这是文章的第二系列规模很重要!-生物学的尺度-例子和有趣的事实”。如果你不确定什么是生物量表，先去看看。
理解生物尺度很重要，有几个实际的原因，也有精神上的启发。以下是我认为的6个原因:
本文将介绍
好的比较有助于我们更好地理解生物学
在生物学的许多分支中，如分子和细胞生物学、微生物学和组织学，我们研究一些肉眼看不见的东西。没有一个好的刻度，我们很快就会失去我们的维度。
一个好的比较可以帮助我们更直观地理解生物成分之间的关系。
幸运的是，人类视角的长度尺度也跨越了大约5个数量级，大小从100微米(一根头发的宽度)到20米(4层楼的高度)。
[在这幅图中]一种以人体尺度为参照的直观生物尺度。
图片来源:实际上科学开云体育全站app下载安装
通过简单地想象人体尺度中物体相对于你的大小，你就能凭直觉知道生物有机体和分子相对于细胞的相对大小。例如，大鼠的相对大小与细菌和白细胞之间的相对大小大致相似。病毒之于细胞就像蚊子之于你
(2)打破神话
把生物放在相同的尺度上，你会立即意识到我们把许多神话视为理所当然。
这里有一个例子。
多细胞生物比简单的单细胞微生物大吗?
答案是没有．例如,轮虫而且缓步类(水熊)是100 - 500微米的微观动物。它们的身体由几百到几千个细胞组成。它们有功能完备的器官系统，如完整的消化道，包括嘴和肛门。
[在这张图中]许多微生物的大小在100-500 μm之间。
然而，它们可以完全不同。有些微生物，如绿藻、草履虫和变形虫，只有一个巨大的细胞(称为单细胞或单细胞)，被归类为原生生物。然而，其他动物(如轮虫和缓步动物)则含有数千个细胞，属于多细胞动物或微型动物。
另一方面，许多单细胞原生动物也属于这种大小范围。眼虫一般为100-150 μ m。一些草履虫可生长至300 μ m。阿米巴原虫可以通过吞噬更多的食物来生长。它们通常是250-750 μ m，一些大的可以长到1毫米长。声音洪亮的人是最大的单细胞微生物之一。一些Stentors在伸展时可以达到4毫米(4000微米)的大小。它比轮虫大10-20倍!
[在这幅图中]在这个相对大小图表中，您可以看到一个支架有多大(即使它只包含一个单元格)。轮虫之于支架就像潜水员之于蓝鲸。点击在这里了解更多关于支架的知识．
在下面的例子中，问题不在于微生物太大;然而，多细胞动物可能比你想象的要小得多。
[在这幅图中]大小最小的昆虫和两种原生动物比较。(A)木麻。(B)尾状草履虫。(C)变形虫。比例尺为200 μm。Megaphragma mymaripenne,寄生蜂是已知最小的飞虫。
我再问你一个问题。
是不是所有的细菌都非常小(比人类细胞还小)?
令人惊讶的是，答案是没有．自然界中也存在着一些极其巨大的细菌。Thiomargarita namibiensis，是在纳米比亚的海洋沉积物中发现的一种球形细菌，被称为“纳米比亚的硫磺珍珠”(Thiomargarita意思是硫磺珍珠)。它的直径约为750 μ m(比我们的红细胞大100倍)，大到可以用肉眼看到。其细胞体积的98%是液泡，液泡是用于燃料硫化物氧化的硝酸盐库。
此外,Epulopiscium某些海洋热带鱼的肠道共生体，是已知的最大的异养细菌(意味着它们不能生产自己的食物)。这些雪茄状的细胞长600 μ m，宽80 μ m。
[在这张图中]巨大的细菌。
在左是一个链Thiomargarita namibiensis细胞。在这张亮场图像中，可以在细胞质中看到硫颗粒。关于正确的显示了一个异常大的Epulopiscium内部有两个大子代的细胞。比例尺，100 μ m。
图片来源:冷泉港远景生物．2015年7月;7 (7): a019216。
[在此图中]不同细胞大小和形状的比较。
人类细胞相对较小。有些细胞(如神经元和肌肉细胞)可能很长。脂肪细胞之所以大，是因为它们的大部分细胞质都被一个巨大的油滴所占据。另一方面，植物细胞和单细胞生物(如草履虫或阿米巴)体积更大，需要细胞质流来分配这些细胞中的物质。
(3)困窘极端案例的兴奋
在脑海中记住平均的生物尺度，你可能会发现自己更容易理解这些极端情况有多不寻常。
例如，你知道地球上最大的细胞是什么吗?它是一个卵细胞鸵鸟．鸵鸟蛋长约150毫米(6英寸)，直径约125毫米(5英寸)，重约1.35公斤(3磅)。在另一边，人类的卵子只有0.12毫米。直径相差超过100倍!
你可能知道陆地上最大的动物是非洲丛林象，最大的动物是蓝鲸．如果你是恐龙迷，你可能也听说过最大的恐龙是人们所熟悉的(40米)，发现于阿根廷。但你知道地球上最大的生物是什么吗?
答案可能会让你大吃一惊。最大的生物是蘑菇!
这是一种蜂蜜真菌蜜环菌solidipes位于美国俄勒冈州东部蓝山的马勒尔国家森林。这个真菌群落跨越8.9公里2(2200英亩)的面积。生物学家发现，这些生长在森林中的蘑菇实际上是由地下管状细丝网络收集的单一生物体(通过DNA测试可知)。据估计，这种生物已有2400年的历史。
[在这幅图中]蜜菇的普通名字来自于它在秋天出现的琥珀色果实。
图片来源:OPB
(4)了解你能看到的和你看不到的
网上有大量的误导信息。在袖珍显微镜下观察病毒就是一个例子。如果你知道病毒的微小程度，你就不会被这些虚假文章所欺骗。
[在这张图中]这个相对大小图表可以让你了解病毒有多小。
一个流感病毒颗粒比人类头发直径小600倍。1米= 1,000毫米= 1,000,000微米= 1,000,000,000纳米。
(5)选择正确的工具
眼见为实。这在生物学研究中是完全正确的。因此，您需要正确的工具。根据你喜欢学习的科目，你可以选择:
光学显微镜(原生生物、细胞、组织、小型生物体)
显微镜是一种用来观察肉眼看不见的小物体的仪器。
“显微镜”这个名字来自两个词——“micro”和“scope”。
“Micro”的意思是小的或微小的。“范围”的意思是查看或观察。因此，显微镜可以理解为一种观察微小事物的仪器。
基本上，光学显微镜使用可见光来照射标本并形成图像。根据应用的不同，光学显微镜可分为两大类:复合显微镜和立体显微镜。
[在这张图中]复合显微镜与立体(解剖)显微镜的结构比较。
复合显微镜
复合显微镜具有较高的放大倍率，但只适用于较薄的标本。很好的例子是池塘水中的原生动物、血液涂片(血细胞)、口腔拭子(脸颊细胞)、薄的植物和组织切片、花粉、细胞、细菌、半透明的水生物(如水熊或藻类)和预制的载玻片。下面的图片是使用复合显微镜的例子。
[在这张图中]复合显微镜图像实例。
A.轮虫(亮场);B.向日葵茎(染色薄段-亮场);C.鱼红细胞(染色-亮场);D.细菌(革兰氏碘染色-亮场);E.松杆(染色薄切片-亮场+图像拼接);F. Rhoeo变色叶(亮场+蓝色滤镜);G.培养皿培养的人细胞(相位对比);H.柠檬酸微晶(偏振光)。
一般来说，复合显微镜配有3-5个物镜，范围从4倍到100倍(4倍/10倍/40倍/63倍/100倍)。假设你有10倍目镜和100倍物镜，这个组合的总放大率是1000倍(10×100 = 1000)。通过使用特殊的冷凝器，复合显微镜还可以实现特殊应用的暗场、相位对比、偏振光或差分干涉对比(DIC)图像。
[图中]蚕豆根尖(上)和人体血细胞(下)的低至高倍数。
立体显微镜
你需要一个立体显微镜来观察更实质性的标本，如昆虫、羽毛、树叶、岩石、宝石、硬币、邮票等。在功能上，立体显微镜就像一个倍率很高的放大镜。与复合显微镜提供平面图像不同，立体显微镜给观看者一个三维图像，你可以看到标本的纹理。立体显微镜的放大倍率比复合显微镜低。
[在这幅图中]在立体显微镜下成像的例子。
(第一排)鹦鹉羽毛、线路板、星砂、水晶和珠宝。(下一排)树叶、草莓、蜜蜂、钞票和指纹。
荧光显微镜和其他先进的显微镜
许多生物主体是透明的。为了看到这些标本，我们可能需要用荧光色标记它们，并使用荧光显微镜。在过去的几十年里，基于荧光显微镜技术发展了一些先进的显微镜技术，可以更详细地观察细胞结构。
[在这个视频中]在荧光显微镜下看到细胞的惊人图像。
光学显微镜的局限性
光学显微镜没有足够的能力分辨像病毒这样微小的东西。这是由于可见光的限制。更具体地说，分辨率受到照亮标本的可见光波长的限制。
可见光的波长大约在400(紫外光)到700(红光)纳米之间。一般来说，当物质的大小小于可见光波长的一半(约0.2 - 0.35 μ m)时，就看不清楚了。因此，在光学显微镜下，任何小于0.35 μ m的物质都是不可活的。综上所述，1 μ m(细菌和线粒体的大小)是“普通”光学显微镜的极限。
电子显微镜(病毒、细菌、细胞器)
为了看到更小的东西，科学家们必须找到波长比可见光小得多的照明。
根据现代物理学，电子既具有粒子的性质，又具有波的性质。因此，电子的波长(称为德布罗意波长)取决于它的能量(或速度)。例如，如果一个电子在真空管中被加速到每秒1,000,000米(等于每小时220万英里!)，我们得到的德布罗意波长大约是1纳米的十分之一，这大约是一个原子的大小。
这就是为什么我们可以用电子显微镜直接探测晶体中原子的结构。因此，用电子显微镜观察病毒是小菜一碟。
电子显微镜有两种。透射电子显微镜(TEM)用于薄标本(如组织切片)，因为电子可以通过标本生成投影图像。另一方面，扫描电子显微镜(SEM)可以看到样品的表面。
[在该图中]SEM和TEM图像示例。
左边的图片是用扫描电镜拍摄的。相反，右边的图像是由TEM拍摄的。
x射线晶体学(DNA和蛋白质)
利用x射线衍射，科学家们可以弄清楚原子在晶体材料中的排列方式。通过制造蛋白质或DNA的微小晶体，生物学家可以使用同样的原理来破译生物分子的结构，直到原子水平。
除了x射线，核磁共振波谱和低温电磁也被用来研究蛋白质的结构。
[在这幅图中]用x射线晶体学解决蛋白质结构的工作流程。
图片来源:维基
一份关于观察生物实验对象所需设备的概述
| 放大 | 仪器 | 例子 |
| 1 x | 肉眼 | 头发(约。0.1毫米) |
| 2x - 5x | 放大镜 | 植物和昆虫的细节 |
| 10 - 20倍 | 立体显微镜 | 昆虫的复眼 |
| 50 x | 复合显微镜 | 水蚤,轮虫，水熊，声音洪亮的人 |
| 100 x | 复合显微镜 | 草履虫，变形虫，钟形虫，团藻 |
| 200 x | 复合显微镜 | 花粉，眼虫,小绿藻，硅藻 |
| 400 x | 复合显微镜 | 脸颊细胞，洋葱皮细胞 |
| 800x - 1500x | 复合显微镜 | 红细胞(8µm)，细菌(1µm)，细胞核内染色体浓缩开云体育电脑官网 |
| 2000 x - 1,000,000x | 电子显微镜 | 小于1μm的物体，如病毒(100nm)和DNA (2nm) |
| > 1000000 x | x射线晶体学 | 原子水平的蛋白质和DNA结构(1 Å) |
知道我们是多么渺小
在星系的尺度上，更不用说宇宙了，我们比我们所能理解的要小得多。然而，我们确实有能力去好奇、质疑、探索、调查和想象。花点时间思考一下你想象不到的东西有多庞大。一切看起来都不一样了!
