История микроскопических исследований

Микроскоп

На сегодняшний день для определения возбудителей, широко применяется микроскопический метод.

Микроскоп — это, вероятно наиболее распространенный инструмент биолога. Микроскоп внес в биологию много нового и специфического, с его помощью был создан особый раздел науки о жизни — микроскопическая анатомия животных и растений (цитология и гистология). Таким образом, была открыта новая область видения. Микроскоп, как нередко говорят ученые, «сделал доступным наблюдению новый мир». Микроскопические наблюдения, после открытия живой клетки, заставили резко изменить взгляд на природу материи. Но понадобилось более двух веков, чтобы прийти к представлениям о живой клетке, как элементарной структуры. По этим причинам история открытия и усовершенствования микроскопа как физического прибора представляет для истории биологии определенный интерес и именно об этом освещается в работе Е.М. Вермеля «История учения о клетке».

Параллельно с историей открытия и усовершенствования микроскопа Е.М. Вермель оперирует некоторыми фактами из истории становления таких общебиологических методов как описание, наблюдение, сравнение и систематизация.

В древности оптические линзы не были известны. В то время геометрической оптики не существовало, поэтому ученые не могли объяснить даже действия стекол. Оптическая линза была изобретена лишь в конце XIII-начале XIV ст. и использовалась в качестве очков, сразу же получило широкое практическое применение. Все попытки исследователей установить личность изобретателя очков остаются безрезультатными. Единственное, что можно сказать четко — изобретены очки были в Италии, в Венеции или Падуе — центрах тогдашней стекольной промышленности. Они представляли собой линзы, применявшиеся при дальнозоркости человека. Вогнутые стекла для устранения близорукости появились только в XVI ст..

Первые научные исследования, в которых были использованы линзы (лупы), принадлежат энтомологам Томасу Моуффету и Георгу Гуфнагелю (1589-1590). Первый из них изучал мелких клещей (0,2-0,4 мм), в частности, он со всей четко установил различия между чесоточным и сырным клещами. В тот же период был описан и такой сложный процесс, как движение гемолимфы у вши.

Лупами, или, как их позже называли, «простыми микроскопами», пользовался и основоположник микроскопической биологии Антон ван Левенгук (1632-1723). Им подготовлено линзу, которая увеличивала в 300 раз и помогала исследовать живые объекты и изучать их структуру.

Интересно отметить, что идея оптического инструмента позволила четко видеть отдельные очень мелкие объекты, была высказана еще в XIII ст. ученым и философом Роджером Бэконом, а в XV-XVI ст. она уже не однократно повторялась другими выдающимися учеными и мыслителями: Леонардо да Винчи (1452-1519), Иеронимом Фракасторо (1478-1553), Диггс и многими другими. В то же время с полной отчетливостью была высказана мысль о существовании невидимых простому глазу существ — возбудителей инфекционных болезней (Фракасторо и др.). Эта идея была высказана за 125 лет до работ Левенгука, однако обосновывалась она чисто теоретически и была, по своей сути, фантастической.

Уже в XVI ст. была высказана идея создания оптического прибора, состоящего из двух, а не из одной линзы. Среди математиков и физиков она была достаточно широко распространена, хотя практически оставалась неосуществленной, наверное, из-за технических трудностей.

Лишь в начале XVII ст. Г. Галилей сначала сконструировал телескоп, а затем (в 1609 г.) микроскоп. Честь создания первого микроскопа до последнего времени приписывали Гансу и Захару Янсен в Миддельбурге, датировалось это изобретение 1590 годом. Эти сведения, видимо, следует считать ошибочными. Документы, которыми обосновывается данное утверждение, как оказалось, не заслуживают доверия. Общеизвестно, что первой была сконструирована «земная зрительная труба», которая получила название «голландской» или «галилеевой», а позже телескопа. «Земная (подзорная) труба», как считается, была изобретена отдельно Липерсгеем и Мециусом в Голландии (1608) и Галилеем (1608-1609) в Италии.

Первый микроскоп (он возник как видоизменение зрительной трубы, о чем есть достоверные свидетельства) был сконструирован в 1609-1610 гг Самым Галилеем; линзы для него шлифовал мастер Бацци, который осуществлял все замыслы изобретателя. Сложный микроскоп состоял из объектива, что давало действительно увеличенное и обратное изображение мелкого объекта и окуляра.

Первый микроскоп Галилея представлял собой длинную трубу и был очень неудобный в использовании. Для научной работы этим микроскопом никто не воспользовался, он был утерян, однако получил известность. Вскоре в Голландии были созданы аналогичные микроскопы. Впоследствии голландцем по национальности, физиком и астрономом при дворе английского короля Якова I был сконструирован Корнелиусом Дреббелем (1617-1619) микроскоп. Трудно сказать, был ли он сделан по образцу голландского микроскопа, или Дреббель построил собственный прибор в соответствии с данными полученных о микроскопе Галилея. Последнее считается даже более вероятным. Дреббелевский микроскоп отличался от микроскопа Галилея тем, что был построен по типу кеплеровской трубы, то есть имел выпуклые линзы как объектива, так и окуляра. Этот первый микроскоп Дреббеля также не использовался в научной работе и был утерян, но именно микроскопы такого типа вскоре получили довольно широкое распространение.

Сложный микроскоп возник как видоизменение зрительной (подзорной) трубы, причем был сконструирован уже через несколько лет после ее появления, однако их дальнейшая судьба неодинакова. Значение подзорной трубы было понятно правящим кругам Голландии, Бельгии и Италии, они даже пытались засекретить появление этого инструмента. Очевидное применение подзорной трубы в военном деле, мореплавании, астрономии привлекло к ней большое внимание, производство подзорных труб и телескопов немедленно приобрело широкие масштабы. Однако на микроскоп долгое время смотрели как на забавную игрушку. Сам Дреббель вместе со своим зятем Куффлером наладил производство таких «сложных микроскопов», они широко рекламировались и быстро распространялись по всей Европе.

В 1624 г. Галилей значительно усовершенствовал свой микроскоп, им уже можно было пользоваться на практике. Он был значительно меньше по размеру, чем первая модель, и давал, очевидно, максимальное увеличение в 35-40 раз. В 1624 г. Галилей подарил свой микроскоп «Академии проницательных» в Риме, членом которой он был. Уже в 1625 г. член академии Стеллути опубликовал свои наблюдения о строении органов пчелы, сделанные с помощью микроскопа. В частности, он впервые увидел и описал фасеточных строение глаза насекомых. Ф.Чези (1628) использовал микроскоп Галилея, изучая спорангии папоротников и описал с его помощью споры, считая их, семенами.

Сам термин «микроскоп» впервые употребил Иоганн Фабер в 1625 году в письме к князю Ф.Чези, предложив так называть инструмент Галилея, предназначенный (в противоположность телескопа) для рассмотрения мелких предметов. Термин этот существует до сих и прочно вошел в использование. Однако число исследователей, пользовались микроскопом в XVII ст., было очень небольшое, и те прибегали к нему только время от времени.

В Германии микроскопы выпускались в большом количестве мастерскими игрушек ( нюрнбергские мастера) и, будучи сделаны из картона и дерева, были дешевые.

В Англии в начале XVIII ст. они были несколько сложнее, в частности, имели макрометричний винт и делались из бронзы, правда, эти микроскопы стоили очень дорого — до 40 фунтов стерлингов. Оптика этих микроскопов оставалась достаточно примитивной: объективы давали значительную хроматическую и сферическую аберрацию, поэтому при значительных увеличениях изображение было невыразительным. Ко всем микроскопам обычно добавлялись готовые коллекции препаратов, которые состояли из высушенных мелких насекомых (вши, блохи, головки мух и др.), а также различные дополнительные приборы: микроаквариумы, зажимы для удержания мальков, чтобы можно было видеть движение крови в сосудах и т.п..

«Микроскопическое любительство» было в XVIII ст. довольно распространенным. На многих тогдашних гравюрах с изображением аристократических салонов можно видеть, как человек, сидя за столиком, что-то рассматривает в микроскоп.

В конце XVIII ст. микроскоп уже создавался исключительно мастерами профессионалами, которые значительно его совершенствовали. Центром микроскопической индустрии был Лондон (мастерская Джона Кеффе), откуда микроскопы распространялись по всем странам. Объективная оценка тогдашних микроскопов свидетельствует, что они уже давали удовлетворительное изображение, с их помощью можно увидеть даже очень мелкие структуры (до 5 микрон).

Аберрация, во всяком случае, в глаза не бросается, что достигалось введением кольцевых диафрагм, которые срезали краевые лучи.

Увеличение микроскопов в XVIII ст. были весьма разнообразными. Изготавливались системы с увеличением в пределах от 10 до 150 раз, но встречались и значительно больше. Однако их разрешение было не большой, поэтому большие увеличения были, по сути, иллюзорными. Интересно, что теоретические расчеты объективов и окуляра были к тому времени уже достаточно хорошо разработаны ( Байкер, Кеплер, Эйлер, Гюйгенс и многие другие), однако наблюдались значительные трудности, в частности, трудно достигалось центрирования линз.

Микроскописты — любители совершили много интересных и важных открытий. К таким должен быть зачислен знаменитый Антон Ван Левенгук — мануфактурный торговец. Наблюдение Антона Ван Левенгука были настолько систематическими и многогранными, что сегодня должны стать научными исследованиями, которые начали науку о микроскопических организмы. Левенгук вел свои наблюдения в течение 50 лет и сообщал о них Лондонское Королевское Общество в переписке. Впоследствии письма были Левенгука напечатаны отдельной книгой «Тайны природы» (1696), а сам автор, еще в 1680 году был избран членом Королевского общества.

Работы Левенгука привлекли серьезное внимание современников, поскольку они являются ценным вкладом в науку, дав мощный толчок дальнейшим исследованиям. Левенгук пользовался двояковыпуклыми линзами, которые он сам шлифовал и вставлял в пластинки. Эти увеличительные стекла («простой микроскоп», или перхоть) чуть достигали величины булавочной головки, их использование требовало немалого искусства и отличного зрения.

Левенгук достиг таких больших увеличений, что мог видеть даже красные кровяные клетки (их диаметр у человека составляет 7-8 микрон, то есть 0,007 миллиметра). Наибольшую известность ему принесло открытие микроскопических существ, которые он назвал инфузориями (от слова Infusum, что по-латыни означает «настой»).

Открытие Левенгука привлекли внимание не только тогдашних ученых, но и всего культурного общества. Многие любители настолько серьезно занимались микроскопическими наблюдениями, сами сделали ряд важных открытий, вошедших в науку. Особую популярность имели иллюстрированные книги юриста Мартина Ледермюллера (1719-1769). Одна из книг имеет характерное название: «Микроскопические забавы для глаз и души» (1762). Такие исследователи — любители, не ставя перед собой определенной цели, описывали самые разнообразные объекты. Они приносили большую пользу, обогащая науку сведениями о низшей форме живых существ. Представляя собой большой интерес, эти наблюдения пропагандировали микроскопические исследования.

Наряду с А. Левенгук следует упомянуть такие фамилии как М. Мальпиги (1671-1675), Сваммердам (1737), К.Ф. Вольф (1749-1769). Они положили начало научной микроскопии и пробудили интерес к этой области знаний, поэтому заслуживают большого уважения. Уже в XVIII ст. многие выдающиеся ученые понимали, что отрасль микроскопических исследований сложная именно своим своеобразием, специфичностью своих изображений. Интересные мысли по этому вопросу мы находим у одного из итальянских естествоиспытателей XVIII ст. — Феликса Фонтана ( 1723-1805). Он отмечал, что посмотреть в микроскоп может каждый, но единицы могут описать то, что видят (1781). Эти глубокие слова и сейчас сохраняют свою актуальность. Ф. Фонтан специально указывает, что все наши мысли о разных предметах основаны на сравнениях и сопоставлениях, но поскольку микромир абсолютно разнообразен, то достаточно опасно пользоваться представлениями, полученными из наблюдений над макромиром, тем более, что «картина, открывающаяся микроскопом, может подходить одновременно к различным предметам». Эти утверждения помещены в специальном разделе книги Ф. Фонтана под названием «О микроскопических ошибках, которые происходят при микроскопических наблюдениях». В процессе микроскопического изучения организмов были установлены факты многих ошибок. Даже в основном вопросе о природе и строении клетки мы встречаем очень много противоречий. Возникает вопрос: не зависит это от несовершенства микроскопической техники и недостаточно быстрого ее прогресса. Однако это не совсем соответствует действительности. Оказывается, что микроскоп — главный инструмент исследования — почти не ограничивал биологические наблюдения.

В подавляющем большинстве случаев оптические приборы оказывали большие возможности в использовании.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *