Лист дуба через конфокальный микроскоп

На фото — нижняя сторона зеленого листа дуба из Летнего сада в Петербурге (несколько квадратных миллиметров). Снимок был получен с помощью конфокального сканирующего микроскопа, причем без использования красителей. Сам лист вы видите красным, а голубое — это гриб, который растет на листе: его плодовые тела (круглые образования) и гифы (тонкие нити). В правой части фото видна жилка листа зеленоватого цвета.

Но почему на фото зеленый лист неожиданно стал красным, а темные колонии грибов — ярко-голубыми? Всё дело в методе съемки. Конфокальный микроскоп сканирует образец ультрафиолетовым лазером, который переводит электроны вещества в возбужденное состояние, вызывая флуоресценцию — испускание света. Каждый из флуорохромов — способных флуоресцировать атомов, молекул и молекулярных комплексов — имеет индивидуальные спектры поглощения и флуоресценции. На этом фото светятся три флуорохрома: хлорофилл, целлюлоза и хитин. Микроскоп регистрирует интенсивность свечения в точке, которую сканирует. Для того, чтобы зафиксировать свет трех разных длин волн — синего, зеленого и красного, — одно и то же место на листе снимали три раза. Затем изображения были наложены друг на друга, и получился трехцветный рисунок.

Так выглядит лаборатория конфокальной микроскопии. © Ксения Кленова

Хлорофилл — это зеленый пигмент растений, участвующий в процессе фотосинтеза и придающий характерную окраску листьям. Возбужденный хлорофилл теряет поглощенную световую энергию, растрачивая ее на фотосинтез, переводя в тепло или излучая в виде флуоресценции. Этот пигмент поглощает свет только синего и красного спектров, в то время как зеленый отражается — поэтому мы видим растения зелеными. А вот флуоресцирует он красным светом. Отсюда и специфический цвет листа на фото.

Голубой цвет испускает хитин, который входит в состав клеточной стенки грибов. Благодаря хитину мы можем заставить флуоресцировать округлые плодовые тела грибов и тонкие нити гиф. Грибы оказались здесь не случайно, ведь на листовой пластинке растений формируются сложные по составу сообщества бактерий, грибов и микроскопических водорослей — вместе они образуют филлоплану (см. филлосфера; Phyllosphere). К грибам филлопланы относят микромицеты, обитающие на поверхности листьев. Из тех грибов, что встретились на дубе, можно выделить три основных вида: Acremonium sp., Fusarium sp., Penicillium expansum.

Целлюлоза — это полисахарид, один из основных компонентов клеточных стенок растений. В жилке листа содержится много целлюлозы. Как и хитин, целлюлоза должна светиться голубым, но из-за наложения красного цвета хлорофилла получается желтовато-зеленый.

Фото © Константин Бенкен, Марина Зеленская из статьи М. С. Зеленская и др., 2017. Грибы филлопланы в городской среде. Фото сделано при помощи микроскопа Leica TCS SPE.

См. также картинки, сделанные при помощи конфокального микроскопа:
1) Микроглия через конфокальный микроскоп, «Элементы», 15.06.2016.
2) Раскрашенный цитоскелет, «Элементы», 29.09.2016.

Анастасия Пашутова