바이킹호, 현미경종류, 염색액, 방법 -무현염법

1976년 무인 탐사선 바이킹호가 생명체의 고유한 특징인 물질대사의 여부를 통한 화성의 토양에 생명체가 있는지 확인하는 실험을 수행하였습니다. 그러나 생명체는 확인되지 못했습니다.

무인 탐사선 바이킹호가 실험한 동화 작용 실험은 광합성 여부를 확인하는 실험입니다. 화성 토양을 넣은 용기에 방사성 기체를 넣고 램프로 빛을 비추었습니다. 며칠 후 용기 속에 남은 방사성 기체를 제거하고, 가열 장치로 토양을 가열하면서 방사성 물질이 휘발되어 나오는지를 확인하였습니다. 그 결과 방사성 물질이 검출되지 않았습니다. 다른 실험은 이화작용 실험이었습니다. 호흡 여부를 확인하는 실험으로 화성 토양을 넣은 용기에 방사성 영양소를 주입하고 며칠 후 방사성 기체의 생성 여부를 확인하였습니다. 그 결과 방사성 기체가 검출되지 않았습니다. 기체 교환 실험에서는 화성 토양을 넣은 용기에 일정한 조성의 혼합기체를 넣고 영양물질을 투여하면서 용기 내부의 기체 조성비가 변하는지 확인하였습니다. 하지만 기체의 조성은 변화하지 않았습니다.

1665년 영국의 로버트 훅이 자신이 만든 간단한 현미경으로 코르크 조각을 관찰하여 벌집 모양의 수많은 방들로 나뉘어 있는 것을 관찰하였습니다. 그는 이것을 세포라고 이름을 붙였습니다. 1838년 독일의 슐라이덴이 식물은 세포로 구성되어 있다는 것을 밝혀내고, 1839년에 독일의 슈 반은 동물 또한 세포로 구성되어 있다는 것을 밝혔습니다. 이에 두 과학자는 모든 생물은 하나 또는 하나 이상의 세포로 구성되어 있으며, 세포는 모든 생물의 구조적, 기능적 기본단위이다라고 말하는 세포설을 제창하였습니다. 이와 같은 세포설은 1855년 독일의 피르호에 의해 모든 세포는 세포로부터 만들어진다는 부분이 덧붙여지고 1861년 독일의 슐처가 세포는 핵을 가지는 원형질의 덩어리이다라는 정의를 내림으로써 세포의 개념이 확립되었습니다.

세포는 매우 작아서 맨눈으로는 관찰할 수 없습니다. 때문에 크게 확대하여 관찰하려면 현미경을 이용하여 세포 또는 세포 내 소기관을 확대하여 관찰해야 합니다. 현미경으로 세포를 관찰할 때 세포의 특정 부분에 염색약을 이용하여 염색을 하거나 에탄올 또는 아세트산 혼합용액을 이용하여 세포를 살아있는 것과 유사한 상태로 고정함으로써 관찰을 용이하게 할 수도 있습니다. 주위에서 흔히 볼 수 있는 광학 현미경은 대물렌즈와 접안렌즈를 이용하여 상을 확대하여 관찰합니다. 현미경의 배율은 대물렌즈의 배율과 접안렌즈의 배율을 곱한 것이며, 대물렌즈는 길수록 고배율이고 접안렌즈는 짧을수록 고배율입니다. 광막 현미경은 약 1000배까지 세포를 확대하여 볼 수 있으며, 그 이상은 가시광선의 해상력의 한계로 관찰할 수 없습니다. 전자 현미경은 가시광선 대신에 파장이 더 짧은 전자선을 이용하여 해상력과 배율이 광학 현미경에 비해 매우 높습니다. 투과 전자 현미경은 얇게 자른 시료에 전자선을 투과시켜 시료 단면의 2차원의 평면 상을 얻는 현미경입니다. 해상력이 높고 배율이 높아서 세포 내부의 소기관이나 조직의 미세구조를 연구하는 데 사용하지만 시료를 얇게 자르는 과정에서 살아있는 세포가 아닌 죽은 세포만 관찰할 수 있다는 한계가 있습니다. 주사 전자 현미경은 자르지 않은 그대로의 시료에 전자선을 쏘아 재료의 표면에서 반사되는 전자를 탐지기로 검출하여 3차원의 입체적인 상을 얻는 현미경입니다. 투사 전자 현미경에 비해 해상력이나 배율은 낮으나 세포의 외형을 마치 살아있는 것처럼 입체상으로 관찰이 가능하다는 장점이 있습니다.

염색액에는 여러 종류가 존재합니다. 식물세포의 핵과 염색체를 염색하는 아세트산카민은 붉은색이고, 동물세포의 핵과 염색체를 염색하는 메틸렌 블루는 푸른색입니다. 미토콘드리아를 녹색으로 염색하는 야누스크린 B와 백혈구의 핵을 푸른색으로 염색하는 김자액 등이 있습니다.

각각의 세포 내 소기관들의 구조나 기능을 알아보기 위해서는 세포 소기관들을 따로 분리한 후 관찰하거나 실험해야 합니다. 이를 위해 세포를 각 성분마다 분리하는 과정을 세포 분획법이라고 합니다. 각 세포 내 소기관들은 크기나 무게가 다르므로 고속으로 원심분리를 하면 크고 무거운 세포 내 소기관일수록 빨리 가라앉게 되는 원리를 이용한 것입니다. 분획 방법은 다음과 같습니다. 세포를 등장액에 넣고 균질기로 분쇄하여 세포막을 제거하고 원심 분리기에 넣어 고속 회전시킵니다. 회전 속도와 시간에 따라 크고 무거운 순서대로 침강합니다. 동물세포의 경우 핵, 미토콘드리아, 세포막과 내막의 조각들, 리보솜, 세포액 순으로 분획 됩니다. 식물세포는 세포벽, 핵, 엽록체, 미토콘드리아, 세포막과 내막의 조각들, 리보솜, 세포액 순서로 분획됩니다.

세포 내에서 물질의 이동과 변화를 추적하려 할 때 사용하는 방법은 자기 방사법입니다. 세포나 조직에 방사성을 띠는 물질을 주입하게 시킨 후 그것의 이동 경로를 추적하여 물질대사의 경로를 추적합니다. 이때 사용되는 방사성 동위원소는 일반적으로 존재하는 원소에 비해 매우 불안정하므로 방사선을 방출하면서 점차 붕괴합니다. 그러므로 방사선을 추적하면 방사성 동위원소를 함유한 화합물의 물질대사의 경로를 추적할 수 있습니다.

세포나 조직을 배양하여 유전적으로 동일한 세포를 많이 얻는 방법은 조직 배양법입니다. 세포나 조직을 떼어내어 무균 상태에서 포도당, 아미노산, 지방, 비타민, 무기염류 등을 적절히 혼합한 배지에 넣어 배양합니다. 특히 식물세포를 배양하는 경우 적당한 호르몬으로 처리해 주면 세포가 분화하여 유전적으로 동일한 하나의 개체가 되기도 합니다. 일종의 무성생식입니다.