A la recherche des six pattes de la cochenille

Sur les petits orangers plantés par Eyal sont apparu de petites tâches brunes allongées de 2mm de long sur 1mm de large environ, situées sur la tige et sous les feuilles, le long de la nervure principale :

A première vue, on n'imagine pas que ce soit un parasite animal. Akim, un copain d'Eyal, les a identifiées: ce sont des cochenilles. Cette espèce (il semblerait qu'il en existe des miliers) est entièrement cachée dans un bouclier. Elle s'alimente de sève en suçant la plante avec son rostre, c'est la raison pour laquelle elle est parfois appelée familièrement "poux des plantes".

Puisque c'est un insecte, on devrait voir ses 3 paires de pattes (les insectes forment la principale branche des hexapodes qui signifie "six pattes"). Avant d'aller voir la bête de plus près, il nous faut dire deux mots sur l'éclairage. Sur ce microscope, on peut éclairer l'objet à observer par dessous, on appelle cela un éclairage diascopique (dia en grec signifie "à travers"), ou par dessus et c'est alors un éclairage épiscopique (epi signifie "par dessus"). L'éclairage diascopique permet de voir par transparence alors que l'éclairage épiscopique permet de voir les objets opaques et épais comme par exemple des cailloux. Pour la cochenille nous avons utilisé les deux séparément.

Sous le microscope avec l'objectif x4 et en éclairage épiscopique nous avons fait quelques clichés pour composer cette image car cette cochenille ne rentrait pas entièrement dans le cadre d'une photo :

On voit ici le bouclier du dos, celui que la cochenille montre lorsqu'elle est sur la plante. Lorsqu'on la retourne, elle semble aussi protégée par une membrane du côté qu'elle présente à la feuille. Le tout est assez collant et ce sont d'ailleurs ces déjections gluantes quelle semble produire qui font qu'on la repère, comme pour les pucerons, dans les plantes d'appartement : les feuilles sont souillées par une substance collante.

En faisant délicatement basculer la cochenille sur son flanc on voit cela :

 

En fait cette photo est celle d'une autre cochenille plus petite et donc rentrant entièrement dans une photo prise avec l'objectif x4. C'est assez mou et difficile à manipuler sans changer la forme ni l'abimer mais là on est assez content car même si l'on n'a pas encore vu de pattes, on observe ce qu'on suppose être le rostre du monstre ! ce serait par ces quatre appendices qu'il sucerait la sève de la plante. En retournant encore l'animal et en passant à l'objectif x10 : 

 

Ça fait un peu peur, n'est-ce pas ?

En utilisant les informations du post précédent sur les dimensions on peut évaluer la taille de ces "stylets" qui formeraient le rostre (c'est marrant mais en espagnol "rostro" signifie tout simplement "visage" :-): sachant que la photo a été prise avec l'objectif x10, la hauteur de l'image représente environ 400µm. En mesurant sur la photo avec une règle les parties dont on veut connaître la taille, on peut calculer en utilisant la règle de trois que les stylets mesurent environ 200µm de long et 16µm d'épaisseur. 

Et les pattes alors ? ("On veut des pâtes !" clament les enfants) Il va falloir ouvrir le bouclier comme une huître mais avant essayons l'éclairage diascopique, par transparence :

 

Et oui ! On voit ici deux paires de pattes et on aperçoit aussi l'abdomen (objectif x4). La partie centrale de cette photo agrandie et éclaircie :

 

Et là les pattes arrières sur une autre cochenille (x10) :

 

Nous avons aussi pu filmer une patte bouger (x10) :

Et pour terminer, nous avons observé cela (x10) dans la partie centrale de la cochenille :

Cette contraction répétée et régulière nous fait penser que nous voyons le cœur, le cœur de la cochenille battre pour nous!

La taille, ça compte !

Quelle est la taille de ce que nous voyons sur les photos prises avec le microscope? Connaître la taille nous donnera des informations sur ce qu'on voit mais cela nous permettra aussi de prévoir ce que nous pourrons espérer observer par la suite et répondre à la question d'Eyal: verra-t-on l'ADN des cellules ?

Le grossissement dépend de l'objectif utilisé. Il y a trois objectifs avec les inscriptions x4, x10 et x40. Ce nombre indique le grossissement de l'image que donne l'objectif comparé à l'objet réel observé. En plus, cette image est encore grossie par l'écran LCD mais en fait on s'en fiche puisque nous faisons des photos qui sont ensuite affichées à des tailles différentes sur des écrans divers donc encore grossies ou rapetissées.
Essayons plutôt d'estimer les dimensions réelles du rectangle de l'image, cela nous donnera une bonne référence pour la taille de ce qu'on observe dans l'image. Le plus simple est de regarder au microscope une règle graduée:

La partie droite de cette image est une photo non coupée de la règle de gauche vue sous l'œil du microscope avec l'objectif x4. C'est pratique, on voit juste un millimètre sur la hauteur de l'image.
Calculons ce qu'on verra avec l'objectif x10: il grossit plus que l'objectif x4: il grossit exactement 10/4 = 2,5 fois plus. Donc la hauteur de l'image correspondra à quelque chose de 2,5 fois plus petit: 1 millimètre divisé par 2,5 c'est à dire 0,4mm ou 400 micromètres (µm) car 1mm = 1000µm.
De la même manière on calcule qu'avec l'objectif x40 la hauteur de l'image correspond à 0,1mm ou 100µm, un dixième de millimètre.
Récapitulons, ce tableau sera utile pour la suite des observations:

Voilà pour la hauteur de l'image. 

Maintenant on peut se demander quelle est le plus petit détail qu'on pourrait espérer discerner dans une photo prise avec l'objectif x40, l'objectif qui grossit le plus. Il n'est pas simple de répondre à cette question car cela dépend de la qualité de l'objectif, de sa capacité optique à pouvoir "séparer" des points aussi proches que possible. On pourrait faire quelques expériences pour estimer cette qualité mais on se contentera d'abord de la limite donnée par la taille d'un pixel de l'image: 
L'appareil photo intégré au microscope prend des photos de 2048 pixels en largeur et de 1536 pixels en hauteur, comme un échiquier avec 2048 x 1536 = 3.145.728 cases, chaque case étant un pixel avec une couleur particulière, l'échiquier formant la photo toute entière.
Une hauteur de 100µm (avec l'objectif x40) "vue" par 1536 pixels, cela fait 
100 / 1536 =  0,065µm pour la taille réelle que "voit" d'un pixel, soit 65 nanomètres (nm)  car 1µm = 1000nm.
En fait, on ne verra jamais rien de si petit, même avec le meilleur des microscopes optiques. La lumière ne nous permet pas de voir de si petits détails. Il faut un microscope électronique. Peut-être que les enfants d'Eyal en recevront un pour leur anniversaire de 9 ans dans deux ou trois décennies :-).
Dans cet article de Wikipedia sur la microscopie optique , il est écrit qu'on ne peut pas descendre plus petit que 200nm avec un microscope optique (ou 400nm, ce n'est pas clair).


Bon alors, qu'est-ce qu'on pourra essayer de voir avec ce microscope ? Il faut se renseigner un peu sur les dimensions des acariens, des bactéries, des cellules, des virus, des molécules, etc. Pour se faire une idée de la taille des petites choses qu'étudient les biologistes, cette superbe page  publiée par l'Université de l'Utah au États-Unis permet de se balader et de comparer les grandeurs en faisant glisser un curseur (sous l'image).

En conclusion, et en espérant qu'on pourra voir des détails de la taille de 1µm minimum (on en reparlera après avoir fait quelques observations), on devrait pouvoir voir des globules rouges de 8µm, certaines grosses bactéries, peut-être des chromosomes qui sont de l'ADN enroulé mais sûrement pas la double-hélice d'ADN d'une épaisseur de l'ordre de 1 nm. On pourra aussi observer beaucoup d'autres choses bien plus grosses mais tout aussi intéressantes, à condition d'arriver à faire les bonnes préparations. 

Première observation: la pelure d'oignon, bien sûr !

 

La pelure d'oignon: un classique. Les tâches noires semblent être des bulles d'air car la pelure est dans l'eau entre les lamelles de verre.

Comparons avec la préparation fournie avec le kit: 

 

Elle est vraiment meilleure! Eyal pense qu'elle est colorée: en microscopie on utilise des colorants pour teinter certains composant et faire apparaitre des contrastes. Là on voit le noyau des cellules. Peut-on voir l'ADN?

Sur ces photos, nous avons inscrit en rouge les objectifs utilisés. La prochaine fois, on fera un petit topo sur les grossissements et les dimensions de ce qu'on observe.

Débalage

Eyal a reçu un microscope pour son anniversaire de 9 ans. C'est un BRESSER sans oculaire, avec visualisation sur écran LCD et possibilité de prendre des photos 2048 x 1536 et de les enregistrer sur une carte mémoire SD (comme sur un appareil photo numérique ordinaire) pour les transférer sur un ordinateur.
Il y a aussi tout un kit d'instruments de base pour faire les préparations: aiguille montée, pince, plaquettes etc.

Les préparations: la base de la microscopie!
La première observation pour bientôt!