Esercizi: L'osservazione al microscopio

Nello schema del microscopio ottico ci sono tre parti indicate con «?». Scrivi il nome di ciascuna e spiega la sua funzione.

Ordina i passaggi per preparare un campione di cellule di cipolla: (a) coprire con il vetrino coprioggetti facendo attenzione che non restino bolle, (b) posare un sottile strato di cipolla sul vetrino portaoggetti, (c) aggiungere una goccia di lugol per colorare, (d) rimuovere l'eccesso di liquido con carta da filtro.

Perché molti campioni vengono colorati prima di essere osservati al microscopio? Fai un esempio di colorazione usata nel laboratorio della scuola.

Indica le due parti del microscopio che contengono lenti e spiega da dove si guarda e dove si colloca il campione.

Spiega che cosa sono il vetrino portaoggetti e il vetrino coprioggetti e a che cosa serve ciascuno nella preparazione di un campione.

Descrivi come si deve trasportare un microscopio dall'armadio al tavolo di lavoro per non danneggiarlo: quali parti si afferrano e con quante mani.

Che cosa bisogna fare al termine di un'esperienza di microscopia? Ordina e spiega queste operazioni: spegnere la luce, pulire le lenti con la carta apposita, rimuovere e smaltire il campione, riporre il microscopio e lavarsi le mani.

Per osservare qualcosa al microscopio ottico bisogna tagliarlo in lamine molto sottili. Spiega perché il campione deve lasciar passare la luce e che cosa accade se è troppo spesso.

Un microscopio ha un oculare $10\times$ e obiettivi $4\times$, $10\times$ e $40\times$. Calcola l'ingrandimento totale ottenuto con ciascun obiettivo e spiega con quale di essi bisogna iniziare sempre l'osservazione e perché.

Osservando un campione, l'immagine appare molto scura e si vede solo un frammento di ciò che è stato preparato. Indica due possibili cause per ciascun problema e che cosa faresti per correggerle senza cambiare obiettivo.

Perché bisogna mettere a fuoco prima con l'obiettivo a minore ingrandimento e riservare la vite micrometrica agli obiettivi maggiori? Spiega che cosa può accadere se si usa la vite macrometrica con l'obiettivo $40\times$.

Un microscopio ha un oculare $10\times$ e un obiettivo $20\times$. Calcola l'ingrandimento totale. Se passi a un obiettivo $40\times$, spiega che cosa accade alla dimensione dell'immagine, alla zona del campione che riesci a vedere e alla quantità di luce.

L'immagine del microscopio è capovolta. Se spingi con cautela il vetrino verso destra mentre guardi, ragiona su verso dove sembrerà muoversi l'immagine nell'oculare e quale conseguenza pratica ha questo quando segui un microrganismo che si sposta.

Hai messo a fuoco una cellula con l'obiettivo $10\times$ e passi a quello $40\times$: l'immagine risulta un po' sfocata e più scura. Spiega quale vite devi usare per rimettere a fuoco (e quale non devi toccare) e quale regolazione dell'illuminazione può migliorare l'immagine.

Descrivi come prepareresti un campione umido di un capello o di una fibra del tuo maglione per vederlo al microscopio: quali materiali useresti e in quale ordine procederesti. Che differenza c'è tra quella preparazione casalinga e un preparato permanente di laboratorio?

Indica tre norme di sicurezza per il lavoro con campioni biologici e coloranti nel laboratorio della scuola e spiega il motivo di ciascuna.

Con l'obiettivo $10\times$ (ingrandimento totale $100\times$) il campo visivo misura circa $1{,}5\ \text{mm}$ di diametro. Se una cellula di cipolla misura circa $0{,}25\ \text{mm}$ di lunghezza, stima quante cellule in fila starebbero nella larghezza del campo e ragiona su che cosa accadrà al diametro del campo passando all'obiettivo $40\times$.

Un gruppo di ricerca vuole filmare in tempo reale come un protozoo unicellulare nuota e cattura batteri in una goccia d'acqua stagnante e, allo stesso tempo, fotografare nei minimi dettagli la struttura interna dei virus che infettano quei batteri. Uno studente propone di utilizzare soltanto un microscopio elettronico a trasmissione per raggiungere entrambi gli obiettivi. Valuta in modo motivato la sua proposta: spiega perché non è possibile osservare il protozoo vivo con questo strumento e determina quale microscopio deve essere impiegato in ciascun caso e perché.

Nell'esperienza di osservazione delle cellule dell'epitelio della bocca colorate con blu di metilene, un gruppo distingue soltanto macchie blu senza forma. Proponi almeno tre errori che possono aver commesso nella preparazione del campione e spiega come ripeteresti l'esperienza perché riesca bene.

Un compagno osserva un preparato al microscopio a $400\times$. Il campo visivo con quell'obiettivo misura $0{,}4\ \text{mm}$ di diametro e la cellula che osserva occupa circa la metà di tale diametro. Il tuo compagno afferma: «Poiché il microscopio ingrandisce $400$ volte e la cellula occupa $0{,}2\ \text{mm}$, le sue dimensioni reali devono essere $0{,}2 \times 400 = 80\ \text{mm}$: misura quasi otto centimetri!».\na) Individua l'errore concettuale del suo ragionamento e spiega la differenza tra dimensione reale e dimensione apparente ingrandita.\nb) Calcola la dimensione reale corretta della cellula in millimetri e in micrometri ($1\ \text{mm} = 1\,000\ \mu\text{m}$).\nc) Se mettessi cellule identiche una dietro l'altra in fila, quante ne entrerebbero lungo un centimetro di un righello?

Vuoi verificare se le cellule della zona di crescita di una radice di cipolla sono più piccole di quelle del bulbo. Progetta l'esperienza: quali due preparati realizzerai, come stimerai la dimensione delle cellule usando il campo visivo, quale tabella di dati userai e quante cellule misurerai perché il confronto sia attendibile.

Osservando al microscopio la lettera «e» ritagliata da un giornale, si vede ruotata di 180° (capovolta e rovesciata). Prevedi come si vedrà la lettera «p» prima di guardarla, spiega perché avviene questa inversione e descrivi come verificheresti la tua previsione.

Analizza i seguenti dati sul limite di risoluzione (la distanza minima per distinguere due punti separati) di tre strumenti:\n• Occhio umano: $0{,}1\ \text{mm}$ ($100\ \mu\text{m}$).\n• Microscopio ottico composto: $0{,}2\ \mu\text{m}$.\n• Microscopio elettronico: $0{,}0002\ \mu\text{m}$.\n\nHai a disposizione quattro campioni biologici:\n1. Una cellula vegetale di cipolla ($100\ \mu\text{m}$).\n2. Un batterio ($2\ \mu\text{m}$).\n3. Un virus dell'influenza ($0{,}1\ \mu\text{m}$).\n4. La membrana plasmatica di una cellula ($0{,}008\ \mu\text{m}$).\n\na) Deduci quale strumento ti serve come minimo per distinguere ciascuno dei quattro campioni.\nb) Giustifica, a partire da questi dati, perché nel XVII e XVIII secolo si poterono già osservare cellule e batteri, ma l'esistenza e la struttura dei virus non poterono essere dimostrate fino all'invenzione del microscopio elettronico nel XX secolo.

In un negozio online viene offerto un «Microscopio ottico scolastico con ingrandimenti fino a $50\,000\times$ che permette di osservare virus e molecole a soli 30 euro».\na) Usando l'analogia dell'ingrandimento di una fotografia digitale a bassa risoluzione (in cui si ottengono solo pixel più grandi, ma nessun dettaglio nuovo), spiega perché quell'annuncio è un inganno e prevedi che cosa vedresti in realtà cercando di forzare così tanti ingrandimenti con la luce visibile.\nb) Spiega quale cambiamento fisico fondamentale apporta il microscopio elettronico rispetto a quello ottico per superare quel limite e mostrare con nitidezza strutture di pochi nanometri.

Sfida del tema. Immagina di collaborare con il museo scientifico della tua regione per progettare una scheda divulgativa sulla vita microscopica in casa.

1. Ricerca di campioni reali: Accedi alla banca di immagini libere di un istituto scientifico o alla fototeca di un ente di ricerca. Scarica due micrografie reali: un batterio (Lactobacillus dello yogurt) e una cellula vegetale (epidermide di cipolla). Registra gli ingrandimenti e la barra di scala indicata.

2. Misurazione e analisi: Misura con il righello la cellula nella foto e, applicando la scala grafica, calcola la sua dimensione reale in micrometri ($1\text{ }\mu\text{m} = 0,001\text{ mm}$). Elabora una tabella comparativa in cui riporti: dimensioni reali calcolate (es. $1,8\text{ }\mu\text{m}$ rispetto a $120,5\text{ }\mu\text{m}$), tipo cellulare (procariote o eucariote) e presenza o assenza di nucleo visibile, parete cellulare e citoplasma.

3. Relazione finale: Redigi una proposta argomentata (massimo $1$ pagina) spiegando perché la cellula è l'unità della vita in entrambi gli organismi, perché al microscopio differiscono e quali vantaggi offre questo strumento per studiarle.

Verranno valutati:

• Identificazione e classificazione rigorosa delle strutture cellulari procariote ed eucariote.

• Correttezza nel calcolo della dimensione cellulare reale a partire dalla scala del microscopio.

• Chiarezza concettuale nel giustificare che la cellula è l'unità funzionale e strutturale degli esseri viventi.