光學顯微鏡的歷史

2020-09-17 Addoil

17世紀以前,無論是科學界還是醫學界都只是在研究肉眼能夠看到的世界。有許多疾病,人們通過肉眼觀察,無法找到病因,只能任由疾病自由發展,對患者無能為力。隨著人類的發展,人們也在做著各種各樣的努力,想更多的認識這個世界。這個時候,有些我們看不清的細小東西,人們就想把它放大。

探索放大的工具

人們都知道,通過葉子上的露珠可以將葉片放大,那麼如何做到人工放大呢?13世紀義大利威尼斯的工匠們開始打磨透明玻璃鏡片,通過這樣的鏡片來觀察物體,發現物體被放大了。後來,為了方便觀察,人們將這樣的鏡片製成了眼鏡,但這些鏡片只能將物體放大很小的倍數。

1558年,瑞士博物學家康瑞得.格斯納製作了放大倍數更高的透鏡,並用此透鏡觀察蝸牛殼。利用透鏡進行光學放大和科學研究,這在歷史上是第一次。

16世紀90年代,荷蘭米德爾斯堡眼鏡製造商詹森父子發現將兩面透鏡疊放在一起,觀察物體,會將物體放大更大的倍數,於是他們發明了世界上第一部顯微鏡,放大倍數在9-10倍之間。但人們並不知道用它來幹什麼,一直被看做是新奇的小玩意,在集市上出售。

列文虎克的光學顯微鏡

到了17世紀,出生在荷蘭德夫特的一個普通工匠家庭的列文虎克,出於對科學的愛好及對透鏡打磨的喜好,他不斷鑽研。一直幻想著能夠磨出一塊特殊的鏡片,讓人們能看清許多用肉眼看不清、看不到的東西。

經過他的艱苦努力,最終結出了豐碩的果實,他磨成了兩塊光亮精巧的透鏡。他試著將重疊在一起的兩塊鏡片間的距離上下調節,只見隨著鏡片間距的變化,觀察的效果也不同。

那麼,怎樣將這兩塊鏡片各自固定起來,同時又能靈活地上下調節距離呢?一個偶然的機會,他看到一家鐵鋪打鐵而受到啟發:如果能讓鐵匠打造一個鐵架和一個鐵筒,將鏡片固定在鏡筒的兩頭,然後再把鏡筒固定在鐵架上,這樣觀察不是既省力又方便嗎?

1652年,列文虎克按照自己的設想所發明的第一架顯微鏡終於誕生了。幾年之後,他又研製出多臺更精確、更完美的顯微鏡。其一生磨製了400多個透鏡,有一架簡單的透鏡,其放大率竟達270倍。同時,他運用自製的顯微鏡,第一次發現了血液裡的血液細胞和生物王國中神奇多彩的微生物世界。

從此,這一關係著人類生命與生活的重要學問---微生物學的研究開始了突飛夢境的進展。

1673年的一天,英國皇家學會收到了一封厚厚的來信。打開一看,原來是一份用荷蘭文書寫的、字跡。其標題是:《列文虎克用自製的顯微鏡,觀察皮膚、肉類以及蜜蜂和其他蟲類的若干記錄》當時,在場的學者們看了標題後,有人開玩笑說:「這真是一個咬文嚼字的囉唆標題。」「這肯定是一個鄉下佬寫的。迷信加空想。這裡邊說不定寫了些什麼滑稽可笑的事呢!」不料,他們讀著讀著,卻一下被其中的內容牢牢地吸住了——這竟是科學家們毫無所知的神秘事情啊!

列文虎克這樣寫道:「大量難以相信的各種不同的極小的『狄爾肯』……它們活動相當優美,它們來回地轉動,也向前和向一旁轉動……」

「好,好,這是一篇極有價值的研究報告。」此時,大家的態度來了個180度的大轉彎。然而,當他最後向皇家學會擔保說:「一個粗糙沙粒中有100萬個這種小東西;而一滴水——在其中,狄爾肯不僅能夠生長良好,而且能活躍地繁殖——能夠寄生大約270多萬個狄爾肯」時,顯赫的皇家學會,竟覺得這又是件太令人不可思議的事了,以致於不得不委託它的兩個秘書——物理學家羅伯特·虎克(1635~1703年)和植物學家格魯(1641~1721年),為皇家學會弄一個質量最好的顯微鏡來,以進一步證實列文虎克所報告的事實是否真實。經過幾番周折,列文虎克的科學實驗,終於得到了皇家學會的公認。於是,列文虎克的這份記錄被譯成了英文,並在英國皇家學會的刊物上發表了。這份出自鄉下佬之手的研究報告,果真轟動了英國學術界。列文虎克也很快成了皇家學會的會員,並對他的成就作出了極高的評價。

1673年,列文虎克詳細地描述了他對人、哺乳動物、兩棲動物和魚類等紅血球的觀察情況,並把它們的形態結構,繪成了圖畫。

列文虎克

1675年,他經過多次對雨水的觀察之後,又將他的觀察記錄送往了皇家學會:「我用4天的時間,觀察了雨水中的小生物,我很感興趣的是,這些小生物遠比直接用肉眼所看到的東西要小到萬分之一……這些小生物在運動的時候,頭部會伸出兩隻小角,並不斷地活動,角與角之間是平的……如果把這些小生物放在蛆的旁邊,它就好像是一匹高頭大馬旁邊的一隻小小的蜜蜂……在一滴雨水中,這些小生物要比我們全荷蘭的人數還多許多倍……」

1677年,列文虎克同他的學生哈姆一起,共同發現了人以及狗和兔子的精子。「這些小傢伙幾乎像小蛇一樣用優美的彎曲姿勢運動。」這是1683年,列文虎克在人的牙垢中所觀察到的比「微動物」更小的生物。誠然,由於他的顯微鏡效能還不能完全清晰地看清這些小生物,所以,他的描述和繪圖,並不夠準確。儘管如此,誰又能懷疑,列文虎克是不是發現微小生物的最早鼻祖呢?

列文虎克在牙垢中所發現的微小生物究竟是什麼呢?當時就連他自己也不得而知。直到200年之後,人們才認識了它們——無處沒有的細菌。列文虎克最先斷言細菌能引起感染和疾病,但沒有人相信他,直到1857年巴斯德證明這一觀點是正確的。

如何評價光學顯微鏡

列文虎克的這一項發明,是非常偉大的,如果沒有顯微鏡,那麼微生物世界與人類將是隔絕的,人類永遠也沒有辦法弄清楚這些傳染病的來龍去脈,也就更加沒有辦法去預防、治療這些感染性疾病了。

這是一項非常偉大的發明,可是,列文虎克沒有獲得諾貝爾獎,為什麼呢?

諾貝爾獎是以瑞典著名的化學家、硝化甘油炸藥的發明人阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾的部分遺產(3100萬瑞典克朗)作為基金創立的。諾貝爾獎分設物理、化學、生理或醫學、文學、和平五個獎項,以基金每年的利息或投資收益授予前一年世界上在這些領域對人類作出重大貢獻的人,1901年首次頒發。

1901年才開始頒發的諾貝爾獎,當然沒有列文虎克的份,哈哈,不過,這位前輩所發明的光學顯微鏡,將為人類探索自然路上開創先河。

自從有了顯微鏡,人們看到了過去看不到的許多微小生物和構成生物的基本單元——細胞。不僅有能放大千餘倍的光學顯微鏡,而且有放大幾十萬倍的電子顯微鏡,使我們對生物體的生命活動規律有了更進一步的認識。在普通中學生物教學大綱中規定的實驗中,大部分要通過顯微鏡來完成。正是因為我們有了這些顯微鏡,我們的科學才能進一步發展下去。

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  • 【教學參考】光學顯微鏡的發展歷程
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