BAND 8 Das www.wasistwas.de Mikroskop SEHEN HÖREN MITMACHEN
Inhalt Wunder im Allerkleinsten Was ist der Mikrokosmos? 4 Was kann man in der Mikrowelt entdecken? 5 Wie sahen die ersten Vergrößerungsinstrumente aus? 6 Wie begann die Erforschung des Mikrokosmos? 7 Was entdeckte Antoni van Leeuwenhoek? 8 Wie entstanden moderne Mikroskope? 9 Streifzüge im Wassertropfen Was kann man in einem Wassertropfen entdecken? 26 Wie fängt man Plankton? 27 Woran erkennt man Wasserflöhe? 28 Was sind Wimpertierchen? 29 Wie sehen Algen im Mikroskop aus? 30 Wie bewegt sich das Augentierchen fort? 31 Was sind Sonnentierchen? 31 Von der Lupe zum Mikroskop Wie vergrößert eine Linse? 10 Wie funktioniert eine Lupe? 10 Wie ist ein Stereomikroskop aufgebaut? 11 Streifzug mit Lupe oder Stereomikroskop 12 Wie vergrößern moderne Mikroskope? 14 Aufbau eines Lichtmikroskops 15 Das eigene Mikroskop Worauf sollte man beim Kauf eines Mikroskops achten? 16 Welches Zubehör braucht man? 17 Wie pflegt man ein Mikroskop? 18 Im Reich des Allerkleinsten Wie beobachtet man richtig? 19 Warum zeichnet man Objekte? 20 Wie sehen Haare und Fasern vergrößert aus? 20 Woraus besteht Blütenstaub? 21 Wie weist man Stärke nach? 22 Was sind Zellen? 23 Wodurch atmen Pflanzen? 24 Was ist ein Dünnschnitt? 25 Kunstformen der Natur 32 Feinbau der Tiere Wo findet man Insekten zur Untersuchung? 34 Was lässt sich an Fliegen entdecken? 35 Womit stechen Bienen, Wespen und Stechmücken? 36 Wie sind Schmetterlinge gebaut? 37 Wie bilden Spinnen ihre Netze? 38 Wie stellt man ein Dauerpräparat her? 39 Vorstoß in den Mikrokosmos Gibt es weitere Mikroskopiermethoden? 40 Warum lässt sich die Vergrößerung nicht beliebig erhöhen? 42 Was ist ein Elektronenmikroskop? 43 Was leistet ein Rasterelektronenmikroskop? 44 Wie kann man Atome sichtbar machen? 45 Mikroskope in Wissenschaft und Technik 46 Bezugsquellen und Index 48 3
Das eigene Mikroskop Bedenkt man, dass ein gutes Mikroskop eine Anschaffung ist, an Worauf sollte man beim Kauf der man viele Jahre Freude haben eines Mikroskops achten? kann, sollte man beim Kauf nicht zu sparsam sein. Billige Schülermikroskope bieten zwar oft eine hohe Vergrößerung, aber meist eine sehr schlechte Bildqualität. In der Regel kommt es beim Mikroskopieren gar nicht so sehr auf die Vergrößerung an die meisten interessanten Dinge lassen sich schon im Bereich bis 300-fach beobachten. Viel entscheidender ist die Qualität der Objektive. Die hängt nicht allein von der Vergrößerungskraft ab, sondern vor allem von der Auflösung, also der Fähigkeit, feinste Strukturen noch deutlich zu zeigen. Am günstigsten für den Anfang ist ein Kursmikroskop, wie es mehrere Firmen für einige Hundert Euro anbieten. Seine Auflösung ist weit besser als die der Billiggeräte; außerdem liefert es hellere, größere Bilder. Mitunter kann man auch über eine Kleinanzeige ein gebrauchtes Mikroskop günstig erwerben. Dabei kommt man vielleicht auch in Kontakt mit einem erfahrenen Hobby-Mikroskopiker. Ein Mikroskop sollte ein stabiles Stativ mit einer feingängigen, spielfreien und nicht wackelnden Scharfeinstellung besitzen sowie ein gutes Beleuchtungssystem aus einem Kondensor und einer eingebauten Lampe. Auch ein Objektivrevolver sollte vorhanden sein, am besten mit vier Anschlüssen. Wichtig ist, dass diese das international genormte Gewinde haben; dann kann man bei Bedarf weitere Objektive auch von anderen Firmen hinzukaufen. Für den Anfang kommt man mit vergleichsweise geringen Vergrößerungen und entsprechend preiswerter Optik aus. Oft werden Kursmikroskope mit einer optischen Grundausstattung geliefert, die ein oder zwei Okulare und drei Objektive umfasst. Die Okulare vergrößern meist 5- oder 10-fach, die Objektive 5-fach, 10- fach und 40-fach. Mit solchen Kursmikroskopen sind also Vergrößerungen von 25-fach bis 400-fach möglich. STEREO- ODER LICHTMIKROSKOP? Mikrokosmos-Interessierte sollten sich gut überlegen, welche Art von Mikroskop sie sich anschaffen. Bei einem Stereomikroskop können die Fundstücke direkt unter die Linse gelegt werden. Weitere Vorteile sind das seitenrichtige Bild und die relativ geringe Vergrößerung eine starke Vergrößerung überfordert leicht das Vorstellungsvermögen von Anfängern. Dagegen sollten die Objekte für ein Lichtmikroskop durchsichtig sein. Man muss sie vor der Beobachtung präparieren; dazu braucht man unter anderem Objektträger und Deckgläser, Rasierklingen, Nadeln und Chemikalien. Dafür kann man allerdings dank höherer Vergrößerung weit feinere Strukturen der Mikrowelt erkennen. 16
ENTSPANNTES SEHEN Auf die Dauer kann es anstrengend sein, immer nur ein Auge zum Mikroskopieren zu benutzen. Abhilfe bringt ein Binokularaufsatz, wie im Bild auf der vorigen Seite. Mithilfe eines Glasprismas teilt er den vom Objektiv kommenden Lichtstrahl und lenkt die beiden Strahlen zu zwei Okularen, sodass man bequem mit beiden Augen beobachten kann. Anders als ein Stereomikroskop liefert ein Binokularaufsatz aber kein räumliches Bild. Kreuztisch mit Stellschrauben Zusätzliche AUSSTATTUNG kann man sich nach und nach anschaffen, etwa einen Fotostutzen zum Anschluss einer Kamera für Mikrofotos und vielleicht einen Kreuztisch, mit dem man mittels kleiner Stellschrauben das Präparat bequem hin und her bewegt. Welches Zubehör braucht man? Abgesehen vom Mikroskop selbst ist die Beschäftigung mit dem Allerkleinsten nicht teuer. Man braucht als Hobby-Mikroskopiker nur wenig und zudem billiges, leicht erhältliches Zubehör. An erster Stelle stehen Objektträger und Deckgläser. Objektträger sind kleine Glasscheiben von meist 26 mal 76 Millimetern Größe und etwa einem Millimeter Dicke, auf die man die Untersuchungsobjekte legt; dann deckt man sie mit einem Deckglas zu. Deckgläser sind quadratisch mit 18 oder 25 Millimetern Kantenlänge; die größeren sind einfacher zu handhaben. Deckgläser bestehen aus hauchdünnem Glas, sonst käme das Objektiv bei höheren Vergrößerungen nicht nahe genug ans Präparat heran. Es lohnt sich, Objektträger und Deckgläser gleich in einer 100er- Packung zu kaufen. Die Deckgläser wirft man nach Gebrauch weg am besten in ein altes Marmeladenglas, das später zum Altglas kommt. Denn sonst ist die Gefahr zu groß, sich an den dünnen Gläsern zu schneiden. Objektträger, Deckgläser und Werkzeug zum Vorbereiten der Untersuchungsobjekte sind unverzichtbares Zubehör. Die Chemikalien für das Mikroskopieren bekommt man in der Apotheke. Nützlich sind weiterhin einige leere Arzneiröhrchen oder auch alte Joghurtbecher für die zu untersuchenden Proben. Einen Becher füllt man mit frischem Leitungswasser, ein weiterer dient zum Aufbewahren benutzter Objektträger; sie werden täglich mit etwas warmem Spülwasser gesäubert. Einige Pipetten, unten spitz zulaufende Glasröhrchen mit einem Gummiball, dienen zum Aufsaugen von Wasserproben und 17
Auftropfen von Flüssigkeiten. Zu viel Wasser kann man mit einem Streifen Filterpapier wegsaugen. Zwei Präpariernadeln helfen beim Anordnen von Untersuchungsmaterial auf dem Objektträger. Zu untersuchende Pflanzenteile kann man mit einer spitzen Schere abschneiden, und eine Pinzette hilft beim Anfassen winziger Teile und auch beim Auflegen des Deckglases auf ein Objekt. Eine Rasierklinge, die man in einen speziellen Halter spannt, eignet sich zum Schneiden von Blättern und Stängeln. Vorsicht: Trotz des Halters kann man sich in den Finger schneiden! Außer diesen Gerätschaften braucht man Chemikalien: das Färbemittel Iodtinktur, Brennspiritus, in dem man Pflanzenteile oder tote Insekten längere Zeit aufbewahren kann, und das Einschlussmittel Glyzeringelatine eine durchsichtige, gallertige Masse, mit deren Hilfe man Objekte längere Zeit haltbar machen kann. Es werden jeweils nur einige Gramm oder Milliliter gebraucht, die der Apotheker in geeignete, mit einem Etikett versehene Fläschchen abfüllt; die Handhabung dieser Stoffe wird in den folgenden Kapiteln beschrieben. Wichtig: Nichts davon in Mund und Augen bringen! ÖLIMMERSIONSOBJEKTIV Fortgeschrittene Mikroskopiker können sich für besonders hohe Vergrößerungen, zum Beispiel zur genaueren Untersuchung von Bakterien, ein 100- fach vergrößerndes Objektiv mit besonders guter Auflösung nachkaufen. Meist ist es ein sogenanntes Ölimmersionsobjektiv. Das bedeutet, dass man es nur benutzen kann, wenn man vor der Untersuchung einen Tropfen Immersionsöl auf das Deckglas setzt und den Tubus so weit senkt, bis die unterste Linse ins Öl taucht. Das Öl hat dieselben optischen Eigenschaften wie Glas; bei einem so hochauflösenden Objektiv würde schon die dünne Luftschicht zwischen Deckglas und Objektivlinse die optische Leistung vermindern. Lichtstrahlen Öl Deckglas Objektträger Objekt Frontlinse des Objektivs Öl besitzt die gleichen optischen Eigenschaften wie Glas (links). Die Lichtstrahlen werden anders als in der Luft (rechts) nicht abgelenkt. Daher hilft ein kleiner Tropfen Immersionsöl dem Mikroskopiker, mit speziellen Objektiven hohe Vergrößerungen zu erzielen. Luft Wie pflegt man ein Mikroskop? Es versteht sich von selbst, dass man ein so wertvolles Instrument wie ein Mikroskop vorsichtig behandelt. Um es aus der Verpackung zu nehmen, fasst man es nur am Tubusträger an, auf keinen Fall am Tubus oder am Einstellknopf. Lässt man es auf seinem Arbeitsplatz stehen, sollte man es stets gegen Staub abdecken. Okular und Objektive lässt man eingesetzt, damit kein Schmutz in den Tubus geraten kann. Die oberste Okularlinse wird dennoch mit der Zeit etwas schmierig von Wimpernfett und Tränenflüssigkeit; ein weicher, sauberer Lappen macht sie wieder klar. Noch empfindlicher ist die unterste Linse des Objektivs. Sie sollte nie mit dem Untersuchungsobjekt oder dem Deckglas in Berührung kommen, damit sie weder verschmutzt noch verkratzt wird. NACHSCHLAGEN, BITTE! Zu Lupe oder Mikroskop gehören auf jeden Fall gute Bestimmungsbücher, die das Gesehene benennen und erklären. 18
Im Reich des Allerkleinsten AUGEN AUF! Am Anfang fällt es den meisten Menschen schwer, bei Mikroskopen mit nur einem Okular beide Augen offen zu lassen. Sie kneifen ein Auge zu oder halten die Hand davor, wodurch sie die Augen jedoch unnötig anstrengen. Besser ist es, beide Augen offen zu lassen und sie möglichst zu entspannen. Nach kurzer Übung kann man sich schließlich problemlos nur auf das Mikroskopbild konzentrieren. MÜCKEN IM AUGE Nach längerem Blick ins Okular erscheinen im Bildfeld oft kleine runde Körner oder fädige Strukturen, die sich mit dem Auge bewegen, nicht deutlich zu sehen sind und beim Blinzeln verschwinden. Diese Mücken gehören nicht zum Präparat, sondern entstehen im Auge selbst und sind ein Zeichen, dass man den Augen etwas Ruhe gönnen sollte. Für erste Untersuchungen gibt man ein Haar Wie beobachtet man richtig? in einen Tropfen Wasser auf einen Objektträger und legt vorsichtig ein Deckglas darauf. Schon ist das Präparat fertig das ist ein für die Untersuchung vorbereitetes Objekt. Eine Untersuchung beginnt stets mit dem schwächsten Objektiv. Der Tubus wird mit dem Grobtrieb heruntergefahren, bis das Objektiv etwa einen Zentimeter vom Objekttisch entfernt ist. Dann schaut man durchs Okular und regelt, falls möglich und nötig, die Beleuchtung ein. Das Gesichtsfeld muss gleichmäßig und hell ausgeleuchtet sein. Nun erst legt man das Glasplättchen mit dem Haar auf den Objekttisch und klemmt es dort fest; das Haar muss natürlich über dem Loch im Tischchen sein. Vorsichtig senkt man jetzt den Tubus, bis das Objektiv nur ein bis zwei Millimeter vom Deckglas entfernt ist. Nun sieht man ins Mikroskop und hebt langsam den Tubus, bis entweder das Haar selbst oder etwaige Luftblasen im Wasser scharf erscheinen. Durch Hin- und Herschieben des Objektträgers kann man die interessanteste Stelle des Präparats ins Bildfeld rücken. Den Grobtrieb braucht man jetzt nicht mehr zu berühren; der Feintrieb reicht aus, um zum Beispiel mal die Oberseite, mal die Unterseite des Haares scharf zu stellen. Die Blende unter dem Objekttisch oder am Kondensor stellt man so ein, dass das Haar möglichst deutlich zu sehen ist. Man sollte sie aber nicht zu weit schließen. Die Konturen werden dadurch zwar scheinbar kräftiger, in Wirklichkeit aber gehen feine Einzelheiten des Bildes verloren. Jetzt kann man zu höherer Vergrößerung übergehen. Man schwenkt vorsichtig das nächststärkere Objektiv ein. Der Abstand zwischen Deckglas und vorderster Objektivlinse ist jetzt viel geringer, doch gute Mikroskope sind so berechnet, dass man nur die Feineinstellung etwas zu verändern braucht, um wieder ein scharfes Bild zu haben. Vielleicht muss man die Beleuchtung korrigieren und die Blende etwas öffnen. Um das Objektiv vor einer Beschädigung durch das Deckglas zu schützen, sollte man das Absenken des Tubus von der Seite kontrollieren. 19
Es gibt einen alten Spruch unter Mikroskopikern: Warum zeichnet man Objekte? In einem Skizzenbuch sammelt man Beschreibungen und Zeichnungen der untersuchten Objekte. Man hat nur gesehen, was man gezeichnet hat. Es ist erstaunlich, auf wie viele Einzelheiten man dabei stößt, über die das Auge zuvor nur weggehuscht ist. Daher sollte man sich angewöhnen, von allen Objekten Skizzen oder richtig ausgearbeitete Zeichnungen anzufertigen und sie in einem Beobachtungstagebuch, etwa einem Ringbuch, zu sammeln. Die Zeichnung muss nicht schön sein, nur sollte man sorgfältig arbeiten und wirklich das Gesehene so gut wie möglich wiedergeben. Dazu schreibt man den Namen des Objekts, also Fuß einer Stubenfliege oder Scheibchen eines Apfels, den Fundort, das Datum, die Vergrößerung, die Vor- behandlung des Objekts, wichtige Einzelheiten, die bei der Untersuchung auffielen, und vielleicht Hinweise, die man aus einem Bestimmungsbuch entnommen hat. Auf diese Weise kann man Objekte vergleichen, auch wenn zwischen den Untersuchungen Monate liegen. An einem Wollpullover finden sich immer einige Wie sehen dünne Fasern. Haare und Legt man sie in Fasern vergrößert aus? tropfen unters einem Wasser- Deckglas, fällt sofort die schuppige Oberfläche der Wolle auf. Wollfasern Im Vergleich dazu sehen die Fasern von einem Baumwollhemd bandförmig verdreht aus, wie eine Papierschlange. Leinenfäden sind unregelmäßig dick und haben eine Art Kanal im Innern. Wenn man möglichst viele verschiedene Arten von Haaren sammelt und unter dem Mikroskop vergleicht, kann man später von jedem Kleidungsstoff sagen, woraus er besteht. Interessant ist es auch, Tierhaare von Haustieren zu vergleichen, etwa von Katze, Hund, Pferd und Kaninchen. PFLANZENHAARE Auch Pflanzen besitzen Haare. Manche helfen bei der Verbreitung der Samen durch den Wind etwa die Fallschirme des Löwenzahns (der Pusteblume ). Bei anderen Pflanzen sitzen Haare an den Stängeln oder Blättern. Mit dem Messer lassen sie sich leicht abschaben und in einem Wassertropfen untersuchen. STAUBFORSCHUNG Spannend ist es, mit dem Mikroskop Proben von Staub aus unterschiedlichen Bereichen der Wohnung zu untersuchen und zu vergleichen. Fündig wird man unter dem Bett, im Staubsaugerbeutel, in Teppich und Fußmatte, am Lagerplatz von Hund oder Katze und auf Büchern. Man findet in unterschiedlichen Anteilen zum Beispiel Stofffasern und Tierhaare, feinsten Sand, vielleicht Hautteilchen, wie sie jeder Mensch ständig verliert, oder auch herangewehte Pollen. Pferdehaar Katzenhaar Hundehaar Kaninchenhaar Bei hoher Vergrößerung sieht man im Inneren eines Tierhaares, dem Mark, jeweils unterschiedliche Strukturen, so dass man sie sicher unterscheiden kann. 20