К началу 1900-х годов дальнейшее продвижение в изучении структуры клетки приостановилось, потому что даже самый совершенный световой микроскоп не мог обеспечить увеличение свыше 1500. Ограничение определялось самой природой света.
Свет — это одна из форм электромагнитного излучения, способного распространяться в виде последовательности волн. Глаз человека воспринимает электромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 400 нм (фиолетовый цвет) до 700 нм (красный цвет).
Этот видимый свет составляет, однако, лишь небольшую часть полного электромагнитного спектра, включающего излучения с разной длиной волны. Излучения с любой длиной волны распространяются со скоростью света, но чем меньше длина волны, тем большую энергию она несет.
Нельзя разглядеть объект размером меньше половины длины волны используемого излучения, потому что объект должен быть достаточно велик, чтобы препятствовать прохождению воли. Мельчайший объект, который можно увидеть, используя видимый свет, должен быть поэтому не менее 200 нм в диаметре (половина длины волны в фиолетовой области спектра).
Учитывая размеры некоторых клеток и клеточных органелл (о них мы говорили выше), легко понять, что, например, митохондрии (1 мкм, или 1000 нм) должны выглядеть в световом микроскопе просто как какие-то мелкие гранулы внутри клеток. Рибосомы же в нем вообще не видны.
Следовательно, световой микроскоп не позволяет познакомиться с детальной структурой митохондрий, рибосом и других клеточных компонентов.
Отдавая себе отчет в этих ограничениях светового микроскопа, ученые предпринимали попытки сконструировать микроскоп, в котором использовалось бы излучение со значительно меньшей длиной волны.
Вначале для этого попытались использовать рентгеновские лучи, но вскоре выяснилось, что наилучшие результаты способен дать электронный микроскоп. В нем вместо светового излучения используется пучок электронов. Электроны — это отрицательно заряженные частицы, обращающиеся вокруг ядер атомов. При определенных условиях они ведут себя как волны. В сравнении с видимым светом они обладают двумя важными преимуществами.
Во-первых, у них чрезвычайно малая длина волны, почти такая же, как у рентгеновских лучей, и, во-вторых, поскольку они несут отрицательные заряды, их можно сфокусировать с помощью электромагнитных линз (электромагнитов).
Электромагнитные линзы направляют пучок электронов точно так же, как стеклянные линзы направляют пучок световых лучей.
Электронный микроскоп дает возможность получить для биологических объектов увеличение порядка 250 000. С некоторыми материалами удается достичь еше большего увеличения и теперь иногда получают даже изображения отдельных атомов.
