditions previously thought to be uninhabitable to all known life forms. Although many conservative references place the archaebacteria in a separate division within the kingdom Monera, some authorities now recognize them as a new 6th kingdom--The kingdom Archaebacteria. [Some references state that the genes of archaebacteria are edited before they are translated into protein, a complex pathway known to occur in eukaryotic cells however, more scholarly references do not mention this DNA similarity with eukaryotic cells, so it will not be postulated here.]

The vacuoles of some members of the duckweed family (Lemnaceae) contain calcium oxalate crystals that are visible under 400x magnification. Crystals of calcium oxalate may be needle-like ( raphide crystals ) or many faceted like a glistening diamond ( druse crystals ). The raphide crystals in the plant body of Lemna species appear like minute microscopic needles. Needlelike raphide crystals are also found in members of the arum family (Araceae), including the common house plant called Dieffenbachia . The crystals may cause irritation and swelling of the tongue if you chew on the leaves of this plant. Comparative DNA studies have shown that arums are closely related to the duckweed family. For more information about this remarkable family of flowering plants, refer to the following link:


WHAT IS RESOLUTION?

The term ‘resolution’ has to be discriminated from ‘sensitivity’, ‘sampling’ and ‘precision’. Subsequently we will try to clarify the meaning of these terms.

One can have a very sensitive light microscopic system which makes it possible to see single virus particles or even single fluorescent molecules [ 6–9]. This only means we would have single molecule sensitivity, but the size of such a molecule in the image could, for example, still correspond to 0.5 µm in the sample coordinate system, which would be a relatively poor optical resolution.

Another common confusion is the difference between resolution and sampling, which relates to magnification. It is easy to magnify an image of the sample by optical means to any desired degree, however, the process of magnification does not increase the optical resolution at best it preserves it. When an image of the sample is detected by our eyes or for example a CCD camera, it gets ‘sampled’ into a discrete set of measured intensity values, one for each detector element (such as a photosensitive cell in the brain). These sampling points correspond to nominal positions in the coordinate system of the object under investigation, without a limit to their density. The magnification has to be adjusted such that the finest level of detail present in the image is still measured (sampled) by at least two such detector elements, but any denser sampling will not yield new information about the sample. For a detailed discussion on sampling in optical microscopy see [ 10, 11]. Magnification significantly beyond this limit is sometimes called ‘empty magnification’. When there is a noise attributable to the readout process of the detector (‘read noise’), such empty magnification should be avoided as it deteriorates the image quality.

In many cases there can be very specific questions in biology which are to be answered by microscopic imaging. Such questions could be: ‘What is the spatial distance between two specific genetic loci in the nucleus or between two molecules on the cell surface?’ To answer these questions, there is no need for a resolution in the order of this distance, but the error of localization (the reciprocal of the localization precision) needs to be below this expected distance. That means that the distance between the estimated and the true centre position of the object has to be below the distance between the two objects. Localization precision can be far higher than the optical resolution [ 12, 13] (e.g. the localization error of single molecules can be smaller than 10 nm on a system of 200 nm optical resolution), and we can use this even for relative position determination between multiple loci, as long as we are able to discriminate between the target genes (or other small structures) in our image. Such discrimination can be achieved by using multiple colours [ 14–16], differences in fluorescence lifetime [ 17], photo-bleaching [ 12, 18], the individuality of statistical blinking events [ 19] and photoactivation [ 8, 9]. The higher the resolution the better the localization precision, but how much better than the optical resolution depends strongly (with a square-root dependence) on the number of photons collected from each target. An impressive application of the localization idea was to observe the molecular steps of Myosin V [ 20, 21]. Another interesting application was to follow the kinetics of the receptor-mediated entry of NTF2 and transport of NTF2 and transportin 1, with and without transport substrate, into the nucleus [ 6]. The method of speckle microscopy [ 22] uses precise localization for the tracking of molecular clusters to reveal their temporal behaviour. Nanosizing [ 23] can be used to address the question of the size of biological particles of known shape.

Even when objects are not point-like structures, the position of features like straight edges (e.g. tubulin fibres) or planes (e.g. plasma membrane) can often be determined very precisely by microscopy methods. All of these methods are based on localization precision, which should not be confused with the term resolution as discussed subsequently.

When we talk about high resolution of an optical instrument in this article, we mean the ability to see a structure at a high level of detail. There are various ways to define the term resolution more precisely which are discussed in the two separate boxed sections.

Although, the definitions of resolution [FWHM (Full Width of the point spread function measured at Half its Maximum) see Figure 1, Rayleigh and Sparrow limit] mentioned in the boxed section ‘The PSF’ may be useful in some cases, we would like to use a different limit called the Abbe limit (see other boxed section) within this article, as this limit has a very direct relationship to which light rays are captured by the objective lens of the microscope.

The Point Spread Function (PSF). Two PSFs are shown, one for high numerical aperture (NA = 1.3 in grey) and one for NA = 0.3 (slightly transparent shades). As can be seen the low NA PSF is wide and has well-defined positions of zero intensity, leading to the definition of the Rayleigh limit. For this PSF also the definition of full width measured at half the maximum (FWHM) is shown. The high NA PSF (uniformly grey peak in the middle) is much finer, but does not have the rings of zero intensity. The colour version of this figure can be found in www.bfgp.oxfordjournals.org

The Point Spread Function (PSF). Two PSFs are shown, one for high numerical aperture (NA = 1.3 in grey) and one for NA = 0.3 (slightly transparent shades). As can be seen the low NA PSF is wide and has well-defined positions of zero intensity, leading to the definition of the Rayleigh limit. For this PSF also the definition of full width measured at half the maximum (FWHM) is shown. The high NA PSF (uniformly grey peak in the middle) is much finer, but does not have the rings of zero intensity. The colour version of this figure can be found in www.bfgp.oxfordjournals.org

It is interesting to note that the ability to precisely localize can be turned into a genuine ‘resolution’ when many closely spaced particles can be discriminated. From the precise localization of these particles a picture can be constructed by painting dots at each localized position. A method termed ‘Pointillism’ [ 19]. A very successful way of discriminating closely spaced molecules is using a repetitive cycle of faint photo-activation followed by bleaching of the activated molecules [ 8, 9]. In every cycle only very few molecules get activated, so the chance of PSF overlap is small, and the localization thus very precise. In fixed samples it was possible to reconstruct impressive images of cryo-prepared thin section from a COS-7 cell expressing CD63 (lysosomal transmembrane protein) tagged with Kaede and dEosFP-tagged cytochrome-C oxidase import sequence in mitochondria of COS-7 cells down to a resolution of about 20 nm [ 8]. Currently a problem is the rather long imaging time well above an hour for a single slice image, but further development should obviate this.


High pressure treated Bacillus subtilis spores — Structural analysis by means of synchrotron and laboratory based soft X-ray microscopy

Measurements were carried out on high pressure treated (HPT) bacterial endospores of the Bacillus subtilis strain PS832 by means of laboratory (LTXM) and synchrotron based transmission soft X-ray microscopy (SynchTXM). Using LTXM at 500 eV HPT spores could be identified by a higher transparency, due to dipicolinic acid (DPA) release from the spore's core, and their shriveled appearance caused by air-drying.

Dormant spores were investigated at different photon energies at SynchTXM. Inner structures were visualized and it was shown that at a photon energy of 280 eV the micrographs yielded bigger absorption differences, and thus better contrast between the core/coat and the peptidoglycan-rich cortex.

Tilt series of dormant and HPT spores were reconstructed. Virtual sections revealed the dormant spores' core, cortex and coat without the need to physically slice the sample. It was also possible to visualize the inside of the HPT spores, which proved to be void of DPA.

Industrial relevance

Isostatic high pressure processing (HPP) is often regarded as the major recent technological innovation in food preservation. However, this technology is only applied in large scale for pasteurization and not for sterilization, which is largely due to the unknown inactivation mechanisms of highly resistant bacterial endospores. The structural analysis of high pressure treated endospores by X-ray microscopy could be used to study the progress of spore germination and inactivation under pressure and may add to the information already gathered in previous studies such as (Reineke et al., 2013) to establish the high pressure thermal sterilization at industrial scale. This technology in combination with different extrinsic factors like chemical or thermal preservation may open up new possibilities for a multi-target spore inactivation strategy for food sterilization.


Resumo

Electron cryotomography (ECT) enables intact cells to be visualized in 3D in an essentially native state to 'macromolecular' ( ∼ 4 nm) resolution, revealing the basic architectures of complete nanomachines and their arrangements no local. Since its inception, ECT has advanced our understanding of many aspects of prokaryotic cell biology, from morphogenesis to subcellular compartmentalization and from metabolism to complex interspecies interactions. In this Review, we highlight how ECT has provided structural and mechanistic insights into the physiology of bacteria and archaea and discuss prospects for the future.


Fundo

Atomic Force Microscopy (AFM) has been extensively used to study biological samples. Researchers take advantage of its ability to image living samples to increase our fundamental knowledge (biophysical properties/biochemical behavior) on living cell surface properties, at the nano-scale.

Scope of review

AFM, in the imaging modes, can probe cells morphological modifications induced by drugs. In the force spectroscopy mode, it is possible to follow the nanomechanical properties of a cell and to probe the mechanical modifications induced by drugs. AFM can be used to map single molecule distribution at the cell surface. We will focus on a collection of results aiming at evaluating the nano-scale effects of drugs, by AFM. Studies on yeast, bacteria and mammal cells will illustrate our discussion. Especially, we will show how AFM can help in getting a better understanding of drug mechanism of action.

Major conclusions

This review demonstrates that AFM is a versatile tool, useful in pharmacology. In microbiology, it has been used to study the drugs fighting Candida albicans ou Pseudomonas aeruginosa. The major conclusions are a better understanding of the microbes' cell wall and of the drugs mechanism of action. In cancerology, AFM has been used to explore the effects of cytotoxic drugs or as an innovative diagnostic technology. AFM has provided original results on cultured cells, cells extracted from patient and directly on patient biopsies.

General significance

This review enhances the interest of AFM technologies for pharmacology. The applications reviewed range from microbiology to cancerology.


Probing low-copy-number proteins in single living cells using single-cell plasmonic immunosandwich assays

Cellular heterogeneity is pervasive and of paramount importance in biology. Single-cell analysis techniques are indispensable for understanding the heterogeneity and functions of cells. Low-copy-number proteins (fewer than 1,000 molecules per cell) perform multiple crucial functions such as gene expression, cellular metabolism and cell signaling. The expression level of low-copy-number proteins of individual cells provides key information for the in-depth understanding of biological processes and diseases. However, the quantitative analysis of low-copy-number proteins in a single cell still remains challenging. To overcome this, we developed an approach called single-cell plasmonic immunosandwich assay (scPISA) for the quantitative measurement of low-copy-number proteins in single living cells. scPISA combines in vivo microextraction for specific enrichment of target proteins from cells and a state-of-the-art technique called plasmon-enhanced Raman scattering for ultrasensitive detection of low-copy-number proteins. Plasmon-enhanced Raman scattering detection relies on the plasmonic coupling effect (hot-spot) between silver-based plasmonic nanotags and a gold-based extraction microprobe, which dramatically enhances the signal intensity of the surface-enhanced Raman scattering of the nanotags and thereby enables sensitivity at the single-molecule level. scPISA is a straightforward and minimally invasive technique, taking only

6–15 min (from in vivo extraction to Raman spectrum readout). It is generally applicable to all freely floating intracellular proteins provided that appropriate antibodies or alternatives (for example, molecularly imprinted polymers or aptamers) are available. The entire protocol takes

4–7 d to complete, including material fabrication, single-cell manipulation, protein labeling, signal acquisition and data analysis.


Integrated supplementary information

Supplementary Fig. 1 How objective magnification affects the brightness of a CLSM image.

uma, Schematic showing illumination and light collection for 40×/1.4 NA and 63×/1.4 NA objective lenses. The same objective is used for both illumination and collection in an epifluorescence geometry, but for clarity, the beampath has been unfolded. The incoming laser beam is focused to a small point in the specimen plane: the PSF. The shape of the PSF is determined by the NA of the objective. The intensity of the PSF depends on the size of the back aperture of the objective, which changes with the magnification of the lens. The incoming laser beam overfills the back aperture of the objective, with the result that the back aperture crops the outer rays of the laser beam, reducing the intensity of the incoming laser beam accordingly. For example, when switching from a 40×/1.4 NA objective to a 63×/1.4 NA objective, the aperture area is reduced by a factor of 40 2 /63 2 = 0.40. Hence, we would expect a CLSM image through the 63× objective to be

40% of the intensity compared to using the 40× objective, if the NA and quality of the lenses are identical. Does this mean that a 40×/1.4 NA objective is more sensitive than a 63×/1.4 NA objective because of the increased brightness through the 40× lens? No. The increased brightness for the 40× lens stems from the fact that more of the laser beam passes through the aperture and hits the sample: this change in intensity by means of a physical aperture is no more helpful than changing the laser power in the software. On the other hand, a higher NA is always helpful for confocal microscopy since the collection efficiency of the objective increases with the NA 2 independent of magnification. b, CLSM image of a mouse kidney slide labeled with Alexa Fluor 488-WGA (Molecular Probes Prepared Slide #3) taken with a 40×/1.4 NA objective. c, CLSM image of the same field of view as b, taken with a 63×/1.4 NA objective using the same imaging parameters as b. The mean intensity of the image is reduced by

36% in the 63× lens compared to the 40× lens. However, the power of the laser beam, which was measured using an oil immersion–compatible power meter (Thorlabs PM400 console with S170C sensor), was also reduced by 34%. This demonstrates that the dominant effect of changing magnification is to crop out a portion of the laser beam, for which one could easily compensate by increasing the laser power accordingly. The scale bar is 10 μm.

Supplementary Fig. 2 Focus drift.

Focus drift affects most microscope stands for 2–3 h after turning the microscope on, even when no incubators are used. A thin, fixed fluorescently labeled slide (Fluocells Prepared Slide #1, Molecular Probes) was placed on the stage of several confocal microscopes that had been turned off overnight (≥12 h). An optimized image was captured, and the focus position was recorded 10 min after turning power on to the instrument. For subsequent time points, the focus was adjusted manually so that the new image exactly matched the first image of the time series (the saturation LUT was helpful for evaluating when the images matched). There were no microscope incubators installed on these microscopes. uma, Focus drift measured three times on the same Leica SP8 equipped with STED superresolution and a Super Galvo Z-stage demonstrates that the stand should be turned on 2–3 h before beginning confocal acquisition (particularly if STED is employed, as the acquisition times tend to be longer than regular confocal imaging). The Leica DMi8 microscope stand’s closed-loop focus feedback was enabled. b, Focus drift on a similar Leica SP8, both with and without the Super Galvo Z-stage, and both with and without the DMi8 closed-loop focus enabled. c, Focus drift on four other microscopes, demonstrating that the problem is not limited to any particular brand but is widespread.


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