显微镜开启的微观世界

3．1．2　显微镜开启的微观世界

显微镜打开了人类认识世界的另一扇门。

古罗马作家幸尼加（Seneca）曾提到，透过充水的玻璃球可以看到物体被放大了。古希腊和中世纪阿拉伯人都很了解放大镜和取火镜。公元11世纪中国人应用凸透镜的放大作用，制造远视眼镜。16世纪末期荷兰眼镜商札恰里亚斯·詹森用两片透镜制作了简易的显微镜，这应该是历史上最早的显微镜原型。但他们都没有用这些仪器做过任何重要的观察，与促进历史发展无缘。直到罗伯特·胡克（Robert Hooke）和格鲁（Gelu）、意大利人马尔皮基（Malpighi）、荷兰人雷文虎克（Leeuwenhoek）等人的出现，他们对显微镜的发展和钻研使得显微镜的作用有了很大的突破。

在显微镜的领域中，最有意思的是荷兰的这位业余科学家雷文虎克。

他是业余中的专业磨镜之人，磨了多年的镜子，使他成为显微镜的大师，并用自己发明的东西发现了一个有意思的世界。他总共留下了显微镜约247具，其中有双透镜2具，三透镜1具，其余的都是单透镜的，另有172块夹在金属片间（尚未装配成显微镜）的透镜。他阐明了毛细血管的功能，补充了红细胞形态学的研究，观察了肌肉组织，甚至在观察蝌蚪的时候发现了红细胞从毛细血管中流过的过程。

雷文虎克于1632年出生于荷兰的德尔夫特市，从没接受过正规的科学训练，但他是一个对新奇事物充满强烈兴趣的人。一次，他从朋友那里听说荷兰最大的城市阿姆斯特丹的眼镜店可以磨制放大镜，用放大镜可以把肉眼看不清的东西看得很清楚。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心，但又因为价格太高而买不起。从此，他经常出入眼镜店，认真观察磨制镜片的工作，暗暗地学习着磨制镜片的技术。

功夫不负苦心人。1665年，雷文虎克终于制成了一块直径只有0．3厘米的小透镜，并做了一个架，把这块小透镜镶在架上，又在透镜下边装了一块铜板，上面钻了一个小孔，使光线从这里射进而反射出所观察的东西。这样，雷文虎克的第一台显微镜成功了。由于他有着磨制高倍镜片的精湛技术，他制成的显微镜的放大倍数，超过了当时世界上已有的任何显微镜。

雷文虎克并没有就此止步，他继续下工夫改进显微镜，进一步提高其性能，以便更好地去观察和了解神秘的微观世界。为此，他辞退了工作，专心致志地研制显微镜。几年后，他终于制出了能把物体放大300倍的显微镜。

1675年的一个雨天，雷文虎克从院子里舀了一杯雨水用显微镜观察。他发现水滴中有许多奇形怪状的小生物在蠕动，而且数量惊人。在一滴雨水中，这些小生物要比当时全荷兰的人数还多出许多倍。以后，雷文虎克又用显微镜发现了红血球和酵母菌。这样，他成为了世界上第一个微生物世界的发现者，被吸收为英国皇家学会的会员。

显微镜的发明和雷文虎克的研究工作，为生物学的发展奠定了基础。利用显微镜他发现各种传染病都是由特定的细菌引起的。

据说，雷文虎克是一个对自己的发明守口如瓶、严守秘密的人。直到现在，显微镜学家们还弄不明白他是怎样用那些原始的工具获得那么好的效果的。

显微镜是人类最伟大的发明之一。在它发明出来之前，人类对周围世界的观察局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼来观察。

雷文虎克的显微镜在很大程度上推动了医学的发展，经过他一生的观察，描述了肌纤维和骨细胞，而且提出了“小泡”（Cell）的概念，但是由于各方面的原因，很多观点都没有得到很好的证实与表述。19世纪初，显微镜得到了一次质的变化，通过意大利学者亚米齐的努力，复合式透镜问世了。因此很自然的，更精密的仪器的制造也就成为可能。在这样的条件下，人们对细胞的观察有了丰足的资本。从1832年英国科学家布朗（Brown）对动物细胞内部构造的观察报告，到1838年德国植物学家施莱登（Matthias Jakob Schleiden）发表《植物发生论》^[1]建立植物细胞学，再到1839年德国的一位解剖学家施旺（Schwann Theodor）发表《动植物结构和生长相似性的显微研究》，将细胞学说引入了动物学，从此建立了所有植物和动物都是由细胞构成的这一科学的概念——“细胞学说”。

从1665年英国物理学家R．胡克（Robert Hooke）发现细胞到1839年细胞学说的建立，经过了170多年。在这一时期内，对动植物的细胞及其内容物进行了广泛的研究，积累了大量资料。1759年C．F．沃尔夫在《发生论》一书中已清楚地描述了组成动植物胚胎的“小球”和“小泡”，但还不了解其意义和产生的方式。1805年德国生物学家L．奥肯（Oken Lorenz）也提出过类似的概念。1833年英国植物学家R．布朗（Robert Brown）在植物细胞内发现了细胞核，接着又有人在动物细胞内发现了核仁。到19世纪30年代，已有人注意到植物界和动物界在结构上存在着某种一致性，它们都是由细胞组成的，并且对单细胞生物的构造和生活也有了相当多的认识。在这一背景上，施莱登在1838年提出了细胞学说的主要论点，翌年施旺提出“所有动物也是由细胞组成的”，对施莱登提出的“所有的植物都是由细胞组成”的观点进行了补充。这就是细胞学说（Cell theory）的基础。20年后另一位德国科学家菲尔肖（Rudolf Virchow）作出了另一个重要的论断：所有的细胞都必定来自已存在的活细胞。至此，以上三位科学家的研究结果加上许多其他科学家的发现，共同形成了比较完备的细胞学说，其主要内容是：

（1）细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所构成；

（2）所有细胞在结构和组成上基本相似；

（3）新细胞是由已存在的细胞分裂而来；

（4）生物的疾病是因为其细胞机能失常；

（5）细胞是生物体结构和功能的基本单位；

（6）生物体是通过细胞的活动来反映其功能的；

（7）细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对于其他细胞组成的整体的生命起作用；

（8）新的细胞可以由老的细胞产生。

细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。这一学说的建立推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯曾把细胞学说誉为19世纪最重大的发现之一。

施莱登和施旺的细胞学说为19世纪细胞的研究指出了方向。然而，他们虽然正确地指出新的细胞可以由老的细胞产生，却提出了一个错误的概念，即新细胞在老细胞的核中产生，由非细胞物质产生新细胞，并通过老细胞崩解而完成。由于这两位科学家的权威，使得这种错误观点统治了许多年。

许多研究者的观察表明，细胞的产生只能通过由原先存在的细胞经过分裂的方式来完成，1858年德国病理学家微尔啸（Rudolf Ludwig Karl Virchow）总结出“一切细胞来自细胞”的著名论断，这不仅在更深的层次上揭示细胞作为生命活动的基本单位的本质，而且通常被认为是对细胞学说的重要补充，甚至有人认为直至于此细胞学说才全部完成。

尽管细胞学说的某些部分已成为历史的陈迹，然而其中心思想仍广泛而深刻地影响了后来生物学的发展，任何生物学的重要问题都必须从细胞中寻求最后的解答。

细胞学说一经确立，马上在生命科学中显示出生命力。其最显著的成就是德国病理学家微尔啸（1821—1902）在此基础上建立了细胞病理学，为现代医学奠定了基础。微尔啸认为细胞的形态改变和功能障碍是一切疾病的基础，并指出了形态学改变与疾病过程和临床症状之间的关系。他在代表作《细胞病理学》中将人体比喻成一个国家，人体细胞就是这个国家的公民，疾病是外界因素影响人体的结果；他还指出机体的病理就是细胞的病理。微尔啸在《细胞病理学》一书中发表宣言：“一切疾病都是局部的，谁再提出全身性疾病问题，那是他把时代搞错了。”很明显这种说法是错误的，纵使他从细胞的角度充实和发展了形态病理学，但是他太过于强调片面，没有认识到人体是一个整体，病理现象是一个动态的发展过程，他的这种论断很明显是受了机械唯物论的影响。